curso elemental de diseño de tuberías

8/7/2019 Curso elemental de diseo de tuberas

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Para mayor informacin acerca de tuberas de cobre y sus aleaciones ver TheCopper Tube Handbook CDA Copper Development

Association. En los anexos al curso.

Fig. 1.8.2b

Tubera de cobre templado suave.

Fig. 1.8.2c

Tubera de cobre estirado dura.

Fig. 1.8.2d

Tubera de aluminio

1.8.3. Materiales plsticos.

Las tuberas plsticas se han desarrollado como un buen medio para conducirfluidos con gran actividad qumica; generalmente estn compuestas de unpolmero nico o como resultado de una mezcla de diferentes polmeros. En elprimer caso tenemos: tuberas de polmeros de vinilo ( PVC ), de propileno, deetileno ( PE ), de butileno ( PB ), polieolefinas y polisteres. En el segundo casotenemos: Acrilo nitrilo butadieno estireno ( ABS ), Celulosa acetato butirato( CAB ), etc. Haciendo hincapi en que las tuberas hechas de polister yepoxy, son generalmente reforzadas con fibra de vidrio.

Cabe hacer notar que en contraposicin a su alta resistencia qumica, se oponesu generalmente pobre resistencia mecnica; por lo que es

muy comn soportarla con camisas de tubera metlica u otros tipos desoporte.

Fig. 1.8.3a

Tubera de PVC

Fig. 1.8.3b

Tubera de polipropileno

Fig. 1.8.3c

Tubera ABS


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1.8.4. Vidrios.


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En la figura 20 a continuacin se puede ver las tuberas y accesorios hechoscompletamente de vidrio. Este material le proporciona unexcelente resistencia qumica sobre todo en pH bajos, adems de poderobservar el proceso que se realiza a travs de las tuberas y equipos.Dentro de sus mas graves inconvenientes es que en principio el vidrio es un

material muy frgil, lo que ocasiona que en la practica casi seaun arte el soportar estas tuberas, equipos y accesorios; ya que cualquieresfuerzo mecnico puede ocasionar que alguna pieza se quiebre,es muy probable que no soporte cualquier cambio repentino de temperatura( o un diferencial de temperatura alto ).Es muy poco probable que como tubera o sus accesorios soporte diferencial depresin tan siquiera medianos

Fig. 1.8.4a

Sistema de tubera y equipos de vidrio.


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1.8.5. Tuberas con baos y recubrimientos.

Ciertas tuberas metlicas ( comnmente acero ) pueden ser baadas orecubiertas con algn material que forme una pelcula entre el y el

fluido a conducir, y que impida algn ataque qumico sobre el metal.

Fig. 1.8.5

Tubera y accesorios recubiertos.

Al recubrir las tuberas con materiales laminados pegados , o tuberasextruidas contra la pared; es comn que el manufacturero de limitantes de losalcances a los que puede llegar ( dimetros, longitudes, materiales, etc ). Esmuy comn la dificultad en piezas que cambian de direccin o se unen a otras;por lo que es imposible realizar soladuras o roscado entre piezas. Comnmentela unin se realiza por sistemas bridados o similares, por lo que forma unafamilia de problemas cuando se esta realizando el diseo de tuberas.

Las tuberas de acero baadas por inmersin ( galvanizado- baado en zinc ) seusan para conducir agua; pero se pueden baar con

diferentes polmeros, y este recubrimiento le dar diferentes resistenciasqumicas especificas.

1.8.6. Tuberas de asbesto y concreto ( civiles ).

El uso de tubera en la ingeniera civil ha hecho uso de las tuberas en dosdiferentes vertientes: Agua Potable y Drenaje.

En la conduccin de agua potable para la conduccin de los cabezales dedistribucin principales ( acueductos ) se usa generalmente tubera de aceroprincipalmente galvanizada, tambin tubos de concreto reforzado, actualmentey con un amplio desarrollo en el futuro se estn utilizando tuberas depolmeros reforzados, tanto para nuevos acueductos como para recubrir losexistentes que se encuentran daados. Para tuberas de agua potablesecundarias y dependiendo del terreno se ha estado usando asbesto cementoy plstico reforzado.

