1. INTRODUCCIÓN

1.1.NORMA USA

Esta Norma USA es una de las casi 3000 normas aprobadas como Normas Americanas por la American Standards Association. El 24 de Agosto de 1966, el ASA fue reconstituida como United States of America Standards Institute. Las Normas aprobadas como Normas Americanas son ahora llamadas Normas USA. No hay cambio en su identificación de índice o contenido técnico.

Cualquier parte de esta Norma puede ser copiada. Las líneas acreditativas deben indicar: “Tomado el Código de Normas USA para Tubería de Presión y Tubería para Fuerza Motriz.”

USA B.31.1.0-1967, con el permiso del editor, The American Society of Mechanical Engineers, United Engineering Center, 345 East 47th Street, New York, N.Y., 10017”.

1.2.PRÓLOGO

La filosofía general que fundamenta este Código de Tubería para Fuerza Motriz es encauzar las previsiones de la Sección I, Calderas para Producción de Energía, del Código de Recipientes a Presión y Calderas ASME (http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME) ya que pueden ser aplicadas a los sistemas de tuberías para fuerza motriz. Los Valores de Tensiones Admisibles para la tubería de fuerza motriz son generalmente compatibles con los proyectados para las calderas de producción de energía. Este Código es más conservador que algunos otros códigos de tuberías y refleja la necesidad de una larga vida de servicio y la mayor confiabilidad en las instalaciones de las plantas productoras de energía.

El Código de Tubería de Fuerza Motriz en su contexto escrito no hace diferencias entre los requerimientos de diseño, fabricación y montaje para los sistemas de tuberías críticos y no críticos, excepto para determinados cálculos de tensiones y pruebas antidestructivas obligatorias de las soldaduras para aplicaciones de altas temperaturas de paredes gruesas. El problema en sí es tratar

de alcanzar el acuerdo de cómo evaluar la rigurosidad, y evitar la consecuencia de que los sistemas no críticos no requieren competencia en el diseño, fabricación y montaje. Algún día tales niveles de calidad pueden ser definibles, de tal forma que las necesidades de los diversos códigos de tuberías existentes resultará eliminada.

Siguiendo a la aprobación por el Comité de Normas USA B31, y por el patrocinador, esta Sección del Código fue aprobada por el Instituto de Normas USA el 26 de Julio de 1967. Fue denominado B31.1.0 en el título solamente, sobre una premisa temporal, hasta que la revisión de la B31.1 1955 haya sido completada.

1.3. INTRODUCCIÓN. TUBERÍA PARA FUERZA MOTRIZ

El Código para Tubería de Fuerza Motriz (USA B31, www.normas.com) describe los requerimientos técnicos considerados como necesarios para la construcción y diseño seguros de los sistemas de tuberías. Aunque la seguridad es la consideración básica de este Código, este factor no regulará necesariamente las especificaciones finales para cualquier sistema de tuberías de presión.

El Código contiene los datos de referencia básicos y las fórmulas necesarias para el diseño. Pretende manifestar estos requerimientos en términos de principios técnicos básicos hasta el grado más completo posible, suplementados con requerimientos específicos donde resulte necesario para obtener la interpretación uniforme del principio. Contiene prohibiciones en zonas donde se sabe que las prácticas o diseños no son seguros. En otras zonas el Código contiene advertencias y “observaciones” donde se sabe que la precaución resulta necesaria, pero donde se cree que una prohibición directa no resultaría aconsejable.

El Código incluye:

(1) Especificación de materiales y normas de componentes que han sido aceptadas para el uso del Código.

(2) La denominación de las normas dimensionales apropiadas para los elementos que comprenden los sistemas de tuberías.

(3) Requerimientos para el diseño de las partes componentes y unidades montadas, incluyendo los elementos de soporte de tuberías que se consideran como necesarios.

(4) Requerimientos para la evaluación y limitación de tensiones, reacciones y movimientos asociados con la presión, temperatura y fuerzas externas.

(5) Requerimientos para la fabricación, montaje y ensamblaje de los sistemas de tuberías.

(6) Requerimientos para los ensayos e inspección de los elementos antes del montaje o ensamblaje y de los sistemas completos después del montaje.

Los componentes de los sistemas de tuberías deben estar de acuerdo en todo lo posible con las Normas y Especificaciones indicadas en el Código. El cumplimiento con este Código requiere seguir los principios fundamentales y que los materiales o prácticas no aprobados específicamente por este Código, pero que no estén prohibidos por el Código, sean cualificados para usar como se indica en las partes aplicables del Código.

Este Código no será retroactivo o interpretado en su aplicación a sistemas de tuberías montados antes, o bajo la construcción en el momento de su aprobación por el Instituto de Normas de Los Estados Unidos de América (USA Standards Institute).

El Código está bajo la dirección del Comité de Normas USA B31 organizado bajo los procedimientos del Instituto de Normas de los Estados Unidos de América y está patrocinado por la American Society of Mechanical Engineers.

ABERTURA DE RAÍZ

La profundidad que una soldadura de ranura extiende en la abertura de la raíz de una junta medida en la línea central de la sección transversal de la raíz. ANILLO DE RESPALDO

Suplemento o respaldo en forma de anillo usado generalmente en la soldadura de tuberías. ARRIOSTRAMIENTO

Dispositivo para evitar la deformación y el derrumbamiento de las armaduras de tejado y vigas, por medio de riostras, tornapuntas o bridas ensambladas.

INICIOCARA DE LA SOLDADURA

La superficie al descubierto de una soldadura en el lado en el que la soldadura fue realizada. COLGANTES Y SOPORTES

Los colgantes y soportes incluyen elementos que transfieren la carga desde el tubo o fijación estructural hasta la estructura de soporte o equipo. Incluyen aparatos tipo colgantes tales como abrazaderas de suspensión, suspensiones de muelle, arriostramientos, contrapesos, tensores, tirantes, cadenas, guías y anclajes, y aparatos del tipo de apoyo tales como horquillas, bases, rodillos, brazos y soportes deslizantes. CONEXIÓN DEL EQUIPO

Una parte integral de equipo tal como recipientes de presión, cambiadores de calor, bombas, etc., proyectada para unión al tubo o componentes de la tubería. CONJUNTO

La unión entre sí de dos o más elementos de tubería mediante soldadura, pernos, calafateando o roscando en sus lugares de instalación según lo especificado por el proyecto técnico.

CONTENIDO DE ESCORIAS

Material sólido no-metálico atrapado en el metal de soldadura o entre el metal de soldadura y el metal base.

CORTE CON OXÍGENO

Un grupo de procesos de corte en los cuales la sección de los metales se efectúa por medio de la reacción química del oxígeno con el metal base a temperaturas elevadas. En el caso de metales resistentes a la oxidación, la reacción es facilitada por el uso de un flujo. CUBIADURA CON OXÍGENO

Una aplicación del corte con oxígeno en la cual se forma un canal o chaflán.

INICIO

DISEÑO DE LA JUNTA

Se refiere tanto a la geometría de la junta como a las dimensiones requeridas para la junta soldada.

ELECTRODO DE TUNGSTENO

Un electrodo metálico que no es de relleno, utilizado en la soldadura por arco, que consiste en un alambre de tungsteno. ELEMENTO SOLDABLE

Un conjunto cuyas partes componentes son unidas mediante soldadura. ELEMENTOS PARA SOPORTAR TUBERÍAS

Los elementos para soportar las tuberías consisten en colgantes, soportes y fijaciones estructurales.

FABRICACIÓN

Primordialmente la unión de los componentes de la tubería en piezas integrales dispuestas para el montaje. Incluye el doblado, formado, roscado, soldadura u otras operaciones sobre estos componentes, si no son partes del montaje. Puede efectuarse en un taller o en el campo. FIJACIONES ESTRUCTURALES

Las fijaciones estructurales incluyen elementos que están soldados, empernados o sujetos al tubo, tales como grapas, estribos, anillos, abrazaderas, horquillas de apoyo, tiras y faldones. FUSIÓN

La fusión conjunta del metal de relleno y metal base, o del metal base solamente, siendo el resultado la unión o coalescencia.

GARGANTA DE UNA SOLDADURA EN ÁNGULO RECTO REAL

La distancia más corta desde la raíz de una soldadura de ángulo recto hasta su cara. GARGANTA DE UNA SOLDADURA EN ÁNGULO RECTO TEÓRICA

La distancia desde el comienzo de la raíz o fondo de la junta perpendicular a la hipotenusa del triángulo recto más grande que pueda ser introducida dentro de la sección transversal de la soldadura en ángulo recto.

INGLETE

Dos o más secciones rectas de tubo emparejadas y unidas en una línea bisecando el ángulo de la unión a fin de producir un cambio de sentido.

JUNTA A TOPE

Una simple junta entre dos miembros que permanecen aproximadamente en el mismo plano. JUNTA MECÁNICA

Una junta para fines de resistencia mecánica o resistencia a las fugas, o ambas, donde la resistencia mecánica es desarrollada por los extremos de tubos roscados, ranurados, laminados, abocardados o embridados, o mediante pernos, pasadores y compuestos, juntas, extremos laminados, calafateado o superficies maquinadas y correspondientes. Estas juntas tienen aplicaciones particulares donde se desee una mayor facilidad para el desmontaje.

MARTILLADO

Elaboración mecánica de los metales por medio de golpes de martillo. METAL BASE

El metal que se va a soldar o cortar.

