Tuberias industriales

Es de gran importancia aclarar la diferencia que existe entre los términos “tubería” y “tubo”,
pues comúnmente son confundidos. La Tuberías corresponde al conjunto conformado por el
tubo, los accesorios, las válvulas, etc; encargados de transportar los gases o líquidos que así lo
necesitan. Mientras que el Tubo es aquel producto tubular con dimensiones ya definidas y de
material de uso común.

Las tuberías con destinación industrial tienen una muy amplia aplicación, pues es por medio de
ellas que se transportan todos los fluidos (gases, mezclas, líquidos, etc) para optimizar y no
limitar los procesos industriales. Existen tubos con costura y sin costura, la diferencia entre
ellos radica en el modo de fabricación. Los primeros basan su manufactura en la soldadura,
mientras los segundos no

Modo de Especificación

 Denominación: Diámetro, Costura, Sch, Material, Longitud, Tolerancia.

o Diámetro: Diámetro nominal de la tubería en pulgadas.

o Costura: SMLS (Tubería sin costura), Welded (Tubería con costura.

o Sch: Schedule de la tubería.

o Material: Material de la tubería. Ej. ASTM A 106 gr. B

o Longitud: Longitud por pieza. Ej. Piezas de 6m de largo.

o Tolerancia: Tolerancia de longitud de la tubería.

Ejemplo de especificación de una tubería:

Tubería 3”, con costura (Welded), Sch 80, extremos para soldadura a tope (BW), según ASTM
A120, galvanizada.

Procesos de Manufactura:

En la industria existen varios tipos de acabados de tubos utilizados para la instalación de

sistemas. Comúnmente, o en su mayoría, los tubos de acero que se fabrican son del tipo sin
costura (sin soldadura lateral), los cuales se manufacturan por medio de perforación y forja,
torneado y calibración del hueco. Los tubos con costura (producidos por soldadura) se fabrican
por soldadura de arco sumergido, por soldadura por resistencia eléctrica y por soldadura
eléctrica por fusión.

Accesorios de Tuberías:

Estos son todos aquellos elementos que instalados en conjunto con el tubo, conforman el
sistema de tuberías.
En todo sistema de tuberías se hacen presente los siguientes elementos:

 Codos de 90º (radio corta o radio largo)

 Codos de 45º (radio corto o radio largo)

 Tee rectas o reductoras

 “Y” laterales

 Bridas

 Empacaduras

 Pernos

 Válvulas de todos los tipos.

¿Cómo especificar algún accesorio?

Es importante saber que cuando se va a realizar la adquisición de los materiales involucrados

en el desarrollo de un Proyecto, se cuenta con una amplia gama especificaciones que definen
las características del accesorio.

Codos:

 Denominación: Angulo, Diámetro, Tipo de Radio. (Sch o Rating), Extremos, Material.

o Angulo: Angulo de giro para el Fluido. Ej. 90º.

o Diámetro: Diámetro nominal del codo. Ej. 2”

o Tipo de Radio: Radio Largo o Radio Corto (no usado en Refinerías).

o Sch: Schedule del codo (solo para codos de diámetro mayor de 2” Ej. Sch40

o Rating: Rating del codo (solo para codos de diámetro menor o igual a 2” Ej.
3000#)

o Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD).

o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de un Codo:

Codo 90º ¾”, Radio largo, 6000#, extremos para encastrar (SW), según ASTM A105.

Tee Recta:

 Denominación: Diámetro, (Sch o Rating), Extremos, Material.

 o Diámetro: Diámetro nominal de la Tee. Ej. 2”

o Sch: Schedule de la Tee (solo para tee de diámetro mayor de 2”

o Rating: Rating de la Tee (solo pata tee de diámetro menor o igual a 2”

o Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD).

o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de una Tee recta:

Tee recta 4”, Sch 40, extremos biselados (BW), según ASTM A234 gr. WPB..

Tee Reductora:

 Denominación: Diámetro, (Sch o Rating), Extremos, Material.

o Diámetro: Diámetro nominal de la Tee y del ramal. Ej. 4” x4” x2”

o Sch: Schedule de la Tee (solo para tee de diámetro mayor de 2”

o Rating: Rating de la Tee (solo pata tee de diámetro menor o igual a 2”

o Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD).

o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de una Tee reductora:

Tee reductora de 4”x4”x3”, Sch 40, extremos biselados (BW), según ASTM A234 gr. WPB.

