[ ] 20 de junio de 2011

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE

DIVISION DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA

INSTALACIONES MECANICAS

ING. ALEXANDER POCOM

INSTALACION, SELECCIÓN, TAMAÑO Y DRENAJES EN TUBERIAS

KENNY STEVE MARTINEZ PEREZ

200731508

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20-06-11

INTRODUCCION

Una de las actividades más laboriosas y quizá una de las más importantes para un ingeniero mecánico es el diseño de sistemas de tuberías de conducción de fluidos, en general. Es digno resaltar que aunque existan un sinfín de fluidos que se pueden transportar por tuberías, en el campo laboral del ramo ingenieril mecánico los fluidos a transportar más comunes son: el vapor y el aire.

La actividad de diseño considera muchos aspectos en este momento solo veremos 4, que son:

- Selección de tuberías - Tamaño de tuberías- Drenajes y eliminación de gases incondensables- Instalación de tuberías

Estos aspectos tienen su propia amplitud también, por esa razón es necesario adentrarse en ellos para poder comprenderlos y poder entender su forma de aplicación y especificación práctica. La mejor forma de entender estos aspectos es verificando los distintos subtemas que ellos conllevan para su conformación, por ende en este trabajo se desboza cada uno de los procesos mencionados anteriormente para que el lector pueda obtener un mayor conocimiento de la temática o por lo menos si lo último dicho no ocurre poder ampliar su panorama y criterio como ingeniero mecánico.

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OBJETIVOS

GENERALES

- Conocer y comprender la consistencia de 4 de los procesos que conlleva un diseño de conducción de fluidos en tuberías.

- Ampliar el panorama y criterio de cualquier ingeniero mecanico.

ESPECIFICOS

- Profundizar en los temas de instalación, selección, tamaño y drenajes en tuberías.

- Conocer las normas que regulan la conducción de fluidos en tuberías.- Aprender el proceso de dimensionamiento de una tubería.- Comprender el papel que juega una trampa de vapor en un sistema de tuberías

de conducción de agua en estado gaseoso.

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1) INSTALACION DE TUBERÍAS

1.1) PROCEDIMIENTO:

Comprobar que la tubería no está rota, doblada, aplastada o de cualquier manera dañada.

Instalar las tuberías de forma ordenada, utilizando, siempre que sea posible, tres ejes perpendiculares entre sí y paralelos a los elementos estructurales del edificio, salvo las pendientes que deban darse a las tuberías. Además las tuberías se deben instalar lo más próximo posible a los paramentos, dejando únicamente el espacio suficiente para manipular el aislamiento térmico, válvulas, dilatadores, etc.

1.2) RECOMENDACIÓNES: Las tuberias que transporten cualquier tipo de fluido siempre deben instalarse por

debajo de las canalizaciones eléctricas debido a que si por alguna fuga la tubería gotea, el líquido caerá sobre los cables conductores de electricidad y esto ocasionará algún problema.

Las tuberías deben instalarse con el menor número posible de uniones; no se permite el aprovechamiento de recortes de tuberías en tramos rectos.

Las caídas de presión sugeridas a emplear en el diseño de Sistemas de alta presión varían desde 0.25 a 0.50 lbs./pulg2 por cada 100 pies de longitud equivalente del sistema usándose valores bajos cuando más longitud equivalente tenga el sistema ya que perdidas de presión totales muy grandes del orden de 2.0 lbs./pulg2 hacen menos efectivo el sistema.

1.3) DESCRIPCION:La instalación de la tubería se hace en obra, es decir que las secciones se cortan a la medida y se van empalmando en el lugar de la instalación, esto debido a que los fabricantes de tubería han estandarizado su longitud en 19.68 pies (6 metros). La tubería se une mediante bridas, la brida soldada es muy utilizada debido a que permite efectuar labores de mantenimiento y ampliaciones con facilidad. La fabricación de estos elementos esta normada y es obligación del fabricante estampar la presión máxima de utilización.

1.4) SOPORTES, TIPOS Y ESPACIAMIENTOS

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Las tuberías tienen que ser sostenidas entre los puntos que conectan, para evitar que la deflexión en ellas sea de un tamaño tal que pueda afectar la estructura. Cuando no hay problema de dilatación en montajes sencillo se emplean soportes de abrazaderas, varilla y un tensor de ajuste como se representa en la figura. El tensor se puede colocar en cualquier punto de la tubería.

En el caso de las juntas de dilatación, debido a su eficacia, se exige el anclaje de las tuberías en ciertos puntos. Una solución es colocar un soporte formado de perfiles de acero y pernos en forma de U los cuales fijan la tubería sobre el soporte.