METAL DE RELLENO

Metal que se añade en la soldadura, soldadura de bronce o soldaduras con aleación.

MONTAJE

La instalación completa de un sistema de tuberías, incluyendo cualquier montaje, fabricación, pruebas e inspección en el campo del sistema.

NORMALIZACIÓN

Un proceso en el cual un metal ferroso es calentado a una temperatura apropiada por encima del régimen o zona de transformación y es a continuación enfriado en aire en calma a la temperatura ambiente.

OPERARIO DE SOLDADURA

Persona que maniobra la máquina o equipo de soldadura automática.

PENETRACIÓN DE LA JUNTA

La profundidad mínima que una soldadura de ranura proyecta desde su cara a una junta, excluyendo el refuerzo.

POSTCALENTAMIENTO

La aplicación de calor a una sección metálica como continuación a una operación de soldadura o corte. PRECALENTAMIENTO

La aplicación de calor al metal base antes de una operación de corte o soldadura.

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA

Las prácticas y métodos detallados incluyendo los procedimientos de soldadura de juntas, inherentes en la producción de un elemento soldable. PROYECTO TÉCNICO

El proyecto detallado desarrollado por las necesidades del proceso y que está en conformidad con los requerimientos del Código, incluyendo todos los planos y especificaciones necesarias que regulan una instalación de tuberías.

REBAJE

Una ranura fundida en el metal de base adyacente a la unión de una soldadura y no rellena con el metal de soldadura. REBAJE DE TENSIONES

Calentamiento uniforme de una estructura o parte de la misma a una temperatura suficiente que rebaje la mayor parte de las tensiones residuales, seguido por un enfriamiento uniforme. RECOCIDO TOTAL

Calentamiento de un metal o aleación a una temperatura por encima del régimen crítico de temperatura y manteniéndose por encima del régimen durante el apropiado período de tiempo, seguido por un enfriamiento por debajo de aquel régimen. (A menudo se realiza un tratamiento de reblandecimiento justo por debajo del régimen crítico, al que se le denomina recocido subcrítico). REFUERZO DE LA SOLDADURA

Metal de soldadura en la cara de una soldadura de ranura en exceso de metal necesario para el tamaño de soldadura especificado. RIOSTRA

Barra de hierro en forma de S, de T, de X o de Y, visible o empotrada en el muro que sirve para sostener una tubería.

SOLDADOR

Persona capaz de realizar una operación de soldadura manual o semi-automática. SOLDADURA

Una coalescencia o enlace localizada de metal donde la unión se produce calentando a temperaturas apropiadas, con o sin la aplicación de presión, y con o sin el uso de metal de relleno o aportación. El metal de relleno tendrá un punto de fusión aproximadamente igual al del metal base. SOLDADURA AL ACERO

Un grupo de procesos de soldadura en los cuales la fusión o enlace es producida por el calentamiento con un arco o arcos eléctricos, con o sin la aplicación de presión y con o sin el uso de metal de relleno. SOLDADURA AUTOMÁTICA

Soldadura con equipo que realiza toda la operación de soldadura sin el ajuste y observación constantes de controles por el operario. El equipo puede o no ejecutar la carga y descarga de la pieza de trabajo. SOLDADURA BLANDA

Un proceso de unión de metales donde la coalescencia o enlace es producida por el calentamiento a una temperatura apropiada y empleando una aleación ferrosa (no) fundible a temperaturas por debajo de los 800 ºF y que tenga un punto de fusión inferior al de los metales de base que se estén uniendo. El metal de relleno es distribuido entre las superficies estrechamente ajustadas de la unión por la acción capilar. En general, los soldantes son aleaciones de plomo-estaño y pueden contener antimonio, bismuto, plata y otros elementos. SOLDADURA CON ALEACIÓN

Un proceso de unión de metales donde el enlace se produce por el uso de un metal de relleno no-ferroso que tiene un punto de fusión por encima de los 800 ºF pero menor que el de los metales base unidos. El metal de relleno es distribuido entre las estrechamente ajustadas superficies de la junta mediante la acción capilar.

SOLDADURA DE ÁNGULO RECTO

Para soldaduras de ángulo recto de patas iguales, la largura de pata del triángulo recto isósceles más grande que puede ser introducida dentro de la sección transversal de la soldadura en ángulo recto. Para soldaduras de ángulo recto de patas desiguales, las larguras de patas de triángulo recto más grande que pueden ser introducidas dentro de la sección transversal de la soldadura de ángulo recto.

SOLDADURA DE ARCO SEMIAUTOMÁTICA

Soldadura por arco con equipo que controla solamente la alimentación del metal de relleno. El avance de la soldadura se controla manualmente.

SOLDADURA DE CIERRE

Cualquier soldadura usada principalmente para obtener estanqueidad. SOLDADURA DE BRONCE

Un método para soldar por el cual se efectúa una soldadura de ranura, tapón, arista o muesca utilizando un metal de relleno no-ferroso que tiene un punto de fusión por debajo del que tienen los metales base, pero por encima de los 800 ºF. El metal de relleno no es distribuido en la junta por la acción capilar. SOLDADURA DE RANURA

Una soldadura realizada en la ranura entre dos miembros que deben unirse. La penetración de la unión o junta (profundidad del chaflán más la penetración de raíz o fondo cuando se especifique). SOLDADURAS EN ÁNGULO RECTO

Una soldadura de aproximadamente sección triangular que empalma dos superficies aproximadamente en ángulo recto entre sí en una junta solapada, junta en TE, junta de esquina o junta de rótula. SOLDADURA MANUAL

En ella la operación completa de soldadura es realizada y controlada a mano. SOLDADURA POR ARCO METÁLICO CON GAS INERTE

Un proceso de soldadura por arco en el cual la coalescencia o unión se produce por el calentamiento con un arco eléctrico entre un electrodo metálico y la pieza. La protección se obtiene con un gas inerte tal como el helio o el argón. La presión puede o no ser usada y el metal de relleno puede o no ser usado.

SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO

Un proceso de soldadura por arco donde la coalescencia o enlace se produce calentando con un arco eléctrico, o arcos, entre un electrodo desnudo de metal, o electrodos, y la pieza de trabajo. La soldadura es protegida por una manta de material fusible y granular en la pieza de trabajo. No se usa presión y el metal de relleno se obtiene del electrodo y algunas veces de una varilla de soldadura suplementaria. SOLDADURA POR LLAMA DE GAS

Un grupo de procesos de soldadura en los cuales la coalescencia o unión es producida por el calentamiento con una llama o llamas de gases, con o sin la aplicación de presión, y con o sin el uso de metal de relleno. SOLDADURA POR PUNTOS

Una soldadura realizada para mantener las partes de un elemento soldable en alineamiento apropiado hasta que se lleven a cabo las soldaduras finales. SOLDADURA PROTEGIDA AL ARCO METÁLICO

Un proceso de soldadura al arco donde la coalescencia es producida por calentamiento con un arco eléctrico entre un electrodo metálico recubierto y la pieza de trabajo. La protección se obtiene por la descomposición del recubrimiento del electrodo. No se usa presión y el metal de relleno se obtiene del electrodo. SOLDADURA TOTAL DE ÁNGULO RECTO

Una soldadura de ángulo recto cuyo tamaño es igual al espesor de la pieza unida que sea más delgada.

TUBERÍA DE CONTROL

Este término se aplica a todas las válvulas, accesorios, tubería y tubos usados para interconectar aparatos de control de aire o hidráulicamente accionados, así como para interconectar receptores y transmisores de instrumentos. TUBERÍA DE INSTRUMENTOS

Este término se aplica a todas las válvulas, accesorios, tubos y tubería usados para conectar instrumentos a tuberías principales u otros instrumentos o aparatos o a equipo de medición. TUBERÍA DE TOMA DE MUESTRA

Este término se aplica a todas las válvulas, accesorios, tubos y tuberías usados para la recogida de muestras de vapor, agua, aceite y gas. TUBO

Un tubo, generalmente cilíndrico, usado para conducir un fluido o transmitir presión de fluidos y normalmente llamado “tubo” en la especificación aplicable. También incluye cualesquiera componentes similares denominados como “tubería” usados para el mismo fin.

TUBO DE FUNDICIÓN CENTRIFUGADA

Tubo formado por la solidificación de metal derretido en un molde rotativo. Se emplean metal y moldes de arena. El contorno parabólico interno inherente, formado por la fuerza centrífuga durante la solidificación, es posteriormente eliminado por la perforación del metal.

Una variación de este proceso utiliza la expansión hidráulica y el tratamiento térmico, por encima de la temperatura de recristalización del material, para producir una estructura maleable.

TUBO DE FUNDICIÓN ESTÁTICA

Tubo formado por la solidificación del metal derretido en un molde de arena.

TUBO EXTRUSIONADO

Tubo producido de forjas redondas macizas o huecas, generalmente en una prensa de extrusión hidráulica y horizontal. En este proceso la forja está contenida en un troquel cilíndrico. Inicialmente un punzón en el extremo del émbolo de extrusión perfora la pieza de forja. El émbolo de extrusión fuerza entonces el tocho contenido entre el troquel cilíndrico y el punzón para formar el tubo, el último actuando como un mandril.

