Código Manual 7-03-866
Tubería
DIRECCIÓN DE RECURSOS HUMANOS DPTO DE PLANIFICACIÓN Y DESARROLLO DE RECURSOS HUMANOS
Este Manual está depositado en el Departamento de Planificación y Desarrollo de Recursos Humanos de Aceralia Corporación Siderúrgica Para adquirir ejemplares o solicitar su reproducción, dirigirse a dicho Departamento Avilés, Febrero 1995 Segunda edición, Mayo 1998 D. L.: AS30795 Compuesto e impreso en Grafinsa Álvarez Lorenzana, 27. 33006 OVIEDO
Calderería. Manual de tuberías
1. Presentación............................................................................................ 7 2. Objetivos.................................................................................................. 9 3. Geometría.............................................................................................. 11 3.1. Trazado de perpendiculares ......................................................... 11 3.2. Trazado de paralelas .................................................................... 14 3.3. Ángulos ......................................................................................... 15 4. Tuberías................................................................................................. 21 4.1. El trabajo de los tubos .................................................................. 21 4.2. Empalme de los tubos .................................................................. 21 4.3. Diámetro de tubos más corrientes ................................................ 23 5. Cálculo................................................................................................... 25 5.1. Cálculo de las longitudes de las curvas........................................ 25 5.2. Radio mínimo de curvatura........................................................... 27 5.3. Curvado de los tubos .................................................................... 27 6. Curvado a mano .................................................................................... 29 6.1. Curvado a mano en vacío y en frío............................................... 29 6.2. Curvado a mano en vacío y en caliente........................................ 29 6.3. Curvado a mano con arena .......................................................... 30 6.4. Otros materiales de relleno........................................................... 31 7. Curvado a máquina ............................................................................... 33 7.1. Máquinas para el curvado............................................................. 33 7.2. Máquinas de curvar por presión ................................................... 33 7.3. Máquinas de curvar por rotación .................................................. 34 8. Representación de las tuberías............................................................. 37 8.1. Perspectiva isométrica .................................................................. 37 5
1. Presentación
La razón de este Manual es, de iniciación en la teoría y en la práctica de la tubería y el trabajo de los tubos, así como la de ordenar los conocimientos básicos de aplicación en esta especialidad. Este Manual está dedicado por tanto a personal no especializado en esta técnica, del que sin embargo se supone que ya ha tenido una cierta relación en dicho campo. No pretendemos por tanto, realizar un curso de tubería en el más amplio sentido de la palabra, por lo que se limitará a lo puramente necesario para dar un ropaje mínimo de conocimientos que ayuden a cubrir eficazmente los objetivos que se propone este curso.
7
2. Objetivos
•
•
•
Dar a conocer a los asistentes los conocimientos necesarios para el cálculo, curvado y armado de todo tipo de conductos y tuberías. Conseguir que se sepa identificar los distintos accesorios y tuberías empleadas en esta especialidad. Que se adquieran los conocimientos necesarios para una buena interpretación del sistema diédrico.
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3. Geometría
3.1. Trazado de perpendiculares 1.Trazar la mediatriz de un segmento (figura A)
Situamos sobre la recta r el segmento conocido; con los centros A y B y un radio mayor que la mitad de AB trazamos dos arcos, 1 y 2, que se cortan en los puntos C y D. Uniendo los puntos C y D tenemos la recta m, mediatriz del segmento AB.
2
1 C m
A
r
B
D 2
1
Figura A
11
2.Trazar por un punto P la recta perpendicular a una recta r conocida (figura B)
Con centro en el punto P y con un radio arbitrario trazamos un arco que corta en los puntos A y B a la recta r; la mediatriz del segmento AB será la solución. 2
1 R
r A
B p
P Figura B
3. Trazar la perpendicular a una recta r por un punto de ella P (figura C)
Con centro en P trazamos un arco de radio arbitrario que nos determina los puntos N y M equidistantes de P; la mediatriz de NM es la solución.
