0101-TR Codigos Normas Unidades & Tuberias

CURSO DE TUBERIAS PARA PLANTAS DE PROCESO. (Químico, Petroquímico o Farmacéutico). 0101 CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS.

Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300.

Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

CURSO DE DISEÑO DE TUBERÍAS PARA PLANTAS DE PROCESO (2.006).

2

CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS.

ÍNDICE DE LA UNIDAD: 00 INTRODUCCIÓN. 01 GENERALIDADES. 02 CÓDIGOS Y NORMAS. 03 LOS SISTEMAS DE UNIDADES. 04 LAS MAGNITUDES PRINCIPALES. 04.1 La longitud. 04.2 El área o superficie. 04.3 El volumen. 04.4 La velocidad y la aceleración. 04.5 El caudal. 04.6 La masa y sus magnitudes derivadas. 04.7 La densidad y el peso específico. específico. 04.8 La presión y el vacío. 04.9 La energía, el trabajo, la potencia, el calor y la temperatura. 05 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES. 06 PRODUCTOS TUBULARES TUBUL ARES DE ACERO. 06.1 Tubos. 06.2 Tuberías. 07 DIMENSIONES DE LAS TUBERÍAS. 07.1 Tuberías en pulgadas (ANSI, ASME & ASTM). 07.2 Tuberías en milímetros (DIN & ISO). 07.3 Equivalencia entre “rattings” y presiones. 07.4 Tablas de dimensiones de tuberías en milímetros y pulgadas. 08 MATERIALES PARA TUBERÍAS. 08.1 Tuberías de acero al carbono. 08.2 Tuberías de acero aleado. 08.3 Tuberías de acero inoxidable 08.4 Tuberías de aleación de níquel, cromo y otros aleantes. 08.5 Tubería de materiales termoplásticos. 08.6 Tuberías de acero revestidas. 09 FORMAS DE FABRICACIÓN DE LAS TUBERÍAS. 09.1 Tubería estirada (sin soldadura). 09.2 Tubería soldada. sold ada. 10 ACABADOS DE LOS EXTREMOS DE LAS TUBERÍAS.

Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS REUNIDAS,, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

2


2


ÍNDICE DE LA UNIDAD: 00 INTRODUCCIÓN. 01 GENERALIDADES. 02 CÓDIGOS Y NORMAS. 03 LOS SISTEMAS DE UNIDADES. 04 LAS MAGNITUDES PRINCIPALES. 04.1 La longitud. 04.2 El área o superficie. 04.3 El volumen. 04.4 La velocidad y la aceleración. 04.5 El caudal. 04.6 La masa y sus magnitudes derivadas. 04.7 La densidad y el peso específico. específico. 04.8 La presión y el vacío. 04.9 La energía, el trabajo, la potencia, el calor y la temperatura. 05 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES. 06 PRODUCTOS TUBULARES TUBUL ARES DE ACERO. 06.1 Tubos. 06.2 Tuberías. 07 DIMENSIONES DE LAS TUBERÍAS. 07.1 Tuberías en pulgadas (ANSI, ASME & ASTM). 07.2 Tuberías en milímetros (DIN & ISO). 07.3 Equivalencia entre “rattings” y presiones. 07.4 Tablas de dimensiones de tuberías en milímetros y pulgadas. 08 MATERIALES PARA TUBERÍAS. 08.1 Tuberías de acero al carbono. 08.2 Tuberías de acero aleado. 08.3 Tuberías de acero inoxidable 08.4 Tuberías de aleación de níquel, cromo y otros aleantes. 08.5 Tubería de materiales termoplásticos. 08.6 Tuberías de acero revestidas. 09 FORMAS DE FABRICACIÓN DE LAS TUBERÍAS. 09.1 Tubería estirada (sin soldadura). 09.2 Tubería soldada. sold ada. 10 ACABADOS DE LOS EXTREMOS DE LAS TUBERÍAS.


2


3


01 GENERALIDADES. Considerando el origen de la tecnología del petróleo, es lógico comprender, que sean los EE.UU. de América, el país que marque la pauta, en cuanto a todo lo concerniente al proceso, o el refino del petróleo; por ello, es el inglés el idioma común a todos los técnicos relacionados en un modo u otro, con las plantas de proceso o refinó, e incluso las plantas químicas, las farmacéuticas o nucleares, esto que es valido para el idioma, también lo es para la normativa. Hay un término universalizado para definir el objetivo ultimo de estos cursos de formación,

PIPING DESIGN, que puede traducirse como, DISEÑO DE TUBERÍAS , si bien para llegar a ese nivel, será necesario iniciarse en el conocimiento, a nivel descriptivo, de los distintos elementos y equipos que conforman las instalaciones de tuberías, paralelamente al aprendizaje de las técnicas propias de la representación isométrica y del dibujo de, los layouts o planos de tuberías en planta a través de trazados muy simples, pero adecuadamente didácticos. Bajo el término de PIPING DESIGN, se engloban unos trabajos que afectan más o menos directamente a la casi totalidad de las actividades de un proyecto, para una refinería o planta similar, aproximadamente el 40% de las horas consumidas en la redacción del proyecto se dedican a las tuberías y sus "circunstancias", sería casi imposible escribir sobre plantas industriales sin incluir unas líneas que inicien el conocimiento de los CÓDIGOS, NORMAS, y UNIDADES, empleadas en el diseño de tuberías, que se utilizaran a lo largo de este curso y que formaran parte de las herramientas de trabajo del diseñador de tuberías. En las plantas industriales, los citados sistemas tuberías, pertenecen a una de estas dos categorías: ? Líneas de de Proceso; Proceso; que conducen conducen los materiales que forman parte del producto producto final. final. ? Líneas de Servicio; Servicio; que transportan transportan los los fluidos adecuados adecuados en las condicion condiciones es precisas, precisas, para que la fabricación de cada uno de los productos o “cortes” del proceso, se realice en las condiciones de presión y/o temperatura adecuadas, o para dotar al componente o producto final, de la energía y/o movimiento preciso.


3


4


02 CÓDIGOS Y NORMAS. Teniendo en cuenta los últimos avances de la tecnología en todos los campos, es lógico comprender, el que existan Códigos, Normas, Reglamentaciones, o Disposiciones Legales, que afectan a las diferentes industrias en cada uno de los países desarrollados, así como, el que sean los EE.UU. de América, el país que marque la pauta, en cuanto a todo lo concerniente al proceso, proceso, o el refinó del petróleo. petróleo. En la industria industria española española ha habido habido gran influencia influencia de las Normas DIN, actualmente actualmente la industria norteamerican norteamericanaa ha impuesto sus Códigos Códigos y Normas en la industria química, petroquímica, nuclear, etc., por ello, en los proyectos de este tipo, es obligada la aplicación de esas Normas. En España disponemos de las siguientes normas: Æ Reglamento

de instalaciones petrolíferas (RD 2085/94).

ITC. MI-IP-01 “Refinerías”. ITC. MI-IP-02 “Parques de Almacenamiento” (RD 1562/98). ITC. MI-IP-03 “Instalaciones petrolíferas para uso propio (RD 1427/97). ITC. MI-IP-04 “Instalaciones fijas para distribución al por menor de carburantes, etc.” Estas normas hacen referencia a las normas UNE; que son publicadas por AENOR. Æ Reglamento

de Almacenamiento de Productos Químicos (RD 379/2001).

Æ Reglamento

de Seguridad Contra Incendios en los Establecimientos Industriales (RD 786/2001).

Æ Reglamento

de recipientes a presión (1979 y 1990); en él se incluyen las tuberías.

En las tuberías se nos presenta el termino "schedule" el cual, en función del diámetro, determina el espesor de las tuberías, por ello, y como complemento de lo ya indicado, adjuntamos la siguiente relación de instituciones Norteamericanas de Normalización, que han establecido dimensiones para estos espesores: Æ ANSI

(American National Standard Institute). Concretamente la norma ANSI B31 "Code for

Pressure Piping", que en sus 8 secciones, regula el diseño, fabricación, montaje, prueba e inspección de los sistemas de tuberías de una planta industrial; ANSI; define los siguientes números de "schedule" o programas de fabricación; 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160; los espesores definidos por estos "schedules" dentro de cada tamaño se emplean en la fabricación de tuberías de acero al carbono o aleado. Las tuberías de acero inoxidable tienen espesores correspondientes a los "schedules" 5S, 10S, 40S y 80S. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS REUNIDAS,, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

4


5

CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS. Æ

ASME (American Society of Mechanical Engineers). Esta norma, en particular la “Section III, Division 1-Subsection NB”, facilita la descripción de un componente mecánico en concreto, con indicación de las características a que debe responder el material con el que esta construido; ASME; a través de sus definiciones de "peso"

? Standard "STD" (standard weight), equivalente al sch. 40 para una gran parte de los Ø. ? Extra fuerte "XS" (extra-strong), equivalente al sch. 80 para numerosos diámetros. ? Doble extra fuerte "XXS" (double-extra-strong), equivalente al sch. 160 para algunos Ø. Æ

ASTM (American Society for Testing and Materials). Bajo esta norma, suelen ser descritos cada uno de los materiales, con indicación del proceso de fabricación, composición química, propiedades físicas y procedimientos de pruebas a las que deben ser sometidos; ASTM; a través de sus definiciones de "peso" da los siguientes espesores:

? Standard "STD" (standard weight), semejante a la misma denominación ASME, y como en ese caso equivalente al sch. 40 para una gran parte de los Ø. ? Extra pesado "XE" (extra- heavy).

? Doble extra pesado "XXE" (double-extra-heavy). Æ

USAS (United States of América Standards). Antes estas normas se denominaban, ASA (American Standard Association); las dimensiones y características de los accesorios de las tuberías e incluso estas, son regulados por este tipo de norma.

Æ

API (American Petroleun Institute). A veces, las dimensiones y características de las tuberías, pueden ser definidas mediante sus normas 5L y 5LX, estas dimensiones de fabricación no incluyen referencias explícitas entre tamaño y espesores.

Las tuberías bajo las Normas Norteamericanas descritas, se fabrican básicamente mediante 2 procedimientos: Æ Con Æ Sin

soldadura longitudinal (straight-seam-welded).

costura (seamless).

Además de estos vocablos, referidos a las tuberías, existen otros muchos que se irán describiendo a medida que sea necesario, para una mejor comprensión de cada tema. La Unión Europea está armonizando actualmente las Normas de los diferentes Estados, mediante la emisión de los Eurocódigos, que serán la base de la Normativa Europea. Finalmente la “International Standarization Organization” (ISO) realiza una labor muy positiva, en la unificación de todas estas normas, si bien de un modo lento. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

5

6



03 LOS SISTEMAS DE UNIDADES. Describiremos en este capitulo los más habituales, como son el métrico y su derivado el internacional, y con especial énfasis, el anglo-americano. La ley de Pesas y Medidas del 8 de julio de 1892 adopta oficialmente para España este sistema de medidas, desde entonces se han venido utilizando las distintas unidades según el uso habitual de cada rama de la técnica y de la ciencia, mezclando unidades para las magnitudes habituales, que no responden a un mismo sistema. Para intentar usar en todos los países un mismo sistema de unidades, en 1960 la Conferencia General de Pesas y Medidas (París), reunió a 42 países, entre ellos España, los cuales decidieron adoptar un nuevo sistema de unidades, llamado Sistema Internacional (S.I.), que no fue asumido por EE.UU. y otros países dicho sistema se ha hecho obligatorio en España por la Ley 88/67, del 8-11-67, y Decretos 1.257/74 y 18.464/74; que ha provocado la coexistencia de 2 sistemas de unidades , el Internacional ya citado y el Angloamericano. La Ley 88/67 señala seis unidades fundamentales y dos suplementarias.

TABLA 01; UNIDADES FUNDAMENTALES DEL S.I.

MAGNITUDES

UNIDADES

SÍMBOLOS

Masa

Kilogramo

Kg.

Longitud

Metro

m.

Tiempo

Segundo

s.

Intensidad de corriente eléctrica

Amperio

A.

Temperatura termodinámica

Grado Kelvin

ºK.

Intensidad luminosa

Candela

cd.

TABLA 02: UNIDADES SUPLEMENTARIAS DEL S.I.

Magnitudes

Unidades

Símbolos

Unidades S.I.

Ángulo plano

Radian

rad

----

Ángulo sólido

Estereorradian

Sr

----

Como complemento de estas unidades, hay otras unidades derivadas que se suponen conocidas.

Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

6

7



El sistema angloamericano es un sistema de unidades de carácter muy tradicional, que se ha ido adaptando a los avances tecnológicos, por lo que presenta características que pueden ser consideradas incongruentes, si no se tiene en cuenta su origen, basado en las necesidades mercantiles, y poco sensible al aspecto técnico, pero al ser el sistema de los EE.UU. le da un carácter de universalidad que obliga a su conocimiento y manejo; sus unidades son las siguientes:

TABLA 03; UNIDADES DEL SISTEMA ANGLO-AMERICANO. MAGNITUDES

UNIDADES

SÍMBOLO

Multiplicar por:

PARA PASAR A:

Masa

Pound = libra

p = lb

0,45359

Kilogramos.

Longitud

Inch = pulgada

in.

25,4

Milímetros.

Tiempo

Segundo

s.

Intensidad eléctrica

Ampere

A.

Temperatura

Gr. Fahrenheit

ºF.

5/9x(ºF-32)

ºCentígrados

Intensidad luminosa

Candle

cd.

Superficie

Pulgada 2

in2

6,452

cm2

Volumen

Pulgada3

in3

16,387

cm3

Densidad

Libra x pie 3

lb/in 3

27,68

g/cm3

Velocidad

Millas x hora

mph

1,6093

km/h.

Aceleración

Pie x seg 2 .

ft/s 2

30,480

cm/s 2

Fuerza

Libra-fuerza

lbf

4,4482

Newton

Presión o tensión

Libra x pulgada 2

ps i

0,07031

kgf/cm2

Caudal

Galones x min.

GPM

3,785

dm3 /mn.

Viscosidad cinemática

Stokes

st

0,0001

m2 /s

Viscosidad dinámica

Libra x seg./ pie 2

lbf-sec/ft 2

47,8803

Pascal/s 2

Trabajo, energía

Libra x pie

ft-lbf

1,3558

Julios

Cantidad de calor

British termal unit

BTU

1.054,2

Julios

Potencia

Horsepower

HP

0,7457

kW


7

8



04 LAS MAGNITUDES PRINCIPALES. Se describen tan solo las magnitudes más usuales de los sistemas ya indicados.

04.1 La longitud. La unidad fundamental de medida de la distancia entre dos puntos, es el metro, que desde el 1.799 se definía como la diezmillonésima parte de un cuadrante del meridiano terrestre, comprendido entre el Polo Norte y el ecuador, se define así en el S.I; “el metro es una longitud igual a 1.650.763,73 longitudes de onda, en el vacío, de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p e y 5d s del átomo de criptón 86”. En el sistema anglo-americano , la unidad de medida es la pulgada ⇔ “inch” = 25,4 mm., se representa con dos comillas como superíndice de la magnitud; es decir 1” , también se emplean las fracciones de pulgada como 15/16” 7/8”, 3/4”, 5/8”, 1/2”, 3/8”, etc., y en los últimos tiempos, los decimales de pulgada. ? Su múltiplo es el pie

⇔ “foot”

= 12” = 304,8 mm. El pie se representa con una sola

comilla como superíndice de la magnitud; un pie

⇔ foot

= 1’.

? El múltiplo de pie es la yarda “yard”, que tiene 3’. También se emplean otras unidades de longitud, como son: - La milla terrestre = 1.609 m. - La milla náutica =1.851, 85 m. (40.000/360º x 60), es decir un minuto de grado sexagésimal, medido sobre el ecuador (40.000 km); estas dos ultimas magnitudes no serán empleadas durante el curso.

04.2 El área o superficie. Es una magnitud derivada, de la unidad fundamental de longitud; la unidad de medida es el

metro cuadrado

⇔

m2, que es el área de un cuadrado de 1,0 m. de lado.

En el sistema anglosajón, la unidad de superficie, es la pulgada cuadrada inch” = 6,452 cm2., su múltiplo es el pie cuadrado

⇔ “square

⇔ “square

foot” = 0,09290 m2.

Para la medición de terrenos se usa el “ acre ”, que equivale a 0,4047 hectáreas (Hm2). Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

8


9


04.3 El volumen. El contenido o volumen de cualquier cuerpo es otra magnitud derivada de la longitud; se mide en metros cúbicos

3 ⇔ m .

En el sistema anglo-americano la unidad que más se utiliza para el volumen es el galón, si bien debemos distinguir dos tipos de galones: Æ “Imperial gallons ” Æ “U.S. gallons ”

(ingles) = 4,546 litros.

(americano) = 3,7854 litros.

Como múltiplo tenemos el barril “barreel”, cuya capacidad varia, (s/ contenido) y que tiene 31,5 galones = 0,11924 m3, o 42 galones = 0,15899 m 3, si es de hidrocarburos (oil); el de whisky tiene 45 galones. Además de estas unidades se utilizan: ? La pulgada 3 ⇔ “cubic inch” = 0,016387 litros. ? El pie 3 ⇔ “cubic foot” = 28, 317 lts.

04.4 La velocidad y la aceleración. La velocidad de un cuerpo que se mueve, es la longitud que ese cuerpo recorre en una unidad de tiempo; en el S.I., esta magnitud se expresa en m/s., también se utiliza el km/h. En el sistema anglo-americano las unidades que mas se utilizan para expresar la velocidad a nivel técnico son: - El pie por minuto ⇔ “ft/min” = 0,3048 m/min. - La milla por hora ⇔ mph = 1,609 km/h.* En menor medida se utiliza el pie por segundo

⇔ “ft/sec”

= 0,3048 m/s.