TUBO LAMINADO

Tubo producido de un tocho forjado que es perforado por un mandril cónico entre dos rodillos diametralmente opuestos. El envolvente o anillo perforado es posteriormente laminado y expansionado sobre mandriles de diámetros cada vez mayores. Donde se requieren tolerancias dimensionales más estrechas, el tubo laminado es enfriado o calentado en estiramiento (estirado en frío o en caliente) a través de troqueles y después mecanizado.

Una variación de este proceso produce el envolvente o carcasa hueca mediante la extrusión del tocho forjado sobre un mandril en una prensa hidráulica y vertical.

TUBO PERFORADO Y FORJADO

Tubo producido por la perforación o ahuecamiento de un tocho forjado.

TUBO SIN SOLDADURA

Tubo producido por uno o más de los procesos siguientes: laminado, perforado y forjado, extrusionado, fundición centrífuga y fundición estática.

TUBO SOLDADO A TOPE EN HORNO, SOLDADURA CONTINUA

Tubo producido en largos continuos de bandas en rollos y posteriormente cortado en largos individuales, con su junta longitudinal a tope soldada por forja mediante presión mecánica desarrollada al laminar la banda formada en caliente a través de un grupo o juego de rodillos de soldadura de paso circular. TUBO SOLDADO A TOPE EN HORNO, SOLDADURA DE CAMPANA

Tubo producido en largos individuales de material de acero en bandas ya cortado que tiene su junta a tope longitudinal soldada por forja por la presión mecánica desarrollada al estimar la banda calentada al horno a través de una matriz o troquel en forma cónica (comúnmente conocido “campana de soldadura”) que sirve como una matriz combinada de formar y soldar.

TUBO SOLDADO AL ARCO SUMERGIDO DOBLE

Tubo que tiene una junta longitudinal a tope producida por el proceso de arco sumergido, con dos pasos por lo menos, uno de los cuales está en el interior del tubo. TUBO SOLDADO DE RESISTENCIA ELÉCTRICA

Tubo producido en largos individuales o en largos continuos de acero en bandas enrolladas y posteriormente cortado en largos individuales, con una junta o tope longitudinal donde la coalescencia o unión es producida por el calor obtenido por la resistencia del tubo al flujo de la corriente eléctrica en un circuito del cual el tubo forma parte, y por la aplicación de presión. TUBO SOLDADO POR CHISPAS ELÉCTRICAS

Tubo que tiene una junta longitudinal a tope donde la coalescencia o unión es producida, simultáneamente, en toda la zona de las superficies contiguas, por el calor obtenido a causa de la resistencia, el flujo de la corriente eléctrica entre las dos superficies, y por la aplicación de presión después de que el calentamiento haya quedado sustancialmente completado. El centelleo y recalcado son acompañados por la expulsión de metal de la junta. TUBO SOLDADO POR FUSIÓN ELÉCTRICA

Tubo que tiene una junta a tope longitudinal donde la coalescencia es producida en el tubo preformado mediante la soldadura al arco eléctrico manual o automática. La soldadura puede ser sencilla (soldado desde uno de los lados) o doble (soldado desde dentro y desde fuera), y puede ser realizada con o sin el uso del metal de relleno. El tubo espiral soldado también se fabrica por el proceso de soldadura de electrofusión tanto con junta a tope, junta superpuesta (solapada) o junta engarzada.

UNIÓN DE SOLDADURA

La unión entre la cara de la soldadura y el metal de base.

ZONAS AFECTADAS POR EL CALOR

Aquella parte del metal base que no ha sido fundida, pero cuyas propiedades mecánicas o microestructurales han sido alteradas por el calor de la soldadura o corte.3. CONDICIONES DE UN PROYECTO

Los sistemas de tuberías para fuerza motriz serán proyectados para las condiciones más exigentes de presión, temperatura y carga concurrentes, excepto lo aquí especificado.

3.1. PRESIÓN

Todas las presiones mencionadas en este Código son expresadas en libras por pulgada cuadrada sobre presión atmosférica (psig), a menos que se especifique de otra forma.

Presión interna de diseño

La presión interna de diseño no será menor que la máxima presión de maniobra sostenida del fluido dentro de la tubería, e incluirá el margen para las oscilaciones de presión.

Presión externa del diseño

La tubería expuesta a la presión externa estará concebida para la máxima presión diferencial anticipada bien en condiciones de maniobra normal o de parada.

3.2. TEMPERATURA

Todas las temperaturas mencionadas en este Código, a menos que se especifique de otra forma, son las temperaturas medias del metal de los materiales respectivos expresadas en grados Fahrenheit (ºF).

La tubería estará diseñada para una temperatura de metal que represente la condición máxima mantenida que pueda esperarse. La temperatura del proyecto o diseño se supondrá que ha de ser la misma que la temperatura del fluido a menos que los cálculos o pruebas apoyen el uso de otros

datos, en cuyo caso la temperatura del diseño no será menor que la media de la temperatura del fluido y la temperatura de la pared exterior.

3.3. INFLUENCIAS AMBIENTALES

Efectos del enfriamiento en la presión

Cuando el enfriamiento de un fluido pueda reducir la presión en la tubería por debajo de la presión atmosférica, la tubería estará diseñada para soportar la presión externa o se tomarán medidas para romper el vacío.

Efectos de la expansión de los fluidos

Cuando la expansión de un fluido pueda aumentar la presión, el sistema de tuberías estará concebido para resistir la presión aumentada o se tomarán medidas para rebajar el exceso de presión.

3.4. EFECTOS DINÁMICOS

Impacto

Las fuerzas de impacto causadas por todas las condiciones internas y externas estarán consideradas en el diseño de la tubería (p.ej. caída de una llave inglesa sobre una tubería)

Viento

La tubería al descubierto estará diseñada para resistir las cargas del viento, usando datos meteorológicos para determinar las fuerzas de los vientos. Cuando las ordenanzas estatales o municipales que se ocupan del proyecto de las estructuras de edificios estén vigentes y especifiquen las cargas de vientos, estos valores estarán considerados como los valores de diseño mínimos.

Temblores de tierra

El efecto de los terremotos, cuando resulte aplicable, estará considerado en el diseño de tubería, soportes de tuberías y limitaciones, utilizando datos para el emplazamiento como una guía para fijar las fuerzas afectadas.

Vibraciones

La tubería estará dispuesta y soportada teniendo en cuenta las vibraciones.

3.5. EFECTOS DEL PESO

La tubería será llevada sobre colgantes ajustables o colgantes rígidos convenientemente nivelados, o soportes y muelles apropiados, arriostramientos, amortiguadores de vibraciones, etc., todo ello será colocado cuando resulte necesario.

Carga dinámica

La carga dinámica consiste en el peso del fluido transportado. Las cargas de nieve y hielo serán consideradas en localidades cuando existan tales condiciones.

Carga estática

La carga estática consiste en el peso de los componentes de la tubería, aislamiento y otras cargas impuestas permanentes.

Carga del fluido de limpieza de prueba

La carga del fluido de limpieza o prueba consiste en el peso del fluido de limpieza o prueba.

3.6. CARGAS DE CONTRACCIÓN Y DILATACIÓN TÉRMICAS

General

El diseño de los sistemas de tuberías tendrá en cuenta las fuerzas y momentos resultantes de la contracción y dilatación térmicas, y de los efectos de las juntas de dilatación.

La contracción y dilatación térmicas estarán previstas preferentemente mediante codos, ejes, ángulos o cambios en el sentido de la línea de tubería.

Los colgantes y soportes permitirán la dilatación y contracción de la tubería entre los anclajes o amarres.

Juntas de dilatación

Las juntas de dilatación de los tipos de manguito deslizante, acanaladas, esféricas o de articulación pueden ser utilizadas si sus materiales están de acuerdo con este Código. Sus partes estructurales y de trabajo son de amplias proporciones y sus diseños impiden el desacoplamiento completo de las piezas de trabajo mientras están en servicio.

4. CRITERIOS DE DISEÑO

Estos criterios comprenden los valores de presión-temperatura, valores de tensión, y diversas tolerancias en el diseño de la tubería.

4.1. REGÍMENES DE PRESIÓN-TEMPERATURA PARA LOS COMPONENTES DE LA TUBERÍA

4.1.1. Componentes con regímenes específicos

Los valores de presión-temperatura para determinados componentes de tuberías han sido establecidos y quedan contenidos en algunas de las normas indicadas en la Tabla 1

4.1.2. Componentes sin regímenes específicos

Cuando se utilizan los componentes sin valor de presión-temperatura en una norma USA , los valores de presión-temperatura recomendados por el fabricante no deben ser sobrepasados.

4.1.3. Presión y temperatura en condición de maniobra normal

La presión y temperatura de diseño no sobrepasarán el valor de presión-temperatura para el material y componente particular según lo definido en la especificación aplicable o norma indicada en la Tabla 1.

4.1.4. Margen de presión y temperatura en funcionamiento normal

Se reconoce que las variaciones en la presión y temperatura se producen inevitablemente, y por lo tanto el sistema de tuberías se considerará como seguro para un funcionamiento ocasional durante períodos cortos a una temperatura o presión superiores al diseño.

Tanto la presión como la temperatura, o ambas, pueden sobrepasar los valores de diseño si la tensión en la pared del tubo calculada por las fórmulas que usan la máxima presión supuesta durante las variaciones no sobrepasa el valor “S” admisible para la máxima temperatura supuesta durante la variación en más de las tolerancias siguientes para los períodos de duración indicados:

1.- Hasta el 15 % de aumento por encima del valor S durante el 10 % del período de funcionamiento.

