Tubería (industria)

Dentro de la industria, las tuberías (piping en inglés) es un sistema de tubos que se utilizan para transportar fluidos (líquidos y gases) de un lugar a otro. La disciplina de ingeniería del diseño de tuberías estudia el transporte eficiente de fluidos.^[1]​ ^[2]​

Sistema de tuberías a gran escala en una sala de climatización mecánica.

Las tuberías de procesos industriales (y los componentes en línea que lo acompañan) se pueden fabricar de madera, fibra de vidrio, vidrio, acero, aluminio, plástico, cobre y hormigón. Los componentes en línea, conocidos como accesorios,^[3]​ válvulas y otros dispositivos, típicamente detectan y controlan la presión, el caudal y la temperatura del fluido transmitido, y generalmente se incluyen en el campo del diseño de tuberías (o ingeniería de tuberías) . Los sistemas de tuberías están documentados en diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID). Si es necesario, las tuberías se pueden limpiar mediante el proceso de limpieza de tubos.

La tubería a veces se refiere al diseño de tuberías, la especificación detallada del diseño físico de tuberías dentro de una planta de proceso o edificio comercial. En días anteriores, esto a veces se denominaba dibujo, dibujo técnico, dibujo de ingeniería y diseño, pero hoy en día es comúnmente realizado por diseñadores que han aprendido a usar el dibujo automatizado asistido por computadora o el software de diseño asistido por computadora (CAD).

La plomería es un sistema de tuberías con el que la mayoría de las personas están familiarizadas, ya que constituye la forma de transporte de fluidos que se utiliza para proporcionar agua potable y combustibles a sus hogares y negocios. Las tuberías de plomería también eliminan los desechos en forma de aguas residuales, y permiten la ventilación de los gases de aguas residuales al exterior. Los sistemas de rociadores contra incendios también usan tuberías, y pueden transportar agua potable o no potable u otros fluidos de supresión de incendios.

La tubería también tiene muchas otras aplicaciones industriales, que son cruciales para mover fluidos crudos y semi-procesados para refinarlos en productos más útiles. Algunos de los materiales más exóticos utilizados en la construcción de tuberías son Inconel, titanio, cromo y otras aleaciones de acero.

Sub-campos de ingeniería

En general, la ingeniería de tuberías industriales tiene tres subcampos principales:

• Material de tubería
• Diseño de tuberías
• Análisis de estrés

Análisis de estrés

Las tuberías de proceso y las tuberías de alimentación son revisadas normalmente por los ingenieros de tensión de tuberías para verificar que el enrutamiento, las cargas de las boquillas, los soportes y los soportes estén colocados y seleccionados correctamente de manera que no se supere la tensión de tubería permitida bajo diferentes cargas, como cargas sostenidas, cargas operativas, presión pruebas de cargas, etc., según lo estipulado por ASME B31, EN 13480, GOST 32388, RD 10-249 o cualquier otro código y norma aplicable. Es necesario evaluar el comportamiento mecánico de la tubería bajo cargas regulares (presión interna y tensiones térmicas), así como en casos de carga ocasional e intermitente, como terremotos, vientos fuertes o vibraciones especiales, y golpes de ariete.^[4]​^[5]​ Esta evaluación generalmente se realiza con la asistencia de un programa especializado (elemento finito ) de programas de computadora de análisis de tensión como AutoPIPE,^[6]​ CAEPIPE,^[7]​ CAESAR,^[8]​ PASS / START-PROF.^[9]​

En los soportes de tuberías criogénicas, la mayoría de los aceros se vuelven más frágiles a medida que la temperatura disminuye en comparación con las condiciones normales de operación, por lo que es necesario conocer la distribución de la temperatura para las condiciones criogénicas. Las estructuras de acero tendrán áreas de alta tensión que pueden ser causadas por esquinas afiladas en el diseño o inclusiones en el material.^[10]​