La aceleración es la variación de la velocidad en la unidad de tiempo (V = V 0 + a t); si un coche aumenta su velocidad en 5 m/s cada segundo, se dice que tiene una aceleración de 5 m/s2., si en un momento dado se movía a 72 km/h, es decir a 20 m/s, y tiene una aceleración de 5 m/s 2, las velocidades que tendría serían: Ú Al

principio 20 m/s; ≡ (72 km/h).

Ú Al final del primer segundo; V

= 20 + (1 x 5) = 25 m/s; ≡ (90,0 km/h ).

Ú A1 final del 2º segundo; V = 20 + (2 x 5) = 30 m/s ≡ (108,0 Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

km/h ). 9


10

CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS. Ú A1

final de 60 segundos; V = 20 + (60 x 5) = 320 m/s (1.152,0 km/h ).

El aumento cada segundo, de la velocidad con la que un cuerpo cae desde cualquier altura, es lo que se llama “la aceleración de la gravedad”, o “gravedad” y vale 9,81 m/s 2 . En el sistema anglo-americano la unidad que mas se utiliza para expresar la aceleración en el ámbito técnico es el pie por segundo 2 ⇔ “ft/sec2” = 0,3048 m/s 2.

04.5 El caudal. Es una magnitud derivada de la velocidad; el caudal que circula por una tubería; representa el volumen de agua, combustible, gas o vapor, que pasa por una sección de la tubería en la unidad de tiempo; se puede medir en m3/h, m3/s, dm3 /s, etc. En el sistema anglosajón, se utiliza habitualmente el galón, por ello el caudal suele ser expresado en “gpm”, es decir, galones por minuto , también se utiliza el termino de

barriles por hora

⇔ bph, o por día ⇔ bpd,

etc.

Si dividimos el caudal por la sección de la tubería, el resultado nos da la velocidad con que se mueve cualquier partícula de líquido por la tubería.

04.6 La masa y sus magnitudes derivadas. Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo; la unidad de medida en el sistema internacional, es el kilo, y su definición hace referencia al cilindro prototipo de platino e iridio que se encuentra en Breteuil; el kilogramo masa, es la masa del prototipo de platino iridiado, sancionado por la III Conferencia General de Pesas y Medidas en 1901, es un concepto teórico que no será utilizado en el Ciclo. Las magnitudes masa y sus derivadas fuerza y peso están relacionadas; se sabe que un cuerpo por sí solo no se mueve, que para moverlo ha y que aplicarle una fuerza, empujarle, tirar de él, realizar un esfuerzo, que puede ser muscular, o motriz, mediante una máquina. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

10


11


La fuerza más conocida es el peso, es decir, la fuerza de gravedad, o lo que pesan los cuerpos, es la fuerza con que atrae la tierra a todos los cuerpos; esta atracción depende de la masa de la tierra; si estuviésemos en otro planeta el peso sería distinto. En la luna, los cuerpos pesan menos porque la luna tiene menos masa que la tierra; la aceleración que imprime la atracción terrestre a todos los cuerpos, es la aceleración de la gravedad, que como vimos vale 9,81 m/s2. E1 peso de 1 kg de masa, se le llama un kg de fuerza (kgf), o de peso, o un kilopondio (kp); por lo tanto, el peso de un kg. de masa (en la tierra) es de, 1 kg x 9,81 m/s 2 = 9,81 Newton = 1 Kp. Esta es la unidad de fuerza más utilizada, que muchas veces se escribe Kg simplemente, o bien kgf, para distinguir la “f” de fuerza. En el sistema internacional, la unidad con que se mide la fuerza es el Newton; e1 cual puede definirse como; “La fuerza que es necesaria aplicar a un cuerpo de 1 kg de masa, para producir en él, una variación de la velocidad que tenía, de un m/s cada segundo”, es decir, que adquiera una aceleración de 1 m/s 2. En el sistema anglosajón, la unidad de fuerza es la libra (pound force) = 4,448 N., la unidad de masa en este sistema es la libra (pound) = 0,45359 kg., sus múltiplos son: - La tonelada corta (short ton.) = 2.000 lbs = 907,2 kg. - La tonelada larga (long ton.) = 2.240 lbs = 1.016 kg..

04.7 La densidad y el peso específico. Se tiene la noción intuitiva de la existencia de unos cuerpos más densos y más pesados que otros, el plomo frente al hierro y la paja respecto al agua, son una referencia clara. Æ Densidad,

(d), es la masa que tiene el cuerpo por unidad de volumen. Densidad = M / V = Masa / Volumen.

Æ Peso

específico, (P e) es lo que pesa la masa por unidad de volumen, o peso del cuerpo

por unidad de volumen; por lo tanto: Peso específico = P/V =) = Peso/Volumen = [M (masa) x g (gravedad)]/V = d x g.


11


12


La densidad en el S.I. se medirá en kg/m3 y el peso específico en N/m3. El valor de la densidad en kg/m3 y el del peso específico, son el mismo, si este último se expresa en kgf/m3., otra unidad muy empleada es la del kgf/dm3; o kg por litro. En el sistema anglo-americano la densidad y el peso específico se expresan en: Æ Libras

por pulgada 3 (lb per cu in).

Æ Libras

por pie 3 (lb per cu ft), a 60 ºF.

La densidad y el peso específico varían con la temperatura y con la presión; la variación es pequeña en los sólidos, algo mayor en los líquidos, que son sensibles a la temperatura, pero muy poco a la presión, la variación es muy apreciable en los gases; por eso, los valores de peso y densidad, deben referirse a unas condiciones determinadas en el S.I., que son: Æ Para

líquidos; 15° C y 1 atmósfera de presión.

Æ Para

gases; 0° C y 1 atmósfera de presión.

Las tablas siguientes muestran algunos valores de los pesos específicos:

TABLA 04; PESO ESPECIFICO DE SÓLIDOS, @ 0° C Y 1 ATMÓSFERA.

Material

Peso especifico en kgf / dm3

Aluminio

2,7

Hierro

7,85

Plomo

11,30

TABLA 05; PESO ESPECIFICO DE LÍQUIDOS, @ 15° C Y 1 ATMÓSFERA.

Material

Peso especifico en kgf / dm3

Agua

0 99913

Fuel-oil

0 920

Gasóleo

0,85 a 0,90

Se observa que 1 dm3 de agua, es decir, 1 litro, pesa 1 kgf cuando está a 4° C, cuando está a más temperatura, el agua se dilata y, entonces, 1 litro de agua tiene menos masa (materia) y pesa menos, como vemos en la tabla. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

12


13


En el sistema anglosajón, el peso de los líquidos se basa en el volumen del agua a 60º F (15,6 C), así, el peso de un galón americano de agua, es de 8,338 libras = 3,782 kg.

TABLA 06; PESO ESPECIFICO DE GASES, A 0° C Y 1 ATMÓSFERA DE PRESIÓN.

Material

Peso especifico en kgf / m3

Butano

2,67

Propano

2,02

Aire

1,29

Metano

0,72

Las necesidades industriales han hecho que surjan otros medios de expresar la densidad y uno de ellos es el de los llamados “grados API ”, cuya tabla da el peso en libras por galón a 60º F. de un determinado hidrocarburo: Æ La

formula es del peso del líquido respecto al agua, es = 141,5/(131,5 + ºAPI).

Æ Para

líquido de 42,6º API es; 141,5/(131,5 + 42,6º API) = 0,81275 kg por litro a 60º F.

04.8 La presión y el vacío. La presión es el resultado de una fuerza aplicada sobre una superficie; la intensidad de esa fuerza sobre cada unidad de superficie, es, lo que llamamos “presión”, obteniéndose su valor por cociente entre la fuerza y la superficie. La figura siguiente muestra una chapa de un volumen de 5 x 10 x 20 = 1.000 dm 3 = 1 m3 de volumen; si esta chapa es una aleación de plomo y hierro con un peso especifico de 10 kgf/dm3, es decir, pesaría 10.000 kgf; como vemos, las caras de la chapa tienen las siguientes superficies: Ø

Cara 1;

5 x 10 = 50 dm2 = 5.000 cm2

Ø

Cara 2;

20 x 5 = 100 dm2 = 10.000 cm2

Ø

Cara 4;

20 x 10 = 200 dm2 = 20.000 cm2

Figura 01; Dimensiones y peso de la chapa.


13

14



La chapa, puede estar apoyada sobre 1 de sus caras, es decir, en cualquiera de las 3 posiciones de la figura siguiente. Figura 02; Posiciones posibles de la chapa de acero y plomo.

La presión que se ejerce sobre la superficie de apoyo será, inversamente proporcional al área en que se apoya, siendo sobre la cara doble que sobre la

m como

j el

doble que sobre la

k y

ésta a su vez, el

consecuencia de que la misma fuerza se reparte sobre una

superficie mayor: j Ú P1 =

10.000/5.000 = 2 kgf/cm2

k Ú P2 = 10.000/10.000

= 1 kgf/cm2

2 m Ú P4 =10.000/20.000 =0,5 kgf/cm

Figura 03; El principio de Pascal.

La transmisión de la presión en un líquido, se basa en el llamado “ principio de Pascal ”; según el cual, “la presión ejercida sobre un líquido se transmite por igual, y en todas direcciones, en la masa del liquido”, lo cual se puede comprobar experimentalmente, de acuerdo con lo que se ve en la figura siguiente y que básicamente es que sí, sobre el émbolo

j aplicamos.

una fuerza de 10 kgf, sobre la cara S 1 tendremos 0,1 kgf/cm2 de

presión, esta presión se transmite por toda la masa de agua, y en la cara S 2 del embolo

k

tendremos la misma presión. Con la presión de 0,1 kgf/cm2, se ejercerá una fuerza F 2 sobre el embolo k, que será:

F2 = 0,1 kgf/cm2 x 1.000 cm2 = 100 kgf. Es decir, podremos levantar un peso diez veces mayor, porque somos capaces de ejercer una fuerza 10 veces mayor debido a que la superficie de la cara S 2 es 10 veces mayor que la superficie de la cara S 1, y porque la presión ejercida en S 1 se ha transmitido en todas direcciones dentro de la masa de liquido. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

14


15


Si suponemos que 2 recipientes están igual de llenos, ¿que presión hay en los puntos A y B?, la misma. Figura 04; La presión según la altura.

Si no se suma la presión atmosférica, la presión que se ejerce sobre las paredes en B, o sobre A, sólo se debe al peso de la columna de líquido sobre esos puntos. La Presión no depende de la masa de líquido, sino de la altura de la columna de liquido que gravita por encima del punto, y de su peso específico; muchas veces, esa presión se mide según h a o h b, es decir, según la columna de líquido; así se dice 7 metros de columna de agua (7 m.c.a.), lo que significa que en el punto en cuestión existe una presión tal, que es como si sobre él se apoyase una columna de 7 m. Que el aire pesa lo demuestra la experiencia de la figura adjunta; se llena un tubo de mercurio, se invierte y se cierra por un depósito con Hg; el nivel de Hg empieza a bajar hasta que se estabiliza; cuando se detiene, la diferencia de nivel con la superficie del depósito es de 760 mm. Figura 05; Experimento que determina la presión atmosférica.

La columna de mercurio no baja más, porque sobre la superficie del depósito se está ejerciendo una presión PA que se transmite por el liquido hasta la salida del tubo, y es tal que soporta y equilibra el peso de, 760 mm de columna de mercurio; esta P A = presión de 760 mm de Hg, es lo que se llama presión atmosférica normal o “standard”, que tiene ese valor al nivel del mar, y cuando vamos subiendo en altitud disminuye, porque hay menos altura de columna de aire sobre nosotros. A la altura de 1 mm. de columna de Hg, también se le llama Torr. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

15


16


Teniendo en cuenta los pesos específicos del agua y del mercurio, si la experiencia se hubiese realizado con agua a 15 °C, la columna sería de 10,33 metros; por lo tanto: Æ 1 atmósfera estándar =

760 mm.c.Hg. ≡ 10,33 m.c.a. ≡ 1,033 kgf/cm2.

10 metros de columna de agua a 15° C ejercen una presión de 1 kgf/cm 2. Æ A

la cifra de 1 kgf/cm2 = 1 Kp/cm2, se le denomina también “atmósfera técnica”.

La presión atmosférica, que se ha señalado como P A en la figura precedente y que a partir de aquí llamaremos Pa , no solamente se ejerce sobre la superficie del líquido sino sobre todo el recipiente, es decir, sobre toda la superficie de los dos cuerpos; así, en el punto B de la figura 07.05 existen las siguientes presiones: Æ En

la cara interna, en contacto con el agua; la Pa que se transmite desde la superficie

libre del líquido y el peso de la columna h b de líquido. Æ En

la cara externa; solamente la presión P a del exterior.

Por tanto, la presión que realmente se tiene que soportar en el punto B es la de la columna h b de liquido, ya que la atmosférica se anula, por ser de sentido contrario en uno y otro lado;. a esta presión, se le llama presión relativa (Pr ), o presión efectiva; es la que medida por el manómetro; es la que interesa realmente para los cálculos. Si el recipiente está vacío, la envolvente no soporta ninguna presión, pues la presión atmosférica (Pa) está en ambas caras, por dentro y por fuera. La presión absoluta (PA) es igual a la presión relativa, incrementada en el valor de la presión atmosférica; PA = Pr + Pa. Es decir, la presión relativa y el vacío relativo, son las fatigas que realmente tienen que soportar los equipos y tuberías, por eso se llaman presiones o depresiones efectivas. Si en el émbolo de la figura se hace un esfuerzo P tirando del pistón, en el interior del cilindro irá disminuyendo la presión señalada por el manómetro M.


16


17


Se puede conseguir que la presión llegue a disminuir por debajo de la atmosférica (P a = 760 mm.c.hg.), en ese momento, el manómetro M, marcará una presión negativa, si su escala era de 0 para la atmosférica, o por debajo de 760 mm de hg., si su escala tiene términos absolutos; es decir, a la cantidad que señale por debajo de 760 mm.c.hg., se le llama vacío; al recipiente se le dice que está sometido al vacío El valor del vacío que interesa, es la cuantía en que este está por debajo de la presión atmosférica, es decir, la medida relativa, la que marca el manómetro, o vacuómetro. La palabra vacío la define el diccionario de la RAE, como “espacio que no contiene aire ni otra materia perceptible por medios físicos ni químicos” técnicamente es imposible llegar a esta situación en un recipiente, por lo cual, en la práctica se define el vacío como un espacio que contiene un gas sometido a una presión inferior a la atmosférica: 0,0 mm.c.hg < Presión en el interior del recipiente < 760,0 mm.c.hg = 1.013,0 mbar Los aparatos de medida, indican la presión por referencia al cero, que suele ser el que se toma en escala para la presión atmosférica, es decir, por referencia al valor de la presión atmosférica, ya sea para valores por encima o debajo de esta; el manómetro M, marcará una presión negativa, si su escala era de 0 para la atmosférica, o por debajo de 760 mm de hg., si su escala tiene términos absolutos; es decir, a la cantidad que señale por debajo de 760 mm.c.hg., se le llama vacío. El vacío que se ha llegado a obtener es del orden de 10 -16 mbar, este bajo nivel de vacío determina que el campo de uso del vacío se divida en 4 clases, niveles, o zonas: ? Vacío grueso; la presión se encuentra entre; La densidad molecular está entre; ? Vacío medio; la presión se encuentra entre; La densidad molecular está entre; ? Ultra vacío;

1,0 y 1.013 mbar10 16 y 1019 moléculas/cm3 1,0 y 1•10 -3 mbar 10 13 y 1016 moléculas/cm3

la presión se encuentra entre; 1•10-3 y 1•10-7 mbar La densidad molecular está entre;

10 13 y 109 moléculas/cm3

? Ultra-alto vacío; la presión se encuentra por debajo de 1•10 -7 mbar La densidad molecular está por debajo de 10 9 moléculas/cm3


17


18


En el sistema internacional, la unidad con que se mide la presión es el Pascal; e1 cual puede definirse como; “La presión que se provoca cuando se aplica la de fuerza de un Newton, sobre una superficie de 1,0 m2., esta presión es tan pequeña, 0,000010197 kg/cm2, que se utiliza el kiloPascal (kPa) = 1.000 Pa; o el megaPascal (mPa) = 1.000.000 Pa; 1,0 kg/cm2 = 98,066 kPa. En la práctica las unidades empleadas para la medida de la presión, son: - El kilogramo por centímetro cuadrado, o kg/cm2. - La atmósfera (técnica) ≡ 1 kg/cm2. - El metro de columna de agua (m.c.a) ≡ 0,1 kg/cm2. - El milibar para el vacío. En el sistema anglosajón, la unidad de presión es la libra (pound force) por pulgada

cuadrada (square inch) = 0,07031 kg/cm2, también llamada PSI y representada por el símbolo #. En este sistema también es utiliza como unidad de presión la libra (pound force) por pie cuadrado (square foot) = 0,0004882 kg/cm2, también llamada lbf/ft2.

04.9 Energía, Trabajo, Potencia, Calor y Temperatura. La energía es la capacidad que tienen los cuerpos, para producir un efecto; para su manifestación, adopta diferentes formas; por ejemplo, un volante que gira, o un coche que se mueve, pueden producir el efecto de arrastrar un cuerpo; una barra de acero caliente puede quemar, producirá un efecto de subida rápida de la temperatura en el otro cuerpo. La materia está formada por átomos, cada sustancia tiene una determinada estructura atómica, para dicha materia, además, esos átomos y las partículas electrónicas que a su vez componen los átomos, se mueven continuamente, si bien este movimiento no es apreciable a simple vista, salvo en sustancias gaseosas, y vapores; la energía que tienen los cuerpos procede, de la naturaleza, orden y movimiento atómico; es la única energía existente en los cuerpos, es lo que se conoce como energía interna; esta energía debida al movimiento, y en general, toda la que se debe al movimiento, se denomina energía cinética. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

18


19


Lo que interesa técnicamente, para su posible utilización, es la energía capaz de producir un trabajo; el concepto de trabajo está siempre ligado al movimiento, ya que el trabajo, es el efecto que produce una fuerza que se mueve; por ejemplo, el tractor que arrastra un remolque, realiza un trabajo, como consecuencia de que el peso del remolque, se mueve a lo largo del camino. Si la energía interna de los cuerpos, es la forma real de energía, las demás, son formas que adquiere la energía interna, al pasar de un cuerpo a otro, o el cuerpo de una posición, a otra; a la parte de la energía que se debe a la posición, o situación relativa del cuerpo, se le denomina energía potencial. Sí, un vehículo pasa del punto (A) al (B) de la figura, subiendo

la

rampa,

ha

consumido carburante para ello; en el punto (B), el vehículo tiene más energía potencial. Figura 06. Esquema de la energía potencial.

