TUBERÍAS Y CAÑERIAS - TP 3 - Sistemas Mecanicos - Prof. Hugo Pietropaoli

TUBERIAS Y CAÑERIAS

Definición de tubería o cañería

La definición de este término es un sistema de tubos o caños, ensamblados con la finalidad de conducir o transportar distintos fluidos, como líquidos o gases aunque también pueden servir para transportar otro tipo de materiales tales como hormigón, cemento, cereales, pulpas, documentos encapsulados, etcétera.

También se designa con este término al conjunto de tubos.

Cabe aclarar que son conductos de sección circular, diferenciándose de los conductos que pueden tener otro tipo de secciones como por ejemplo los ductos de aire acondicionado o ventilación que son de sección rectangular, cuadrada u otra forma.

Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza la denominación específica de oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza la denominación específica de gasoducto. Hay tres métodos de fabricación de tubería.

    Sin costura (sin soldadura). La tubería se forma a partir de un lingote cilíndrico el cual es calentado en un horno antes de la extrusión. En la extrusión se hace pasar por un dado cilíndrico y posteriormente se hace el agujero mediante un penetrador. La tubería sin costura es la mejor para la contención de la presión gracias a su homogeneidad en todas sus direcciones. Además es la forma más común de fabricación y por tanto la más comercial.

Con costura longitudinal. Se parte de una lámina de chapa la cual se dobla dándole la forma a la tubería. La soladura que une los extremos de la chapa doblada cierra el cilindro. Por tanto es una soldadura recta que sigue toda una generatriz. Variando la separación entre los rodillos se obtienen diferentes curvas y con ello diferentes diámetros de tubería. Esta soldadura será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión máxima admisible.

Con soldadura helicoidal (o en espiral). La metodología es la misma que el punto anterior con la salvedad de que la soldadura no es recta sino que recorre la tubería siguiendo la tubería como si fuese roscada.

Las tuberías se construyen en diversos materiales en función de consideraciones técnicas y económicas. Suele usarse el Poliéster Reforzado con fibra de vidrio (PRFV), hierro fundido, acero, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, PVC, un polietileno de alta densidad (PEAD), etcétera. Actualmente, los materiales más comunes con los que se fabrican tubos para la conducción de agua son: PRFV, cobre, PVC, polipropileno, PEAD y acero.

Códigos Internacionales

·  ASME B31.1 - Tuberías en plantas de generación

·  ASME B31.3 - Plantas de proceso

·  ASME B31.4 - Transporte de hidrocarburos líquidos, gas petrolero, Andhydroys Anmonia y Alcoholes

·  ASME B31.5 - Tuberías para refrigeración

·  ASME B31.8 - Conducciones de gas

·  ASME B31.9 - Tuberías para edificios de servicios

Entre sus usos están:

-sistema de abastecimiento de agua potable.

-riego por presión.

-desagües

-gas

-calefacción y climatización.

-en la industria para:

–transporte

–sustancias químicas.

–energía hidráulica, entre otros.

En tanto, la PAP o tubería multicapa consiste en un sistema integrado de tuberías de polietileno reticulado con interior de aluminio. Este tipo de tubos se usan para suministrar agua caliente y fría en instalaciones de plomería, calefacción y losa radiante.

Por otra parte, este sustantivo identifica, dentro de la Industria y el comercio, la fabricación o el comercio relacionado con los tubos.

Para la Informática una tubería o llamada “cauce” o en inglés “pipe” es una cadena de procesos que se conectan de tal manera que la salida de un elemento dentro de la cadena corresponde a la entrada del siguiente. Esto permite la sincronización y comunicación entre procesos que no viene a este caso específicamente.

Por otra parte, la etimología de este sustantivo se remonta a la palabra tubo y esta procede del latín (tubo es una palabra originaria del latín. Deriva de tubus, tubi cuyo significado es tubo o conducto y también se llama de esa manera a las trompetas que utilizaban los romanos en ritos, a su vez este término tiene una variante femenina: tuba, tubae con el concepto de trompa, y trompeta militar). A esa raíz se le añade el sufijo -ería cuyo significado es  relativo a, tienda o negocio. Por lo tanto el concepto de este vocablo es el negocio donde se venden tubos o lo relativo a los tubos.

