Sistema De Optimizacion De Transporte De Fluidos

Desde siempre el hombre a requerido del transporte de fluidos, y que mejor creación que las tubos, que antiguamente eran usados en ciudades , pero como los tiempos cambian el hombre se vio en la necesidad de normalizar estos tubos y se dio origen a las tuberías, que dentro de las grandes y pequeñas industrias son hoy en día vitales.

En este informe de tubos y tuberías trataremos de analizar los distintos materiales con los que son fabricados, así como también dar una visión general de cómo pueden ser adquiridos en el comercio.

Las tuberías con destinación industrial tienen una muy amplia aplicación, pues es por medio de ellas que se transportan todos lo fluidos (gases, mezclas, líquidos, etc) para optimizar y no limitar los procesos industriales. Existen tubos con costura y sin costura, la diferencia entre ellos radica en el modo de fabricación. Los primeros basan su manufactura en la soldadura, mientras los segundos no.

Las principales normas que rigen todo lo concerniente a los sistemas de tuberías y su instalación constituyen las bases de muchas leyes relativas a la seguridad. La norma de mayor envergadura en esta aplicación es el Código ASME para calderas y recipientes a presión, el cual en sus secciones I, II, III, VIII, IX y XI define claramente los requerimiento mínimos que consolidad la optima instalación de un sistema. Enfatizando en el planteamiento de tuberías a presión, se encuentran diferentes secciones separadas para este código que enmarcan la implantación de estos sistemas:       

· Tuberías para Sistemas de Potencia...... B31.1 · Tuberías para Gases Combustibles...... B31.2 · Tuberías Plantas Químicas y Refinerías de Petróleo... B31.3 · Tuberías para transporte de petróleo líquido...... B31.4 · Tuberías para Refrigeración......B31.5 · Tuberías para transmisión y distribución de Gas..... B31.8 · Tuberías para Servicios en Edificios..... B31.9

Indudablemente existen muchas otras organizaciones que se han dedicado a resaltar los requerimientos en la instalaciones de tuberías como tal. Entre ellas podemos mencionar El Instituto Americano de Petróleo (API),La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), La Asociación Nacional de Protección Contra Incendios (NFPA), El Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI), etc.

Denominación: Diámetro, Costura, Sch, Material, Longitud, Tolerancia. 

¨ Diámetro: Diámetro nominal de la tubería en pulgadas.

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¨ Costura: SMLS (Tubería sin costura), Welded (Tubería con costura.

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¨ Sch: Schedule de la tubería.

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¨ Material: Material de la tubería. Ej. ASTM A 106 gr. B

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¨ Longitud: Longitud por pieza. Ej. Piezas de 6m de largo.

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¨ Tolerancia: Tolerancia de longitud de la tubería.

Ejemplo de especificación de una tubería: Tubería 3, con costura (Welded), Sch 80, extremos para soldadura a tope (BW), según ASTM A120, galvanizada.

La cédula en los tubos de acero se refiere a la medida del grosor o espesor del tubo que forma parte de una tubería. Al mismo tiempo, la cédula dependerá del uso que se le vaya a dar a la tubería, del material que vaya a transportar y la intensidad y frecuencia de dicho transporte. Existen algunas cédulas en tubos de acero que son las más utilizadas en la industria, estas son:  

- Cédula 40: La más utilizada en tuberías de transporte de agua. - Cédula 80: Utilizada en tuberías de alta presión.

Dependiendo del uso que se le vaya a dar a la tubería se deberá elegir la cédula adecuada. Por ejemplo, si queremos transportar gas u otros fluidos de alta presión y utilizamos tubos con una cédula de menor capacidad se puede producir desde una simple fuga hasta una explosión.

Dentro de los materiales de fabricación de las tuberías el más utilizado es el acero al carbón. Este es fabricado en gran variedad de tamaños y formas para facilitar su obtención. Para condiciones de trabajo en las cuales sea necesaria una buena resistencia a la corrosión se recomiendan aquellas cuyo material de fabricación sean aleaciones de níquel y cromo. Tuberías del tipo Hastelloy encuentran el rango de sus dimensiones y tamaños en ½ a 4" NPS.