Esto de debe a que “en potencia” puede producir un mayor efecto que en el punto (A), si se mueve en sentido descendente, ya que puede bajar otra cuesta; la energía del combustible, ha pasado a ser energía potencial en el punto (B); mientras el vehículo se movía, se realizaba un trabajo, el cual consumía la energía interna del carburante. Si la energía es la capacidad para producir un trabajo, la potencia es la medida del trabajo por unidad de tiempo; la potencia de un motor térmico o eléctrico, es la capacidad de este para producir trabajo definido, por unidad de tiempo; si el efecto que se produce es calor, la potencia se denomina potencia térmica, por ello la potencia térmica de una caldera, es su capacidad de producir calor por unidad de tiempo, es decir, el calor y el trabajo, son formas de energía; la energía interna que poseen los cuerpos debido al movimiento de sus átomos, se denomina calor. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

19


20


La unidad del trabajo en el S.I., es el Julio, (1 J = N x m), que es el trabajo que realiza una fuerza de un Newton, al desplazarse a lo largo de un metro. En la practica se utiliza el kilogramo metro (kg. x m). En el sistema anglosajón, la unidad de trabajo es el pie-libra o foot-pound force. 1 Pie-libra o foot-pound force = 0,13825 kgfm. La unidad de potencia en el S.I., es el vatio; W = Julio/seg, que es la potencia de una máquina capaz de realizar el trabajo de un Julio, cada segundo; es decir, el trabajo que realiza una fuerza de un Newton, al desplazarse a lo largo de un metro, en un segundo de tiempo; también se utiliza el kilovatio (kW). En el sistema anglosajón, la unidad de potencia es caballo de vapor (horsepower); 1Hp = 550 ft-lb per sec = 0,7457 kW. El calor es la forma que toma la energía, al pasar de un cuerpo a otro, dando lugar a una diferencia de temperatura. Cuando se calienta el agua en una caldera, la energía interna del combustible ha pasado al agua, porque ésta estaba más fría. Esta forma de energía, llamada energía calorífica, o calor, se puede comprobar que, para que se produzca en la practica, que es necesario un gasto energético. Ejemplos de ello son; un cojinete que se calienta porque existe rozamiento, es decir, se gasta, o efectúa un trabajo; una resistencia eléctrica calentara si consume, o gasta electricidad (efecto Joule); la llama de un quemador produce calor en el hogar de la caldera, porque al quemarse el combustible, en el proceso químico de la combustión, se libera su energía. La unidad de calor, o energía calorífica, en el S.I., es el Julio, que como se ha indicado, equivale al trabajo que realiza una fuerza de un Newton, al desplazarse a lo largo de un metro; en la practica se utiliza la caloría, 1 J = 0,239 cal., y la kilocaloría; 1 kcal = 4.186,8 Julios., la kilocaloría es la cantidad de calor que hace falta suministrar a la masa de un kg. de agua destilada, para elevar su temperatura, de 4,5 °C, a 5,5 °C., En el sistema anglosajón, la unidad de calor es la “British Thermal Unit”, o BTU. 1 BTU = 1.055,0 Julios; 1 BTU = 0,252 kcal.


20

21



La transformación energética, a veces provoca una diferencia de temperatura, cuando pasa de un estado a otro, por efecto de una aportación, o cesión de calor, siendo, por tanto, la temperatura, una forma de medida del contenido del calor de los cuerpos. Por ello, puede uno preguntarse, ¿al recibir la misma cantidad de calor, todos los cuerpos aumentan su temperatura lo mismo? La respuesta es negativa; ya que para elevar un grado la temperatura de un kg. de agua, se precisa una kcal., como se indico con anterioridad, pero para elevar ese mismo grado, la temperatura de un kg de vidrio, tan solo se precisan 0,192 kcal; por ello, se define como calor especifico de las sustancias, la cantidad de calor que hay que añadir a la unidad de masa, o volumen, para aumentar su temperatura en un grado. La tabla da algunos valores del calor especifico.

Tabla 07; CALOR ESPECÍFICO EN kcal/kg °C Material:

Calor esp.

Material:

Calor esp.

Material:

Calor esp.

Mercurio

0,033

Fundición

0,130

Estaño

0,056

Agua

1,000

Acero

0,112

Vidrio

0,192

Alcohol

0,700

Bronce

0,086

Cinc

0,096

Gasóleo

0,490

Plomo

0,031

Hierro

0,114

* El calor específico del aire es 0,30 Kcal/m3 °C. El agua tiene una elevada capacidad calorifica, (por el valor de su calor especifico); así, para pasar de 10º C, a 50 °C, 10 kg de agua, hacen falta; (50° - 10°) x 10 x 1 = 400 kcal. Æ Pero si los 10 kg fuesen de hierro,

necesitaríamos; (50° - 10°) x 10 x 0,114 = 44,6 kcal.

Es decir, para elevar una misma cantidad de masa, de agua, que de hierro, hasta la misma temperatura, la masa de agua requiere; 1/0,114 = 8,77 veces más calor. Æ A

la inversa, cuando un kilo de masa de agua, baja su temperatura un grado, es porque

ha cedido, o se ha desprendido de una kilocaloría, y si la masa fuese hierro, se desprenderían solamente, 0,114 kcal. El calor siempre se transmite de forma natural del foco caliente, al foco frío; una vez que el calor pasa al otro cuerpo, éste ultimo tiene más energía interna y mayor temperatura , y es la temperatura, una de las formas de medir, por referencia de nivel, este contenido de Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

21


22


energía; la sensación de calor, o frío, que sentimos en nuestro cuerpo cuando nos encontramos al aire libre, o en el interior de un determinado recinto, es debida al calor, o a su ausencia. Para transportar calor, convienen sustancias que, como el agua, tengan un elevado poder calorífico (calor específico), ya que puede transportarse el mismo calor, con menos masa, que con otra sustancia que tuviese menor color especifico; por ello, entre otras razones, que se usa el agua para transportar calor desde la sala de calderas a los radiadores de una instalación de calefacción, etc. Las formas en que el calor se puede transmitir de un cuerpo que esta a mayor temperatura, a otro que tiene una temperatura menor, son tres: ? Por conducción. ? Por convección. ? Por radiación. Todas estas formas de transmisión se dan en la técnica de la transmisión de calor, calefacción, etc., la mayor parte de las veces, la transmisión de calor de un cuerpo a otro, o con respecto al ambiente, tiene lugar por dos, o por las tres formas de transmisión, simultáneamente. La transmisión del calor por conducción, es la forma de transmisión, en la que el cuerpo que cede el calor, está en contacto directo con el que lo toma; por ejemplo, una barra de hierro en contacto con una llama; la mano que soporta la barra termina por notar el calor, que a través de la barra se ha transmitido desde la llama, hasta la mano. El calor se ha ido transmitiendo por contacto de molécula a molécula, (conducción) desde la llama (foco caliente) a través de la barra (cuerpo conductor) hasta la mano (foco frío); la transmisión no fue instantánea, ya que la mano tardó en notar el calor, y algo más en que este hiciese insoportable el contacto; debemos considerar que existe una “velocidad de transmisión del calor”, unos cuerpos lo transmiten más velozmente que otros, o lo que es lo mismo, ofrecen menos resistencia al paso del calor a su través, que otros; esta propiedad, o característica intrínseca de los cuerpos, se llama CONDUCTIVIDAD TERMICA, y se expresa en Kcal/h °C m., viniendo a ser la cantidad de calor que por grado de diferencia de temperatura, y metro de espesor del material, atraviesa ese espesor, en una hora. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

22

23



Los cuerpos llamados buenos conductores del calor, tienen un elevado valor en su CONDUCTIVIDAD TERMICA, mientras aquellos que tienen un bajo coeficiente de conductividad, se les llaman, aislantes térmicos; por ejemplo; para evitar que se pierda calor por una tubería de acero, se protege ésta, revistiéndola con una capa perimetral de aislamiento térmico. La tabla siguiente da los valores de este coeficiente, representando comúnmente por λ (lambda), para algunos materiales.

Tabla 08; CONDUCTIVIDAD TÉRMICA λ de algunos materiales en Kcal/h °C m. Material:

Conductividad λ:

Material:

Conductividad λ:

Aluminio.

175,0

Amianto

0,14

Acero y Fundición.

50,0

Arena

0,50

Bronce.

55,0

Mortero de cemento

1,20

Cobre.

330,0

Hormigón celular sin oxidos

0.08

Estaño.

50,0

Enlucido de yeso

0,26

Plata.

354,0

Ladrillo macizo

0,75

Plomo.

28,0

Ladrillo hueco.

0,42

Cinc.

95,0

Vidrio celular

0,038

Placas de escayola.

0,26

Contrachapado

0,12

Arcilla expandida; (300 kg/m3 )

0,073

Tablero aglomerado

0,07

Espuma de urea - formol.

0,03

Moquetas y alfombras

0,04

Espuma de poliuretano (35 kg/m3 )

0,020

Fibra de vidrio (19 - 30 kg/m3)

0,032

Densidad = 40 kg/m3

0,020

Densidad = 66 - 90 kg/m3 .

0,028

Densidad = 80 kq/m3

0,034

Densidad = 91 kg/m3.

0,031

La transmisión del calor por convección, podemos apreciarla si colocamos una vasija de cristal llena de agua sobre un fuego podemos observar el siguiente fenómeno; por el centro del recipiente, el agua sube a la superficie, y por las paredes el agua baja de la superficie hacia el fondo; se observará mejor el fenómeno si echamos en el agua una pastilla de colorante, que se vaya diluyendo a medida que se calienta el agua del recipiente; se observarían así las corrientes,¿qué es lo que ocurre? que el agua más caliente del fondo, en contacto con el fuego, pesa menos y tiende a subir hacia la superficie, provocando que el agua de la superficie, en contacto con el ambiente pierde calor y desciende por la periferia del recipiente. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

23

24



El agua al subir transporta el calor evidentemente, transmitiéndose el calor de esta manera por esas corrientes llamadas de CONVECCION. La transmisión del calor por convección, tiene lugar siempre con transporte y movimiento de materia. Este transporte de calor es el causante de que el agua de las antiguas instalaciones de calefacción por termosifón se moviese desde la caldera a los radiadores; el transporte de calor de estas instalaciones era por convección dentro del fluido agua de la instalación. Lo mismo ocurre con el calor que pierde una pared de un edificio con el ambiente, o que gana calor. En la cara interna, Las corrientes de convección tienen un movimiento contrario a las agujas de un reloj porque el aire caliente al ponerse en contacto con la pared se enfría y cae, mientras que en la cara exterior del muro, el muro está más caliente que el ambiente y el aire se calienta en su contacto subiendo y robando el colar del muro; en la cara interna, el muro gana calor y en la externa lo pierde. Lo descrito hasta ahora, se llama CONVECCION NATURAL. Cuando se fuerza por algún medio el movimiento del fluido sobre la pared, hacienda que las corrientes sean más activas, se llama CONVECCION FORZADA. Es lo que ocurre cuando hace aire en la cara externa de un muro, se pierde más calor porque se va renovando más rápidamente, las láminas de aire caliente en las proximidades de la superficie del muro. La transmisión de calor por convección, responde a leyes muy complejas y depende de la naturaleza del fluido, su velocidad respecto a la superficie, la naturaleza de la superficie que puede oponer más o menos resistencia a que sea lamida por el fluido, etc. El coeficiente de transmisión por convección, se representa por

α (alfa),

y tiene las mismas dimensiones que C, es decir, Kcal/h m2 °C.

Q = α • (t1 - t2), Siendo t1 y t2 las temperaturas de la superficie y del fluido, respectivamente El color se transmite además de por contacto y por movimiento de materia; por Radiación; la radiación es una emisión de calor que en forma de onda térmica, que incluso se transmite en el vacío, sin necesidad de soporte material, su intensidad es función de la diferencia de temperatura entre el emisor y el receptor, por ello cuando dos superficies están a la misma temperatura, anulan sus respectivas emisiones. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

24


25


La transmisión global de calor en la realidad, nunca es de un manera pura solamente, si no por varias formas combinadas, de CONDUCCIÓN, CONVECCION y cuando hay una elevada diferencia de temperatura, por RADIACIÓN. La transmisión y pérdida de calor, entre la superficie del un muro de un edificio, o la superficie de una tubería, y el aire ambiente tiene lugar simultáneamente por convección y radiación. y al coeficiente de transmisión se le llama “h”. Un ejemplo importante de la transmisión global en calefacción es la emisión de calor por los radiadores. Los distintos elementos de emisión de calor tienen esta misión repartida entre las formas de radiación y convección. En los radiadores clásicos, este reparto es del 80 % para convección y del 20 % para radiación. Uno de los EFECTOS DEL CALOR, es que todos los cuerpos al ganar calor aumentan su temperatura, salvo que se encuentren en el punto de cambio de estado físico, ese aumento de temperatura supone también el aumento del volumen de los cuerpos; todos los cuerpos se DILATAN aumentando su volumen por efecto de la ganancia de calor. Esta dilatación tiene lugar en todas direcciones y sucede tanto en los sólidos y en los líquidos como en los gases y vapores, provocando: ? La dilatación lineal de las tuberías. ? El aumento de volumen y la presión del liquido contenido en la instalación. ? El incremento de presión en las instalaciones con gases. ? La producción de vapor o cambio de estado. Consideremos que por un radiador circulan 50 lts. de agua por hora (+/- 50 kg/h.), y que la temperatura de entrada (Te) es de 85 °C, si el radiador se ha elegido (s/ catálogo) para un salto de 20 °C, la temperatura de retorno (Tr) será 65 °C; la emisión de calor, o potencia calorífica cedida por el radiador será; 50 kg/h x (85° - 65° = 20) x 1 Kcal/kg ºC = 1.000 Kcal/h. Cuanto más baja sea la temperatura de salida, respecto a la temperatura de entrada, más potencia calorífica será cedida al ambiente y viceversa; por ello, si, si el radiador, es más pequeño, es decir tiene menor superficie, y por ello el agua solamente se enfría 10 °C, saliendo a 75 °C, la emisión de calor en este caso será de; 50 x (85° - 75° = 10) x 1 = 500 Kcal/h.


25


26


Finalmente, si un equipo precisa evacuar 500.000 kcal/h, y disponemos de un intercambiador que permite un salto térmico;

∆t =

20 °C, el caudal másico (Q) en kg., que

tendrá que circular por el equipo, será aquel que bajando 20° C, sea capaz de ceder esa potencia calorífica, es decir, considerando el uso de agua, tendremos: Q (kg) x 20 °C x 1 kcal/kg ºC = 500.000 kcal/h. ⇒ Q

⇒

(kg) = 500.000 kcal/h / 20 °C x 1 kcal/kg ºC = 25.000 kg/h.

Si consideramos que 1 kg de agua

⇔ 1

litro, el caudal que circulara será de 25 m3/h.

La temperatura es una unidad fundamental en el S.I., la unidad de medida en este sistema, es el grado kelvin (ºK), que es la medida de la escala absoluta o termodinámica; la temperatura más baja, que teóricamente puede existir, es la de - 273,16 °C, pero nunca se ha podido realmente alcanzar, a esa temperatura se le denomina técnicamente CERO ABSOLUTO (teóricamente cesaría la actividad atómica). En la figura 07, vemos que se asignan al punto de fusión del hielo (A), el valor de 273 °K, realmente son 273,16 °K, por lo tanto, 0 ºC 273,16 °K, y al punto (B), correspondiente a =

la ebullición del agua, se le asigna el valor de 373 °K (100 °K más), como en el caso anterior, el valor real es de 373,16°K, manteniéndose la diferencia de 100 ºK. El salto térmico correspondiente al grado Kelvin, o absoluto, es igual al del grado centígrado; para diferenciar las escalas, se suele denominar con “T” la temperatura absoluta, o termodinámica. Las escalas termométricas, o de temperatura , se definen por dos puntos fijos que representan valores atribuidos arbitrariamente a dos cambios de estado físico del agua; la fusión del hielo y la ebullición del agua; ambos a la presión atmosférica (760 mm de Hg.). Figura 07, Las 3 escalas de temperatura más usuales.


26

27



La escala centígrada (°C) normalmente utilizada en procesos industriales en Europa, asigna el valor de 0 °C al punto de congelación del agua o de fusión del hielo; es el punto inferior A. El punto B, es el de la ebullición del agua, que la escala le asigna el valor de 100 °C; la escala se divide en 100 partes iguales, correspondiendo cada una de ellas a UN GRADO CENTÍGRADO (°C), las temperaturas por debajo de 0 °C, se denominan “bajo cero”, o negativas, conservando el mismo valor del grado, y la misma longitud de escala. La escala Fahrenheit es utilizada en el mundo anglosajón, y asigna el valor de 212 ºF, al punto de ebullición del agua (B), y el valor de 32 ºF, al punto (A), de fusión del hielo; la escala, del punto (B) al punto (A), se divide en 180 partes iguales (212 - 32 = 180 ºF) correspondiendo cada una de ellas a un grado Fahrenheit (°F); siendo igual la longitud del segmento AB, el °C refleja mayor salto de temperatura que el °F, ya que 100 ºC

180 °F,

=

por ello puede indicarse que: 1 ºC 1,8 °F. =

1 ºF 5/9 °F. =

Para pasar de una escala a otra se emplean las fórmulas siguientes: t ºC = 5/9 (t °F - 32). t ºF = 1,8 t °C + 32. Los cero °F serán en la escala centígrada; t ºC = 5/9 (0 °F - 32) = 5/9 x - 32 = -17,78 °C.