Reducciones:

 : Tipo, diámetros, extremos, (Sch o Rating), Material.

o Tipo Denominación: Excéntrica o Concéntrica

o Diámetro: Diámetros nominales de la reducción. Ej. 8” x6”

o Sch: Schedule de la Tee (solo para tee de diámetro mayor de 2”)

o Rating: Rating de la Tee (solo pata tee de diámetro menor o igual a 2”)

o Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD).

o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de una Tee recta:

Reducción excéntrica 2” x1”, extremos para encastrar (SW), 3000#, según ASTM A105.

Bridas:

Son accesorios para conectar tuberías con equipos (Bombas, intercambiadores de calor,
calderas, tanques, etc.) o accesorios (codos, válvulas, etc.). La unión se hace por medio de dos
bridas, en la cual una de ellas pertenece a la tubería y la otra al equipo o accesorio a ser
conectado. La ventajas de las uniones bridadas radica en el hecho de que por estar unidas por
espárragos, permite el rápido montaje y desmontaje a objeto de realizar reparaciones o
mantenimiento.

Estas se clasifican en:

 Brida con cuello para soldar.

 Brida deslizante.

 Brida roscada.

 Brida loca con tubo rebordeado.

 Brida ciega.

 Brida con boquilla para soldar.

 Brida de reducción.

 Brida orificio.

 Brida de cuello largo para soldar.

Plantilla de catalogación de las Bridas

INFORMACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN

Las Bridas pueden ser: WN, SW, SLIP-ON, Roscada, Blind,
Tipo de Brida
Reductora, LWN y Orificio.
Tipo de cara de junta Los tipos de cara de junta pueden ser: FF, RF, RTJ.
Se refiere al diámetro nominal del tubo que va a ser
Tamaño
empalmado con la brida.
Es la relación Presión-Temperatura (125, 150, 250, 300, 600,
Clase o Rating
900, 1500 Lbs).
Se refiere al del tubo que va a ser unido a la brida. Aplica para
Schedule
Bridas WN, SW o Reductoras.
Material Se debe indicar la norma de fabricación de la Brida.

Materiales usados en la fabricación de las Bridas

MATERIAL DESIGNACIÓN GRADO APLICACIÓN
Acero A-105 - Altas Temperaturas
Al A-181 I y II Uso General
Carbono A-350 LF1,LF2, LF3 y LF5 Bajas Temperaturas
Altas Temperaturas y
Acero A-182 F1 y F2
moderada corrosión
Aleado A-335 P2,P11,P21 Altas temperaturas
F5ab,F6a-
2,F9,F11,F12,F22,F304, Altas temperaturas y
Acero Inoxidable A-182 F304L,F310,F316,F316L, servicios severos de
corrosión
F321

PRINCIPALES TIPOS DE VÁLVULAS:

 Válvula de Compuerta: Las compuertas de disco, actuadas por un husillo, se mueven

perpendicularmente al flujo. El disco asienta en dos caras para cerrar. Se usa cuando
se requiere frecuente cierre y apertura. No es práctica para estrangulamiento de la
vena fluida porque causa erosión en los asientos de la válvula y vibraciones. La bolsa
en el fondo de la válvula puede llenarse de depósitos impidiendo el cierre.

 Válvula de Globo: El disco situado en el extremo del husillo asienta sobre una abertura
circular. El flujo cambia de dirección cuando pasa por la válvula. Buena para producir
estrangulamiento debido debido a la resistencia que presenta al flujo. Produce menor
pérdida de carga y turbulencia, es más indicada para servicio corrosivo y erosivo. No es
recomendada para servicios de frecuente cierre y apertura. El costo y la eficiencia en el
estrangulamiento para válvulas mayores a 6" es desfavorable.

