En este tutorial veremos de manera rápida los conceptos básicos de las tuberías y accesorios a considerar en el diseño de instalaciones industriales.
El autor de este post es Juan Gutiérrez Yagüe.
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¿A qué llamamos tuberías?
Cuando hablamos de tuberías, no solo hacemos referencia a lo que es el tubo en sí mismo, sino que incluimos en el concepto a los accesorios y componentes que forman parte del sistema de tuberías.
Si nos fijamos en la imagen siguiente, apreciaremos que un sistema de tuberías no está compuesto solo por las líneas que se representan en los diagramas de proceso o en los P&ID… hay más, pero mucho más.
Evidentemente, para conseguir interconectar todo el entramado de tubería recta y las derivaciones que aparecen en la imagen, se necesita una variada gama de accesorios y componentes de tubería.
A través de este tutorial sobre los conceptos básicos de tuberías y accesorios veremos cuales son los más importantes. Se abordarán las bases de una de las disciplinas fundamentales y sobre todo imprescindibles del diseño y la ingeniería industrial, es decir la Tecnología de Tuberías.
Hay otros componentes importantes de los sistemas de tuberías que son las válvulas, que no serán tratadas en este tutorial.
Materiales de tuberías
Algunos de los materiales de uso más extendido en las tuberías industriales son los siguientes:
Materiales metálicos
– Hierro fundido
– Cobre
– Acero (al carbono o inoxidable)
Materiales termoplásticos
– Polipropileno
– Polietileno
– Butileno
Materiales compuestos
– GRP o fibra de vidrio reforzado
– Fibrocemento
Aunque los dos últimos materiales están teniendo un uso cada vez más creciente, el material “rey” por el momento sigue siendo el metal, particularmente el acero.
Principales factores en la selección de materiales
El uso de un material u otro viene determinado por una serie de factores. Los más significativos son los siguientes:
– Temperatura del fluido
– Presión del fluido
– Condiciones ambientales de la instalación
– Compatibilidad química con el fluido
Parece lógico pensar que si tenemos una corriente de aceite térmico a 300ºC no vamos a poder usar una tubería de polipropileno. Al igual que si estamos diseñando un sistema en una desaladora que toma agua de mar, no vamos a poder usar acero al carbono por los efectos de la corrosión.
Hay que estudiar cada sistema detenidamente, teniendo en cuenta todos los factores para hacer una selección correcta del material de tubería a emplear.
¿Cómo se definen las tuberías?
Las tuberías se definen básicamente por medio de dos parámetros:
– Diámetro Nominal
– Schedule
Diámetro Nominal
En el día a día del diseño de tuberías, el diámetro nominal de la tubería se suele dar en pulgadas. Esta es la forma más extendida a nivel global.
Aunque, con el uso creciente de sistema SI, se está introduciendo cada vez más la equivalencia en milímetros en todo el mundo. Hasta hace muy poco, el uso de los milímetros prácticamente se limitaba al área de influencia de normativa alemana o europea.
En cualquier caso, en los catálogos comerciales de tuberías se da un diámetro nominal que no tiene por qué coincidir con el diámetro exterior real. Un poco raro ¿no? Vamos a ilustrarlo en la siguiente tabla.
Como podemos ver, el diámetro exterior no coincide con el nominal. Es próximo… pero no es el mismo. Solo coincide el diámetro nominal con el exterior para tuberías ≥ 14”.
Schedule
El schedule es un parámetro adimensional, que nos indica el espesor que tiene la tubería. Siendo así, según sea el schedule, la tubería tendrá mayor o menor espesor.
En la tabla siguiente vemos cómo para una tubería de 8” de DN, el espesor va variando según sea el schedule, siendo constante el diámetro exterior.
Esto es muy importante para el cálculo de las tuberías, ya que según se explica en el Curso Nociones Prácticas de Flujo de Fluidos, la velocidad de un fluido en una tubería depende del caudal y el área de la misma.
Por tanto, como se ve en la tabla a continuación, la velocidad de un fluido en una tubería de 8” será diferente si el Schedule es 20 o si es XS. Esto es debido a que al ser diferente el diámetro interior, también lo es el área de paso.
Métodos de unión
Hay tres modos principales de unir las tuberías:
– Soldaduras
– Bridas
– Roscas
Soldadura
Hay dos tipos de uniones por soldadura:
– Soldadura a tope o “butt-welding”
– Soldadura a enchufe o “socket welding”
El uso de una o de otra depende directamente del tamaño de la tubería. Con tamaños de tubería menor (<2 ½”) normalmente se usa la soldadura a enchufe. Con tubería mayor (≥2 ½”) es a tope.