05 CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS Y ACCESORIOS. Los que suelen manejarse en los planos e isométricas para sistemas de tuberías, son: Æ Productos Æ Métodos

tubulares o tuberías de acero.

de unión para tuberías, como bridas, juntas, tornillos y/o pernos, etc.

Æ Accesorios

para cambio de dirección como codos y tés, así como manguitos, tapones, etc.

Æ Accesorios

para picajes; “thredolets”, “socklets”, etc.

Æ Válvulas Æ Filtros

de diversos tipos para las distintas funciones.

y Purgadores o trampas de vapor.

Æ Figuras

en "8" y Juntas de expansión.


27


28


Estos elementos y accesorios se fabrican según unas normas congruentes, con objeto de que sean dimensionalmente inter.cambiables, y todos ellos, junto con una serie de equipos, se conocerán a lo largo de este curso. Figura 08; Accesorios para las tuberías.

06 PRODUCTOS TUBULARES DE ACERO. Los productos tubulares se clasifican en dos tipos básicos: Æ TUBOS;

se denominan así cuando su diámetro es menor de 1/8”; estos elementos se utilizan

en instrumentación y otros usos, por lo que no serán objeto de estudio en este curso. Æ TUBERÍAS;

también denominadas ”pipes”; su forma y configuración nos es familiar, su

procedimiento de fabricación variara según el destino que pretenda dársela; así podemos obtenerlos, entre otros, del siguiente modo: ? Soldado por resistencia, en negro, p/ vapor de baja; o galvanizado, p/ agua potable . ? Sin soldadura (estirada en frío) empleada habitualmente en petroquímica. ? Extruído (utilizado en estructuras). ?

Soldado helicoidalmente, para tubería de gran diámetro, utilizada en oleoductos y gasoductos.

? Fundición dúctil (usado como tubería enterrada para agua potable, o aguas residuales). Es conveniente mencionar un detalle respecto a la denominación de los productos tubulares, los técnicos que trabajan con fundición o “plástico”, se refieren a estos productos como tubos (tubes), mientras que los que trabajan con acero suelen denominar los suyos tuberías (pipes). En la práctica se consideran ambos términos como sinónimos, sin embargo el termino “piping” se aplica a los sistemas de tuberías, en lugar del “tubing”, que se aplica a los sistemas de tubos para instrumentación, engrase, etc. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

28


29


06.1 Tubos. Son los conductos de diámetro inferior a 1/8" (10 mm); los tubos se especifican por su diámetro exterior y su espesor de pared expresado en BWG (Birmingham wire gage), o bien en decimales de pulgada. Se usan en la construcción de intercambiadores de calor (evaporadores y condensadores), líneas de instrumentación y pequeñas interconexiones en equipos como compresores, calderas y refrigeradores; no suelen ser empleados en las isométricas de proceso, pero naturalmente, pueden ser objeto de planos isométricos, cuando son empleados en los usos indicados anteriormente.

06.2 Tuberías. La gran variedad de materiales para la realización de tuberías, disponibles en el mercado, hace que su elección deba ser la más adecuada a las características del fluido y a las posibilidades de suministro.

Figura 09; Esquema de materiales para las tuberías.

El esquema adjunto ilustra la magnitud del tema; su examen permite apreciar que no resultaría práctico, ni posible, tratar todos ellos en este capítulo, ya que podría dedicarse un libro completo a esta importante materia. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

29

30



Además del tipo de material, para la identificación del tipo de tubería son necesarios otros datos, que complementan, en el caso de los aceros, a la descripción del material, como son: ? La forma de laminación, en caliente, en frío, etc. ? Su posible tratamiento térmico, templado y revenido o normalizado, etc. ? El acabado interior y/o exterior y su nivel de rugosidad expresado mediante los signos de mecanizado UNE 1 037-75, o ISO 1 032. ? Cualquier otra característica que tenga importancia para el uso de la tubería.

07 DIMENSIONES DE LAS TUBERÍAS. Su tamaño lo representa el diámetro nominal, que en general se expresa en pulgadas. Es habitual designar los distintos tipos de accesorios y bridas por su tamaño nominal (diámetro) el cual es el mismo que el de los tubos con los que vayan a usarse. Es un número redondo, útil a efectos de referencia y de carácter aproximado respecto a las dimensiones, que es común a todos los componentes de un sistema de tuberías, que admite dos posibilidades: Figura 10; Datos representativos de la tubería.

u

“NPS ” (nominal pipe size), que se expresa en pulgadas, las normas ANSI B36.10 y ANSI B36.19 tiene tabulados diámetros, desde 1/8" hasta 44", pero se llega hasta las 70".

u “DN ”

(tamaño o diámetro nominal ) que se expresa en mm. desde los 15 mm.

1.100 mm.

⇔ 44”.

⇔ ½”,

hasta los

Se ha aceptado internacionalmente el símbolo DN para la designación de

un tamaño que es común a todos los componentes de un sistema de tuberías. Este diámetro nominal, solo sirve para nombrar o denominar a la tubería, ya que como puede apreciarse en las tablas de características de las tuberías, hasta la tubería de

∅ 12",

los

∅

exteriores son mayores que el nominal; en dicha tabla podemos ver que tampoco coincide el diámetro interior, con el tamaño nominal; ya que este ultimo varia su dimensión en función del Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

30

31



espesor del tubo. Es un número útil a efectos de referencia y de carácter aproximado respecto a las dimensiones del diámetro, que admite dos posibilidades y dos tipos de medidas: Æ En

pulgadas (1” = 25,4 mm.); bajo las siglas “NPS ” (nominal pipe size), las normas ANSI

B36.10 y B36.19 tiene tabulados diámetros, desde el 1/8" hasta las 44", pero se llega hasta las 70"; los espesores pueden ser regidos por las Normas ANSI, ASTM o ASME. milímetros; por su “DN ” (tamaño o diámetro nominal ); las Normas DIN 2441, 2440 y

Æ En

2448 tienen listados los tamaños desde los 6 mm.

⇔ 1/8”,

hasta los 1.100 mm.

⇔ 44”.

El

símbolo “DN” ha sido aceptado internacionalmente para la designación del tamaño que es que da dimensión a los componentes de un sistema de tuberías. Como se ve en la figura precedente, en las tuberías se presenta el termino "schedule", que en función del diámetro, determina el espesor de dichas tuberías, por ello, se adjunta la relación de instituciones, que han establecido dimensiones para estos espesores. Æ ANSI;

que define números de "schedule" o programas de fabricación.

Los espesores de pared definidos por números de "schedule" para la fabricación de tuberías de acero al carbono o aleado, son; 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160. Las tuberías de acero inoxidable tienen espesores correspondientes a los "schedules" 5S, 10S, 40S y 80S. Æ ASME; a

través de sus definiciones de "peso":

¢ Standard ¢ Extra

"STD" (standard weight).

fuerte "XS" (extra-strong).

¢ Doble Æ ASTM; a

extra fuerte "XXS" (double-extra-strong). través de sus definiciones de "peso":

¢ Standard

"STD" (standard weight).

¢ Extra

pesado "XE" (extra-heavy).

¢ Doble

extra pesado (double-extra-heavy)."XXE"

Æ API (American Petroleun Institute).

Mediante sus normas 5L y 5LX, estas dimensiones de fabricación no incluyen referencias explícitas entre tamaño y espesores. Las tuberías, se fabrican básicamente mediante 2 procedimientos: Æ Con soldadura longitudinal (straight-seam-welded). Æ Con Æ Sin

soldadura helicoidal.

costura (seamless).


31

32



El material empleado en las tuberías de acero y aleaciones de níquel, puede agruparse de este modo: Æ Acero al carbono. Æ Acero aleado. Æ Acero

inoxidable.

Æ Aleaciones

de níquel, como; Monel, Hastelloy, e Inconel.

07.1 Tubería en pulgadas (ANSI, ASME & ASTM). Los tamaños que corresponden a los diámetros de 1/8", 1/4", 3/8" y 1/2" se utilizan solo en líneas de instrumentación o en conexiones a equipos, el

∅ 1/2"

también se emplea en el

“traceado", llamado acompañamiento de vapor, o "steam tracing". Los diámetros de 1 1/4", 2 1/2" y 3 1/2", deben evitarse , a veces son necesarios en la conexión a algún equipo, pero, una vez realizada la conexión, la tubería se incrementara a un ∅ nominal de uso normal. A partir del

∅ de

números impares no se fabrican; por encima del

5", los diámetros correspondientes a los

∅ de

24", tampoco todos los diámetros de

números pares son manufacturados. Hasta la tubería de

∅ 12",

los

∅ exteriores

son mayores que el nominal; las tuberías de

14" y mayores tienen un diámetro exterior coincidente con el

∅ nominal,

∅

es variable en

ambos casos el interior. La indicación del diámetro, no es suficiente para definir el tipo de tubería, además hay que indicar el espesor, porque el diámetro exterior permanece constante, variando el diámetro interior, como se aprecia en la figura.

Figura 11; Espesores para un mismo diámetro de tubería. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

32


33


Hay varias formas de indicar el espesor de las tuberías: Æ El

nº de "schedule" (ANSI/ASA B.36.10); los espesores de pared definidos por este nº

de "schedule" pueden variar en las tuberías de acero al carbono, o aleado, desde el nº 10, al nº 160; dentro de cada diámetro. En las tuberías de acero inoxidable el nº de “schedule” puede variar desde 5S, a 80S. Æ El

"peso standard" (valido para las normas ASME/ASTM/ASA B.36.19) presenta los

siguientes valores: Ú Standard "STD" (standard Ú Extra fuerte Ú Doble

"XS" (extra-strong); ASME.

extra fuerte "XXS" (double-extra-strong); ASME.

Ú Extra pesado Ú Doble

weight); ASME y ASTM.

"XH" (extra-heavy); ASTM.

extra pesado "XXH" (double-extra-heavy); ASTM.

Las tuberías de acero, se suministra en longitudes de 6,0 m., en acero al carbono puede ser suministrada con un largo de hasta 12,0 m., en acero inoxidable se suministran a partir de tramos de 3,0 m. de longitud. Se adjuntan a continuación las tablas de las dimensiones y pesos de tuberías de acero al carbono y aleados, desde 1/8” hasta 24”, junto con la de dimensiones y pesos de la tubería de acero inoxidable sin soldadura, desde ¼” hasta 12”, esta ultima para calidades ANSI304L y ANSI-316L.


33

34



TABLA 08; DIMENSIONES Y PESOS DE TUBERIAS DE ACERO AL CARBONO Y ALEADO; ANSI B 36.10. NPS

O.D.

∅

mm:

1/8”

10,3

¼”

13,7

3/8”

17,1

½”

21,3

¾”

26,7

Schedule: 10

20

Schedule: 30

STD

40

Schedule: 60

XS

80

Schedule: 100

120

140

160

XXS

1,73

2,41

0,37

0,47

2,24

3,02

0,63

0,80

2,31

3,20

0,84

1,10

2,77

3,73

4,78

7,47

1,27

1,62

1,95

2,55

2,87

3,91

5,56

7,82

1,69

2,20

2,90

3,64

3,38

4,55

6,35

9,09

2,50

3,24

4,24

5,46

3,56

4,85

6,35

9,70

3,39

4,47

5,61

7,77

3,68 4,05 3,91 5,44 5,16

5,08 5,41 5,54 7,48 7,01

7,14

10,15

7,25

9,56

8,63

11,41

1”

33,4

1 ¼”

42,2

1 ½”

48,3

2”

60,3

2 ½”

73,0

3”

88,9

5,49

7,62

11,13

15,24

11,29

15,27

21,35

27,68

3 ½”

101,6

7,74

8,08

13,57

18,63

4”

114,3

6,02

8,56

11,13

13,49

17,12

16,07

22,32

28,32

33,54

41,03

5”

141,3

6,55

9,53

12,70

15,88

19,05

21,77

30,97

40,28

49,11

57,43

6”

168,3

7,11

10,97

14,27

18,26

21,95

28,26

42,56

54,20

67,56

76,22

8”

219,1

8,74

11,07

11.11

13,44

9,53

14,02

14,92

20,39

6,35

7,04

8,18

10,31

12,70

15,09 18,26 20,62

23,01

22,23

33,31

38,81

42,56

56,08

64,64

75,92

6,35

7,80

9,27

51,03

60,31

10”

273,0

41,77

12”

323,8

6,35

8,38

9,53

49,73

65,20

73,88

14”

355,6

6,35

7,92

9,53

9,53

54,69

67,90

81,33

81,33

16”

406,4

6,35

7,92

9,53

9,53

62,64

77,83

93,27

93,27

18”

457,0

6,35

7,92

11,13

9,53

70,57

87,71

122,4

105,2

20”

508,0

6,35

9,53

12,70

9,53

78,55

117,2

155,1

117,2

22”

559,0

6,35

9,53

12,70

9,53

88,54

129,1

171,1

129,1

24”

610,0

6,35

9,53

14,27

9,53

94,53

141,1

209,6

141,1

100,9

111,3

107,9

12,70 12,70 15,09 18,26 21,44 25,40

28,58

25,40

81,55

155,2

172,3

155,2

10,31 14,27 12,70 17,48 21,44 25,40 28,58

33,32

79,73

208,1

238,8

11,13 15,09 12,70 19,05 23,83 27,79 31,75

35,71

94,55

253,6

281,7

12,70 16,66 12,70 21,44 26,19 30,96 36,53

40,49

123,3

333,2

365,4

14,27 19,05 12,70 23,83 29,36 34,93 39,67

45,24

155,8

408,3

459,4

15,09 20,62 12,70 26,19 32,54 38,10 44,45

50,01

183,4

508,1

564,8

22,23 12,70 28,58 34,93 41,28 47,63 294,3 171,1 373,8 451,4 527,0 600,6 17,48 24,61 12,70 30,96 38,89 46,02 52,37

53,98

255,4

808,22

109,0 126,7 160,1 205,7 247,8

355,3

81,55 97,46 107,4 123,3 139,2 155,1

187,1

96,01 132,1 158,1 203,5 254,6 311,2

442,1

114,8 159,2 195,0 245,6 309,6 381,5

547,7

90,44 133,1 187,0 224,7 286,6 363,6 441,5

640,0

720,2

672,3

59,54

La cifra superior corresponde al espesor en mm. La cifra inferior, en cursiva, corresponde al peso en kg. por metro lineal. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

34

35



TABLA 09; DIMENSIONES Y PESOS DE TUBERIAS DE ACERO INOXIDABLE; ANSI B 36.19. NPS

O.D.

Schedule 5S *

Schedule 10S

Schedule 40S

Schedule 80S

∅

mm.

Esp. mm.

Peso Kg/m

Esp. mm.

Peso Kg/m

Esp. mm.

Peso Kg/m

Esp. mm.

Peso Kg/m

¼”

13,71

-

-

1,65

0,50

2,24

0,64

3,02

0,81

3/8”

17,15

-

-

1,65

0,64

2,31

0,86

3,20

1,12

½”

21,34

1,65

0,80

2,11

1,02

2,77

1,29

3,73

1,64

¾”

26,67

1,65

1,03

2,11

1,30

2,87

1,71

3,91

2,23

1”

33,40

1,65

1,29

2,77

2,12

3,38

2,54

4,55

3,29

1 ¼”

42,16

1,65

1,65

2,77

2,73

3,56

3,44

4,85

4,53

1 ½”

48,36

1,65

1,90

2,77

3,15

3,68

4,11

5,08

5,49

2”

60,33

1,65

2,40

2,77

3,99

3,91

5,52

5,54

7,60

2 ½”

73,03

2,11

3,69

3,05

5,34

5,16

8,77

7,01

11,59

3”

88,90

2,11

4,51

3,05

6,56

5,49

11,45

7,62

15,51

3 ½” **

101,60

2,11

5,18

3,05

7,40

5,74

13,56

8,08

18,62

4”

114,30

2,11

5,83

3,05

8,50

6,02

16,32

8,56

22,62

5” **

141,30

2,77

9,46

3,40

11,56

6,55

21,76

9,53

30,92

6” *

168,28

2,77

11,31

3,40

14,04

7,11

28,69

10,97

43,16

8” *

219,08

2,77

14,78

3,76

20,24

8,18

43,13

12,70

64,54

10” *

273,05

3,40

22,61

4,20

28,17

9,27

60,24

12,7

81,46

12” *

323,85

3,96

31,22

4,57

36,51

9,53

73,76

12,7

97,36

(*) Diámetros y Schedule bajo demanda. (**) Diámetros no habituales a nivel comercial (ni bajo demanda) que deben evitarse. Los pesos están referidos a tuberías con extremos planos (para socke t-weld).

Los distintos tipos de composición en los aceros inoxidables dan lugar a variaciones de densidad, que no son recogidas por las tablas de la ANSI B36.19, por ello la tabla muestra pesos referidos a la tubería de acero al carbono; los aceros inoxidables de tipo ferritico pueden pesar del orden de un 5 % menos que los reflejados en la citada tabla y los austeniticos alrededor de un 2 % más.


35

36



Las tuberías, en los pedidos, siempre deben indicarse por el tamaño nominal, junto con el espesor requerido, que en el caso de las tuberías de acero al carbono, o aleado debe usarse el nº de “schedule”, en el caso de los aceros inoxidables el citado nº de “schedule”, terminara en “S” como se aprecia en las tablas. Se acostumbra a dibujar las tuberías de hasta 12” mediante una línea gruesa en los planos de planta, o “layouts”, es decir, en representación unifilar. Fig. 12; Representación de la tubería ∅ 12”. =

Las tuberías de

∅ 14”,

o mayores, siempre se representan con doble línea en los planos de

planta, en este caso la distancia entre líneas, se corresponderá con el diámetro exterior de dicha tubería; no asíen los i somé tr icos , en los que las tuberías se representan con una línea gruesa, salvo que las especificaciones del proyecto indiquen lo contrario. Fig. 13; Representación de la tubería ∅ > 12”.