Tuberías de aluminio sin costuras son construidas para algunas dimensiones estándar y para tuberías extrafuertes. Tuberías de aluminio-bronce se encuentran en los números de lista o schedule 40 y 80 desde ½ a 4". Las tuberías de cobre poseen diámetro nominal igual al las tuberías NPS.

En la industria existen varios tipos de acabados de tubos utilizados para la instalación de sistemas. Comúnmente, o en su mayoría, los tubos de acero que se fabrican son del tipo sin costura (sin soldadura lateral), los cuales se manufacturan por medio de perforación y forja, torneado y calibración del hueco. Los tubos con costura (producidos por soldadura) se fabrican por soldadura de arco sumergido, por soldadura por resistencia eléctrica y por soldadura eléctrica por fusión.

TUBO CON COSTURA

TUBO SIN COSTURA

En general, podemos encontrar tres métodos de fabricación de tubos: 

- Fabricación de tubos sin soldadura: También se le conoce como fabricación de tubos sin costura. Este método consta de la selección de un lingote cilíndrico que se calienta a altas temperaturas. Después de ser calentado, se pasa por un dado cilíndrico y se le hace el agujero con una máquina llamada penetrador. Por lo regular este tipo de tubo es utilizado para contener presión y este método de fabricación es el más común.

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- Fabricación de tubos en espiral: Es también llamada fabricación de tubos con soldadura helicoidal. Se lleva a cabo seleccionando láminas de acero que se doblan para tomar la forma de un tubo. Después se le aplica soldadura a lo largo de todo el tubo siguiendo una forma de espiral, como si tuviera una rosca o cuerda.

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- Fabricación de tubos con costura recta: También conocida como fabricación de tubos con costura longitudinal. Este método de fabricación de tubos es prácticamente igual al anterior, con la salvedad de que aquí la soldadura se aplica en línea recta para unir ambos extremos del tubo. La desventaja de esta forma de fabricación es que el área de la soldadura representa la zona más débil del tubo.

La gama de materiales utilizados en tuberías es muy amplia, pero vamos a destacar cuatro grandes grupos:

Acero al Carbono Este acero es un compuesto de hierro (Fe) con un porcentaje de carbono menor del 1,7% (habitualmente entre 0,3 a 0,4%) y cantidades pequeñas y variables de Manganeso (Mn), Fósforo (P), Azufre (S) y Silicio (Si). Es resistente a altas temperaturas, resistente al choque. Tiene resilencia, tenacidad, mecanizabilidad, y sobre todo es forjable y soldable.

Acero aleado Este acero es un acero al carbono que además tiene una proporción menor del 10% de Cromo (Cr) y generalmente algo de Níquel (Ni) y/o algo de molibdeno (Mb). Tiene las mismas propiedades que el acero al carbono pero la resistencia a altas temperaturas y la tenacidad aumentan mucho. La adición de Cr y Ni le dan mayor resistencia a la corrosión. Es también soldable y forjable. Un acero bastante utilizado para tuberías es el ASTM A 335, grado P7. Acero Inoxidable Es un acero aleado con una proporción de Cr que supera el 10%. Tiene las mismas propiedades que el acero aleado, pero aumentadas, sobre todo la resistencia a la corrosión. Tiene un aspecto brillante y pulido. Un acero de este tipo frecuentemente utilizado es el ASTM A 312 grado TP 304.

Fundición o hierro fundido La fundición es un compuesto de hierro (Fe) con un porcentaje de carbono (C) superior al 1,7%, aunque normalmente del 3% y pequeñas cantidades de Si, Mn, S. Tiene bastante menor resistencia a altas temperaturas, menor resilencia y menor tenacidad. Es fundible pero no es ni forjable ni soldable. (La fundición es posible soldarla, pero nunca se hace en tuberías). Un tipo habitualmente utilizado en tuberías es el ASTM A 48 clase 25.