2.- Hasta el 20 % de aumento sobre el valor S durante el 1 % del período de funcionamiento.

4.1.5. Consideraciones para transiciones y condiciones locales

1.- En la conexión entre dos sistemas de tuberías que trabajen a presiones diferentes, se dispondrá de una válvula divisora que estará diseñada para la presión más alta.

2.- Cuando se utilicen válvulas reductoras de presión, se colocarán uno o más dispositivos de alivio o válvulas de seguridad en el lado de baja presión del sistema. Los dispositivos de alivio o seguridad serán colocados junto o tan cerca como sea posible de la válvula reductora. La capacidad de alivio combinada obtenida será tal que la presión de diseño del sistema de baja presión no será sobrepasada si la válvula reductora fallase al abrir.

En los sistemas de distribución de vapor y calefacción de distritos o zonas donde la presión de la calle no sobrepase las 400 lb/pulg y cuando el uso de las válvulas de alivio y tubería de ventilación no resulten factibles debido a la altura del edificio, pueden instalarse dos o más válvulas reductoras de presión, en serie, cada grupo a o por debajo de la presión segura de trabajo del equipo alimentado. Cada válvula reductora de presión será conectada individualmente a la fuente del medio de maniobra y cada una será ajustada para reducir una parte de la presión del sistema de distribución. Una válvula de parada por disparo ajustada para cerrar a la máxima presión segura de trabajo del equipo alimentado, puede ser empleada en lugar de una segunda válvula reductora de presión o de una válvula de alivio.

Pueden ser instalados bypasses (derivaciones) de control manual alrededor de las válvulas reductoras de presión.

Las válvulas reductoras de presión y de desviación (bypass) estarán diseñadas para las condiciones de presión y temperatura de admisión o entrada.

Las válvulas de alivio serán necesarias siempre que las líneas de descarga y aspiración, y los equipos no estén diseñados para la máxima presión a la que podrían trabajar accidentalmente o no.

3.- Las líneas de condensado desde los calderines de vapor, red, separadores u otro equipo que trabaje a presiones diferentes, no serán conectadas a la descarga a través del mismo purgador.

Cuando varios purgadores descarguen en un solo calderín que esté o pueda estar bajo presión, una válvula de tope y una válvula de retención estarán colocadas en la línea de descarga desde cada uno de los purgadores.

La tubería de descarga de los purgadores será diseñada para la misma presión que la tubería de entrada de los purgadores, a menos que la descarga esté evacuada a la atmósfera o accionada por presión baja y no tenga válvulas de tope. La presión de diseño de tubería de descarga de los purgadores no será menor que la máxima presión de descarga a la cual puede estar sometida.

4.- La tubería de drenaje y descarga desde los espacios de agua de una caldera, estará diseñada para vapor saturado a las siguientes presiones y temperaturas, pero todos los accesorios serán de acero:

Presión de recipiente o caldera, lb/pulgada

Presión de diseño, lb/pulgada

Temperatura

de diseño, ºF

<250

250

410

250-600

250

410

601-900

400

450

901-1500

600

490

>1500

900

535

Estos requerimientos para la tubería de drenaje y descarga sirven para todo el sistema en cualquier punto donde la presión esté reducida a aproximadamente la presión atmosférica y no pueda ser aumentada cerrando una válvula.

La tubería de descarga o evacuación que pueda estar sometida a una presión total de recipiente o caldera será capaz de soportar la presión total del recipiente o caldera.

5.- La tubería de descarga de la bomba o bombas estará diseñada para la máxima presión sostenida ejercida por la bomba a cualquier carga y para la correspondiente temperatura más elevada realmente existente.

6.- Cuando un fluido pasa a través de intercambiadores de calor en serie, la temperatura de diseño de la tubería en cada sección del sistema estará de acuerdo con la temperatura más restrictiva que pueda producirse.

4.2. TENSIONES ADMISIBLES Y OTROS LÍMITES DE TENSIÓN

4.2.1. Valores de tensión admisibles

1.- Los valores admisibles de tensiones que se emplearán para el diseño de los sistemas de tuberías para fuerza motriz son indicados en el Apéndice A. Las Tablas A-1 y A-2 en el Apéndice A son mencionadas en adelante, en este Código, como Tablas de Tensiones Admisibles. Las Tablas de Tensiones Admisibles señalan los valores S para los materiales comúnmente usados a temperaturas apropiadas para las instalaciones de tuberías de fuerza motriz. En cada caso, se entiende que la temperatura es la temperatura real del metal.

Las tolerancias para los factores de juntas de tubo longitudinalmente soldado han sido determinadas y tenidas en cuenta en los valores S tabulados en las Tablas de Tensiones Admisibles (Apéndice A).

Los valores de tensiones admisibles para otros materiales autorizados en la Tabla 1, pero no indicados en las Tablas de Tensiones Admisibles, pueden ser tomados de las Secciones I o VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME (http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME), o para los materiales con aleación de aluminio, de las USA B31.3, (www.normas.com).

Cuando se desee emplear materiales no incluidos en este Código, se solicitará por escrito al Comité describiendo completamente el material propuesto y el uso previsto, pidiendo la aplicación de un valor S de tensión admisible. Tal material no será utilizado hasta que haya sido aprobado y se hayan facilitado por el Comité los valores de tensiones.

2.- Las bases para establecer los valores de tensiones admisibles en este Código son: Materiales ferrosos

A temperaturas por debajo del valor o resistencia a la deformación, las tensiones admisibles son establecidas en el valor más bajo de la tensión obtenida por el uso del 25% de la resistencia a la tracción mínima especificada a la temperatura ambiente, o 25% de la resistencia a la tracción mínima prevista a temperatura, o 62-1/2% del punto de relajamiento previsto mínimo durante el 0.2% fuera de temperatura. Las Tablas A-1 y A-2 del Apéndice A indican las tensiones más altas admisibles de alternativa, identificadas por una nota al pie, para algunos aceros de inoxidable austenítico.

A temperaturas más altas, las tensiones están basadas en el 100% de la tensión necesaria para producir un valor de deformación del 0.01% en 1000 horas. Además, las tensiones están limitadas el 60% de la tensión media para producir ruptura al final de 100000 horas u 80% de la tensión mínima para rotura en 100000 horas, el que resulte más bajo. En la mayoría de los casos, la resistencia o valor de deformación está muy por debajo de la resistencia o punto de rotura.

En la zona de transición de temperaturas, las tolerancias de tensiones están limitadas a los valores obtenidos por una curva suave que une los rangos de temperaturas alta y baja, pero que permanecen o están por debajo de la curva del 62-1/2% del punto de relajamiento mínimo previsto a temperatura.

Para materiales de empernado, las tensiones están establecidas sobre la misma base que la usada para todas las demás formas de materiales. No se concede crédito alguno a cualquier mejora en el tratamiento térmico de la resistencia a la tracción, y la resistencia a la tracción recocida para los materiales de pernos en aleación se supone que no es mayor de 70000 lb/pulgada.

No obstante, para servicio a temperaturas entre –20 ºF y 400 ºF, es permisible usar tensiones iguales a la más baja de las siguientes:

- 20% de la mínima resistencia a la tracción especificada, según el tratamiento térmico.

- 25% de la mínima resistencia o punto de relajamiento especificada, según el tratamiento térmico.

Materiales no ferrosos

Los valores admisibles de tensiones están basados en el valor más bajo de la tensión obtenida en lo siguiente:

25% de la mínima resistencia a la tracción

66-2/3% del mínimo punto de relajamiento

100% de la tensión para producir 0.01% de deformación en 1000 horas

80% de la tensión mínima que produzca rotura al final de 100000 horas

3.- Los valores admisibles de tensiones en cizalladura pura pueden ser considerados como el 80% de los valores de tensiones indicados en las Tablas de Tensiones Admisibles (Apéndice A. Los valores de tensiones admisibles en reposo pueden ser considerados como del 160% de los valores indicados en las Tablas.

4.- Los materiales de acero de especificaciones desconocidas, o de especificaciones no indicadas en la Tabla 1, pueden ser usados para soportes estructurales a temperaturas no por encima de los

650 ºF, siempre que la tensión no sobrepase las 12000 lb/pulgada, y a temperaturas que sean superiores a 750 ºF, siempre que la tensión no sobrepase las 10700 lb/pulgada, con interpolación permitida.

5.- Los materiales de acero de una Especificación ASTM (http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME) aprobada pero con valores de tensiones sin señalar pueden ser utilizados para piezas conductoras que no tengan presión a temperaturas que no sobrepasen los 650 ºF siempre que la tensión máxima no sobrepase el 25% de la resistencia a la tracción mínima indicada en la Especificación ASTM.

4.2.2. Límites de tensiones calculadas debidas a cargas sostenidas y dilatación térmica

1.-Tensión de presión interna.

La tensión calculada debida a la presión interna no sobrepasará los valores de tensión admisibles indicados en las Tablas de Tensiones Admisibles (Apéndice A, excepto lo permitido en el margen para variaciones en funcionamiento normal.

2.- Tensión de presión externa.

