Tubería

En la industria, las tuberías son un sistema de conductos que se utiliza 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 ]}

Las tuberías para procesos industriales (y sus componentes en línea) pueden fabricarse con madera , fibra de vidrio , vidrio , acero , aluminio , plástico , cobre y hormigón . Los componentes en línea, conocidos como accesorios , válvulas y otros dispositivos, suelen detectar y controlar 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), aunque los sensores y dispositivos de control automático también pueden considerarse parte del diseño de instrumentación y control. Los sistemas de tuberías se documentan en diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID). Si es necesario, las tuberías pueden limpiarse mediante el proceso de limpieza de tubos .

El término "tuberías" a veces se refiere al diseño de tuberías, la especificación detallada de la disposición física de las tuberías dentro de una planta de procesamiento o un edificio comercial. Antiguamente, esto se denominaba dibujo técnico , dibujo de ingeniería o diseño, pero hoy en día lo realizan comúnmente diseñadores que han aprendido a utilizar software de dibujo asistido por computadora ( CAD).

La fontanería es un sistema de tuberías con el que la mayoría de la gente está familiarizada, ya que constituye el medio de transporte de fluidos que se utiliza para suministrar agua potable y combustibles a hogares y negocios. Las tuberías de fontanería también eliminan los desechos en forma de aguas residuales y permiten la salida de los gases residuales al exterior. Los sistemas de rociadores contra incendios también utilizan tuberías y pueden transportar agua potable o no potable , u otros fluidos extintores.

Las tuberías también tienen muchas otras aplicaciones industriales, cruciales para el transporte de fluidos crudos y semiprocesados ​​para su refinación y transformación en productos más útiles. Algunos de los materiales más exóticos utilizados en la construcción de tuberías son Inconel , titanio , cromo-molibdeno y diversas aleaciones de acero .

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

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

Las tuberías de proceso y de potencia suelen ser inspeccionadas por ingenieros de análisis de esfuerzos en tuberías para verificar que el trazado, las cargas de las boquillas, los colgadores y los soportes estén correctamente colocados y seleccionados de manera que no se exceda el esfuerzo admisible de la tubería bajo diferentes cargas, como cargas sostenidas, cargas de operación, cargas de prueba de presión, 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 esfuerzos térmicos) así como bajo casos de carga ocasionales e intermitentes como terremotos, vientos fuertes o vibraciones especiales y golpes de ariete. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Esta evaluación generalmente se realiza con la ayuda de un programa informático especializado ( elemento finito ) de análisis de esfuerzos en tuberías como AutoPIPE, ^{[ 5 ]} CAEPIPE, ^{[ 6 ]} CAESAR, ^{[ 7 ]} PASS/START-PROF, ^{[ 8 ]} o ROHR2 .

En los soportes de tuberías criogénicas, la mayoría del acero se vuelve más frágil a medida que la temperatura disminuye desde las condiciones normales de operación, por lo que es necesario conocer la distribución de temperatura para 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. ^{[ 9 ]} Cuando se analiza la tensión de la tubería 3D, esta (tuberías 3D) se considerará como vigas 3D con soportes en ambos lados. Además, la tensión de la tubería 3D determina los momentos flectores de las tuberías. Los grados de tubería admisibles (ASME) permitidos para las industrias de petróleo y gas son  : Tuberías y tubos de acero al carbono (grado A53 [A y B], grado A106 [B y C]), tuberías de acero de aleación baja e intermedia (grado A333 [6], grado A335 [P5, P9, P11, P12, P91])

El material con el que se fabrica una tubería suele ser la base para elegir cualquier tubería. Los materiales que se utilizan para fabricar tuberías incluyen:

• Acero carbono
• Tubo de pilote de acero según especificación ASTM A252, grado 1, grado 2 y grado 3.
• Tuberías de plástico , por ejemplo , tuberías de HDPE , tuberías de PE-X , tuberías de PP-R o tuberías de LDPE. ^{[ 10 ]}
• Acero al carbono para servicio a bajas temperaturas
• Acero inoxidable
• Metales no ferrosos, por ejemplo, cuproníquel , revestidos de tantalio , etc.
• No metálicos, por ejemplo , vidrio templado , revestido de teflón , PVC , etc.

Las primeras tuberías de madera se construían con troncos a los que se les hacía un gran agujero longitudinal en el centro. ^{[ 11 ]} Posteriormente, las tuberías de madera se construían con duelas y aros, de forma similar a la construcción de barriles de madera . Las tuberías de duelas tienen la ventaja de que se transportan fácilmente como un conjunto compacto de piezas en un carro 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 o concreto habría sido difícil.