Diferencias Entre Tubería de Acero Sin Costura y el Tubo de Soldadura

La tubería sin costura (o tubería de acero estirado) se fabrica a partir de un lingote de acero cilíndrico utilizando procesos de laminado en caliente, laminado en frío o trefilado en frío, sin ninguna costura (soldadura) en el cuerpo del tubo.

El tubo de soldadura (o con costura) se fabrica a partir una lámina o placa de acero plana, y se realiza una costura soldando el cuerpo del tubo. Este tipo de tubos incluye el tubo ERW, el tubo LSAW, y el tubo SSAW.

Octal ofrece explicaciones sobre las diferencias entre la materia prima de los tubería de acero sin costura y con soldadura, sus procesos de fabricación, rendimientos, apariencias, tamaños, usos, precios, etc.

Cómo se fabrica la tubería sin costura

Las tuberías de acero API 5L y ASTM sin costura emplean un lingote o cilindro de acero sólido como materia prima, que luego es perforado y se moldea pasando por un proceso de laminado caliente, laminado en frío, o trefilado en frío. La tubería de acero sin costura se forma utilizando procesos como forjado de palanquilla, perforación, laminado, moldeado y otros. Las tubería de acero sin costura con diámetros y espesor de pared más amplios normalmente se fabrican de esta forma. La tubería sin costura también puede emplear la tecnología del trefilado en frío, es decir con bajas temperaturas, para su fabricación. El resultado es un material con una resistencia relativamente baja, pero con una superficie interna bastante lisa. Los tubos con menor diámetro y espesor de pared generalmente se fabrican con este método. Las tuberías sin costura son laminadas utilizando acero con estructura de carbono, una aleación baja en acero, o un acero aleado con base de acero inoxidable. Los tubos de acero sin costura tienen muchos fines en varias industrias: son usados para la instalación de tuberías, servicios e industrias térmicas, mecánicas, químicas, etc.

Cómo se fabrica el tubo de soldadura

Los tubos de acero API 5L o ASTM con soldadura (o con costura) incluyen tres tipos de tubos: el tubo de acero LSAW, el SSAW, y el ERW. Estos tubos están hechos a partir de una lámina o placa de acero. El proceso de fabricación comienza con el doblado de la placa o lámina de acero, luego se realiza la soldadura para lograr la forma cilíndrica, cuadrada, o cualquier forma deseada. El tubo de soldadura tiene las características de ser muy eficiente en cuanto a producción masiva, bajos costos y ahorro de material. Se ha utilizado ampliamente en aviación, la industria aeroespacial, energética, electrónica, automotriz, industria ligera (liviana), y otros sectores. También se destaca por su resistencia a la corrosión en medioambientes con altos niveles de acidez.

¿Por qué Deberías Comprar Tubería de Acero sin Costura?

El motivo por el cual la mayoría de las personas prefieren tubería sin costura en lugar de aquellos con soldadura (con costura) es porque pueden soportar presiones muy altas sin agrietarse. Las tuberías con costura o soldadura no pueden hacer lo mismo, ya que la costura, es decir, el punto donde la lámina se ha soldado, es muy vulnerable a las grietas en condiciones de alta presión. Además, es muy fácil calcular los niveles de presión máxima para la tubería sin costura. Estos tubos son más delgados y ligeros que los tubos con soldadura, y también cuentan con una forma uniforme ya que se fabrican a partir de una aleación que pasa por un proceso de extrusión. Si estás pensando en comprar tubos de acero sin costura de la más alta calidad, considera la tubería API 5L y ASTM que ofrecemos en Octal Steel.

