DISEÑO DE TUBERIAS GRUPO 2

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DISEÑO DE TUBERIAS
I. INTRODUCCIÓN
El diseño de tuberías es fundamental en los proyectos de ingeniería que se desarrollan en plantas de proceso. Gracias a la ingeniería de tuberías aplicada a un proyecto, se pueden desarrollar procesos eficientes para transportar fluidos y gases de manera segura a través de plantas industriales. El diseño óptimo de un sistema de tuberías puede maximizar el uso del espacio, facilitar su construcción e instalación, minimizar el mantenimiento, mejorar la accesibilidad y aumentar su rendimiento general.
REFERENCIA HISTÓRICA 
El grado de progreso de una civilización está relacionado directamente con la búsqueda del bienestar de sus pobladores. Se cree que no hay ningún otro producto industrial tan relacionado con el progreso del género humano como el tubo, siendo quizás las cañas y troncos agujerados los primeros elementos tubulares usados por el hombre.
Se han encontrado vestigios de tuberías en muchas partes del mundo, demostrándose así la existencia de tuberías de arcilla y terracota en Babilonia 4000 años A.C., artefactos y posibles tuberías de hierro en Egipto 3000 años A.C., tuberías de plomo en Pompeya 100 años A.C., tuberías de hierro fundido usadas en Alemania y luego en toda Europa a partir del siglo XVI, y tuberías de acero de finales del siglo XVIII, utilizadas ya para el soporte de mayores presiones y temperaturas.
II. DEFINICIONES ( CONCEPTO DE TUBERÍAS
“Las tuberías son un sistema formado por tubos, que pueden ser de diferentes materiales que cumplen la función de permitir el transporte de líquidos, gases o sólidos en suspensión (mezclas) en forma eficiente, siguiendo normas estandarizadas y cuya selección se realiza de acuerdo a las necesidades que se va a realizar.
DIFERENCIA ENTRE TUBOS Y TUBERÍAS
Las “tuberías” corresponden al conjunto conformado por tubos normalizados, los accesorios, las válvulas, etc. encargados de transportar los gases o líquidos que así lo necesitan.
Mientras que “tubo” es aquel producto tubular de sección transversal constante y de material de uso común”.
CONCEPTO DE TUBERÍAS
DISEÑO DE TUBERÍAS Y PROCEDIMIENTOS DE DIBUJOS
El diseño de tuberías consume la mayor parte del total de tiempo y esfuerzo de diseño y dibujo. Asimismo requiere las contribuciones de muchas ramas de ingeniería, ya que las tuberías son el eslabón de conexión de un proceso, por lo cual se las encuentra asociadas con casi todos los equipos y estructuras. Esta próxima interrelación entre el diseño de tuberías y las otras fases del diseño de la planta precisa de competentes diseñadores, con un buen conocimiento de las más destacadas características del equipo utilizado en proceso
DIBUJOS DE PLANTAS DE PROCESOS
Los productos finales y tangibles de un grupo de diseño son los dibujos, listas de materiales y otros datos de construcción. El diseño de tuberías se comprende mejor si consideramos la gran cantidad de dibujos. requeridos para el diseño y construcción de una planta de proceso, y cómo el diseñador de tuberías interviene en la preparación y uso de estos dibujos. Los siguientes apartados están presentados en el orden usual en la cual son preparados durante el diseño. 
DIAGRAMA DE FLUJO 
El diagrama de flujo es el primer dibujo producido en el diseño de una planta de proceso, y es asimismo la fuente principal de datos para todos los grupos de diseño, pero, fundamentalmente, para tuberías. El diagrama de flujo es una representación del proceso tal como es concebido por los ingenieros químicos.
PLANOS DE SITUACIÓN O IMPLANTACIÓN
Los planos de situación, como su nombre indica, muestran la situación del equipo principal dentro del área de proceso de que se trate, para lo cual se dan las coordenadas de los centros de línea de las cimentaciones, así como los trazados de estructuras, edificios, carreteras, zonas con pavimentos y pasajes para mantenimiento. 
PLANOS DE RECIPIENTES
Los dibujos de torres y tanques pasan a través de varias etapas. Al principio del proyecto se preparan por los ingenieros de proceso unos dibujos esquemas a partir de los cuales los diseñadores de recipientes preparan unos dibujos preliminares que son usados para los primeros contactos con los fabricantes, así como para la orientación de bocas y situación de plataformas por los diseñadores de tuberías. 
PLANOS DE CIMENTACIÓN.
