Col-legi de Delineants Projectistes i Tcnics Superiors en desenvolupament de proyectes de Tarragona TUBERAS INDUSTRIALES (PIPING) TEMA 1 Materiales y accesorios Definiciones Materiales Mtodos De Fabricacin Tuberas y Tubos Medios De Unin Otros Medios De Unin Temperatura y Presin TEMA 2 Especificaciones y Planos Especificaciones de Tubo Diseo de Planos de Tuberas Importancia del conocimiento del proceso Planos de Tuberas TEMA 3 Soportes de Tuberas Soportes de Tuberas Juntas de expansin Apendice A Roscas Par de apriete Unidades de rugosidad Termoelementos Prueba de impacto: Ensayo Charpy Ensayo de resilencia Simbolos de soldadura Procedimientos de soldadura

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TEMA 1 (Materiales y accesorios) CONTENIDO

Definiciones ____________________________________________________________________________ Materiales_______________________________________________________________________________ Mtodos De Fabricacin __________________________________________________________________ Fundicin______________________________________________________________________________ Forja__________________________________________________________________________________ Extrusin ______________________________________________________________________________ Laminacin ____________________________________________________________________________ Tubos con Costura ______________________________________________________________________ Tuberas y Tubos __________________________________________________________________________ Aceros al Carbono ______________________________________________________________________ Tipos de aceros al Carbono con o sin costura para conduccin. _________________________________ Tubos de aceros aleados e inoxidables. _____________________________________________________ Medios De Unin _______________________________________________________________________ Uniones Roscadas ______________________________________________________________________ Uniones Soldadas ______________________________________________________________________ Soldadura a Tope ______________________________________________________________________ Soldadura de Enchufe (socket weld) _______________________________________________________ Soldadura Solapada ____________________________________________________________________ Bridas (Flanges) _______________________________________________________________________ Otros Medios De Unin __________________________________________________________________ De Compresin ________________________________________________________________________ Uniones Patentadas (Juntas Dresser, Victaulic, etc) __________________________________________ Derivaciones especiales__________________________________________________________________ Temperatura y Presin __________________________________________________________________ Definiciones Llmese tubera a un conjunto de tubos, conductos cerrados destinados al transporte de fluidos, y sus accesorios. La gran mayora de las Tuberas acta como conductos a presin es decir, sin superficie libre, Con el fluido mojando toda su rea transversal, a excepcin de los desages o alcantarillado donde el Fluido trabaja con superficie libre, como canales. La necesidad del uso de Tuberas surge del hecho de que el punto de almacenamiento o Generacin de los fluidos se encuentra generalmente distante de los puntos de utilizacin. Se usan para el transporte de todos los fluidos conocidos lquidos o gaseosos, para materiales pastosos o pulpa y para los fluidos en suspensin, en toda la gama de presiones que se usan en la Industria, desde el vaco absoluto hasta presiones de hasta 4000 kg/cm2 (400MPa) y desde cero Absoluto hasta las temperaturas de fusin de los metales. Su empleo se remonta a la antigedad, pero su aplicacin industrial y fabricacin comercial recin se desarrolla a fines del siglo XIX por la necesidad de que los materiales resistieran las crecientes presiones motivadas por la utilizacin del vapor. La importancia de las Tuberas es muy grande y son, de los equipos industriales, los ms usados. El costo puede llegar al 50% o 70% de los equipos de una planta de proceso y el 15% a 20% del total de la instalacin. En complejos mineros estas cifras se reducen por la incidencia de costo de las instalaciones del tratamiento del mineral, pero representa un 6% a 8% de las HH de ingeniera y del 10% al 12% del costo total. Estas son obviamente dependientes de la naturaleza de la instalacin industrial, ya que en caso de una Refinera electroltica de cobre, stas cifras son superadas ampliamente.

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Materiales Se emplean en la actualidad gran variedad de materiales para la fabricacin de Tuberas. Las Normas ASTM (American Society for Testing and Materials), por ejemplo, especfica ms de 150 diferentes tipos. Podemos resumirlos en el siguiente cuadro: Ferrosos Acero al Carbono (Carbn Steel) Acero de baja aleacin (Low alloy steel) Acero inoxidable (Stainless steel) Hierro fundido (Cast Steel) Hierro forjado (Wrough Iron) No Ferrosos Cobre Latn (Brass) Bronce Monel (aleacin Niquel-Cobre) Niquel Plomo Aluminio Titanio, Zirconio etc.

Materiales Plsticos Cloruro de Polivinilo PVC Politetrafluoroetileno (Teflon) Poliestireno, Polietileno Epoxi, Poliester etc Tuberas No Metlicas Vidrio Cermica Barro vidriado Porcelana Hormign armado Caucho Cemento - amianto etc. Plomo, estao Tuberas Metlicas con Revestimiento Anticorrosivo Tubos de acero o hierro con revestimiento de: Materiales Plsticos Caucho Vidrio Porcelana Cemento, etc.

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La eleccin del material adecuado para una determinada aplicacin es siempre un problema complejo, cuya solucin depende principalmente de la presin y temperatura de trabajo, del fluido conducido (aspectos de corrosin y contaminacin), el costo, grado de seguridad requerida, sobrecargas externas, y en algunos casos, la resistencia al escurrimiento o prdida de carga. Mtodos De Fabricacin Procesos de fabricacin de Tubos. Tubos sin costura (seamless pipe) Fundicin (casting) Forja (forging) Extrusin (extrusion) Laminacin (rolling) Los procesos de laminacin y de fabricacin por soldadura son los ms importantes y constituyen los 2/3 de todos los Tubos utilizados por la industria. Fundicin En este proceso, el material en estado lquido se moldea tomando su forma final. Se fabrican mediante este proceso los Tubos de hierro fundido, algunos aceros especiales no forjables y la mayora de los no metlicos como vidrio, porcelana, barro vidriado, hormign, cemento - amianto, cauchos, etc. Para Tubos de hierro fundido y de hormign de buena calidad se usa el procedimiento de centrifugado en el que el material lquido es colado en un molde rotativo que da como resultado una composicin ms homognea de las paredes. Para Tubos de hormign se procede a controlar estrictamente la granulometra de los cidos y la relacin agua - cemento procediendo a vibrar los moldes en el hormigonado y desmoldando de inmediato. Forja Es el menos usado. Slo se utiliza para Tubos de paredes gruesas, para muy altas presiones. El lingote de acero es previamente perforado en el centro con una broca, en fro. Luego la pieza es calentada en un horno y las paredes son forjadas con un martinete contra un mandril central. El lingote sufre durante la forja un notable aumento de longitud. Extrusin En la fabricacin por extrusin, una pieza cilndrica de acero en estado pastoso es colocado en un recipiente de acero debajo de una poderosa prensa. En una nica operacin, que dura pocos segundos se produce : 1) El mbolo de la prensa, cuyo dimetro es el mismo que el de la pieza, se apoya sobre la misma. 2) El mandril accionado por la prensa agujerea completamente el centro de la pieza. 3) De inmediato, el mbolo de la prensa empuja la pieza obligando al material a pasar por una matriz calibrada con el dimetro exterior de Tubo. Para Tubos de acero, la temperatura de calentamiento de la pieza es de 1200 grados C.

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Las prensas son verticales y pueden alcanzar un esfuerzo de 1500t. Los Tubos salen de la operacin con paredes gruesas. De all son llevados an calientes, a un laminador de cilindros o rolos para reducir su dimetro. Finalmente van a otros laminadores para lograr un dimetro final normalizado y reduccin mayor del espesor. Con este proceso se fabrican Tubos de dimetro nominal de hasta 3" en acero y tambin de aluminio, cobre, latn, bronce, plomo y materiales plsticos.

Laminacin Los procesos de laminacin son los ms importantes para la fabricacin de Tubos sin costura. Se emplean para Tubos de acero al carbono, de baja aleacin e inoxidables. Uno de los ms difundidos, el proceso "Mannesmann" es el siguiente : 1. Un lingote de acero con dimetro aproximado del Tubo que se quiere fabricar, se calienta a una temperatura de aproximadamente 1200 grados C y llevado al denominado " laminador oblicuo". 2. El laminador oblicuo est formado por rolos de doble cono, con ngulos muy pequeos. El lingote es colocado entre dos rolos que giran, lo prensan y a la vez le imprimen un movimiento de rotacin y otro de traslacin. 3. A consecuencia del movimiento de traslacin el lingote es presionado contra un mandril cnico que se encuentra entre los rolos. El mandril abre un agujero en el centro del lingote, transformndolo en un tubo y alisando continuamente la superficie interior del mismo. El mandril est fijo y su longitud es mayor que la del tubo a formar (FIG. 2) 4. El tubo formado en la primera operacin tiene an paredes muy gruesas. Es llevado entonces a un segundo laminador oblicuo, luego de haber sido retirado el mandril y estando an caliente, que adelgaza las paredes ajustando el dimetro externo y aumentando su longitud. 5. Al pasar por los laminadores oblicuos el tubo se curva. Se le hace pasar de inmediato por un tren enderezador consistente en rodillos con la curva del dimetro exterior del tubo, dispuestos para ejercer fuerzas laterales que finalmente dejan el tubo recto.

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6. Finalmente el tubo sufre una serie de calibraciones y alisado de las superficies interna y externa(FIG. 3). Este proceso se usa en tubos de 3" a 12" y en Estados Unidos hasta 24".

Tubos con Costura Todos los tubos con costura son fabricados a partir de flejes de acero laminado (bobinas). El tipo de unin es el de soldadura FWP (Furnace Welded Pipe) 1) Un fleje continuo es empujado por cilindros que giran, introducindolo en un horno que lo lleva a una temperatura de aproximadamente 1200 grados Celsius (en la salida del horno). 2) Un grupo de cilindros colocado a la salida del horno deforman el fleje hasta cerrar un cilindro presionando fuertemente los bordes que a esa temperatura se sueldan. 3) Luego el tubo es cortado por una sierra cada 6, 9 12m segn sea la longitud requerida. 4) Los tubos pasan por una calibradora y por un chorro continuo de agua que al mismo tiempo de enfriarlo le quita el laminillo o escamas que se forman en el proceso de enfriamiento. 5) Ms tarde se los transporta a travs de mesas de transferencia donde son sometidos a una lluvia continua de agua y una vez enfriado se los pasa por juegos de cilindros enderezadores. Finalmente se los frentea con tornos y cuando es requerido se procede a roscar los extremos. 6) Este proceso se usa para tubos de hasta 3" de dimetro nominal.