Resumen sobre las diferencias entre el tubería sin costura y tubería soldada

El tubo de acero API 5L / ASTM sin costura y el tubo ERW con soldadura tienen unas diferencias que veremos a continuación:

1. Diferencia de apariencia

El tubo de acero sin costura utiliza una palanquilla o lingote cilíndrico de acero como materia prima. Los defectos exteriores de esta palanquilla no pueden ser removidos en el proceso de laminado en caliente, sino que solo puede pulirse cuando la fabricación del producto ha finalizado. En el proceso para reducir el espesor de pared, este defecto solo puede ser parcialmente removido, mas no en su totalidad.

La tubería soldada se fabrica a partir de un rollo laminado (o estirado) en caliente como materia prima. La calidad exterior de este rollo equivale a la calidad exterior del tubo, y es fácil de manejar. La superficie obtenida a partir del rollo laminado es de alta calidad.

Por lo tanto, la superficie del tubo de soldadura siempre será mejor que la del tubo sin costura.

2. Diferencias en el proceso de moldeado

La tubería sin costura solo puede moldearse una vez en el proceso de laminado.
En cambio, la fabricación de la tubería soldadura puede ser a partir de una lámina o placa de acero, lo cual puede implicar doblado, laminado, y otros diferentes procesos de soldaduras.

3. Rendimiento y Uso

La tubería de acero sin costura soporta mejores niveles de presión, por lo que su resistencia es mayor a la de la tubería ERW con soldadura. Por esta razón, es muy común encontrar este tubo en equipos de alta presión, o industrias térmicas que trabajen con calderas.
Por lo general, la costura del tubo de soldadura es su punto débil, y esta cualidad afecta su rendimiento final.

Usualmente, los tubos de acero con soldadura pueden soportar hasta 20% menos presión que aquellos sin costura. Esta fiabilidad es el factor principal que consideran las personas al elegir el tubo sin costura. De hecho, todas las tuberías industriales se realizan con tubos sin costura ya que son capaces de soportar cargas y niveles térmicos, químicos y mecánicos extremos. Las tuberías con soldadura son más preferidas en las industrias aeroespacial, automotriz y electrónica, donde el presupuesto es relativamente menor, al igual que los niveles de presión que experimentan las tuberías.

4. Diferencias en tamaños disponibles

La mayoría de los fabricantes de tubos de acero en China producen tubos sin costuras con un diámetro exterior (OD) de 20 pulgadas (508 mm). Usualmente, el diámetro promedio es menor a 16 pulgadas (406.4 mm) debido a los límites en los equipos de fabricación. Si el cliente desea comprar tubos sin costura con tamaños mayores a estos, se utiliza maquinaria para expandir el material en caliente. Sin embargo, la calidad del tubo expandido en caliente no es igual a la del tubo de acero sin costura original.

Por el contrario, el tubo de acero con soldadura no tiene estas limitaciones, con tamaños disponibles que van desde 1-1/2 pulgadas (48.3mm) hasta 100 pulgadas (2540 mm).

5. Costos y precios

Generalmente, el costo de la tubería sin costura es más alto que el del la tubería con soldadura; esto se debe a la materia prima y a los equipos de fabricación y procesos empleados. Pero a veces, debido a las fluctuaciones en el mercado, la tubería con soldadura tiene un costo más alto, por lo que si llegas a conocer este tipo de situación, no dudes en comprar tubería sin costura para las mismas dimensiones.

DIFERENCIA ENTRE CAÑOS (pipe) Y TUBOS (tubes)

La denominación de "caño"(pipe) identifica a estos materiales por dos características fundamentales:

1) Sus diámetros nominales en pulgadas NO coinciden con los exteriores hasta 12"
inclusive. De 14" en adelante el diámetro nominal coincide con el diámetro exterior.
2) Sus espesores son clasificados en series (Schedule) que se obtienen por una fórmula
de aproximación empírica:

SCH. =1000P/S

P = presión interna en psi

S = tensión admisible del material en psi

En cambio los "tubos" (tubes) se caracterizan por:

3) Sus diámetros nominales COINCIDEN con los diámetros exteriores.

4) Sus espesores se definen por un número de calibre o gaje BWG (Birmingham WireGage)

Para identificar un caño, basta pedir, por ejemplo 2" Sch. 40
significa un caño de 2,375" de diámetro exterior y 0,154" de espesor.