La tubería sometida a presión externa será considerada como segura cuando el grosor de pared y medios de reforzamiento cumplan los requerimientos del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME.

http://global.ihs.com/industry_stds.cfm2RID=Z568MID=z568org_group=ASME

3.- Régimen de tensiones admisibles para tensiones de dilatación

La tensión de dilatación SE no sobrepasará el régimen de tensiones admisibles SA dado por la siguiente fórmula:

(1)

donde:

- SC = Tensión Admisible Básica del Material a la temperatura mínima (fría) de las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A

- Sh = Tensión Admisible Básica del Material a la temperatura máxima (caliente) de las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A

- f = factor de reducción del régimen de tensiones para condiciones cíclicas para el número total N de todos los ciclos de temperatura durante un período total de años durante el cual se estima que el sistema está en funcionamiento, según la Tabla 2.

Al determinar las tensiones básicas admisibles del material, SC y Sh, las eficiencias de uniones no necesitan ser aplicadas. Los valores de la tensión admisible en las Tablas de Tensiones admisibles Apéndice A para tubería soldada pueden ser divididos por los factores de uniones de soldaduras indicados en el Tabla 3.

Los factores de reducción de tensiones sirven esencialmente para el servicio no-corrosivo y para materiales resistentes a la corrosión cuando son utilizados para reducir al mínimo la reducción en la vida cíclica originada por la acción corrosiva.

Si el régimen de cambio de temperatura varía, los ciclos equivalentes de temperatura completos pueden ser calculados de la formas siguiente:

de donde:

- NE = Número de ciclos a pleno cambio de temperatura TE para el cual la tensión de dilatación SE ha sido calculada.

- N1, N2,..., Nn=número de ciclos a pleno cambio de temperatura T1, T2,..., Tn.

- la relación de cualesquiera ciclos más bajos

- de temperatura con aquel para el cual han sido calculados las tensiones de

- dilatación SE.

Tabla 2. FACTORES DE REDUCCIÓN DEL RÉGIMEN DE TENSIONES

Número de Ciclos Equivalentes de temperatura Completa, N

f

≤7000

1.0

7000-14000

0.9

14000-22000

0.8

22000-45000

0.7

45000-100000

0.6

≥100000

0.5

4.- Suma de tensiones

La suma de las tensiones longitudinales debidas a la presión, peso y otras cargas sostenidas no sobrepasará la tensión en la condición de calor Sh. Cuando la suma de estas tensiones sea menor de Sh, la diferencia entre Sh y esta suma puede ser añadida al término 0.25Sh en la fórmula (1) para determinar el régimen de tensión admisible SA.

La tensión de presión longitudinal S1p será determinada dividiendo la fuerza final debido a la presión interna.

por el área de sección de la pared del tubo,

de donde:

- S1p = tensión de presión longitudinal, lb/pulgada

- P = presión interna de diseño, lb/pulgada

- d = diámetro interior nominal del tubo, pulgadas

- do = diámetro exterior nominal del tubo, pulgadas

4.2.3. Límites de tensiones calculadas debidas a cargas ocasionales

1.- Durante el funcionamiento

Las sumas de las tensiones longitudinales producidas por la presión interna, cargas dinámicas y estáticas y aquellas producidas por cargas ocasionales tales como el soporte temporal del peso adicional, puede sobrepasar los valores de tensiones admisibles dados en las Tablas de Tensiones

Admisibles Apéndice A en los valores y duraciones dados en el margen para variaciones en funcionamiento normal.

2.- Durante las pruebas

Se considerará que las cargas ocasionales no actúan conjuntamente con las cargas dinámicas y estáticas en el momento de las pruebas o ensayos.

INICIO4.3. MÁRGENES

4.3.1. Corrosión y erosión

Cuando se supone la existencia de corrosión o erosión, se proveerá un aumento en el grosor de pared de la tubería por encima del necesario para otros requerimientos de diseño. Este margen en el juicio del proyectista tendrá relación con la duración esperada deseada de la tubería (vida de la instalación).

4.3.2. Roscas y ranuras

El espesor mínimo calculado de la tubería que vaya a ser roscada o ranurada (estriada) será aumentado en un margen igual a la profundidad del corte. Véase la Tabla 4.

4.3.3. Factores de eficiencia de la junta de soldadura longitudinal

Los factores de eficiencia de juntas de soldadura longitudinales son requeridos por este Código. Los factores siguientes han sido incluidos en los valores de tensiones admisibles, indicados en las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A

Tabla 3.

Tipo de junta longitudinal

Factor de eficacia de la junta longitudinal (E)

Soldadura al gas o arco

Soldadura a tope sencilla

0.80

Soldadura a tope doble

0.90

Soldadura a tope sencilla o doble con 100% de radiografía

1.00

Soldadura de resistencia eléctrica

0.85

Soldadura a tope al horno

0.60

4.3.4. Resistencia mecánica

Cuando sea necesario para la resistencia mecánica, el grosor de pared de la tubería será aumentado por encima del necesario para otras consideraciones del diseño.

4.3.5. Doblamiento

El espesor de pared mínimo en cualquier punto en un doblamiento o curva terminado no será inferior al necesario para tuberías rectas.

1.- La Tabla 5. es una guía para el diseñador o proyectista que debe especificar el grosor de paredes para pedir la tubería. En general, la experiencia ha sido que cuando se emplean buenas prácticas de taller, el grosor mínimo de tubería recta indicado en la Tabla 5 debe ser suficiente para el doblado, y aún cumplir los requerimientos de grosores mínimos.

2.- El margen de adelgazamiento de doblado de la Tabla 5 se puede prever en todas las piezas de la sección transversal (corte seccional) de la circunferencia del tubo sin efectos perjudiciales que puedan originarse.

Tabla 5

Radio de las curvas

Grosor mínimo requerido antes del doblamiento

6 diámetros de tubo o mayores

1.06tm

5 diámetros de tubo

1.08tm

4 diámetros de tubo

1.14tm

3 diámetros de tubo

1.25tm

NOTA: Se permite la interpolación para el doblamiento en un radio entre aquellos indicados en la Tabla 5.

4.3.6. Factores de calidad del acero de fundición

Los factores de calidad para las fundiciones aquí requeridas sirven para las fundiciones de acero que estén diseñadas para usar las tensiones contenidas en este Código. Los factores de calidad de las fundiciones únicamente sirven para los componentes de tubería fundida que no estén de acuerdo con las normas dimensionales indicadas en la Tabla 1.

Los requerimientos de prueba e inspección mínimos para estas fundiciones son aquellos requeridos por la norma ASTM

http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME de aplicación u otra especificación de materiales y una verificación o examen visual de acuerdo con MSS SP-55 (www.normas.com). Las fundiciones que satisfagan estos requerimientos mínimos serán diseñadas con un factor de calidad que no sobrepase 0.80.

Cuando se lleven a cabo las siguientes operaciones o exámenes, los incrementos correspondientes pueden ser añadidos al factor de calidad básico de 0.80. El factor de calidad, no obstante, no sobrepasará de 1.00.

1.- Si todas las superficies de la fundición están maquinadas, aumentando así la eficacia del examen visual, el factor de calidad puede aumentar en 0.05.

2.- Si todas las superficies de una fundición son examinadas por medio del procedimiento de partícula magnética o por el método de penetración líquida, el factor de calidad puede aumentar 0.05.

3.- Las fundiciones que reciban un examen radiográfico total, pueden ver aumentados sus factores de calidad en 0.15.

5. DISEÑO 5.1. DISEÑOS DE PRESIÓN PARA COMPONENTES

Para el diseño de los componentes de las tuberías se tienen en cuenta los efectos de la presión, tanto interna como externa, así como los márgenes requeridos a consecuencia de la corrosión y erosión mecánicos que puedan producirse en el material.

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5.1.1. TUBERÍA RECTA BAJO PRESIÓN INTERNA.

Grosor mínimo de pared (Fórmulas generales)

1- Para las condiciones de operación (presión de diseño y temperatura) que no excedan las indicadas en las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A para los diferentes materiales, se utiliza la siguiente fórmula para calcular el citado grosor mínimo:

(1)

(2)

donde las variables y parámetros de las fórmulas son:

tm = Mínimo espesor de pared requerido (en pulgadas).

* Nota aclaratoria: Cuando la tubería se pide por su grosor nominal de pared, al grosor mínimo calculado con esa fórmula (tm) hay que sumarle la tolerancia de fabricación admitida en la especificación correspondiente de la tubería o requerida por el proceso, con lo cual se seleccionará el siguiente grosor de pared comercial (nominal) de pared más grande de las listas de espesores normales tales como las contenidas en USAS B.36.10 (www.normas.com) o de otras listas de fabricantes.

P = Presión de diseño interna, libra/pulgada

D0 = Diámetro exterior del tubo (en pulgadas)

SE = Máxima tensión admisible en el material debida a la presión interna, a la efectividad de la unión y a la temperatura de diseño (en lbs/pulg)

El valor de SE no sobrepasará el indicado en las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A para el material y temperatura de diseño respectivos.

A = Un grosor adicional (en pulgadas)

Este grosor se añade para:

- Compensar el material eliminado en el roscado, estriado, etc., necesario para efectuar una junta o unión mecánica.

- Proporcionar la resistencia mecánica de la tubería.