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ERW (Electric Resistance Welding) 1) En este caso la operacin de formacin del tubo se realiza en fro, haciendo pasar el fleje continuo por rodillos que gradualmente lo doblan hasta su forma cilndrica. 2) Luego de formado el tubo se cierra por soldadura continua ejecutada por mquina (arco sumergido en gas inerte). 3) El proceso se termina pasando el tubo por enderezadores y si as fuere requerido por un tratamiento trmico en horno, para alivio de tensiones producidas en el rea de la soldadura. Luego son frenteados y si es requerido, roscados. 4) En el caso antes descrito la soldadura es longitudinal y se utiliza para tubos de hasta 4" de dimetro nominal. Para dimetros mayores (hasta 24") es comn utilizar soldadura helicoidal con arco sumergido. Segn sea el espesor del material pueden ser requeridas dos o ms pasadas externas y una interna. Estos tubos son de mejor calidad que los de soldadura por presin (en caliente). La ventaja del tubo formado a partir del fleje es que su espesor es uniforme, ya que se logra a partir de un tren de laminacin, y el acomodamiento de la microestructura es conveniente desde el punto de vista tensional. En cambio, la soldadura deber ser inspeccionada Por rayos X u otros procedimientos para que el mismo no incida sobre el espesor calculado.

Formacin de Tubos en fro

El tubo sin costura no tiene este problema, pero la tolerancia de fabricacin es del 12,5%, valor que deber restarse del espesor nominal cuando se lo compara con el calculado. Tuberas y Tubos La denominacin de "Tubera" (pipe) identifica a estos materiales por dos caractersticas fundamentales: (VER TABLA)

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1) Sus dimetros nominales en pulgadas, que no coinciden con los exteriores hasta 12" inclusive. De 14" en adelante el dimetro nominal coincide con el dimetro exterior. 2) Sus espesores son clasificados en series (schedules) que se obtienen por una frmula de aproximacin emprica :

1000 P Sch. = ---------

S Donde: P = presin interna en psi S = tensin admisible del material en psi En cambio los "tubos" (tubes) se caracterizan por: 1) Sus dimetros nominales COINCIDEN con los dimetros exteriores. (VER TABLA) 2) Sus espesores se definen por un nmero de calibre o gage BWG (Birmingham Wire Gage). Para identificar una tubera, basta pedir, por ejemplo 2" Sch. 40 significa un tubo de 2,375" de dimetro exterior y 0,154" de espesor. Para identificar un tubo, basta pedir, por ejemplo 2" BWG 12 significa un tubo de 2" de dimetro exterior y 0,109" de espesor. Como se ve, son dos productos totalmente diferentes, aunque puedan ser usados para servicios idnticos. Aparte de las diferencias en denominacin, dimensiones y materiales, los tubos y tuberas se aplican para usos totalmente distintos. Cuando la conduccin constituye en si misma un elemento estructural se debern utilizar tuberas, por su resistencia como tal. Del mismo modo, los dimetros de fabricacin de las tuberas son mucho ms amplias que la de los tubos que rara vez pasan las 6", siendo su uso ms difundido hasta 2". Por otra parte, los requerimientos de fabricacin de los tubos son ms exigentes que los de las tuberas. As, rara vez se usan tuberas para un intercambiador de calor, donde el sellado se efecta por mandrilado. El calibrado de los tubos y un menor espesor uniforme garantiza un mejor intercambio trmico sin que aumente rpidamente el ensuciamiento del equipo. Aceros al Carbono Representan los 2/3 de todos los materiales usados en tuberas. Los lmites de temperatura son -30 C a +400 C por sobre la cual no se usa por la precipitacin de carburos en grafito que provoca una rpida disminucin de la resistencia mecnica. Algunos aceros al carbono se revisten con una capa de ZINC de 0,1 mm aproximadamente, por inmersin a una temperatura de 500 C, llamado galvanizado, que provee mayor resistencia a la corrosin. Tambin, por sobre los 450 C se producen en los aceros al carbono deformaciones lentas por fluencia (creep) que son ms acentuadas cuanto mayor es la temperatura y la variacin de signos de las tensiones a que est sometido. En general, cuanto mayor es el porcentaje de carbono, mayor es la dureza y mayores los lmites de fluencia y ruptura, pero menor ser su soldabilidad y menor su capacidad de doblarse.

MATERIAL TIPO GRUPOSA234WPB ACCESORIO 1SA234WPC ACCESORIO 1SA234WP11 ACCESORIO 4SA403WP304 ACCESORIO 8SA479Tp304 ACCESORIO 8SA234WP22 ACCESORIO 5ASA234WP91 ACCESORIO 5BS235JR CHAPA 1S275JR CHAPA 1SA516Gr60 CHAPA 1SA516Gr70 CHAPA 1CORTENA CHAPA 3CORTENB CHAPA 313CrMo44 CHAPA 4SA387Gr11 CHAPA 4SA387Gr12 CHAPA 4SA240Tp410 CHAPA 6SA240Tp409 CHAPA 7SA240Tp410S CHAPA 7SA240Tp304 CHAPA 8SA240Tp304H CHAPA 8SA240Tp309S CHAPA 8SA240Tp310S CHAPA 8SA240Tp316 CHAPA 8SA240S31803 CHAPA 10H10CrMo910 CHAPA 5ASA387Gr22 CHAPA 5ASA387Gr91 CHAPA 5BSA105 FORJADO 1F1110 PASAMANO 1F1120 PASAMANO 1SA182F11 FORJADO 4SA182F22 FORJADO 5ASA182F91 FORJADO 5BSA192 TUBO 1SA210A1 TUBO 1SA210C TUBO 1SA213T11 TUBO 4SA213T12 TUBO 4SA213T22 TUBO 5ASA213T91 TUBO 5BSA213Tp304 TUBO 8SA213Tp304H TUBO 8SA213Tp347H TUBO 8SA106GrB TUBOSCH 1SA106GrC TUBOSCH 1SA335P11 TUBOSCH 4SA312Tp304 TUBOSCH 8SA312Tp304H TUBOSCH 8SA335P22 TUBOSCH 5ASA335P91 TUBOSCH 5B

GRUPOMATERIALSEGNTIPO

CHAPA TUBO FORJADO PASAMANO ACCESORIO

1

S235JR SA106GrB SA105 F1110 SA234WPBS275JR SA106GrC F1120 SA234WPCSA516Gr60 SA192 SA516Gr70 SA210A1

SA210C

3CORTENA

CORTENB

413CrMo44 SA213T11 SA182F11 SA234WP11SA387Gr11 SA213T12

SA387Gr12 SA335P11

5A10CrMo910 SA213T22 SA182F22 SA234WP22

SA387Gr22 SA335P22

5BSA387Gr91 SA213T91 SA182F91 SA234WP91

SA335P91

6 SA240Tp410

7SA240Tp409

SA240Tp410S

8

SA240Tp304 SA213Tp304 SA182F304 SA403WP304SA240Tp304H SA213Tp304H SA479Tp304SA240Tp309S SA213Tp347H SA240Tp310S SA312Tp304

SA240Tp316 SA312Tp304H

10H SA240S31803

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Los aceros tienen pequeos porcentajes de Mn (manganeso hasta 0,9%) que produce un incremento en los lmites de fluencia y ruptura y de Si (Silicio hasta 0,1%) que aumenta la resistencia a la oxidacin en altas temperaturas y resistencia al impacto a baja temperatura. Los aceros al carbono con Silicio son tambin llamados "calmados" (Killed Steel) para distinguirlos de los "efervescentes" (rimed Steel) que no tienen Silicio. Los aceros al Carbono con Silicio tienen una estructura ms fina y uniforme y son de mejor calidad que los "efervescentes", por lo que se recomienda su uso en altas temperaturas, an siendo ocasionales ( 480 C). Para aceros al Carbono a bajas temperaturas (hasta -50 C) ANSI B.31 permite su uso, exigiendo que se realicen ensayos de impacto (Charpy) para cada pieza. ANSI (American National Standards Institute) Tipos de aceros al Carbono con o sin costura para conduccin. ASTM A-106 Tuberas de acero al Carbono sin costura, de 1/8" a 24" de alta calidad para temperaturas elevadas.

Los tubos grado C son fabricados slo por encargo. Los grados A y B son usados para temperaturas sobre 400 C por largos perodos de tiempo. ASTM A 53 Tubos de acero al Carbono con o sin costura de calidad media 1/8" a 24" para uso general, negro o galvanizado. La especificacin distingue 4 grados; para curvado en fro debe usarse el Gr.A. Aunque los lmites de temperatura son similares que para el A106 no deben usarse por encima de los 400 C. El ASTM A53 es el ms usado por ser de menor precio que el A109. ASTM A 120 Tubos de acero al Carbono, con o sin costura de baja calidad 1/8" o 12" sin garanta de calidad, negro o galvanizado. No deben ser doblados en fro ni sobrepasar temperaturas de 200 C. No presenta exigencias de composicin qumica. API 5L Especificacin del "American Petroleum Institute" de calidad media. Dimetro 1/8" a 36" negros, con o sin costura. Los grados y requisitos de composicin qumica son similares al ASTM A53. API 5LX Especificacin para tubos con o sin costura, de acero al Carbono de alta resistencia empleados en oleoductos. No deben ser utilizados por sobre los 200 C. Aceros al Carbono con costura (Welded Pipes) : ASTM A-134 Para tubos fabricados con soldadura de arco protegido para dimetros sobre 16" y espesores hasta 3/4" con soldadura longitudinal o en espiral. ASTM A-135 Para tubos fabricados con soldadura de arco protegido para dimetros de hasta 30".

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ASTM A-155 Para tubos fabricados con soldadura de arco protegido para dimetros de hasta 30". ASTM A-211 Para tubos con soldadura en espiral. En dimetros de 4" a 48". Tubos de acero al Carbono. ASTM A-83 Para tubos sin costura para calderas en dimetros de 1/2" a 6". ASTM A-178 Especificacin para tubos fabricados por soldadura de resistencia elctrica, para calderas de media y baja presin, en dimetros de 1/2" a 6". ASTM A-179 Para tubos sin costura, trefilados en fro para intercambiadores de calor en dimetros de 1/2" a 2". ASTM A-214 Para tubos con costura, soldados por arco protegido, para intercambiadores de calor en dimetros de 1/2" a 2". ASTM A-192 Para tubos sin costura, para calderas de alta presin, de acero al Carbono calmado (con Si) en dimetros de 1/2" a 7". Tubos de aceros aleados e inoxidables. Podemos clasificar los aceros de baja aleacin en: Aceros de baja aleacin (low alloy steel), cuando tienen hasta 5% de elementos adicionales. Aceros de media aleacin (imtermediate alloy steel), cuando tienen de 5% a 10% de elementos adicionales. Aceros de alta aleacin (high alloy steel), ms de 10% de elementos adicionales. De todos estos materiales, los de mayor utilizacin son los de baja aleacin, compuestos ferrticos (magnticos) con agregado de cromo, molibdeno, y a veces, niquel. Desde el punto de vista econmico, no es conveniente usar aceros aleados para prolongar la vida de las tuberas, ya que las instalaciones industriales tienen una duracin limitada y su costo es varias veces mayor que los del acero al Carbono. Los casos en que se justifica usar aceros aleados o inoxidables son los siguientes : a) Altas temperaturas. b) Bajas temperaturas (inferiores a -30 C) donde los aceros al Carbono se tornan quebradizos. c) Alta corrosin. En servicios corrosivos aun dentro de los recomendados para acero al Carbono, el comportamiento de los inoxidables es mejor para resistencia a la erosin o severa corrosin. d) Servicios de fluidos letales. Para caso de fluidos de alta peligrosidad y por razones de seguridad. e) Para evitar contaminacin : Industria de la alimentacin o farmacutica, donde los xidos o residuos de las tuberas de acero al Carbono pueden deteriorar la calidad de los productos.

