Curso elemental de diseño de tuberías industriales Fundamentos y su aplicación en ingeniería Volumen 1
Benjamín Serratos Monroy
1
Volumen 1 1
Especificación de tubería.
11
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
1.9.
Definición de tubería. Clasificación, estándares, códigos y diferencias entre tubería y flux (tubing). Códigos y estándares involucrados en la definición de un sistema de tuberías. Definición de diámetros (IPS y NPS), longitudes y tipos de terminales para tuberías. Definición de tubos de pared delgada. Definición de tubos de acero inoxidable. Definición de tubos de norma europea. Materiales para tuberías: 1.8.0. Selección de acuerdo a sus propiedades mecánicas y químicas. 1.8.1. Materiales ferrosos. 1.8.2. Materiales no ferrosos. 1.8.3. Materiales plásticos. 1.8.4. Vidrios. 1.8.5. Tuberías con baños y recubrimientos. 1.8.6. Tuberías de asbesto y concreto (civiles). 1.8.7. Tuberías especiales. Rangos de temperatura y presión.
11 13 14 15 16 16 16 17 17 17 19 21 22 23 23 24 25
2
Métodos para unión de tuberías.
27
2.1. 2.2. 2.3.
Conceptos generales, clasificación y usos. Clasificación y usos.. Componentes para sistemas de tuberías soldadas a tope. 2.3.1. Ventajas. 2.3.2. Donde se usan. 2.3.3. Desventajas. 2.3.4. Como se realizan. 2.3.5. Accesorios para sistemas soldados a Tope. Tablas.
27 27 29 29 29 29 30 30
2
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
Componentes para sistemas de tuberías por soldadura enchufada 2.4.1. Ventajas. 2.4.2. Donde se usan. 2.4.3. Desventajas. 2.4.4. Como se realizan. 2.4.5. Tablas. Componentes para sistemas de tuberías en sistemas roscados. 2.5.1. Ventajas. 2.5.2. Donde se usan. 2.5.3. Desventajas. 2.5.4. Donde se realizan. 2.5.5. Tablas. Componentes para sistemas de tuberías bridadas. 2.6.1. Clasificación y usos. a) Brida de cuello soldable (welding neck flange) b) Brida deslizable (slip-on flange) c) Brida enchufable (socket weld flange) d) Brida roscada (screwed flange) e) Brida loca (lap-joint flange) f) Brida ciega (blind flange) g) Brida reductora (reducing flange) h) Brida expansora (expander flange) 2.6.2. Tipo de cara de bridas y acabados. 2.6.3. Tipo de sujetadores (tornillos, birlos, etc. ) 2.6.4. Tablas. 2.6.5. Tipo de empaque y empaquetaduras. 2.6.6. Bridas especiales Componentes para sistemas de tuberías sanitarias. 2.7.1. Clasificación y usos. 2.7.2. Tipo de empalme. 2.7.3. Tipo de acabados. 2.7.4. Ventajas. 3
36 36 37 37 37 41 41 41 41 41 41 41 49 49 49 49 49 50 50 51 51 51 52 54 56 64 65 66 66 66 68 69
2.7.5. Donde se usan. 2.7.6. Desventajas. 2.7.7. Como se realizan. 2.7.8. Accesorios y equipos especiales Componentes para sistemas de tuberías civiles 2.8.1. Clasificación y usos. 2.8.2. Tipo de empalme. 2.8.3. Tipo de acabados. 2.8.4. Ventajas. 2.8.5. Donde se usan. 2.8.6. Desventajas. 2.8.7. Como se realizan. 2.8.8. Accesorios y equipos especiales
69 69 70 71 72 72 73 73 73 74 74 74 74
3
Válvulas
75
3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6
Especificación de una válvula. Clasificación de válvulas. Válvulas especiales. Válvulas de seguridad ó alivio. Partes de una válvula. Válvulas de control de flujo.
75 75 91 96 97 107
4
Componentes menores conectados a tuberías
110
4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.
Separadores, coladeras, filtros. Elementos para señales de instrumentación. Accesorios para sistemas de vapor. Accesorios para sistemas de aire comprimido. Equipos para modificación química o mecánica del fluido. Piernas húmedas.
110 112 113 121 122 122
2.8.
4
4.7. 4.8.
Juntas de expansión. Accesorios especiales.
123 126
Volumen 2 5
Equipos mayores conectados a tuberías
5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9. 5.10. 5.11.
Recipientes. Recipientes móviles. Recipientes subterráneos. Calderas. Bombas. Compresores. Turbinas. Equipos de proceso. Intercambiadores de calor. Tratamiento de suministro de agua . Tratamiento de efluentes.
6
Conducción de tuberías.
6.1. 6.2. 6.3. 6.4.
Puentes de tuberías Trincheras Tuberías enterradas. Soportes de tuberías.
7
Dibujo de tuberías
7.1.
Dibujo de tuberías
5
7.1.1. Formas generales de representación 7.1.2. Simbología 7.1.2.a. Para equipos. 7.1.2.b. Para tuberías. 7.1.2.c. Para válvulas. 7.1.2.d. Para operadores. 7.1.2.e. Para instrumentos. 7.1.2.f. Para soportes. 7.1.2.g. Para soldadura. 7.1.2.h. En general. 7.1.3. Clasificación de dibujos comúnmente usados. 7.1.3.a. Diagrama de bloques. 7.1.3.b. Diagrama de flujo. 7.1.3.c. Diagrama de tubería. 7.1.3.d. Diagrama de tubería e instrumentación. 7.1.3.e. Localización y distribución de equipos. 7.1.3.f. Ortográficos de tuberías ( Plantas y elevaciones ). 7.1.3.g. Isométricos de tuberías . 7.1.3.h. Planos 3D. 7.1.3.i. Planos especiales ( en explosión, para validación, etc.) 7.1.4. Como dibujar un plano de tuberías. 7.1.4.a. Comentarios generales 7.1.4.b. Escala. 7.1.4.c. Dimensionamiento del plano. 7.1.4.d. Detallado del fondo. 7.1.4.e. Como dibujar las líneas. 7.1.4.f. Como dibujar los accesorios. 7.1.4.g. Como dibujar los detalles, secciones y elevaciones. 7.1.4.h. Como dibujar ortográficos. 7.1.4.i. Como dibujar 1sometricos. 7.1.4.j. El usos de puntos de referencia. 7.1.4.k. El uso de notas, cambio de materiales, niveles y elevaciones 6
8
Diseño de tuberías
8.1. 8.2. 8.3. 8.4.
Diseño de localización geográfica de la planta. Los servicios municipales vs planta. Diseño de localización de bloques de planta. Los edificios en relación a la tubería. Diseño de tuberías de bloques de tuberías de servicios generales, de proceso y municipales. Diseño de tuberías en cuartos de maquinas. 8.4.a. Generadores de vapor. 8.4.b. Compresores. Diseño de tuberías en suministro de agua a planta. Diseño de tuberías en tratamiento de efluentes. Diseño de tuberías en puentes generales y ramales de planta. 8.7.a Teoría de cavidades. Dimensionamiento vertical de planta. 8.7.b Cavidad mínima para flujo de personal y equipo de manejo de materia prima. 8.7.c. Cavidad mínima para recipientes. 8.7.d. Cavidad mínima para equipos y sus áreas de servicio y mantenimiento 8.7.e. Cavidad mínima para drenajes, contratrabes y tuberías enterradas o subterráneas. 8.7.f. Cavidad mínima y restringida a la superestructura del edificio. 8.7.g. Cavidad mínima para sistemas de ventilación. 8.7.h. Cavidad mínima para conduits eléctricos o de instrumentación. 8.7.i. Cavidad mínima para paso de gatos del personal de mantenimiento. 8.7.j. Cavidad mínima para lámparas y cajas de filtros de ventilación. 8.7.k. Cavidad suficiente para montaje y desmontaje de equipos. Tuberías conectadas a bombas. 8.8.a. Diseño típico y tipos de bombas. 8.8.b. Bombas centrifugas. 8.8.c. Bombas de pozo. 8.8.d. Bombas de engranes 8.8.e. Bombas Monho 8.8.f. Bombas de diafragma. 8.8.g. Bombas especiales ( dosificadoras, de tambo ) Válvulas en el diseño de tuberías. 9.9.a. Como dimensionar una válvula.
8.5. 8.6. 8.7.
8.8.
8.9.
7
8.10. 8.11.
8.12. 8.13. 8.14. 8.15. 8.16. 8.17. 8.18. 8.19. 8.20
9.9b. Donde se sitúan las válvulas. 9.9.c. Accesos de operación de válvulas 9.9.d. Accesos a válvulas en lugares peligrosos. 9.9.e. Como hacer el diseño de fácil y seguro mantenimiento. 9.9.f. Como se orientan los vástagos de las válvulas. 9.9.g. Como se clausuran tuberías. 9.9.h. Como colocar válvulas si no hay diagrama de tuberías e instrumentación. 9.9.i. Como arreglar válvulas de seguridad. 9.9.j. Como instalar válvulas de mariposa. 9.9.k. Estaciones de control y sus puntos de diseño. Tuberías conectadas a recipientes. Tuberías de vapor. 8.11.a Diseño de tuberías de vapor 8.11.b Trampas de vapor 8.11.c Bombas para vapor. Mantenimiento de temperatura en tuberías. Tubería para aire comprimido. Tubería conectada a turbinas. Tuberías conectadas a equipo de proceso. Tuberías conectadas a intercambiadores. Tuberías conectadas a equipo de suministro de agua. (hidroneumáticos ) Tuberías para tratamiento de efluentes. Diseño de tuberías sanitarias. Venteos y drenes en tuberías y recipientes.
Volumen 3 9
Instrumentación
9.1. 9.2. 9.3.
Comentarios Generales Tipo de conexiones de instrumentos. Requerimientos de distancia, posición, dirección y orientación de un instrumento. 8
9.4.
Requerimientos adicionales de servicios de apoyo a un instrumento.
10
Lista de materiales.
10.1. 10.2. 10.3. 10.4.
Códigos y estándares usuales. Formas de especificación. Formas de revisión. Correspondencia de estándares Americanos y europeos.
11
Flexibilidad.
11.1 Diseño mecánico. 11.2. Soporteria.
9
Prefacio. El objetivo de este libro es presentar la información mínima para los dibujantes, diseñadores e ingenieros, que trabajen en actividades relacionadas con el diseño y dibujo de tuberías industriales.
Benjamín Serratos
México, D.F. Junio 2008
10
1 1.1.
Especificación de tubería.
Definición.-
Se puede llamar tubería a cualquier cuerpo hueco, el cual puede al realizarse un corte transversal presentar una silueta con cualquier forma geométrica; puede seguir cualquier dirección ( regular o irregular) sobre su eje longitudinal; además puede conducir entre sus paredes a sólidos, líquidos, gases, vapores, o mezclas de los anteriores. Resulta obvio observar que la practica común nos obliga a trabajar con cuerpos cilíndricos, de trayectoria recta ( o por lo menos regular ); dejando las demás formas y trayectorias para tuberías especiales ( tubos aletados, serpentines, corrugados, perforados, etc. ).
Fig. 1.1.a
Serpentín.
Fig. 1.1.b
Tubo aletado.
Fig. 1.1.c Tubo corrugado. A través de la historia se han usado diferentes tipos de materiales para conducir líquidos ( agua generalmente o drenaje ): 11
Canales de piedra o cerámica. Tubos de piedra o cerámica. Tubos de cobre o bronce, Tubos de fierro fundido o de acero. Siempre buscando el material que no contaminara el liquido o gas trasportado con un precio accesible. A partir de la revolución industrial los materiales más comunes en usar fueron los de fierro, cobre y aleaciones diversas. Cabe mencionar el cambio de denominación que sufre una tubería al cambiar el fluido que conduce: Al manejar líquidos se le llamara tubería. Cuando maneja gases o vapores comúnmente a baja presión y velocidad se les llama ductos. Si conduce sólidos en caída por gravedad se les nombra como tiros.
Fig. 1.1.d
Tubería
Fig. 1.1.e
Ductos
Fig. 1.1.f
Tiros de descarga a silos. 12
1.2
Clasificación, estándares, códigos y diferencias entre tubería y flux ( tubing ).
De acuerdo a su método de fabricación las tuberías se clasifican en: Tubería sin costura y con costura. A continuación se muestra un diagrama de cómo se manufacturan ambas tuberías.
Fig. 1.2.a
Diagrama de manufactura de tuberías.
Tomando como tema principal de clasificación las dimensiones estándar y su uso, las tuberías que se manufacturan en forma común se pueden clasificar en: Tubería común ( pipe ) y tubo calibrado ( tubing ). El tubo calibrado o flux ( tubing en ingles) cuyo principal uso esta en la transferencia de calor ( intercambiadores de calor ), generalmente es de costo mas elevado; se especifica por su diámetro exterior ( que es igual al nominal ), y su grosor de pared en calibre AWG o milésimas de pulgada. Este tubo se fabrica con costura. 13
La tubería común se identifica por su diámetro nominal definido como NPS ( nominal pipe size o tamaño nominal de tubo ) el cual no es igual al diámetro exterior, sino a un diámetro definido por convención a principios del siglo XX. Por su cedula ( modo indirecto de indicar grosor ). Esta tubería puede ser construida con costura y sin ella. Tuberías no estándar se pueden mandar construir bajo diseño indicando su diámetro y grosor de pared.
Fig. 1.2.b Haz de tubos calibrado de un intercambiador.
Fig. 1.2.d
1.3
Fig. 1.2. Tubería común.
Tubería construida sobre medida.
Códigos y estándares involucrados en la definición de un sistema de tuberías.
El tamaño ( diámetro ) de la tubería se identifica por su nominal pipe size “NPS”( tamaño nominal de tubo en ingles ). Para soportar diferentes presiones, la tubería en un diámetro dado puede ser ofertada con diferentes grosores; los cuales pueden ser definidos por las siguientes fuentes: ANSI “American National Standards Instituto” ( Instituto Nacional Americano de Estándares ), el cual anteriormente se llamaba ASA “American Standards Asociation”: Esta norma lo define por su numero de cedula. El numero de cedula esta dado por las formulas : 14
t = grosor mínimo de pared de diseño, pulgadas. P = presión de diseño, psig D = diámetro exterior de tubería, pulgadas. S = esfuerzo permisible, psi. E = factor de eficiencia de la soldadura de junta. y = factor adimensional que varia con la temperatura. Adicional al grosor de tubería que resulta de la formula anterior se deben adicionar los siguientes grosores probables: Grosor debido a la progresivo deterioro o adelgazamiento debido a la corrosión, erosión o debilitamiento. Grosor debido al retiro de material para procesos de junta como: roscado, ranurado y suaje. Grosor debido a fortalecer el material debido a vibración o esfuerzos externos adicionales. ASME “American Society of Mechanical Engineers “ ( Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos ) y ASTM “ American Society for Testing and Materials “ ( Sociedad Americana para pruebas y materiales ). Estas sociedades designan las tuberías por el peso de manufactura como: STD ( Standard- común en ingles ), XS ( extra strong- extra fuerte ), y XXS (doublé extra strong - doble extra fuerte ). API “ American Petroleum Institute “ ( Instituto Americano del petróleo ) los define con sus normas 5L y 5LX. La descripción de una tubería basada en su peso de manufactura, fue el primer medio para especificarla; pero ha sido siendo sustituida por el numero de cedula, aunque aun se sigue haciendo hincapié en el peso de manufactura. Un compendio de los tres puntos anteriores se resumieron por la norma ANSI B36.10-1970, para tuberías de fierro IPS ( iron pipe size ), y sus grosores designados como: STD, XS y XXS. Pero la tubería de fierro ha sido completamente sustituida por la de acero. Antes que el esquema del numero de cedula predominara al ser publicado por el ASA ( ANSI ) en 1935, los IPS fueron modificados para ajustarse a la tubería de acero, decreciendo ligeramente su grosor de pared ( manteniendo como estándar su diámetro exterior constante ) de manera que los pesos por pie son iguales para las tuberías de fierro ó acero. Para mayor información acerca de las propiedades de tubería estándar ver el anexo 1.
1.4
Definición de diámetros ( IPS y NPS ), longitudes y tipos de terminales para tuberías.
Resumiendo lo anteriormente explicado para la definición de diámetros de tuberías estándar se llega a los siguientes puntos: a) b)
La tubería se definirá por su NPS. Para la definición del NPS, se define un diámetro nominal cuyo símbolo es Ø el cual se colocará después del numero en pulgadas ( 6” Ø como ejemplo ). 15
c) Cada NPS mantiene un diámetro exterior que se mantiene constante, independiente de la cedula. El diámetro exterior no es igual al diámetro nominal en tuberías de diámetro menor a 14 pulgadas, un tubo de ½” Ø tiene un diámetro exterior de 0.84 pulgadas. De 14 “Ø en adelante, el diámetro nominal es igual al diámetro exterior. d) Para indicar el grosor de tubería se usa de preferencia la clasificación por numero de cedula; o en su falta la clasificación por peso de manufactura ( std, xs, xxs ). Los manufactureros ofrecen tuberías en un rango de 1/8” Ø hasta 44” Ø. Los diámetros normales son: ½”, ¾”, 1”, 1¼”, 1½”, 2”, 3”, 4”, 6”, 8”, 10”, 12”, 14”, 16”, 18”, 20” y 24” ( pulgadas ). Los diámetros de 2½”, 3½”, 5” son de obtención mas difícil en el mercado. Las tuberías de 1/8”, ¼” y 3/8” se usan comúnmente en líneas de instrumentos, estaciones de servicio, líneas hidráulicas, líneas auxiliares de equipo o venas de calentamiento. La tubería recta se suministra en tramos de 17 a 25 pies ( alrededor de 6 metros. Es difícil el suministro de tramos de longitud mayor. Los extremos de los tramos pueden venir a corte plano ó biselado indistintamente, y solo bajo estricta especificación se entregan con un solo acabado en los extremos, ó con terminales roscadas. Solo en caso muy especiales se entrega con ranura para acoplamiento con empaque redondo ( o-ring ).
1.5
Definición de tubos de pared delgada.
Es una designación comercialmente aceptada correspondiente a las Cedulas 10 y 10S ( ANSI B36.10 ) comúnmente usada para tubería de acero inoxidable o de aleaciones. 1.6
Definición de tubos de acero inoxidable.
Se establece en el ANSI B36.19-1965 ( revisada en 1971 ) un rango de tamaños de pared delgada para acero inoxidable, identificados como cedulas 5S y 10S.
1.7
Definición de tubos de norma europea.