Cuando la tubería es soportada por debajo, para no dificultar la dilatación los soportes están provistos de rodillos.

Figura (soporte de abrazadera, varilla y un tensor)

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Espaciamiento entre soportesPara el espaciamiento entre soportes se considera el tubo como una viga simplemente apoyada con carga uniformemente distribuida la cual estará formada del peso propio del tubo y su contenido que en el caso de tuberías de vapor se consideran llenas de agua.

Calculo del espaciamiento:

Primero se calcula la longitud de tubería con la siguiente formula:

L=3√ 0.0213EIW (15)

Donde:

W= WTUBO + WH2O

WH2O= πd2/4 X 64.4 en sistema ingles.

WH2O= πd2/4 X 1000 en sistema métrico.

Después se calcula el numero de soportes en base a lo siguiente:

No. de soportes = longitud de tubería/ espaciamiento entre soporte

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Si existiesen soportes tipo tirante se debe calcular su sección

d=√ 4wlcπ f s(16)

Donde:

d = diámetro de soporte (plg)w = peso del tubol = distancia entre soporte (plg)fs = esfuerzo de trabajo del acero (psi)c = factor para sobrecarga (3.0)

1.5) DILATACION, TIPOS DE JUNTAS Y RANGOS

DILATACIONEste fenómeno no debe de olvidarse en la instalación de tuberías de distribución de

vapor. Las tuberías que conducen vapor saturado y recalentado requieren que la instalación sea flexible. La mejor solución es dejar que la tubería que esta suspendida por soportes tipo tirante se acomode, aunque a veces este acomodamiento debe de ser confinado por condiciones particulares de la construcción para la cual se ancla la tubería en ciertos puntos con lo cual la diferencia de dilatación se controla.

En los casos donde no hay espacio para que el tubo se acomode se intercalan juntas de dilatación las que se solucionan en función de presión, temperatura de trabajo, el espaciamiento con que se cuenta para su instalación y la dilatación.

RANGONo es más que la diferencia entre la longitud final del tubo dilatado y la longitud inicial

cuando el tubo esta a la temperatura ambiente, la dilatación en las tuberías se puede establecer a partir de las ecuaciones de Halborn y Day.

lf=l0 (1.0+a Δt+b Δ t2 )(17)

Donde:

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Lf = longitud final a temperatura de trabajoL0 = longitud inicial a temperatura del ambienteΔt = diferencia entre temperaturas de trabajo y ambientea y b = coeficiente cuyo valor es de acuerdo al material del tubo (adimensional)Lf - L0 = rango o capacidad de dilatación de la junta a usar

Coeficiente para la ecuación Halborn y Day

Material de tubo Coeficiente a Coeficiente bHierro fundido 9.8 *10-7 6 *10-9

Acero 1.12 *10-7 5 *10-9

Hierro forjado 1.17 *10-7 5 *10-9

Cobre 1.67 *10-7 4 *10-9

TIPOS DE JUNTA DE DILATACIÓN

Al seleccionar las juntas de dilatación debe tenerse presente la presion y la temperatura de funcionamiento. Para tuberías de alta presión es conveniente intercalar curvas de dilatación que se fabrican con el espesor de pared y flexibilidad en consonancia con la presión de trabajo a que se someterá. En el caso de secciones largas de tubería de baja presión se usan las juntas de dilatación deslizantes de prensa estopa.

Juntas de dilatación deslizante

Para tuberías de vapor a presiones bajas o intermedias (de 15 a 60 psi) son satisfactorias las juntas de dilatación del tipo fuelle, siempre y cuando el rango no sea grande, es decir que se usa en tramos cortos de tubería y que el régimen de uso no fatigue ciertos puntos susceptibles a fallar.

Tanto la tubería de vapor como de condensado debe revestirse con un material aislante mínimo 1” de espesor para tuberías de vapor y ¾ “ de espesor para tuberías de condensado.

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2) SELECCIÓN DE TUBERÍAS

2.1) MATERIALES

Los fabricantes de tuberías para usos industriales emplean comúnmente los siguientes materiales: acero, hierro vaciado, cobre, latón, aluminio y plásticos.

Clases de tuberías: Tubería de acero y hierro dulce: Se utiliza para altas presiones y temperaturas,

generalmente transporta agua, vapor, aceites y gases. Esta tubería se especifican por el diámetro nominal, el cual es siempre menor que el diámetro interior (DI) real de la tubería. De manera general tiene tres clases: “estándar” (Schedule 40), extrafuerte (Schedule 80) y doble extrafuerte.