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Deben hacerse consideraciones de proceso y costo de mantenimiento, comparando cunto cuesta la reposicin o reparacin de una tubera de acero al Carbono en comparacin con el elevado costo inicial de una de acero inoxidable. Los aceros inoxidables no slo tienen mejor comportamiento frente a los problemas de corrosin y erosin sino que adems poseen mayores tensiones de fluencia y rotura. El costo del montaje y soldadura de las aleaciones tambin es mucho mayor que en el acero al Carbono. La resistencia a la oxidacin es proporcional (aprox) al contenido de Cr; siendo ste superior al 1% no se produce grafitizacin en la soldadura. La temperatura mxima de trabajo puede llegar en algunos casos a 650 C. El agregado de Ni contribuye a combatir la tendencia de los aceros al Carbono a volverse quebradizos a bajas temperaturas. Por esa razn es usado en servicios criognicos. El Mo es el elemento ms eficiente para mejorar el comportamiento a altas temperaturas, aumentando mucho al resistencia a la fluencia. La resistencia de los aceros aleados a la accin atmosfrica y al agua dulce es mejor que la de los aceros al Carbono, aunque tambin se oxidan. Frente a los cidos, lcalis calientes y agua salada el comportamiento de los aceros aleados es semejante al de los aceros al Carbono. Los aceros con mayor cantidad de Cr resisten muy bien a los hidrocarburos calientes con impurezas sulfurosas, y resisten muy bien las modificaciones de la estructura cristalina producida por el Hidrgeno, en alta presin y temperatura (comportamiento quebradizo). La especificacin ms importante para tubos de baja aleacin es la ASTM A 335 para alta temperatura y la A333 para baja temperatura , cuyos grados principales son :

El agregado de Ni provee a las aleaciones que trabajan debajo de -30 C buena ductilidad y resistencia al impacto. Los aceros inoxidables son aquellos que contienen Cr (Cromo sobre 11%) y que en exposicin prolongada a la intemperie no se oxidan. Los ms usados son compuestos austenticos, no magnticos, de alta aleacin (stainless steel) con 16% a 26% de Cr, 9 a 12% de Ni adems de otros elementos. Son mucho ms costosos que los de baja aleacin y por eso menos usados. Tienen gran resistencia a la rotura, especialmente a altas temperaturas y elevada resistencia a la mayora de los fluidos industriales. Es resistente a los compuestos sulfurosos y a la prdida de ductilidad debida al hidrgeno libre (hydrogen embrittlement). Es un buen inhibidor de la grafitizacin a altas temperaturas.

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Son inertes en relacin a la mayora de los compuestos orgnicos, pero estn sujetos a severa corrosin alveolar (pitting) cuando estn en contacto con agua de mar y numerosos compuestos clorados. La soldadura en los aceros inoxidables es ms costosa y complicada que en los aceros al Carbono ya que deben hacerse con proteccin especial de gas inerte (argn), con electrodos de tungsteno y material de aporte afn con las partes a soldar. La especificacin ms importante de aceros inoxidables es la ASTM A-312 que abarca varios tipos de materiales denominados "Aceros 18-8" de los cuales los ms usados son los siguientes : AISI (American Iron and Steel Institute

Los aceros inoxidables pueden trabajar desde -270 C hasta 800 C en servicio continuo; algunos pueden trabajar hasta 1100 C. El agregado de Ti o Cb (aceros inoxidables estabilizados) tiene por finalidad evitar la precipitacin de carbono entre temperatura de 450 C a 850 C en ambientes corrosivos, fenmeno que ocurre en los no estabilizados. Medios de Unin Los diversos medios de unin sirven no slo para vincular secciones de tubos entre si, sino tambin para conectarlos con diversos accesorios, vlvulas y equipos. Los principales medios de unin son los siguientes : Conexiones roscadas (Screwed joints) Conexiones soldadas (Welded joints) Conexiones de enchufe (Socket Welded joints) Existen otros tipos de conexiones, entre ellas las del tipo Victaulic, juntas elsticas, de cierre rpido, etc. Muchos factores inciden en la eleccin del tipo de unin costo, operatividad, seguridad, presin y temperatura de trabajo, fluido contenido, dimetro del tubo, etc. Uniones Roscadas Son unos de los medios ms antiguos de conexin. Son de bajo costo y fcil ejecucin, pero su uso est limitado a 4" (max) en general y se usan en instalaciones secundarias de baja presin, (condensado, aire, agua), domiciliarias (agua, gas) debido al peligro de prdidas y la baja resistencia mecnica de las mismas. La norma ANSI B 31 exige que las roscas de los tubos sean cnicas y recomienda que se efecten soldaduras de sello para tuberas que conduzcan fluidos inflamables, txicos y en otros donde se debe tener absoluta seguridad que no se produzcan filtraciones o prdidas. Son las nicas usadas para tubos galvanizados. Se usan tambin en acero al Carbono, baja aleacin, hierro fundido, plsticos, vidrio y porcelana, siempre limitadas a 4".

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Para acero inoxidable y metales no ferrosos es muy raro el uso de roscas, debido a que son comunes los espesores finos en dichos materiales. Los tramos rectos son unidos por medio de cuplas o uniones roscadas. Las roscas cnicas aseguran mejor sellado pero para asegurarlo se coloca una banda de tefln. Antiguamente se usaban otros materiales, litargirio - glicerina, fibras vegetales, etc., pero en su mayor parte dificultaban el desarme de las piezas y an contaminaban el fluido. En los tubos es recomendable no usar espesores menores que Sch. 80 por el debilitamiento de la pared que significa la rosca. Uniones Soldadas Las ms utilizadas son las soldaduras de arco protegido, que pueden ser : - A tope (butt weld) - De enchufe (socket weld) VENTAJAS : - Buena resistencia mecnica (casi siempre equivalente a la del tubo) - Estanqueidad perfecta y permanente - Buena apariencia - Facilidad en la aplicacin de aislacin y pintura - Ninguna necesidad de mantenimiento. DESVENTAJAS : - Dificultad en desmontaje de las tuberas - Mano de obra especializada Soldadura a Tope Es la ms usada en la unin de tubos de 2" o mayores en aceros de cualquier clase. Se aplica a toda la gama de presiones y temperaturas. Los tubos y dems accesorios para soldadura a tope, deben tener sus extremos preparados con biseles que dependen del espesor del tubo.

Soldaduras a tope

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Para lograr ms estanqueidad y especialmente para alta presin se usan chapas de respaldo que quedan incluidas en las soldaduras. Estos anillos tienen 1/8" de espesor y se usan en dimetros grandes (20" o mayores). Ver ANSI 31.3 Fig 328.3.2. Soldadura de Enchufe (socket weld) Son empleados para dimetros de hasta 1 1/2" en tubos de acero y hasta 4" para los no ferrosos y plsticos.

Soldadura de enchufe

Los extremos del tubo se encajan en una cavidad del accesorio o acoplamiento y se realiza una soldadura de filete. Ver ANSI B31.3 Par 328.5.2 y figura 328.5.2 A, B y C. Soldadura Solapada Se utiliza en tubos de plomo o en algunos plsticos. Unos de los extremos, de mayor dimetro, entra en el extremo del otro tubo y se sella con una nica soldadura de filete. Bridas (Flanges) Estn compuestas por dos bridas, una junta, pernos con o sin cabeza roscados y tuercas. Son fcilmente desmontables.

Union de tubos con bridas

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Existen los siguientes tipos : De cuello soldable (Welding Neck) Deslizantes (Slip on) De enchufe (Socket Weld) Lap Joint Ciegas. (Blind) Welding neck El cuello cnico proporciona un refuerzo beneficioso bajo condiciones de esfuerzos laterales originados por las dilataciones y contracciones propias de una lnea de tuberas. La unin brida-tubera es tan resistente como una unin por soldadura de tope entre dos tuberas. Es recomendable para usos a alta presin, baja o alta temperatura, alta carga y el transporte de lquidos inflamables o de alto costo en que las fugas deben mantenerse a un mnimo.

Slip-on Favorito de muchos instaladores por su bajo costo inicial, no requerir un corte muy exacto en la longitud de las tuberas y la gran facilidad para alinear las lneas. Un clculo terico indica una resistencia mecnica, al trabajar bajo presin, de 2/3 y bajo condiciones de fatiga, de slo 1/3 respecto a un brida welding-neck. Por esta razn su uso se limita a dimetros de tubera desde 1/2 hasta 2 1/2 en clase 1500 ANSI.

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Socket-weld Usados en tuberas de dimetros pequeos y aplicaciones de alta presin. Su costo inicial es un 10% superior al slip-on. Si se ensambla con soldadura interior, su resistencia esttica es igual a la del brida slip-on con doble soldadura, pero bajo condiciones de fatiga es 50% superior. Puede rebajarse el cordn de soldadura interior para tener un orificio liso, a diferencia del brida slip-on que despus de soldar exige repasar la cara del brida para asegurar un buen sello. Es muy popular en la industria de procesos qumicos.

Lap-joint Se usan junto con los terminales Stub-end soldados al extremo de una tubera. Su costo inicial es 1/3 mayor respecto al brida welding-neck. Su resistencia bajo presin es similar a la del brida slipon pero bajo condiciones de fatiga es slo 1/10. Son convenientes en sistemas que requieren un desmantelamiento frecuente para una inspeccin, por su facilidad de ser desplazables. El poder alinear los pernos de sujecin con gran facilidad, los hace atractivos para unir tuberas de gran dimetro o tuberas especialmente rgidas. No son recomendables en puntos sujetos a constantes flexiones.

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Blind Usados para cerrar un extremo de una lnea de tuberas, vlvulas u otro equipo. Estn sujetos a una tensin muy superior a la de los otros tipos de bridas. Es un esfuerzo de flexin en el centro del brida, que puede ser tolerado sin peligro. Para servicio a alta temperatura o cuando se espera golpes de ariete, es preferible reemplazarlos por un brida welding-neck terminado en un tapagorro.