Es frecuente construir con tuberías de acero las líneas de propósito general. Los tamaños estándar de tuberías se denominan por medio de su tamaño nominal y número de cédula. Los números de cédula están relacionados con la presión permisible de operación y el esfuerzo permisible del acero en la tubería. El rango de números de cédula va de 10 a 160, y los más altos indican un espesor mayor de pared. Debido a que todas las cédulas de tuberías de un tamaño nominal dado tienen el mismo diámetro exterior, las más grandes tienen un diámetro interior más pequeño. Al sistema de números de cédula también se le conoce como ¡ron Pipe Sites (IPS). Las series más completas de tuberías de acero disponibles son las cédulas 40 y 80. En el apéndice F presentamos datos para estas dos cédulas, en unidades del SI y del Sistema Tradicional de Estados Unidos. Para conocer un método de cálculo del espesor mínimo aceptable de la pared de ductos consulte ANSÍ/ASME Standard B31.1-1998: Power Piping

Se utiliza tubos estándar de acero en sistemas de fluidos de potencia, condensadores, intercambiadores de calor, sistemas de combustible de motores y sistemas industriales de procesamiento de fluidos. A los tamaños se les denota por medio del diámetro exterior y el espesor de pared.

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Los manufactureros ofrecen tuberías en un rango de 1/8” Ø hasta 44” Ø. Los diámetros normales son:

½”,¾”, 1”, 1¼”, 1½”, 2”, 3”, 4”,6”, 8”, 10”, 12”, 14”, 16”, 18”, 20” y 24” ( pulgadas ).Los diámetros de 2½”, 3½”, 5” son de obtención mas difícil en el mercado.Las tuberías de 1/8”,¼” y 3/8” se usan comúnmente en líneas de instrumentos, estaciones de servicio, líneas hidráulicas, líneasauxiliares de equipo o venas de calentamiento.

Es frecuente que las líneas para agua, gas y drenaje estén hechas de tubo de fierro dúctil, debido a la relativa resistencia, ductilidad y facilidad de manejo de este material, muchas aplicaciones ha remplazado al hierro fundido. Junto con los tubos se suministra accesorios estándar para hacer una instalación conveniente en la superficie o en subsuelo. Se dispone de varias clases de tubería de hierro dúctil para uso en sistemas con un rango de presiones. Los diámetros reales interior y exterior son más grandes que los tamaños nominales.

Tuberías de agua y de gas: Existen en el comercio con empalmes de enchufe y cordón y con platinas.  Tubos bajantes de fundición para instalaciones de desagüe: Las normas para los tubos bajantes (codos de desagüe, tubos y codos de reducción, piezas en S, piezas en T oblicuas y piezas en cruz) están contenidas en las DIN 538 a 545. Las normas para tubos bajantes normales ligeros se encuentran en las DIN 1172 a 1178. 

Tubos de acero moldeado: Se construyen principalmente de tubos cortos, codos y piezas de enlace. No existen todavía normas para ellas; las platinas se rigen por las DIN 2543 a 2547. 

Tubos roscados: En sus extremos se suministran con tubos sin costuras para gas y vapor o, en construcción más barata, como tubos para gas y vapor soldados al tope, que no permiten una gran flexión sin rajarse. Se construyen con diámetros nominales desde 1/8 hasta 4"(mas raramente hasta 6").  Tubos sin costura: Pueden ser estirados en frío o en caliente (hasta un diámetro nominal aproximadamente de 25 mm); para un diámetro nominal mayor de hasta 620mm son laminados en caliente (procedimiento Mannesmann). Para presiones de hasta 25 Kg/cm2 de presión nominal son corrientes en el comercio (DIN 2449); para presiones hasta 100 Kg/cm2 según la DIN 2450 (st 34), 2451 (st 45) y 2455 (st 55) y para mayores presiones pueden también ser suministrados con pared más gruesa. 

 Tubos soldados: Se suministran o bien como tubos

soldados o recubrimiento con gas de agua para diámetros por encima a los 300 mm con todas las dimensiones que se deseen y para todas las presiones hasta 80 Kg/cm2 aproximadamente, o como tubos con soldadura autógena por encima de 50 mm de diámetro, en los cuales, sin embargo, la presión admisible depende de la bondad de la soldadura.  Tubos remachados: Solo entran en consideración a partir de un diámetro nominal de 60 mm, lo mismo que los de soldadura autógena, no son apropiados más que para presiones pequeñas.