Tuberías de hierro fundido: Este tipo de tuberías se instala frecuentemente bajo tierra para transportar agua, gas y aguas negras (drenaje); aunque también se utiliza para conexiones de vapor a baja presión. Los acoplamientos de tuberías de hierro fundido generalmente son del tipo de bridas o del tipo campana y espigo. (paginas 566 Jensen figura 25.3)

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Tuberías sin costura de latón y cobre: Estas se usan extensamente en instalaciones sanitarias debido a sus propiedades anticorrosivas. Tienen el mismo diámetro nominal de las tuberías de acero y hierro, pero el espesor de sus paredes es menor.

Tuberías de cobre: Se usan en instalaciones sanitarias y de calefacción en donde hay que tener en cuenta la vibración y el desalineamiento como factores de diseño, por ejemplo en diseño automotriz, hidráulico y neumático.

Tuberías plásticas: Estas tuberías se usan extensamente en industria química debido a su resistencia a la corrosión y a la acción de sustancias químicas. Son flexibles y se instalan muy fácilmente pero no son recomendables para instalaciones en donde haya calor o alta presión.

Materiales empleados con más frecuencia en instalaciónes de vapor

Tubos de acero al carbono: son los más frecuentemente empleados. Se fabrican de acuerdo con las especificaciones ASTM, A106 y A53 donde los materiales son los mismos para todos los ensayos pero para el a106 son más rigurosos. Las presiones de trabajo permisible para A53 son 42kg/cm2 (270psi) y para A106 son 176kg/cm2 (1130psi). Se fabrican en grados A y B; el grado B tiene resistencia mecánica más alta pero es menos dúctil y por ello se admite el grado A para doblarlo en frio. Tubos de acero al carbono-molibdeno: Disponibles en los tipos ASTM A204 (por soldadura eléctrica por fusión), el A353 (sin soldadura o costura) o A369 (forjado, torneado y taladrado). Esta tubería surgió debió a que las temperaturas del vapor de agua se aproximaba a los 540°C donde los tubos de acero al carbono resulta antieconómico. Para temperaturas mayores de 470°C esta tubería tiende a formar grafito.

Tubos de acero al cromo-molibdeno: Se emplean para altas temperaturas del orden de 590°C. Para diámetros pequeños los tubos son fabricados sin soldadura y para diámetros grandes por forja, torno y taladro. Las especificaciones ASTM, estos tubos, se refiere a las proporciones de cromo y molibdeno y la temperatura de trabajo que varía de 510 a 590°C.

2.2) NORMAS

La normalización en la industria de fabricación de tuberías es función de muchos grupos entre los que destacan:

ASTM (American Society of testing Materials)

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Analiza materiales, normaliza la especificación y procedimientos de ensayo de los materiales entregados por los fabricantes.

ASA (American Standard Association): Trata lo relacionado con sistemas generales, normaliza dimensiones, establece esfuerzos permisibles y en función de temperatura de funcionamiento, establece formulas de trabajo para determinar el espesor de paredes, especifica el carácter de la construcción de los accesorios, confecciona un código o reglamento de condiciones mínimas de seguridad y garantía de un sistema. La obra realizada por esta organización en cuanto a tuberías se compendia en las publicaciones “Code for pressure piping” y “Gas trasmition and distribution piping sistems”.

AWWA (American Water Works Asociation): Fue uno de los grupos pioneros en establecer normas de los tubos y accesorios de fundición que fueron publicados por primera vez 1908, las que han sido sustituidas por publicaciones de él asa, en todos los aspectos exceptuando lo referente a accesorios de fundición de diámetros mayores de 12”.

PFI (Pipe Fabricación institute): Ha mostrado gran actividad en cuanto a normas para trabajos de taller e instalación.

API (American Petroleum Institute):

Ha normalizado la instalación de tubería para la industria del petróleo exclusivamente.

ASME (American Society Mechanical Engineers)

DIN (Deutche Industria Norma)

2.3) TUBERIAS DE ACERO

Según la norma norteamericana los tubos se agrupan en:

- corrientes: Empleados en la conducción de fluidos.

- especiales: Son utilizados en intercambiadores de calor, calderas, maquinaria industrial y aviación.

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Los tubos de acero que se encuentran en el comercio se fabrican por las siguientes técnicas:

TUBOS FABRICADOS POR FUSION ELECTRICA: La lámina plana de las medidas apropiada para lograr los diámetros (internos, externos) deseados se introduce en un horno eléctrico y cuando se llega a la temperatura apropiada se estira atreves de una matriz de tal manera que se obliga a los bordes a juntarse para unirlos por fusión. Finalmente se le dan las dimensiones a través de un estiramiento por rodillos.