07.2 Tubería en milímetros (DIN & ISO). Las Normas UNE que regulan las dimensiones de las tuberías métricas son: Æ UNE-19011:1986

1R; Tubos lisos de acero, soldados y sin soldadura; tablas generales

de medidas y masas por metro lineal. Æ UNE-19041:

1993 3R y 4R; Tubos roscables de acero de uso general, medidas y masas.

Serie normal y Serie reforzada. Æ UNE-19045: Æ

1996; Tubos de acero soldado roscables. Tolerancias y características.

UNE-19046: 1993 1R; Tubos de acero sin soldadura roscables. Tolerancias y características.

Æ UNE-19051:

1996; Tubos de acero soldado (no galvanizados, inst. interiores de agua).

Lo habitual es designarlas por la Norma DIN, que nos da dimensiones para: u DIN-2440;

tubos soldados & sin soldadura (mínimo espesor de pared).

Debe especificarse si se quiere tubería sin soldadura. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

36


37

CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS. u DIN-2441;

tubos soldados & sin soldadura (serie pesada).

Debe especificarse si se quiere tubería sin soldadura. u DIN-2448;

tubos sin soldadura.

u DIN-2458;

tubos soldados.

En la tubería métrica tampoco basta con la indicación del diámetro , en la lista de materiales, además de este dato, hay que indicar la Norma aplicable al tubo, no siendo necesario indicar el espesor. Los tamaños de DN de 10 y 15 mm. se utilizan en líneas de instrumentación o en conexiones a equipos, el de 15 mm. se emplea en el “traceado". En la tabla siguiente, del catalogo de “Comercial de tubos”, se ven las tuberías de acero al carbono o aleados, correspondiente a las Normas DIN-2440 & 2441 & 2448, e ISO. Se acostumbra a dibujar las tuberías de hasta DN de 300 mm. mediante una línea gruesa en los planos de planta, o “layouts”, y las de DN de 350 mm., o mayores, siempre se representan con doble línea en los planos de planta, no así en los isométricos , donde todas las tuberías se representan con una sola línea gruesa, salvo que las especificaciones del proyecto indiquen lo contrario. Como se ha indicado para la tubería en pulgadas, tampoco en la tubería métrica basta con la indicación del diámetro , en la lista de materiales, además de este dato, hay que indicar la Norma aplicable al tubo, no siendo necesario indicar el espesor. Se adjuntan a continuación las tablas de las dimensiones y pesos de tuberías de acero al carbono o aleados, tomadas del catalogo de “Comercial de tubos” correspondiente a las Normas DIN-2440 & 2441 & 2448, e ISO.


37

38



TABLA 10; DIMENSIONES Y PESOS DE TUBOS DE ACERO CON Y SIN SOLDADURA. Dimensiones tipicas

DN

Rosca

10

3/8”

15

DIN-2440

ISO-65

DIN-2448

Esp.

Peso

Esp.

Peso

Esp.

Peso

Esp.

Peso

17,2

2,90

1,02

2,35

0,85

1,8

0,67

1,8

0,68

-

20,0

-

-

-

-

-

-

2,0

0,89

15

½”

21,3

3,25

1,45

2,65

1,22

2,0

0,95

2,0

0,96

20

-

25

-

-

-

-

-

-

2,0

1,13

20

¾”

26,9

3,25

1,90

2,65

1,58

2,3

1,38

2,3

1,41

25

-

30

-

-

-

-

-

2,6

1,77

25

1”

33,7

4,05

2,97

3,25

2,44

2,6

1,98

2,6

2,01

32

-

38

-

-

-

-

-

-

2,6

2,29

32

1 ¼”

42,4

4,05

3,84

3,25

3,14

2,6

2,54

2,6

2,57

40

-

44,5

-

-

-

-

-

-

2,6

2,70

40

1 ½”

48,3

4,05

4,43

3,25

3,61

2,9

3,23

2,6

2,95

50

-

57

-

-

-

-

-

-

2,9

3,90

50

2”

60,3

4,50

6,17

3,65

5,10

2,9

4,08

2,9

4,14

65

2 ½”

76,1

4,50

7,90

3,65

6,51

3,2

5,71

2,9

5,28

80

3”

88,9

4,85

10,10

4,05

8,47

3,2

6,72

3,2

6,81

100

-

108

-

-

-

-

-

-

3,6

9,33

100

4”

114,3

5,40

14,40

4,50

12,10

3,6

9,75

3,6

9,90

125

-

133

-

-

-

-

-

-

4,0

12,8

125

5”

139,7

5,40

17,80

4,85

16,20

-

-

4,0

13,5

150

-

159

-

-

-

-

-

-

4,5

17,1

150

6”

168,3

5,40

21,20

4,85

19,20

-

-

4,5

18,1

216

-

-

-

-

-

-

6,0

31,1

219,1

-

-

-

-

-

-

5,9

31,0

∅

200 200

8”

ext.

DIN-2441

07.3 Equivalencia entre “rattings” y presiones. La equivalencia entre presiones y “rattings” o clases se refleja en la tabla adjunta. TABLA 11; EQUIVALENCIA PARA CLASES, “RATTINGS” Y PRESIONES. CLASE:

150

300

400

600

900

1.500

2.500

PN:

20

50

68

100

150

250

420


38

39



07.4 Tablas de dimensiones p/ tuberías en m.m. y pulgadas. Como complemento de las tablas anteriores, se las siguientes que incluyen dimensiones, pesos, secciones, datos estáticos, luces máximas admisibles “span” (como viga continua) con la línea llena de agua, en metros, para una tensión máxima de 4.000 PSI

± 2.800

kg/cm2, la flecha máxima “sag” con la línea vacía, en milímetros, las presiones de diseño y de rotura “bursting” en MegaPascales (1 MegaPascal ≡ 10,197 kg/cm2 )


39


40



40


41



41


42



42


43



43


44



44

45



Las tablas siguientes muestran las dimensiones en pulgadas.

TABLA 13A; DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS (s/ ANSI B36-10 & B36-19). “NPS” Diámetro pulgadas

1/8”

ESPESOR “Schedule” l

Espesor de pared pulgadas

Diámetro interior pulgadas

Área de flujo pulgada 2

Área de metal pulgada 2

Peso tubería pie/libra

j

k

-

-

10S 40S 80S

0.049 0.068 0.095

0.307 0.269 0.215

0.0740 0.0568 0.0364

0.0548 0.0720 0.0925

0.186 0.245 0.315

0,405”

40 80

Std XS

1/4”

-

-

10S 40S 80S

0.065 0.088 0.119

0.410 0.364 0.301

0.1320 0.1041 0.0716

0.0970 0.1250 0.1574

0 330 0.425 0.535

-

10S 40S 80S

0.065 0.091 0.126

0.545 0.493 0.423

0.2333 0.1910 0.1405

0.1246 0.1670 0.2173

0.423 0.568 0.739

0,540”

3/8” 0,675”

1/2” 0,840”

3/4”

40 80

-

40 80

Std XS Std XS

40 80 160 -

Std XS XXS

-

10S 40S 80S -

0.083 0.109 0.147 0.187 0.294

0.674 0.622 0.546 0.466 0.252

0.357 0.304 0.2340 0.1706 0.0479

0.1974 0.2503 0.320 0.383 0.504

0.671 0.851 1.088 1.304 1.714

-

-

5S 10S 40S 80S -

0.065 0.083 0.113 0.154 0.218 0.308

0.920 0.884 0.824 0.742 0.614 0.434

0.665 0.614 0.533 0.432 0.296 0.148

0.2011 0.2521 0.333 0.435 0.570 0.718

0.684 0.857 1.131 1.474 1.937 2.441

5S 10S 40S 80S -

0.065 0.109 0.133 0.179 0.250 0.358

1.185 1.097 1.049 0.957 0.815 0.599

1.103 0.945 0.864 0.719 0.522 0.282

0.2553 0.413 0.494 0.639 0.836 1.076

0.868 1.404 1.679 2.172 2.844 3.659

5S 10S 40S 80S -

0.065 0.109 0.140 0.191 0.250 0.382

1.530 1.442 1.380 1.278 1.160 0.896

1.839 1.633 1.496 1.283 1.057 0.631

0.326 0.531 0.669 0.881 1.107 1.534

1.107 1.805 2.273 2.997 3.765 5.214

5S 10S 40S 80S -

0.065 0.109 0.145 0.200 0.281 0.400

1.770 1.682 1.610 1.500 1.338 1.100

2.461 2.222 2.036 1.767 1.406 0.950

0.375 0.613 0.799 1.068 1.429 1.885

1.274 2.085 2.718 3.631 4.859 6.408

-

1,050”

40 80 160 -

Std XS XXS

1”

-

-

1,315”

40 80 160 -

Std XS XXS

1 1/4”

-

-

1,660”

40 80 160 -

Std XS XXS

1 1/2”

-

-

1,900”

40 80 160 -

Std XS XXS


45

46



TABLA 13B; DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS (s/ ANSI B36-10 & B36-19). “NPS” Diámetro pulgadas

ESPESOR “Schedule”






5S 10S 40S 80S -

0.065 0.109 0.154 0.218 0.343 0.436

2.245 2.157 2.067 1.939 1.689 1.503

3.960 3.650 3.360 2.953 2.240 1.774

0.472 0.776 1.075 1.477 2.190 2.656

1.604 2.638 3.653 5.022 7.444 9.029

5S 10S 40S 80S -

0.083 0.120 0.203 0.276 0.375 0.552

2.709 2.635 2.469 2.323 2.125 1.771

5.760 5.450 4.790 4.240 3.550 2.464

0.728 1.039 1.704 2.254 2.945 4.030

2.475 3.531 5.793 7.661 10.010 13.700

j

k

l

2”

-

-

2,375”

40 80 160 -

Std XS XXS

2 1/2”

-

-

2,875”

40 80 160 -

Std XS XXS

3”

-

-

5S 10S 40S 80S -

0.083 0.120 0.216 0.300 0.437 0.600

3.334 3.260 3.068 2.900 2.626 2.300

8.730 8.350 7.390 6.610 5.420 4.150

0.891 1.274 2.228 3.020 4.210 5.470

3.030 4.330 7.580 10.250 14.320 18.580

3,500”

40 80 160 -

Std XS XXS

3 1/2”

-

-

5S 10S 40S 80S

0.083 0.120 0.226 0.318

3.834 3.760 3.548 3.364

11.550 11.100 9.890 8.890

1.021 1.463 2.680 3.680

3.470 4.970 9.110 12.510

5S 10S 40S 80S -

0.083 0.120 0.237 0.337 0.437 0.531 0.674

4.334 4.260 4.026 3.826 3.626 3.438 3.152

14.750 14.250 12.730 11.500 10.330 9.280 7.800

1.152 1.651 3.170 4.410 5.580 6.620 8.100

3.920 5.610 10.790 14.980 18.960 22.510 27.540

5S 10S 40S 80S -

0.109 0.134 0.258 0.375 0.500 0.625 0.750

5.345 5.295 5.047 4.813 4.563 4.313 4.063

22.440 22.020 20.010 18.190 16.350 14.610 12.970

1.868 2.285 4.300 6.110 7.950 9.700 11.340

6.350 7.770 14.620 20.780 27.040 32.960 38.550

4,000”

40 80

Std XS

4”

-

-

4,500”

40 80 120 160 -

Std XS XXS

5”

-

-

4,500”

40 80 120 160 -

Std XS XXS


46

47



TABLA 13C; DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS (s/ ANSI B36-10 & B36-19). “NPS” Diámetro pulgadas

6”







j

k

-

-

0.109 0.134 0.280 0.432 0.562 0.718 0.864

6.407 6.357 6.065 5.761 5.501 5.189 4.897

32.20 31.70 28.89 26.07 23.77 21.15 18.83

2.231 2.733 5.580 8.400 10.700 13.330 15.64

5.37 9.29 18.97 28.57 36.39 45.30 53.16

6,625”

40 80 120 160 -

Std XS XXS

5S 10S 40S 80S -

8”

20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std XS XXS -

5S 10S 40S 80S -

0.109 0.148 0.250 0.277 0.322 0.406 0.500 0.593 0.718 0.812 0.875 0.906

8.407 8.329 8.125 8.071 7.981 7.813 7.625 7.439 7.189 7.001 6.871 6.813

55.5 54.5 51.8 51.2 50.0 47.9 45.7 43.5 40.6 38.5 37.1 36.5

2.92 3.94 6.58 7.26 8.40 10.48 12.76 14.96 17.84 19.93 21.30 21.97

9.91 13.40 22.36 24.70 28.55 35.64 43.39 50.87 60.63 67.76 72.42 74.69

20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std XS -

5S 10S 40S 80S -

0.134 0.165 0.250 0.307 0.365 0.500 0.593 0.718 0.843 1.000 1.125

10.482 10.420 10.250 10.136 10.020 9.750 9.564 9.314 9.064 8.750 8.500

86.3 85.3 82.5 80.7 78.9 74.7 71.8 68.1 64.5 60.1 56.7

4.52 5.49 8.26 10.07 11.91 16.10 18.92 22.03 26.24 30.6 34.0

15.15 18.70 28.04 34.24 40.48 54.74 64.33 76.93 89.20 104.13 115.65

20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std XS -

5S 10S 40S 80S -

0.165 0.180 0.250 0.330 0.375 0.406 0.500 0.562 0.687 0.843 1.000 1.125 1.312

12.420 12.390 12.250 12.090 12.000 11.938 11.750 11.626 11.376 11.064 10.750 10.500 10.126

121.2 120.6 117.9 114.8 113.1 111.9 108.4 106.2 101.6 96.1 90.8 86.6 80.5

6.52 7.11 9.84 12.88 14.58 15.74 19.24 21.52 26.04 31.5 36.9 41.1 47.1

19.56 24.20 33.38 43.77 49.56 53.53 65.42 73.16 88.51 107.20 125.49 139.68 160.27

8,625”

10” 10,750”

12” 12,750”


47

48



TABLA 13D; DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS (s/ ANSI B36-10 & B36-19). “NPS” Diámetro pulgadas

14” 14,00”

16” 16,00”

18” 18,00”

20” 20,00”

ESPESOR “Schedule” j

k

l


10 20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std. XS -

-

0.250 0.312 0.375 0.437 0.500 0.593 0.750 0.937 1.093 1.250 1.406

13.500 13.376 13.250 13.126 13.000 12.814 12.500 12.126 11.814 11.500 11.188

143.1 140.5 137.9 135.3 132.7 129.0 122.7 115.5 109.6 103.9 98.3

10.80 13.42 16.05 18.62 21.21 24.98 31.20 38.5 44.3 50.1 55.6

36.71 45.68 54.57 63.37 72.09 84.91 106.13 130.73 150.67 170.22 189.12

10 20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std. XS -

-

0.250 0.312 0.375 0.500 0.656 0.843 1.031 1.218 1.437 1.593

15.500 15.376 15.250 15.000 14.688 14.314 13.938 13.564 13.126 12.814

188.7 185.7 182.6 176.7 169.4 160.9 152.6 144.5 135.3 129.0

12.37 15.38 18.41 24.35 31.6 40.1 48.5 56.6 65.7 72.1

42.05 52.36 62.58 82.77 107.50 136.46 164.83 192.29 223.50 245.11

10 20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std. XS -

-

0.250 0.312 0.375 0.437 0.500 0.562 0.750 0.937 1.156 1.375 1.562 1.781

17.500 17.376 17.250 17.126 17.000 16.876 16.500 16.126 15.688 15.250 14.876 14.438

240.5 237.1 233.7 230.4 227.0 223.7 213.8 204.2 193.3 182.6 173.8 163.7

13.94 17.34 20.76 24.11 27.49 30.80 40.60 50.20 61.2 71.8 80.7 90.7

47.39 59.03 70.59 82.06 93.45 104.75 138.17 170.75 207.96 244.14 274.23 308.51

10 20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std. XS -

-

0.250 0.375 0.500 0.593 0.812 1.031 1.281 1.500 1.750 1.968

19.500 19.250 19.000 18.814 18.376 17.938 17.438 17.000 16.500 16.064

298.6 291.0 283.5 278.0 265.2 252.7 238.8 227.0 213.8 202.7

15.51 23.12 30.6 36.2 48.9 61.4 75.3 87.2 100.3 111.5

52.73 78.60 104.13 122.91 166.40 208.87 256.10 296.37 341.10 379.01

-

-



Área de Área de flujo metal 2 pulgada pulgada 2


48

49



TABLA 13E; DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS (s/ ANSI B36-10 & B36-19). “NPS” Diámetro pulgadas

24” 24,00”

26” 26,00”

28” 18,00”

30” 30,00”

32” 32,00”

34” 34,00”

36” 36,00”







j

k

10 20 30 40 60 80 100 120 140 160

Std. XS -

-

0.250 0.375 0.500 0.562 0.687 0.968 1.218 1.531 1.812 2.062 2.343

23.300 23.250 23.000 22.876 22.626 22.064 21.564 20.938 20.376 19.876 19.314

434.0 425.0 415.0 411.0 402.0 382.0 365.0 344.0 326.0 310.0 293.0

18.65 27.83 36.9 41.40 50.30 70.00 87.20 108.10 126.30 142.10 159.40

63.4 94.62 125.49 140.80 171.17 238.11 296.36 367.40 429.39 483.13 541.94

10 20

Std. XS

-

0.312 0.375 0.500

25.376 25.250 25.000

505.8 500.7 490.9

25.18 30.19 40.06

86.00 103.00 136.00

10 20 30

Std. XS -

-

0.312 0.375 0.500 0.625

27.376 27.250 27.000 26.750

588.6 583.2 572.6 562.0

27.14 32.54 43.20 53.75

92.00 111.00 147.00 183.00

10 20 30

Std. XS -

5S 10S -

0.250 0.312 0.375 0.500 0.625

23.370 29.376 29.250 29.000 28.750

683.4 678.0 672.0 661.0 649.0

23.4 29.1 34.9 46.3 57.6

79.00 98.93 119.00 157.53 196.08

10 20 30 40

Std. XS -

-

0.312 0.375 0.500 0.625 0.688

31.376 31.250 31.000 30.750 30.624

773.2 766.9 754.7 742.5 736.6

31.02 37.25 49.48 61.59 67.68

106.00 127.00 168.00 209.00 230.00

10 20 30 40

Std. XS -

-

0.312 0.375 0.500 0.625 0.688

33.376 33.250 33.000 32.750 32.624

874.9 867.8 855.3 841.9 835.9

32.99 39.61 52.62 65.53 72.00

112.00 135.00 179.00 223.00 245.00

10 20 30 40

Std. XS -

-

0.312 0.375 0.500 0.625 0.750

35.376 35.250 35.000 34.750 34.500

982.9 975.8 962.1 948.3 934.7

34.95 42.01 55.76 69.50 83.01

119.00 143.00 190.00 236.00 282.00

La tercera forma para designar el espesor, es la designación “API", mediante sus normas 5L, 5LS y 5LX, las cuales no incluyen referencias entre tamaño y espesores de fabricación y cuyas dimensiones pueden verse en las tablas previas a estas ultimas.