S r N
P
2
M
1 R
Figura C
12
4. Trazar la perpendicular a una semirrecta en su extremo(figura D)
Sea la semirrecta r y su extremo P; con centro en P y con un radio arbitrario trazamos el arco AN, con centro en A y el mismo radio cortamos en B el arco anterior y con centro en B y el mismo radio hallamos el punto C; con centros en B y C y un radio cualquiera trazamos los arcos 1 y 2 que se cortan en S; la recta P que une S con P es la perpendicular pedida. p 2
1 S 5
B
C N
4 r
A
3
P
Figura D
5. Dividir un arco AB de circunferencia en dos partes iguales (figura E)
Unimos los puntos A y B y trazamos la mediatriz de la cuerda AB; con centro en A y B, trazamos los arcos 1 y 2 que se cortan en C; la recta O-C corta el arco en el punto N, medio del arco AB.
Figura E
13
3.2. Trazado de paralelas 1.Trazar por un punto P la recta S paralela a la recta dadar (figura A)
Trazamos primero una perpendicular a la recta r, tal como ya hemos visto; con centro en P trazamos un arco que corta G y H a la citada perpendicular y, ahora, dibujamos la mediatriz PI del segmento G-H. La recta P-I es la solución.
G
F
P s
I D
E H
r
B
A
C
Figura A
2. Otra solución al problema anterior (figura B)
Con centro en P trazamos un arco BC que corta a B a la recta n dada y con centro en B y radio hasta P trazamos el arco PA; ahora tomamos BC = AP y unimos C con P, teniendo así la solución, recta m.
m P
A
C
n
Figura B
14
B
3.3. Ángulos 1. Construcción del ángulo de 60° (figura A)
Dada la recta r y el vértice O del ángulo, tomamos un punto cualquiera A de la recta r, y con centro en los puntos O y A trazamos dos arcos del mismo radio que se cortan en B; la recta s = BO forma 60° con la r.
s B
60O r O
A
Figura A
2. Construcción del ángulo de 30° (figura B)
Basta trazar la bisectriz t del ángulo de 60° anterior; para ello, con centro en O y radio arbitrario trazamos el arco AB y con centro en A y B, dibujamos dos arcos del mismo radio que se cortan en c; la recta t = O - C forma 30° con la s.
r
B
t
C
O
30 O
A
s
Figura B
15
3. Construcción del ángulo de 15° (figura C)
Basta trazar la recta p, bisectriz del ángulo de 30° que forman las rectas s y t; el trazado de la bisectriz se hace como en el problema anterior.
r
B
C D
p
t E
15O
A
O
s
Figura C
4. Construcción de ángulo de 45° (figura D)
Se traza la bisectriz del ángulo COB de 90°; la solución es el ángulo EOB que forman las rectas r y s.
C D r A
O Figura D
16
E
45O s
B
5. Construcción del ángulo de 22° 30 (figura E)
Basta trazar la bisetriz r = OE del ángulo COA de 45°.
B
C
D r
E O
22 30 O
’
s
A
Figura E
6. Construcción del ángulo de 75° (figura F)
Tenemos el ángulo AOB de 90° y construimos el ángulo AOC de 60°, el ángulo COB, a diferencia de los anteriores, vale 30°; si trazamos la bisectriz r = OD del ángulo COB, tendremos que el ángulo COD es de 15°; según esto, las rectas r y s forman 15 °+ 60 °= 75 °.
D B r
C
75
O
O
s
A
Figura F
17
7. Construcción del ángulo de 105° (figura G)
Se obtiene como suma de los ángulos de 90 y 15°, para lo cual, se toma la cuerda AE = AD sobre la prolongación del arco NAE.
C A
s E
D
B
105
O
r
O
N
Figura G
8. Construcción del ángulo de 120° (figura H)
Le construimos como suma de los ángulos de 90° y 30°; el ángulo QOR es de 60°, luego el ángulo ROS es de 120°.
r B 120
O
O s
Q
Figura H
18
9. Construcción del ángulo de 135° (figura I)
Se construye sumando los ángulos de 90° y 45°; el ángulo que forman r y s de 135° es la solución.
r B
120
O
O s
Q
Figura I
10. Construcción del ángulo de 180° (figura J)
Es un ángulo llano y su construcción es inmediata; la suma de dos ángulos de 90° nos da el ángulo AOB, cuyos lados están en prolongación.