TUBOS FABRICADOS POR SOLDADURA POR RESISTENCIA ELECTRICA: Con una banda metálica se alimentan una serie de rodillos laminadores dispuestos de tal manera que conforman el tubo, que luego pasa por electrodos de soldar que hacen contacto con los lados de la forma tubular; pasando corriente eléctrica que eleva la temperatura hasta el punto de fusión por lo cual se forma el tubo. La rebaba exterior se elimina con una maquina cortadora. La interior con martillo neumático o pasando por un mandril cuando el tubo se halla enfriado.

TUBOS FABRICADOS POR SOLDADURA ELECTRICA POR ARCO SUMERGIDO: procedimiento empleado para la fabricación de tubos de grandes diámetros, mayores de 12”. Las planchas se forman en frio colocándose el cilindro en una soldadora automática, la cual, mediante una varilla de soldar que se funde deposita material en la ranura de unión. Esta fusión se efectúa por un arco voltaico sumergido en un material fundente que evita la oxidación violenta.

TUBOS FABRICADOS POR LAMINACIÓN Y EXTRUSIÓN: el metal calentado se pasa por rodillos cónicos que lo empujan sobre un mandril lo que da como resultado una pieza hueca de paredes gruesas que luego pasa por laminador que la estira hasta que tenga los diámetros deseado. Este método se limita a tuberías de diámetros pequeños. Otra forma de extrusión es pasar la pieza hueca de metal caliente por matrices por acción de prensas hidráulicas, que luego se estira en bancos especiales hasta lograr los diámetros deseados.

TUBOS FABRICADOS POR FORJA Y TALADRO: el metal caliente se forja en una prensa apropiada hasta obtener un cilindro con el diámetro exterior aproximado al deseado el cual se torne para obtener el diámetro exterior adecuado luego se taladra hasta que tenga el grueso de pared deseado.

2.4) UNIONES

La instalación de tuberías se hace en obra, es decir que las secciones se cortan a la medida y se van empalmando en el lugar de la instalación. Por ello para juntar dichas secciones se usan uniones. Las uniones son de los siguientes tipos.

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Uniones roscadas

Usuales en tuberías de diámetro pequeño, hasta diámetros nominales de 4” como máximo. Su rosca tiene cierta conicidad, lo que hace que al apretarlas queden juntas herméticas, sobre todo, cuando previamente se aplican sellantes (teflón, permatex, epoxicos). Cuando se unen tubos con estas uniones se debe eliminar toda la rebaba interior que usualmente se forma al momento de hacer las roscas por lo que se recomienda después de roscado aplicarle al tubo una pasa de rimer.

Uniones soldadas El perfeccionamiento de la técnica de soldadura ha dado lugar a la reducción de los costos de las uniones en la tubería de acero haciéndola soldadas, las cuales son aplicables con ventaja en cualquier tamaño de la tubería.

Dependiendo del espesor de las paredes del tubo, así se hará la soldadura:

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Cuando el espesor t es de 3/8 y menor se suelda a tope, y cuando es mayor se hace un bisel de más o menos 60°, a estos dos dejándoles un espacio de más o menos un octavo de separación y al de bisel una altura de más o menos un octavo.

Uniones o juntas por medio de bridas

En realidad es una variante tanto de junta roscadas como de soldadas ya que de ambas maneras se pueden fijar a las secciones del tubo aunque mucho menos en el caso de bridas roscadas a tubos, además que se limitan a diámetros pequeños. La brida soldada para la instalación de tubería en plantas industriales es cada vez más usada ya que permite efectuar labores de mantenimiento y ampliaciones con facilidad. La ASA ha establecido para los fabricantes de bridas y accesorios soldados normas en lo que respecta al acero usado e impone la obligación a los fabricantes a estampar la presión máxima de trabajo que soportan, además que las dimensiones también se han normalizado de tal manera que las tolerancias permisibles para bridas y accesorios para tuberías de hasta 10” de diámetro es del orden de 0.5mm y para diámetros mayores de 1mm.

De igual forma para permitir el intercambio de bridas de diferentes fabricantes el número de barreros de las bridas son siempre múltiplos de cuatro.Dependiendo de la presión y la temperatura del fluido que se conduce así será el tipo de brida a colocar. De una forma muy general se puede decir que dos tipos de bridas son las que se seleccionan de acuerdo a la unión de las mismas sobre la tubería que son las deslizantes y la de unión a tope.

Bridas Deslizantes

Son llamadas así debido a que el diámetro interior de las mismas coincide con el diámetro exterior de la tubería con cierta holgura lo que les permite deslizarse sobre la superficie exterior del tubo, se usa para presiones hasta de 250 psi. Utiliza dos soldaduras

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V en la parte inferior de la brida, dichas soldaduras deben tener un espesor de 1/16 “ alrededor del tubo, la brida va salida del tubo con un espesor, no menor de ¼”.