49


50


08 MATERIALES PARA TUBERÍAS. Como se ha indicado, el material en el que se fabrican los tubos y tuberías es muy diverso, por ello nos centraremos en este apartado, en los 6 grupos que de forma habitual se usan en las tuberías que se utilizan en las plantas de proceso y en los laboratorios, estos son: j Tuberías

de acero al carbono.

k Tuberías

de acero aleado.

l Tuberías

de acero inoxidable.

m Tuberías

de aleación de níquel, cromo y otros aleantes.

n Tuberías

de materiales termoplásticos.

o Tuberías

de acero revestidas.

Además de estos materiales, se usa el hierro fundido y el cobre. Æ Las

tuberías de cobre, tienen su principal empleo en líneas de instrumentación y/o de

acompañamiento de vapor, para instrumentos y equipos. Æ Las

tuberías de hierro fundido, son utilizadas en el Departamento de Obra Civil, para las

líneas enterradas destinadas a la conducción de: ? Aguas de derrames superficiales y/o de lluvia. ? Aguas negras y/o residuales. ? Las tuberías de aluminio se están empezando a utilizar en el campo criogénico, para el transporte de metano, nitrógeno o hidrógeno a temperaturas < -150º C. En el riego por aspersión, su utilización es habitual. ? Las tuberías realizadas con plásticos o polímeros, se utilizan para baja temperatura (no criogénica) y presiones relativamente bajas. ? Las tuberías de vidrio se emplean para el transporte de líquidos corrosivos o de productos cuya coloración es necesario controlar, su utilización se suele dar en la industria química y farmacéutica. Para el transporte de agua potable, o de servicio de planta, así como la conducción de aguas negras se utilizan tuberías realizadas con materiales muy diversos, como gres, hormigón centrifugado, armado o con alma de chapa de acero, etc.


50


51



51


52



52


53


08.1 Tuberías de acero al carbono. Con relación al grupo

j,

indicamos a continuación la denominación de su material bajo

normas ASTM, que es la más habitual: Æ

A-53 Tuberías de acero al carbono, soldadas, o sin soldadura, con acabado en negro, o galvanizado; para conducciones de todo tipo para uso general, hasta 750 ºF. La tensión de rotura es de; 48.000 PSI, en grado A, y de 60.000 PSI en grado B. La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: PIPE All sizes: Welded or seamless ASTM A-53 grade B. 2” and smaller: Schedule 80; y 2-1/2” thru 10” Schedule 40.

Æ A-106;

tubería sin soldadura, con acabado en negro; para conducciones con fluidos a

alta temperatura.. La tensión de rotura es de; 48.000 PSI, en grado A, de 60.000 PSI en grado B, y de 70.000 en grado C. La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: PIPE 24” and smaller: Seamless ASTM A-106 grade C. 2” and smaller: Schedule 80; y 2-1/2” thru 24” Standard wall. Æ A-120;

Tuberías de acero al carbono, soldadas, o sin soldadura, con acabado en negro, o

galvanizado; para conducciones de todo tipo para uso general; hasta 750 ºF, (suele utilizarse galvanizada), La tensión de rotura es de; 43.000 PSI. La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: PIPE Galvanized ASTM A-120. 1” and smaller: Schedule 80; y 1-1/2” thru 10” Schedule 40. Otros tipos de materiales ASTM para tuberías, son: ? A-134 Tubería soldada longitudinalmente o en forma helicoidal, con acabado en negro; en Ø > de 16” y espesor < ¾”, para conducciones de uso general. ? A-135 Tubería soldada longitudinalmente, con acabado en negro, para conducciones de uso general; similar al A-53, la tensión de rotura es de; 48.000 PSI, en grado A, y de 60.000 PSI en grado B, en este último la temperatura puede superar los 540º C. ? A-139 Tubería soldada longitudinalmente o en forma helicoidal, con acabado en negro; en Ø de 4 a 92”, para conducciones de uso general. La tensión de rotura es de; 48.000 PSI, en grado A, de 60.000 PSI en grados B, C & D y de 64.000 en grado E.

? A-161; tubería sin soldadura, con acabado en negro, para uso en refinerías; en Ø de 2 a 10”. La tensión de rotura es de; 47.000 PSI. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

53


54


? A-178 Tubería soldada longitudinalmente, con acabado en negro, en Ø de 1/2 a 5”, para uso con fluidos a alta temperatura; la tensión de rotura es de; 47.000 PSI, en grado A, de 60.000 PSI en grado B y de 70.000 PSI en grado C. ? A-179 Tubería sin soldadura, con acabado en negro, en Ø de 1/2 a 5”, para uso a baja temperatura; la tensión de rotura es de; 47.000 PSI. Bajo la norma API, hay 4 tipos muy utilizados, los cuales comparten prácticamente una misma denominación, como se aprecia a continuación: Æ

API-5L tipos I y II ; Tuberías de acero al carbono, soldadas o sin soldadura, para conducciones de gran diámetro. La tensión de rotura es de; 43.000 PSI. La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: TUBERÍA 8”a 18” BE (extremos biselados) SCH-20 API-5L gr.B sin soldadura.

Æ

API-5L grados A y B; Tuberías soldadas de acero al carbono, para conducciones de gran diámetro. La tensión de rotura es de; 48.000 PSI en grado A, y de 60.000 PSI en grado B. La forma de describir esta tubería en una Especificación podría ser así: TUBERÍA 6”a 14” BE (extremos biselados) SCH-40 API-5L gr.B sin soldadura.

La norma API, además de la clase API 5L para uso con fluidos, en Ø de 1/8 a 80”, que incluye un total de 11 grados, con tensiones de rotura, entre 45.000 y 90.000 PSI, también dispone de la clase API 5CT para usos petrolíferos, en Ø de 4 a 20”, que incluye un total de 11 grados, con tensiones de rotura, entre 60.000 y 135.000 PSI, Se adjunta, algunos datos sobre la tubería de acero al carbono, soldada o sin soldadura, bajo la norma DIN, que rigen las características dimensionales y de calidad del acero: ? DIN 2440 (acero St-33.2) serie semipesada, apta para ser roscada, acabada en negro o galvanizada, con Ø entre 3/8 y 6” y espesores entre 2 y 4,85 mm. ? DIN 2441 (acero St-33.2) serie pesada, apta para ser roscada, acabada en negro, en Ø de 3/8 a 6” y espesores entre 2,65 y 5,6 mm. ? DIN 2442 (acero St-35), como DIN 2441, pero para usos de mayor responsabilidad (prescripción de calidad). ? DIN 2448 (acero ST-37) como DIN 2441, pero sin soldadura, para usos de mayor responsabilidad que los anteriores (prescripción de calidad). Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

54


55


Como tubería de acero al carbono sin soldadura, aptas para su empleo en plantas de proceso, bajo norma DIN, con Ø entre 3/8 y 20” y espesores según serie de presión, con las siguientes calidades: ? DIN 2449 (acero St-00), para PN-10, 16 y 25. ? DIN 2450 (acero St-35), para PN-40, 64, 80 y 100. ? DIN 2451 (acero St-44/45) para PN-40, 64, 80 y 100. ? DIN 2455 (acero St-52) para PN-40, 64, 80 y 100. ? DIN 2456 (acero St-55) para PN-40, 64, 80 y 100. ? DIN 2457 (acero St-52) para PN-64, 80 y 100. La equivalencia entre aceros bajo las normas ASTM, API y DIN, viene dada por la siguiente tabla:

Tabla 14, Equivalencia de aceros entre normas ASTM, API y DIN Norma ASTM:

Norma API:

Norma DIN:

A-36 A-53 grado A A-53 grado B A-106 grado A A-106 grado B A-106 grado C A-120 A-134

--API 5L grado A API 5L grado B -----------

17100-St-42 & St-47 1626-St-37 & St-42 1629-St-35 & St-45 17175-St-35.8 17175-St-45.8 17175-17 Mn4 1629 St-00 1626-St-37.2

08.2 Tuberías de acero aleado. Respecto al grupo k indicamos la denominación de su material, bajo normas ASTM. Æ

A-335 grados P1, P2, P11, P12 y P22; Tuberías sin soldadura, de acero al carbonomolibdeno, con acabado en negro, para conducciones de vapor de alta presión , con

temperaturas superiores a 750 ºF . La tensión de rotura es de; 55.000 PSI en grados P1 y P2, y de 60.000 PSI en el resto. La descripción de la tubería en la Especificación podría ser así

: PIPE 24” y menones: Seamless ASTM A-335 grado P2. 2” y menores: Schedule 80; y 24” a 2-1/2” Schedule 80.


55


56


A-335 grados P5, P7 y P9; Tuberías sin soldadura, de acero al cromo-molibdeno, con acabado en negro, para conducciones con posibilidad de corrosión y temperaturas

superiores a 750 ºF . La tensión de rotura es de; 60.000 PSI.. La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: PIPE 8” a 20”: Seamless ASTM A-335 grado P5 Schedule 80. Æ

A-335 grado P5b; Tuberías sin soldadura, de acero al cromo-silicio, con acabado en negro, para conducciones con posibilidad de corrosión y temperaturas superiores a

750 ºF. La tensión de rotura es de; 60.000 PSI. Æ

A-335 grado P5c; Tuberías sin soldadura, de acero al cromo-titanio, con acabado en negro, para conducciones con posibilidad de corrosión y temperaturas superiores a

750 ºF. La tensión de rotura es de; 60.000 PSI. Æ ASTM

A-333, tuberías soldadas o sin soldadura, acero aleado, para baja temperatura y

alta presión (criogénicas). Tensión de rotura:

55.000 psi, en grado 1. 65.000 psi, en grado 3.

Para conducciones con alta presión y temperaturas bajo cero (criogénicas). Æ A-333 grado 1;

Tuberías soldadas & sin soldadura. La tensión de rotura es de; 55.000

PSI. Æ A-333 grado 3;

Tuberías soldadas & sin soldadura, tensión de rotura; 65.000 PSI.

La calidad A-155; tubería soldada por electrofusión para servicio de alta presión, cubre ambos servicios en las siguientes calidades: Æ Grado KCF 55; tensión admisible @

200º F = 18.150 PSI.

Æ Grado KCF 60; tensión admisible @ -20º F = 20.000 PSI. Æ Grado KCF 65; tensión admisible @ -20º F = 21.700 PSI. Æ Grado KCF 70; tensión admisible @ -20º F = 23.300 PSI.

Se adjuntan algunos datos sobre la tubería de acero aleada, soldada o sin soldadura, bajo la norma DIN, que rigen las características dimensiónales y de calidad del acero: ? DIN 17175, sin soldadura para altas temperaturas, hay 7 grados, acabada en negro en Ø de 3/8 a 6” y espesores entre 2,65 y 5,6 mm; las características de estos grados, son: ? 17 Mn 4, con carga de rotura entre 460 & 580 MPa (1 MPa = 10, 197 kg/cm 2). Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

56


57


? 19 Mn 5, con carga de rotura entre 510 & 610 MPa. ? 15 Mo 3, con carga de rotura entre 450 & 600 MPa. ? 13 CrMo 4 4, con carga de rotura entre 440 & 590 MPa. ? 10 CrMo 9 10, con carga de rotura entre 450 & 600 MPa. ? 14 MoV 6 3, con carga de rotura entre 460 & 610 MPa. ? X 20 CrMoV 12 1, con carga de rotura entre 690 & 840 MPa. ? DIN 17177, soldada o sin soldadura para altas temperaturas, acabada en negro en Ø de 3/8 a 34” y espesores entre 1,4 y 65 mm; el material es; 15 Mo 3, la carga de rotura se encuentra entre 450 & 600 MPa.


57


58


En las tablas siguientes pueden verse la influencia de los diversos aleantes en las características mecánicas de las tuberías.


58


59


08.3 Tuberías de acero inoxidable. Son aceros aleados con un mínimo del 11 % de cromo, que facilita la creación de una capa exterior de oxido de cromo, la cual impide la oxidación; existen tres tipos: j Martensítico; k Ferrítico;

puede ser templado, quedando con esta estructura después del temple.

no puede ser tratado térmicamente, resiste mejor la corrosión.

l Austenítico,

puede ser tratado térmicamente, es el más resistente a la corrosión.

Sobre el grupoƒ, en este epígrafe se describen las dos calidades más habituales bajo normas ASTM, al ser esta la más utilizada en petroquímica, junto con la ANSI, en el resto de los usos. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

59


60


Calidad A-312; tipos AISI-304, 316, 317, 321 y 347 ; comprenden 48 tipos de aleación, para tuberías soldadas, o sin soldadura, de acero al cromo-níquel, austenítico, utilizadas con fluidos con alto nivel de corrosión, sometidos a alta o baja temperatura (criogénico). Carga de rotura, entre 65.000 y 115.000 psi. Limite elástico, entre 25.000 y 62.000 psi. Los tipos comerciales más habituales son: ¢ Tubería

sin soldadura, en AISI-304L o 316L.

¢ Tubería

soldada, en AISI-304 o 316.

La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: PIPE 8” and smaller: Seamless or welded ASTM A-312, type 304. 10” and larger: Welded ASTM SA-358, type 304, class 1. 2” and smaller: Schedule 40S; y 2½” thru 6” Schedule 20S. 8” thru 24” Schedule 10S. Æ Calidad

A-358; tipos 304, 304N y 316; abarca un total de 28 tipos de aleación, para

tuberías soldadas, de acero al cromo-niquel, austenitico, para alta temperatura , en sistemas con alto nivel de corrosión. El tipo de soldadura y su nivel de inspección dan lugar a 5 clases:

Clase

j,

con metal de aportación, doble cordón (interior y exterior), radiografiada al 100 %.

Clase k , con metal de aportación, doble cordón (interior y exterior), sin radiografiar. Clase l , con metal de aportación, cordón exterior, radiografiada al 100 %. Clase m , igual a l salvo que la 1ª pasada se realiza sin metal de aportación. Clase n , con metal de aportación, doble cordón (interior y exterior), radiografiada por zonas, (no inferiores al 2 % de la longitud total). Carga de rotura, entre 70.000 y 115.000 psi; 75.000 psi para el tipo 304 y de 80.000 psi para los 304N y 316 Limite elástico, entre 25.000 y 62.000 psi. La forma de describir esta tubería en una especificación podría ser así: PIPE 1/2” a 24”: PE (extremos planos), SS (sin soldadura) ASTM A-358, type 304L. 10” and larger: Welded ASTM SA-358, type 304, class 1. 2” and smaller: Schedule 40S; y 2½” thru 14” Schedule 20S.


60


61


Se indican a continuación algunos ejemplos de aplicación de los aceros inoxidables como materiales resistentes a la corrosión, en aplicaciones para la industria química, petroquímica, nuclear y de tratamiento de aguas, para que sirva de ayuda a la selección de este tipo de aceros, dentro de los más fácilmente suministrables. Para el caso de resistencia a la corrosión en general conviene los AISI-304 y 304L; si se requiere que sea muy soldable , conviene más el tipo AISI-304L , que se adopta para evitar la precipitación de carburos en la fase de soldadura, solventando así la posibilidad de corrosión intercristalina. Los tipos AISI-304 y 304L (cromo-níquel), este último más apto para la soldadura, es una de las calidades en las que podemos obtener tuberías, accesorios para tuberías (bridas, codos, etc.), chapas, perfiles, tornillería, etc. Es el tipo más versátil para las

condiciones de servicio menos exigentes , en la calidad AISI-304L pueden obtenerse chapas gruesas, para la realización de calderería y/o estructuras diversas. En el caso de corrosión a elevadas temperaturas , pero con ausencia de gases sulfurosos, resultan convenientes el AISI 310 o el 310S, como alternativa puede emplearse el AISI-309 o el 309S. En aquellos casos de corrosión por picaduras o

corrosión bajo tensiones , o que el material esta sujeto a ataques demasiado severos , cuando los tipos AISI-304 y 304L no presentan características suficientes, conviene utilizar en su lugar el AISI-316 (cromo-níquel-molibdeno) o el 316L, si se necesita una buena soldabilidad; ambos pueden ser utilizados hasta 300 ºC, también pueden ser usados para este tipo de condiciones (alta soldabilidad y temperaturas de trabajo elevadas) los tipos AISI 317 y 317L (más apto para la soldadura) y como extremo los aceros inoxidables al titanio AISI-321 y/o al niobio AI SI -347 , con los que se evita la precipitación de carburos en fase de soldadura, soslayando la posibilidad de corrosiones íntercristalinas, o intergranulares en estructuras soldadas y que soportan bien las temperaturas de trabajo elevadas. El tipo AISI-316 (cromo-níquel-molibdeno) es una de las calidades en las que podemos obtener tuberías, accesorios para tuberías (bridas, codos, etc.), chapas, perfiles, tornillería, etc. Es el tipo más adecuado para las condiciones de servicio más exigentes . Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

61


62


Los tipos AISI-304N y/o AISI-316N se emplean en sustitución de los tipos AISI 304 y 316 cuando sea preciso disponer de valores de resistencia mecánica (límite elástico)

más elevados que los tipos tradicionales ya citados, pero no tienen un ámbito de suministro tan amplio. En el caso de estructuras soldadas , o para intercambiadores de calor, debe utilizarse el

AISI 405. El tipo AISI 410 : se emplea en estado bonificado (*), cuando sea necesario una buena

resistencia mecánica ; para piezas de bombas y compresores, para tubos destinados a intercambiadores de calor que operen a elevadas presiones y también, en el proceso químico de producción de polietileno. Para los vástagos de válvulas de motores, resulta adecuado el AISI-420. (*) Se conoce con el nombre de bonificación al tratamiento térmico combinado de temple + revenido (**) a que se somete a un acero para obtener la máxima maleabilidad, para poder conformar el metal, sin perdida de sus cualidades mecánicas, ni de su tenacidad. (**) Se denomina revenido o revenido de ablandamiento, al tratamiento térmico al que son sometidos los aceros templados (posterior a la fase de temple), consistente en un calentamiento entre 175 y 225 ºC, para la eliminación de tensiones y la destrucción parcial de la acritud.