Para identificar un tubo, basta pedir, por ejemplo 2" BWG 12 significa un tubo de 2" de diámetro exterior y 0,109" de espesor. Como se ve, son dos productos totalmente diferentes, aunque puedan ser usados para servicios idénticos

Aparte de las diferencias en denominación, dimensiones y materiales, los tubos y caños se
aplican para usos totalmente distintos.

Cuando la conducción constituye en sí misma un elemento estructural se deberán utilizar
caños, por su resistencia como tal. Del mismo modo, los diámetros de fabricación de los caños son mucho más amplias que la de los tubos que rara vez pasan las 6", siendo su uso más difundido hasta 2". Por otra parte, los requerimientos de fabricación de los tubos son más exigentes que los de los caños.

Así, rara vez se usan caños para un intercambiador de calor, donde el sellado se efectúa por
mandrilado. El calibrado de los tubos y un menor espesor uniforme garantiza un mejor intercambio térmico sin que aumente rápidamente el ensuciamiento del equipo.

ACCESORIOS DE CAÑERIA

Accesorios: Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso. Los accesorios se especifican por el diámetro nominal de la tubería, el nombre del accesorio y el material. Se agrupan en tres clases generales:

- Roscados

- Soldados

- Bridas

Accesorios Roscados: Se usan generalmente en instalaciones de tuberías de 2 ½ pulgadas de diámetro, o menos. Se usa un compuesto (aceite y plomo) en las conexiones roscadas como lubricante y para sellar cualquier irregularidad. La rosca normalizada americana es de dos clases: cónica y paralela.

La rosca cónica, tiene una conicidad de 1/16 por pulgada en las rocas externas o internas.

Con esta conicidad se fija la distancia que la tubería entra en el accesorio y se asegura un acoplamiento ajustado. Se identifica esta rosca en los dibujos como NPT y se pueden dibujar con la conicidad o sin ella.

Las roscas paralelas se identifican en los dibujos NPTS y se usan en casos especiales, así como también tienen el mismo número de filetes por pulgada que las cónicas.

Se debe suponer que todas las roscas de tubería son cónicas a menos que se especifiquen lo contrario.

Accesorios soldados: Se usan cuando las conexiones deben ser permanentes y en líneas de alta presión y temperatura. Otras ventajas sobre los accesorios de bridas o roscados son: las tuberías soldadas son más fáciles de aislar, se pueden colocar más cerca las unas de las otras y pesan menos. Los extremos de la tubería y los accesorios se biselan para poder acomodar la soldadura. Se pueden usar anillos de empalme cuando la tubería soldada se debe desmontar periódicamente.

Accesorios de bridas: Proporcionan una forma rápida de desarmar tuberías. Las bridas se unen a los extremos de las tuberías por medio de soldadura, rosca o solapándolas. Las caras de las bridas se acoplan entonces por medio de pernos, cuyo tamaño y espaciamiento se determina por el tamaño y presión de trabajo de acoplamiento.

Codos: son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías. Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza con características específicas.

Codo de 45°

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Vidrio, Cobre, Latón, CPVC, Asbesto.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼'' hasta 120''.

Angulo: existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o desplazamiento que requiera la línea

Radio: dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos, pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extra largo.

Espesores: determinada por el grosor de la pared del codo

Aleación: tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo

Junta: procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo y puede ser: soldable a tope, roscable, embutible.

- Aplicación: Realizan el cambio de dirección de una tubería en 45°

Codo de 90°

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero  inoxidable, Vidrio, Cobre, Latón, CPVC, Asbesto.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio del codo entre sus paredes existen desde ¼'' hasta 120''.

Angulo: existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o desplazamiento que requiera la línea

Radio: dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos, pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extra largo.

Espesores: determina el grosor de pared del codo

Aleación: tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo.

Codo de 180°

Junta: procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo y puede ser: soldable a tope, roscable, embutible.

Aplicación: Realizan el cambio de dirección de una tubería en 90°

Para este son las misma especificaciones que para el codo de 45° y para el de 90°.