Tabla 6

Valores de A

Tipo de tubería

A (pulgadas)

Tubería de Hierro Fundido, fund. centrifugada

0.14

Tubería de Hierro Fundido, fundición estática

0.18

Tubería no ferrosa, hierro forjado, acero roscado –3/4 pulg. Nominal y menor

0.0065

1 pulg. Nominal y mayor

Profundidad de rosca

Tubería a tubo no-ferrosa, hierro forjado, acero cantos cortados, hasta e incluyendo tamaño nominal de 3-1/2 pulgadas

0.065

Tubería no-ferrosa, hierro forjado acero estriado

Profundidad de Estría más 1/64

Tubería o tubo hierro forjado o acero de cantos cortados, tamaño nominal 4 pulg. Y mayor

0.000

Tubería o tubo no-ferrosa y ferrosa de cantos cortados, tendida en conducto o continuamente soportada en bandejas o canales

0.000

*Nota aclaratoria: los valores de A indicados en la Tabla 6 no incluyen los correspondientes a corrosión y/o erosión, y puesto que dependen ampliamente de la instalación en concreto, es responsabilidad de los proyectistas o diseñadores determinar los valores apropiados.

y = coeficiente (de valores indicados en la Tabla 7)

Tabla 7

Valores de y

TEMPERATURA (F)

£ 900

950

1000

1050

1100

³ 1150

ACEROS FERRÍTICOS

0.4

0.5

0.7

0.7

0.7

0.7

ACEROS AUSTENÍTICOS

0.4

0.4

0.4

0.4

0.5

0.7

*Para materiales no-ferrosos y hierro fundido: y = 0.4

*Para tubería con relación D0/tm < 6, y se calculará para aceros ferríticos y austeníticos (diseñado para temperaturas £ 900 F) como sigue:

2- Existe una fórmula alternativa para calcular el grosor mínimo de pared de tubería usando el diámetro interior (d, en pulgadas):

La única precaución a tomar es asegurarse de que el valor de d es para el máximo diámetro interior posible admisible por la especificación de compra.

Grosor mínimo de pared (tubería hierro fundido)

Para tubería de hierro fundido que transporta líquido puede determinarse por las normas USA USAS A21.2, A21.6 O A21.8 o por la Especificación Federal WW- P-421 (www.normas.com) Incluyen márgenes para las tolerancias de fundición y martilleo del agua.

Para servicio de vapor el grosor se calcula con la fórmula (1).

**Al margen de lo calculado en las fórmulas anteriores hay una serie de requerimientos mínimos que deben ser cumplidos para proporcionar la resistencia mecánica añadida:

1. Cuando la tubería sea de acero y roscada, y se use para servicio de vapor a una presión superior a las 250 lbs.p.2 o para servicio de agua por encima de 220 ºF , el tubo será sin costura, con resistencia a la tracción mínima de 48000 lbs.p.2 y un peso al menos igual a la Lista 80 de la Norma USA B36.10 (www.normas.com).

2. El mismo espesor de pared mínimo tendrán el tubo roscado de hierro forjado o tubo de cobre o latón roscado.

3. Tubos o tuberías no ferrosas de cantos cortados, según la sección nominal:

- Menores de ¾’’: el grosor no debe ser inferior al especificado para el Tipo K de la Especificación ASTM B.88. (www.normas.com).

- Mayores o iguales a ¾’’: el grosor de pared no será inferior a 0.049’’.

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5.1.2. TUBERÍA RECTA BAJO PRESIÓN EXTERNA.

Se deben cumplir los procedimientos detallados en el Párrafo UG-28 de la Sección VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME.

(http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME)

5.1.3. SEGMENTOS DE TUBO CURVADOS.

Limitaciones del doblamiento de tubos.

El mínimo grosor de pared después del doblamiento no será inferior al grosor mínimo de pared requerido para la tubería recta.

Para material ferroso, cuando el radio de curvatura es de 5 diámetros nominales de tubo o mayor, y el grosor nominal de la pared del tubo es Lista 40 o mayor, la diferencia entre los diámetros máximo y mínimo no sobrepasará el 8 % de la media medida en el diámetro exterior del tubo antes de doblar.

Codos.

Tabla 1

Intersecciones.

Conexiones para ramales

Las conexiones de ramales a la tubería pueden ser de varios tipos:

1. Accesorios con bridas, de soldadura a tope o roscados fabricados de acuerdo a las Normas USA aplicables (Tabla 1).

2. Accesorios de salida de soldadura que se unen al tubo o tubería principal mediante soldadura. Pueden ser toberas o boquillas forjadas o fundidas.

3. Salidas extruidas en ángulos rectos al tubo de la línea donde el empalme al tubo de ramal se hace por soldadura a tope.

4. Unión del tubo ramal directamente al tubo principal del tendido mediante soldadura según lo que se especifica a continuación.

En las figuras 127.4.8 A, 127.4.8 B y 127.4.8 C se muestran los detalles típicos de algunas de las conexiones soldadas para ramales. Para las conexiones del tipo 4 se debe cumplir lo siguiente:

- Las conexiones del tubo del ramal se harán directamente al tubo principal del tendido mediante la soldadura apropiada siempre que se cumpla:

- La sección nominal del ramal no sobrepase 2 ¼ pulgadas la sección nominal del tendido o de la tubería principal (el más pequeño de los dos).

- La profundidad del encastre en el tendido o línea es de al menos la indicada en las normas USAS B.16.11 (www.normas.com), pero como mínimo una holgura de 1/16 pulg entre el fondo o raíz del encastre y el diámetro interior del tubo principal. Para conseguir estos valores mínimos se puede depositar metal de soldadura en el tubo principal o tendido.

- El grosor de la soldadura (sección de la soldadura) debe ser al menos de 1.25 veces el grosor nominal de la pared del ramal.

- Los accesorios de soldadura a tope tendrán un grosor nominal igual o superior al del necesario para el tubo contiguo (USAS B16.9).

- Las secciones de las soldaduras no serán en ningún momento inferiores a las que aparecen en la figura 127.4.8 D.

- Las conexiones de ramales que unen la superficie exterior de la pared del tendido o que están insertadas a través de un corte de abertura en la pared del tendido, tendrán abertura y contorno de ramal para proporcionar un buen ajuste y serán empalmadas por medio de soldaduras de ranura de penetración total, estas serán terminadas con soldaduras en ángulo que tengan una dimensión mínima de garganta de tc.

- Las conexiones de ramales que tengan horquillas o almohadillas de refuerzo llevarán un refuerzo empalmado mediante soldaduras en el borde exterior y en la periferia del ramal, según la soldadura que esté uniendo el refuerzo añadido:

- Si es soldadura de ranura de penetración total, estará terminada con una soldadura en ángulo con dimensión de garganta mínima de tc y la soldadura del borde exterior será una soldadura de ángulo con dimensión de garganta mínima de 0.5 te.

- Si es una soldadura de ángulo la dimensión mínima de garganta será de 0.7 tmin y la del borde exterior será también de ángulo con dimensión de garganta mínima de 0.5 te.

- Cuando se usan anillos u horquillas se dispondrá de un agujero de ventilación (en el costado y no en la bifurcación) para revelar fugas y proporcionar ventilación en las operaciones de soldadura y tratamiento térmico.

5. Conexiones de ramales en ángulo recto empalmando el tubo ramal directamente al tendido mediante rosca, cumpliéndose lo que viene a continuación.

- La sección nominal del ramal no sobrepase 2 ¼ pulgadas la sección nominal del tendido o de la tubería principal (el más pequeño de los dos).

-

Sección nominal del ramal

Encajamiento mínimo de rosca

½’’

6 roscas

¾’’

6 roscas

1’’

7 roscas

1 ¼’’

7 roscas

1 ½’’

7 roscas

2’’

8 roscas

- El metal de soldadura puede ser depositado en el tubo del tendido o línea para proporcionar el grosor suficiente para el encajamiento de rosca requerido.

6. Conexiones para ramales que no requieren refuerzo.

7. Conexiones para ramales sujetas a presión interna que necesitan refuerzo.

El refuerzo adicional es requerido cuando no es proporcionado inherentemente en los componentes de la conexión del ramal.

Para conexiones en las que el ángulo entre los ejes de un ramal y del tendido está entre 45 y 90º, debe cumplirse lo siguiente:

- En la figura 104.3.1 (d) se ilustran las indicaciones usadas en las condiciones de diseño de presión y temperatura de las conexiones de ramales.

Los distintos parámetros que aparecen en dicha figura son:

- a = ángulo entre los ejes del ramal y del tendido (en grados)

- b = subíndice referente al ramal

- h = subíndice referente al tendido o calderín

- D0 = diámetro exterior del tubo (pulgadas)

- T = grosor de pared del tubo nominal real (por medición) mínimo admisible bajo la especificación del pedido (pulgadas)

- d1 = diámetro interior del ramal para conexiones de ángulo recto.

- d2 = “medio ancho” de la zona de refuerzo (pulgadas), es el mayor de d1 o (Tb+Th+d1/2), pero en ningún caso mayor de D0h.

- L = altitud de la zona de refuerzo fuera del tendido o anillo reforzante (pulgadas)

- te = grosor nominal del anillo reforzante u horquilla (pulgadas).

- tm = grosor de pared mínimo requerido de la tubería para condiciones de diseño de presión-temperatura (pulgadas). Calculado con la fórmula (1)

Se debe tener en cuenta, en cualquier caso, si el ramal intersecta o no alguna costura (soldadura) longitudinal para determinar el valor de tm.