Este curso se enfoca fundamentalmente en las tuberías de norma americana, eso en principio nos hace reconsiderar que todos y cada uno de los países tienen sus códigos y normas que legislan sobre los equipos e instalaciones que trabajan en ellos. Tarde o temprano y debido a la globalización que existe a escala mundial se tiene que hacer labores de correlación entre los diferentes estándares, esto en si no es demasiado difícil ya que todos parten de los mismos parámetros de diseño, y solo se trata de hacerlos coincidir entre ellos. A nivel mundial y debido a que son los principales proveedores de equipo industrial, las normas de tubería que se comparan son: API. ASME/ASTM para USA. EN ( Euronorm e ISO ) para la comunidad europea. 16
BS para el Reino Unido. DIN para Alemania. NBM para Bélgica. AFNOR para Francia. UNI para Italia. JIS para Japón. Todos los países europeos están tratando de llegar a una sola norma común, por lo cual se reducen los códigos que existirán en el futuro. En el anexo 2 se hace referencia de diferentes normas de tuberías de países. Para mayor información acerca de los estándares internacionales ver el apéndice E 10 del “ Piping Handbook “ de Mohinder L. Nayyar.
1.8 Materiales para tuberías. 1.8.0. Selección de acuerdo a sus propiedades mecánicas y químicas. Todo fluido a ser conducido por una tubería tiene un material idóneo que soporte sus propiedades de resistencia química bajo las condiciones de presión, temperatura, viscosidad, etc. Todas las compañías manufactureras de tuberías, y de equipos y accesorios relacionados con ellas tienen tablas de resistencia química que sugieren materiales adecuados a cada fluido. Es enteramente razonable la designación de un material de tubería idóneo, pero muchas veces se dificulta su uso desde el punto de vista económico. Por lo que debe haber un compromiso entre la corrosión, erosión y contaminación de producto contra el costo. También se debe tomar en cuenta las propiedades de este material para las solicitudes bajo los esfuerzos mecánicos que va a recibir, así como las facilidades de soldadura y montaje. Diferentes pueden ser los puntos de vista y parámetros para clasificar los materiales de tuberías: comportamiento químico, mecánico, dureza, rugosidad, resistencia a la fatiga, a la vibración, conductividad térmica, etc. De acuerdo a nuestra experiencia nosotros clasificamos a la tuberías en: Tuberías hechas con materiales ferrosos. Tuberías hechas con materiales no ferrosos. Tuberías hechas con materiales no metálicos.
1.8.1. Materiales ferrosos. Debido a que desde la revolución industrial los materiales de fierro ( fierro fundido, acero y sus aleaciones ) han probado ser los materiales que dan mejores condiciones de resistencia química y mecánica contra el costo, en la actualidad son los materiales mas comunes de tubería. Ha habido diferentes esfuerzos para normalizarlos por lo que lo enlistaremos a continuación: NPS
Nominal Pipe Size.- Nos indica el diámetro nominal de la tubería. 17
AISI/SAE
UNS ASME/ASTM
American Iron & Steel Institute / Society of Automotive Engineers.- Los cuales usan un numero de cuatro dígitos, en los cuales los dos primeros dígitos indican la concentración de carbono y los siguientes dos dígitos el elemento de aleación. Unified Numbering System.- Debido a la globalización mundial fue necesario llegar a un numero de clasificación mundial. American Society of Mechanical Engineers / American Society for testing and materials.- Las cuales estudian sus propiedades mecánicas y las pruebas que se les deberán realizar.
Dependiendo del procedimiento de manufactura las tuberías de acero se fabrican: Con costura, la cual se realiza rolando placa de acero y luego soldándola, y sin costura , la cual se manufactura con un lingote incandescente de acero que se estira y se rola.
Fig. 1.8.1a
Manufactura de tubería con costura.
Fig. 1.8.1b Manufactura de tubería sin costura. No hay que olvidar las viejas tuberías de fierro fundido que ahora principalmente se usar para conducir drenaje.
Fig 1.8.1c
Tubería de fierro fundido. 18
1.8.2. Materiales no ferrosos. Las tuberías de materiales no ferrosos se han estado usando aun antes que las de fierro, pero debido a su más difícil manufactura, resistencia física, comportamiento mecánico, resistencia química y costo; han sido relegadas a un papel secundario. Podemos hablar entonces de tuberías de cobre, plomo, níquel, bronce, latón, aluminio, Zirconio, titanio, etc. Estos materiales siguen normas diferentes a las de acero al carbón, son relativamente de alto costo, y su selección se basa generalmente en su resistencia particular a ciertos fluidos de proceso, a su buena transferencia de calor , o a sus propiedades mecánicas a altas temperaturas.
Tabla 1.8.2a
Especificación ASME/ASTM y su descripción
19
20
Para mayor información acerca de tuberías de cobre y sus aleaciones ver “The Copper Tube Handbook “ CDA Copper Development Association. En los anexos al curso.
Fig. 1.8.2b
Tubería de cobre templado suave.
Fig. 1.8.2d
Fig. 1.8.2c
Tubería de cobre estirado dura.
Tubería de aluminio
1.8.3. Materiales plásticos. Las tuberías plásticas se han desarrollado como un buen medio para conducir fluidos con gran actividad química; generalmente están compuestas de un polímero único o como resultado de una mezcla de diferentes polímeros. En el primer caso tenemos: tuberías de polímeros de vinilo ( PVC ), de propileno, de etileno ( PE ), de butileno ( PB ), polieolefinas y poliésteres. En el segundo caso tenemos: Acrilo nitrilo butadieno estireno ( ABS ), Celulosa acetato butirato ( CAB ), etc. Haciendo hincapié en que las tuberías hechas de poliéster y epoxy, son generalmente reforzadas con fibra de vidrio. Cabe hacer notar que en contraposición a su alta resistencia química, se opone su generalmente pobre resistencia mecánica; por lo que es muy común soportarla con camisas de tubería metálica u otros tipos de soporte.
Fig. 1.8.3a
Tubería de PVC
Fig. 1.8.3b
Tubería de polipropileno 21
Fig. 1.8.3c
Tubería ABS
1.8.4. Vidrios. En la figura 20 a continuación se puede ver las tuberías y accesorios hechos completamente de vidrio. Este material le proporciona un excelente resistencia química sobre todo en pH bajos, además de poder observar el proceso que se realiza a través de las tuberías y equipos. Dentro de sus mas graves inconvenientes es que en principio el vidrio es un material muy frágil, lo que ocasiona que en la practica casi sea un arte el soportar estas tuberías, equipos y accesorios; ya que cualquier esfuerzo mecánico puede ocasionar que alguna pieza se quiebre, es muy probable que no soporte cualquier cambio repentino de temperatura ( o un diferencial de temperatura alto ). Es muy poco probable que como tubería o sus accesorios soporte diferencial de presión tan siquiera medianos
Fig. 1.8.4a
Sistema de tubería y equipos de vidrio.
22
1.8.5. Tuberías con baños y recubrimientos. Ciertas tuberías metálicas ( comúnmente acero ) pueden ser bañadas o recubiertas con algún material que forme una película entre el y el fluido a conducir, y que impida algún ataque químico sobre el metal.
Fig. 1.8.5
Tubería y accesorios recubiertos.
Al recubrir las tuberías con materiales laminados pegados , o tuberías extruidas contra la pared; es común que el manufacturero de limitantes de los alcances a los que puede llegar ( diámetros, longitudes, materiales, etc ). Es muy común la dificultad en piezas que cambian de dirección o se unen a otras; por lo que es imposible realizar soladuras o roscado entre piezas. Comúnmente la unión se realiza por sistemas bridados o similares, por lo que forma una familia de problemas cuando se esta realizando el diseño de tuberías. Las tuberías de acero bañadas por inmersión ( galvanizado- bañado en zinc ) se usan para conducir agua; pero se pueden bañar con diferentes polímeros, y este recubrimiento le dará diferentes resistencias químicas especificas.
1.8.6. Tuberías de asbesto y concreto ( civiles ). El uso de tubería en la ingeniería civil ha hecho uso de las tuberías en dos diferentes vertientes: Agua Potable y Drenaje. En la conducción de agua potable para la conducción de los cabezales de distribución principales ( acueductos ) se usa generalmente tubería de acero principalmente galvanizada, también tubos de concreto reforzado, actualmente y con un amplio desarrollo en el futuro se están utilizando tuberías de polímeros reforzados, tanto para nuevos acueductos como para recubrir los existentes que se encuentran dañados. Para tuberías de agua potable secundarias y dependiendo del terreno se ha estado usando asbesto cemento y plástico reforzado.
Fig. 1.8.6a
Tuberías de concreto para acueductos 23
Para el desalojo del drenaje se usaba en un principio canales a cielo abierto, pero debido a que estas contaminaban el suelo posteriormente se conducían por tuberías de albañal de cemento, de lamina galvanizada corrugada y últimamente con tuberías de polímero reforzado.
Fig. 1.8.6b
Tuberías para desalojo de drenaje
1.8.7. Tuberías especiales. Resulta obvio que existe una amplia variedad de fluidos, sólidos, líquidos, gaseosos y hasta plasma ( aceleradores de partículas y reactores de fusión ) en donde se tienen que confinar fluidos con características físicas y químicas muy especiales; en consecuencia el espectro de materiales y perfil de una tubería casi no tiene limite.
Fig. 1.8.7
1.9.
Tuberías especiales
Rangos de temperatura y presión.
Los materiales en general tienden a perder sus propiedades mecánicas, conforme se aumenta o disminuye la temperatura fuera del rango del medio ambiente común. A bajas temperaturas tienden a cristalizarse deficientemente sus componentes y volverse frágiles ; a altas temperaturas sus puntos de cedencia disminuyen. Se deben tomar muy en cuenta estas variaciones para involucrar un análisis de flexibilidad en el diseño de tuberías. 24
Los aceros al carbón pierden resistencia a altas temperaturas; la tubería con costura solada por resistencia eléctrica no se considera satisfactoria para servicios arriba de 399 °C , y cuando se unen tuberías a tope arriba de 343°C. Cuando se requieren mayores temperaturas, se debe considerar el uso de materiales adecuados como aceros inoxidables, aleaciones o metales mas fuertes a continuación se muestran tablas con datos comparativos
Fig 1.9a Tabla comparativa de presiones .
25
Fig. 1.9b
Tabla para tubería de acero API 5L
26
2 2.1.
Métodos para unión de tuberías.
Conceptos generales.
Ante la imposibilidad física de interconectar equipos en general por medio de una tubería que fuera de trazo continuo, se hace necesario usar piezas que cambien de dirección y elevación a las tuberías, y que les permitan divergir a dos o mas direcciones; ya que no existe hasta el presente ningún sistema que pueda realizar este trabajo, es necesario trabajar con tramos de tubería, que se unen por medio de diversos artículos llamados accesorios que aumentan su versatilidad. Accesorios se llama a todos aquellos artículos que se conectan a las tuberías y que le permiten cambiar de dirección, cambiar de diámetro, o divergir en dos o mas ramales. Los accesorios se fabrican de placa maquinada, tubería, fundirse o forjarse, en el caso de plásticos puede moldearse.
2.2.
Clasificación y usos.
Para reunir los tramos de tubería con sus accesorios se puede hacer usos de los siguientes métodos de unión: a) b) c) d) e) f) a)
Unión por cordón de soldadura a tope. Unión por soldadura a enchufe. Unión por medio de roscado. Unión por bridas atornilladas ( Uniones bridadas ) Uniones de sujeción rápida ( uniones rápidas ) Uniones Especiales.
La unión por cordón de soldadura a tope es generalmente tratándose de acero al carbón, el medio mas económico a prueba de fugas para unir tuberías, pero estas virtudes se ven opacadas por su nula facilidad de desarme.
Fig. 2.2a
Líneas de tubería unidas con cordón de tubería a tope.
27
b)
La unión de tuberías por soldaduras a enchufe tiene varios casos: uniones de alta presión de acero forjado, uniones de media y baja presión para cobre con soldadura fundida. En el caso de uniones de soldaduras a enchufe de acero forjado se trata de una familia de accesorios de alta presión cuyos rangos están en: 2 000, 3 000, 6 000 y 9 000 psig.
Fig. 2.2b
c)
Las tuberías se pueden unir roscando la tubería por el lado exterior ( roscado macho ) y unirlo con accesorios con roscado interior ( roscado hembra ); y estos accesorios entre si con roscados macho ó hembra. Este sistema de unión seria universal si no fuera que a partir de 2”Ø se vuelve cada vez mas difícil enroscar una pieza contra otra; los tubos deben de ser de pared de un grosor apropiado ( para poder quitar el material de la rosca ), y el fluido tiende a meterse entre las roscas.
Fig 2.2c d)
Unión de tuberías por soldadura a enchufe.
Union de tuberias roscadas
El medio mas versatil para unir tuberias y sus accesorios es por medio de bridas, lo cual incrementa su mantenimiento; las bridas son caras y frecuentemente su uso de limita a ser compañeras de bridas de tanques, equipos, valvulas, instrumentos , o lineas de proceso que requieren de limpieza periodica. En la seccion 2.6 se anotan sugerencias acerca de su uso.
28
Fig 2.2d
Union de tuberias bridadas
e)
Cuando se es necesario por la premura del tiempo realizar conexiones ( por ejem. casos de emergencia ), o donde la menor o mayor fuga de las uniones no es una cuestion crucial, ni siquiera preocupante ( p.e. sistemas de riego por aspersion ), se podra hacer uso de conexiones rapidas; este tipo de conexiones usan diferentes tipos de union.Se sugieren estos sistemas para uso temporal, para reparar lineas, o en plantas piloto que por sus caracterizticas de proceso exijan tanta versatilidad. En los ultimos tiempos y debido a que son sistemas que se tienen que estar lavando repetidamente, en la industria farmaceutica se han estado usando en forma generalizadaconexiones tipo clamp-abrazadera. En un principio no eran muy hermeticas pero en estos dias son lo bastante confiables para presiones medias y bajas.
Fig 2.2e
2.3.
Uniones clamp-abrazadera en sistemas farmaceuticos.
Componentes para sistemas de tuberías soldadas a tope.
2.3.1. Ventajas. 2.3.2. Donde se usa. 2.3.3. Desventajas.
Es el método de unión preferido para tramos muy largos, se realiza con un equipo muy accesible y sus juntas son a prueba de fugas. Es un método universal de unión de tuberías. Limitada solo por accesorios que por su naturaleza, no se puedan soldar. Al soldarse las uniones y accesorios, se impide que se puedan desarmar; el metal de la soldadura puede obstruir o ser atacado por el fluido del proceso. 29
2.3.4. Como se realiza. En el extremo de la tubería se realiza un chaflán que tiene un perfil definido ( según norma ), los accesorios están similarmente achaflanados por los manufactureros; las dos partes son apropiadamente presentadas, alineadas, fijadas con puntos de soldadura, y entonces se suelda con un cordón continuo de soldadura.
2.3.5. Accesorios para sistemas soldados a Tope. Tablas.
Codos
Realizan el cambio de dirección de una tubería en 45° ó 90°. Normalmente de usan codos de radio largo ( lo cual indica que su radio de curvatura es 1.5 veces su diámetro nominal para tubos de ¾”Ø
Fig 2.3.5 a
y mas grandes )
Codo de 90° radio largo
Tambien se pueden obtener codos de radio corto, cuyo radio de curvatura es igual al diametro nominal.
Fig 2.3.5 b
Codo de 90° radio corto
30
Fig 2.3.5. c Codo de 45° Existen codos de 90° con una parte recta en un extremo. Llamados codos con tangente larga; o codos reductores que disminuyen el diametro de un extremo a otro.
Fig 2.3.5 d
Fig 2.3.5 e
Retorno
Codo de 90° de tangente larga
Codo reductor de 90°
Cambia la dirección de flujo 90°, de uso común en la fabricación de serpentines o Venteos.
Fig. 2.3.5.f
Retorno de radio largo y corto 31
Curvas
Se realizan con tubería recta; los radios comunes de curvatura son de 3 a 5 veces el diámetro nominal, codos de radio mas largo se pueden realizar doblando en caliente. Solo las tuberías sin costura o soldadas por resistencia eléctrica, son apropiadas para doblarse.
Fig. 2.3.5 g Reducciones
Doblez de curvas de tubería.
Realizan la unión entre dos tuberías de diferente diámetro; se pueden obtener en dos formas: concéntrica (coinciden los centros de tubería ) y excéntrica ( coinciden las paredes de tubería ). La reducción excéntrica se usa cuando es necesario mantener el fondo o el tope de una tubería a un nivel dado.
Fig. 2.3.5 h
Reducciones excéntricas y concéntricas.
Swage soldable Se usa para reducir el diámetro de una tubería cuando existen grandes reducciones; un swage realiza el cambio de diámetro en una forma mas abrupta que una reducción: Se encuentran regularmente en forma concéntrica y excéntrica; existen swages tipo vénturi que permiten el flujo menos abrupto.
Fig. 2.3.5 i
Swages soldables. 32
Codos de gajos Los codos de gajos o segmentados, no son propiamente accesorios, ya que se fabrican en campo a partir de la propia tubería. El uso de codos de gajos para realizar cambios de dirección, se restringe a situaciones de emergencia por falta de materia o a líneas de baja presión de 10” en adelante, si la caída de presión es despreciable; en estos casos el uso de codos estándar sería mas caro. Se debe usar con cautela, ya que un codo de dos gajos a 90° tiene seis veces la caída de presión que uno común, y uno de tres gajos el doble.
Fig 2.3.5 j
Codo de gajos o segmentado
Injerto ( Stub-in ) Es un termino que indica soldar una tubería directamente a la pared de la tubería principal ( cabezal ); es el método mas general y menos caro de soldar un ramal ( tubería secundaria ) a cabezales arriba de 51 mm (2”)Ø; un injerto debe reforzarse convenientemente en la unión. No se debe realizar en tuberías menores a 51 mm Ø, porque puede entrar material de la soldadura y restringir el flujo.
Fig 2.3.5 k
Injerto de tubería
Tés rectas o reductoras soldables. Se emplean para sacar ramales a 90° de la trayectoria del cabezal; las rectas tienen la salida del ramal, de igual diámetro que las demás, y son fácilmente obtenibles; las tés reductoras son de mas difícil obtención y frecuentemente se adquieren solo bajo pedido. 33
Fig. 2.3.5 l
Tés rectas o reductoras soldables.
Los accesorios siguientes 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. Weldolet
Interconecta ramales a 90° reduciendo el diámetro, la proyección es menor que la de una te; se pueden obtener con fondo plano, para conectarse a tapones o tapas de recipientes.
Fig. 2.3.5 m Elbolet
Weldolet
Realiza ramales reductores saliendo tangentes a codos de radio largo o corto.
Fig 2.3.5 n
Elbolet
34
Latrolet
Hace un ramal reducido a 45° sobre una tubería recta.
Fig. 2.3.5 ñ
Latrolet
Sweepolet Permite hacer un ramal reducido a 90° pero para tuberías sujetas a grandes esfuerzos mecánicos; ocasiona un buen patrón de flujo y una optima distribución de esfuerzos.
Fig. 2.3.5 o
Sweepolet
Los siguientes tres accesorios se usan generalmente para diseños especiales. Cruces rectas o 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 numero 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.