 Válvula de Retención, oscilante o de bisagra: el flujo mantiene abierto el cierre a

bisagra y el flujo en sentido opuesta la cierra. La del tipo basculante con el pivote en el
centro evita el golpe al cerrar. Se utilizan contrapesos externos, en los tipos standard,
para proveer una mayor sensibilidad para los cambios de sentido en el flujo. Se usa
cuando sea necesario minimizar la pérdida de carga. Es mejor para líquidos y para
grandes tamaños. No aplicable para líneas sujetas a flujo pulsante. Algunos tipos sólo
operan en posición horizontal.

Tuberias de acero

NEGRA (con y sin costura) y GALVANIZADA.

  De 1/2" a 4" de diámetro Cédula 40 o
Norma X
 Tuberia Conduit Cédula 40 (costura
rechazada) de 1/2" a 4" diámetro
 Tuberia Conduit Cédula 30

 
Tubería Negra con costura

 De 1/8" a 4" diámetro lisa o con

rosca Cédula 40 y Norma X
 De 3/4" a 4" diámetro Cédula 30
(Estructural)
 De 6" a 20" diámetro en
diferentes espesores
 De 1/2 a 2" diámetro en
diferentes espesores

Tubería Negra sin costura

 De 1/2" a 24" diámetro en diferentes

espesores

 
CONEXIONES

 Hierro maleable de 1/8 a 4" de 150lbs y 300lbs

 Coples de Acero para 1/2 a 8" cónicos o rectos galvanizados o negros
 Coples de Acero para tubería Conduit
 Conexiones para tubería Conduit Cédula 30
 Conexión soldable c-40 y c-80 acero al carbón de 1/2" a 24"
 Bridas forjadas de acero al cárbon 150 lbs y 300 lbs de 1/2" a 24"
 Niples de Acero negros y galvanizados de 1/2" a 4"
 Conexión de Acero forjado 3000 lbs de 1/4" a 2

Tuberias de cobre
  Tipo M de 1/4 a 4" diámetro
rígida
 Tipo L de 1/4 a 4" diámetro
rígida
 Tipo K de 3/8 a 2" diámetro
rígida

 
USOS GENERALES DE 1/8 A 3/4 DIÁMETRO FLEXIBLE

 Tipo L de 3/16 a 1" diámetro flexibe

CONEXIONES

 De Cobre para agua de 3/8" a 4"

 De Latón para gas de 1/8" a 3/4"
 De Bronce para agua de 1/2" a 4"

Tuberias p.v.c

TUBERÍA DIÁMETRO NORMA

Sanitaria Cementar 1 1/2" a 8"  
Sanitaria Anger 1 1/4" a 8"  
Hidráulica Cementar 1/2" y 3/4" RD 13.5
" 1/2", 3/4" y 1" RD 21
" 1" a 8" RD 26
" 4", 6" y 8" RD 41
Hidráulico Anger 1 1/2" a 8" RD 26
" 1 1/2" a 8" RD 32.5
 " 2" a 8" RD 41
Alcantarillado (inglés) 6" a 16" Serie 16.5
" 6" a 16" Serie 20
" 6" a 16" Serie 25
Alcantarillado Métrico 4" a 16" Clase 5
" 4" a 16" Clase 7
" 4" a 16" Clase 10
" 6", 8" y 10" Clase 4
" 6", 8", 10" y 12" Clase 14
Cédula 40 1/2" a 6"  
Conduit 1/2" a 2" Diámetro Ligero  
Conduit 1/2" a 6" Diámetro Pesado  

CONEXIONES

 Sanitaria Cementar de 1 1/2" a

8"
 Sanitaria Anger de 1 1/4" a 8"
 Hidráulica Cementar de 1 1/2 a
6"
 Hidráulica Anger de 1 1/4" a 8"
 Alcantarillado de 4" a 12"
 Conduit Pesada
 Conduit Ligera
 Pegamento P.V.C. de uso
universal

Tuberias de prolipopileno

 Línea Dorada de 1/2" a 4" diámetro

 Línea Verde de 1/2" a 4" diámetro

 
CONEXIONES

 De 1/2" a 4"

Tuberia de hiero vacio

TUBERÍA LONGITUD DIÁMETRO

Con Campana 1.58 m 2" a 18"
" 3.05 m 4" a 10"
 Sin Campana 1.58 m 2" a 6"
" 3.05 4" a 10"
CONEXIONES DE 2" a 12"

 Abrazaderas de Acero Inoxidable

 Coladeras
 Abrazaderas de Fierro fundido

JUNTAS DE EXPANSIÓN:

 Plana: de papel tejido y goma. Hasta 250°F. Estriada.