El AISI 430 resulta aconsejable para uso general, en medios frecuentemente oxidantes y en el caso de ataques por ácido nítrico. Los tipos AISI-442 y AISI-446 , resultan adecuados para su empleo en ambientes a temperaturas elevadas, en presencia de atmósferas sulfurosas, donde no pueden emplearse los tipos AISI 309 y 310, pero sujetos a esfuerzos mecánicos muy limitados.

08.4 Tuberías de aleación de níquel, cromo y otros aleantes. Respecto al grupo l, las aleaciones o materiales empleados, son conocidos por nombres concretos, como:

Inconel, que incluye las calidades; ASTM B-167, B-444 y B-517. Incoloy, que comprende las calidades; ASTM B-407, B-423, y B-514. Hastelloy, que abarca todos los grados de la calidad; ASTM B-619. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

62


63


Cada una de estas calidades presenta unas composiciones químicas distintas y unas características mecánicas diferentes, pese a compartir la misma denominación, como se aprecia a continuación.

Tubería tipo inconel, realizada mediante una aleación de Níquel y Cromo con otros elementos, incluido el hierro, para tramos donde se necesite alta resistencia a la fatiga, la presión, corrosión y/o temperatura, sus calidades y formas de presentación, son: ? Inconel, calidad ASTM B-167; comprende cinco tipos de aleación de Níquel (45 a 75 %), Cromo (26 a 14 %) y Hierro (21 a 6 %). Se utiliza en tubería sin soldadura, acabada en caliente, con tratamiento posterior en frío o en caliente y recocido, resistente a la corrosión y al calor.

Carga de rotura, entre 80.000 y 130.000 psi. Limite elástico, entre 30.000 y 105.000 psi.

? Inconel, calidad ASTM B-444; aleación única de Níquel, con un contenido de este metal, del 58 %, como mínimo, Cromo (20 a 23 %), Molibdeno (8 a 10 %) y Niobio (3,15 a 4,15 %). Utilizada en tubería sin soldadura, con tratamiento posterior en frío, su tratamiento térmico posterior da lugar a dos grados o clases: ¢ Grado

I, recocido, para fluidos con temperatura de hasta 1.100º F (593º C). Carga de rotura, 120.000 psi. Limite elástico, 60.000 psi.

¢ Grado

II, recocido de solubilización, para tuberías que soporten temperaturas por

encima de 1.100º F (593º C), y que resistan la fluencia (creep) y la rotura por calor. Carga de rotura, 100.000 psi. Limite elástico, 40.000 psi. ? Inconel, calidad ASTM B-517; comprende cuatro tipos de aleación de Níquel (45 a 72 %), Cromo (17 a 14 %) y Hierro (25 a 6 %), alguna de ellas con otros aleantes como; Cobre, Titanio, Aluminio, Circonio, Ytrio, y Cerio. Calidades utilizadas en tubería soldada, con tratamiento posterior en frío y recocido, resistente a la corrosión y al calor. Carga de rotura, entre 80.000 y 94.000 psi. Limite elástico, entre 35.000 y 43.000 psi.


63


64


Tubería tipo incoloy, realizada mediante una aleación de Níquel, Cromo y otros aleantes, para tramos donde se necesite alta resistencia a la corrosión y/o la temperatura, sus calidades son: ? Incoloy, calidad ASTM B-407; abarca cinco aleaciones de Níquel (35 a 39 %), Cromo (19 a 27 %) y Hierro (39,5 % máximo), algunas de ellas incluyen aleantes como Cobre, Titanio, Aluminio, Niobio, Molibdeno, Tungsteno y Cobalto. Empleadas en tubería sin soldadura, acabada en caliente o en frío con recocido posterior, resistentes a la corrosión, la fluencia (creep) y la rotura por calor; tres de estas cinco aleaciones soportan temperaturas superiores a 1.100º F = 593ºC. Carga de rotura, entre 65.000 y 130.000 psi. Limite elástico, entre 25.000 y 105.000 psi. ? Incoloy, calidad ASTM B-423; Comprende dos aleaciones de Níquel (38 a 46 %), Cromo (19,5 a 23,5 %), Hierro (22 % mínimo), Cobre (1,5 a 3 %) y Molibdeno (2,5 a 6,5 %). Laminada en caliente o en frío y recocida, para tubería sin soldadura, resistente a la corrosión. Carga de rotura, entre 85.000 y 125.000 psi. Limite elástico, entre 35.000 y 100.000 psi. ? Incoloy, calidad ASTM B-514; Abarca a tres aleaciones de Níquel (35 a 39 %), Cromo (19 a 27 %) y Hierro (39,5 % mínimo), otros aleantes son Cobre, Titanio, Aluminio, Molibdeno, Niobio, Cobalto, Boro y Tungsteno. Laminada en frío y recocida, para tubería soldada, resistente a la corrosión y el calor. Carga de rotura, entre 65.000 y 90.000 psi. Limite elástico, entre 25.000 y 40.000 psi.

Tubería soldada tipo Hastelloy; calidad ASTM B-619, realizada mediante una amplia variedad de aleaciones Níquel y Cromo con otros aleantes, para tramos donde se necesite alta resistencia a la corrosión y/o la temperatura, sus variedades son: Níquel-Molibdeno. Níquel-Cromo-Molibdeno. Níquel-Cromo-Hierro-Molibdeno. Níquel-Cromo-Hierro-Cobre-Molibdeno. Níquel-Cromo-Hierro-Cobre. Níquel-Cromo-Tungsteno-Molibdeno. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

64

65



Níquel-Cromo-Carbono-Molibdeno. Níquel-Cromo-Carbono-Cobre-Molibdeno. Níquel - Cromo - Cobalto - Silicio. Resistente al calor y la corrosión. Carga de rotura, entre 75.000 y 110.000 psi. Limite elástico, entre 28.000 y 55.000 psi. Diámetro, hasta 8”. Schedules; 5S, 10S, 40S y 80S.

08.5 Tubería de materiales termoplásticos. Una de las cualidades que diferencia a los materiales termoplásticos respecto al acero, cobre o hierro fundido, es que las tuberías termoplásticas tienen la propiedad de ablandarse por calentamiento y endurecerse por enfriamiento con repetición de los ciclos. Conviene

no

confundir

los

materiales

termoplásticos

con

los

materiales

termóendurecibles, estos últimos se endurecen si se les aplica una cantidad suficiente de calor, pero no se ablandan después, si vuelven a calentarse. A los efectos de este cursillo, cualquier referencia a tubos o tuberías de plástico, hay que entenderla como referida a materiales termoplásticos. A lo largo de los años 80 y en particular en la presente década los tubos termoplásticos han supuesto una fuerte competencia para los materiales metálicos en el campo de las tuberías industriales, consolidándose como un fuerte competidor del cobre, las fundiciones y los aceros, ya que en algunos casos se comportan mejor y con frecuencia permiten reducir costes, respecto a dichos materiales. La selección del material depende de factores relacionados con las características y propiedades del material del tubo (resistencia al impacto, resistencia a la corrosión, etcétera). La normalización de este tipo de tuberías, en cuanto a sus dimensiones, se basa en la ISO y/o DIN (catalogo de George Fischer), pese a la existencia de Normas UNE. Como en el caso de las tuberías métricas basta con la indicación del diámetro , en la lista de materiales, junto con la presión nominal PN, aplicable al tubo, no siendo necesario indicar el espesor. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

65

66



Las dimensiones normalizadas de los diámetros externos de las tuberías, se indican en el cuadro adjunto, para los materiales ya citados: TABLA 15; DIMENSIONES DE TUBOS TERMOPLASTICOS. DN 10 15 20 25

∅ Ext.

16 20 25 32

DN 32 40 50 65

∅ Ext.

40 50 63 75

DN 80 100 110 125

∅ Ext.

90 110 125 140

DN 150 175 200 250

∅ Ext.

160 200 225 280

Como se ha indicado, sus espesores, para cada uno de estos materiales, es función del tipo de presión nominal PN, los valores de la citada presión, son: PN-6 ⇒ Máxima presión @ 20 ºC = 6 kg/cm2. PN-10 ⇒ Máxima presión @ 20 ºC = 10 kg/cm2 . PN-16⇒ Máxima presión @ 20 ºC = 16 kg/cm2. Los aspectos como el manejo, almacenamiento, exposición a la luz solar, soporte de tuberías elevadas, instalación de tuberías enterradas, etc., con los requerimientos recomendados se pueden ver en los catálogos de los fabricantes. Se realizan mediante una resina o polímero, que sirve de base, al que se añaden unos aditivos que sirven para mejorar unas determinadas propiedades. Describiremos a continuación algunos de los materiales termoplásticos más utilizados en la fabricación de tuberías: ? PVC; Cloruro de Polivinilo, no plastificado, UNE 53.112. ? PE; Polietileno, no reticulado y reticulado. ? PP; Polipropileno. ? PB; polibutileno. ? PVDF (SYGEF �); fluoruro de polivinilideno. ? ABS; Acrilonítrilo butadieno estireno. Las características principales de algunas de estas tuberías, se reflejan a continuación.

08.5.1 Tubería de PVC duro, UNE 53.112. El Cloruro de polivinilo, NO PLASTIFICADO (material que no debe confundirse con el PVC plastificado que tiene menor resistencia mecánica y química), es ligero, tiene un peso especifico de 1.400 kg/m3. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

66

67



Las ventajas de este tipo de polímeros son las siguientes; no es atacado por la materia orgánica del terreno, ni por óxidos o bacterias, esto le permite conducir sin corrosión muchos productos químicos. No es inflamable, su ignición se extingue por si misma (sus gases son tóxicos). Tiene baja conductividad eléctrica (se utiliza como aislante eléctrico). Se le puede dar forma con baja temperatura relativa (120 ºC). Su baja rugosidad interior facilita la ausencia de incrustaciones. Su baja conductividad térmica es una eficaz protección contra la helada, en el transporte de agua mediante tubería no enterrada. Su bajo limite elástico le permite absorber la sobrepresión del golpe de ariete o del aumento de volumen por helada. La tubería de PVC duro lleva incorporada goma sintética, lo que le proporciona una mayor resistencia a los choques y permite emplearla a temperaturas bajo cero sin adoptar precauciones especiales, pero la introducción de goma lo hace sensible a la luz solar directa y su resistencia química disminuye por esa causa. Puede sufrir daños por fatiga cuando está sometido a cargas de presión fluctuantes. Bajo la norma UNE 53112 hay 5 gamas o series de espesores, cada una de ellas definidas por un número, con las siguientes presiones nominales, con temperaturas superiores a 0 ºC e inferiores a 60 ºC: 2 ⇒ Serie 6,25; presión nominal = 4 kp/cm .

⇒ Serie

10; presión nominal = 6 kp/cm2.

⇒ Serie

16,6; presión nominal = 10 kp/cm2.

⇒ Serie

25; presión nominal 16 kp/cm2.

La serie 20 corresponde a tubería para saneamiento, sin presión. Su utilización más típica es como tubería enterrada de hasta

∅ 400

mm., se usa,

para redes de agua potable y de planta (no potable) y para redes de evacuación de aguas negras, corrosivas o con alto contenido de sólidos.


67


68


Sobre el ABS, presenta las siguientes ventajas; mayor resistencia química a los ácidos inorgánicos concentrados, a los alcoholes, soluciones salinas, combustibles, aceites minerales y vegetales. Mayor resistencia a la tracción, en consecuencia, los espesores de pared de los tubos y el coste resultante por metro son inferiores a los del ABS, a igualdad de presiones de trabajo. Naturalmente, también presenta inconvenientes; su carácter termoplástico le impide trabajar a temperaturas superiores a los 60 ºC, debiéndose reducir la presión a partir de los 40 ºC. Dependiendo de los aditivos, tiene mayor o menor resistencia a la radiación UV.

08.5.2 Tubería de Polietileno (PE), UNE 53.131 & 53.333. Los nombres de polietileno y politeno son sinónimos, empleándose más primero que el segundo. Como la mayoría de los materiales termoplásticos, el polietileno tiene una superficie lisa que impide la formación de cascarilla y facilita unas buenas condiciones para el flujo. Las propiedades del Polietileno no reticulado , son similares a las del PVC, pero es mucho más sensible al calor, a partir de 25 ºC hay que reducir la presión, no resulta útil por encima de los 45 ºC; es más es ligero que el PVC, tiene un peso especifico de 930 a 940 kg/m 3. Es inmune a una amplia gama de entornos corrosivos, tanto por lo que se refiere al medio que transporta como al terreno en que se tiende. Se utiliza en redes de agua potable o de planta (no potable) y otros líquidos bajo presión, como sustancias ácidas, lejías o productos corrosivos y de las industrias de alimentación y bebida, con temperatura no superior a 45 ºC. También tiene una gran resistencia a las heladas y puede montarse a la intemperie sin precauciones especiales. El polietileno es un material que no puede unirse por soldadura con disolvente, por lo que se emplean medios mecánicos, accesorios de polietileno o técnicas de soldadura. Soportan bien las presiones altas, pero no las temperaturas altas se ablandan con el calor y pierden resistencia. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

68

69



Hay 3 clases de polietileno: ? Baja densidad (LDPE), carga de rotura a tracción (σt ) = 32 bar a 20 ºC. ? Media (MDPE) y alta densidad (HDPE) ⇒ (σt ) = 50 bar a 20 ºC. Las tuberías de polietileno de baja densidad (LDPE) solo se emplean en conducciones temporales con vida útil inferior a 20 años, limitándose el diámetro a 125 mm y la temperatura del fluido a 40 ºC, para usos generales en la industria química y alimentaria, así como para servicios de agua fría. El polietileno (MDPE) de media densidad, y el de alta densidad (HDPE), tienen una mejor resistencia química que el anterior. El polietileno (LDPE) de color negro, se utiliza en las tuberías de agua a la intemperie, porque no se degrada con la luz solar, e impide la formación de algas en su interior; son muy adecuados para enterrarlos a poca profundidad, pueden colocarse donde pueden helarse en invierno, ya que pueden soportar congelaciones y deshielos repetidos sin reventar; es relativamente débil desde el punto de vista mecánico, no deben utilizarse por encima de

∅ 75

mm. Es

susceptible de agrietamiento por fatiga ambiental y permeable a los gases ligeros, su resistencia a la mayoría de los productos químicos, excluyendo los ácidos oxidantes, es excelente La norma UNE 53.131 contempla 6 series de espesores, 3 para el polietileno; de baja densidad (LDPE) y otras 3 para los de media (MDPE) y alta densidad (HDPE). La norma UNE 53.333 de 3 series de espesores, para los polietilenos de media (MDPE) y alta densidad (HDPE).

08.5.3 Tubería de Polietileno reticulado (PE), UNE 53.381. Es insensible a los rayos UV, sus propiedades son similares a las del Polietileno no reticulado, pero es mucho menos sensible a la variación de temperatura, acepta fluidos con temperatura de hasta 90 ºC, soporta puntas de hasta 110 ºC Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

69


70


(durante 48 horas). Presenta un buen comportamiento con temperaturas bajas, hasta –30 ºC; la presión de trabajo puede alcanzar los 15 kp/cm2. La norma UNE 53.381 de 2 series normalizadas, 3,2 (PN-10) y 5 (PN-6). Como en el caso anterior, se utiliza en redes de agua potable o de planta (no potable) y otros líquidos bajo presión, como sustancias ácidas, lejías o productos corrosivos y de las industrias de alimentación y bebida, con temperatura no superior a 90 ºC, por ello también se emplean en redes de calefacción por panel radiante (baja temperatura).

08.5.4 Tubería de Polipropileno (PP), UNE 53.380. Realizado mediante copolímero de polipropileno, sus propiedades son similares a las del PVC, pero un poco más ligeros, su gama de presiones es similar, soportan mayores temperaturas de trabajo, hasta 90/100 ºC, es un material para tuberías que se emplea en redes de distribución agua potable, sanitaria ,y de calefacción; su uso está muy extendido en instalaciones de plantas químicas en los casos en que se manejen soluciones corrosivas, como sustancias ácidas y álcalis, a temperatura ambiente o más elevadas. También se emplean en las industrias de alimentación y bebida por su nulo riesgo de contaminación, se han aplicado incluso en instalaciones de efluentes. Los sistemas de tuberías de polipropileno, por su mayor flexibilidad, resistencia mecánica y química, junto con mejor resistencia a la temperatura, sustituyen en muchos casos a los sistemas de PVC rígido. Las tuberías de polipropileno son razonablemente rígidas y tenaces, aunque su resistencia al choque cae bruscamente alrededor de 0 ºC. A temperaturas por encima de 70 ºC, el polipropileno conserva su rigidez y su tenacidad mejor que el ABS, el PVC rígido, o el polietileno HDPE. Es tan inerte químicamente que no es posible soldarla por disolvente, por lo que los tubos y accesorios de PP se empalman normalmente por soldadura por fusión, a tope, o mediante uniones de enchufe y soldadura (SW). Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

70


71


Los polipropilenos se oxidan lentamente cuando se someten de forma prolongada a altas temperaturas y también les afecta el contacto prolongado con agua caliente. Sin embargo, los tubos de presión de polipropileno se utilizan en ciertas aplicaciones en plantas de proceso en las que su buena resistencia química y su rigidez compensan las otras desventajas.

