Elementos De Diseño

Introducción

Las aplicaciones a los procesos químicos incluyen frecuentemente en el estado del fluido. El fluido se transfiere generalmente de una parte del proceso a otra a través de tuberías y de tubos con sección transversal circular, que existen en una amplia variedad de tamaños, espesor de pared y materiales de construcción. La mayor parte de los problemas de flujo de ingeniería química requieren el uso de ductos cerrados más que el de canales abiertos.

En esta sección se estudiará la diferencia entre tuberías y tubos, así como los diferentes materiales que pueden ser fabricados, las especificaciones de las tuberías y los tubos, las principales funciones de los accesorios, las válvulas, su descripción, funciones y los factores para su selección. El objetivo es familiarizarnos con las definiciones y principales términos asociados a: tuberías, accesorios y válvulas relacionados al transporte de fluido, reconociendo su importancia en la Ingeniería Química.

Definiciones

Tubo

Productos tubulares los cuales son producidos de acuerdo una lista o tabla de datos definidos como los diámetros (nominal, interior y exterior) los cuales varia en cada una de las cedulas, ya que el espesor crese hacia dentro.

Tubería

Productos tubulares, que se especifican por su diámetro nominal y espesor de la pared. Sus tramos de tubo pueden unirse por bridas, soldaduras y conexiones roscadas.

Tubing

Cualquier conducto que no cumpla con la especificación anterior. Se especifican por el diámetro externo real y el espesor de la pared, paredes delgadas y lisas, en forma de rollos de grandes longitudes, no pueden roscarse sus tramos pueden unirse por medio de bridas y soldadura.

Materiales de construcción

Los tubos y tubería se fabrican de muy diversos materiales que comprenden: metales y aleaciones, tales como: hierro colado, hierro dulce, acero al carbono, aleaciones de acero ( Cr,Cr-Ni, Cr-Mo), metales y aleaciones no férricas Pb, Br, Cr, Cu, Monel (Ni-Cr-Fe), Latón (Cu-Zn), Admiralty (Cu-Zn-Sn);plásticos, madera, cerámica, vidrio, cemento, asbesto-cemento, etc.

Tuberías de fundición

Atendiendo a la velocidad de enfriamiento del arrabio obtenido en el alto horno de segunda fusión, se obtienen dos tipos de fundición con un contenido del 2,5 al 4 % de carbono, fundición blanca y gris, colores respectivos que presentan sus fracturas. Los enfriamientos lentos favorecen la formación de fundición gris por el contenido de grafito que presenta en su estructura microscópica laminillas de espesor muy pequeño, por el contrario enfriamientos rápidos favorecen la formación de fundiciones blancas.

Las fundiciones blancas son muy duras pero frágiles, no son adecuadas en la fabricación de tuberías. Las fundiciones grises, por la estructura laminar del grafito, figura 2.1 presenta frecuentemente figuraciones, aunque resistentes a la corrosión en terrenos pocos agresivos y soportan muy bien los efectos de la abrasión, por la presencia del grafito laminar, que es el responsable del tipo de figuración. Además, es imposible su soldadura. En conducciones de gran diámetro y en calles de tráfico intenso no se emplean.

La fundición dúctil, la adición de magnesio permite obtener una estructura microscópica con nódulos de grafito en forma esferoidal, figura 2.1, que concede la inexistencia de fisuraciones, permite la soldadura, además presenta gran resistencia a la tracción.

La fabricación de los tubos es vertical en molde de arena. Se rellena el espacio anular del molde, facilitando la salida de gases, evitando la formación de coqueras por burbujas y quedando una textura bastante compacta.

También pueden fabricarse por centrifugación, la fundición líquida penetra en el interior del molde en movimiento de rotación que por este efecto y el de avance, el chorro describe una hélice. Solidificado la fundición y en reposo se retira el molde.

Los tubos obtenidos por centrifugación tienen un comportamiento mecánico mejor que los obtenidos con moldes verticales.

Por el interés que presentan en la actualidad la fundición dúctil, exponemos los diámetros nominales en los que se fabrica, que son: 40, 50, 60, 80, 100, 125, 150, 200, 250,

300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 mm.

Es necesario hacer observar que el diámetro nominal no es exactamente igual al diámetro interior de los tubos. Si se tiene en cuenta el diámetro exterior menos el doble del espesor de la pared, se comprueba una diferencia. Así por ejemplo, una tubería de fundición dúctil de 100 mm de diámetro nominal, presenta un diámetro exterior de 118 mm y su espesor es de 6,1 mm, supone que el diámetro interior debe ser de 105,8 mm. Esto es debido a que en los procesos de fabricación suelen mantener los diámetros exteriores, siendo variables en los moldes los diámetros interiores.