O
0 18
B
O
A
Figura J
19
4. Tuberías
4.1. El trabajo de los tubos
Los tubos se fabrican con soldadura y sin soldadura, siendo éstos últimos los empleados para conductos de altas presiones y trabajos de gran responsabilidad. En cambio, los tubos con soldadura se emplean para trabajos de menor responsabilidad, tal como para conducir agua, barandillas, etc. 4.2. Empalme de los tubos
Como los tubos se fabrican con unas dimensiones determinadas, se unen entre sí por medio de racores, bridas o por soldadura. Empalme por racores. Se roscan los extremos de los tubos, siendo el sistema gas whit-worth BSP el más empleado para roscar los tubos, la rosca se realiza con una terraja que tiene un sistema para centrar el tubo y puede roscar varios tubos de diferentes diámetros, por estar provista de tres juegos de peines de roscar que son intercambiables. En la figura 1 se han representado varios racores de los más usuales, siendo cónicas las roscas exteriores y cilíndricas las rocas interiores. NOTA:
existen también otros tipos especiales de roscas para tubos.
Manguito
Machón doble
Codo de 90
Manguito de reducción
Tuerca de reducción
Tapón interior
O
Codo de 45
Tapón exterior
O
Te
Tuerca de unión
Bifurcación O de 45
Te con ramal curvado
Figura 1
21
1. Empalme por brida. Los tubos también se pueden unir por medio de bridas (figura 2). Entre estas dos bridas se coloca una junta de estanqueidad, que, según el trabajo a que está destinada la tubería, puede ser de goma, amianto, plomo, cobre recocido, etc.
Junta
Figura 2
2. Empalme por soldadura. Cuando el empalme de tubos se hace por soldadura, hay que hacer, una preparación correcta de los extremos de unión, evitando que las gotas de soldadura penetren en el interior. Siempre que se puedan girar los tubos, se posicionan horizontalmente, por ser ésta la postura más cómoda para soldar en vertical ascendente, desde el punto más bajo, tal como ilustra la figura 3.
Los racores en forma de codos roscados se pueden sustituir por otros codos que se sueldan con los tubos correspondientes (figura 4) o curvado el tubo como en la figura 5.
Final
Comienzo Dirección de la soldadura Figura 3
22
Racord
Fibra neutra
Tubos
Figura 4
Figura 5
4.3. Diámetro de tubos más corrientes PASO NOMINAL DEL TUBO EN PULGADAS (")
1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 4 1/2 5 6 7 8 9 10
DIÁMETRO EXTERIOR EN MILÍMETROS
10,3 13,7 17,1 21,3 26,7 33,4 42,2 48,3 60,3 76,1 88,9 101,6 114,3 127 139,7 165,1 191 216 241 267
DIÁMETRO INTERIOR EN MILÍMETROS
6,9 9,3 12,5 15,7 29,9 26,6 35 40,9 52,4 68,78 80,8 93,5 105,6 118 130,4 155,4 180,5 204 228,5 254
existen varios espesores para cada diámetro nominal de tubos generalmente el diámetro exterior de los tubos no varía con los espesores.
NOTA:
23
5. Cálculo
5.1. Cálculo de las longitudes de las curvas
Para determinar la longitud total de un tubo antes de curvarlo se añaden a las longitudes rectas las longitudes de las curvas, hallándose éstas últimas, según las reglas que a continuación se exponen: 1. Primera regla. Para hallar la longitud total del tubo necesario para formar un codo de 90° (figura 6), de radio igual a 300 mm y cuyas longitudes rectas extremas miden 150 y 200 mm respectivamente, se multiplica el radio por 1,57 y al producto se le suman las longitudes de los extremos rectos:
Longitud total = (300 x 1,57) + 150 + 200 = 921 mm
90
O
150
30
200
0
Figura 6
2. Segunda regla. La longitud total del tubo necesario para formar una curva de 180°, de radio igual a 500 mm (figura 7), cuyos extremos rectos miden 270 mm, se halla multiplicando el radio de la curva por 3,1416 y sumándose a este resultado las longitudes de las partes rectas del tubo:
Longitud total = (500 x 3,1416) + 270 + 270 = 2.110,8 mm
25
270
50
0
Figura 7
3. Tercera regla. Cuando las curvas de la tubería están formadas por ángulos distintos a 90 y 180° se emplea la siguiente regla: se multiplica el radio de la curvatura por el ángulo de que se trata (132° en el caso de la figura 8 ) y después se multiplica el producto por la constante 0,01745, sumándole finalmente las longitudes de las partes rectas:
Longitud Total = (250 x 132 x 0,01745) + 240 + 275 = 1.090,8 mm Cuando se tenga que curvar un tubo que no lleve partes rectas en sus extremos, se dará una demasía en cada extremo de la curva igual al diámetro del tubo, para tubos que no pasen de 10" de diámetro y una vez y media en caso de que pasen de esta medida.