Tambin se utilizan un tipo de bridas llamadas Long Welding Neck (cuello largo), se utiliza normalmente para soldar directamente a los recipientes, por ejemplo calderines, tanques, etc. Y bridas roscadas (Screwed), generalmente de tamao pequeo. Su principal mrito est en poder ensamblar una lnea sin soldar. Se usan en lneas de alta presin a temperatura ambiente y en puntos donde no es posible un tratamiento trmico despus de soldar. No son apropiados para aplicaciones a alta temperatura o condiciones de flexin lateral, especialmente cclicas, donde conduciran a fugas por el hilo, despus de unos pocos ciclos de expansin-contraccin.

Long Welding Neck (cuello largo) Roscadas (Screwed)

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Las caras de las bridas pueden se lisas (flat face), con resalte (Raise face), de anillo (Ring Joint Type) y macho-hembra (male & female).

lisas (Flat Face), con resalte (Raise Face),

de anillo (Ring Joint Type) macho-hembra (Male & Female). Los materiales ms usados son los aceros forjado y las bridas formadas a partir de chapa torneada, stas ltimas para bajas presiones. Las juntas entre bridas pueden ser de materiales diversos como caucho, resinas revestidas en inox, espiral y metlicas. El asbestos ha sido desechado por su accin cancergena. Una de las normas que regula la fabricacin de bridas (flanges) es la ANSI B16.5, que establece las siguientes clases, segn sea el intervalo presin-temperatura de trabajo 150# ,300# ,400# ,600#, 900# ,1500# y 2500# . Para las bridas de acero al Carbono la temperatura mxima es de 260 C (500 F) para 150 y de 455 C (850 F) para las dems clases. La variacin de presin temperatura es de valores ms altos para acero inoxidable y aleados. Se pueden graficar de la siguiente manera :

Relacin Presin - Temperatura para algunas clases de accesorios

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Otros Medios De Unin De Compresin Son sistemas muy usados en tubos de metales no ferrosos e inoxidables, todos de pequeo dimetro. (hasta 1") La unin se logra con el uso de accesorios especiales, que mediante el apriete de una tuerca comprime las paredes del tubo contra una cupla hasta lograr un contacto metal - metal estanco. Hay diferentes sistemas. Uno de ellos consiste en expandir el tubo en la punta, en forma cnica. Este cono es comprimido contra una pieza de unin. Otro sistema consiste en agregar una virola en el extremo del tubo que, comprimida contra la pieza de unin va reduciendo su dimetro abrazando al tubo, que logra as estanqueidad.

Fig. 7 - Unin para alta presin

Son usados para instrumentacin y conduccin de aceite hidrulico y resisten presiones de hasta 2000 Kg/cm2. Uniones Patentadas (Juntas Dresser, Victaulic, etc) Todas ellas son del tipo no rgido, permitiendo siempre un pequeo movimiento angular y axial entre los dos tramos de la tubera. En el caso de las juntas Victaulic, los tramos de tubo son ranurados en los extremos del mismo modo que los accesorios (codos, reducciones, etc.) y los acoplamientos son dos o ms arcos pivotados sobre pernos que abrazan a los elementos de unin y son ajustados por uno o ms pernos. Entre la unin metlica y el tubo se coloca una junta flexible (caucho) que garantiza su estanqueidad. El sistema es ms caro que la tubera soldada tradicional pues requiere preparacin de extremos y accesorios, pero aparte de la facilidad de montaje (sobre todo en zonas de gases explosivos) tiene la gran ventaja de poder recuperar todos los elementos en tuberas de uso por tiempo limitado. Haciendo un balance final, es muy conveniente su aplicacin en muchos casos, en particular en minera, donde le agotamiento de los minerales explotables en plazos previsibles hace necesario un tendido de tuberas secuencial a medida que se van agotando las zonas con alta ley de mineral y son reemplazadas por otras nuevas.

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Uniones Dresser y Victaulic

Derivaciones especiales Los ramales en las tuberas suponen un debilitamiento en la tubera principal por extraccin de parte de su seccin. Cuando los espesores de pared estn calculados con cierta precisin y no hay excedentes de pared disponible se refuerza la unin con una montura (saddle) o con un anillo ( Babero) que se hace con el mismo tubo u otra chapa de caractersticas similares. La seccin necesaria se calcula por medio de la NORMA ANSI PAR. 304.3 en el caso de ANSI B31.3 o sus similares en otras normas aplicables. Este tipo de derivaciones se usa cuando la diferencia de dimetros entre la lnea principal y el ramal es tan grande que su relacin est fuera de los accesorios (te) de fabricacin standard o en dimetros grandes. Cuando los ramales son de pequeo dimetro se utilizan los llamados Weldolet (soldado), Elbolet (en un codo), Latrolet (en ngulo), Sweepolet (en montura), Sockolet (ramal socked) y Thredolet (roscada), todas ellas conexiones de pared reforzada para las derivaciones desde una tubera principal.

Weldolet Elbolet

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Latrolet Sweepolet

Sockolet Thredolet Su uso evita la utilizacin de placas de refuerzo de pequeo dimetro que trae como consecuencia una enorme cantidad de soldadura en reas reducidas y por tanto concentracin de tensiones residuales en la zona del ramal. Temperatura y Presin El efecto de la temperatura sobre bridas (flanges) y vlvula determina algunas veces las puntas de mnima resistencia de una tubera al disminuir la tensin admisible del material. La presin origina tensiones en todos los elementos componentes de la tubera. En el caso de los elementos de unin, bridas, vlvulas, cuplas etc., la combinacin de los dos factores de presin y temperatura inciden en el clculo de dimensionamiento de estos elementos. A fin de normalizar stas dimensiones las ANSI B16.5 , que regulan su fabricacin, han establecido una relacin presin - temperatura que permite, sin necesidad de calcular cada accesorio o vlvula, una eleccin correcta y que ayudar posteriormente a determinar la capacidad de trabajo de la tubera, comprobando cules son sus elementos de menor resistencia. Esta relacin est tabulada en las PRESSURE - TEMPERATURE RATINGS, agrupadas para cada clase de presin (150# ,300# ,600# ,etc.) y para cada tipo de accesorio (vlvulas, bridas, coupling, etc.). Es de hacer notar que la relacin primaria (Primary Rating) definida como mxima temperatura admisible para presiones "non shock", est resaltada en las tablas, se usa para altas temperaturas. La relacin para trabajo en fro (Cold Working Pressure Rating CWP) es aquella referida a las temperaturas de -20 F a 100 F y se aplica para hidrulica y refrigeracin. La eleccin de juntas y pernos deber estar acorde con la presin y temperatura de servicio.

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TEMA 2 (Especificaciones y Planos) CONTENIDO Especificaciones de Tuberas ____________________________________________________ Especificaciones generales ____________________________________________________ Especificaciones de materiales _________________________________________________ Listas de Lneas_____________________________________________________________ Listas de Materiales _________________________________________________________ Diseo de Planos de Tuberas ___________________________________________________ Consideraciones bsicas ______________________________________________________ Disposicin de lneas no subterrneas___________________________________________ Agrupamientos _____________________________________________________________ Cotas de tuberas y equipos ___________________________________________________ Drenajes, Venteos y Detalles _________________________________________________ Importancia del conocimiento del proceso _________________________________________ Planos de Tuberas ___________________________________________________________ Diagramas de flujo _________________________________________________________

a) Diagramas de Proceso. ___________________________________________________ b) Diagrama de Piping-Instrumentos (P&ID). ___________________________________

Planos de Planta y Elevacin _________________________________________________ Rutina para dibujar planos de planta - elevacin ________________________________ Planos isomtricos__________________________________________________________ Especificaciones de Tuberas Las especificaciones constituyen un documento legal de validez, en muchos casos contractual, en donde se detallan los requerimientos tcnicos necesarios para efectuar una etapa o conjunto de etapas en el diseo, construccin, mantenimiento etc. de una instalacin industrial. No es posible abarcar en este cursillo la totalidad del tipo de especificaciones posibles de redactar, por lo que slo veremos algunos casos ms importantes de los innumerables que se pueden presentar para su aplicacin en tuberas. Especificaciones generales Se emiten para regular todos los temas relativos a la especialidad, y contienen datos y prescripciones vlidas para todos los servicios que se tengan. Se utilizan para contratar ingeniera, cuando se emiten antes del inicio de un proyecto, por parte de una empresa que va a realizar una inversin destinada a una instalacin industrial, y tambin durante el desarrollo de una ingeniera bsica, de modo que pueda regular ms tarde las diferentes etapas del proyecto. Contienen por lo menos las siguientes informaciones : Cdigos y normas que deben ser obedecidos. Abreviaturas y siglas empleada. Sistema adoptado para identificacin de lneas. Prescripciones diversas sobre le proyecto, clculo, trazado, fabricacin, montaje y pruebas de las tuberas que se aplican en cada caso.

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Los datos ms importantes son los detalles bsicos de distancias que se deben respetar entre las tuberas y equipar para evitar interferencias y facilitar su operatividad, la disposicin de tuberas subterrneas, los drenajes y alcantarillado, la simbologa a utilizar en diagramas, planos de planta - elevacin y de detalle, soportes, isomtricos etc. Contienen adems una descripcin de los parmetros principales de los servicios bsicos, temperaturas, presiones etc., y los requerimientos de cada fluido en relacin a los materiales a usar, en lneas generales. Especificaciones de materiales Son las normas especficas escritas especialmente para cada clase de servicios y para cada proyecto o instalacin. Cada captulo de la especificacin acostumbra abarcar un nmero de servicios semejantes en una cierta gama de presiones y temperaturas, para las cuales puedan ser recomendadas las mismas especificaciones tipo y modelo de tubos, vlvulas y accesorios. Para ello se hace coincidir la gama de variaciones de cada especificacin con la de cada clase de presin nominal (Rating) de vlvulas, bridas y accesorios. As por ejemplo tendremos una especificacin que incluye las variaciones de presin - temperatura para la nominal de 150# , otra para 300# . Una misma especificacin puede incluir uno o ms servicios con el mismo o diferente fluido, ya que para diferentes servicios se pueden adoptar los mismos tubos, vlvula y accesorios. As tendremos una especificacin para hidrocarburos lquidos, otra para hidrocarburos gaseosos, otra para vapor vivo, otra para condensado, aire comprimido, etc. En un determinado proyecto no se tendr un nmero excesivamente grande de especificaciones diferentes, que complicara el proyecto y dificultara la compra y almacenaje de los materiales. Tampoco deber tener un nmero pequeo de especificaciones, pues originara gastos innecesarios por el uso no adecuado de muchos materiales. Es evidente que existiendo una nica especificacin, sta debera cubrir al servicio ms severo, quedando as sobredimensionada para los dems. Para la preparacin de la especificacin de materiales, el primer paso es confeccionar la lista de todos los servicios existentes, con sus caractersticas completas, presiones y temperaturas de operacin. Hecha la lista, es posible agrupar los fluidos que puedan ser incluidos en una misma especificacin, esto es, para los cuales se puedan recomendar los mismos materiales. En todas las especificaciones deben constar obligatoriamente las siguientes informaciones : Sigla de identificacin de la especificacin Clase de fluido al cual se la destina Gama de variacin de presin y temperatura Tolerancia de corrosin adoptada Tubos : Material, proceso de fabricacin, espesores recomendados para los distintos dimetros, y sistema de unin adoptado. Vlvulas : Tipos empleados para bloqueo (esclusa (gate va.) esfrica, etc.) para regulacin (globo, aguja, diafragma), para retencin, etc., con indicacin completa de los materiales usados en su construccin, carcaza, vstago, proceso de fabricacin, tipo de extremidades, clase de presin nominal, accionamiento etc. Bridas (flanges) y accesorios brindados; especificacin del material, clase de presin nominal y tipo de caras.