Fig 2.3.5 p
Cruces rectas soldables
Yes rectas o reductoras Permite una entrada a lo largo de todo el diámetro de la tubería ( comúnmente con ángulo de 45°), donde la baja resistencia al flujo es importante; yes rectas con igual diámetro se obtienen en pesos “std” y “xs”. Yes reductoras o con ángulos diferentes a 45° se obtienen solo bajo pedido especial, el refuerzo se requiere donde es necesario restablecer la fortaleza de la junta, a los esfuerzos totales de la tubería. Las yes reductoras se ordenan similarmente a las tes, excepto que se debe indicar el diámetro y el ángulo. 35
Fig. 2.3.5 q
Yes rectas.
Injerto angulado En este tiempo de uso raro, puede ser obtenido de proveedores en ángulos de 90° y 45°; se prefiere realizarlos en campo. Necesita revisarse en cada caso sus esfuerzos mecánicos. Si se desea otro ángulo o reducción, incluyendo excentricidades, solo se podrá conseguir con orden especial.
Fig. 2.3.5 r Tapón capa
Injerto angulado
Se usa para sellar el final de tuberías de diámetro mediano o pequeño. Se pueden usar tapones planos los cuales son placas cortadas especialmente en campo. Es recomendable revisar mecánicamente estos tapones, ya que las placas planas no resisten bien la presión. También se pueden usar tapas convencionales para recipientes sujetos a presión, para tuberías de diámetro grande.
Fig. 2.3.5 s
Tapones capa y planos.
Para obtener datos de dimensiones y comportamiento de accesorios soldables ver anexo …………….
2.4.
Componentes para sistemas de tuberías por soldadura enchufada
2.4.1. Ventajas. Comúnmente se usan en tuberías de mediana y alta presión; es mas fácil de alinear en tuberías que las soladas a tope; no es necesario puntearla para soldar. Muy difícil que entren restos de en el interior, y que haya fugas si se realiza apropiadamente la unión.
36
pequeñas, soldadura
2.4.2
2.4.3 2.4.4
2.4.5
Donde se usan. En líneas que conducen materiales caros, tóxicos, flamables, etc; donde las fugas no se pueden permitir. Donde hay alta presión. Si hay condiciones corrosivas hay que verificar el espacio entre el enchufe. Desventajas. En el espacio de 1.5 mm que existe para ajuste entre tubería y accesorio, se forman remolinos de fluido. Los códigos no permiten su uso, si se espera erosión severa o corrosión. Como se realiza la junta. En el caso de acero la tubería tiene acabado plano y se inserta en el accesorio, válvula, brida, etc, a continuación se sella con un cordón continuo de soldadura. En el caso de tuberías análogas al cobre, se lijan primero las partes en contacto para a continuación embarrarles fundente y calentarlas, se funde soldadura con soplete untándola a la tubería, se inserta en los accesorios y se deja que ella sola se enfrié. Accesorios para tuberías enchufables. Tablas.
Cople enchufable Une tubería a tubería.
Fig. 2.4.5 a
Cople enchufable
Cople reductor enchufable. Junta dos tuberías de diferente diámetro.
Fig. 2.4.5 b Cople reductor enchufable Reductor inserto enchufable. Un accesorio reductor para conectar tuberías pequeñas a accesorios mas grandes. Por un lado es hembra y por el otro macho. Estos insertos pueden ser fabricados maquinando barras forjadas comunes.
Fig 2.4.5 c
Reductor inserto enchufable
Tuerca unión enchufable. Se usa principalmente para propósitos de mantenimiento e instalación; en si es un tipo de unión roscada, adaptada para sistemas enchufables, por lo cual cuando existe alta presión se debe verificar los esfuerzos mecánicos. La unión debe ser enroscada herméticamente antes de que las terminales sean soldadas para evitar el desalineamiento en el asiento, y en consecuencia la probabilidad de fugas. 37
Fig. 2.4.5 d
Tuerca unión enchufable
Swanges enchufables. Diferentes tipos de swanges se pueden obtener para conectar diferentes tipos de tuberías de diferentes diámetros.
Fig. 2.4.5 e
Swange enchufable
Codos enchufables. Se realizan para cambios de dirección de las tuberías en 90° y 45°.
Fig. 2.4.5 f
Codos enchufables de 90° y 45°
Te enchufable recta y reductora. Sacan ramales a 90° de una línea principal; las tés reductoras se fabrican a petición a partir del maquinado de piezas forjadas.
Fig. 2.4.5 g
Te enchufable reductora y recta
Ye enchufable. Hacen salidas del mismo diámetro a 45° de la tubería principal.
38
Fig. 2.4.5 h
Ye enchufable
Cruz enchufable. Con características similares a las soldadas a tope, se fabrican a petición de piezas forjadas.
Fig. 2.4.5 i
Cruz enchufable
Accesorios para salidas de recipientes o sistemas soldados a tope Medio cople enchufable. No se usa el cople entero para conectarse a cabezales o recipientes, debido a que el medio cople tiene mas rigidez; el medio cople permite entradas a 90° a tuberías grandes o recipientes.
Fig. 2.4.5 j
Medio cople enchufable
Los accesorios a continuación 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 que se unen. Sockolet
Saca ramales a 90° del mismo diámetro o reducidos, sobre tubería recta; se pueden obtener sockolet de base plana para tapas o recipientes.
39
Fig 2.4.5. k
Sockolet enchufable
Elbolet enchufable. Saca ramales reducidos, saliendo tangentes a codos de radio largo o corto.
Fig 2.4.5. l
Elbolet enchufable
Latrolet enchufable. Saca ramales reducidos a 45° sobre una tubería recta.
Fig. 2.4.5. m Nipolet
Latrolet enchufable
Es una variante del sockolet, solo que termina en una punta que trabaja como niple, se desarrollo simplemente para conectar válvulas pequeñas.
Fig 2.4.5. n
Nipolet
Tapon capa enchufable. Cierra una tubería en forma plana.
Fig. 2.4.5
Tapón capa enchufable. 40
Para obtener datos de dimensiones y comportamiento de accesorios enchufables ver anexo …………….
2.5.
Componentes para sistemas de tuberías en sistemas roscados.
2.5.1. Ventajas. El roscado se realiza fácilmente en tuberías y accesorios en campo, minimiza el peligro de fuego cuando se instalan tuberías, en áreas con gases o líquidos inflamables presentes. 2.5.2 Donde se usan. Para líneas pequeñas de proceso que conducen servicios. 2.5.3 Desventajas. No esta permitida según el código ANSI B31.1.0-1967 si se espera erosión severa, corrosión, golpeteo o vibración; ni a temperaturas arriba de3 496 °C. Es posible que tenga fugas la unión y que ocasione que la junta se tenga que sellar con un cordón de soldadura ( no recomendable ). La fortaleza de la tubería se reduce al disminuir con el roscado el grosor de las paredes. 2.5.4 Como se realiza la junta. Comúnmente se puede realizar la rosca exterior ( macho ) sobre la tubería por medio de una herramienta manual llamada tarraja, o por medio de maquinas que pueden realizar ese trabajo en campo.
Fig. 2.5.4 a
2.5.5
Tarraja manual y mecanizada para enroscado de tuberías macho.
La rosca interior ( hembra) comúnmente viene en los accesorios, aunque pueden roscarse por medio de machuelos ó por torneado el interior de una pieza ( cople ) lo cual no es recomendable. Accesorios para tuberías roscadas. Un amplio rango de accesorios han sido desarrollados por muchos manufactureros para propósitos específicos y especiales, para tuberías de plomería en edificios. La mayoría de estos accesorios se usan en tuberías de servicios ( aguas, vapor, aire, etc ); no se usan salvo pedido especifico y estudio detallado en las tuberías de proceso, aunque sus rangos de presión y temperatura sean apropiados. Accesorios de fierro maleable galvanizado de 150# (psig) y 300 # con válvulas de rango similar se usan con tubo ced 40 para líneas de agua y aire comprimido para uso domestico o comercial; no es recomendable usarlos para uso industrial aunque se usan por razones económicas. Los accesorios de acero forjado roscado, se usan mas extensivamente en la industria en comparación a los de fierro maleable a causa de su mayor fortaleza mecánica. 41
Estos accesorios se han estado usando desde la revolución industrial por lo que se encuentran muy estandarizados y son fáciles de obtener en diámetros pequeños y medianos. Cople roscado.
Une tuberías y accesorios en línea recta que tengan extremos roscados.
Fig. 2.5.5 a
Coples roscados estándar y ligero
Cople reductor. Une tuberías roscadas de diferentes diámetros, se puede fabricar a partir de piezas forjadas.
Fig. 2.5.5 b Niple.
Cople reductor roscado
Junta uniones, válvulas, filtros, accesorios; básicamente es un tramo de tubería roscado que se puede hacer en campo, aunque es preferible comprarlo hecho, sobretodo si lleva algún recubrimiento ( galvanizado ).
Fig. 2.5.5 c
Niples
Niple de tanque. 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 ).
Fig 2.5.5 d
Niple de tanque ( no usar ) 42
Tuerca unión.
Permite una unión de fácil instalación, remoción o remplazamiento; para mantenimiento de válvulas o recipientes en sistemas roscados. Es indispensable la colocación de tuercas unión en un arreglo de tuberías, ya que el enroscado solo se puede hacer siguiendo un sentido de giro, y ocasiona situaciones en que es imposible girar un accesorio para apretarlo, ya que sortaria el lado contrario. Aunque se pueden realizar accesorios con rosca contraria ( solo se recomienda usarlo en casos excepcionales muy estudiados ).
Fig. 2.5.5 e
Tuerca unió roscada
Conector roscado. Para unir tubería roscada a tubo abocinado por medio de tuerca especial.
Fig. 2.5.5 f
Conecto roscado
Reducción buje. Es un accesorio reductor usado para conectar tuberías pequeñas dentro de accesorios o boquillas mas grandes; tiene muchas aplicaciones para conexiones de instrumentos; normalmente no se usan para servicio de alta presión.
Fig. 2.5.5 g Swage niple.
Reducción buje roscada
Es un swage que puede tener uno o dos extremos roscados machos
Fig. 2.5.5 h
Swage niple roscado 43
Codos roscados. Hacen el cambio de dirección en tuberías roscadas a 90° y 45°.
Fig. 2.5.5 i
Codos roscados de 90° y 45°
Curvas roscadas macho. Se fabrican bajo pedido dando el ángulo, dependen del material para el radio de curvatura.
Fig. 2.5.5 j
Curva roscada macho de 90°
Te roscada mixta. Hace el cambio de dirección a 90° con extremos maco-hembra.
Fig. 2.5.5 k
Te roscada mixta
Te recta o reductora roscada. Saca ramales rectos o reducidos a 90° de la trayectoria de la tubería. Aunque son difíciles de encontrar existen tés con la reducción en línea.
Fig. 2.5.5 l Ye roscada
Te recta o reductora roscada
Hace cambios de dirección de igual diámetro a 45° de la trayectoria de la tubería.
44
Cruz roscada.
Fig. 2.5.5 m
Ye roscada
Fig. 2.5.5 n
Cruz roscada
Une a cuatro tuberías roscadas a 90°.
Reducción roscada. Realiza el cambio de diámetro de una tubería a otra; se pueden encontrar concéntricos y excéntricos.
Fig. 2.5.5 ñ
Reducciones concéntricas y mixtas roscadas
Coples roscados. Se usan para colocar conexiones a 90° roscadas, para tuberías e instrumentos, o para boquillas de recipientes; se pueden encontrar de tres tipos: completos ( rosca en ambos extremos ), medio cople ( cortado a la mitad ) y bose que es un medio cople con achaflanado preparado para soldarse a una tapa plana.
Fig. 2.5.5 o
Cople, medio cople y bose roscados 45
Los accesorios siguientes 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 unirán. Thredolet
Saca ramales a 90° de igual diámetro o reductores de una tubería recta, se obtienen también con fondo plano.
Fig 2.5.5 p
Thredolet
Elbolet roscada. Saca ramales reducidos, saliendo tangentes a codos de radio largo o corto.
Fig. 2.5.5 q
Elbolet roscada
Latrolet roscada. Saca ramales reducidos a 45° sobre una tubería recta.
Fig. 2.5.5 r
Latrolet roscada
Nipolet roscada. Es una variante del thredolet, solo que termina en una punta que trabaja como niple; se desarrolló principalmente para conectar válvulas pequeñas.
Fig. 2.5.5 s
Nipolet roscada
46
Tapones roscados. Se encuentran diversos accesorios para tapar tuberías roscadas.
Fig. 2.5.5 t
Tapones roscados
Tablas. Roscas de tuberías. Algunas veces es necesario saber la longitud roscada total de accesorios y tuberías roscadas y saber que tanto penetran unas en otras, para saber esos datos deberán tomarse en cuenta las dimensiones de las tablas: La norma ANSI/ASME B2.1-1983 rige las roscas cónicas y rectas de tubería y accesorios; la rosca cónica se usa normalmente en tuberías roscadas debido a que es intrínsecamente autosellante; la rosca cónica altera el diámetro en 1.5 mm ( 1/16” ) por cada 25.4 mm (1”) de avance ( carrera ) de la rosca. El número de roscas por pulgada es el mismo ( sigue la norma ANSI/ASME B2.1-1983 ) para roscas rectas ó cónicas del mismo diámetro nominal, las roscas rectas y cónicas son compañeras. Las uniones cónica/cónica y cónica/recta son autosellantes con el auxilio de pastas o películas plásticas ( teflón ); la unión recta/recta roscada, requiere de un empaque o tuerca para asegurar la unión. La norma ANSI/ASME B2.1-1983 define roscas de tuberías “ herméticas “ que no requieren película o pasta para sellarse. La norma ASME B1.20.7-1991 es una revisión de la norma ANSI/ASME B1.20.7-1966 la cual define las roscas para el acoplamiento de mangueras.
ANSI/ASME B2.1-1983 Rosca cónica para tuberías Rosca recta para tuberías en coples de tubería Rosca recta para tuberías para juntas mecánicas Rosca recta para tuberías para tuercas y tuberías de cierre Rosca recta para tuberías para coples y niples de de manguera
NPT NPSC NPSM NPSL NPSH
Rosca cónica hermética para tuberías ( lubricante opcional ) Rosca recta hermética para tuberías ( lubricante opcional ) Rosca recta hermética interna para tuberías
NPTF NPSF NPSI
ANSI/ASME B2.2-1983
47
Fig 2.5.5 u
Detalles de roscado de tuberías.
Para obtener datos de dimensiones y comportamiento de accesorios roscados ver anexo ……………. 48
2.6. Componentes para sistemas de tuberías bridadas. 2.6.1. Clasificación y usos. Es el medio más versátil para unir tuberías y sus accesorios, equipos y recipientes, debido a su facilidad de montaje. Debido a su forma de unión a tuberías y accesorios, se pueden encontrar en el mercado los siguientes tipos de bridas: a) Brida de cuello soldable ( welding neck flange ). Existe en su forma estándar y larga; las regulares se usan para unirlas a tuberías o accesorios solados a tope; presentan dificultad para alinearlas a la tubería, pero se consideran muy apropiadas para condiciones severas de temperatura ó esfuerzos grandes de corte, impacto o vibración. Las bridas de cuello largo se usan principalmente como parte de equipos o boquillas de tanques. Se debe poner especial atención al requerirla al diámetro interior de la brida, para que coincida con el diámetro interior de la tubería o accesorio ( el diámetro interior cambia con respecto a la cedula ).
Fig 2.6.1 a
Brida de cuello soldable
b) Brida deslizable ( slip-on flange ). Según se muestra en la figura , necesita dos cordones de soldadura para colocarse, la soldadura interior tiene gran oportunidad de estar sujeta a corrosión. Tiene poca resistencia al impacto y vibración, es mas fácil de alinearla que la de cuello soldable; además existe la posibilidad de que la hendidura que ocasiona la unión, aumente las perdidas por fricción al crear remolinos. Es mas barata que la de cuello soldable, pero cuesta mas colocarla. Se ha calculado que los esfuerzos que soporta bajo presión interna, son apenas un tercio que los correspondientes a la de cuello soldable. Del final del tubo a la cara de la brida se debe dejar el grueso del tubo mas 1.5 mm.
Fig 2.6.1 b
Brida deslizable
c) Brida enchufable ( socket Weld flange ). La brida tiene un hueco donde se inserta la tubería con un tope ( a diferencia de la deslizable ). Se suelda por la parte exterior de la brida; este tipo de brida se usa para altas presiones, por lo que frecuentemente se suelda por la parte interior, esmerilando la soldadura para proveer un diámetro interior liso, sin bolsas ni bordes; cuando se coloca la soldadura interior su resistencia estática se iguala a la deslizante, pero su resistencia a la fatiga es 50% menor. 49
Fig 2.6.1 c
Brida enchufable
d) Brida roscada ( screwed flange ). Estándar o reductora, se usa para conectar sistemas roscados a un equipo bridado, usada principalmente a presiones medias y en diámetros no mayores a 38 mm Ø. Se debe sellar con un cordón de soldadura cuando la presión exceda a 500 psig ó la temperatura de 320°C.
Fig. 2.6.1 d
Brida roscada
e) Brida loca ( lap-joint flange ). Usada siempre con su pareja inseparable la punta abocinada ( stub end ), es una manera económica de unir tuberías a materiales caros como aleaciones y aceros inoxidables, ya que la brida es de acero al carbón, y solo el stub end debe ser del material de la tubería. Es útil de donde es necesario hacer corresponder sus barrenos con los de una brida compañera, como en el caso de boquillas de tanques, en donde es necesario evitar el excesivo esfuerzo flexionante en las juntas. No debe usarse en tuberías de diámetro grande, ni en tuberías de pared muy delgada.
Fig. 2.6.1 e
Brida loca 50
Como parte inseparable de la brida loca se encuentra el stub end. Este accesorio varia con respecto a la cedula de la tubería a la que se va a soldar, así como el material de la que esta construida ( no es aconsejable unir materiales diferentes ). Se clasifica también por el largo del cuello: corto y largo; así como del radio de curvatura de la unió en el cuello; tipo A, tipo B y tipo C.
Fig. 2.6.1 e
Stub ends tipo corto( A, B y C ) y largo
f) Brida ciega ( blind flange ). Se usa para cerrar el extreme de una tubería bridada, la cual se espera alguna vez se amplié, o necesite limpieza periódica.
Fig. 2.6.1 f
Brida ciega
g) Brida reductora. Apropiada para reducir diámetros de tubería. Puede estar la reducción concéntrica a la tubería o excéntrica apañada a la parte superior o inferior. No debe ser usada ya que la transición puede ser demasiado abrupta y crear acumulación de materiales en el recoveco, así como turbulencias indeseadas como es el caso de las succiones de bombas. Pueden conseguirse de cuello soldable , pero las comunes son deslizantes.