25
0
24
0
132 O
275
Figura 8
26
5.2. Radio mínimo de curvatura
En algunos casos es necesario hacer el radio de curvatura lo más pequeño posible, sin causar deformación en el tubo; en otros trabajos, en cambio, el radio puede ser relativamente grande, como por ejemplo, en los tubos que se curvan para proporcionar un medio de compensación a la dilatación y contracción en una tubería general (juntas de dilatación). Conociendo el método de trabajo, el diámetro del tubo y el material depende del espesor de las paredes del tubo para curvar un codo o un radio mínimo de seguridad. Como norma general, para tubería de tipo corriente, se puede curvar como radio mínimo igual a tres o cuatro veces el diámetro interior del tubo. Este radio puede variar según el dispositivo o máquina que se emplee para curvar. Las tuberías extraresistentes se pueden curvar con radios iguales a dos veces el diámetro interior del tubo para tamaños pequeños y tres veces el diámetro para tamaños grandes (existen máquinas que curvan incluso con un radio igual al diámetro del tubo). 5.3. Curvado de los tubos
Al curvar un tubo la parte interior de la curvatura sufre una compresión con acortamiento de fibras y la parte exterior una extensión con alargamiento; debido al resultado de estas dos fuerzas desiguales, el tubo tiende a ovalarse. Se aconseja en la práctica el sostener o apoyar las paredes interiores del tubo con algún soporte durante el proceso de curvado. Este soporte puede consistir en un material de relleno o un apoyo provisional colocado en el interior del tubo, y también puede ser externo, empleando un mecanismo de curvado provisto de útiles que previenen el aplastamiento del tubo al ser curvado. El mecanismo para curvar tubos puede consistir simplemente, en un sencillo aparato de accionamiento manual o en una máquina para curvar de accionamiento motriz. Cualquiera que sea el método de trabajo, siempre se sitúa la soldadura del tubo en la línea neutra que no está sometida a ninguna deformación (figura 9).
27
Fibra neutra
Figura 9
En caso de que el curvado se realice calentando el tubo con el soplete, es decir, solamente resultado de la compresión, la línea de soldadura del tubo debe quedar en la parte exterior de la curva (figura 10) (este método se emplea para curvar a mano sin material de relleno).
Zona
a calentar
Soldadura
Figura 10
28
6. Curvado a mano
6.1. Curvado a mano en vacío y en frío
Solamente se pueden curvar en vacío y en frío los tubos pequeños. Estos se sujetan entre dos topes en forma de varillas que se colocan en un mármol con agujero (figura 11). Si las paredes del tubo son muy delgadas, se sustituyen los topes de varilla por otros de mayor diámetro para evitar que se marque el tubo. 6.2. Curvado a mano en vacío y en caliente
Se marca en el tubo la longitud de la curva y se calienta la parte interior de ésta por medio de un soplete (la costura de soldadura se coloca en la parte exterior de la curva). La sujeción del tubo se realiza como en el caso anterior, teniendo en cuenta de no apoyar en los topes la zona caliente ya que marcaría el tubo.
Mármol Topes Esfu
erzo
tubo
Figura 11
Cuando el tubo tienda a curvarse con exceso en algún punto, se enfría con agua inmediatamente de aparecer este defecto, ya que, en caso omiso, el tubo se va acodando cada vez más en dicho punto a causa del aplastamiento que disminuye su resistencia. El enfriamiento con agua también se emplea para limitar la longitud de calentamiento de la curva.