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Accesorios para soldar y roscados : Material, proceso de fabricacin, clase de presin nominal, espesor. Pernos (bolts-stud bolts) : tipo y especificacin del material. Juntas; tipo, espesor, material. Debe tenerse en cuenta que los materiales, clase de presin, espesores, etc. tanto de los tubos como de las vlvulas y accesorios, casi nunca son los mismos para todos los dimetros nominales de una misma especificacin. Las especificaciones deben tener en cuenta, si as lo requiere el caso, exigencias especiales de los procedimientos de soldadura y electrodos usados, tratamientos trmicos, revestimientos externos e internos, caso de empleo de codos en secciones (mittered bends) o de derivaciones soldadas los cuales deben constar en cada especificacin. Para el caso particular de las vlvulas, es costumbre usar siglas que son adoptadas en diferentes hojas de esp. ya que se pueden aplicar a diferentes servicios. Agrupadas las vlvulas con sus siglas de identificacin aparte, constituyen en si mismas otra especificacin que facilita la compra y almacenaje de las vlvulas. Tanto las especificaciones generales como las de clase de materiales son usadas en la contratacin de montajes de plantas industriales, en fabricacin de tuberas y en las plantas ya en marcha, para las tareas de mantenimiento o ampliaciones, como gua de diseo. Listas de Materiales Se incluyen algunas veces en los mismos planos o en documento aparte y en este ltimo caso pueden incluir los materiales de varios planos. Es recomendable que contengan todas las caractersticas de los materiales, incluyendo : a) Nmero de tem b) Dimetro nominal c) Tipo de accesorio d) Caractersticas (roscado, soldable etc.) e) Rating (Relacin nominal presin- temperatura) f) Cantidad g) Material Donde generalmente se incluyen, es en los planos en los de fabricacin e isomtricos para mantenimiento. Tambin en los planos de planta - elevacin y en los isomtricos de diseo se incluyen las listas de materiales. En los sistemas grficos (CAD) se utilizan bases de datos como documento separado del archivo grfico o tambin incorporado al plano como texto. Los Sistemas Grficos relacionan cada elemento o entidad componente de las lneas en el plano con cada lnea de la base y el manipuleo se puede realizar dentro del archivo del software utilizado, del mismo modo que se procede como con cualquier otra base de datos.

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Diseo de Planos de Tuberas Consideraciones bsicas 1) Condiciones de servicio: Raramente las condiciones de servicio imponen en forma obligatoria el trazado de una tubera. An as es importante conocerlas, para lograr un mnimo de prdida de carga, pendientes apropiadas, etc. 2) Flexibilidad: Las lneas deben tener un trazado tal que les d flexibilidad suficiente para absorber los esfuerzos provenientes de las dilataciones , como se muestra a continuacin: Los siguientes son algunos mtodos para controlar los efectos de la dilatacin trmica : A). Uso de elementos deformables en la lnea, de modo que absorben la dilatacin. B). Geometra de la lnea de manera de evitar tramos rectos por medio de ngulos en un plano o en el espacio, de modo que el propio tubo pueda absorber las dilataciones gracias a su flexibilidad. C). Pretensionado (cold-spring), que consiste en introducir tensiones iniciales en el montaje, de signo opuesto a las previstas durante la operacin. Los elementos ms usados para absorber dilataciones son las juntas de expansin. La flexibilidad en una tubera puede definirse como la capacidad de absorber las dilataciones trmicas por medio de simples deformaciones en los tramos de la lnea. El uso de las juntas de expansin se restringe en cambio a casos especiales, del mismo modo que los pretensados o cold-spring, son poco usados porque requieren un estricto control de montaje. Para una misma dilatacin total, se dice que el sistema es tanto ms flexible cuanto menor son las tensiones internas y las reacciones sobre los puntos fijos. Esta flexibilidad es considerada apropiada cuando las tensiones provocadas no son mayores que las tensiones admisibles de comparacin. Se logra flexibilidad en una tubera cuando, como resultado de cambios en su geometra se transforman pandeo y flexin y torsin para las tridimensionales. Por lo tanto, ser mayor la flexibilidad de una tubera cuanto ms se aparte de la lnea recta. 3) Transmisin de esfuerzos y vibraciones: no debe haber transmisin de esfuerzos no admisibles, de las tuberas a los equipos y viceversa. 4) Accesibilidad: las vlvulas o equipos que exijan operacin o mantenimiento deben ser accesibles con facilidad. Las lneas deben ser accesibles por lo menos para inspeccin. 5) Mantenimiento: deben ser provistas de facilidades para mantenimiento, incluso pintura, de toda la tubera y accesorios. El desmontaje rara vez ocurre y no es considerado. 6) Seguridad: Deben prevenirse accidentes y minimizar sus consecuencias, si se producen. 7) Economa: El mejor trazado es el ms barato, siempre que se respeten las dems exigencias. 8) Apariencia: Una buena apariencia, es decir, un aspecto de orden y de buena terminacin es siempre necesaria, sumada a la facilidad de operacin, mantenimiento y economa.

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Disposicin de lneas no subterrneas Ninguna regla se puede establecer en el ruta de las tuberas y muchas veces el proyectista lo define de acuerdo a las condiciones particulares de cada proyecto. No obstante podemos definir algunas:

1) Grupos paralelos de la misma elevacin: Todos los tubos deben tenderse sobre una misma cota inferior para simplificar sus soportes

Los tubos de gran dimetro (mas de 20") hacen excepcin a esta regla, no slo por razones de servicio, sino tambin porque en trayectos cortos y directos se logra economa de material. El trazado de tubera debe comenzar siempre por las lneas de mayor dimetro, por las troncales y tambin por las zonas mas congestionadas

2) Direcciones ortogonales del proyecto: Siempre que sea posible las lneas deben quedar al mismo nivel y paralelas a una de las direcciones ortogonales del proyecto. Siempre que sea posible todos los tubos que pasan de un nivel a otro deben ser perfectamente verticales. Consecuentemente no se proyectarn tuberas en curvas y los cambios de direccin se harn a 90. 3) Elevaciones a cotas diferentes para direcciones diferentes: Para facilitar las derivaciones y cruces de lneas, los tubos horizontales paralelos a una de las direcciones ortogonales deben trazarse en elevacin diferente de los tubos paralelos de la otra direccin. Esta regla no necesita ser observada en caso de lneas donde no haya derivaciones ni cruces, ni cuando por motivos de flexibilidad sea necesario cambiar de direccin. 4) Flexibilidad: Para absorber mejor los esfuerzos provocados por la dilatacin se hacen modificaciones en el trazado, tratando de convertir tensiones de flexin en flexo-torsin. Esto se logra por la premisa: "a cada cambio de direccin, cambio de nivel". Como regla general, ninguna lnea debe comenzar y terminar en una lnea recta, aunque trabaje fra o en tramos cortos. Hacen excepcin aquellas que incluyen juntas de expansin que absorben los movimientos de dilatacin. Las liras de expansin suelen hacerse en el plano horizontal, en nivel superior a los tubos paralelos. Por motivo de economa de soportes, se colocan en la misma zona para tubos que las requieran. 5) Distancia entre ejes de tubos paralelos: Se toman a efectos de permitir distancias mnimas requeridas para pintura y el espacio necesario para ajustar pernos en bridas. En tuberas calientes deben preverse los movimientos laterales y el espesor de aislacin. Como base de distancias mnimas se acostumbra a tomar 25 mm. de huelgo, a los que se suman la distancia de aislacin dimetro de bridas, etc. 6.- Tuberas de gran dimetro: En dimetros muy grandes (30" o ms) para conduccin de fluidos lquidos, la inercia de la masa en movimiento puede alcanzar valores considerables con las variaciones de velocidad, direccin y generacin de turbulencias adicionales.

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Es por eso que las derivaciones se hacen a 45 en "Y" en el sentido del flujo. Se trata de mantener la velocidad lo ms constante posible. Tambin se hacen reducciones de seccin donde vara el caudal. Los soportes, tomados aqu como tema aparte (Ver Tema 3) son tambin de vital importancia en el diseo de tuberas. Agrupamientos Los conjuntos de tuberas se agrupan en estructuras tpicas, metlicas o de hormign. Podemos mencionar entre las ms utilizadas a los PIPE RACK (Puentes soportes), PIPE PIERS (soportes a ras de tierra) y TRENCH (soportes en trincheras) En reas de proceso, donde se produce congestin de lneas por necesidades de operacin se utilizan los racks que se proyectan paralelos a los caminos de acceso a las diferentes reas de trabajo. Ello implica la existencia de puentes sobre cruces de caminos y otros racks de acceso a los equipos. Pueden ser de uno, dos o ms niveles o "pisos". En los cruces o ramificaciones se procura no hacer coincidir los niveles de un rack con el otro, para que los tubos que se derivan puedan cambiar su nivel con el cambio de direccin. Las vigas que atraviesan el eje del rack, se colocan a distancias variables. Dependen del dimetro de los tubos que se apoyan. Se toma generalmente el vano que produce una flecha admisible del dimetro medio de los tubos. Aunque los dimetros mayores del promedio estarn con vanos sobredimensionados, los mismos son aprovechados para sostener a los de dimetro menor con vigas intermedias. Se logra as economa en el diseo. Se acostumbra a dejar un 25% extra de longitud de las vigas (ancho del rack) para futuras ampliaciones. Para montar estos rack, se prefabrican los arcos. con placas base con agujeros para pernos de anclaje. Una vez fraguadas las bases de hormign, se montan los arcos y el resto de la estructura, con vigas tambin prefabricadas. Los Pipe piers se utilizan ampliamente en reas de almacenamiento de productos, descongestionadas, para conducciones a distancia, de diversos fluidos. Normalmente se usan vigas de hormign con placas de metal en su coronamiento, o de perfiles. La altura mnima que debe existir desde el nivel de terreno hasta el BOP (bottom of pipe) no debe ser inferior a 400 mm. o la que se requiera para hacer el mantenimiento y limpieza debajo del haz de tuberas y la previsin para drenajes. Para el cruce de caminos, se usan alcantarillas donde el camino es terraplenado, dejando acceso para tareas de mantenimiento y limpieza. Cotas de tuberas y equipos Para fijar las cotas de las elevaciones de tuberas y equipo, de mucha importancia en el diseo de lneas de tuberas, es preciso estudiar cules deben quedar encima o debajo del otro. Si por ejemplo en un recipiente el fluido cae por gravedad o si las bombas deben tener succin ahogada, o si la tubera debe tener una pendiente determinada, etc. Es requisito bsico que todos los equipos, donde ello sea posible, sean instalados sobre fundaciones a nivel mnimo de 300 mm. sobre el terreno. A veces, por necesidad de proceso ellos son instalados a 1,50 m o a mayores alturas, pero esto encarece las instalaciones. Se realiza en los casos :