Fig. 1.8.6a

Tuberas de concreto para acueductos


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Para el desalojo del drenaje se usaba en un principio canales a cielo abierto,pero debido a que estas contaminaban el suelo posteriormente

se conducan por tuberas de albaal de cemento, de lamina galvanizadacorrugada y ltimamente con tuberas de polmero reforzado.

Fig. 1.8.6b

Tuberas para desalojo de drenaje

1.8.7. Tuberas especiales.

Resulta obvio que existe una amplia variedad de fluidos, slidos, lquidos,gaseosos y hasta plasma ( aceleradores de partculas y reactores de fusin ) endonde se tienen que confinar fluidos con caractersticas fsicas y qumicas muyespeciales; en consecuencia el espectro de materiales y perfil de una tuberacasi no tiene limite.

Fig. 1.8.7

Tuberas especiales

1.9. Rangos de temperatura y presin.

Los materiales en general tienden a perder sus propiedades mecnicas,conforme se aumenta o disminuye la temperatura fuera del rango del medioambiente comn. A bajas temperaturas tienden a cristalizarse deficientemente

sus componentes y volverse frgiles ; a altas temperaturas sus puntos decedencia disminuyen. Se deben tomar muy en cuenta estas variaciones parainvolucrar un anlisis de flexibilidad en el diseo de tuberas.


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Los aceros al carbn pierden resistencia a altas temperaturas; la tubera concostura solada por resistencia elctrica no se considera

satisfactoria para servicios arriba de 399 C , y cuando se unen tuberas a topearriba de 343C.

Cuando se requieren mayores temperaturas, se debe considerar el uso demateriales adecuados como aceros inoxidables, aleaciones o

metales mas fuertes a continuacin se muestran tablas con datoscomparativos

Fig 1.9a Tabla comparativa de presiones .


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Fig. 1.9b

Tabla para tubera de acero API 5L

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Mtodos para unin de tuberas.

2.1. Conceptos generales.

Ante la imposibilidad fsica de interconectar equipos en general por medio deuna tubera que fuera de trazo continuo, se hace necesario usar piezas quecambien de direccin y elevacin a las tuberas, y que les permitan divergir a

dos o mas direcciones; ya que no existe hasta el presente ningn sistema quepueda realizar este trabajo, es necesario trabajar con tramos de tubera, que seunen por medio de diversos artculos llamadosacc e so ri os que aumentan suversatilidad.

Accesorios se llama a todos aquellos artculos que se conectan a las tuberas yque le permiten cambiar de direccin, cambiar de dimetro,

o divergir en dos o mas ramales. Los accesorios se fabrican de placamaquinada, tubera, fundirse o forjarse, en el caso de plsticos puede

moldearse.

2.2. Clasificacin y usos.

Para reunir los tramos de tubera con sus accesorios se puede hacer usos delos siguientes mtodos de unin:

a)

Unin por cordn de soldadura a tope.


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b)

Unin por soldadura a enchufe.

c)

Unin por medio de roscado.

d)

Unin por bridas atornilladas ( Uniones bridadas )

e)

Uniones de sujecin rpida ( uniones rpidas )

f)

Uniones Especiales.a)

La unin por cordn de soldadura a tope es generalmente tratndose de aceroal carbn, el medio mas econmico a prueba de

fugas para unir tuberas, pero estas virtudes se ven opacadas por su nulafacilidad de desarme.

Fig. 2.2a

Lneas de tubera unidas con cordn de tubera a tope.


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b)

La unin de tuberas por soldaduras a enchufe tiene varios casos: uniones dealta presin de acero forjado, uniones de media y

baja presin para cobre con soldadura fundida.

En el caso de uniones de soldaduras a enchufe de acero forjado se trata de unafamilia de accesorios de alta presin cuyos

rangos estn en: 2 000, 3 000, 6 000 y 9 000 psig.