Materiales

El material con el que se fabrica una tubería se forma a menudo como la base para elegir cualquier tubería. Los materiales que se utilizan para la fabricación de tubos incluyen:

• Acero al carbono
• Tubería de acero ASTM A252 Spec Grade 1, Grade 2, Grade 3
• Tubería de plástico, por ejemplo Tubería de HDPE, tubería de PP-R o tubería de LDPE.^[11]​
• Servicio de baja temperatura acero al carbono.
• Acero inoxidable
• Metales no ferrosos, p. Ej. Cuproníquel, tántalo, etc.
• No metálico, por ejemplo, vidrio templado, revestimiento de teflón, PVC, etc.

Historia

Los primeros tubos de madera se construyeron con troncos que tenían un gran orificio perforado a lo largo del centro. ^[12]​ Posteriormente se construyeron tuberías de madera con duelas y aros similares a la construcción de barriles de madera. Las tuberías de madera tienen la ventaja de que se transportan fácilmente como una pila compacta de piezas en un vagón y luego se ensamblan como una estructura hueca en el lugar de trabajo. Las tuberías de madera eran especialmente populares en las regiones montañosas donde el transporte de tuberías pesadas de hierro u hormigón habría sido difícil.

Las tuberías de madera eran más fáciles de mantener que el metal, ya que la madera no se expandía ni se contraía con los cambios de temperatura tanto como el metal y, por lo tanto, no se requerían juntas de expansión ni curvas. El grosor de la madera proporcionó algunas propiedades aislantes a las tuberías, lo que ayudó a evitar la congelación en comparación con las tuberías metálicas. La madera utilizada para tuberías de agua tampoco se pudre muy fácilmente. La electrólisis no afecta en absoluto a los tubos de madera, ya que la madera es un aislante eléctrico mucho mejor.

En el oeste de los Estados Unidos, donde se utilizaba la secoya para la construcción de tuberías, se encontró que la secoya tenía "propiedades peculiares" que la protegían de la intemperie, los ácidos, los insectos y el crecimiento de hongos. Las tuberías de madera roja se mantuvieron lisas y limpias por tiempo indefinido, mientras que las tuberías de hierro, en comparación, comenzaban a escalarse y corroerse rápidamente, y eventualmente se podían tapar con la corrosión. ^[13]​

Normas

 

Apilamiento de un oleoducto conectado para el transporte de productos petrolíferos.

Hay ciertos códigos estándar que deben seguirse al diseñar o fabricar cualquier sistema de tuberías. Las organizaciones que promulgan estándares de tuberías incluyen:

• ASME - La Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos - serie B31
  • ASME B31.1 Tuberías de potencia (tuberías de vapor, etc. )
  • Tubería de proceso ASME B31.3
  • ASME B31.4 Sistemas de transporte por tuberías para hidrocarburos líquidos y otros líquidos y petróleo y gas
  • ASME B31.5 Tubería de refrigeración y componentes de transferencia de calor
  • ASME B31.8 Sistemas de tuberías de distribución y transmisión de gas.
  • ASME B31.9 Construcción de tuberías de servicios.
  • Sistemas de tuberías de transporte de lodos ASME B31.11 (retirados, reemplazados por B31.4)
  • Tubería y tuberías de hidrógeno ASME B31.12
• ASTM - Sociedad Americana para Pruebas y Materiales
  • Especificación estándar de la norma ASTM A252 para pilas de tubos de acero soldados y sin costura ^[14]​
• API - Instituto Americano del Petróleo
  • API 5L Industrias del petróleo y del gas natural: tubería de acero para sistemas de transporte por tuberías ^[15]​
• CWB - Oficina de soldadura canadiense
• EN 13480 - Código europeo metálico para tuberías industriales.
  • EN 13480-1 Tuberías industriales metálicas. Parte 1: General.
  • EN 13480-2 Tuberías industriales metálicas. Parte 2: Materiales.
  • EN 13480-3 Tuberías industriales metálicas. Parte 3: Diseño y cálculo.
  • EN 13480-4 Tuberías industriales metálicas. Parte 4: Fabricación e instalación.
  • EN 13480-5 Tuberías industriales metálicas. Parte 5: Inspección y ensayo.
  • EN 13480-6 Tuberías industriales metálicas. Parte 6: Requisitos adicionales para tuberías enterradas.
  • PD TR 13480-7 Tuberías metálicas industriales. Parte 7: Guía sobre el uso de procedimientos de evaluación de la conformidad.
  • EN 13480-8 Tuberías industriales metálicas. Parte 8: Requisitos adicionales para tuberías de aluminio y aleaciones de aluminio.
• GOST, RD, SNIP, SP - Códigos de tubería rusos
  • RD 10-249 Power Piping
  • Tubería de proceso GOST 32388, tubería de PEAD
  • SNiP 2.05.06-85 y SP 36.13330.2012 Sistemas de tuberías de transmisión de gas y petróleo
• EN 1993 -4-3 Eurocódigo 3 - Diseño de estructuras de acero. Parte 4-3: Tuberías.
• AWS - Sociedad Americana de Soldadura
• AWWA - Asociación Americana de Obras de Agua
• MSS - Sociedad de normalización de fabricantes
• ANSI - American National Standards Institute
• NFPA - Asociación Nacional de Protección contra Incendios
• EJMA - Asociación de fabricantes de juntas de expansión

Véase también

• Drenaje
• Cortafuego
• Empaquetadora
• Tubería de HDPE
• Maquinaria hidráulica
• Tubería de hidrógeno
• Corte de tubería
• Análisis de redes de tuberías
• Conexiones de tuberías y tuberías
  • Válvula
  • Victaulic
• Pre-comisionamiento de ductos
• Tubería plástica
• Sistemas de tuberías de presión de plástico
• Plomería
• Abrazadera vertical
• Aislamiento térmico

Referencias

1. Editors: Perry, R.H. and Green, D.W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6th edición). McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-049479-7. 
2. Editor: McKetta, John J. (1992). Piping Design Handbook. Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-8570-3. 
3. . Yaang. Archivado desde el original el 27 de febrero de 2016. Consultado el 6 de marzo de 2016. 
4. . Archivado desde el original el 29 de mayo de 2006. Consultado el 11 de mayo de 2019. 
6. . www.bentley.com. Archivado desde el original el 9 de noviembre de 2016. Consultado el 22 de diciembre de 2017. 
7. . Archivado desde el original el 29 de enero de 2010. Consultado el 27 de septiembre de 2010. 
8. . coade.com. Archivado desde el original el 2 de mayo de 2015. 
9. . passuite.com. Archivado desde el original el 8 de enero de 2019. 
10. Temperature & Stress Analysis el 22 de febrero de 2014 en Wayback Machine. Piping Technology and Products, (retrieved February 2012)
11. «What is HDPE Pipe?». Acu-Tech Piping Systems (en inglés australiano). Consultado el 20 de marzo de 2019. 
12. . www.bbc.co.uk. Archivado desde el original el 7 de mayo de 2016. Consultado el 10 de marzo de 2016. 
13. . Popular Science: 74. December 1918. Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2017. 
14. H. . China Huayang Steel Pipe. Archivado desde el original el 16 de octubre de 2014. 
15. . China Huayang Steel Pipe. Archivado desde el original el 16 de octubre de 2014. 

Otras lecturas

• Guía de tuberías de proceso ASME B31.3, Revisión 2 del Manual de Normas de Ingeniería de Laboratorio Nacional de Los Álamos OST220-03-01-ESM
• del sitio web de American Lifelines Alliance
• • • Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., EM 1110-l-4008, mayo de 1999

Enlaces externos

•   Datos: Q3679502
•   Multimedia: Pipelines