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a) Para aumentar la altura neta positiva de aspiracin (NPSH) en estaciones de bombeo, para lquidos calientes o voltiles. b) Por necesidad de escurrir lquidos por gravedad c) Funcionamiento por termo sifn Para fijar las cotas de elevacin, se comienza siempre de abajo para arriba. Las elevaciones ms bajas son establecidas en funcin de la posicin de las bocas (nozzles) de los equipos colocados sobre bases con altura mnima. Nunca debe tenerse ningn elemento de las tuberas a menos de 150 mm. del suelo, inclusive los drenajes en sus puntos ms bajos. En caso necesario, se aumentar la altura de las bases de los equipos si as se requiere. Fijadas las elevaciones ms bajas, se calculan a partir de ellas todas las otras elevaciones, en funcin de las posiciones relativas de los equipos, tamao de las curvas, ts, vlvulas y otros accesorios de tubera, procurando que todas las elevaciones resulten las menores posibles. En reas de proceso, la necesidad de colocar las tuberas sobre soportes elevados, con pasaje de trnsito debajo, obliga frecuentemente a la instalacin de muchos recipientes en posiciones elevadas, cuando estos son reservatorios de succin de bombas. La distancia vertical entre tuberas en direcciones ortogonales, para permitir el cruce de unas sobre las otras debe ser la mnima estrictamente necesaria para posibilitar las derivaciones. Esa distancia ser la mnima que resulta de la colocacin de una te y un codo del tubo de mayor dimetro, como se muestra a continuacin.

Esta distancia, como es evidente se incrementar cuando la tubera est aislada, o cuando se prev la instalacin de tuberas de mayor dimetro a futuro. Facilidades para montaje, operacin y mantenimiento. a) Tuberas para conexiones a los equipos. Los tubos de conexin a cualquier equipo que puedan necesitar ser desmontados o cambiados peridicamente (bombas, compresores, turbinas, intercambiadores de calor, filtros, etc.) deben ser dispuestos de forma de dejar libres los espacios necesarios para desmontaje o remocin, y siempre tambin el espacio suficiente por encima del equipo para permitir la maniobra de gras u otro elemento utilizado para elevacin de cargas. Los tubos de conexin debern tener una pieza bridada, adyacente al propio equipo, que puede ser una vlvula, un accesorio con brida, etc., conectado al nozzle que permita retirar el equipo para reparaciones.

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Donde sea previsto el pasaje de operadores para atender bombas, compresores etc., las tuberas debern disearse de modo de no interferir en la tarea de operacin. Como regla general, siempre debe ser previsto un medio fcil de desmontaje y remocin del equipo, la propia lnea o las auxiliares conectadas a la misma. b) Conexiones con los equipos en reas de proceso. En reas de proceso, salvo raras excepciones, todas las mquinas (bombas, compresores, turbinas, etc.) son instaladas prximas al nivel del suelo. Las conexiones de tuberas elevadas para los referidos equipos se hacen descender verticalmente hasta los nozzles, dejando libre el espacio alrededor del equipo. Las conexiones a tanques, intercambiadores, etc., pueden realizarse al mismo nivel de las tuberas elevadas o por medio de tubos verticales, dependiendo del nivel en que estn ubicados los nozzles. Los tubos verticales a lo largo de torres o recipientes verticales deben trazarse en lo posible fuera de las plataformas de acceso, para evitar perforarlas, quitndoles rea. Los tubos horizontales deben instalarse por debajo de las plataformas y las entradas de hombre deben quedar libres en sus accesos. c) Operacin de vlvulas equipos e instrumentos. Todas las vlvulas, instrumentos y equipos que tengan operacin y/o mantenimiento deben tener acceso fcil desde el suelo, plataforma, de alguna estructura o escalera. Las vlvulas de operacin local que estn por sobre los 2.10 m de altura del suelo o piso de operacin debern tener volante con cadena o palanca de extensin. La cadena debe quedar a 1 m del piso. Esta es una solucin extrema que debe tomarse cuando no existe otra mejor. No deben usarse para vlvulas de operacin muy frecuente ni en dimetros de lnea menores de 2". No es necesario prever accesos para vlvulas raramente operadas como drenajes o venteos en tuberas elevadas. d) Facilidades para desmontajes Estos no son muy frecuentes en las tuberas de proceso. No obstante, es necesario que se deje suficiente espacio para la remocin del equipo y su posible desconexin a la tubera. Las bridas no deben quedar soportando la tubera de modo que los soportes puedan portar su peso en caso de desmontar bridas para un cambio de junta. e) Soldaduras y roscas Se debe prever espacios entre tuberas para efectuar soldaduras de terreno en reas congestionadas. Adems es necesario tener en cuenta que la distancia mnima entre dos soldaduras no debe ser menor de 100 mm., para evitar concentracin de tensiones en tubos de 3" o mayores. En dimetros menores es imposible respetar esa dimensin pero en cualquier caso no deben estar a menos de 30 mm. de distancia. En las tuberas roscadas es necesario prever distancias requeridas para una tarraja, de modo de poder efectuar la rosca sobre una tubera ya instalada si se presenta el caso. Drenajes, Venteos y Detalles 1) Para la derivacin de tubera de gases y venteos, todas las conexiones sern efectuadas en la parte superior de los tubos, para evitar la salida de los lquidos o condensados que se pudieran encontrar dentro de la lnea. Para lquidos no hay recomendacin. En caso de drenajes, estos se harn en la parte inferior del tubo.

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2) Las reducciones en tuberas horizontales son generalmente excntricas, manteniendo la lnea recta del fondo del tubo BOP (bottom of pipe). La excepcin importante a esta regla son las reducciones que se instalan en la succin de las bombas que deben ser excntricas pero niveladas por encima para evitar la formacin de bolsones de aire o vapor. Se ubican en lugar inmediato a la brida de succin. En las tuberas verticales son usadas casi siempre las concntricas. 3)Posicin de las vlvulas. No es conveniente colocar las vlvulas con el vstago hacia abajo, por la posibilidad de prdida a travs de los sellos y acumulacin de residuos en la cmara de la vlvula. En lneas de succin de bombas no debe haber vlvulas con el vstago para arriba por el peligro de formacin de vapores en la cmara; es mejor instalar el vstago en posicin horizontal. 4) Drenajes y Venteos: Todos los puntos bajos de cualquier tubera deben tener siempre un drenaje que en las tuberas de acero se hacen con una cupla, niple y vlvula. Suele colocarse un tapn a la vlvula para evitar entrada de residuos que dificulten la operacin de la misma. Se usa generalmente un dimetro de 3/4" para cualquier fluido. Para lquidos viscosos que dejan residuos se usa 1 1/2". En las partes altas se emplean los mismos dimetros, para evacuar aire o gases que podran provocar inconvenientes en la operacin. 5) Vlvulas de alivio de presin: En trechos de tuberas que quedarn con el lquido bloqueado entre dos vlvulas de bloqueo se pueden generar altsimas presiones por la dilatacin del lquido al estar expuestas al sol. Se instalan en estos trechos vlvulas de alivio de presin calibradas para que abran a una presin que ser la de operacin de la lnea o un pequeo porcentaje mayor que sta. 6) Vlvulas de seguridad y alivio: La descarga de vlvulas de seguridad y alivio es frecuentemente un chorro fuerte de gases calientes, inflamables, txicos o la combinacin de stas caractersticas. Para evitar accidentes las vlvulas de seguridad que descargan a la atmsfera se instalan a 3 m por encima de cualquier piso situado en un radio de 6 m. Para las vlvulas de seguridad suele hacerse una conexin en la salida a una lnea que descarga en otra de menor presin que recircula el fluido. En las vlvulas de alivio, el caudal que expelen es menor que en las de seguridad y el fluido expulsado se dirige hacia un drenaje. 7) Pasaje de Tubos a travs de paredes: Por regla general no se debe vincular los tubos con las paredes o pisos que atraviesan. Se los hace pasar por agujeros circulares, a veces protegidos por un tubo de mayor dimensin (sleeve) dejando suficiente espacio para los movimientos por temperatura de la lnea, la aislacin si la tuviera, etc. 8) Manmetros y termmetros: Los manmetros son instalados en una pequea derivacin saliendo de una te o una cupla soldada a la tubera principal. Deben tener una vlvula de bloqueo y un venteo o purga de aire

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Derivacin para termmetro o manometro Importancia del conocimiento del proceso Algunos autores consideran superfluo el conocimiento del proceso para el diseo de tuberas. Es indudable que el proyectista no puede determinar el uso de tubos, accesorios, juntas, etc. sin saber que parmetros regulan la produccin de la planta que est proyectando. Una variacin de temperatura puede dar como resultado una disposicin equivocada de una lnea; una presin errnea puede inducir a graves consecuencias en trminos de seguridad en la operacin. Falta de previsin en la conduccin de fluidos corrosivos puede acortar la vida til de las tuberas y la ltima consecuencia es la realizacin de un proyecto antieconmico. Es evidente tambin que el conocimiento del proceso no necesita ser tan profundo como el que tiene el ingeniero de proceso pero debe abarcar como mnimo : 1) Presiones en todas las lneas 2) Temperaturas en todos los puntos de las conducciones 3) Corrosividad de los fluidos conducidos. Abrasividad, etc. 4) Puntos de medicin y control. Qu se mide y cmo 5) Caractersticas fsicas de los fluidos a conducir (viscosidad, densidad, arrastre de partculas, etc.). Estos parmetros y caractersticas del proceso ayudan a definir correctamente el diseo y ruta de las lneas de tuberas. Planos de Tuberas En los proyectos de tuberas industriales se hacen generalmente 1) Diagramas de flujo 2) Planos de Planta y Elevacin 3) Isomtricos 4) Planos de detalle, fabricacin y de soportes