Fig. 2.6.1 g
Brida reductora
h) Brida expansora. En forma similar a una de cuello soldable soldada una reducción pero en una forma mas compacta, aumenta el diámetro nominal ella misma en un paso. En estos días de muy difícil adquisición, por lo que es preferible hacerla en campo, en tiempos pasados útil para conectar válvulas, compresores y bombas ahorrando espacio.
51
Fig. 2.6.1. h
Brida expansora
2.6.2. Tipo de cara de bridas y acabados. Los manufactureros ofrecen muchos acabado de la cara de una brida ( cara de una brida es la parte plana donde se apoya una brida con su compañera ); se clasifica generalmente en 5 tipos:
a) Cara realzada ( raised face ) La cara realzada se usa en cerca del 80% de todas las bridas. Es un realce de 1.5 mm (1/16”) para bridas de 150 # y 300 # [ # es el símbolo de libras/pulgada cuadrada nominales(psig)] la expresión 52
nominal indica que pueden siempre soportar de una manera común las 150 psi, aunque en la practica puedan soportar algo mas que esa presión. Y de 6.3 mm (1/4”) de alto para rangos mayores. Rango en una brida es la presión común máxima que puede soportar para un buen funcionamiento. b) Cara plana ( flat face ) Son las de uso mas común para acompañar bridas que no sean de acero, sobre boquillas de bombas, etc; Y para acompañar válvulas y accesorios de fierro fundido ( FoFo ) de 125 # y 250 #. Esto se debe a que el FoFo es frágil y no soporta el cantiléver que forma el resalte de la brida. Las bridas de cara plana usan empaques cuyo diámetro exterior es igual al exterior de la brida, eso reduce el peligro de que el FoFo, bronce o plástico de la brida se quiebre cuando se realice el apriete. c) Cara para empaque anillado ( ring-joint face ) Es la cara mas cara, pero al mismo tiempo se considera la junta mas eficiente para servicios de alta temperatura y presión, ambas bridas son semejantes. Esta cara no es propensa a dañarse al manejarla en la superficie en contacto con el empaque, cuando este esta fuera de servicio. El uso de estas caras puede incrementar la aceptación de empaques de arillo “O” metálicos para sellos de procesos químicos. d) Cara de brida loca ( lap joint facing ) Esta conformado su perfil interior para acomodar la punta abocinada ( stub end ); la combinación de la brida y el stub end, presentan una geometría similar a las bridas de cara realzada, y puede ser usado donde puedan existir esfuerzos de tensión.
Cara realzada
Cara plana
Cara empaque anillado Fig. 2.6.2 a e) Caras especiales.
Cara de brida loca Tipo de cara de bridas
Adicionales a estos tipos de cara también existen en el mercado los siguientes tipos de cara:
Resalte macho grande con cavidad hembra grande. Resalte macho pequeño con cavidad hembra pequeña. Machihembrado grueso. Machihembrado Delgado.
Raised face and large male and female. Small male y female. Large tongue & groove Small tongue & groove 53
Juntas anilladas especiales.
Ring joints
Todos estos tipos de cara, se usan principalmente en 400 psig o mas.
Para obtener datos de dimensiones y comportamiento de bridas ver anexo …………….
Tipos de acabados de bridas. El término acabado se refiere al tipo de textura de superficie, que se le dará a la brida al maquinarse en la cara de contacto con el empaque. Existen dos tipos principales de acabado: rayado fonográfico ( serrated ) y liso ( smooth ). A la cara de las bridas generalmente se le da un acabado maquinado, de manera que se produzca un rayado en forma de espiral con fondo redondeado, el cual es el mas común y puede ser llamado acabado común ( stock finish ); o con un acabado en forma de espiral con perfil “V” rayado concéntrico llamado rayado fonográfico. El paso del rayado es de o.75 mm (1/32”) para bridas de acero de 12” Ø o mas pequeñas. El acabado liso generalmente es bajo pedido y se obtiene en dos calidades: la superficie mas lisa se llama “ acabado de agua helada “, el acabado liso común ( plano liso ) no debe mostrar ninguna marca el agujero desnudo. El acabado fonográfico se usa con empaques de asbesto o plástico, el acabado liso regular se usa con empaques hechos de materiales duros, y con empaques de embobinado espiral. El acabado de agua helada se usa normalmente sin empaques.
2.6.3. Tipo de sujetadores (tornillos, birlos, etc ) Para sujetar una brida con su compañera se usan sujetadores ( en adelante se les llamará tornillos, birlos ó tuercas ) para ese objetivo se barrenan agujeros en las bridas los cuales están angularmente igual espaciados con respecto al centro y con un circulo de barreno definido. Una brida definido un diámetro nominal “ Ø “ y norma de brida ( ANSI ó ISO ) deberá tener dimensiones especificas de: diámetro exterior, grosor, circulo de resalte, numero de agujeros, diámetro de los agujero, etc. Es importante hacer resaltar que cuando una brida no coincida en forma de espejo con otra, debe ponerse especial cuidado pues no corresponden al mismo rango de presión. Es muy importante que las bridas ( sobretodo cuando estén fijas ) sean colocadas a horcajadas ( straddle centerlines ), de tal manera que el ángulo que forman los dos ejes radiales con respecto al centro quede centrado siempre entre los ejes teóricos fundamentales Norte-sur ( el norte de la planta, no el norte geográfico ) , y arriba-abajo ( sobre la plomada ). Esto evitará que cuando colocan algún accesorio, válvula o equipo con bridas fijas no quede descuadrado. Comúnmente para sujetar una brida se usan: tornillos de maquina y birlos. El tornillo de maquina tiene en un extremo una cabeza la cual generalmente es hexagonal ( pudiéndose usar cuadrada ), no es aconsejable usar otro tipo de cabeza. El birlo es un tornillo continuo sin 54
cabeza en los extremos, se usa en los extremos una tuerca comúnmente hexagonal para sujetarlo. Es importante usar una rondana para facilitar el apriete del lado de la tuerca.
Fig 2.6.3
Tornillo de maquina con tuerca y birlo con tuercas
Los birlos han desplazado ampliamente a los tornillos para sujetar bridas debido a que son mas fáciles de remover si están corroídos. La confusión con otros tornillos en un equipo se evita, y si no se encuentra en almacén se puede cortar un esparrago ( tramo recto largo de tornillo ) o maquinado por un torno. Rosca de tornillo unificada . El estándar unificado para tornillos y tuercas ( UN- ) se usa en USA, Canadá y Reino Unido; el estándar que se sigue es el ANSI B1.1 , y se puede obtener su correspondencia en sistema métrico ANSI B1.1a Existen tres tipos diferentes de roscas, cada una con una mayor cantidad de hilos de rosca que la anterior: UNC UNF UNS
Unified National Coarse Unified National Fine Unified National Select
Rosca unificada nacional gruesa. Rosca unificada nacional fina Rosca unificada nacional selecta
Existen varias clases, cada una con resistencia a la tracción mayor que la anterior; así como acabados para resistir el medio ambiente ( galvanizado , bonderizado, cadminizado,etc ). Para tuberías se usa solo la UNC ( clase 2 ) para birlos y tornillos. Y se especifica de la siguiente manera: Diámetro exterior Ejemplos:
Tornillo Tuerca
rosca
hilos x pulgada
clase
½” UNC 13 - 2a ½” UNC 13 - 2b
55
A si es tornillo
B si es tuerca
2.6.4. Tablas
56
57
58
59
60
61
62
63
2.6.5. Tipo de empaque y empaquetaduras. Los empaques se usan para hacer un sello resistente a las fugas entre dos superficies. Los patrones comunes de configuración para bridas de tuberías son: cara completa que se usan para colocarse entre bridas de cara plana y los de anillo que solo cubren la cara de realce de la brida. Los materiales que se usan ampliamente son los asbestos comprimidos, pero debido a que afectan a la salud de las personas, han sido siendo sustituidos por otros materiales como los de metal rellenos de asbesto.
Fig. 2.6.5 a
Diversos tipos de empaques para brida de cara completa y anillo
Los empaques de metal rellenados son especialmente útiles, si se requiere para mantenimiento el desacoplamiento repetido de las bridas, como el empaque sale limpiamente se puede reusarlo frecuentemente.
Fig 2.6.5 b
Empaques con los datos de estampado que pide la norma ASME B16.20
La selección de un empaque se decide de acuerdo a: 1.2.3.4.-
Temperatura, presión, y naturaleza corrosiva del fluido. Si el mantenimiento u operación requieren desacoplamiento frecuente. Los requerimientos que pida alguna norma o código. Costo.
64
En algunos casos se requiere que las parte adyacentes de una línea, estén eléctricamente aisladas una de otra; esto puede ser efectuado insertando en la junta bridada, un accesorio con un conjunto de empaques aislantes entre las partes, como se muestra en la figura a continuación, un empaque aísla eléctricamente las caras de las bridas, arandelas y camisas aíslan los tornillos de una o ambas bridas.
Fig. 2.6.5 c
Unión bridada aislada eléctricamente
Cuando se esta trabajando con productos muy peligrosos se pedirá al contrario que las tuberías tengan continuidad eléctrica, por lo que se pedirá que se una cada brida con un cable.
2.6.6. Bridas especiales Es muy amplia la gama de tipos y perfiles para realizar bridas especiales. Se adaptan para realizar medidores de flujo de orificio, para las tapas de entradas de hombre, para unir cuerpos o tapas de recipientes, pueden ser redondas o con cualquier perfil geométrico. Se pueden unir con tornillos, con uñas o con conexiones rápidas.
Fig. 2.6.6 a
Diferentes bridas especiales 65
2.7.
Componentes para sistemas de tuberías sanitarias.
Debido a su naturaleza completamente higiénica y aséptica, las industrias que trabajan con productos que en algún momento pueden ser consumidos por los humanos o animales, como son la industria farmacéutica, veterinaria, cosméticos y alimentos, sus sistemas de tuberías deben seguir normas y estándares, que garanticen la limpieza del manejo de los productos que se están manejando. En consecuencia todos los equipos ( bombas, reactores, recipientes, válvulas ) deberán seguir esas normas. Los componentes que mas se han generalizado en estas industrias son los tri-clamp, que en si es un tipo de conexión rápida.
2.7.1. Clasificación y usos. En la industria sanitaria se usan materiales que no emitan partículas al interactuar con los fluidos que conducen, se usa en forma generalizada los aceros inoxidables, comenzando como mínimo con T 304 y conforme se acerca al grado de productos inyectables se usa como norma el T 316 L ( acero inoxidable con bajo carbón ). Por razones de precio se usan tuberías y accesorios de acero inoxidable estándar nominales de cedula. Pero en materiales en contacto con el fluido sanitario se usan tubos calibrados (flux) y accesorios cuyo diámetro nominal es el exterior ( mas caros ).
Fig. 2.7.1
Accesorios de cedula y accesorios de tubo calibrado
2.7.2. Tipo de empalme. Los tipos de empalme usados en la industria sanitaria son debido a que se deben estar sanitizando en forma frecuente del tipo de conexión rápida de abrazadera, y pueden ser de dos tipos: Accesorios Clamp .
Es una conexión hecha de dos ferrulas ( terminales abocinadas ), un clamp ( abrazadera ) y un empaque. Existen dos clases de conexiones clamp:
66
a)
Tri-clamp que es la mas común.
b)
H-Line y HDI-Line que son conexiones cuyas ferrulas son macho hembra
Accesorios roscados.
Son conexiones análogas a una tuerca unión de tuberías; una de las ferrulas es plana, la otra tiene una rosca macho exterior y se unen con una tuerca que se enrosca en la ferrulas. Las caras de los asientos de las ferrulas están angulados para crear una superficie de sello metal a metal. Estos tipos de unión se usan para la industria alimenticia, productos de consumo y bebidas. Las terminales cumplen los estándares para CIP (clean-in-place) limpieza en el lugar de los códigos sanitarios.
Empaques clamp.
Existen varios perfiles para empaques de conexiones clamp a continuación se muestran varios tipos.
Fig 2.7.2.
Diferentes tipos de perfiles de empaque de conexión clamp. 67
Con respecto a los materiales con los que se pueden construir empaques para conexiones clamp, a continuación se muestra una tabla con sus propiedades. Características
Buna- N
EPDM
Fluoroelastomero
Silicón
PTFE
70 1875 340
70 1650 317
70 1212 272
70 1340 260
-
- 65°F a 200°F
- 60°F a 300°F
- 20°F a 350°F
- 40°F a 450°F
- 40°F a 200°F
Buena Regular a buena Buena a excelente Excelente Buena
Buena a excelente Buena a excelente Pobre Buena
Pobre a buena Pobre a regular Pobre a buena Pobre Buena a excelente
Buena a excelente Excelente Excelente Regular Flujos fríos
Dureza, Shore A Esfuerzo a la tensión, psi Elongación, % Rango de temperatura Resistencia al acido Resistencia al álcali Resistencia a las grasas/aceites Resistencia a la abrasión Resistencia conjunta a la compresión
Buena a excelente Pobre a buena Buena a excelente Buena a excelente Buena a excelente
2.7.3. Tipo de acabados. Los acabado de las piezas dependen demasiado del material siendo conducido en el interior y conforme se pide mayor el pulido aumenta grandemente su precio. A continuación se muestra una tabla con los códigos de acabado de superficie .
Código acabado
Superficie interior o en contacto con el producto Método de acabado Rugosidad máxima de superficie (RA) Micro pulgadas (minch)
Micrómetros (mm)
1 3 7
32 32
0.8 0.8
PC PD PL
20 15 20
0.5 0.4 0.5
PM
15
0.4
Acabado superficie sin contacto
Acabado ASME BPE No pulido Pulido mecánico Pulido mecánico
No pulido No pulido Pulido Ra =32 minch (0.8 mm
SFF1 SFF4 SFF1
Pulido mecánico Pulido mec y electropulido Pulido mecánico
No pulido No pulido Pulido Ra =32 minch (0.8 mm
SFF4
Pulido mec y electropulido
Pulido Ra =32 minch (0.8 mm
68
2.7.4. Ventajas. Estos componentes de tubería son los que hasta este momento cumplen mas apropiadamente con las normas de asepsia y sanitizacion de todas las industrias farmacéutica, veterinaria, cosméticos y alimentos. Se pueden desarmar rápidamente, se pueden limpiar fácilmente, están diseñadas para impedir que cualquier material extraño se acumule en su superficie, ó dado el caso facilitar su limpieza en el lugar (CIP).
2.7.5. Donde se usan. En cualquier industria donde sea necesario que las tuberías s e desarmen rápidamente, se puedan limpiar fácilmente, y que ningún resto del producto se acumule en la superficie interior y que posteriormente pueda alterar el producto.
Fig. 2.7.5
Instalación típica farmacéutica
2.7.6. Desventajas. Este tipo de conexiones tienen varias desventajas importantes: a) No son adecuados para temperaturas medias ni altas, ya que en el medio donde se usan es muy conflictivo cualquier contacto con la piel humana: y en las aéreas es muy conflictivo conseguir un aislamiento que satisfaga las normas asépticas. b) No soporta presiones ni siquiera medianamente altas. A continuación se muestra una tabla con rangos comunes.
69
Rangos de servicio en Libras / pulgada cuadrada para conexiones tri-clamp Tamaño Diámetro exterior 13MHLA a 70°F a 250°F 13MHHM a 70°F a 250°F 13MHHS a 70°F a 250°F 13MHP a 70°F a 250°F A13MO a 70°F a 250°F A13MHM a 70°F a 250°F
½” y ¾”
1” y 1½”
2” 2½” 3” 4” 6” Roscado apretado al máximo -150 150 150 150 100 --125 125 125 125 75 -Tuerca de mariposa apretada a 25 pulgadas-libra de torque 500 450 400 400 350 300 150 300 300 200 200 195 150 75 Tuerca de mariposa apretada a 25 pulgadas-libra de torque 2200 600 550 450 350 300 -1200 300 275 225 175 150 -Tuerca de mariposa apretada a 20 pulgadas-libra de torque -1500 1000 1000 1000 800 300 -1200 800 800 800 600 200 Tuerca de 3” apretada a 20 pulgadas-libra de torque, de 4” apretada a 30 pulgadas-libra de torque -500 350 300 200 100 75 -250 200 150 100 100 50 Tuerca de mariposa apretada a 25 pulgadas-libra de torque -500 450 400 350 300 150 -300 250 200 175 150 75
c) No soporta solicitudes mecánicas medianas o grandes, por lo que pueden tener problemas de flexibilidad. d) Los costos de construcción debido a los materiales, montaje, tipo de soldadura y acabados es bastante alto.
2.7.7. Como se realizan. Este tipo de tuberías generalmente exigen soldadura orbital, realizada por personal altamente calificado. Los acabados deben ser debidamente pasivados y deben ser autorizados por un proceso de validación que después cumpla con las normas sanitarias de las instituciones sanitarias del lugar donde va a operar.
70
2.7.8. Accesorios y equipos especiales. Existe una amplia variedad de compañías que ofrecen accesorios análogos para uso en tuberías sanitarias. En este caso nosotros le sugerimos usar accesorios de la marca alfalaval que es el líder mundial. Para obtener datos de dimensiones y comportamiento de conexiones clamp ver catalogo alfalaval “ Sanitary & biopharm “.
Fig. 2.7.8
Diferentes tipos de accesorios clamp 71
2.8.
Componentes para sistemas de tuberías civiles
Es muy común en el diseño de tuberías industriales no considerar, omitir y en cierto modo despreciar las tuberías civiles y las trincheras eléctricas. Los diseñadores piensan que comúnmente estas tuberías van debajo del piso y que es un asunto que compite solo a los arquitectos e ingenieros civiles; esto es un grave error ya que gran cantidad de ellas parte desde la parte mas alta de un edificio, y que al correr horizontalmente exigirá pendiente. Cuando se diseñan las zonas vacías ( restricciones )que existen entre los edificios y las calles del interior de la planta, debe poner especial atención el diseñador pues muchos servicios municipales y combustibles viene subterráneos por lo que es necesario pactar con los civiles sus rutas.
Fig. 2.8 Tuberías civiles principalmente subterráneas de drenaje, agua, gas combustible y ductos eléctricos.
2.8.1. Clasificación y usos. Las tuberías se pueden clasificar por la posición en que van a estar en: Aéreas y Subterráneas. Por el material con que están construidas en: a) De concreto reforzado para canales de drenaje. b) De asbesto cemento para conducir agua potable ( no se permite el uso de asbesto en la actualidad ) c) De cemento para conducir cables eléctricos ( Conduits ) d) De cerámica vidriada para conducir sustancias químicas a la planta ( antiguamente ) e) De fierro fundido para conducciones aéreas de drenaje. f) De PVC para conducir drenaje ligero. g) De polímeros plásticos, muy usadas actualmente en la industria debido a que se puede conseguir para el drenaje de casi cualquier tipo de material.