En los tubos de fundición gris. Obtenidos por centrifugación se fabrican tres tipos de tubos: clase 1A, clase A y clase B que en diámetros mayores de 600 mm. soportan presiones de 15, 20 y 25 Kp/cm2 y en diámetros menores de 600 mm. 20, 25 y 30 Kp/cm2

En los tubos fabricados con fundición vertical, se distinguen dos tipos, clase A y clase B, en diámetros mayores de 600 mm soportan presiones de 15 y 20 Kp/cm2, y en diámetros menores 20 y 25 Kp/cm2.

Las presiones de trabajo, que son la mitad de las presiones de prueba, en tubos de fundición dúctil, según MOP, son en diámetros nominales de 80 a 300 mm. 25 Kp/cm2 ; de

350 a 600 mm. 20 Kp/cm2 ; de 700 a 1.000 mm. 16 Kp/cm2.

;

Aspecto importante es la protección contra la corrosión especialmente en los tubos de fundición fabricados por centrifugación, se realiza interiormente con mortero cuyo espesor es variable de 1,5 a 3 mm. según diámetro, con una capa de pintura asfáltica o alquitrán, galvanizado introduciendo el tubo en el proceso de fabricación por inmersión en un baño de cinc etc., aspectos estos a tener en cuenta en el cálculo hidráulico por la variación de k rugosidad absoluta. Exteriormente la protección se suele realizar con una capa de imprimación de pintura asfáltica, el galvanizado también se emplea, pinturas plásticas con resina epoxi, son métodos usuales. Si el entorno es agresivo, puede emplearse una protección catódica.

Las ventajas de la fundición dúctil son una elevada resistencia a cargas exteriores, su comportamiento es similar a una tubería flexible, por tanto es menos sensible a deficiencias de puesta en obra de la tubería, una gran resistencia a presiones interiores elevadas. Su desventaja era la corrosión superada con los recubrimientos plásticos. A pesar de su coste la penetración en el mercado de abastecimientos es cada día mayor y la hace en estos momentos una tubería muy competitiva en calidad. Redes de Abastecimiento de Agua: Componentes Fundamentales en las Redes.

Tuberías de acero

En las aleaciones hierro-carbono, los productos que presentan un contenido de carbono inferior al 1,7 % se denomina acero.

Las tuberías de acero pueden ser fabricadas sin soldadura por laminación, o bien por soldadura longitudinal o en espiral.

Son muy resistentes a la rotura, pero fácilmente oxidables. Se protegen mediante recubrimientos interiores y exteriores de asfalto en caliente y además se las recubre con yute alquitranado o incluso, evitándose el que se adhieran entre sí durante el transporte una mano de lechada de cal sobre la envuelta. El recubrimiento exterior debe ser examinado antes de la colocación del tubo, localizándose los defectos y reparándolos. Interiormente se reviste con mortero centrifugado. Si se prevé que la tubería va a estar sumergida frecuentemente en agua, por situarse bajo el nivel freático debe estar revestida con material plástico.

Los tubos fabricados por soldadura, se clasifican entres grupos A, espesores 2,5-6

mm., presiones 60-25 Kp/cm2 ; B, espesores 2,75-7 mm., presiones 67,5-30 Kp/cm2

y C, espesores 3-8 mm., presiones 75-35 Kp/cm2. Los diámetros nominales son: 25, 40, 60, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450, 500.

En los tubos sin soldadura los diámetros van desde 25 mm hasta 200 mm, espesores de 4 – 5,5 mm y presión desde 100 a 65 Kp/cm2.

Las ventajas de la tubería de acero son un coste discreto, baja fragilidad. También es muy resistente a presiones internas, aunque menos que las de fundición dúctil, la corrosión con el empleo de pinturas ha sido superado. La desventaja más importante es que dispone de una baja rigidez haciéndola vulnerable a aplastamientos.

En España no ha tenido una penetración en el mercado como otros materiales, su mayor empleo es en conducciones forzadas en saltos hidroeléctricos.

Tuberías de fibrocemento

Las materias primas para la fabricación del fibrocemento son cemento pórtland, fibras de amianto finas (asbesto) y agua. El amianto es deshilachado mezclándose de 10 a 15 partes en peso con 85 a 90 partes de cemento, eliminando el agua de amasado sobrante.

La fabricación del tubo se realiza con una capa delgada de la masa obtenida, se enrolla en un mandril de acero, que gira hasta alcanzar el espesor deseado, al mismo tiempo comprime el material a presiones de 70 kp/cm2, obteniéndose una compacidad con una relación agua/cemento de 0,25. El curado de los tubos terminados se realiza inicialmente

...