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Antes de detallar cada uno de ello veremos como se identifican las lneas. Cada empresa tiene un sistema de codificacin pero casi todas adoptan un procedimiento que resumimos: A - B - C - D donde A = Dimetro nominal de la lnea B = Clase de fluido C = Nmero de orden de la lnea D = Especificacin de Materiales As por ejemplo una lnea de 8", para conducir vapor, la tercera en el listado de su clase, de especificacin A1 (vapor de baja presin) tendra : 8" - ST - 003 - A1 Esta modalidad no es mandatoria y el cliente puede proponer al ingeniero otra forma de identificar las lneas, tal vez con ms datos (por ejemplo si es subterrnea o no, si tiene aislamiento o no, etc.) Fundamentalmente debe servir esta codificacin para identificar rpidamente cada lnea, prever un mantenimiento correcto, sin confusiones, y facilitar el montaje de la Planta y ampliaciones futuras. Diagramas de flujo 1) Diagramas de Proceso. Son los diagramas preparados por la Ingeniera de Proceso que contienen, como mnimo : a) Tuberas Principales con la indicacin del fluido que conducen y el sentido de flujo b) Las principales vlvulas, dampers, etc. c) Todos los recipientes (tanques, torres, intercambiadores) con sus n de tem y caractersticas bsicas ; dimensiones, presin, temperatura, etc. d) Todos los equipos (bombas, compresores, etc.) con indicacin de sus caractersticas, potencias, caudal etc. e) Un cuadro de caudales, temperaturas y presiones de cada lnea de conduccin de fluidos. 2) Diagrama de Tuberia e Instrumentos (Piping and Instruments - P&I ) Son los diagramas preparados por los grupos Mecnico-Tuberas-Instrumentacin y contienen a) Todos los recipientes, con dimensiones, identificacin y todas sus conexiones a las tuberas b) Todos los equipos secundarios, trampillas, filtros etc. c) Todas las vlvulas, drenajes, venteos, an las estaciones de utilidades (vapor, agua, aire), vlvulas de alivio, retencin, etc. d) Todos los instrumentos de medicin y control con sus lneas de transmisin y sus smbolos definiendo si es de control remoto o local

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Cuando la red de conduccin es muy compleja se dividen los P&I en varias hojas donde cada una contiene un rea o servicio Varias hojas (planos) pueden abarcar slo un rea y en es caso se adoptan convenciones de conexin entre los planos para definir la continuacin de una conduccin de un plano a otro.

Diagramas de Proceso e Instrumentacin (P&I)

Normas ISA S5.1 - S5.3

Lneas de instrumentacin (se dibujan ms finas que las de proceso)

Conexin a proceso, o enlace mecnico o alimentacin de instrumentos.

Seal neumtica

Seal elctrica

Seal elctrica (alternativo)

Tubo capilar

Seal sonora o electromagntica guiada (incluye calor, radio, nuclear, luz)

Seal sonora o electromagntica no guiada

Conexin de software o datos

Conexin mecnica

Seal hidrulica

Designacin de instrumentos por crculos:

Montado localmente

Detrs de la consola (no accesible)

En tablero

En tablero auxiliar

Instrumentos para dos variables medidas o instrumentos de una variable con ms de una funcin.

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Fuentes de alimentacin AS: Air Supply. Ejemplo: SA-100: Aire a 100 psi

ES: Electric Supply. Ejemplo: ES-24CD: Alimentacin de 24V de corriente continua.

GS: Gas Supply

HS: Hydraulic Supply

NS: Nitrogen Supply

SS: Steam Supply

WS: Water Supply

Identificacin de instrumentos: (Ver tabla siguiente)

1 letra: Variable medida o modificante

2 y 3 letras: Funcin de salida, de presentacin de datos o modificante.

Adicionales: Identificacin de lazo de control (Asociado a rea o equipo)

Ejemplo:

Designa a un Controlador de Temperatura con capacidad de Indicacin asociado al lazo de control N 60.

Ejemplos varios:

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Tabla de letras de instrumentos y funciones.

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Ejemplo de representacin de un lazo de control: Lazo de control de presin

Ejercicios de lectura de los P&I

Analizar el funcionamiento de los siguientes sistemas de control.

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Alarmas

LAH Alarma de nivel alto

LSL Alarma de nivel bajo

LAHH Alarma de nivel alto alto

LSLL Alarma de nivel bajo bajo

LSH Interruptor (switch) por nivel alto

LDA Desviacin de set point

Simbologa usada en el control digital y distribuido 1. Accesible al operador

1.1 Visualizacin compartida 1.2 Visualizacin y control compartidos 1.3 Acceso a la red de comunicaciones 1.4 Interfase del operador en la red de comunicaciones

2. Interfase auxiliar

2.1 Montado en panel 2.2 Estacin manual

3. No accesible normalmente al operador

3.1 Controlador 3.2 Visualizacin compartida instalada en campo 3.3 Clculo, acondicionamiento de seal en controlador compartido

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Simbologa para ordenadores cuando son elementos aislados, no parte de un sistema de control distribuido general.

Normalmente accesible. Usado habitualmente para designar la pantalla de video.

Normalmente no accesible.

Smbolos para control lgico y secuencial

Para elementos no definidos interconectando control lgico o secuencial.

Control distribuido interconectando controladores lgicos con funciones lgicas binarias o secuenciales. No accesible al operador

Control distribuido interconectando controladores lgicos con funciones lgicas binarias o secuenciales. Accesible al operador

Clculo o acondicionamiento de seal.

Planos de Planta y Elevacin Son realizados en escala. Las ms usuales son : Mtrico 1:50 y 1:25 reas de Proceso (onsite) 1:100 y 1:250 Fuera de reas de Proceso (offsite) 1:10 y 1:25 Detalles 1:250 y 1:1000 Disposicin general Sistema Ingles 3/8" = 1' ; 1/4" = 1' reas de Proceso (onsite) 1" = 20'; 1" = 50' Fuera de reas de Proceso (offsite) 1" = 50'; 1" =200' Disposicin General Antiguamente y hasta aparecer los sistemas grficos (CAD), los tubos de 12" y mayores se representaban en estos planos con doble lnea y su eje, y las de 10" y menores con un slo trazo.

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1 ACTIVIDAD

SIMBOLOGA UTILIZADA EN LOS PROCESOS (TEORA)

1. INTRODUCCIN

1. OBJETIVOS

1. Identificar la simbologa de los elementos habituales utilizados en la regulacin de

procesos.

2. Comprender el significado de las letras que normalmente se utilizan para identificar los elementos en la regulacin de procesos.

2. RECURSOS NECESARIOS

1. Aunque no sea del todo imprescindible, convendra tener los manuales con las

caractersticas fsicas y funcionales detalladas de los sensores-transductores.

2. Aunque no sea del todo imprescindible, convendra tener los manuales con las caractersticas fsicas y funcionales detalladas de los actuadores.

2. APLICACIN

Los smbolos y diagramas utilizados en los controles de procesos contienen, entre otras, la siguiente informacin:

La aplicacin del proceso.

Los tipos de seal utilizados.

La secuencia de conexin de los elementos.

Instrumentacin utilizada.

Esta actividad te ayudar a utilizar e interpretar los smbolos habituales en los controles de los procesos industriales.

3. SIMBOLOGA BSICA

En industria, en la regulacin e instrumentacin de los procesos, la norma que ms se utiliza es la llamada norma ISA (Instrument Society of America). Mediante dicha norma se normalizan las letras y smbolos para la denominacin y la identificacin de los elementos. A continuacin se resumen en una tabla los smbolos ms frecuentes utilizados en las regulaciones de procesos de estas actividades.

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Smbolo Expresin Smbolo Expresin

Intercambiador de calor 1.

Intercambiador de calor 2.

Contenedor hermtico. Recipiente de presin.

Depsito, tanque abierto.

Bomba estndar.

Bomba, compresor o ventilador centrfugo.

Compresor estndar.

Canalizacin.

Indicador. Sensor.

LIC

Transductor de nivel. (L = Level) nivel (C = Control) control

TIC

Transductor de temperatura. (T = Tenperature) (I = Indicator) indicador (C = Control) control

FIC

Transductor del caudal. (F = Flow) caudal (I = Indicator) indicador (C = Control) control

PIC

Transductor de presin. (P = Presion) presin (I = Indicator) indicador (C = Control) control

LA

Alarma de nivel. (L = Level) nivel (I = Indicator) indicador (A = Alarm) Alarma

LS+

Captador de nivel (alto). (L = Level) nivel (S = Switch) Interruptor

LS-

Captador de nivel (bajo). (L = Level) nivel (S = Switch) Interruptor

V-1

Vlvula general. V-3

Vlvula con actuador manual.

V-4

Vlvula con actuador neumtico.

V-5

Vlvula con actuador elctrico.

V-8

Vlvula con actuador elctrico (otro tipo).

V-9

Vlvula proporcional con actuador elctrico.

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3.1. EJEMPLOS

Aplicando la simbologa mencionada, he aqu dos ejemplos. En el primer ejemplo, el lquido extrado de un depsito general debe ser vertido en los otros dos depsitos, manteniendo el volumen (nivel) siempre constante.

LIC 201 LIC 301 LA 301-2 V 302

V 202 LA 201-2

B 300

LS+ 201-3

LS- 201-4

V 203

B 200

P 200

LS+ 301-3

LS- 301-4

V 303

B 100

1. PROCESO 2. PROCESO

V 201

P 300

V 301

LS- 101

V 101

La instalacin consta de los siguientes elementos:

1. depsito (B100):

LS 101 Detector de proximidad capacitivo del nivel mnimo.

V 101 Vlvula general para la interrupcin del paso de lquidos.

2. depsito (B200):

LIC 201-1 Sensor analgico de medicin de nivel (ultrasonido).

LA 201-2 Detector de proximidad capacitivo que funciona como alarma en caso de avera de los dems detectores y, por consiguiente, el lquido del depsito superase el lmite alto.

LS+ 201-3 Detector de proximidad capacitivo para el control del lmite alto del depsito (volumen mximo admitido).

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LS- 201-4 Detector de proximidad capacitivo para el control del lmite bajo del depsito (volumen mnimo admitido).

V 201 Vlvula general manual del primer proceso.

V 202 Electrovlvula que permite el paso del lquido al segundo depsito.

V 203 Vlvula reguladora del consumo de lquido del segundo depsito.

P 200 Motobomba que mantiene constante el nivel de lquido del segundo depsito regulando la velocidad del motor.

3. depsito (B300):

LIC 301-1 Sensor analgico de medicin de nivel (ultrasonido).

LA 301-2 Detector de proximidad capacitivo que funciona como alarma en caso de avera de los dems detectores y, por consiguiente, el lquido del depsito superase el lmite alto.

