TUBERIAS Y TUBOS

MECÁNICA DE FLUIDOS

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

MECÁNICA DE FLUIDOS

EDISON HERRERA

QUINTO MECATRÓNICA TUBERIAS Y TUBOS

TUBERIAS Y TUBOS

Tubo.- Es una pieza hueca, generalmente cilíndrica y abierta por ambos extremos, que se utiliza en distintas aplicaciones.

Tubería.- Son tubos fabricados de acuerdo a los tamaños normalizados

Normalizaciones

Existe una variada gama de sociedades y asociaciones de normalizaciones tanto en América como en Europa y Asia. Dentro de estas podemos citar las siguientes:

ASA: American Standard Asociation ASTM: American Society Testing Machine ASME: American Society Machinical Energiering API: American Pipe Institute NPS: National Pipe Standard NPT: National Pipe Thread BSPT: British Standard Pipe Thread INN : Instituto nacional de Normalizaciones

Materiales de construcción de las tuberías

Principalmente pueden ser: Tuberías Metálicas Tuberías no Metálicas

Es responsabilidad del diseñador especificar los duelos y tubería para una apli cación en particular, ya que esto tiene una influencia significativa en el costo, duración, seguridad y rendimiento del sistema. Para muchas aplicaciones, es necesario observar los códigos y estándares establecidos por instituciones u organizaciones gubernamen tales como:

American Water Works Association (AWWA) American Fire Sprinkler Association (AFSA) National Fire Protection Association (NFPA) ASTM International (ASTM) [nació como American Societyfor Testing

and Materials] NSF International (NSF) /nació como National Sanitation Foundation] International Association of Plumbing and Mechanical Officials

(IAPMO) International Organization for Standardization (ISO)

TUBERÍAS METÁLICAS

Dentro de los materiales de fabricación de las tuberías el más utilizado es el acero al carbón. Este es fabricado en gran variedad de tamaños y formas para facilitar su obtención.

Para condiciones de trabajo en las cuales sea necesaria una buena resistencia a la corrosión se recomiendan aquellas cuyo material de fabricación sean aleaciones de níquel y cromo.

Tuberías del tipo Hastelloy encuentran el rango de sus dimensiones y tamaños en ½ a 4" NPS.

Tuberías de aluminio sin costuras son construidas para algunas dimensiones estándar y para tuberías extrafuertes. Tuberías de aluminio-bronce se encuentran en los números de lista o schedule 40 y 80 desde ½ a 4". Las tuberías de cobre poseen diámetro nominal igual al las tuberías NPS.

Tuberías de acero

Es frecuente construir con tuberías de acero las líneas de propósito general. Los tama ños estándar de tuberías se denominan por medio de su tamaño nominal y número de cédula. Los números de cédula están relacionados con la presión permisible de opera ción y el esfuerzo permisible del acero en la tubería. El rango de números de cédula va de 10 a 160, y los más altos indican un espesor mayor de pared. Debido a que todas las cédulas de tuberías de un tamaño nominal dado tienen el mismo diámetro exterior, las más grandes tienen un diámetro interior más pequeño. Al sistema de números de cédula también se le conoce como ¡ron Pipe Sites (IPS). Las series más completas de tuberías de acero disponibles son las cédulas 40 y 80. En el apéndice F presentamos datos para estas dos cédulas, en unidades del SI y del Sistema Tradicional de Estados Unidos. Para conocer un método de cálculo del espesor mínimo aceptable de la pared de ductos consulte ANSÍ/ASME Standard B31.1-1998: Power Piping.

Tamaños nominales de tuberías en unidades métricas Debido a la larga experiencia en la fabricación de tuberías estándar de acuerdo

con los números de cédula estándar, es frecuente que se sigan usando aun cuando las especifi caciones del sistema de tuberías estén en unidades métricas. Para tales casos, la Inter national Standards Organization (ISO) estableció el siguiente conjunto de equivalencias. El símbolo DN denota el diámetro nominal (diamelre nominel) en mm.

Tubos de acero

Se utiliza tubos estándar de acero en sistemas de fluidos de potencia, condensadores, intercambiadores de calor, sistemas de combustible de motores y sistemas industriales de procesamiento de fluidos. A los tamaños se les denota por medio del diámetro exterior y el espesor de pared.