Estos dibujos muestran las dimensiones y formas de las cimentaciones, situación y tamaño de los redondos de refuerzo y detalles de doblado de estos redondos. El diseñador de tuberías debe trabajar en estrecho contacto con el diseñador de cimentaciones y obra civil, ya que las tuberías de agua enterradas y los colectores de desagüe requieren grandes trazados que podrían interferir con las cimentaciones
PLANOS ESTRUCTURALES
Todas las estructuras de acero, hormigón armado, estructuras para edificios y soportes para tuberías son mostrados en los planos de estructuras. Estos dibujos son utilizados por el contratista de estructuras para preparar sus planos de taller y dibujos de montaje, los cuales son dibujos esquemáticos mostrando los despieces de la estructura con sus correspondientes números de marca.
PLANOS DE TUBERÍAS
Los dibujos de tuberías en plantas de proceso muestran la disposición de las líneas dentro de la planta, 30s cuales pueden ser dibujados como plantas, elevaciones (secciones) e isométricos (tres dimensiones). En cada caso hay algún tipo de dibujo de planta que ilustra la situación de les tuberías. Estos dibujos, junto con las especificaciones y la lista de líneas, será utilizada por las cuadrillas de montaje para el tendido de líneas y por el contratista en la preparación de sus dibujos de montaje. 
PROCEDIMIENTO DE DIBUJO Y DISEÑO DE TUBERÍAS
El diseñador de tuberías puede empezar a estudiar sus trazados de una forma detallada una vez recibidos los diagramas de flujo, planos de situación, especificaciones de tuberías y lista de líneas, conjuntamente con esto también debe estar en posesión de los planos de recipientes y dibujos de vendedores. Existen tres procedimientos para desarrollar con detalle los trazados de tuberías; éstos son: Planta y sección, dimensional (isométrico) y modelo. 
MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE TUBOS, PERFILES Y ACCESORIOS.
La resina de P.V.C. por si sola no brinda las características requeridas para la fabricación de productos de P.V.C. Ya que ésta sufre descomposición térmica y libera cloruro de hidrógeno al ser calentada durante los procesos productivos.
Es por esta razón que se le debe agregar una serie de aditivos, no solo para modificar su comportamiento a altas temperaturas, sino también para mejorar algunas de las propiedades físico- químicas del producto final. 
NORMAS, CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS.
Las principales normas y códigos de uso corriente, son los siguientes:  ANSI B.31 American Standard Code for Pressure Piping, anteriormente denominado ASA 
ASTM American Society for Testing and Materials, especifica materiales para tubos, válvulas, accesorios, pernos, juntas, material de aislamiento, eléctrodos, etc.
QUE ES ANSI
ANSI American National Standard Institute, especifica tipos, dimensiones, clases de presión nominal, materiales de construcción, procesos de fabricación, etc. sobre tubos, válvulas y accesorios, sustituye a la antigua ASA American Standard Association.
ANSI B.31.1	Power Piping - Tuberías en instalaciones de generación de vapor.
ANSI B.31.2	Industrial Air and Gas Piping – Tubería en la Industria del aire y Gases 
ANSI B.31.3 	Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping Tuberías en industrias químicas y petroquímicas, refinerías y otras instalaciones petroleras. Esta sección hasta la edición de 1973, se denominó “Petroleum Refinery Piping” y no incluía las tuberías para industrias químicas.
ANSI B.31.4	 Oil Trasportation Piping – Oleoductos de transporte
ANSI B.31.5	 Refrigeration Piping – Tuberías de refrigeración
ANSI B.31.7	 Nuclear Power Piping – Tuberías en centrales nucleares
ANSI B.31.8	 Gas Transmission and Distribution Piping – Tuberíasde transporte y de distribución de gases
NORMAS ISO
ISO International Standard Organization, las normas más importantes para tuberías, son los siguientes:
ISO/R7	Roscas para tubos y accesorios de 1/8” a 6” de diámetro nominal
ISO/R13	Tubos de fierro fundido
ISO/R49	Accesorios de fierro maleable con rosca
ISO/R51	Tubos de acero para transporte de combustibles líquidos
ISO/R64	Tubos de acero designados por el diámetro externo
ISO/R65	Tubos de acero c/s costura para rosca
CÁLCULO DE DIÁMETRO DE LAS TUBERÍAS
El dimensionamiento de un tubo es casi siempre un problema de hidráulica, resuelto en función del caudal del fluido, las diferencias de cotas existentes, de las presiones requeridas, las velocidades y perdidas de carga admisibles, la naturaleza del fluido, del material y tipo de tubo. Todos estos parámetros deben ser analizados por el equipo de proceso para desarrollar el detalle del proyecto, brindando la información necesaria al equipo de diseño mecánico.