Bridas
Las bridas son muy utilizadas y la razón principal es la capacidad de desmontaje que ofrecen.
Si por ejemplo unimos las tuberías a una bomba mediante soldadura, el día que haya que remplazarla por avería u operaciones de mantenimiento, vamos a tener que cortar, posteriormente preparar bordes y volver a soldar.
Uff, vaya lío… Lo anterior no parece una buena idea. Lo más sensato es, siempre que sea posible, utilizar bridas, ya que sus pernos permiten un desmontaje ágil. La conexión con la bomba se realiza mediante bridas para posibilitar el desmontaje y desacople de la bomba y la tubería.
Hay diferentes tipos de bridas, como las: welding neck o de cuello, slip-on o deslizante, socket welding o para soldar a enchufe, roscadas, etc…. Se tratarán en detalle en el curso de tuberías.
Cada tipo de brida puede soportar temperaturas y presiones de operación diferentes ¿Qué cuales son? Dependerá del rating y/o clase de presión de la brida, que puede ser: #150, #300, #600, #900, #1500, etc. Esto tampoco lo tratamos aquí, sino en el curso de diseño de tuberías.
Roscas
Las uniones roscadas se usan normalmente para tubería de pequeños diámetros (por lo general ≤2 ½”) y para servicios no severos.
Accesorios de tuberías
A continuación veremos diferentes tipos de accesorios y componentes de tuberías.
Codos y curvas
Son elementos que permiten cambiar de dirección al fluido, cobrándose eso sí, algo de carga.
Podemos encontrar entre otros los siguientes tipos de codos:
– Codos de 90º y 45º de radio largo
Desarrollan 1,5 veces su diámetro.
– Codos mitrados (miter elbow)
Formados por varias mitras. Se emplean en tuberías de grandes diámetros.
– Curvas
Tienen radios de 3 o 5 veces el diámetro nominal.
Te, normal o reductora
Para realizar derivaciones a 90º de la tubería principal, cuando las derivaciones son del mismo diámetro o relativamente parecidos:
– Te normal
– Te reductora
Olets
Los olets son accesorios de conexión reforzados. Se usan cuando la derivación que necesitamos realizar de la tubería principal es mucho menor que el diámetro de ésta.
Los más frecuentes son los siguientes:
– Sockolet
La unión con la derivación se realiza con soldadura a enchufe.
– Weldolet
La unión con la derivación se realiza con soldadura a tope.
– Thredolet
La unión con la derivación es roscada.
– Latrolet
Derivación en ángulo muy empleada en colectores de drenajes.. Se realiza con los tres tipos de extremos anteriormente indicados.
– Elbolet
Preparado para poder ser instalado en codos de 90º. Se realiza con los tres tipos de extremos indicados. Permite una salida tangencial.
– Sweepolet
Sustituye a la «te» cuando está no se puede instalar y se necesita una transición suave del fluido.
Componentes en línea
Podemos encontrar los siguientes tipos:
– Reductores
Accesorio que que permite pasar de un diámetro a otro. Los hay de dos tipos:
- Concéntricos: Se mantiene el mismo eje en ambas caras (entrada/salida)
- Excéntricos: Se produce una excentricidad respecto a los ejes de entrada y salida
– Manguitos (coupling)
Usados para unir 2 tramos de tubería menor.
– Tapones o “caps”
Accesorios que permiten cegar un extremo de una tubería.
Resumen y conclusiones
Resumiendo, en este tutorial vemos los conceptos básicos de tuberías y accesorios de forma muy rápida. Es decir, los conceptos fundamentales relacionados con la tecnología de tuberías aplicada a instalaciones industriales.
Con respecto a las tuberías, analizamos los diferentes tipos de materiales empleados, su definición respecto al diámetro nominal y schedule y los métodos de unión que se emplean. También damos una ojeada a los accesorios y componentes más usados en los sistemas de tuberías y al motivo por el que se usan.
Por supuesto, este tutorial es solo una introducción al inmenso mundo de la tecnología de tuberías !Queda mucha tela por donde cortar¡ Sin embargo, nos permite tener la base mínima necesaria para adentrarnos en cada uno de los conceptos mencionados, en un curso proximo completamente dedicado a este tema.
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