Unión a tope

Como su nombre lo indica se unen a la tubería a tope y su uso es para instalaciones donde el fluido tiene presiones mayores a 250 psi, en esta se hace un bisel de 60°, con una separación de 1/8” y el bisel no es completo si no tiene un tope de altura de 1/8”.

2.5) ACCESORIOS

En todo sistema de tuberías se hacen presente los siguientes elementos:

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1) Tubos: Existen tubos con costura y sin costura, la diferencia entre ellos radica en el modo de fabricación. Los primeros basan su manufactura en la soldadura, mientras los segundos no.

2) Codos de 90º (radio corta o radio largo)3) Codos de 45º (radio corto o radio largo)4) Tee rectas o reductoras5) “Y” laterales6) Bridas: Son accesorios para conectar tuberías con equipos (Bombas,

intercambiadores de calor, calderas, tanques, etc.) o accesorios (codos, válvulas, etc.). La unión se hace por medio de dos bridas, en la cual una de ellas pertenece a la tubería y la otra al equipo o accesorio a ser conectado.

7) Empaques8) Pernos9) Válvulas de todos los tipos.10) Trampas de vapor (solo en el caso de tuberías que transporten vapor)11) Adaptadores: Elementos de unión que admiten el enlace de tuberías con distintas

roscas.12) Reducciones: Elementos que acoplan conducciones de diferentes diámetros, estos

sirven para aumentar o disminuir el diámetro según sea la dirección del flujo.13) Cruces: Son elementos de conexión, los cuales sirven para acoplar cuatro tuberías

en un mismo plano. Son utilizadas para hacer derivaciones de una línea. Las cruces pueden ser de cruz igual si poseen una misma dimensión en sus extremos o cruz desigual, si hay variación en uno o dos de sus extremos.

14) Tapones: Son elementos roscados que impiden el paso del fluido hacia una dirección no deseada. Se le llama tapones para tubos cuando poseen rosca hembra y, simplemente tapas cuando están provistos de rosca macho.

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2.6) MODO DE ESPECIFICACIÓN DE TUBERIA:

Diámetro: Diámetro nominal de la tubería en pulgadas. Costura: SMLS (Tubería sin costura), Welded (Tubería con costura) Sch: Schedule o cedula de la tubería. Material: Material de la tubería. Longitud: Longitud por pieza. Tolerancia: Tolerancia de longitud de la tubería.

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3) TAMAÑO DE TUBERÍAS

El problema básico consiste en determinar un diámetro adecuado de tubería para manejar un cierto flujo de vapor a una velocidad razonable con perdidas de presión por friccion aceptables.

Para lograr determinar dicho diámetro existe un procedimiento que consta de los siguientes pasos:

1) Definir las condiciones del vapor: presión inicial (P1), presión terminal (P2), el flujo de vapor con la ecuación de Babcock, grado de sobrecalentamiento del vapor.

W=87√ P D5d

(1+3.6D )L(ecuación de babcock)

Donde:

W = lb de vapor por minuto

P = perdida de presión psi

d = peso de pie3 de vapor (masa especifica)

D = diámetro nominal del tubo (pulgadas)

L = longitud equivalente del tubo (pies)

Debido a la complejidad de la ecuación de BABCOCK preparo una tabla para simplificar su uso. Esta tabla no considera la conducción del agua en el vapor, condensación en la tubería y la rugosidad como en la práctica se encuentran.

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2) Obtener la longitud equivalente de todos los tramos sumando la longitud de válvulas y conexiones.

3) Utilizando la grafica A1 obtener un par de diámetros tentativos basándose en una velocidad de flujo razonable.

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4) Usando la grafica A2 determinar la perdida de presión por cada 100 mts.

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5) Obtener la perdida de presión total multiplicándo la perdida de presión a cada 100mts por la longitud total hallada en 2).

6) Seleccionar el diámetro que cumpla mejor con todos lo requerimientos técnicos y económicos y que este dentro de las velocidades permisibles de flujo.

7) Verificar con el uso de las siguientes formulas la caída de presión y la velocidad de flujo.

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Cualquier fluido (agua aire o vapor) que pasa por las tuberías es retrasado por: fricción con la superficie del tubo en los tramos rectos y por turbulencias envueltas y por pasos restringidos (válvulas y accesorios).

Un buen diseño del sistema de tuberías de distribución de vapor

Suministra uniformemente vapor en las diferentes salidas con un mínimo de ruido

Eliminar por dispositivos apropiados los gases incondensables y el condensado sin provocar pérdidas de presión.