29
Todos los defectos o arrugas que aparecen en el codo se corrigen calentando en esos lugares y golpeándolas con un martillo adecuado. Si el codo después de curvado no está en un mismo plano, se calienta en una longitud grande y se hace que se apoye bien en el mármol por medio de una madera que es golpeada (figura 12).
Taco de madera
Golpe
Mármol
Figura 12
La regularidad del trabajo se controla a ojo y con una varilla redonda de 5 a 10 mm de diámetro, curvada según el radio neutro del correspondiente codo. Si el radio del codo es relativamente grande y si la cantidad de piezas es un número considerable, se puede curvar sobre un molde con el radio correspondiente. En este caso, se calienta toda la longitud de la curva y se coloca la unión de soldadura del tubo en la línea neutra. 6.3. Curvado a mano con arena
Cuando se quiera curvar tubos de diámetros medianos y grandes, y en especial cuando las paredes son pequeñas, se rellenan con arena bien seca. Uno de los extremos del tubo se tapa con una chapa soldada. Después se coloca en posición vertical y se llena con arena seca. La arena ha de atacarse cuidadosamente en el interior del tubo para que lo llene por completo y luego se tapa el otro extremo por medio de un tapón de madera. Para asentar bien la arena, se golpea el tubo con dos varillas de hierro redondo o con un martillo neumático comenzando siempre por la parte baja. El calentamiento se hace en una longitud grande y, si es posible, en toda la longitud del codo. Se suele calentar en fraguas de forja, aunque los mejores resultados los dan los hornos de gas o de coque para diámetros grandes. 30
Una vez calentada la zona a curvar, se rocía con agua la superficie exterior para que se comprima la pared interior; esta compresión hace que se reduzca el volumen del tubo prensando así la arena, dejándola como un apoyo firme. Este ligero enfriamiento se realiza en el mismo momento que se comienza el curvado. La zona caliente no es necesario que se apoye en los topes, ya que marcaría el tubo. En el momento que aparezca alguna arruga o bolsa se hace desaparecer empleando el soplete para calentar en casos necesarios. 6.4. Otros materiales de relleno
Algunas veces se emplean otros materiales de relleno, tales como el alquitrán, el plomo o la resina. El alquitrán y el plomo se utilizan para tubos pequeños de acero y la resina para tubos de latón, cobre y aluminio.
31
7. Curvado a máquina
7.1. Máquinas para el curvado
Los tubos de pequeña sección se curvan con el empleo de máquinas accionadas a mano, las cuales están formadas de manera que la fuerza necesaria para curvar un tubo se obtiene por la acción directa de una palanca de mano, provista de una horma para dar la forma de la curva. Los tubos de grandes dimensiones se curvan con máquinas accionadas mecánicamente. Siempre que se curven tubos soldados, se colocará la soldadura en el eje neutro para evitar roturas o abollamientos. 7.2. Máquina de curvar por presión
El rodillo curvador B, que tiene huella exacta del tubo, está gobernada por una bomba de aceite (figura 13), la cual funciona al accionar la palanca en el sentido de las flechas, según la sección N-N, saliendo el émbolo que presiona al tubo en la dirección de la flecha (sección M-N ). El tubo reposa sobre dos rodillos A de apoyo que están sujetos a las dos llantas agujereadas (en la parte inferior se ha representado uno de los rodillos de apoyo). Para cada diámetro existe un rodillo curvado con un radio igual a tres o cuatro veces aproximadamente el radio exterior del tubo. Los rodillos de apoyo pueden servir los mismos para los diferentes diámetros de los tubos, aunque la curva es de más garantía si se emplean rodillos con la huella exacta de cada tubo. La distancia L de los rodillos varía según los diámetros de los tubos a curvar, introduciendo los ejes de los rodillos en los agujeros correspondientes de las llantas barrenadas.
33
M
Sección N-N
M
A
Mesa Tubo
Sección M-M
B
L
N
N
Tubo Rodillo A
Figura 13
7.3. Máquina de curvar por rotación
Una de las máquinas más sencillas para curvar tubos es la expuesta en la figura 14. El tubo a curvar se sujeta con la abrazadera A y se encorva alrededor del rodillo fijo B, al rodar sobre éste el rodillo móvil C. Los rodillos B y C llevan una garganta de forma semicircunferencial, de diseño igual al tubo. El rodillo móvil es gobernado manualmente por la ac34
ción directa de la palanca D, en éste caso, aunque también puede ser accionado mecánicamente. No se representa la máquina con todos sus detalles, sino, sólo su forma de funcionar.