72
Fig. 2.8.1
Tuberías de concreto, fierro fundido y PVC
2.8.2. Tipo de empalme. El empalme que predomina es el de espiga campana, con la espiga del lado corriente arriba y la campana se acopla del lado corriente abajo. Lo que cambia es el material que se usa para cementar la unión que puede ir de un mortero suave de cemento en la tuberías de concreto y asbesto; calafateo con fibra de asbesto y sellado con plomo fundido; hasta las mas resientes que usan diferentes adhesivos de acuerdo al que provee el fabricante.
2.8.3. Tipo de acabados. No existe una especificación muy rigurosa para los acabados salvo la que suministre un buen acoplamiento y una calidad apropiada para el cliente.
2.8.4. Ventajas. Cada uno de los diferentes tipos de cañerías y ductos nos suministran ventajas de acuerdo al material: a) El concreto reforzado nos ofrece grandes diámetros, gran fortaleza y precios bajos. b) El asbesto cemento nos ofrece diámetro medianos, una tersura mayor de superficie interior para bombeo y precios accesibles. c) El conduit de cemento nos ofrece diámetro medianos, buena tersura y precio bajo. d) El tubo de cerámica vidriada aun ahora nos proporciona un material apropiado para conducir sustancias químicas. e) El tubo de fierro fundido es un material de amplio uso para drenajes aéreos. 73
f) Las cañerías de PVC es una manera económica de conducir drenajes aéreos. g) Las tuberías de drenaje de polímeros plásticos es lo mas moderno que existe para la conducción de efluentes, ya que puede cubrir todo el espectro de fluidos.
2.8.5. Donde se usan. Las tuberías civiles serán usadas en cualquier aspecto que no este rigurosamente controlado por las tuberías de proceso y servicios industriales. Como pueden darse cuenta de acuerdo a la relevancia de la tubería, puede esta ser controlada por el departamento de diseño de tuberías.
2.8.6. Desventajas. De acuerdo al material y a las solicitudes de dureza, tersura , resistencia mecánica ,química y eléctrica; Los materiales presentan ciertas desventajas: a) El concreto reforzado no es muy hermético, terso y tiene poca resistencia química. b) El asbesto cemento en este momento esta prohibido en casi la mayoría de los países por su efecto perjudicial a la salud. c) El conduit de cemento es permeable a la humedad por lo que no se puede enterrar en terrenos húmedos. d) El tubo de cerámica vidriada sigue siendo hasta estos momentos muy caro y difícil de conseguir. e) El tubo de fierro fundido es muy frágil y difícil de reparar en caso de mantenimiento. g) La tubería de PVC cuando es de pared delgada es muy frágil, cuando es de pared gruesa es muy cara; ambas son muy difíciles de soportar por su poca resistencia mecánica. h) Las tuberías de polímeros plásticos, o que recubren con polímeros a los tubos son de precios altos y en ciertos casos casi son prohibitivos.
2.8.7. Como se realizan. Cada una de estas tuberías tienen sus sistemas de fabricación y tienen su procedimiento de ensamblaje en campo que comúnmente son de conocimiento general.
2.8.8. Accesorios y equipos especiales. A estas tuberías comúnmente hay que agregarle accesorios especiales como: pozos de visita, registros, alcantarillas ,etc. De conocimiento mas común para arquitectos , ingenieros y electricistas. Así también existen equipos especiales como: trampas de grasas, trampas de sólidos, areneros, decantadores y artefactos de paso a prueba de explosión.
74
3
Válvulas
Las válvulas tienen como función básica el control del flujo de un fluido, tanto en dirección como en cantidad, lo cual realizará por la inserción de un objeto ( elemento de control de flujo ), y la acción anterior permitirá la diversificación, restricción o regulación de flujo.
3.1.
Especificación de una válvula.
La especificación de una válvula es un proceso concienzudo que involucra muy variadas definiciones, a continuación se enlistan los criterios mínimos que se deben tomar en cuenta: a) Tipo de válvula. b) Material de que esta hecha ( mucho cuidado con el material en contacto con el fluido ). c) Tipo de conexiones (roscada, soldable, bridada ,etc ) d) Rango de presión de operación. e) Diámetro nominal. f) Definición del elemento de control y sus asientos. g) Definición del vástago y bonete ( incluidos sus empaques ). h) Definición del volante o artefacto de operación de la válvula. A continuación se tratara de explicar de la manera mas sencillas cada una de las partes de una valvula.
3.2.
Clasificación de válvulas.
Los catálogos de manufactureros ofrecen una amplia variedad de tipos de válvulas, en consecuencia se puede hacer uso de diferentes criterios para la clasificación de una válvula.
3.2.1 Clasificación de válvulas de acuerdo a su función. De acuerdo a la función realizada por la válvula se puede clasificar en: a) Abre - cierre. b) Reguladoras. c) De retención. d) Diversificación. e) Seguridad y alivio.
Válvulas que solo trabajan eficientemente cerrando o abriendo completamente el flujo a través. Pueden variar el porcentaje de flujo en forma proporcional. Permiten el flujo en una sola dirección. Permiten dos o mas rutas alternativas de flujo ( normalmente llamadas de varias vías ). Evacuan fluido de un sistema. 75
3.2.2 Clasificación de acuerdo a los mecanismos básicos y a los elementos de control del fluido. El mecanismo de ajuste del elemento de control de flujo, es un accesorio critico para permitir el control del porcentaje de flujo a través del cuerpo de la válvula. Siempre considerando este punto, los diseñadores de varias manufactureras de válvulas, tienen avanzados métodos para aislar el mecanismo que regula el movimiento del elemento de control de flujo, del fluido siendo manipulado en la válvula. De acuerdo al mecanismo se podrían clasificar las válvulas de la siguiente manera:
a) De compuerta
Controlan interponiendo una compuerta al flujo. Aunque es una válvula de mecanismo antiguo, excede el número de los otros tipos de válvula en los servicios donde se requiere flujo ininterrumpido y pequeña caída de presión. Los servicios de regulación no se recomiendan para estas válvulas, dado que se erosiona o daña la compuerta y el sello cuando se usa para restringir flujo. Además se produce turbulencia con la compuerta en la posición parcialmente abierta.
Fig. 3.2.2 a
Válvula de compuerta
Cuando la válvula esta enteramente abierta, la compuerta esta elevada completamente fuera del pasaje de flujo, de manera que el fluido fluye directo a través del orificio que tiene esencialmente el mismo diámetro de la tubería. Las principales características de los servicios que nos puede dar la válvula de compuerta incluyen: servicio sin regulación completamente cerrado o abierto, operación poco frecuente, y resistencia mínima al flujo. Los principales elementos estructurales en la válvula de compuerta son como se muestran en la figura el volante, vástago, bonete, compuerta, asiento y cuerpo. Estas válvulas son asequibles con ensambles de vástago de los siguientes tipos: a) Vástago no saliente rosca interior, que es ventajosa donde el espacio de operación es limitado. b) Vástago no saliente rosca exterior ( O S & Y ) , que requiere mas espacio pero evita exponer la rosca al fluido de proceso. 76
c) Vástago saliente rosca interior, que expone la rosca del vástago al fluido de proceso, y por eso no debe usarse con fluidos corrosivos. Los siguientes tipos de bonetes se obtienen generalmente con estas válvulas: a) Bonetes con rosca hembra o macho para válvulas de tamaño pequeño y servicio de baja presión. b) Bonetes con tuerca unión para válvulas pequeñas y de frecuente mantenimiento. c) Bonetes bridados con tornillos para válvulas grandes y de servicio de alta temperatura y presión. d) Bonetes con abrazaderas para presión moderada y necesidad de limpieza frecuente. e) Bonetes sellados a presión para servicios de alta presión y temperatura. f) Bonetes de borde sellado para servicios de alta presión y temperatura. g) Bonetes de asentadera sellada para servicios de alta presión y temperatura. Se pueden obtener los siguientes elementos de control de flujo en las válvulas de compuerta: a) Disco ( compuerta ) colido o de cuña simple con asientos cónicos para aceite, gas, aire, lodos y líquidos pesados. b) Cuñas flexibles , el disco es solido solo a través de la mitad, con ambas superficies de los asientos flexibles, para presiones y temperaturas fluctuantes. c) Disco de cuña bipartida . Un diseño de bola-cavidad donde las dos espaldas de las cuñas se ensamblan, para que ambas caras se ajusten a las superficies de los asientos, de manera que cada disco se mueva independientemente para un buen sello; útil para gases incondensables, líquidos a temperatura normal y fluidos corrosivos, todos ellos a baja presión. d) Válvulas de doble disco o discos paralelos, opera paralelo al asiento, el disco se ve forzado por separadores o cuñas, para forzar el disco contra la superficie del asiento; útil para gases incondensables. Los asientos para válvulas de compuerta se suministran integrados al cuerpo ó en una construcción tipo anillo; para servicio a alta temperatura, los anillos del asiento se presionan dentro de su posición y se sueldan herméticos al cuerpo. Las fugas en válvulas de compuerta pueden ocurrir en: Ambas terminales donde se une a las tuberías, cuando la tubería esta abierta. En la junta entre bonete y cuerpo. En el vástago. Corriente abajo del elemento de control de flujo, cuando la válvula esta cerrada. Se pueden suministrar sellos para prevenir fugas al exterior, ó corriente abajo cuando la válvula esta cerrada; tales sellos puede ser: metal a metal, metal en contacto con material plástico, ó metal en contacto con un inserto plástico, que se localiza en la cara del metal. El método mas común de sello en el vástago, es el de prensaestopas; es una cavidad cilíndrica rellena de empaque a la cual se hace presión con una brida collarín. También los vástagos pueden ser sellados por medio de aplicación lateral de grasa de un anillo linterna. El vástago puede proveerse con empaque nuevo y/o anillos “ O “ nuevos, según se necesite; los materiales para el prensaestopas incluyen asbestografito y asbestos impregnados de teflón. 77
b) De globo
Interponen un disco sujeto al extremo de un vástago, para controlar proporcionalmente el flujo. Las válvulas de globo se usan principalmente para regular el flujo de fluidos, aunque también se pueden usar para abre-cierra. El cambio de dirección ( como se ve en la figura ) del flujo del fluido, dos ángulos rectos, dos veces, a través de la válvula, causa turbulencia y caída de presión; esa turbulencia limita la vida del asiento.
Fig. 3.2.2 b
Válvula de globo
Las principales características de de servicio de una válvula de globo son: operación frecuente, estrangulamiento para control de flujo a cualquier grado deseado, cierre positivo para gases y aire, y una tolerablemente alta resistencia al flujo y caída de presión. Los principales elementos estructurales que son típicos de una valvula de globo son: Volante, vástago, bonete, asientos ,disco y cuerpo. Se pueden obtener ensambles de vástago de los siguientes tipos: a) Vástago saliente rosca interior, no sugerida para las líneas manejando material corrosivo, a causa de que las roscas del vástago solo se protegen parcialmente. b) Vástago saliente rosca exterior. c) Vástago deslizante para abre-cierre rápido. Se pueden obtener generalmente los siguientes tipo de bonetes: a) Bonete rosca hembra y bonete rosca macho; para válvulas pequeñas y baja temperatura y presión. b) Bonete unión, para válvulas pequeñas y de frecuente mantenimiento. c) Bonete bridado ( con tornillos ) para válvulas grandes y/o altas temperaturas y presión; los empaques del bonete sellan la unión cuerpo-bonete. d) Bonete sellado a presión, para servicios de alta temperatura y presión. 78
e) Bonete de asentadera sellada, para servicio de alta temperatura y presión. Se encuentran en el mercado los siguientes elementos de control de flujo: a) Disco compuesto. En este caso el disco tiene una cara plana que se oprime contra una superficie de asiento plana, anular, metálica; no se recomienda para vapor, gasolina y otros líquidos; este disco provee cierre positivo para gases y aire. b) Disco de metal. Aquí existe una línea de contacto entre una superficie de asiento cónica o esférica, y un asiento conico. No se recomienda para servicio de control, pero provee cierre positivo para líquidos. Este tipo es deseable donde los depósitos podrían dañar los asientos. c) Disco macho. Tiene una amplia superficie de asiento, a causa de su configuración cónica alargada, que favorece al disco macho manejar servicios de; pero ofrece mínima resistencia a la erosión y corrosión. Los asientos de la válvula de globo se suministran fundidos integralmente, ó como anillos-asiento reemplazables que se roscan en aditamentos similares. Los puntos de fuga de las válvulas de globo son similares a los de compuerta. La prevención de fuga corriente abajo del elemento de control, es la diferencia primaria entre la de globo y compuerta. El elemento de control de flujo es un disco o macho que se acomoda con un asiento de anillo metálico. El disco puede ser de material metálico o elástico. Cuando la presión no es demasiado alta, se prefiere un material elástico, dado que significa presionar una superficie metálica contra una superficie de elastómero. Si una partícula es capturada entre tales superficies, no hay mucho peligro de romper el sello. Para empaque del vástago, asbestos impregnados de teflón muy durables, se usan para temperaturas de 450°F o menos. Asbestos y grafito con aglutinante apropiado se usan para válvulas con rangos arriba de 450°F. Se suministran en un amplio rango de materiales de construcción: bronce, todo fierro, fierro fundido, acero forjado, acero fundido, acero inoxidable, y aleaciones resistentes a la corrosión. Las terminales de los cuerpos pueden ser bridadas, roscadas, etc: Se pueden obtener en tamaños desde 1/8”Ø hasta 30”Ø.
c) De pistón o macho
Similar a la de globo, solo que usando un disco de forma cónica. Las válvulas macho como las de compuerta se usan principalmente en servicios abre-cierre sin estrangulamiento; dado que el flujo a través de la válvula es uniforme e ininterrumpido. Hay poca turbulencia dentro de la válvula , por lo cual la caída de presión a través es baja. Sus principales ventajas son : acción rápida, operación simple, espacio mínimo de instalación, y cierre hermético ( con macho cónico ).
Fig. 3.2.2 c
Válvula de pistón 79
Las principales áreas de servicio de las válvulas macho incluyen los servicios completamente abierto ó completamente cerrado, sin estrangulamiento, resistencia mínima al flujo, operación frecuente, baja caída de presión. Los componentes básicos de las válvulas macho son : cuerpo, macho y cubierta.
Son dos los grupos principales de válvulas macho: Lubricada, para prevenir fugas entre la superficie del macho y el asiento del cuerpo, además de reducir la fricción durante el giro. El lubricante es inyectado bajo presión para prevenir la fuga del líquido de proceso entre la cara del macho y el cuerpo, adicionalmente tendrá como efecto reducir la fricción al girar el macho. E l macho está provisto con ranuras que permiten al lubricante realizar el sello; la presión del lubricante levanta el macho y permite la fácil operación. La ventaja de las válvulas macho lubricadas es su rápida operación, pero tienen un rango de temperatura limitado dependiendo del lubricante usado. No-lubricada, que tiene una cubierta el macho que elimina la necesidad de la lubricación. Las válvulas macho no lubricadas se obtienen de dos tipos Del tipo levadizo, que opera con un elevador mecánico que levanta el macho para permitir la fácil rotación. La de camisa de elastómero ó de macho cubierto. El elastómero es incrustado o cubierto sobre el metal del cuerpo de la válvula rodeando completamente al macho. El material mas usado el teflón es durable e inerte para casi todas las sustancias químicas, además tiene bajo coeficiente de fricción y es autolubricante 80
Las principales ventajas de las válvulas macho no lubricadas es su cierre absoluto, fácil operación, ningún problema de lubricación y amplio rango de temperatura. Hay dos tipos principales de cubiertas ( Cuellos ), que corresponden a los bonetes en las válvulas de globo y compuerta: Cubierta roscada. Para tamaños pequeños y servicios de baja temperatura y presión, donde no existe golpe o vibración. Cubierta bridada. Para tamaños mayores y servicios de alta temperatura y presión. Las dos principales categorías de válvula macho con respecto a las vías que conectan son: Recta de un extremo a otro. De varias vías ( Multiport ). Las rectas de un extremo a otro tienen un macho de forma cónica o cilíndrica, con una perforación o puerta que puede ser circular, rectangular, Vénturi ó diamante, de acuerdo al perfil que presenten. Las de varias vías ( Multiport ) tienen salidas arregladas de tal manera que cuando el macho gira de una posición a otra, los canales que conectaba previamente se cerrarán o abrirán de acuerdo a la configuración ( ver figura a continuación )
El uso de una válvula macho de varias vías simplifica una tubería; una simple válvula de varias vías puede ser usada en lugar de dos ó mas de garganta recta. Las válvulas de varias vías proveen cierre contra la presión de trabajo, solo en la dirección positiva ( la presión interior en la válvula forza al macho contra la entrada ). Estas válvulas no cierran presiones diferenciales cuando la presión de la línea esta en la dirección negativa ( la corriente de presión tratará de entrar dentro de la válvula ). Todas las demás características son como las válvulas macho rectas de un extremo a otro. Las válvulas macho se obtienen en todo el espectro de materiales de construcción; en toda la gama de rangos de presión ; y en casi todos los tamaños nominales. Así mismo pueden tener terminales roscadas, soldables, bridadas, clamp, especiales, etc. 81
d) Válvula de aguja
Similar a la de globo, solo que usando un disco de forma cónica aguda similar a un macho que penetra progresivamente dentro de lo asientos, en forma inversa el vástago rota y se mueve alejándose cuando abre. El estrangulamiento regulado de flujos pequeños es posible a causa del orificio variable formado entre la aguja cónica y el asiento correspondiente. Generalmente se usan como válvulas de instrumentos, o en servicios de fluidos hidráulicos, no se usan para altas temperaturas. Los materiales de construcción que generalmente se usan son : bronce, acero inoxidable, acero al carbón, laton y aleaciones; sus terminales son generalmente roscadas en diámetros de 3.1 mm a 25 mm diámetro nominal. No se usan materiales baratos ya que el maquinado de las piezas es de tolerancia muy cerrada por lo que son de manufactura cara.
Fig. 3.2.2 d
Válvula de aguja
e) Válvula de bola
También llamada de esfera rotatoria. Controla el flujo haciendo girar una esfera, con un barreno concéntrico y de diámetro similar al nominal. Son básicamente válvulas macho modificadas; aunque han sido asequibles por largo tiempo, su uso se encontraba limitado a causa del sello metal-metal, que no podía proveerse a la bola. Los avances en los plásticos han permitido que los asientos metálicos sean remplazados con asientos modernos de elastómeros y plastomeros. La bola tiene una garganta de admisión que se une con la del cuerpo en la posición abierta; las válvulas de bola se usan principalmente para servicios abre-cierre; no trabaja satisfactoriamente en estrangulamiento; son rápidas de operar, fáciles de mantener, no requieren lubricación, dan sello hermético con bajo torque y exhiben una caída de presión que es función del tamaño de garganta seleccionado. La válvula de bola esta limitada a las temperaturas y presiones permitidas; uno de sus inconvenientes es que algún fluido puede ser atrapado entre los asientos y el hoyo de la bola, lo cual es indeseable en muchos casos ( aunque existen camisas interiores que lo evitan, pero aumentan el precio ). Las válvulas de bola no se limitan a un fluido en particular, se pueden usar en: vapor, agua, aceite, gas, aire, fluidos corrosivos, lodos y materiales en polvo secos. 82
Los elementos estructurales principales de las válvulas de bola son: cuerpo, asientos y bola.