En el sistema de tuberías de distribución de vapor debe balancearse el suministro del mismo de tal manera que todas las demandas para los aparatos reciba la cantidad debida tanto los adyacentes a la fuente como los más alejados ajustando las extracciones con placas con orificio para controlar el flujo de vapor.

El sistema y sus extracciones deben de trabajar satisfactoriamente tanto para condiciones de carga máxima como de carga parcial. Para el caso de carga máxima por periodos largos de tiempo tienen que ser capaz de suministrar el exceso de vapor así como de retornar el condensado equivalente.

El sistema debe de ser flexible ya que las presiones que cargan el flujo son diferentes para las condiciones de carga máxima, carga normal como parcial.

Las leyes que gobiernan el flujo de vapor seco o sobrecalentado son similares a las que se aplica para el flujo de gases pero con algunas diferencias como que el vapor no es 100% seco y la humedad que tenga se mueve con el vapor como también puede suceder que el vapor circule en una dirección mientras que el condensado fluye en dirección contraria situación que hace necesario tubo de mayor de diámetro para asegurar el flujo satisfactorio y reducir las pérdidas por impacto que produce el golpe de ariete acompañado de ruido.

Debido a la complejidad del problema en cuanto a la perdida de presión que se basa en consideraciones teóricas y analíticas, se ha adoptado el uso de formulas empíricas y datos experimentales para ejecutar los diseños.

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4) DRENAJES Y ELIMINACION DE GASES INCONDENSABLES

En líneas de vapor saturado deberán colocarse drenajes a intervalos regulares. Las distancias entre estos drenajes dependerán del tamaño de la línea de vapor, localización y frecuencia de arranques, intervalos de 100 a 150 pies serán suficientes.

Los drenajes son mas efectivos donde la tubería cambia de dirección.

En tuberías rectas deberá hacerse un depósito colector en el punto de drenaje como se muestra en la figura 7. Las líneas secundarias deberán tomarse en la parte de arriba de la tubería principal de manera que sea transferido el vapor lo más seco posible. Cuando esta línea secundaria se envía a un nivel más bajo, deberá instalarse un drenaje con su respectiva trampa de vapor antes de utilizar este vapor en el equipo respectivo.

Figura 7. Depósito colector de condensado

4.1) PENDIENTE MINIMA

Las líneas de vapor deberán ser colocadas con descenso en dirección del flujo. Un descenso de 1 ½ pulgada por cada 33 pies de longitud de tubería será suficiente,

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permitiendo esta inclinación que el condensado sea transportado fácilmente por el flujo de vapor hacia el punto de drenaje.

4.2) TRAMPAS DE VAPOR

Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua, prácticamente a la misma temperatura.La combinación de agua y vapor hace que el flujo de calor sea menor ya que el coeficiente de transferencia de calor del agua es menor que el del vapor. De acá nos podemos dar cuenta de la importancia de las trampas de vapor para una empresa que utiliza algún equipo calentado con vapor. Las ventajas de utilizar trampas son muchas, nombrando unas de las más comunes la de economizar grandes cantidades del combustible requerido para calentar las inmensas cantidades de agua lo que conlleva a un ahorro en los costos no despreciable. Teniendo en cuenta la energía que puede entregar al trabajar con vapor es que en el mercado existen varios tipos de trampas de vapor, las cuales se dividen por grupos, que veremos a continuación.

DEFINICION

Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor.

• Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y completamente a través de la trampa para vapor para obtener un mejor aprovechamiento de la energía térmica del vapor.

• Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases disminuyen elcoeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener presente que el O2 y el CO2causan corrosión.

• Prevención de pérdidas de vapor: No deben permitir el paso de vapor sino hasta que éste ceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases incondensables.

CLASIFICACION

Luego de tener clara la definición y función de trampa de vapor, analizaremos los diferentes grupos que existen en el mercado:

• GRUPO MECANICO: Las trampas de vapor del tipo mecánico trabajan con la diferencia de densidad entre el vapor y el condensado. Estas trampas trabajan mediante un flotador, el cual hace de válvula, en la que, cuando se acumula condensado ésta se abre

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descargándolo. Cuando está cerrada, comienza nuevamente el ciclo llenándose de vapor para luego comenzar nuevamente.

• GRUPO TERMODINAMICO: Este tipo de trampas de vapor opera con el principio de diferencia entre flujo de vapor sobre la superficie comparado con el flujo del condensado. Al entrar el vapor este viene con una velocidad mayor y el disco que usan como válvula se cierra, y éste disco se abre al presentarse la baja velocidad del condensado. Su funcionamiento es relativamente simple, ya que en su interior solo poseen una sola pieza en movimiento, un disco flotante.