NOTA:
A
Sección E-E
E
Esfuerzo
E
C B
D
Figura 14
35
8. Representación de las tuberías
8.1. Perspectiva isométrica
Esta es una de las perspectivas más sencillas de realizar y que más claramente representa las formas de los objetos, por lo que resulta de gran utilidad para representar las instalaciones de tuberías. En el sistema isométrico no se reduce la escala para las profundidades, sino que en las tres dimensiones se emplea la misma escala (para la representación de las tuberías no se suele emplear la escala). En esta perspectiva, los cuerpos formados por verticales y horizontales se representan por verticales; sin embargo, las proyecciones horizontales se representan por líneas que forman ángulos de 30° con respecto a la horizontal. En la figura 15 se ha representado las principales direcciones y en las respectivas figuras 16 y 17 se dan las perspectivas isométricas de un cubo y un paralelepípedo. La representación de los círculos en las tres vistas, se realizan tal como se ilustra en la figura 18, estando en este caso, inscritos en las caras de un cubo. La longitud del eje mayor de la elipse es igual a 1,23 por el lado del cubo y la longitud del eje menor es igual a 0,7 por el lado del cubo.
30
O
30
O
30
O
Figura 15
Figura 16
Figura 17
Figura 18
37
Las normas a seguir, para representar un cuerpo en el sistema isométrico, son las siguientes: •
Todas las rectas en el espacio se representan siempre como rectas.
•
Las paralelas siempre serán paralelas.
•
Las líneas verticales de un cuerpo se representan verticalmente.
•
Las líneas horizontales se representan inclinadas 30° con respecto a la horizontal.
En las figuras 19, 20 y 21 se dan las perspectivas isométricas de las tres vistas principales de un cilindro.
30
O
30
Figura 19
O
Figura 20
Figura 21
En la figura 22 se da la perspectiva isométrica de la instalación de una tubería en un depósito.
Perspectiva ISOMETRICA
1
2
3
Figura 22. Perspectiva isométrica
38
La representación diédrica de esta tubería es la representada en las figuras 23, 24 y 25.
1155 2
400
425
753
3000
1
Proyección VERTICAL
2
3
500
Proyección de PERFIL
3500
3
2
Proyección HORIZONTAL
1 Junta 3
2
305
2493 2800
Figuras 23, 24 y 25
39
La figura 26 representa un detalle de una de las bridas de la tubería, según norma DIN 2633, soldada al tubo (el tipo de brida siempre viene especificada en el plano de construcción). BRIDAS DIN 2533
Tubo Soldadura
45
19
3
4 agujeros de 18 0
50 0 125 0 155 0 Figura 26. Bridas DIN 2633
El detalle de los codos comerciales soldados a la tubería, se ha representado en la figura 27.
75
Figura 27
Hoja de dibujo isométrico (figura 28). En la hoja de dibujo se ha representado la perspectiva isométrica de la instalación de una tubería en un depósito. Los números colocados en cada tubo indican la marca y posición de cada uno de ellos. Los tubos marca 1, 2 y 3 están situados por debajo de los tubos marca 4 y 5.
40
9
8
7
5 4 5
6 1
4 3 2
Figura 28. Hoja de dibujo isométrico
El despiece de la tubería se ha representado en la página siguiente (figura 29). La representación diédrica de la tubería se realizaría de forma análoga a la de la página anterior. 41
120
1 DN 50
3200 2
1800
500
200
30 O
2 2
2
120
Junta
3 200
1500
120
155
1575
9 Valvulas
8
BRIDAS DIN 2533 PRESION NOMINAL 15
120 2
4500
140
7 2175
DN 50
120
2
6 4
150
DN 50
4 DN 50
185
550
420
2665 2
42
5 Cono
220
1930
Figura 29
5
DN 32
420
R=75
235
Manguito 5/2
600
DN 32