Fig. 3.2.2 e Válvula de bola Existen dos tipos principales de cuerpo: De entrada superior y de cuerpo bipartido. En el de entrada superior, la bola y los asientos se colocan a través de la parte superior: En las de cuerpo bipartido la bola y los asientos se colocan separando las terminales.
Las válvulas de bola vienen con tres tipos de garganta: entera, reducida y Vénturi. La de garganta entera es igual al del diámetro interior del tubo, pero tiene el inconveniente de usar un cuerpo mayor que el estándar. En las de tipo Vénturi se forma un perfil análogo para producir efecto Vénturi a través del cuerpo. La de garganta reducida ( que es la mas común ) tiene un agujero común menor que el diámetro de la tubería. Generalmente la mayoría de los manufactureros usan materiales para los asientos de TFE, Nylon, Buna N y Neopreno, su uso estará limitado por la temperatura. Los asientos de grafito se desarrollaron para operación hasta de 1000 °F. El vástago en una válvula de bola no está sujeto normalmente a la bola, generalmente se ranura la bola, y la terminal del vástago se perfila de acuerdo a ella, de manera que hace girar la bola. El vástago se sella con anillos “ O “ ó empaques convencionales de TFE, ó de material impregnado de TFE mantenido en su sitio por anillos de compresión. Las válvulas de bola se fabrican en un amplio espectro de materiales: Fierro fundido, fierro dúctil, bronce, aluminio, acero inoxidable, latón, titanio, zirconio, tantalio y muchas aleaciones resistentes a la corrosión, además de plásticos. El rango de tamaños va de 6.3 mm a 760 mm de diámetro nominal. Las terminales del cuerpo generalmente son: enchufables, bridadas, clamp, roscadas, etc. Hay también la posibilidad de cambiar las piezas terminales a varios materiales de construcción. 83
En forma similar a las válvulas macho, las válvulas de bola pueden ser provistas con múltiples vías; este tipo de válvulas pueden sustituir a dos o mas válvulas de vía recta, según la configuración, lo cual simplifica la tubería y abate costos.
f) Válvula de mariposa
Gira un disco apoyado en dos extremos, sobre un eje perpendicular al de la válvula. Las válvulas de mariposa es uno de los tipos de válvula mas viejos conocido; son simples, ligeras y de bajo costo; los costos de mantenimiento también son bajos, debido a que tienen un mínimo de partes móviles. Las válvulas de mariposa se usan principalmente en servicios de control y abre-cierre, de grandes flujos de líquidos y gases a presiones relativamente bajas. Su diseño abierto recto de lado a lado, previene el deposito de cualquier solido y proporciona baja caída de presión; la operación es rápida y fácil con una manija; es posible brincar la válvula de completamente abierta a completamente cerrada con un giro de 90°.Ademas ocupa poco espacio a lo ancho de la tubería, debido a que es muy angosta. La regulación de flujo se realiza por el disco de la válvula sellando contra el asiento. Las características principales de los servicios de la válvula de mariposa, son: completamente abierta, estrangulamiento ó completamente cerrada; tiene cierre positivo para gases y líquidos, y baja caída de presión. Los principales elementos estructurales de una válvula de mariposa son: el disco de control de flujo ( mariposa ) y la carcasa del cuerpo
Fig 3.2.2 f
Válvula de mariposa
Existen en el mercado 3 tipos principales: a) Tipo Oblea.
Esta válvula simplemente se mantiene entre las dos bridas de las tuberías adyacentes, siendo sujetada por los tornillos de estas, que pasan a través de barrenos realizados para el caso en el cuerpo. b) Tipo bridado. Tiene su cuerpo con terminales bridadas, las cuales se unen a las bridas de las tuberías o equipos. c) Tipo roscado. Se atornilla directamente contra las tuberías.
84
El flujo a través se controla por medio de un disco que tiene aproximadamente el mismo diámetro que la tubería a la cual se conecta; a través del disco pasa una flecha ( el vástago ) que se soporta en ambos extremos al esqueleto del cuerpo y que se sujeta al disco con tornillos o pasadores, dando forma a la parte superior del disco para recibir una punta cuadrada del vástago. Rotando el vástago 90° ( y en consecuencia el disco ) se abre ó cierra completamente el flujo; el estrangulamiento se da con el movimiento del disco a posiciones intermedias, en donde se mantiene por medio de un cuadrante y un accesorio de amarre. Para asegurar su apropiado posicionamiento, el vástago se mantiene firmemente apoyado en ambos extremos por bujes, que se sellan para prevenir cualquier contacto con el fluido conducido; generalmente este sello consiste de un prensaestopas convencional con anillos “O”. De acuerdo a como se realiza el sello contra los asientos y sus características de fuga, se clasifican dentro de dos grupos principales: Asientos metálicos.- En este caso los asientos permiten que para la válvula sea apropiado manipular semisólidos, ya que los materiales abrasivos no pueden causar algún daño a estos asientos. Asientos plásticos.- En este caso se emplean camisas de elastómeros o plásticos que recubren el asiento o el disco, para proveer una cubierta a prueba de fuga. Los materiales comúnmente usados con este objetivo son: Buna, viton, hule natural, TFE, Hypalon, etc. Tales válvulas de cierre hermético se limitan en temperatura por los materiales de su asiento y sello. Las válvulas se mariposa se obtienen en un amplio espectro de metales, también en una amplia variedad de recubrimientos: Sus rangos de tamaño van comúnmente de 2”Ø en adelante.
g) De diafragma
Las válvulas de diafragma se usan para servicios de estrangulamiento y abre-cierre; realizan en el flujo de líquidos un amplio e importante rango de servicios. En este tipo de válvulas el diafragma aísla el fluido de proceso del mecanismo de operación; el fluido no puede entrar y causar fallas de servicio. Cuando la válvula esta abierta, el diafragma se retira de la via de flujo, y el fluido tiene un flujo uniforme y recto; cuando la válvula esta cerrada, el diafragma esta herméticamente asentado cobre una acanaladura o área circular del fondo de la válvula. Las principales aplicaciones de las válvulas de diafragma incluyen presiones de operación bajas, lodos que podrían obstruir ó corroer las partes de trabajo de la mayoría de los demás tipos de válvulas. Las válvulas no requieren de empaque del vástago; su esperanza de vida depende de la presión, temperatura y frecuencia de operación; uno de sus principales problemas es que el diafragma es roto por el mecanismo de opresión. Los principales elementos estructurales de una válvula de diafragma son: el cuerpo, el bonete y el diafragma flexible. Los tipos generales de cuerpo son: El de garganta recta. El de garganta acanalada o Saunders.
85
Fig. 3.2.2 g
Válvula de diafragma de garganta recta y garganta acanalada.
La válvula de garganta recta tiene el mismo diámetro interior y perfil de la tubería; para operar este tipo de válvulas se requiere mover mucho el vástago, lo cual limita mucho su uso ya que existen muy pocos plásticos que puedan soportar carreras largas. La de tipo acanalado o Saunders es mejor para estrangulamiento y da cierre hermético como la mejor; tiene carrera corta el vástago al operarse y esto permite el uso de diafragmas duros como el teflón. Otro tipo emplea un macho y un diafragma moldeados en una misma unidad; en la posición abierta dan un flujo recto, y en la posición cerrada, el macho asienta sobre el fondo del cuerpo, con una lamina de diafragma conectada al macho y el tope del pasaje del pasaje de flujo. Los vástagos en las válvulas de diafragma no rotan el diafragma, simplemente suben o bajan con la ayuda de un pistón de compresión que a su vez es movido con un brazo de elevación o vástago rotante. Generalmente no hay empaque y esto causa pocos problemas de mantenimiento; sin embargo para sustancias peligrosas o toxicas, se pueden proporcionar bonetes sellados con empaque de teflón u otros elastómeros. Las válvulas de diafragma se manufacturan en un amplio rango de materiales, incluyendo fierro fundido, fierro dúctil, acero fundido, acero inoxidable y aleaciones resistentes a la corrosión. Los recubrimientos pueden ser materiales tales como teflón virgen, el cual puede operar hasta 400°F y no esta contaminado. Las válvulas de diafragma también se pueden proporcionar con terminales de varias vías las cuales se usan ampliamente en la industria farmacéutica , como se ve en la figura de la pagina 79. Las terminales de las válvulas pueden ser roscadas, bridadas, soldables, enchufables ,y las del tipo clamp ampliamente usadas en la industria farmacéutica. También con un amplio surtido en diámetros. 86
g) De retención.
También llamadas check ( por su nombre en Inglés ). Las válvulas de retención están diseñadas para prevenir el retroceso del flujo a través de una tubería; la presión del fluido abre la válvula en un sentido y levanta el peso del mecanismo de retención, cuando existe cualquier flujo en sentido contrario se cae el mecanismo y cierra. El elemento de retención y cualquier parte móvil asociada puede estar en constante movimiento, si la fuerza de la velocidad no es suficiente para mantenerlas en la posición completamente abierta, o sea en una posición estable. Existen diferentes tipos de válvulas de retención, la selección de un tipo en particular, depende de la temperatura, caída de presión permisible y limpieza del fluido. Válvula de retención de columpio. La válvula de retención de columpio abre con la presión de la línea, a la que el flujo en dirección normal causará que el disco oscile elevándose y alejándose del asiento; se cierra cuando la presión decrece y alcanza cero ( en 87
este caso el disco se mantiene contra el asiento por su propio peso ), también se puede cerrar usando un contrapeso externo conectado a la flecha del columpio a través del cuerpo de la válvula. Esta válvula tiene el inconveniente de que el columpio en ciertos casos ( suciedad ú oxidación ) tiende a quedarse atorada en la posición abierta. Las válvulas de retención de columpio se usan en bajas velocidades de fluido donde los retrocesos son poco frecuentes; se usa comúnmente acompañada de una válvula de compuerta. Las principales características del servicio de estas válvulas, son: mínima resistencia al flujo, servicios de baja velocidad y cambios poco frecuentes de sentido de flujo. Las partes principales de construcción de una válvula de columpio son: el cuerpo, el disco, la flecha del columpio y la tapa. Hay dos tipos principales de diseño: de forma recta y en forma de Ye. Las de forma recta tienen un disco colgado de arriba, de manera tal que la superficie del asiento esta ligeramente en Angulo; esto le permite al disco oscilar a abierto a bajas presiones, los anillos del asiento son reemplazables.
Las válvulas de forma “YE”, su mecanismo esta aproximadamente a 45° de la tubería, tienen una abertura en línea con el asiento, que se integra con el cuerpo; esto hace posible volver a pulir los asientos metal a metal.
Existen dos tipos de discos para esta válvula: los discos metálicos se usan en las de patrón recto. Los discos compuestos son mejores en flujos que contienen partículas extrañas, proveen una operación mas silenciosa y pueden asentar herméticamente hasta cuando halla pequeñas partículas en la tubería. A bajas presiones el cierre positivo es mejor con los discos compuestos. Los tipos de construcción de tapa son: tapa roscada ( como se muestran en las figuras anteriores ), y tapa bridada, donde un empaque sella la unión. Cuando se necesita una mas rápida reacción al retroceso, ciertas válvulas pueden ser equipadas con una palanca contrapeso exterior, esto proveerá un rápido cierre del disco, y reduce la posibilidad de oleaje o golpe. La palanca y el contrapeso se ajustan de manera tal al disco, que abra a la mas ligera presión, ó no abre hasta que se obtenga una presión aceptable. Estas válvulas son construidas de casi todos los materiales y pueden ser roscada, bridadas, soldadas , enchufables, etc. Es una buena práctica colocarlas en posición horizontal con la tapa hacia arriba. No es recomendable colocarlas en posición vertical, son inoperables con el flujo hacia abajo, y no operan adecuadamente si la tapa tiene algún ángulo con respecto a la vertical.
88
Válvula de retención de disco oscilante. Son similares a las de columpio, la resistencia al fluido es baja debido al diseño recto de la garganta; consiste esencialmente de un cuerpo cilíndrico que tiene un disco pivoteado en el centro; el disco se levanta fácilmente del asiento para abrir la válvula y permitir el flujo; los topes del disco construidos dentro del cuerpo sirven para posicionar el disco para un flujo optimo, cuando esta completamente abierta. Cuando el flujo decrece, el disco comienza a cerrarse por balanceo, incrementando el ángulo con la vía de flujo. Esta válvula tiene menor caída de presión a bajas velocidades y mayor en altas. Sus principales partes de construcción son: el disco oscilante, la flecha ó pivote y el cuerpo.
El punto de pivoteo del disco se localiza justo arriba de su centro, y esta fuera del plano del cuerpo, el diseño incrementa la distancia de viaje del disco y la fuerza de cierre se reduce, lo cual en un caso minimiza el cierre. Cuando se esperan altas cabezas de retroceso, puede ser equipado con un disco especial de cuerpo rígido, para cierre controlado. Estas válvulas se obtienen con sello de anillo suave o sello metal a metal; las válvulas mas grandes tienen un sello insertado en la válvula. Se obtienen en diversos materiales de construcción, incluyendo acero al carbón, fierro fundido, acero inoxidable, aluminio, bronce y aleaciones resistentes a la corrosión. Las terminales pueden ser bridadas. Estas válvulas de disco oscilante pueden ser instaladas en líneas horizontales, y verticales con el flujo hacia arriba. Válvula de retención de elemento levadizo. En este tipo de válvula de retención un disco se eleva dentro de una guía desde su asiento por la presión del flujo de un fluido corriente abajo; cuando el flujo se detiene, el disco vuelve al asiento por gravedad; algunos tipos usan la fuerza de un resorte para facilitar el asentamiento. En general este tipo de válvulas tienen una caída de presión relativamente alta; su construcción interna es similar a las válvulas de globo. Sus características de servicio incluyen frecuente cambio de dirección, resistencia al flujo grande, previenen el contraflujo; se usan junto con válvulas de globo y ángulo. Los elementos principales de construcción son: disco, tapa, cuerpo, asiento y guía.
89
Existen dos tipos principales de construcción de disco: compuesto y repulible. El disco compuesto es bueno para un cierre hermético y esta equipado con un soporte para mantener apropiado alineamiento. Los discos repulibles se guían por alineamiento, estos discos son generalmente metálicos y se suministran en acero. Existen tres patrones de cuerpo: horizontal, en ángulo y vertical. El diseño de este tipo de válvulas es muy similar a las de globo, incluyendo las configuraciones del disco y el asiento. Este tipo de válvulas tienen construcciones diferentes de tapas: tapas roscadas para bajas presiones, tapa unión que se prefiere cuando se desarma frecuentemente, y tapa bridada la cual se usa con terminales bridadas. Este tipo de válvula se construye en casi todos los metales y muchos materiales plásticos. Las terminales pueden ser roscadas o bridadas. Pueden ser instaladas en líneas horizontales o verticales, siempre y cuando el flujo venga por debajo del asiento. Válvula de retención de bola. Similar a las levadizas, solo que en este caso el elemento de retención es una bola, que puede rotar libremente, descansando sobre la superficie de asentamiento cuando el flujo retrocede; su uso se limita a pequeños tamaños y para servicios domésticos o viscosos.
Válvula de retención de pistón. Muy similar a las levadizas, está equipada con un mecanismo consistente de un pistón y un cilindro, que amortigua los efectos durante la operación, sus características de flujo e instalación son similares a las levadizas.
Válvula de retención de mariposa. También llamadas Duo-check, tienen un arreglo de asiento muy similar a las válvulas de mariposa, solo que tienen su elemento de flujo bipartido, y se dobla cuando lo vence la presión del fluido, volviendo a su posición original por medio de un resorte, cuando su efecto termina. Sus principales características de servicio son: mínima resistencia al flujo, cambio frecuente de dirección, se puede usar en líneas equipadas con válvulas de mariposa. Pueden ser instaladas en forma horizontal o vertical, no importa que el fluido provenga de arriba o abajo. 90
Pichancha. Es la unión de una válvula de retención de disco vertical a la cual se protege con un filtro. De uso general para proteger la succión de bombas domesticas e industriales. Se le puede encontrar en casi todo tipo de materiales de construcción; asi mismo los tipos de conexión pueden ser de lo mas diversos, siendo los comunes los soldables y roscados.
3.3.
Válvulas especiales.
Las válvulas especiales no son nuevos tipos o mecanismos para controlar el flujo de los fluidos en una tubería; sino ciertos tipos de válvulas de uso no frecuente y que podrían pasar al olvido, ó adaptaciones de uno o mas mecanismos de las válvulas anteriores para solucionar problemas específicos generales. Estas válvulas no son de uso muy especifico, en ciertas industrias o usos pueden ser muy generalizadas. A continuación se definen las de uso mas frecuente.
3.3.a Válvula esquinera. También llamada válvula de ángulo, es básicamente la misma que una de globo, pero tiene sus conexiones de entrada y de salida en Angulo recto; son usadas principalmente en servicios de estrangulación y ofrecen menos resistencia al flujo que las de globo. El vástago rota y se mueve hacia afuera cuando se abre. Los elementos generales de construcción son básicamente los mismos que una de globo para el vástago, disco y el diseño de los anillos del asiento; el eje del vástago esta en línea con una de las terminales. La forma en Angulo recto del cuerpo elimina el uso de un codo, dado que el flujo en el lado de entrada está en ángulo recto con el flujo de salida. 91
Los materiales de construcción, así como los tipos de terminales y diámetros asequibles, son análogos a los de las válvulas de globo.
3.3.b Válvula en Ye. Las válvulas en YE son una modificación de la válvula de globo, ofrecen un pasaje de flujo mas similar que las de compuerta; el asiento del orificio esta aproximadamente a 45° de la vía de flujo; como consecuencia de lo anterior el patrón de flujo es mas uniforme, y hay menor caída de presión a través de la válvula , además de tener buena habilidad de estrangulamiento. Los materiales de construcción, así como los tipos de terminales y diámetros asequibles, son análogos a los de las válvulas de globo.