LS+ 301-3 Detector de proximidad capacitivo para el control del lmite alto del depsito (volumen mximo admitido).

LS- 301-4 Detector de proximidad capacitivo para el control del lmite bajo del depsito (volumen mnimo admitido).

V 301 Vlvula general manual del primer proceso.

V 302 Electrovlvula que permite el paso del lquido al segundo depsito.

V 303 Vlvula reguladora del consumo de lquido del segundo depsito.

P 300 Motobomba que mantiene constante el nivel de lquido del segundo depsito regulando la velocidad del motor.

B-200

P-201

LICLA

LS+

LS-

V-203

B-100

LS-

201-1201-2

201-3

201-4

101

V-101

M3

V 201

V 202

B-300

P-301

LICLA

LS+

V-303

LS-

301-1301-2

301-3

301-4

V-301

V-302

M3

U

U

PID

U

U

PID

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En esta siguiente instalacin se regularn dos procesos diferentes, ajustando una temperatura determinada y manteniendo constante el caudal de agua.

FIC 201-1

La regulacin de temperatura se realiza en el depsito B100. A fin de calentar el agua, regularemos el vapor proveniente de una caldera. Para mantener constante el caudal, se regular la velocidad de la motobomba.

La instalacin consta de los siguientes elementos:

1. depsito (B100): depsito que recibe el agua fra, provisto de un intercambiador de calor para la regulacin de la temperatura del agua.

TIC 101-1 Sensor necesario para la regulacin de la temperatura.

LS 101-2 Detector de proximidad capacitivo del lmite bajo del depsito. (Volumen mnimo admitido para calentar el agua)

LS 101-3 Detector de proximidad capacitivo del lmite alto del depsito. (Volumen mximo admitido para calentar el agua)

V 101 Vlvula proporcional que regula el paso del vapor.

V 102 Vlvula general para la interrupcin del paso del agua caliente.

V 103 Electrovlvula a utilizar para abastecer el depsito de agua fra.

TIC 101-1

V 202

P 200

LS- 101-2

V 101

B 100

V 103

LS+ 101-3

1. PROCESO FIC 301-1

V 302

2. PROCESO

P 300

V 201

V 102

V 301

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Regulacin del caudal del primer proceso:

FIC 201-1 Sensor analgico de medicin del caudal.

V 201 Vlvula general manual del primer proceso.

V 202 Electrovlvula que permite el paso del agua caliente para el primer proceso.

P 200 Motobomba que mantiene constante el caudal de agua caliente para el primer proceso regulando la velocidad del motor.

Regulacin del caudal del segundo proceso:

FIC 301-1 Sensor analgico de medicin del caudal.

V 301 Vlvula general manual del segundo proceso.

V 302 Electrovlvula que permite el paso del agua caliente para el segundo proceso.

P 300 Motobomba que mantiene constante el caudal de agua caliente para el segundo proceso regulando la velocidad del motor.

P-200

LS+

LS-

B-100

101-3

101-2

V-102

M3

V-201

V-103

E-101

V-201 TIC

V-202

P-300

M3

V-301

V-302

FIC

FIC201-1

301-1

101-1

U

UPID

U

UPID

U

APID

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Actualmente algunas empresas de ingeniera que cuentan con sistemas CAD contratan sus planos de tuberas representando con un lnea slo las de 1'/2" y menores ya que el tiempo de elaboracin no difiere entre un tipo de representacin y el otro, con lo que los costos no varan, dependiendo slo de la resolucin con que se dibujan los planos. La ventaja de representar las tuberas con doble lnea consiste en facilitar la visin del espacio que ocupan, detectar posibles interferencias y errores en espaciamiento entre ellos. En reas de gran complejidad, son usados en CAD, planos en 3 dimensiones que suplantan a las maquetas, que ya estn obsoletas por su elevado costo, y que permiten proyecciones axonomtricas desde distintos ngulos. Adems de todos los tubos con sus accesorios los planos de planta y elevacin, realizados en escala, debern incluir lo siguiente: a) Lneas principales de referencia, con sus coordenadas, tales como: lmites de "batera" o rea, lmite de los planos, de caminos y calles, diques, lneas de drenajes, recipientes, equipos, contorno de fundaciones, etc. b) Todos los soportes de tuberas, con numeracin, indicacin convencional del tipo, posicin y elevacin acotadas, inclusive las columnas de apoyo de tubos elevados, indicados por su numeracin c) Todas las plataformas de acceso con posiciones, elevacin y dimensiones acotadas d) Todos los instrumentos, con identificacin, indicacin convencional y posicin aproximada. Los conjuntos constituidos por las vlvulas de control con sus by-pass, vlvulas de bloqueo y regulacin, son representados por todos sus accesorios indicando la identificacin de los instrumentos con la sigla ISO correspondiente e) Indicacin del NORTE de Planta y su ngulo con el geogrfico normalmente dirigido hacia arriba o la derecha del plano f) Lista de soportes con los planos de referencia donde se puedan encontrar los detalles constructivos de los mismos g) Lista de planos de referencia de reas contiguas y plano llave. Rutina para dibujar planos de planta - elevacin 1) Subdividir la Planta de Disposicin General en tantas hojas como sea necesario para que incluya en las escalas definidas todas las reas de trabajo 2) Dibujar los contornos de los equipos principales, recipientes, tanques, fundaciones, columnas, parrales, soportes etc. 3) Fijar cotas y elevaciones de las tuberas 4) Elegir las cotas o elevaciones en que deben ser dibujadas cada planta. Cuando hay varios niveles superpuestos se deben dibujar dos o ms plantas y los cortes requeridos para mayor claridad del plano 5) Dibujar primero los tubos de mayor dimetro y/o que tengan requerimientos especiales.

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6) Fijar las distancias entre ejes de las tuberas principales 7) Dibujar las tuberas secundarias 8) Terminado esto, verificar si concuerda con el diagrama P&I 9) Verificar si todos los trazados tienen suficiente flexibilidad. Donde no se tenga seguridad, enviar a clculo de flexibilidad (ver tema 5) las lneas en cuestin 10) Verificar para cada lnea si los vanos o luces entre vigas o soportes son los apropiados. Si fuera necesario colocar soportes adicionales o modificar el trazado para evitarlos. 11) Verificar interferencias entre tubos y con los equipos 12) Colocar dispositivos de restriccin de movimientos (ver tema 5) como anclajes, patines, guas, etc.) 13) Completar el plano con los siguientes datos : Identificacin de las lneas Coordenadas de los lmites y de las lneas principales Cotas y elevaciones Identificacin de los recipientes, equipos e instrumentos Identificacin y simbologa de los soportes Numeracin de lneas de eje de columnas Lista de soportes Lista de Planos de referencia Planos isomtricos Son planos realizados en perspectiva isomtrica (axonomtrica) con proyecciones a 30 de cada una de las direcciones ortogonales (horizontales) y con las tuberas verticales sin cambio. Se hacen sin escala y sus aplicaciones son variadas, segn sea el caso: 1.- Conjunto de tuberas para ingeniera bsica, abarcando reas completas, facilitan la estimacin de costo de un proyecto 2.- Tubera individual, completa, se utiliza para mantenimiento y montaje 3.- Sector de una tubera, utilizada para fabricacin o para elaborar a partir del isomtrico los planos de fabricacin (pipe spools) y el algunos casos para montaje. Estos casos que anteceden no son los nicos que se pueden mencionar para la aplicacin de isomtricos. Aparte de no hacerse en escala, se diferencian de los planos de planta - elevacin en que todas las tuberas son unifilares. Los codos son representados por curvas, los recipientes y bombas solo por sus nozzles o bridas y las leyendas, cotas, detalle de soportes etc., siguen las direcciones ortogonales.

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Se incluyen, cuando es necesario todas las uniones de tuberas rectas, soldaduras, roscas, etc., en los caso 2 y 3. Tambin estos casos incluyen una lista completa de materiales, salvo que se realicen en un sistema grfico (CAD) donde se obtienen por una base de datos. An as hay mtodos que permiten transformar la base (archivo.dbf) en texto (archivo.txt) que se incluye en el dibujo. Se indica tambin los ejes principales de columnas, referencia a los ejes del parral s es aplicable, la orientacin de planta (NORTE) etc.

Estos esquemas nos dan idea de la disposicin de los aparatos en el espacio y para ello, en caso necesario, se acompaan de dibujos en perspectiva isomtrica que de un golpe de vista indican la disposicin general. Esta disposicin est normalizada por la DIN 5 y hay que hacer las siguientes observaciones: 1) El sentido positivo de Z es en el que se movera un tornillo normal a derechas que girara del eje X al Y, ver Bild 5 de la figura 8.8. 2) Para sealar los tramos que no sean isomtricos se emplean rayados, rayndose dos planos isomtricos que converjan en el tramo citado, siendo uno de ellos siempre el XY, ver Bild 6 y 7 de la figura 8.8.

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Fig, 8-8 disposicion de tuberas segn la norma DIN 5

Si este rayado no fuera conveniente, como indica la norma ISO 6412, puede omitirse; pero en ese caso el rectngulo o el prisma rectangular del que la tubera es la diagonal, debe mostrarse en lnea continua fina. (como se muestra mas adelante)

3) Se representan tambin en isomtrico los diversos elementos en forma de smbolos, orientndolos en la direccin correcta, como se muestra a continuacin y en la figura

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En los isomtricos las soldaduras se indican de la siguiente manera

Las uniones roscadas se indican de la siguiente manera: Las bridas situadas en los tramos horizontales se dibujan en posicin vertical, y las situadas en tramos verticales se dibujan en la orientacin del tramo horizontal Inmediato mas importante

Aunque los tramos sean pequeos deben ampliarse lo suficiente (sin escala) para que quepan todas las notas e indicaciones de soportes necesarias. El dibujo de codos o curvas soldadas ser asi:

Los tramos horizontales llevaran las cotas parciales pero no las totales. Los tramos verticales se acotaran preferentemente por elevaciones absolutas. Los tramos horizontales llevaran indicada la elevacin absoluta de su centro lineal ( a lo largo del tramo). Cuando en un pipe rack las tuberas vayan enrasadas por su generatriz inferior y exista diversidad de dimetros se indicara preferentemente la elevacin de su base BOP (Bottom of pipe) en lugar del centro lineal y asi la elevacin ser la misma para todas las tuberas.

Dos maneras de indicar la elevacin

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En los tramos horizontales con pendiente se indicara asi:

En las deviaciones horizontales de 45 se acotara el ngulo, la hipotenusa y el cateto, en los dems ngulos los dos catetos y la hipotenusa, y en ambos casos se indicara el ngulo recto

En las deviaciones verticales de 45 se acotara el ngulo, la hipotenusa y el cateto siguiendo El sentido de la desviacin. En los dems ngulos se acotaran los dos catetos y