Tubos de hierro dúctil

Es frecuente que las líneas para agua, gas y drenaje estén hechas de tubo de fierro dúctil, debido a la relativa resistencia, ductilidad y facilidad de manejo de este material, muchas aplicaciones ha remplazado al hierro fundido. Junto con los tubos se suministra accesorios estándar para hacer una instalación conveniente en la superficie o en subsuelo. Se dispone de varias clases de tubería de hierro dúctil para uso en sistemas con un rango de presiones. Los diámetros reales interior y exterior son más grandes que los tamaños nominales.

Tubos De Fundición

Tuberías de agua y de gas: Existen en el comercio con empalmes de enchufe y cordón y con platinas.

Tubos bajantes de fundición para instalaciones de desagüe: Las normas para los tubos bajantes (codos de desagüe, tubos y codos de reducción, piezas en S, piezas en T oblicuas y piezas en cruz) están contenidas en las DIN 538 a 545. Las normas para tubos bajantes normales ligeros se encuentran en las DIN 1172 a 1178.

Tubos de acero moldeado: Se construyen principalmente de tubos cortos, codos y piezas de enlace. No existen todavía normas para ellas; las platinas se rigen por las DIN 2543 a 2547.

Tubos De Acero Dulce Tubos roscados: En sus extremos se suministran con tubos

sin costuras para gas y vapor o, en construcción más barata, como tubos para gas y vapor soldados al tope, que no permiten una gran flexión sin rajarse. Se construyen con diámetros nominales desde 1/8 hasta 4"(mas raramente hasta 6").

Tubos sin costura: Pueden ser estirados en frío o en caliente (hasta un diámetro nominal aproximadamente de 25 mm); para un diámetro nominal mayor de hasta 620mm son laminados en caliente (procedimiento Mannesmann). Para presiones de hasta 25 Kg/cm2 de presión nominal son corrientes en el comercio (DIN 2449); para presiones hasta 100 Kg/cm2 según la DIN 2450 (st 34), 2451 (st 45) y 2455 (st 55) y para mayores presiones pueden también ser suministrados con pared más gruesa.

Son suministrados también como tubos de enchufe y cordón a la manera de los tubos de fundición de la misma clase. Sus ventajas son una gran longitud de fabricación (hasta 15 m) y la posibilidad de soldarlos en los puntos donde se empleen, seguridad contra la rotura a causa de fuerzas exteriores y hundimientos del terreno, escaso peso para el transporte.

Tubos soldados: Se suministran o bien como tubos soldados o recubrimiento con gas de agua para diámetros por encima a los 300 mm con todas las dimensiones que se deseen y para todas las presiones hasta 80 Kg/cm2 aproximadamente, o como tubos con soldadura autógena por encima de 50 mm de diámetro, en los cuales, sin embargo, la presión admisible depende de la bondad de la soldadura.

Tubos remachados: Solo entran en consideración a partir de un diámetro nominal de 60 mm, lo mismo que los de soldadura autógena, no son apropiados más que para presiones pequeñas.

Tubos de cobre, bronce y de latón: Con soldadura fuerte(es decir, con costura) que se hallan en el comercio en longitudes de hasta unos 4 m, o estirados ( sin costuras) en longitudes desde 3 hasta 7 m y precisamente :

Como tubos de cobre y bronce con diámetros D=3 a 380mm y gruesos de pared S=1 hasta 10mm según DIN 1754. Tubos de latón con un diámetro exterior D = 5 a 180mm y S = 0.5 a 5 mm. Tubos de cobre sin costura con D= 3 a 3880mm aproximadamente y S = a.5 a 15mm.

Los tubos mayores solo se fabrican soldados, el estañado de los tubos por dentro y por fuera o por ambas partes a la vez implica un suplemento de precio. Los tubos se suministran con la dureza del estirado, pero sobre pedido se suministran también recocidos sin aumento de precio.