 No metálica: de amianto tejido. Buena para tuberías revestidas de vidrio o con caras
muy rugosas. Hasta 300 o 400".

 Metálica: muy diversos metales. Satisfactoria para la máxima temperatura que pueda
soportarla brida o la junta. Estriada.

 Estriada: metálica con surcos marcados en ambas caras. Requiere menor carga de
compresión que la plana y se obtiene mayor eficiencia que con las planas en muchos
casos. Reemplaza a las planas en muchos usos. Muy fina.

 Laminada: amianto con encamisado metálico. Muy fina.

 Espiral arrollada: capas de metal preformado y amianto arrolladas en espiral. Fina.

Tanto estas juntas como las laminadas se usan hasta 850°F. Requieren menor carga de
compresión que las sólidas y por lo tanto es más eficiente para altas temperaturas y
presiones.

 Ondulada: envuelta de metal ondulado relleno de amianto. Para uso hasta 850°F y alta
presión. Buena para servicio severo tal como petróleo bruto caliente y productos
químicos.. Muy fina.

 Amianto insertado: metal ondulado, con las ondulaciones rellenas de amianto. Para
usos hasta 850°F pero no más de 600 psi. No apto para petróleo caliente. Fina.

 Anillo octogonal y oval: anillos metálicos fabricados de hierro dulce, acero bajo al
carbono, acero inoxidable, monel, ínconel, y cobre. Es la más eficiente y cara. La
presión interna expande el anillo y crea un autocierre. Es preferida para servicios
severos, siendo la octogonal la más frecuente. Muy fina.

Parámetros de Diseño:

Los parámetros fundamentales que delimitan el diseño de un sistema de tubería son,

principalmente, la temperatura y presión de diseño.

 La presión de diseño es considerada como la máxima diferencia de fuerza por unidad

de área existente entre el interior y el exterior de un tubo, componente de tubería o
entre cámaras adyacentes de una unidad. Esta presión de diseño no será menor que la
 presión a la condición más severa de presión y temperatura coincidentes que se
espere en condición normal.

 La temperatura de diseño es la temperatura del metal a la condición más severa de

presión y temperatura coincidentes, esperada durante operación normal. Los
requisitos para determinar la temperatura del metal de diseño para tuberías son:

o Para tubería con aislamiento externo, la temperatura del metal para diseño
será la máxima temperatura de diseño del fluido contenido.

o Para tubería sin aislamiento externo y sin revestimiento interno, con fluidos a
temperatura de 32ºF (ºC) y mayores, la temperatura del metal para el diseño
será la máxima temperatura de diseño del fluido reducida, según los
porcentajes siguientes:

Componente *T%
Válvulas, tubería, uniones solapadas y accesorios soldados. 5
Accesorios bridados 10
Bridas (en línea) 10
Bridas de uniones solapadas 15
Empacaduras (en uniones en línea) 10
Pernos (en uniones en línea ) 20
Empacaduras (en casquetes de válvulas) 15
Pernos (en casquetes de válvulas) 30

Diseño de Componentes de Tuberías a Presión

Primeramente es importante definir los conceptos de interés en la presentación de las tuberías

comerciales:

Los tubos fabricados de acuerdo con los tamaños dados en las normas y en los standards del
Instituto americano del Petróleo (API) son llamados tuberías. El diámetro externo de cualquier
tamaño nominal es el mismo para cualquier peso (espesor de pared), dentro de un mismo
tamaño. Esto es, el diámetro interno para un mismo tamaño nominal varia junto con su
espesor. Las tuberías de 12” y menores son designadas por un diámetro nominal que se
aproxima, pero no es igual al diámetro interno de una lista (Schedule) 40 o peso standard. Las
tuberías de 14” y mayores tienen los diámetros externos iguales a los nominales.