3.3.c Válvula de pellizco. Las válvulas de pellizco son comparadas con las demás las mas baratas y de mas simple diseño; pueden ser usadas para servicio abre-cierre, y para estrangulamiento en el rango de 10 a 95% de la capacidad de flujo. Las principales características de los servicios de una válvula de pellizco son: se puede mandar hacer una hechiza ( solo se necesita una manguera adecuada para uso rudo ), abre-cierre y estrangulamiento ( con bajo costo de mantenimiento ), baja caída de presión, temperatura moderada y trabaja muy bien con lodos. Dado que el liquido esta aislado de las partes metálicas por una manguera de hule ( ó elastómeros reforzados ), los fluidos corrosivos pueden ser controlados muy bien. El principio en que se basa, es empalmar una manguera flexible dentro de un mecanismo de apachurramiento. Dado que las caídas de presión a través de estas válvulas es baja, las válvulas son apropiadas para lodos y líquidos teniendo gran cantidad de materia suspendida 92
Aunque algunas válvulas de pellizco reclaman ser buenas para servicio de alto vacio, la válvula común de pellizco no se recomienda para ese servicio debido a que el tubo flexible tiende a colapsarse. Los principales elementos estructurales de una válvula de pellizco son: el cuerpo flexible de la válvula y el mecanismo de estrangulamiento. El cuerpo es una sección de tubo flexible o manguera de elastómeros reforzados apropiados al Fluido, se equipa con terminales abocinadas o bridas del mismo material, para acoplarse con las tuberías compañeras. El cuerpo moldeado tendrá limitaciones de temperatura y presión. El mecanismo de estrangulamiento puede ser operado por con un volante, una rueda con cadena, ó con mecanismos hidráulicos o neumáticos. Estas válvulas se manufacturan de un amplio rango de materiales como: Hule, Hypalon, neopreno, uretano, butilo, silicón, buna S y viton A.
3.3.d Válvula de cuchilla. Tal vez sea el tipo de válvula mas antiguo, fueron las primeras válvulas de compuerta. Las válvulas de cuchilla se usan generalmente para controlar líquidos y gases a baja presión, no se sugieren para servicios donde se requiere cierre hermético. Debido a su agujero no restringido, pueden ser usadas en servicios donde los líquidos o gases que pasen a través contengan un alto porcentaje de solidos, pulpa o materiales granulares fluyendo libres.
93
El elemento de control de flujo consiste en uno o dos cuchillas que se deslizan entre dos asientos paralelos al cuerpo, sin hacer uso de ningún mecanismo separador del disco. En la posición cerrada, la presión del fluido contra la superficie de la cuchilla corriente arriba, forza a esta contra el asiento, asegurando una unión lo bastante hermética corriente abajo. En la posición abierta, hay muy poca obstrucción al flujo, dado que la cuchilla esta completamente retraída, y la caída de presión es mínima. Se pude mandar hacer de cualquier material adecuado y con diámetros de medianos a grandes.
3.3.e Válvula fluidizadora de fondo de tanque. Las válvulas fluidizadora de fondo de tanque se usan para vaciar tanques y otros recipientes cuando hay problemas de asentamiento en el fondo de ellos. Existen 2 tipos principales , ambos diseñados para tener un sello y disco similar al de válvulas de globo. En el primer tipo el disco asciende dentro del tanque, en el otro tipo desciende dentro de la válvula. Las partes mas importantes son el disco, el vástago y el cuerpo.
El arreglo de disco y asiento es similar al del asiento metal a metal de una de globo, siempre que el disco se introduzca de su asiento dentro del tanque o de la válvula. La construcción del vástago se caracteriza por su rosca exterior, el vástago puede ascender o descender de acuerdo al tipo de válvula, el vástago esta equipado con prensaestopas y empaque para prevenir fugas. El bonete esta bridado. Cuando la boquilla del tanque esta bridada y es mas larga que la válvula, se pueden usar adaptadores o bridas pad para ajustar la válvula a la boquilla.
3.3.f Válvula de drenaje de embolo. Es un tipo análogo de válvula fluidizadora que previene que materiales muy duros puedan obstruir la descarga de un tanque. En esta caso un embolo se extiende dentro del tanque cuando esta en posición cerrada, y previene la acumulación de materiales que podrían atascar la salida del tanque. En la posición abierta, el pistón se retrae dentro del bonete y el fluido en el fondo del tanque tiene una vía de flujo sin obstrucción. El pistón avanza de regreso hacia arriba dentro del tanque y empuja aparte cualquier material que pudiese causar obstáculos.
94
A causa de la cerrada tolerancia entre el pistón y las superficies circundantes es posible usar estas válvulas en servicios de bajas temperaturas. Las partes principales de construcción de este tipo de válvulas son: el pistón o embolo, el vástago y el cuerpo. El pistón o embolo se mantiene hermético por medio de dos anillos de material elástico, a través de los cuales el embolo se mueve. El vástago de esta válvula es generalmente de rosca exterior, ascendente para tamaños pequeños, y rosca exterior no ascendente para tamaños mayores. La construcción del cuerpo es similar a la válvula fluidizadora de fondo. Ambos tipos de válvulas pueden ser hechos de cualquier material fundido, y son generalmente de terminales bridadas. Los tamaños van de 25 mm a 150 mm de diámetro nominal.
3.3.g Válvula de paso de sistemas de limpieza. Son válvulas que permiten el paso de artefactos de limpieza de agua a alta presión; que pueden ir desde una simple válvula en “8” ciega por un lado y con agujero por el otro, para permitir el paso del embolo de aspersión cuando se realiza la limpieza; y colocar la parte ciega de la válvula cuando esta en operación como se muestra en la figura a continuación.
O sistemas mas complejos y motorizados como se muentran en la figura a continuacion. En todo caso el objetivo es tener un sistema de limpieza del reactor sin necesidad de abrirlo. 95
Existen ciertos tipos de artificios que en un momento dado o son, o se pueden confundir como un válvula, como es el caso de las trampas de vapor, válvulas termostáticas y termodinámicas para control de aire comprimido y vapor, discos de ruptura, válvulas de apertura rápida, válvulas de recirculación y de amortiguación. En este caso es preferible estudiarlas cuando se este trabajando con estos sistemas.
3.4.
Válvulas de seguridad o alivio. Esta clasificación de válvulas están involucradas en una de las especialidades mas importantes
de la ingeniería, que es la seguridad. La seguridad debe de proteger principalmente a las personas, al equipo del que forman parte, la integridad de lo equipos que lo circundan y las propiedades que circundan a la industria involucrada. Legalmente en cada país del mundo existe leyes y códigos que prevén condiciones de peligro que pudiesen tener los equipos; y que dado el caso castigarán rigurosamente al infractor. En consecuencia el diseño y especificación de una válvula de seguridad o de alivio, es un proceso concienzudo y especializado que no se puede tomar a la ligera. Por lo que sugiero que cuando haya necesidad del uso de una de estas válvulas, se haga contacto con compañías especializadas como Crosby Valve Inc., la cual tiene un boletín ( solo como referencia ) “ Pressure relief valve Engineering Handbook ¨ Technical document TP-V300. Como información general se pueden definir las siguientes tipos de válvulas: Válvula de seguridad. Válvula de apertura rápida y flujo completo que se encarga de desalojar en forma urgente el aire, gases o vapores que pudiesen causar la explosión de un recipiente.
Válvula de alivio.
Encargada de relevar la presión excesiva del liquido contenido en un recipiente, en situaciones donde la descarga a flujo pleno no es requerido, cuando solo un pequeño volumen de liquido, disminuiría rápidamente la presión y evitaría la explosión del recipiente.
96
Válvula de alivio-seguridad. Releva la presión excesiva de gases u/ó líquidos que se pueden desarrollar súbitamente de un liquido que se transforma a vapor, debido a un rápido e incontrolable calentamiento de una reacción química en un reactor. Válvula rompevacio. Impide que la presión atmosférica que se ejerce en un recipiente a vacio, colapse el tanque. Arrestaflamas.
3.5.
Comúnmente es un filtro que se coloca a los tanques atmosféricos y que impide que se introduzca una flama al interior, que podría ocasionar una explosión. Comúnmente estos equipos contiene artefactos que relevan la presión y el vacio del recipiente atmosférico.
Partes de una válvula.
3.5.1. Elementos de control de flujo. Existen cuatro métodos básicos para controlar el flujo: a)
Fig 3.5.1 a
b)
Moviendo un disco ó embolo dentro ó contra un orificio, como es el caso de las válvulas de globo, ángulo, ye y de aguja.
Disco tipo macho Disco nacho puerta en “V” Disco Wafer Disco compuesto Los discos de sello tipo macho están diseñados para estrangulamiento y sellado. Deslizamiento de una compuerta plana ( que puede estar bipartida ), con una superficie esférica o cilíndrica transversal a un orificio, como en el caso de las válvulas de compuerta, cuchilla y pistón.
97
Fig. 3.5.1.b c)
Fig. 3.5.1 c d)
Compuerta solida
Compuerta flexible
Compuerta doble
Compuerta rotante bola-enchufe
Rotación de un disco (mariposa), esfera, macho, alrededor de una flecha que se extiende a través del diámetro de una cavidad circular, esférica o conica; como sucede en las válvulas de mariposa, bola y macho.
Válvula mariposa
Válvula bola
Válvula macho
Oprimiendo un material flexible en contra del paso del fluido como sucede en las válvulas de diafragma y pellizco.
Fig. 3.5.1 d Opresión de un diafragma
pellizco de una manguera
3.5.2. Movimiento del elemento de control de flujo. La abertura a través de la cual el fluido pasa varia por el movimiento del elemento de control de flujo. Un vástago generalmente es conectado a éste elemento, y rota o se desliza (muchas veces los dos movimientos) para controlar el flujo; en la mayoría de los casos, el vástago se extiende afuera del cuerpo de la válvula. Existen varios movimientos básicos que trasmite el vástago, los cuales se definen a continuación: 98
El vástago rota.
Válvulas de compuerta de vástago apoyado saliente, también las de bola, mariposa y macho.
El vástago mueve la terminal sin rotación.
Válvulas de compuerta de vástago apoyado y yugo, de compuerta de apertura rápida, de globo, de diafragma, deslizantes, de pistón y de caliza
El vástago se mueve Válvulas de globo apoyadas, de ángulo, en Ye, de aguja; válvulas de compuerta de vástago saliente, válvulas y rota la terminal. de pistón levadizo , de diafragma y de pellizco.
3.5.3 Fugas. Existen tres tipos de fugas: a)
El fluido de proceso escapa corriente abajo, pasando el elemento de control de flujo en posición cerrada, se le denomina “ fuga de sello de flujo”.
b)
El fluido de proceso escapa al exterior de la válvula, por el alrededor del vástago y desde las juntas ( bonete ) con el cuerpo, se le denomina “ fuga sello-vástago ó sello-bonete “.
c)
Penetración de aire hacia el interior en sistemas bajo vacio.
3.5.4 Sellos de flujo. El diseño de una válvula debe proveer un sello hermético entre el elemento de control de flujo y el asiento de la válvula. Los cambios de temperatura y presión no deben desalinear las superficies del sello y el asiento. Los tipos mas comunes de sello son: Metal-metal. Meta-material plástico. Metal-material plástico contenido en metal.
Permite un sello fuerte pero puede existir atascamiento o raspamiento reciproco. Este provee un cierre hermético y se recomienda para fluidos que contengan partículas solidas, y para servicios a presión media. Provee buen sello y puede ser usado en servicios de relativamente alta presión.
3.5.5 Sellos del vástago. El sistema mas común de sello para vástago es un prensaestopas conteniendo material flexible de empaque, como: grafito, asbesto, TFE/asbesto, etc. El TFE ( Tetrafluoro etileno ) es de importancia particular por su aplicación anticorrosiva. El empaque puede ser solido, trenzado, una malla floja llena de teflón granulado, fibras de asbesto y teflón y otras mezclas. 99
Los diseños de empaque incluyen anillos cuadrados, en galón, en prima y anillos “O”. Para mantener la presión del fluido dentro de la válvula, es necesario comprimir el empaque por medio de un accesorio de compresión ( collarín ), que fuerce y compacte el empaque hacia el prensaestopas y contra el vástago.
Un apretón de vez en cuando al collarín, ayuda a mantener una adecuada compresión al empaque para prevenir fugas. Invariablemente una válvula que no opera en un periodo largo de tiempo, tendrá fugas a través del empaque cuando se vuelve a operar. Ocasionalmente se debe colocar un espaciador o anillo linterna en el prensaestopas para separar las secciones superiores e inferiores de empaque, y como un medio para introducir lubricante o sello inerte. Cuando no se puede tolerar ninguna fuga al exterior, se debe seleccionar una válvula que no tenga prensaestopas. Uno de los diseños emplea un diafragma flexible entre el bonete y el cuerpo, un componente compresor empuja el diafragma contra la via de flujo. A continuación se muestra una válvula de globo con un diafragma que aísla el fluido de los mecanismos.
Otro tipo de empaquetadura de válvula emplea un fuelle metálico, este tipo de construcción es deseable para servicio de alto vacio, e incluye prensa estopas, en caso de falla en el fuelle.
100
3.5.6 Sellos para bonete. El bonete, que es un componente de la valvular que cierra el cuerpo de la misma, y que da acceso al asiento y al elemento de control de flujo de la válvula, con propósitos de remplazo y/ó reparación; el bonete se puede remover del cuerpo de la válvula por los siguientes medios: Bonete roscado. El bonete roscado ( macho ó hembra ) es el diseño mas simple y económico, sirve para operaciones a baja presión y válvulas pequeñas. Tiene como desventajas, que el sello entre el cuerpo y el bonete pueden aflojarse durante la operación normal de la válvula, o desenroscarse accidentalmente. No se recomienda para servicio con un mínimo de golpe o vibración, y operación poco frecuente.
Bonete unión.
Este diseño provee un método fácil y rápido para acoplar y desacoplar el bonete del cuerpo de la válvula; el bonete tiene una tuerca flotante, o anillo unión-bonete, que se rosca contra el cuerpo; con todas las partes a compresión y mantenida firmemente en su sitio, la distorsión es indispensable. Permite fácil acceso para reparación, se recomienda para válvulas pequeñas.
Bonete Bridado. Este tipo de construcción de bonete, se usa generalmente para válvulas mayores; trabaja bien en la manipulación de medios corrosivos , presiones y temperaturas altas. Como una junta de tubería bridada, la brida del bonete se sujeta a su similar en el cuerpo, usando un empaque apropiado entre las caras. La unión de bridas puede ser de cara plana, machi-hembrada, lengüeta-ranura, ó para anillo. 101
Bonete con En el rango mas pequeño de válvulas, en particular para servicio químico, un sujetador “ U “ que abraza el cuerpo, sujetador “ U “ asegura el bonete ( como se muestra en la figura inferior ). Este tipo de construcción provee una conexión fuerte.
Bonete sellado Es uno de los diversos tipos de sellos asequibles para servicios de alta temperatura y presión; esta construcción da con presión lugar a un diseño de peso mas ligero, comparado al bonete bridado convencional. El bonete sellado a presión usa la presión del fluido de la línea para hacer el sello efectivo; esta técnica involucra acomodar el bonete dentro del cuerpo, bajo un empaque de anillo o sello de anillo, contenido en el cuerpo por un anillo segmentado acomodado en una ranura, ó por un anillo de sello con sujetadores. En servicio, la presión interna del fluido actua en el lado inferior del bonete, forzándolo contra el empaque o anillo de sello; conforme se incremente la presión del fluido, se incrementa el apriete del sello, como se ve en la figura inferior.
102
Bonete de borde sellado y asentadera cerrada.
Estos sellos para bonete, son para servicios de alta temperatura y presión, ambos diseños requieren de Soldar el bonete al cuerpo. El desbaste de las juntas de soldadura permiten desensamblar la válvula sin quitarla de la tubería.
3.5.7. Accesorios para operación manual. La mayoría de las válvulas se opera simplemente por medio de un volante o manija, suministrada con la válvula; sin embargo, se han desarrollado métodos alternativos de operación de válvulas, con accesorios manuales ó automáticos. Varios accesorios pueden ser suministrados para adaptarse a la mayoría de las válvulas, para tratar de solucionar tres necesidades: a) Para facilitar la operación cuando se localiza la válvula en lugares inaccesibles. b) Para proporcionar mas extensión del punto de apoyo, cuando el volante no es lo suficientemente largo. c) Para aminorar los porcentajes de apertura y cierre. A continuación se especifican diversos artefactos que no sirven para solucionar estos problemas.
Extensión del vástago. Generalmente no es posible o practico situar válvulas dentro del alcance de la mano , las válvulas de las líneas municipales subterráneas de agua, se suministran con extensiones desmontables para operación controlada y remota. Extensiones como volantes, llaves mecánicas, palancas enchufables ó conexiones de piso, pueden ser suministradas a la longitud requerida. La unidad de extensión generalmente consiste de una barra de acero forjado en frio, y un accesorio de acople diseñado para adaptarse al vástago de la válvula.
103
Cuando existen extensiones mas largas, la barra se sustituye con una tubería de acero pesado, seguramente sujeta a un volante acoplado en un extremo y un dado en el otro extremo. Un volante de hoyo cuadrado, ó tuerca de operación ( 51 mm cuadrada) acomodará el accesorio cónico cuadrado a la barra, ó terminal del volante ( como se ve en la figura inferior ). Las unidades de extensión extralargas requieren soportes intermedios.
Fig. 3.5.7 a
Tuerca cuadrada usada para adaptar el vástago a la extensión.
Normalmente la terminal de operación de la extensión es de 51 mm cuadrada, y permite el uso de una llave de 51 mm cuadrada, ó cualquier tipo de herramienta similar, tal como el tipo de palanca “ T “ indicado en la figura inferior.
Fig. 3.5.7. b
Palanca “ T “ usada como extensión del vástago de una válvula
Las figuras de abajo muestran unidades de extensión para válvulas de volante saliente o no saliente. Hay también flechas flexibles ( combinaciones de barras de acero y juntas cardan ) que permiten al operador trabajar la válvula desde puntos que no están precisamente colineales al vástago.
Fig 3.5.7 c
Unidades de extensión para alargar el vástago de una válvula 104
Soportes de piso. Ayudan en la operación de válvulas de globo, compuerta y otros tipos, instaladas en las tomas municipales contra incendio, en trincheras para tuberías y otros lugares inaccesibles. Los soportes de piso se conectan a las extensiones de vástago con coples. La figura inferior muestra los dos tipos básicos, sin y con indicador de posición del elemento de control de flujo.
Fig. 3.5.7. d
Soporte de piso sin y con indicador de posición.
A continuación se muestra el clásico soporte de piso de una toma municipal contra incendios, con sus detalles.
105
Operadores de volante - cadena .El uso de operadores de este tipo permite el acceso de válvulas colocadas en las alturas, en cabezales verticales u horizontales poco accesibles; estos operadores son fácilmente adaptables al borde o a los rayos del volante. Las ruedas para cadena requieren un vástago reforzado en la válvula, para soportar el peso extra además de la torque; algunas ruedas de cadena tienen guías, para prevenir que las cadenas se descarrilen. Existen también ruedas de cadena diseñadas para remplazar el volante.