Tubos de cobre

Presentamos seis tipos de tubos de cobre, y la selección de alguno depende de la aplicación, de consideraciones ambientales, presión del fluido y las propiedades de éste Veamos una descripción breve de los usos más comunes:

Tipo K: se emplea para el servicio con agua, combustibles, gas natural y aire comprimido. Tipo L: similar al tipo K, pero con un espesor de pared menor. Tipo M: similar a los tipos K y L, pero con espesor de pared más pequeño; es preferible

para la mayoría de servicios hidráulicos y aplicaciones de calor a presiones moderada. Tipo DWV: se utiliza en drenaje, desechos y ventilación en sistemas de plomería Tipo ACR: acondicionamiento de aire, refrigeración, gas natural, gas licuado de pe tróleo (LP) y

aire comprimido. Tipo OXY/MED: se emplea para la distribución de oxígeno o gases medicinales, aire

comprimido en la medicina y aplicaciones de vacío. Hay disponibles tamaños simi lares a los tipos K y L, pero con procesamiento especial para tener una limpieza maya

El tubo de cobre disponible es suave, recocido o estirado en frío. Este último tipo es más rígido y fuerte, conserva su forma recta y soporta presiones mayores. La tubería recocida es más fácil para serpentines y adopta otras formas especiales. Los tamaños nominales o estándar de los tipos K, L, M y DWV son de 1/8 de pulgada menos que el diámetro exterior real. Los espesores de pared son diferentes para cada tipo, de modo que varían el diámetro interior y las áreas de flujo. Suele conocerse a este sistema de dimensiones como Tamaños de tubo de cobre (CTS, por sus siglas en inglés). El tamaño nominal para la tubería tipo ACR es igual al diámetro exterior.

 Tubos flexibles:

Mangas metálicas sin costura: Son tubos ondulados de tumbaga. Son tubos estirados sin soldadura, en los cuales se laminan luego surcos en espiral. Protegidos por una envoltura, simple o doble, de tejido metálico prensado (que no disminuye la flexibilidad del tubo). Con refuerzo de alambre de latón enrollado en espiral y doble envoltura de tejido metálico resisten 9 a 10 veces más. Guiando los tubos debidamente, la dilatación o contracción elástica llega a 50mm por metro o más (desde 15mm de diámetro interior). Aplicables a las conducciones de aire, gas, vapor, etc. además como compensadores de dilatación.

Tubos metálicos flexibles: Formado por cinta (acedo, cobre, latón alpaca) de perfil especial enrollada en hélice de modo que sus bordes encajen dando flexibilidad transversal y longitudinal. Entre las espiras va un cordón de goma o de amianto (según el fluido y la temperatura). Estos flexibles sencillos se fabrican de a 200mm de diámetro interior probados a 6 at.

Flexibles sencillos: Protegidos por un trenzado metálico, con refuerzo de espiral de alambre (enrollado al revés del tubo); no pueden destorcerse. Se fabrican de 10 a 150mm de diámetro interior probados a 20.15 o 12 at (según aumenta el diámetro).

Flexibles dobles: D = 10 a 150mm, probados a 20 o 12 at. Sobre el tubo interior se enrolla en sentido contrario una cinta parecida (pero sin junta) que evita el aflojamiento de las espiras.

Flexible universal "Hydra”: Un rebordeado especial de las espiras evitan que se aflojen, sin emplear doble tubo ni trenza protectora D=12 a 75mm; probados a 20 o 15 at, según el diámetro.

TUBERIAS NO METALICAS

Las tuberías no metálicas utilizadas en procesos industriales están fabricadas en una gran variedad de materiales dentro de los cuales se destacan:

Plásticos, Cerámicos, Vidrio, Sílice fundida Carbón Rubber

 De todos estos materiales, el grupo más utilizado es el de los plásticos. Las tuberías de plástico tienen gran resistencia a las soluciones alcalinas, cerca de todo tipo de ácidos y otros fluidos corrosivos. Además son resistentes a todo tipo de bacteria, algas y principalmente son no tóxicas. Las tuberías de plásticos ofrecen la ventaja de pesar la mitad o menos de la gran mayoría de las tuberías metálicas.

La principal desventaja de las tuberías de plástico es la tendencia de estos a sufrir algún tipo de deformación cuando están sometidas a determinadas temperaturas de trabajo e igualmente a determinados esfuerzos de trabajo, también hay que tener en cuenta la facilidad con que las tuberías de plástico se rompen bajo una carga elástica.