El espesor de pared viene expresado en términos del Schedule, de acuerdo con la Asociación
Americana de Standards. Anteriormente a la introducción de números de lista fueron
utilizados los términos Peso Standard (S), Extra Fuerte (XS) y Doble Extra Fuerte (XXS), para
indicar los espesores de pared.

Espesor de la pared de tubos rectos

El mínimo espesor de pared para cualquier tubo sometido a presión interna es una función de:
  El esfuerzo permisible para el material del tubo.

 Presión de diseño.

 Diámetro de diseño del tubo.

 Intensidad de la corrosión y/o erosión.

El espesor mínimo de la pared del tubo sometido a presión externa es una función de la
longitud del tubo, pues ésta influye en la resistencia al colapso del tubo.

Para tubos metálicos, el espesor de diseño para soportar la presión interna, debe calcularse
por la ecuación que sigue, siempre que Do/t sea mayor que 4 (tubos Do/t menor que 4, se
considera tubos de pared gruesa y se requieren consideración especial, pues hay que tomar en
cuenta factores de diseño y de materiales, tales como teoría de las fallas, fatiga y esfuerzo
térmico)

Donde:

T= Espesor nominal en [plg].

tm = Mínimo espesor de pared que satisface los requerimientos de presión, espesor

adicional por corrosión mecánica y erosión [plg].

t= Espesor por presión de diseño interna solamente [plg].

C= Suma de las sobre medidas mecánicas más la sobre medida por corrosión y erosión [plg]

P= Presión interna de diseño [psig]

Do= Diámetro exterior del tubo [plg]

S= Esfuerzo permisible del material del tubo, a la temperatura de diseño. Estos valores de
esfuerzo deben tomarse del código ASME B31.3, Tabla A!, Apéndice A.

E= Factor de soldadura longitudinal de la junta .

X= Tolerancias de fabricación.

Y= Coeficiente cuyos para materiales ferrosos dúctiles se da en la Tabla siguiente y para

materiales dúctiles no ferrosos tiene un valor de 0.4 y es cero para en hierro fundido.

Valores de “Y” para Materiales Ferrosos :

Temperatura, ºF 900 y menor 950 1000 1050 1100 1150

Aceros Ferríticos 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7
Aceros Austeníticos 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.7
Otros Metales 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Dúctiles
Hierro Colado 0.0 -- -- -- -- --

FLEXIBILIDAD EN SISTEMAS DE TUBERÍAS

Un aspecto importante en el diseño de la configuración de las tuberías es asegurarse de que

exista suficiente flexibilidad en el sistema para que pueda absorber las deformaciones térmicas
inducidas por cambios de temperaturas sin alcanzar altos esfuerzos.

Se entiende por flexibilidad, la capacidad que tiene el Sistema de absorber las deformaciones
térmicas inducidas por cambios de temperatura, sin sobre pasar los esfuerzos admisibles.

El Sistema debe estar diseñado de tal manera que:

No falle por excesivos esfuerzos térmicos.

No sobrecargue y cause fugas por las bridas.

No falle por fatiga en tuberías y soportes debido a deformaciones muy elevadas.

No se produzcan momentos o fuerzas excesivas en los equipos interconectados.

El objetivo del Ingeniero Mecánico Proyectista, será lograr el mejor arreglo del sistema de
tuberías sin necesidad de utilizar lazos o juntas de expansión. La ecuación que rige el aumento
de longitud de un tubo sin restricciones, por cambio de temperatura es la siguiente

EQUIPO CRITERIO ESTIPULADO POR:

Turbinas de Vapor NEMA SM-23
API 617 que esencialmente estipula 1,85 veces los
Compresores Centrífugos
valores admisibles del NEMA-23
Bombas Centrífugas API 610
Recomendaciones de las cargas admisibles dadas
Intercambiadores de Calor
por los fabricantes
Tanques mayores de 200' ASME documento N° 77-PVP-19

MACROSUP

MODULO:

TRACTOR ORUGA
 CURSO DE SEGURIDAD

TEMA:

TUBERIAS INDUSTRIALES

PROPIO DE:

WALTER ALEMAN MEDINA

TURNO

3 A 6 PM

AREQUIPA- PERU

-2010-