Tubos de cobre, bronce y de latón: Con soldadura fuerte(es decir, con costura) que se hallan en el comercio en longitudes de hasta unos 4 m, o estirados ( sin costuras) en longitudes desde 3 hasta 7 m y precisamente :  Como tubos de cobre y bronce con diámetros D=3 a 380mm y gruesos de pared S=1 hasta 10mm según DIN 1754. Tubos de latón con un diámetro exterior D = 5 a 180mm y S = 0.5 a 5 mm. Tubos de cobre sin costura con D= 3 a 3880mm aproximadamente y S = a.5 a 15mm.  Los tubos mayores solo se fabrican soldados, el estañado de los tubos por dentro y por fuera o por ambas partes a la vez implica un suplemento de precio. Los tubos se suministran con la dureza del estirado, pero sobre pedido se suministran también recocidos sin aumento de precio 

Presentamos seis tipos de tubos de cobre, y la selección de alguno depende de la aplicación, de consideraciones ambientales, presión del fluido y las propiedades de éste Veamos una descripción breve de los usos más comunes:  Tipo K: se emplea para el servicio con agua, combustibles, gas natural y aire comprimido.  Tipo L: similar al tipo K, pero con un espesor de pared menor.  Tipo M: similar a los tipos K y L, pero con espesor de pared más pequeño; es preferible para la mayoría de servicios hidráulicos y aplicaciones de calor a presiones moderada.  Tipo DWV: se utiliza en drenaje, desechos y ventilación en sistemas de plomería  Tipo ACR: acondicionamiento de aire, refrigeración, gas natural, gas licuado de petróleo (LP) y aire comprimido.  Tipo OXY/MED: se emplea para la distribución de oxígeno o gases medicinales, aire comprimido en la medicina y aplicaciones de vacío. Hay disponibles tamaños similares a los tipos K y L, pero con procesamiento especial para tener una limpieza maya El tubo de cobre disponible es suave, recocido o estirado en frío. Este último tipo es más rígido y fuerte, conserva su forma recta y soporta presiones mayores. La tubería recocida es más fácil para serpentines y adopta otras formas especiales. Los tamaños nominales o estándar de los tipos K, L, M y DWV son de 1/8 de pulgada menos que el diámetro exterior real. Los espesores de pared son diferentes para cada tipo, de modo que varían el diámetro interior y las áreas de flujo. Suele conocerse a este sistema de dimensiones como Tamaños de tubo de cobre (CTS, por sus siglas en inglés). El tamaño nominal para la tubería tipo ACR es igual al diámetro exterior. 

Mangas metálicas sin costura: Son tubos ondulados de tumbaga. Son tubos estirados sin soldadura, en los cuales se laminan luego surcos en espiral. Protegidos por una envoltura, simple o doble, de tejido metálico prensado (que no disminuye la flexibilidad del tubo). Con refuerzo de alambre de latón enrollado en espiral y doble envoltura de tejido metálico resisten 9 a 10 veces más. Guiando los tubos debidamente, la dilatación o contracción elástica llega a 50mm por metro o más (desde 15mm de diámetro interior). Aplicables a las conducciones de aire, gas, vapor, etc. además como compensadores de dilatación. Tubos metálicos flexibles: Formado por cinta (acedo, cobre, latón alpaca) de perfil especial enrollada en hélice de modo que sus bordes encajen dando flexibilidad transversal y longitudinal. Entre las espiras va un cordón de goma o de amianto (según el fluido y la temperatura). Estos flexibles sencillos se fabrican de a 200mm de diámetro interior probados a 6 at.