Fig. 2.2b

Unin de tuberas por soldadura a enchufe.

c)


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Las tuberas se pueden unir roscando la tubera por el lado exterior ( roscadomacho ) y unirlo con accesorios con roscado interior ( roscado hembra ); yestos accesorios entre si con roscados macho hembra. Este sistema de uninseria universal si no fuera que a partir de 2 se vuelve cada vez mas difcilenroscar una pieza contra otra; los tubos deben de ser de pared de un grosor

apropiado ( para poder quitar el material de la rosca ), y el fluido tiende ameterse entre las roscas.

Fig 2.2c

Union de tuberias roscadas

d)

El medio mas versatil para unir tuberias y sus accesorios es por medio debridas, lo cual incrementa su mantenimiento; las bridas son caras yfrecuentemente su uso de limita a ser compaeras de bridas de tanques,equipos, valvulas, instrumentos , o lineas de proceso que requieren de limpiezaperiodica. En la seccion 2.6 se anotan sugerencias acerca de su uso.


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Fig 2.2d

Union de tuberias bridadas

e)

Cuando se es necesario por la premura del tiempo realizar conexiones ( porejem. casos de emergencia ), o donde la menor o mayor fuga de las uniones noes una cuestion crucial, ni siquiera preocupante ( p.e. sistemas de riego poraspersion ), se podra hacer uso de conexiones rapidas; este tipo de conexionesusan diferentes tipos de union.Se sugieren estos sistemas para uso temporal,

para reparar lineas, o en plantas piloto que por sus caracterizticas de procesoexijan tanta versatilidad.

En los ultimos tiempos y debido a que son sistemas que se tienen que estarlavando repetidamente, en la industria farmaceutica

se han estado usando en forma generalizadaconexiones tipo clamp-abrazadera. En un principio no eran muy hermeticas pero en


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estos dias son lo bastante confiables para presiones medias y bajas.

Fig 2.2e

Uniones clamp-abrazadera en sistemas farmaceuticos.

2.3. Componentes para sistemas de tuberas soldadas a tope.

2.3.1. Ventajas.

Es el mtodo de unin preferido para tramos muy largos, se realiza con unequipo muy accesible y sus

juntas son a prueba de fugas.

2.3.2. Donde se usa. Es un mtodo universal de unin de tuberas. Limitadasolo por accesorios que por su naturaleza, no se

puedan soldar.

2.3.3. Desventajas.

Al soldarse las uniones y accesorios, se impide que se puedan desarmar; elmetal de la soldadura puede

obstruir o ser atacado por el fluido del proceso.


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2.3.4. Como se realiza. En el extremo de la tubera se realiza un chafln quetiene un perfil definido ( segn norma ), los accesorios

estn similarmente achaflanados por los manufactureros; las dos partes sonapropiadamente presentadas,

alineadas, fijadas con puntos de soldadura, y entonces se suelda con un cordncontinuo de soldadura.

2.3.5. Accesorios para sistemas soldados a Tope. Tablas.

Codos

Realizan el cambio de direccin de una tubera en 45 90. Normalmente deusan codos de radio largo ( lo cual

indica que su radio de curvatura es 1.5 veces su dimetro nominal para tubosde y mas grandes)

Fig 2.3.5 a

Codo de 90 radio largo

Tambien se pueden obtener codos de radio corto, cuyo radio de curvatura esigual al diametro nominal.

Fig 2.3.5 b

Codo de 90 radio corto


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Fig 2.3.5. c

Codo de 45

Existen codos de 90 con una parte recta en un extremo. Llamados codos contangente larga; o codos reductores que

disminuyen el diametro de un extremo a otro.

Fig 2.3.5 d

Codo de 90 de tangente larga

Fig 2.3.5 e

Codo reductor de 90

Retorno

Cambia la direccin de flujo 90, de uso comn en la fabricacin de serpentineso Venteos.

Fig. 2.3.5.f

Retorno de radio largo y corto


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Curvas

Se realizan con tubera recta; los radios comunes de curvatura son de 3 a 5veces el dimetro nominal, codos de radio

mas largo se pueden realizar doblando en caliente. Solo las tuberas sin costurao soldadas por resistencia elctrica,

son apropiadas para doblarse.