- Para las conexiones de ramales:

- Si se trata de conexiones de ángulo recto:

- El refuerzo requerido es proporcionado por una combinación de áreas A1, A2, A3, A4 y A5, que aparecen en la ya citada figura 104.3.1 (d), y cuyo significado es el siguiente.

- A1 = Área prevista por el grosor en exceso de la pared del tendido.

- A2 = Área prevista por el grosor en exceso de la pared del tubo del ramal para una distancia L por encima del tendido.

- A3 = Área prevista por el metal de soldadura depositado por encima del diámetro exterior del tendido y ramal, y para las uniones de soldadura en ángulo de anillos, almohadillas y horquillas.

- A4 = Área prevista por un anillo reforzante o almohadilla.

- A5 = Área prevista por una horquilla en las conexiones de ángulo recto.

Ingletes

- El grosor de un segmento de inglete se calcula al igual que para tuberías. Se podrán pasar por alto las tensiones de discontinuidad que existen en la junta entre segmentos para los siguientes servicios:

- Fluidos no inflamables

- Fluidos no tóxicos

- Servicios no-cíclicos con fluidos incompresibles a presiones £ 100 lbs/p2

- Ventilaciones gaseosas a la atmósfera

- Para otros servicios o presiones aplicar las normas de la Tabla 1 y si ahí no aparecen se aplicará el “principio de la buena práctica”.

- El número de la presión total o ciclos térmicos no sobrepasará los 7000 durante las duración estimada del sistema de tuberías.

- Ángulo en el Apéndice D no será mayor de 22 ½ º.

- La distancia de la línea entre centros entre los ingletes adyacentes estará de acuerdo con el Apéndice D.

- Para los empalmes de segmentos de inglete se emplearán soldaduras de penetración total.

Empalmes

Los empalmes, tanto internos como externos, deberán ser realizados de forma que no ocasionen:

- Aplastamiento del tubo

- Tensiones de doblamiento localizadas y excesivas (sobre todo en aplicaciones con elevado número de ciclos de tensión, debidos a presión y temperatura altos)

- Gradientes térmicos perjudiciales en la pared del tubo

Cierres.

Tipos de cierres para sistemas de tuberías de presión

- Tapones soldados o roscados

- Tapas

- Bridas ciegas

Se pueden calcular de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1 o bien de acuerdo a las reglas contenidas en la Sección VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME. (http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME)

En dicho código se calculan mediante la fórmula en la cual:

- tm = grosor mínimo requerido (pulgadas)

- t = grosor de presión del diseño (calculado también de acuerdo a lo especificado en la Sección VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME)

- A = suma de los márgenes mecánicos

En la determinación de “t” los símbolos que aparecen en el código ASME tendrán estos otros significados:

- P = presión de diseño (lbs/pulg2)

- E = factor de junta de soldadura

- S = valor de tensión admisible (Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A

Aberturas en los cierres

- Pueden efectuarse soldando, extruyendo o roscando.

- Para diseñarlas se consideran como conexiones de los ramales y si la sección de abertura es mayor de ½ el diámetro interior del cierre entonces la abertura se considera como un reductor

- El área total seccional requerida para refuerzo en cualquier plano que pase a través del centro de la abertura y normal a la superficie del cierre no será menor que la cantidad de d5×t, donde:

- d5 = diámetro de la abertura acabada (pulgadas)

- t = grosor del diseño de presión para el cierre (pulgadas)

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5. 1. 4. DISEÑO DE PRESIÓN DE BRIDAS Y SUPLEMENTOS DE BRIDAS

El diseño de bridas se puede hacer mediante lo especificado en la Tabla 1 o bien mediante las especificaciones que aparecen en la Sección VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas.

(http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME)

Si se hace según el Código ASME hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:

- Los requerimientos de fabricación, montaje, inspección, pruebas y límites de presión y temperatura que serán aplicables serán los correspondientes a los materiales para Tubería de Presión de este Código.

- Algunos parámetros del Código tendrán distinto significado:

- P = presión de diseño (libras/pulgada)

- Sa = tensión de diseño de pernos a la temperatura atmosférica (lbs/pulg2)

- Sb = tensión de diseño de pernos a la temperatura de diseño (lbs/pulg2)

- Sf = tensión admisible para tubo o material de bridas (lbs/pulg2)

- Estas reglas de diseño no son aplicables a los diseños de caras planas que emplean juntas a toda cara que se extienden más allá de los pernos.

Bridas Ciegas.

Las bridas ciegas que no sean calculadas con la Tabla 1 se calcularán con:

- tm = grosor mínimo requerido (pulgadas)

- t = grosor de diseño de presión, calculada para placas de tapa plana empernadas de la Sección VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME donde:

- A = suma de los márgenes mecánicos (pulgadas)

- P = presión de diseño (lbs/pulg2)

- S = tensión admisible aplicable de acuerdo con las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A

Suplementos.

El grosor requerido por los suplementos (blanks) permanentes, como los de la figura 104.5.3, se calculan mediante:

donde:

- tm = grosor mínimo requerido (pulgadas)

- t = grosor de diseño de presión

- A = suma de los márgenes mecánicos (pulgadas)

- d6 = diámetro interior de la junta para bridas de cara plana (lisa) o elevada, o el diámetro de paso de la junta para las bridas con juntas retenidas (pulgadas)

- P = presión de diseño (libra/pulgada)

- S = tensión admisible aplicable (Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A

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5. 1. 5. REDUCTORES

Los accesorios reductores embridados se diseñarán de acuerdo a las normas de la Tabla 1.

En las reducciones de soldadura a tope a un grosor nominal del tubo, los reductores se considerarán apropiados para uso con tubos del mismo grosor nominal.

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5. 1. 6. OTROS

Para otros componentes que no hayan sido citados:

- Tabla 1

- Los que no aparezcan en dicha tabla y que no aparecen especificados en este código podrán ser usados donde el diseño de componentes similares haya demostrado ser satisfactorio bajo similares condiciones de uso. Donde no haya experiencia de uso la presión de diseño tendrá que estar justificada por ensayos de pruebas (Código ASME) o por análisis de tensiones experimentales.

7. SELECCIÓN Y LIMITACIONES DE LAS JUNTAS DE TUBERÍAS H

Juntas de tubería

El tipo de junta de tubería será apropiado para las condiciones de diseño y será seleccionado con consideración de estanqueidad de unión, resistencia mecánica y la naturaleza del fluido manipulado (es decir, posibilidades de corrosión).

Juntas laminadas o expansionadas

Se usarán donde la práctica haya demostrado que sean apropiadas para las condiciones de diseño y para impedir la separación de la junta.

Juntas roscadas

Limitaciones de su uso:

- Todas las roscas de los componentes de tuberías serán roscas de tubo cónicas (de acuerdo a la Tabla 1.). Serán de otro tipo cuando la estanqueidad de la junta dependa de una soldadura sellante o una superficie de asentamiento distinta a las roscas y siempre que la experiencia demuestre que esas roscas son apropiadas.

- No se usarán juntas roscadas en los siguientes casos:

- Donde se prevea erosión

- Donde se prevea corrosión

- Donde se prevean choques o vibraciones

- Donde la temperatura supere los 925 ºF

Limitaciones para el servicio de vapor y agua caliente en las juntas roscadas, para temperaturas > 220 ºF

SECCIÓN NOMINAL MÁXIMA (pulgadas)

PRESIÓN MÁXIMA (lbs/pulg2)

3

400

2

600

1

1200

¾ y menores

1500

- La tubería con un grosor de pared menor al peso estándar del tubo de acero de USAS B36.10 no estará roscada independientemente del servicio.

Juntas abocardadas

Los accesorios de tubería del tipo de compresión, abocardados y sin abocadar pueden ser utilizados para secciones de tubo que no sobrepasen más de 2 pulg el diámetro exterior dentro de las limitaciones que aparecen en las especificaciones de la Tabla 1.

Los accesorios y juntas estarán de acuerdo a las especificaciones que marque el fabricante en cuanto a presión, temperatura, espesores y método de montaje; y se tendrán en cuenta todas las condiciones de servicio.

Todas las roscas en los componentes de tubo serán de tubo cónicas, a no ser que la estanqueidad de la junta depende de una superficie de asentamiento diferente a las roscas.

A falta de normas o especificaciones el proyectista o diseñador será el responsable de escoger el accesorio adecuado, asegurándose de que cumple los requerimientos de diseño de presión, o que satisfacen las pruebas de ensayo que reflejan fielmente las condiciones de uso.

Juntas sin abocardar

El miembro de agarre o manguito agarrará o morderá la superficie exterior del tubo con la fuerza suficiente para mantener el tubo contra presión, pero sin deformar apreciablemente el diámetro interior del tubo. Dicho miembro de agarre formará, además, un sello de presión contra el cuerpo del accesorio.

Cuando los accesorios sean de tipo mordiente se realizará una comprobación local para la apropiada profundidad del mordiente y la condición de los tubos, lo cual se llevará a cabo desmontando y volviendo a montar las piezas seleccionadas.

Juntas calafateadas

Las de tipo espiga y campana que están calafateadas con plomo y material de empaquetaduras pueden ser usadas para el servicio de agua fría.