 Flexibles sencillos: Protegidos por un trenzado

metálico, con refuerzo de espiral de alambre (enrollado al revés del tubo); no pueden destorcerse. Se fabrican de 10 a 150mm de diámetro interior probados a 20.15 o 12 at (según aumenta el diámetro).  Flexibles dobles: D = 10 a 150mm, probados a 20 o 12 at. Sobre el tubo interior se enrolla en sentido contrario una cinta parecida (pero sin junta) que evita el aflojamiento de las espiras.  Flexible universal "Hydra”: Un rebordeado especial de las espiras evitan que se aflojen, sin emplear doble tubo ni trenza protectora D=12 a 75mm; probados a 20 o 15 at, según el diámetro.

 Las tuberías no metálicas utilizadas en procesos

industriales están fabricadas en una gran variedad de materiales dentro de los cuales se destacan:  Plásticos, Cerámicos, Vidrio, Sílice fundida Carbón Rubber  De todos estos materiales, el grupo más utilizado es el de los plásticos. Las tuberías de plástico tienen gran resistencia a las soluciones alcalinas, cerca de todo tipo de ácidos y otros fluidos corrosivos. Además son resistentes a todo tipo de bacteria, algas y principalmente son no tóxicas. Las tuberías de plásticos ofrecen la ventaja de pesar la mitad o menos de la gran mayoría de las tuberías metálicas.

La principal desventaja de las tuberías de plástico es la tendencia de estos a sufrir algún tipo de deformación cuando están sometidas a determinadas temperaturas de trabajo e igualmente a determinados esfuerzos de trabajo, también hay que tener en cuenta la facilidad con que las tuberías de plástico se rompen bajo una carga elástica. Por otra parte los termoplásticos tienen una gran importancia comercial en las tuberías de polietileno PE, PVC, ABS, CAB.

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Tubería de PE: Es el más utilizado de los termoplásticos. Este posee excelentes cualidades en su peso, flexible y muy buenas propiedades para los impactos, además posee una adecuada resistencia a la corrosión. Sin embargo, está sujeto a los ataques de los hidrocarburos. La gran desventaja de las tuberías de PE es la baja resistencia mecánica a los esfuerzos y estructuras rígidas. Se utiliza generalmente a temperaturas de 120 º F.

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Tuberías de ABS: También poseen una alta resistencia al impacto. Poseen además la mayor resistencia al calor que la mayoría de las tuberías fabricadas con los materiales termoplásticos, estos pueden ser utilizados a temperaturas sobre los 180ºF, sin embargo, su resistencia al ataque de químicos que la del PVC.

Tubería de PVC: Poseen una relativa resistencia al esfuerzo y al modulo de elasticidad. Este es el más fuerte de la mayoría de las tuberías fabricadas con termoplásticos. Puede ser utilizado a temperaturas mayores de 150ºF 

Aplicaciones  · Conducciones de agua potable y no potable, con y sin presión.  · Evacuación de aguas pluviales.  · Evacuación de aguas residuales en interior de edificios.  · Redes de saneamiento con y sin presión.  · Drenaje agrícola.  · Drenaje de obra civil.  · Canalizaciones de riego.  · Protección de cables eléctricos.  · Redes enterradas contra incendios.  · Tuberías de aireación y ventilación.  · Encofrado perdido.  · Conducciones industriales de fluidos ácidos y alcalinos.  · Canalones para aguas pluviales.

Esta tuberia es fabricada bajo la norma NTP 399.003 y se fabrica en dos clases : Liviana y Pesada

Esta tuberia es fabricada bajo la norma NTP 399.006 y se fabrica en dos clases : Liviana ( SELl ) y Pesada ( SAP ). Las tuberias SEL son fabricadas en color gris claro y oscuro.

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http://www.geocities.com/MadisonAvenue/6883/trabajos/3tuberias/tuberias98.htm http://www.quiminet.com/articulos/la-fabricacion-y-la-cedula-de-los-tubos-de-acero2588254.htm http://www.unicon.com.ve/conduccion_tubos_alta_presion.html http://es.vbook.pub.com/doc/6416542/Curso-Elemental-de-Diseno-de-Tuberias-ales http://es.vbook.pub.com/doc/56173455/FACTIBILIDAD-USO-TUBERIA-CON-COSTURA-ENPERFORACION-DE-POZOS