Tee

Tee Recta

- Tipos: Acero al carbón, Aleación, Acero inoxidable, Acero de baja temperatura, Acero de alto rendimiento

- Características:

Tamaño de las uniones en T rectas: T recta sin costura: 1/2″~32″ T recta: 6″~60″

Grosor de la pared: sch10, sch20, sch30, std, sch40, sch60, xs, sch80, sch100, sch120, sch140,

sch160, xxs, sch5s, sch20s, sch40s, sch80s, Grosormáx. de la pared: 200mm

- Aplicación: estos accesorios ofrecen un medio alternativo de conexión a un cabezal principal, sin necesidad de reforzamiento; generalmente están preformados a la curvatura de la tubería a la cual se van a unir.

Tee Reductora

- Tipos: Acero al carbón, Aleación, Acero inoxidable, Acero de baja temperatura, Acero de alto rendimiento

- Características:

Tamaño de las uniones en T reductoras: T de reducción sin costuras: 1/2″~32″ T de reducción: 6″~60″

Grosor de la pared: sch10, sch20, sch30, std, sch40, sch60, xs, sch80, sch100, sch120, sch140,

sch160, xxs, sch5s, sch20s, sch40s, sch80s, Grosormáx de pared: 200mm

Aplicación: Son accesorios que se fabrican de diferentes tipos de materiales, aleaciones, diámetros, se utiliza para efectuar fabricación en líneas de tubería.

Cruces Rectas y Reductoras

Las primeras se pueden obtener generalmente en almacén, pero las reductoras son de muy difícil obtención;

Es preferible usar tés y no cruces debido a su economía, obtenibilidad y disminución de número de artículos en inventario para mantenimiento; a excepción de donde el espacio es restringido en tuberías marinas o trabajos críticos. No se necesita reforzar la unión.

Tapón Macho

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio del codo entre sus paredes.

Aplicación: La mayoría de estos accesorios se usan en tuberías de servicios (aguas, vapor, aire, etc.); no se usan salvo pedido específico y estudio detallado en las tuberías de proceso, aunque sus rangos de presión y temperatura sean apropiados.

Tapón a fricción

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero

Inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio del codo entre sus paredes.

Aplicación: se refiere como los tapones de la tapa, ya que funcionan como las dos tapas y tapones, el plástico StockCap tapón (o T-Plug). Su diseño cónico se enciende fácilmente como una gorra, mientras que proporciona la funcionalidad perfecta para un tapón.

Reducción Bushing

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio entre sus paredes.

- Aplicación: son accesorios de forma cónica, fabricadas de diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías.

- Estándar concéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido aumentando su velocidad, manteniendo su eje.

Reducción Campana

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio entre sus paredes.

Estandar excéntrica: es un accesorio reductor que se usa para disminuir el caudal del fluido en la línea aumentando su velocidad perdiendo su eje.

Aplicación: son accesorios de forma cónica, se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías.

Diámetro: Es el tamaño del orificio entre sus paredes

Aplicación: Junta uniones, válvulas, filtros, accesorios; básicamente es un tramo de tubería roscado que se puede hacer en campo, aunque es preferible comprarlo hecho, sobre todo si lleva algún recubrimiento (galvanizado).

Cople o cupla Roscado

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio entre sus paredes.

Aplicación: Une tuberías y accesorios en línea recta que tengan extremos roscados.

Cople o cupla Reductor

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

Diámetro: Es el tamaño del orificio entre sus paredes.

Aplicación: Une tuberías roscadas de diferentes diámetros, se puede fabricar a partir de piezas forjadas.

Niple

- Tipos: PVC, Galvanizados, Cobre, Acero al Carbón, Acero Inoxidable, Aleaciones, Acero inoxidable, Cobre, Latón.

- Características:

- Se usa para realizar conexiones roscadas a recipientes sin presión o a baja presión, la longitud total es generalmente 150 mm, con rosca cónica para tuberías para tuercas de cierre (no se recomienda el uso de este artefacto).