• GRUPO TERMOSTATICO: Estas trampas operan mediante un sensor de temperatura, el que identifica la temperatura del vapor y del condensado. Como el vapor se condensa adquiere una temperatura menor a la del vapor, cuando ésta temperatura del condensado llega a un valor especifico, la trampa abrirá para drenar el condensado.

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ANALISISCuatro de los aspectos mas fundamentales del diseño de tuberías son la instalación de la tubería, la selección de la tubería, el dimensionamiento de la tubería y el sistema de drenajes y eliminación de gases incondensables, estos temas son bastante amplios pero a continuación se tratara de sintetizarlos de una forma tal que se puedan entender de forma más simple:

INSTALACION DE TUBERIAS:

¿COMO SE HACE?La instalación de la tubería se hace en obra, es decir que las secciones se cortan a la medida y se van empalmando o uniendo en el lugar de la instalación, esto debido a que los fabricantes de tubería han estandarizado su longitud máxima en 19.68 pies (6 metros). La tubería se une mediante bridas, la brida soldada es muy utilizada debido a que permite efectuar labores de mantenimiento y ampliaciones con facilidad.

Para el procedimiento de instalación existen algunos requerimientos fundamentales a cumplir que son:

Comprobar que la tubería no está rota, doblada, aplastada o de cualquier manera dañada.

Instalar las tuberías de forma ordenada a manera de omitir errores, que se deban a no seguir las condiciones que supone el plano o bosquejo de la instalación.

Las tuberías se deben instalar lo más próximo posible a los paramentos (caras de pared), dejando únicamente el espacio suficiente para manipular el aislamiento térmico, válvulas, dilatadores y todo el equipo extra que debe poseer una instalacion.

Las tuberias deben poseer un minimo de deflexión permisible a modo de que dicho fenómeno no altere de alguna manera las condiciones en que debe fluir el líquido o gas transportado. La manera de evitar las deflexiones consiste en colocar soportes en los distintos tramos de tuberias.

Las tuberias que transporten cualquier tipo de fluido siempre deben instalarse por debajo de las canalizaciones eléctricas debido a que si por alguna fuga la tubería gotea, el líquido caerá sobre los cables conductores de electricidad y esto ocasionará algún problema.

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Las tuberías deben instalarse con el menor número posible de uniones; no se permite el aprovechamiento de recortes de tuberías en tramos rectos.

Las caídas de presión sugeridas a emplear en el diseño de Sistemas de alta presión varían desde 0.25 a 0.50 lbs./pulg2 por cada 100 pies de longitud equivalente del sistema, usándose valores bajos cuanto más longitud equivalente tenga el sistema, ya que perdidas de presión totales muy grandes del orden de 2.0 lbs./pulg2 hacen menos efectivo el sistema.

SELECCION DE TUBERIAS:

Clases de tuberías y sus distintas aplicaciones:

Tubería de acero y hierro dulce: Se utiliza para altas presiones y temperaturas, generalmente transporta agua, vapor, aceites y gases. Esta tubería se especifican por el diámetro nominal, el cual es siempre menor que el diámetro interior (DI) real de la tubería. De manera general tiene tres clases: “estándar” (Schedule 40), extrafuerte (Schedule 80) y doble extrafuerte (Schedule 120).

Tuberías de hierro fundido: Este tipo de tuberías se instala frecuentemente bajo tierra para transportar agua, gas y aguas negras (drenaje); aunque también se utiliza para conexiones de vapor a baja presión. Los acoplamientos de tuberías de hierro fundido generalmente son del tipo de bridas o del tipo campana y espigo. (paginas 566 Jensen figura 25.3)

Tuberías sin costura de latón y cobre: Estas se usan extensamente en instalaciones sanitarias debido a sus propiedades anticorrosivas. Tienen el mismo diámetro nominal de las tuberías de acero y hierro, pero el espesor de sus paredes es menor.

Tuberías de cobre: Se usan en instalaciones sanitarias y de calefacción en donde hay que tener en cuenta la vibración y el desalineamiento como factores de diseño, por ejemplo en diseño automotriz, hidráulico y neumático.

Tuberías plásticas: Estas tuberías se usan extensamente en industria química debido a su resistencia a la corrosión y a la inacción de sustancias químicas en ellas. Son flexibles y se instalan muy fácilmente pero no son recomendables para instalaciones en donde haya calor o alta presión.