08.5.5 Tubería de Polibutileno (PB). Sus propiedades son similares a las del PVC rígido y a los polímeros ya citados, son más ligeros (peso especifico = 925 kg/m3) y flexibles, soportan mayores temperaturas de trabajo, hasta 90 ºC, por su elevada flexibilidad se puede prescindir de accesorios para las curvas, pero esa característica obliga a dejar espacio para las dilataciones y a utilizar tubo corrugado para facilitar su movilidad en zonas empotradas. Admite velocidades más altas para el fluido, lo que facilita el uso de menores diámetros, no admite la luz solar directa. Se utiliza en redes de distribución agua potable, sanitaria y de calefacción (panel radiante) y otros líquidos bajo presión, como sustancias ácidas y álcalis, o productos corrosivos a temperatura ambiente o más elevadas, atenúa los ruidos producidos por grifos, válvulas, etc., también se emplean en las industrias de alimentación y bebida, incluso para la conducción de pastas licuadas. Puede ser empleado en instalaciones de frío industrial, cámaras frigoríficas, etc. Al no soportar temperaturas superiores a 90 ºC, si deben conectarse a una fuente de calor, la conexión se realizara mediante una tubería metálica, con una longitud mínima de 800 mm.

08.5.6 Tubería de ABS acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son las más extendidas de entre la gama de plásticos para las industrias de proceso y servicios. Introducidas hace más de veinticinco años, se han empleado con éxito en plantas industriales químicas, de alimentación, energía y otras similares. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

71


72


Los tubos se clasifican de acuerdo con su adecuación para roscar y las presiones máximas continuas admisibles de la manera siguiente: ? No adecua adecuadas das para roscar: roscar: Clase B ⇒ máxima presión @ 20 ºC = 6,0 bar. Clase C ⇒ máxima presión @ 20 ºC = 9,0 bar. Clase D ⇒ máxima presión @ 20 ºC = 12,0 bar. Clase E ⇒ máxima presión @ 20 ºC = 15,0 bar. ? Ade Adecua cuadas das para para rosca roscar: r: Clase T ⇒ máxima presión @ 20 ºC = 12,0 bar.

Esta tubería no conduce el calor con tanta facilidad como los metales, por ello no es tan preciso el aislamiento, especialmente si los tubos son de pared gruesa y el espesor de pared es suficiente para proteger el contenido contra las heladas. El ABS conserva la ductilidad hasta -40 ºC, aunque será necesario en instalaciones expuestas a temperaturas muy bajas durante períodos prolongados. La tubería de ABS proporciona tenacidad, ductilidad y resistencia a una amplia gama de productos químicos, con el atractivo adicional de facilidad de instalación, bajo coste y buena relación resistencia/peso. Su falta de toxicidad permite utilizarla en plantas alimentarias, instalaciones instalaciones de agua desmineralizada, desmineralizada, y similares, en las que la tubería de acero al carbono no sería adecuada sin algún tipo de revestimiento. Se puede utilizar en instalaciones de aire comprimido (suele ser de color azul claro para este uso), pero es esencial asegurarse de que no se instalan accesorios de PVC accidentalmente, ya que este material se hace quebradizo a bajas temperaturas, lo que puede dar por resultado la propagación de grietas y una fragmentación explosiva similar a la de la fundición gris. Las principales ventajas del ABS sobre el PVC rígido son; su mayor resistencia al choque, especialmente entre +10 y -20 ºC, su mejor resistencia al calor, que permite trabajar con bajas presiones presiones a temperaturas temperaturas de hasta 80 ºC, la mayor Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS REUNIDAS,, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

72


73


resistencia química a líquidos orgánicos halogenados y aromáticos y la insolubilidad a los disolventes fuertes.

08.5.7 Tubería de fluoruro fluoruro de polivinilideno polivinilideno PVDFE. PVDFE. Es un material considerado “NO TOXICO” por la FDA (EE.UU.), por lo tanto apto para ser utilizado en contacto con alimentos; el Departamento Federal de salud de Alemania, recomienda lavar y aclarar concienzudamente las tuberías antes de su utilización (incluso se sugiere la cocción del material). Es muy útil para sistemas de tuberías de plantas químicas, gracias a sus elevadas características de resistencia a los disolventes y a las altas y bajas temperaturas (desde –40 ºC hasta +140 ºC), junto con unas buenas cualidades mecánicas. Por estas razones, ofrece con frecuencia una alternativa económica a otros materiales caros; las válvulas y accesorios pueden unirse mediante el proceso de termofusión.

08.6 Tuberías de acero revestidas. Son muchos los casos en que las condiciones de trabajo exigen el transporte de productos químicos corrosivos. Siempre que se puede, la tubería que se utiliza esta fabricada mediante un material que no es atacado por el fluido que circula por ella, pero cuando eso no es posible, bien sea porque el material que sería adecuado carece de las propiedades mecánicas requeridas o, como ocurre frecuentemente, el coste resulta prohibitivo, se superan estas dificultades empleando revestimientos adecuados. Los revestimientos para tuberías de acero al carbono más habitual, son los siguientes: ? Plásticos Plásticos,, en sus diverso diversoss tipos de políme polímeros. ros. ? Goma, Goma, en sus sus divers diversas as calida calidades. des. ? Resinas Resinas epó epóxica xicass o sinté sintética ticas. s. ? Esma Esmalte ltess vitrific vitrificad ados os.. ? Vidrio.


73


74


Para evitar las soldaduras, las tuberías emplearan tubos rectos con los extremos provistos de bridas planas (FF

⇔

Flat Flange) o de cara realzada (RF) y accesorios con los

extremos con el mismo tipo de unión.

08.6.1 Tuberías revestidas revestidas con plástico. Como en el caso de las tuberías de materiales termoplásticos, existe una amplia gama de revestimientos para prevenir la corrosión y la abrasión en tuberías, recipientes, conductos de humos y estructuras metálicas, de los cuales veremos los dos tipos más habituales: ? PTFE (politetrafluoretileno

⇔ teflón);

hidrocarburo fluorado, químicamente

inerte a casi todos los productos químicos comerciales, con excepción de los metales alcalinos fundidos, la gama de temperaturas sube hasta +260 ºC y desciende hasta -270 ºC, tiene un bajísimo coeficiente de rozamiento que impide la acumulación de depósitos en las tuberías; sus ventajas son: ⇒ Resistencia ⇒ Protección

química. frente a la corrosión.

⇒ Resistencia ⇒ Ausencia

a la abrasión.

de toxicidad.

⇒ Superficie

lisa; que supone la reducción de las pérdidas por rozamiento.

? PVC (cloruro de polivinilo); se han citado con anterioridad sus características como tubería; como revestimiento para las tuberías de acero al carbono, proporciona proporciona un acabado acabado tenaz y resistente resistente adecuado adecuado para la mayor parte de los ácidos y las aguas marinas. Las tuberías revestidas con PVC suelen ser más baratas que las revestidas de goma y se pueden obtener formas más complicadas, ya que los métodos de producción son más sencillos. Existen otros tipos de polímeros, además de éste, que amplían la gama de tuberías con revestimiento de plástico, como son el PVDF (fluoruro de polívinilideno), polívinilideno), el FEP (etileno (etileno propileno fluorado) fluorado) y el PP (polipropileno). (polipropileno).


74


75


08.6.2 Tuberías revestidas revestidas con vidrio (esmalte vitrificado). vitrificado). Los revestimientos de esmalte vitrificado para aplicaciones químicas son normalmente compuestos inorgánicos similares al vidrio, ligados químicamente al acero dulce por fusión sobre las superficies metálicas a alta temperatura, por encima de 750 ºC. Estos revestimientos resisten el ataque de fluidos corrosivos y la mayoría de los ácidos, con excepción del fluorhídríco y de los ácidos fosfóricos comerciales; además es beneficioso cuando existe abrasión. No es adecuado frente a agentes alcalinos, excepto con bajas temperaturas y concentraciones. Su limite de uso, por temperatura se encuentra entre -20 y +250 ºC, dependiendo la cifra final, del medio a manejar. Debido a la fragilidad del esmalte vítreo, es recomendable el uso de gomas naturales o sintéticas (grados blandos), que incluso pueden ser revestidas con teflón. Otro método de obtener un revestimiento vítreo consiste en colocar, de forma permanente, una camisa de vidrio dentro de un tubo de acero sin soldadura. La camisa de vidrio tiene un coeficiente de dilatación aproximadamente igual al del acero, reduciéndose el riesgo de daños por cambios térmicos repetitivos. La temperatura de servicio puede oscilar entre -30 y +500 ºC, pero el máximo debe ser reducido, si el sistema está sujeto a ciclos térmicos.

08.6.3 Tuberías revestidas revestidas con resinas epóxicas. Las resinas epóxicas se pueden emplear para proteger tubos de acero al carbono siempre que su contenido no sea altamente corrosivo y las temperaturas sean moderadas. Este tipo de revestimiento proporciona un producto tenaz, duradero y de superficie pulida que puede resistir casi todos los ácidos, con excepción de los de naturaleza fuertemente oxidante; tienen una resistencia excelente a las soluciones alcalinas, al ser un revestimiento r evestimiento tenaz y de superficie pulida, ofrecen buena buena resistenc resistencia ia a la erosión por partículas partículas en suspensión suspensión y a la formación formación de depósitos. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS REUNIDAS,, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

75


76


08.6.3 Tuberías revestidas con resinas sintéticas. Estos

revestimientos de formaldehído fenólico pueden emplearse cuando se

espera una corrosión ligera, ya que proporcionan un acabado tenaz y duradero con una superficie muy pulida. No se pueden utilizar para transportar fluidos altamente corrosivos, particularmente álcalis o cuando se espera una temperatura de servicio superior a 80 ºC, pero con gases pueden utilizarse hasta los 110 ºC. Gracias a sus propiedades de esterilidad y a no colorear las materias en contacto, estos revestimientos son particularmente útiles en las industrias alimentarias.

09 FORMAS DE FABRICACIÓN DE LAS TUBERÍAS DE ACERO. La forma en que se fabrican las tuberías, permite separarlas en 4 grupos: j TUBERÍA ESTIRADA. k TUBERÍA

SOLDADA.

l TUBERÍA

FORJADA.

mTUBERÍA FUNDIDA.

De estos 4 grupos, se analizaran solo los dos primeros, ya que los otros dos se utilizan en fabricación mecánica y en tubería enterrada respectivamente.

09.1 Tubería estirada (sin soldadura). Hay 4 procedimientos: Æ Mandrinado

rotativo en caliente , es el sistema más comúnmente utilizado; se emplea

cuando es necesario obtener tolerancias estrechas, acabados superficiales de calidad, etc., el proceso es el siguiente: j Se

parte de barras macizas que se calientan previamente a una temperatura de 1.200

a 1300 ºC (2.000 a 2.400 ºF). k Se

hace pasar la barra entre unos rodillos que la empujan contra un mandrino, al

tiempo que la obligan a rotar sobre su eje longitudinal, de modo que el mandrino realiza un agujero a lo largo de la barra, que la conforma como tubería. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

76


77

CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS. l A

la tubería se le hace pasar por la primera hilera de rodillos, que reducen el

espesor de la pared. m La

pasada de la tubería por la segunda hilera de rodillos, ajusta su forma circular, al

tiempo que pulen las superficies externa e interna de la tubería. n La

ultima pasada por la hilera de rodillos de acabado, proporciona a la tubería las

tolerancias finales deseadas.

Figura 14; Esquema del mandrinado rotativo en caliente.

Æ Método “Pilger” o de paso de peregrino .

Se parte de una palanquilla cuadrada o redonda y se obtiene, en una prensa vertical, un redondo perforado el cual se hace pasar por un laminador rotativo, consistente en rodillos que giran con ejes paralelos y perpendiculares al sentido del movimiento del tocho, dando lugar a un semielaborado para ser utilizado el procedimiento de forja. Æ Banco

de empuje (barra perforada).

A veces se utiliza como paso previo al mandrinado rotativo; como en el caso anterior, se parte de una palanquilla cuadrada o redonda y se obtiene, en una prensa vertical, mediante un mandrino, un redondo perforado en forma de copa. Posteriormente, y con ayuda del mandrino, se le hace pasar a través de un juego de 3 a 12 anillos calibradores montados sobre un banco horizontal, disminuyendo su diámetro y espesor hasta las dimensiones deseadas, durante ese proceso puede ser necesario recalentar el tubo. El paso siguiente es sacar el mandrino y cortar el tubo, cerrado por uno de los extremos, a la medida requerida. La terminación se realiza como en el primer caso. Æ Extrusión.

El tubo extruido se utiliza en mecanización, por lo que no se analiza en este epígrafe.


77


78


09.2 Tubería soldada. La tubería soldada, se fabrica siempre partiendo de un fleje o tira de chapa, a la que se le da forma tubular y cuyos bordes se unen mediante una costura longitudinal o helicoidal (para grandes diámetros). En función del tipo de soldadura, se pueden clasificar los tubos en soldados con aportación de material ó soldados sin aportación de material, los procesos de fabricación son los siguientes: Æ Por

soldadura en horno , se utiliza solo para tubería de acero al carbono, es la de

menor coste de producción, la tubería con este tipo de soldadura se usa en servicios de baja responsabilidad; agua, aire comprimido, vapor, o gas a baja presión, etc. El proceso consiste en hacer pasar los flejes a través de un horno continuo en donde se calienta hasta una temperatura de "soldeo” de

± 1.343°C

(2.450°F), conformándoles

mediante una pieza en forma de embudo, juntando así los bordes que posteriormente se sueldan entre si mediante la presión aplicada por unos rodillos (sin material de aportación).

Figura 15; Esquema del proceso de

conformado

por

soldadura en horno.

Æ Mediante

soldadura por resistencia ; hay 2 métodos:

j Soldadura

por chispas ; En el que se colocan unas zapatas de cobre sobre los bordes

a soldar aplicando a través de ellos, una diferencia de potencial, al mismo tiempo se aplica una suave presión entre los dos bordes a fin de producir cortocircuitos entre ellos, los cortocircuitos van aumentando progresivamente en cantidad y velocidad, por lo que el material se va calentando. Figura 16; Esquema del proceso de soldadura por chispas.


78


79


Una vez alcanzada la velocidad adecuada (de cortocircuitos), se aumenta repentinamente la presión entre los bordes, añadiendo así la energía suplementaria necesaria para la soldadura de los mismos. Esta soldadura se realiza a una temperatura inferior a la de fusión (sin aporte de material). k A

través de soldadura por alta frecuencia ; en este método se hace pasar la tubería

abierta por el interior de una bobina de inducción la cual rodea totalmente al tubo pero sin contacto directo con dicha tubería. La bobina produce una corriente eléctrica de alta frecuencia que genera un campo de baja inductancia; que hace aumentar la temperatura sólo en una zona muy estrecha de los bordes (de hasta 0,8 mm.) y una vez alcanzada prácticamente la temperatura de fusión mediante presión (forja), se precede a la unión de los

bordes

(sin

aporte

de

material).

Figura 17; Esquema del proceso por alta frecuencia. Æ Con

soldadura por arco eléctrico ; para este procedimiento se utilizan 4 métodos:

j Soldadura

bajo atmósfera inerte “TIG” ; En este tipo de soldadura se crea el arco

entre los bordes a soldar y un electrodo de tungsteno, protegiendo el arco, con una atmósfera de gas inerte

(argón)

para

evitar

la

oxidación del metal fundido. Figura 18; Esquema del proceso de soldadura “TIG”.

Existen 2 variantes: ¢ Soldadura

sin aporte de material, uniendo los bordes por presión.

¢ Soldadura

con aporte, fundiendo un hilo de aportación en la zona del arco.


79


80

CÓDIGOS, NORMAS, UNIDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERÍAS. k Soldadura

bajo atmósfera inerte “MIG” ; en este caso el arco se crea entre un

electrodo consumible en forma de alambre, que se alimenta automáticamente, a través de una pistola de soldar, protegiendo el arco con atmósfera de gas. Figura 19; Esquema de la soldadura MIG l Soldadura

por arco sumergido “SAW” ; el

calor para la fusión de los bordes de la tubería, es generado por un arco eléctrico, mantenido entre los mismos, y un electrodo consumible en forma de hilo continuo. Figura 20 Esquema de la soldadura por arco sumergido “SAW”.

El arco se genera bajo una capa de polvo granulado denominado “flux” que protege el arco, lo estabiliza, genera una escoria de viscosidad y tensión superficial adecuadas, que protege al baño de fusión con esa escoria y enfría el cordón lo suficiente, e incluso permite añadir elementos de aleación o compensar la pérdida de ellos. Estas instalaciones suelen disponer de doble cabezal interior y exterior, proporcionando un doble arco solapado, durante la ejecución de la soldadura. m Soldadura

por plasma “PAW”; este proceso de soldadura utiliza los mismos

principios que la soldadura TIG, pero el gas protector (argón) se convierte en plasma (*), con lo que se consiguen temperaturas mucho más elevadas y se pueden soldar espesores mayores. La soldadura se puede efectuar de 2 modos, con metal de aportación, ó sin él, como la “TIG”. Patrocinado por; TECNICAS REUNIDAS, S.A. Con la colaboración de DYNATEC, S.A. C/ Bravo Murillo, nº 297; 2º 2E, 28020 Madrid; 915-920-300. Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

80

0101-TR Codigos Normas Unidades & Tuberias

Recommend Documents