Caudal del líquido: 					 Q
Cota del punto inicial de la tubería (punto 1): H1
Cota del punto final de la tubería (punto 2): H2
Presión en el punto 1: 					 P1
Presión en el punto 2: 					 P2
Longitud total equivalente de la tubería: 		L’
2.8.	EL DISEÑO DE TUBERÍAS CONSIDERADA COMO UN ELEMENTO MECANICO.
Cada tramo de tubo puede ser considerado como un elemento mecánico, sometido a una serie de esfuerzos mecánicos y transmitiendo otros tantos esfuerzos a los soportes y puntos de fijación.
	Principales causas de esfuerzos mecánicos en una tubería: 
Presión interna ejercida por el fluido
Presión externa (ambientes presurizados, vacío)
Peso propio del tubo, pesos del fluido contenido, accesorios, aislamiento térmico, peso de agua para prueba hidrostática.
Movimientos de los puntos extremo del tubo, causado por la dilatación de otros tubos, equipos, torres, etc.
Reacciones de juntas de expansión.
TENSIONES PRIMARIAS O SECUNDARIAS:
Las tensiones primarias son las provenientes de todos los esfuerzos externos permanentes, tales como la presión interna o externa, pesos, sobrecargas, etc.
Las tensiones secundarias son las debidas a las dilataciones del propio tubo o de otros tubos unidos al tubo en cuestión. 
La diferencia fundamental entre las tensiones primarias y secundarias es que el valor de las tensiones primarias depende exclusivamente del valor del esfuerzo que da origen a la tensión y es independiente del tiempo; manteniéndose constante a lo largo del tiempo al igual que la tensión. Las tensiones secundarias por el contrario, tienden a disminuir de intensidad con el pasar del tiempo, en consecuencia se da el fenómeno “relajamiento espontáneo”. 
TENSIONES PRIMARIAS O SECUNDARIAS:
Las deformaciones permanentes debidas al relajamiento no son graves, siendo perfectamente tolerables, manteniendo los esfuerzos dentro de los límites. La norma ANSI B.31 permite que el valor inicial de las tensiones secundarias sea el límite elástico del material. 
TENSIONES ADMISIBLES Y COEFICIENTES DE SEGURIDAD
Se denominan tensiones admisibles, las tensiones máximas que se adoptan para el cálculo estructural de la tubería considerada como un elemento mecánico. Estas tensiones admisibles deben ser menores que los limites de elasticidad y de rotura del material a la temperatura considerada. La relación entre el límite de rotura o de elasticidad es la tensión admisible y el coeficiente de seguridad adoptado. 
TUBERÍAS
TUBERÍA DE PLÁSTICO.
TUBERÍAS DE COBRE
TUBERÍAS DE ACERO
TUBERÍAS DE CONCRETO
TUBERÍAS SEGÚN LOS FLUIDOS QUE TRANSPORTAN
OLEODUCTO
GADODUCTO
APLICACIONES DE LAS TUBERÍAS
TUBERÍAS METÁLICAS
Tuberías de hierro fundido: Se utiliza generalmente en el servicio de agua y desagüe, sobre todo cuando la tubería debe estar en contacto directo con la tierra. Son largamente utilizados por aguas residuales 
TUBERÍA DE ACERO.
TUBERÍAS DE COBRE
2.10.	COSTO ESTIMADO DE LAS CAÑERÍAS Y TUBERÍAS
El costo de las cañerías y tuberías incluye mano de obra, válvulas, accesorios, caños, tubos, soportes y otros rubros directamente relacionados con el tendido de las cañerías y tuberías que se utilizan directamente en el proceso. Esto incluye cañerías y tuberías para materias primas, productos terminados, productos intermediarios, vapor, aire, agua, desagües y otros procesos que requieren cañerías y tuberías. El costo de las cañerías y tuberías en una planta de procesos químicos pueden llegar al 100 por ciento del costo de los equipos adquiridos, o al 20 por ciento de la inversión de capital fijo, por lo tanto, es comprensible que la exactitud de toda la estimación puede quedar seriamente afectada por una inadecuada aplicación de las técnicas para estimar el costo
CONCLUSIONES
El diseño de tuberías en una planta industrial es de mucha importancia, ya que ellos juegan un papel importante en el transporte de fluidos a diferentes presiones y temperaturas.
 
Las industrias por lo general suelen usar tubos de acero para realizar sus operaciones industriales, ya que trabajan con altas presiones y temperaturas para la fabricación de sus productos.
TUBO FRIO
AQUECIMENTO
INICIAL
AQUECIMENTO
FINAL
Re
Re
Ri
Ri
Fig. 2.2 Dilataçáo de um tubo reto