Rueda de cadena con martillos. La rueda de cadena con martillos ayuda en la apertura y cierre de todas las válvulas comunes operadas a mano, con o sin extensión de vástago; elimina la necesidad de engranes reductores en válvulas grandes; la gente que las opera las halla convenientes, ya que no requieren ni palancas, ni ayuda adicional en la mayoría de los casos para su operación. También las válvulas de emergencia equipadas con este accesorio, pueden ser abiertas y cerradas sin dilación donde las líneas están expuestas al peligro de fuego. La operación de la rueda de cadena con martillos se asemeja a un martillo golpeando un yunque, con el yunque unido a la rueda, o sujeto al adaptador que remplaza a la rueda de la válvula; este impacto se transforma en rotación, y esta se trasmite al mecanismo de movimiento del elemento de control de flujo. El usuario debe especificar que este accesorio no chispee durante el impacto, porque puede ocasionar una explosión o incendio. Este tipo de accesorio en válvulas grandes ( 60 cm o mas) se suministra como equipo estándar en algunas válvulas. La figura debajo muestra una válvula donde el volante se sustituyo por un adaptador ( también se obtienen unidas al volante ).
106
Operadores de engrane. Proveen ventajas mecánicas adicionales para la apertura y cierre de válvulas grandes; la unidad de operación puede ser montada directamente sobre la válvula, o trabajada remotamente por medio de una extensión del vástago; los diseñadores han desarrollado varios estilos de engranajes para la industria en general. Los engranajes normalmente suministrados abren la válvula cuando el volante se gira según las manecillas del reloj, pero se puede suministrar con rotación contraria. También se obtienen cubiertas de protección de los engranajes.
Otros Accesorios: Corazas candado
Para prevenir intromisiones no autorizadas, las válvulas se solicitan con turecas de operación y sin volante. Esas tuercas se cubren con corazas - candado, que solo una llave - palanca puede operar.
Indicador de posición Se usan en válvulas de vástago no saliente, para mostrar la posición relativa del accesorio de control de flujo. Un indicador viaja de arriba abajo en una rendija, según se abra o cierre la válvula.
3.6.
Válvulas de control.
En una analogía del cuerpo humano, las tuberías se asemejan a las venas y arterias que corren por todo el cuerpo; y asi como nuestro sistema nervioso lo realiza, una planta química tiene decenas o miles de sistemas que miden, registran, trasmiten, controlan, etc. Existen sistemas autónomos o locales que realizan la función de control en el mismo lugar o muy cerca; pero cuando se quiere realmente tener una visión global de lo que esta sucediendo en la planta; toda la información de los instrumentos en la planta deberá ser enviada a un cuarto de control, donde una computadora o PLC´s procesarán los datos y enviarán ordenes de control. Es muy importante en el diseño de tuberías tomar en cuenta los instrumentos y válvulas de control, ya que estos no solamente usan un espacio en la tubería, en algunos casos son bastante aparatosos, y en muchos casos exigirán una posición definida y una cierta distancia con puntos de referencia. 107
El elemento mas común en la industria de control de procesos es la válvula de control; esta por medio de un elemento estrangulará el fluido, y mantendrá regulada la variable de proceso. Cuando se habla de una válvula de control, se debe visualizar realmente un ensamble de diferentes accesorios. Un ensamble típico de válvula de control consiste en: el cuerpo de la válvula, mecanismo de control, el actuador que opera la válvula, y una amplia variedad de accesorios adicionales que pueden incluir: posicionadores, transductores, regulador de presión de alimentación, operadores manuales, amortiguador (snubbers), interruptores limites, etc.
Fig. 3.6 a
Diferentes tipos de válvulas de control con sus equipos satélites.
Al colocar la válvula de control se debe tomar en cuenta todos sus equipos satélites, adicionalmente las líneas de servicio para operar el actuador y los conduits que conducen cables eléctricos o de señal neumática.
Fig. 3.6. b
Válvula de control con actuadores y conduits. 108
Existe una amplia variedad de válvulas de control y dependiendo de las variables que van a controlar se pueden clasificar en:
3.6.1 Válvulas de control de flujo. Este tipo de válvula es un instrumento crítico para las funciones de control por lo que debe ser estudiado y especificado por un especialista, es muy aventurado para un neófito tratar de definir estas válvulas. Para mayor información de apoyo de estas válvulas, ver “ Control valve Handbook “ Fisher , que es un manual de Emerson Process Management fácil de obtener en la WEB.
3.6.2. Válvulas de control de presión. Este tipo de válvula comúnmente realiza su trabajo en forma local, eso no indica que no pueda tener un mecanismo de trasmisión de señal.
109
3.6.3. Válvulas de control de temperatura. También este tipo de válvulas son de control local y así mismo se le pueden adicionar elementos que trasmitan la señal de temperatura.
4
Componentes menores conectados a tuberías
Muchos componentes de tubería deben de tomarse en cuenta, debido a que son parte de las tuberías y se les olvida ú omite, a causa de que forman parte de otro equipo, o se colocan en el arranque de operación y después se quitan, o quizá porque están atrapados entre bridas y no son visibles. Si no son considerados pueden ocasionar que se tengan que hacer modificaciones muchas veces demasiado grandes. A continuación se describen los mas comunes.
4.1.
Separadores, coladeras, filtros.
Cuando se está comenzando a arrancar una planta industrial es importante colocar artefactos que recolecten el material indeseable que se haya quedado atrapado en las tuberías, como restos de soldadura, basuras, desperdicios, herrumbre, material de proceso descompuesto o sin reaccionar, precipitados, lubricantes, aceites o agua; estos materiales pueden dañar a los equipos de proceso, al comienzo o cuando se mantiene estable el sistema. Las formas comunes de recolectar en una forma sencilla los materiales indeseables de un flujo son: separadores, filtros, coladeras y trampas. Separadores más elaborados se pueden obtener, pero ya sea por su complejidad o por su tamaño, caen dentro de la categoría de equipo de proceso. Aire y algunos otros gases en líneas normalmente se auto colectan en los puntos altos de tuberías, y en las terminales de los cabezales y se descargan con válvulas especiales.
110
Separadores. Estos accesorios permanentes se usan para recolectar residuos de una corriente gaseosa, por ejemplo, residuos de aceite de aire comprimido ò consensado de vapor saturado; la figura a continuación muestra como los residuos de la corriente se detienen contra los elementos de la barrera y se drenan hacia abajo, las sustancias recolectadas se descargan por medio de una válvula.
Coladeras. Cedazos simples temporales hechos de lámina metálica perforada y/o malla de alambre; se usan en las operaciones de arranque en el lado de succión de bombas y compresores, especialmente donde existe un tramo recto largo antes del equipo, que pueden contener restos de soldadura o material dejado inadvertidamente en la tubería, generalmente la coladera se quita después del arranque. Es demasiado común que en instrumentos o mecanismos que tienen orificios muy pequeños los obstruyan e impidan su operación. Algunas veces puede ser necesario realizar pequeños carretes para acomodar el cedazo. En las líneas de succión de bombas es importante que no se restrinja el flujo por razones de NPSH por lo que las coladeras de forma cónica son preferidas; las de forma cilíndrica pueden ser una segunda opción; las coladeras planas se reservan preferentemente para cabezales o líneas de succión de muy baja velocidad.
Filtros. Se colocan en la línea inmediatamente antes de un equipo delicado; los filtros recolectan partículas solidas en un rango de 0.5 a 13 mm, durante el paso del fluido a través de la malla del mismo. Las localizaciones típicas para filtros son: antes de válvulas de control, turbinas o trampas de vapor. Filtros con malla 20 Mesh se usan para vapor, agua y aceites medios o pesados; la malla 40 Mesh es apropiada para vapor, aire, gases y aceites ligeros. El filtro más común es el tipo “ YE “, en donde la malla es cilíndrica y detiene las partículas adentro; este tipo de filtro se desarma fácilmente, algunos modelos pueden ser equipados con una válvula para facilitar la puga del material recolectado, sin tener que 111
desmantelar la línea. También se pueden obtener filtros en forma “ TE “ de canasta y enchaquetados. Existe una amplia variedad en el mercado, y entre más sofisticado se debe pensar en el cómo equipo de proceso.
4.2.
Elementos para señales de instrumentación.
Siempre es importante recalcar la comunicación tan estrecha que se tiene que tener con los diseñadores de los sistemas de instrumentación, ya que existen instrumentos como termopozos para termómetros, o salidas para manómetros de información de colocación muy conocida; pero hay instrumentos de medición de densidad, viscosidad, etc. cuya localización puede exigir bastantes parámetros de distancias corriente arriba y corriente abajo, soporteria anti-vibración y orientación del instrumento con respecto a la horizontal o vertical. A continuación se muestran las necesidades de espacio de un medidor fe flujo.
112
4.3.
Accesorios para sistemas de vapor.
Los accesorios, equipos e instrumentos que forman comúnmente los sistemas de vapor, los podríamos clasificar de la siguiente manera: 4.3.1
Instrumentos periféricos a una caldera. Comúnmente estos equipos vienen en paquete con la caldera. O son equipos que pueden ser proporcionados por compañías como spirax-Sarco que fue de la compañía donde se obtuvo la información a continuación.
1) Sistema de almacenaje y acondicionamiento de agua de alimentación. Este sistema puede incluir: suavizador de agua, tanque de condensados, deaereador, sistema de inyección de vapor para calentar el agua de inyección, control de nivel, sistema de recirculación de condensados, venteo de aire y rompedores de vacío. 2) Sistema de alimentación de agua a la caldera y sus controles de nivel, el cual comúnmente contiene válvulas de control modulante de alimentación, alarmas de nivel y válvulas check de alimentación. 3) Sistema de purga de la caldera. 113
4) Sistema de recuperación de calor de las purgas. El cual puede contener un tanque de flasheo y un intercambiador de calor para las purgas. 5) Valvulas de fondo para purgas y sus recipientes. 6) Detectores de contaminación en los condensados.
Fig. 4.3.1 a Tanque condensados, control-alarmas nivel, sistema purgas, válvulas check, inyección vapor, enfriadores muestras, conductimetro y recipiente purgas
Fig. 4.3.1 b Cabezas venteo, válvulas purga fondo, recobradores calor, detectores contaminación, filtros, separadores, válvulas venteo y rompevacio.
4.3.2
Medidores de flujo, los cuales pueden tener el sistema tradicional de brida de orificio o medidores mas sofisticados .
114
4.3.3
Válvulas de control. Son las válvulas que se colocan en los cabezales y ramales de tuberías, pueden ser válvulas auto controladas, válvulas de control, válvulas reductoras de presión y válvulas de seguridad.
4.3.4
Trampas de vapor. Son artefactos que mantienen el vapor en su lado corriente arriba y solo dejan pasar condensado corriente abajo. Los tipos mas frecuentes son: de presión balanceada, bimetálicas, de bola flotante, de cubeta invertida, termodinámicas y selladas.
Fig 4.3.4 a
Trampa de vapor de presión balanceada. 115
Fig. 4.3.4. b
Fig. 4.3.4. c
Trampa de vapor bimetálica
Trampa de bola flotante 116
Fig. 4.3.4.d
Fig. 4.3.4. e
Trampa de cubeta invertida
Trampa termodinámica 117
Fig. 4.3.4. e 4.3.5
Trampa sellada
Sistemas de bombeo de condensados actuadas y de recuperación de vapor. Estos sistemas se emplean para hacer regresar los condensados de vapor al tanque de la caldera, ya que en principio es agua suavizada caliente a la cual solo se le necesita suministrar calor latente para transformarla en vapor saturado. Lo mismo sucede en los recipientes de recuperación de vapor flash. En esta caso se esta hablando de bombas actuadas con vapor , sistemas con bombas eléctricas y recipientes flash.
Fig. 4.3.5. a
Sistema de bombeo por vapor 118
Fig 4.3.5 b
Fig 4.3.5. c
Pasos de bombeo de condensado opr medio de vapor
Sistema de bombeo de condensado por medio de electricidad 119
Fig. 4.3.5. d
Grafica y recipiente para recuperación de vapor
4.3.6. Accesorios auxiliares. Las compañías que trabajan principalmente el manejo del vapor, cuentan con un amplio inventario de accesorios auxiliares que ellos garantizan dará un buen desempeño como son:
Válvula sellada de fuelle
Filtros y coladeras
Válvula de paro
Válvula de pistón
Eliminadores de partículas
Mirillas 120
Válvula de bola
Manómetros y termómetros
Difusores
Rompe vacio
4.4.
Válvula de despresurización
Válvula retención wafer
Estación de mangueras
Válvula retención disco
Accesorios para sistemas de aire comprimido.
Los equipos y accesorios comunes en los arreglos de tuberías de aire comprimido, son específicos apara este servicio por lo que se debe poner especial atención en su requisición. Las fotografías a continuación muestran los más comunes.
Filtros
Reguladores presión
lubricadores
Filtros-reguladores
121
Trampas de drenado
4.5.
Equipos para modificación química o mecánica del fluido en la tubería. Lámparas ultravioleta. Muy usadas en las líneas municipales y farmacéuticas de purificación de agua que matan los microbios que viven en el agua. Estos equipos no son visibles a simple vista, pero requieren muchos servicios adicionales de apoyo.
Elementos rompe vórtice y mezcladores. Son soleras paralelas que impiden que se formen vórtices en la succión de las bombas; al cambiar estas soleras y formar perfiles adecuados se puede optimizar el mezclado de productos a través de la tubería. Estos artificios se encuentran en el interior de una tubería.
4.6.
Piernas húmedas. El uso de las piernas húmedas para recolectar el condensado de las líneas de vapor, que luego se drenara por medio de las t rampas; es crítico e indispensable para los sistemas de tuberías de vapor, incluyendo cabezales y líneas secundarias; tiende a olvidarse a la salida de los equipos que manejan vapor, pero es un medio eficaz de proteger a a las trampas de vapor. De manera análoga se deben colocar en los sistemas de aire comprimido, para recolectar el agua y aceite que se acumulan al condensarse a la salida del pos enfriador del compresor. 122
Este sistema debe ser considerado con demasiada seriedad en cualquier sistema de conducción de vapores que se puedan condensar en la tubería.
4.7.
Juntas de expansión.
Las juntas de expansión en una tubería son elementos que absorben las deformaciones de flexibilidad que soportan las líneas de vapor al cambiar de temperatura o ser requeridas por algún esfuerzo mecánico. Son accesorios que son manufacturados por compañías especializadas como es “ U S Bellows,Inc “ y que requieren cálculos de ingeniería. Para mayor información adquirir catalogo de la compañía antes mencionada. Las juntas de expansión pueden ser clasificadas de una manera amplia como deslizantes y flexibles. Hay un movimiento relativo de partes adyacentes en el caso de juntas deslizantes; las juntas resbaladiza, juntas giratorias y juntas de bola están agrupadas bajo las juntas deslizantes. Los coples Dresser y coples Victaulic son unos de los nombres de marca de las juntas de este tipo. Las juntas deslizantes son también llamadas juntas empacadas, a causa de que el empaque contiene la presión interna sin fugas si es necesario. Las juntas de expansión flexibles pueden ser divididas adicionalmente en: Juntas de fuelle, mangueras metálicas, y tubería corrugada
Tipos de juntas de expansión Junta de expansión simple: La forma mas simple de junta de expansión, de construcción en un solo fuelle, diseñada para absorber todo el movimiento de la sección de tubería en la cual esta instalada.
123
Junta de expansión doble: Una junta de expansión doble consiste de dos fuelles reunidos por un conector común el cual esta anclado a alguna parte rígida de la instalación por medio de una base de anclaje. La base de anclaje puede ser conectada al conector común en la instalación o cuando se manufactura. Cada fuelle actúa como una junta de expansión simple, y absorbe el movimiento de la sección de tubería en la cual esta instalada, independientemente de las otros fuelles. Las juntas de expansión dobles no debieran ser confundidas con las juntas de expansión universales.
Juntas de expansión guiadas internamente: Una junta de expansión guiada internamente esta diseñada para proveer guía axial dentro de la junta de expansión por la incorporación de una camisa guía pesad telescópica interna, con o sin el uso de anillos de apoyo. ( Nota: el uso de una junta de expansión internamente guiada, no elimina la necesidad del uso de adecuadas guías externas de tubería).
Junta de expansión Universal: Una junta de expansión universal contiene dos fuelles en un conector común para el propósito de absorber cualquier combinación de los tres movimientos básicos, esto es, el movimiento axial, la deflexión lateral, y la rotación angular. Las juntas de expansión universal son usualmente compradas con varillas limitadoras, para distribuir el movimiento entre los dos fuelles de la junta de expansión y estabilizar el conector común. Esta definición no implica que solo una junta de expansión de doble fuelle pueda absorber el movimiento universal.
124
Junta de expansión articulada(de bisagra): Una junta de expansión articulada contiene unos fuelles y esta diseñada para permitir rotación angular en un plano solo por el uso de un par de pasadores a través de las cuales se articulan las placas adicionadas a las terminales de la junta de expansión. Las bisagras y los pasadores de la bisagra deben ser diseñados, donde se aplican, para sujetar el empuje de la junta de expansión debido a la presión interna y fuerzas extrañas. Las juntas de expansión articuladas debieran ser usadas en conjuntos de dos o tres para funcionar apropiadamente.
Junta de expansión giratoria: Una junta de expansión giratoria esta diseñada para absorber deflexión lateral y/o rotación angular en un plano; el empuje de presión y las fuerzas extrañas son sujetadas por el uso de un par de barras giratorias, cada una de las cuales esta articulada a los extremos de las juntas de expansión.
Junta de expansión cardan: Una junta de expansión cardan esta diseñada para permitir rotación angular en cualquier plano por el uso de un par de bisagras fijadas a un anillo cardan flotante común. El anillo cardan, las bisagras y los pasadores, donde se aplican, deben ser diseñados para sujetar el empuje de la junta de expansión, debidos a la presión interna y fuerzas extrañas.
Juntas de expansión de presión balanceada: Una junta de expansión de presión balanceada esta diseñada para absorber movimiento axial y/o deflexión lateral, mientras que sujeta el empuje de presión por medio de artificios de tirantes interconectado 125
los fuelles de flujo con un fuelle opuesto también sujeto a la presión de la línea. Este tipo de junta de expansión se usa normalmente donde un cambio de dirección en la ruta de una tubería. El extremo de flujo de una junta de expansión de presión balanceada, algunas veces contiene dos fuelles separados por un conector común, en tal caso se llama junta de expansión de presión balanceada universal.
4.8.
Accesorios especiales
En los puntos donde terminan las tuberías algunas veces encontraremos conexiones un poco fuera de lo usual, que tienen usos muy específicos y especializados. A continuación mostraremos algunas de ellas. Conexiones rotatorias. Se usan cuando la tubería de vapor agua o aire comprimido se tienen que conectar a equipos que están rotando como aspersores, molinos, mandriles, centrifugas, etc.
126
Brazos de descarga. Cada una de las articulaciones de estos brazos facilita el giro y rotación para el sistema de descarga a carros tanque.
Mangueras flexibles. Un medio de unir con tuberías los diferentes equipos y reactores de una planta de porceso, sin necesidad de tener tuberías fijas.
127
Conexiones rápidas. Un medio mas ágil que el anterior pero comúnmente se complementan en el trabajo común.
128