Por otra parte los termoplásticos tienen una gran importancia comercial en las tuberías de polietileno PE, PVC, ABS, CAB.

Tubería de PE: Es el más utilizado de los termoplásticos. Este posee excelentes cualidades en su peso, flexible y muy buenas propiedades para los impactos, además posee una adecuada resistencia a la corrosión. Sin embargo, está sujeto a los ataques de los hidrocarburos. La gran desventaja de las tuberías de PE es la baja resistencia mecánica a los esfuerzos y estructuras rígidas. Se utiliza generalmente a temperaturas de 120 º F.

Tubería de PVC: Poseen una relativa resistencia al esfuerzo y al modulo de elasticidad. Este es el más fuerte de la mayoría de las tuberías fabricadas con termoplásticos. Puede ser utilizado a temperaturas mayores de 150ºF

Tuberías de ABS: También poseen una alta resistencia al impacto. Poseen además la mayor resistencia al calor que la mayoría de las tuberías fabricadas con los materiales termoplásticos, estos pueden ser utilizados a temperaturas sobre los 180ºF, sin embargo, su resistencia al ataque de químicos que la del PVC.

Tuberías de CAB: poseen resistencia al impacto y tienen una ventaja adicional para la transparencia. Sin embargo posee bajas cualidades mecánicas y solamente una moderada resistencia a las temperaturas, químicos y al calor.

Manguera hidráulica

En los sistemas de fluidos de potencia y en otras aplicaciones industriales, donde las líneas de flujo deben prestar servicio cambiante, se usan con frecuencia las mangueras flexibles reforzadas. Los materiales con que están hechas incluyen butil caucho, caucho sintético, caucho de silicón, elastómeros termoplásticos y nylon. El refuerzo trenzado está consti tuido de alambre de acero, kevlar, poliéster y tela. Las aplicaciones industriales incluyen vapor, aire comprimido, transferencia de químicos, enfriadores, calentadores, transferen cia de combustible, lubricantes, refrigerantes, almacenamiento de papel, fluidos de po tencia para dirección, propano, agua, alimentos y bebidas. El Estándar Internacional SAE J517, Hydraulic Hose, define varios tipos y tamaños estándar de acuerdo con su ca lificación de presión y capacidad de flujo. Los tamaños incluyen diámetros interiores de 3/16, ¼, 5/16, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 1,11/4,11/2 2, 2'/2, 3, 3'/2 y 4 pulg. Las calificaciones de presión varían de 35 psig a más de 10 000 psig (240 kPa a 69 MPa) con objeto de cubrir tanto las aplicaciones de fluidos de potencia de alta presión y elevadores hidráu licos, como la toma de baja presión y líneas de retorno y aplicaciones de transferencia de fluidos de baja presión.

Tubos para conducción de los fluidos (líquidos y gases)

Tubos para conducción de fluidos (líquidos y gases): Alta Presión

 Tubos para conducción de los fluidos (líquidos y gases): Presión Intermedia (Normas Internacionales)

PRESION

Presión estática, producida por los fluidos en reposo sobre las paredes del recipiente.

Presión dinámica, producida sobre una superficie perpendicular a la dirección del movimiento de un fluido.

Tubo Pitot

El tubo de Pitot puede ser definido como el instrumento para medir velocidades de un flujo mediante la diferencia de presiones estática y dinámica en una línea de corriente.

La explicación de su funcionamiento y principio se complementa con la figura.

Supóngase un fluido que circula a través de una tubería. Tal instrumento contiene un orificio principal por donde se mide la presión dinámica, en efecto el fluido tiene velocidad cero en ese punto pero como la presión total se mantiene sobre una línea de corriente se debe cumplir que:

 donde en 1 el fluido tiene velocidad v que es la que queremos medir.

También ocurre que todo perfil de velocidades tiene valor cero (v=0) en los puntos solidarios a un objeto, sea cualquier pared de este, por lo que se confeccionan agujeros al costado del tubo para medir la presión estática, pues v=0.

Bibliografía

http://www.geocities.com/MadisonAvenue/6883/trabajos/3tuberias/tuberias98.htm

http://www.unicon.com.ve/conduccion_tubos_alta_presion.html