NORMAS EN EL DISEÑO DE TUBERIAS

[ ] 20 de junio de 2011

Las normas que se usan para regular el diseño de tuberías son las que se presentan a continuación, todas ellas inciden en el proceso de selección ya que las tuberías deben de cumplir los reglamentos que se imponen según cada norma especificada.ASTM (American Society of testing Materials), ASA (American Standard Association),AWWA (American Water Works Asociation), PFI (Pipe Fabricación institute), API (American Petroleum Institute), ASME (American Society Mechanical Engineers), DIN (Deutche Industria Norma)

ACCESORIOSEl proceso de selección también toma en cuenta los accesorios necesarios a poseer en cualquier sistema de tuberias y estos son los siguientes:

1) Tubos 2) Codos de 90º (radio corta o radio largo)3) Codos de 45º (radio corto o radio largo)4) Tee rectas o reductoras5) “Y” laterales6) Bridas7) Empaques8) Pernos9) Válvulas de todos los tipos.10) Trampas de vapor (solo en el caso de tuberías que transporten vapor)11) Adaptadores12) Reducciones13) Cruces14) Tapones

TAMAÑO DE TUBERIAS:

El problema fundamental del tamaño consiste en determinar un diámetro de tubería que pueda manejar un cierto flujo de vapor a una velocidad razonable con perdidas de presión por friccion aceptables. Para ello se utilizan la ecuación de babcock y otras ecuaciones. Todas estas ecuaciones deben de apoyarse de ciertas graficas para su solución inicial.

DRENAJES Y ELIMINACION DE GASES INCONDENSABLES:

¿COMO SE HACE?

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En líneas de vapor saturado deberán colocarse drenajes a intervalos regulares. Las distancias entre estos drenajes dependerán del tamaño de la línea de vapor, localización y frecuencia de arranques, intervalos de 100 a 150 pies serán suficientes en casi todos los casos. Los drenajes son más efectivos donde la tubería cambia de dirección.

En tuberías rectas deberá hacerse un depósito colector en el punto de drenaje como se muestra en la figura.

¿QUE ES UNA TRAMPA DE VAPOR?

Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua, lo cual se conoce como condensado.Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor.

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CONCLUSIONES

La instalación de la tubería se hace en obra, es decir que las secciones se cortan a la medida y se van empalmando o uniendo en el lugar de la instalación deseado, dicha unión se hace atraves de bridas ya que son el medio más efectivo.

La selección de tuberias conlleva, el cumplir con las normativas de calidad establecidas, el usar un material adecuado y el obtener los accesorios que hacen posible el funcionamiento de un sistema de tuberias.

El diámetro es el factor de diseño con el que se puede jugar para poder seleccionar un tamaño de tubería tal que cumpla con los requisitos de perdida de carga minimo y velocidad de flujo razonable.

Los drenajes son parte fundamental de un sistema de tuberias, ya que atraves de ellos se realiza la eliminación del condensado, el cual es perjudicial para cualquier sistema de conducción de vapor.

El elemento que sirve para drenar el condensado se conoce como trampa de vapor, dicho dispositivo no solo realiza esta función, además de ello también drena o elimina los gases que no podrán ser condensados en el sistema.

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RECOMENDACIONES

Las tuberías se deben instalar lo más próximo posible a los paramentos (caras de pared), dejando únicamente el espacio suficiente para manipular el aislamiento térmico, válvulas, dilatadores y todo el equipo extra que debe poseer una instalacion.

Las tuberias deben poseer un minimo de deflexión permisible a modo de que dicho fenómeno no altere de alguna manera las condiciones en que debe fluir el liquido o gas transportado. La manera de evitar las deflexiones consiste en colocar soportes en los distintos tramos de tuberias.

Las tuberias que transporten cualquier tipo de fluido siempre deben instalarse por debajo de las canalizaciones eléctricas debido a que si por alguna fuga la tubería gotea, el líquido caerá sobre los cables conductores de electricidad y esto ocasionará algún problema.

Las tuberías deben instalarse con el menor número posible de uniones. Las caídas de presión sugeridas a emplear en el diseño de Sistemas de alta presión

varían desde 0.25 a 0.50 lbs./pulg2 por cada 100 pies de longitud equivalente del sistema.

Las líneas de vapor deberán ser colocadas con descenso en dirección del flujo. Un descenso de 1 ½ pulgada por cada 33 pies de longitud de tubería será suficiente,

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permitiendo esta inclinación que el condensado sea transportado fácilmente por el flujo de vapor hacia el punto de drenaje.

BIBLIOGRAFIA

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http://www.revinca.com/instalacion.pdf

http://html.rincondelvago.com/tuberias.html

http://www.monografias.com/trabajos25/disenio-tuberias/disenio-tuberias.shtml#dise%C3%B1o

http://www.industrialtijuana.com/pdf/C-4.pdf

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http://tools.professional.electrolux.com/Mirror/Doc/MAD/ELECTROLUX/English/DDG020.pdf

http://www.fisicarecreativa.com/papers_sg/papers_sgil/Docencia/elasticidad1.pdf