Fig. 2.3.5 g

Doblez de curvas de tubera.

Reducciones


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Realizan la unin entre dos tuberas de diferente dimetro; se pueden obteneren dos formas: concntrica (coinciden

los centros de tubera ) y excntrica ( coinciden las paredes de tubera ). Lareduccin excntrica se usa cuando es

necesario mantener el fondo o el tope de una tubera a un nivel dado.

Fig. 2.3.5 h

Reducciones excntricas y concntricas.

Swage soldable Se usa para reducir el dimetro de una tubera cuando existengrandes reducciones; un swage realiza el cambio dedimetro en una forma mas abrupta que una reduccin: Se encuentranregularmente en forma concntrica yexcntrica; existen swages tipo vnturi que permiten el flujo menos abrupto.

Fig. 2.3.5 i

Swages soldables.


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Codos de gajos Los codos de gajos o segmentados, no son propiamenteaccesorios, ya que se fabrican en campo a partir de la propia tubera. El uso decodos de gajos para realizar cambios de direccin, se restringe a situaciones deemergencia por falta de materia o a lneas de baja presin de 10 en adelante,si la cada de presin es despreciable; en estos casos el uso de codos estndarsera mas caro. Se debe usar con cautela, ya que un codo de dos gajos a 90tiene seis veces la

cada de presin que uno comn, y uno de tres gajos el doble.

Fig 2.3.5 j


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Codo de gajos o segmentado

Injerto ( Stub-in ) Es un termino que indica soldar una tubera directamente a lapared de la tubera principal ( cabezal ); es el mtodo mas general y menoscaro de soldar un ramal ( tubera secundaria ) a cabezales arriba de 51 mm(2); un injerto debe reforzarse convenientemente en la unin. No se deberealizar en tuberas menores a 51 mm, porque puede entrar material de lasoldadura y restringir el flujo.

Fig 2.3.5 k

Injerto de tubera

Ts rectas o reductoras soldables.

Se emplean para sacar ramales a 90 de la trayectoria del cabezal; las rectastienen la salida del ramal, de igual dimetro que las dems, y son fcilmente

obtenibles; las ts reductoras son de mas difcil obtencin y frecuentemente seadquieren solo bajo pedido.

Los accesorios siguientes ofrecen un medio alternativo de conexin a uncabezal principal, sin necesidad de reforzamiento; generalmente estnpreformados a la curvatura de la tubera a la cual se van a unir.

Weldolet

Interconecta ramales a 90 reduciendo el dimetro, la proyeccin es menorque la de una te; se pueden obtener con fondo plano, para conectarse atapones o tapas de recipientes.

Fig. 2.3.5 m Weldolet

Elbolet

Realiza ramales reductores saliendo tangentes a codos de radio largo o corto.

Fig 2.3.5 n Elbolet


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Fig. 2.3.5 l Ts rectas o reductoras soldables.


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Los siguientes tres accesorios se usan generalmente para diseosespeciales.Cruces rectas o reductoras Las primeras se pueden obtenergeneralmente en almacn, pero las reductoras son de muy difcilobtencin;


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es preferible usar ts y no cruces debido a su economa, obtenibilidad ydisminucin de numero de artculos en inventario para mantenimiento; a excepcinde donde el espacio es restringido en tuberas marinas o trabajoscrticos. No se necesita reforzar la unin

Yes rectas o reductoras Permite una entrada a lo largo de todo el dimetro de latubera ( comnmente con ngulo de 45), donde la baja resistencia al flujo esimportante; yes rectas con igual dimetro se obtienen en pesos std y xs. Yesreductoras o con ngulos diferentes a 45 se obtienen solo bajo pedido especial,el refuerzo se requiere donde es necesario restablecer la fortaleza de la

junta, a los esfuerzos totales de la tubera. Las yes reductoras seordenan similarmente a las tes, excepto que se debe indicar el dimetroy el ngulo