Las tuberías de madera eran más fáciles de mantener que las de metal, ya que la madera no se dilataba ni se contraía tanto con los cambios de temperatura como el metal, por lo que no se requerían juntas de dilatación ni codos. El grosor de la madera proporcionaba a las tuberías propiedades aislantes que ayudaban a prevenir la congelación, a diferencia de las tuberías metálicas. Además, la madera utilizada para las tuberías de agua no se pudre con facilidad. La electrólisis no afecta en absoluto a las tuberías de madera, ya que esta es un aislante eléctrico mucho mejor.

En el oeste de Estados Unidos, donde se utilizaba la secuoya para la construcción de tuberías, se descubrió que esta madera poseía propiedades peculiares que la protegían de la intemperie, los ácidos, los insectos y el crecimiento de hongos. Las tuberías de secuoya se mantenían lisas y limpias indefinidamente, mientras que las de hierro, en comparación, comenzaban a incrustarse y corroerse rápidamente, pudiendo llegar a obstruirse por completo. ^{[ 12 ]}

Existen ciertos códigos estándar que deben seguirse al diseñar o fabricar cualquier sistema de tuberías. Entre las organizaciones que promulgan normas para tuberías se incluyen:

• ASME – Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos – Serie B31
  • ASME B31.1 Tuberías de potencia (tuberías de vapor, etc.)
  • Tuberías de proceso según la norma ASME B31.3
  • ASME B31.4 Sistemas de transporte por tuberías para hidrocarburos líquidos y otros líquidos, petróleo y gas.
  • Tuberías de refrigeración y componentes de transferencia de calor según la norma ASME B31.5
  • Sistemas de tuberías para transmisión y distribución de gas según la norma ASME B31.8
  • Tuberías para instalaciones de edificios según la norma ASME B31.9
  • ASME B31.11 Sistemas de tuberías para el transporte de lodos (Retirada, sustituida por B31.4)
  • Tuberías y oleoductos de hidrógeno según la norma ASME B31.12
• ASTM – Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales
  • Norma ASTM A53: Especificación estándar para tuberías de acero, negras y galvanizadas por inmersión en caliente, soldadas y sin costura.
  • Especificación estándar ASTM A106 para tubería de acero al carbono sin costura para servicio a altas temperaturas.
  • Especificación estándar ASTM A213 para tubos sin costura de acero aleado ferrítico y austenítico para calderas, sobrecalentadores e intercambiadores de calor.
  • Norma ASTM A252 Especificación estándar para pilotes de tubería de acero soldados y sin costura ^{[ 13 ]}
  • Norma ASTM A312: Especificación estándar para tuberías de acero inoxidable austenítico sin costura, soldadas y fuertemente trabajadas en frío.
  • Norma ASTM A333: Especificación estándar para tuberías de acero sin costura y soldadas para servicio a bajas temperaturas.
  • Especificación estándar ASTM A335 para tubería sin costura de acero aleado ferrítico para servicio a altas temperaturas.
• API – Instituto Americano del Petróleo
  • API 5L Industrias del petróleo y del gas natural: tubería de acero para sistemas de transporte por oleoductos ^{[ 14 ]}
• CWB – Oficina Canadiense de Soldadura
• EN 13480 – Código europeo de tuberías industriales metálicas
  • EN 13480-1 Tuberías industriales metálicas – Parte 1: Generalidades
  • 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 ensayos
  • EN 13480-6 Tuberías industriales metálicas – Parte 6: Requisitos adicionales para tuberías enterradas
  • PD TR 13480-7 Tuberías industriales metálicas – 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
  • EN 13941 Tuberías de calefacción urbana
• GOST, RD, SNiP, SP – Códigos rusos de tuberías
  • Tubería de potencia RD 10-249
  • Tuberías de proceso GOST 32388, tuberías de HDPE
  • SNiP 2.05.06-85 y SP 36.13330.2012 Sistemas de tuberías para la transmisión de gas y petróleo
  • GOST R 55990-2014 y SP 284.1325800.2016 Tuberías de campo
  • SP 33.13330.2012 Tuberías de acero
  • GOST R 55596-2013 Redes de calefacción urbana
• EN 1993 -4-3 Eurocódigo 3 – Diseño de estructuras de acero – Parte 4-3: Tuberías
• AWS – Sociedad Americana de Soldadura
• AWWA – Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas
• MSS – Sociedad de Normalización de Fabricantes
• ANSI – Instituto Nacional Estadounidense de Estándares
• NFPA – Asociación Nacional de Protección contra Incendios
• EJMA – Asociación de Fabricantes de Juntas de Expansión

• Guía de tuberías de proceso ASME B31.3, Revisión 2. Archivada el 9 de noviembre de 2020 en Wayback Machine desde el Manual de Normas de Ingeniería del Laboratorio Nacional de Los Alamos OST220-03-01-ESM.
• Diseño sísmico y modernización de sistemas de tuberías, julio de 2002, del sitio web de American Lifelines Alliance.
• Ingeniería y diseño de tuberías para procesos líquidos. Manual de ingeniería, documento completo • (página de índice) • Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. , EM 1110-l-4008, mayo de 1999