Tapn capaSe usa para sellar el final de tuberas de dimetro mediano o pequeo.Se pueden usar tapones planos los cuales son placas cortadasespecialmente en campo. Es recomendable revisar mecnicamente estostapones, ya que las placas planas no resisten bien la presin. Tambin se puedenusar tapas convencionales para recipientes sujetos a presin, para tuberas dedimetro grande

2.4. Componentes para sistemas de tuberas por soldaduraenchufada2.4.1. Ventajas. Comnmente se usan en tuberas de mediana y altapresin; es mas fcil de alinear en tuberas pequeas, que las soladas atope; no es necesario puntearla para soldar. Muy difcil que entren restosde soldadura en el interior, y que haya fugas si se realizaapropiadamente la unin


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2.4.2 Donde se usan. En lneas que conducen materiales caros, txicos,flamables, etc; donde las fugas no se pueden permitir. Donde hay alta presin. Sihay condiciones corrosivas hay que verificar el espacio entre el enchufe. 2.4.3 Desventajas. En el espacio de 1.5 mm que existe para ajuste entretubera y accesorio, se forman remolinos de fluido. Los cdigos nopermiten su uso, si se espera erosin severa o corrosin.

2.4.4 Como se realiza la junta. En el caso de acero la tubera tiene acabado planoy se inserta en el accesorio, vlvula, brida, etc, a continuacin se sella con uncordn continuo de soldadura. En el caso de tuberas anlogas al cobre, se lijanprimero las partes en contacto para a continuacin embarrarles fundente ycalentarlas, se funde soldadura con soplete untndola a la tubera, seinserta en los accesorios y se deja que ella sola se enfri.2.4.5 Accesorios para tuberas enchufables. Tablas


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Reductor inserto enchufable. Un accesorio reductor para conectartuberas pequeas a accesorios mas grandes. Por un lado es hembra ypor el otro macho. Estos insertos pueden ser fabricados maquinandobarras forjadas comunes

Reductor inserto enchufable. Un accesorio reductor para conectartuberas pequeas a accesorios mas grandes. Por un lado es hembra ypor el otro macho. Estos insertos pueden ser fabricados maquinandobarras forjadas comunes

Cople enchufable Une tubera atubera

Cople reductor enchufable. Junta dos tuberas de diferente dimetro

Tuerca unin enchufable. Se usa principalmente para propsitos demantenimiento e instalacin; en si es un tipo de unin roscada, adaptadapara sistemas enchufables, por lo cual cuando existe alta presin se debe verificarlos esfuerzos mecnicos. La unin debe ser enroscada hermticamente antes deque las terminales sean soldadas para evitar el desalineamiento en el asiento, yen consecuencia la probabilidad de fugas

Accesorios para salidas de recipientes o sistemas soldados atope


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Medio cople enchufable. No se usa el cople entero para conectarse acabezales o recipientes, debido a que el medio cople tiene mas rigidez;el medio cople permite entradas a 90 a tuberas grandes o recipientes


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SockoletSaca ramales a 90 del mismo dimetro o reducidos, sobre tuberarecta; se pueden obtener sockolet de base plana para tapas orecipientes

2.5. Componentes para sistemas de tuberas en sistemasroscados.2.5.1. Ventajas. El roscado se realiza fcilmente en tuberas y accesoriosen campo, minimiza el peligro de fuego cuando se instalan tuberas, enreas con gases o lquidos inflamables presentes.2.5.2 Donde se usan. Para lneas pequeas de proceso que conducenservicios.


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2.5.3 Desventajas. No esta permitida segn el cdigo ANSI B31.1.0-1967si se espera erosin severa, corrosin, golpeteo o vibracin; ni atemperaturas arriba de3 496 C. Es posible que tenga fugas la unin yque ocasione que la junta se tenga que sellar con un cordn desoldadura ( no recomendable ). La fortaleza de la tubera se reduce al

disminuir con el roscado el grosor de las paredes.2.5.4 Como se realiza la junta. Comnmente se puede realizar la roscaexterior ( macho ) sobre la tubera por medio de una herramientamanual llamada tarraja, o por medio de maquinas que pueden realizarese trabajo en campo

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