Se pueden usar a presiones permitidas para el tubo al cual son aplicadas, siempre que se tomen medidas para impedir el desencajamiento de las juntas en codos y extremos.

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8. DILATACIÓN, FLEXIBILADAD, SOPORTE

8.1. DILATACIÓN Y FLEXIBILIDAD

Los sistemas de tuberías están sujetos a efectos de dilatación térmica, contracción térmica y a movimientos similares impuestos por otras causas, además de estar sometidos a los requerimientos de diseño para la presión, peso y otras cargas.

8.1.1. Régimen de tensiones

Las tensiones ocasionadas por la dilatación térmica, cuando la magnitud inicial es suficiente, se relajan en estado caliente como resultado del relajamiento local o deformación.

Una reducción de la tensión aparece como una tensión de signo contrario cuando el componente retorna a su estado frío. Este fenómeno es denominado auto-flexión (muelleo) de la línea y es de efecto similar al muelleo frío. El grado de auto-flexión depende del material, la magnitud de la dilatación inicial, la tensión de fabricación, la temperatura de servicio caliente y el tiempo transcurrido.

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8.1.1.1. Calculo de tensiones

-Los cálculos para las tensiones de dilatación, SE, estarán basados en el módulo de elasticidad, EC, a la temperatura ambiente:

Donde

§ Sb= Tensión de combamiento ( libras / pulgadas2 )

- Mbp= Momento de combamiento en el plano del miembro (pulg / libra)

- Mbp= Momento de combamiento transversal al plano del miembro (pulg / libra)

- Mt= Momento torsional (pulg / libra)

- Z= Módulo seccional del tubo (pulg3)

- i = Factor de intensificación de tensión

§ St= Tensión torsional ( lb / pie2 )= Mt / (2*Z)

- Las tensiones de combamiento para conexiones de salida reducidas serán calculadas de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

Sb = Tensión de combamiento resultante ( lb / pulgadas2 )

Para principal (patas 1 y 2):

Para ramal (pata 3):

Zb= módulo de sección efectiva para ramal de Té = n rb2 ts (pulg3)

rb = radio medio seccional del ramal (pulg)

ts = grosor efectivo de pared de ramal= menor de TH y (ibt) (ibt) (pulg)

tH = grosor del tubo correspondiente a la Té o principal sin cortar los elementos de refuerzo (pulg)

tb = grosor del tubo de ramal correspondiente (pulg)

ibp= factor de intensificación de tensión para momentos de combamiento en plano = 0.75 ibt + 0.25

ibt = factor de intensificación de tensión para momentos de combamiento fuera de plano = i (apéndice D)

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8.1.1.2. Régimen de dilatación térmica y del modulo de elasticidad

El régimen de dilatación térmica será determinado por el Apéndice B como la diferencia entre la expansión unitaria mostrada para la temperatura más alta del metal y aquella para la temperatura más baja del metal resultante de las condiciones de maniobra y parada.

Los módulos de elasticidad frío y caliente, Ec y Eh, serán los indicados en el Apéndice C, los materiales ferrosos se encuentran recogidos en la tabla C-1 y los materiales no ferrosos en la tabla C-2.

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8.1.2. Sobretensión local

En el análisis de flexibilidad de una tubería se supone conducta elástica para todo el sistema de tubería. Esta suposición es suficientemente exacta para sistemas donde las tensiones plásticas actúan en muchos puntos o sobre amplias zonas, aunque falla al reflejar la distribución real de las tensiones en sistemas desequilibrados donde solamente una pequeña parte de la tubería sufre las tensiones plásticas, o donde en la distribución de tensiones es muy desigual. En estos casos las partes en tensión más débiles o con mayor tensión estarán sujetas a concentraciones de tensiones debido a la acción de las partes más rígidas o menos sometidas a tensión. El desequilibrio puede ser producido por:

a. Uso de pequeños tendidos de tubería en serie con tubo más rígido o mayor

b. Reducción local en sección o corte transversal , o uso local de un material más débil

c. En un sistema de sección uniforme, por el uso de una configuración de línea para la cual el eje neutral o línea de empuje está situada cerca de la parte importante de la propia línea, con solamente una pequeña parte descentrada de la línea absorbiendo la mayoría de la tensión de dilatación.

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8.1.3. Flexibilidad

Los sistemas de tuberías para energía serán diseñados para que tengan la suficiente flexibilidad para impedir movimientos en la tubería que pueden ocasionar fallos por los excesos de tensión del material del tubo o anclajes, fugas en juntas o deformación del equipo conectado.

La flexibilidad preverá los cambios de dirección de la tubería a través del uso de codos, rizos o descentramientos, o se tomarán medidas para absorber los movimientos termales utilizando juntas de dilatación esféricas (de bola) o de rótula (giratorias) o tubería ondulada.

La constante de Poisson, cuando se requiera para los cálculos de flexibilidad, será considerada como 0.3 a todas las temperaturas para todos los materiales.

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8.1.4. Análisis

8.1.4.1. Método de análisis

Todas las tuberías cumplirán los siguientes requerimientos con respecto a la dilatación térmica y flexibilidad:

a) Será la responsabilidad del diseñador o proyectista efectuar un análisis, a menos que el sistema cumpla uno de los siguientes criterios:

- El sistema de tubería duplica una instalación que funcione satisfactoriamente o sustituye a un sistema con un registro de servicio satisfactorio.

- El sistema de tuberías puede ser juzgado adecuado por la comparación con los sistemas previamente analizados.

- El sistema de tuberías es de sección uniforme, tiene no más de dos anclajes y no tiene restricciones intermedias, está diseñado para servicio esencialmente no cíclico (menos de 700 ciclos en total) y satisface los siguientes criterios:

donde,

D = sección nominal del tubo (pulg)

Y = resultante de movimientos a absorber por las líneas de tuberías ( A*U )

L = largo desarrollo del eje de la línea, (pies)

U = distancia de anclaje (largo de línea recta que une los anclajes) (pies)

b) Todos los sistemas que no cumplan los criterios anteriores o donde exista una duda razonable en lo que se refiere a la adecuada flexibilidad del sistema, serán analizados por métodos resumidos o aproximados simplificados del análisis (p.ej. se recomienda simulación por ordenador).

c) Los métodos aproximados o simplificados pueden ser aplicados solamente si son usados para el régimen de configuraciones para los cuales su precisión adecuada ha sido demostrada.

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8.1.4.2. Suposiciones y requerimientos básicos

Al calcular la flexibilidad de un sistema de tuberías entre los puntos de anclaje, el sistema entre los puntos de anclaje será tratado como un conjunto.

Las propiedades dimensionales del tubo y accesorios usados en los cálculos de flexibilidad estarán basados en las dimensiones nominales.

Los cálculos compresivos tendrán en cuenta los factores de intensificación de tensión existentes en los componentes distintos al tubo recto, ya que hay que considerar cuando tales componentes tienen una flexibilidad extra.

A falta de datos más directamente aplicables, utilizamos los factores de flexibilidad y los factores de intensificación de tensiones indicados en el Apéndice D.

El régimen de dilatación térmica será usado en todos los cálculos, bien si la tubería tiene flexión (muelleo) frío o no. No solamente la dilatación de la propia línea, sino también los movimientos angulares y lineales del equipo al cual está unida serán considerados.

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8.1.5. Flexión en frío (muelleo)

El efecto de la flexión en frío es ayudar a un sistema para que logre su posición más favorable lo más rápidamente posible.

Ya que la vida de un sistema bajo condiciones cíclicas depende del régimen de tensión más que del nivel de tensiones en un momento dado, se desprecia la flexión en frío con respecto a las tensiones.

Se dará crédito suficiente al muelleo o flexión en frío en el cálculo de los momentos y empujes, siempre que sea especificado y cumplido un método efectivo de obtener el muelleo en frío.

INICIO8.1.6. Cálculo de las reacciones en frío y caliente

- En un sistema de tuberías sin flexión en frío (Muelleo) o con un porcentaje de flexiones en frío igual en todas las direcciones, las reacciones de Rh y Rc, en las condiciones de calor y frío respectivamente, serán obtenidas según:

siempre que se cumpla:

donde

C = factor de flexión en frío que varía desde cero para flexión en frío nula a 1,00% de flexión en frío.

SE = tensión de dilatación ( lb / pulgadas2 )

Ec = módulo de elasticidad en condición fría ( lb / pulgadas2 )

Eh = módulo de elasticidad en condición caliente ( lb / pulgadas2 )

R = reacción máxima para el régimen de expansión completa basado en Ec lo cual supone el estado más fuerte (100% de flexión en frío, si se usa o no) (lb)

Rc y Rh = reacciones máximas calculadas que suceden en los estados frío y caliente, respectivamente (lb)

- Si un sistema de tuberías está concebido con diferentes porcentajes de flexión fría en distintas direcciones, las fórmulas anteriores no son aplicables. En este caso, el sistema de tuberías será analizado por un método compresivo

Las reacciones calientes calculadas estarán basadas en flexiones frías teóricas en todas las direcciones no mayores de 2/3 del muelleo o flexión en frío según lo especificado o medido.Límites de reacción:

Las reacciones calculadas no sobrepasarán los límites que el equipo empalmado pueda soportar para mantener la seguridad.

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8.2. CARGAS EN LOS ELEMENTOS DE SOPORTE DE LAS TUBERÍAS

Los “elementos de soporte” o “soportes” abarcan todo el régimen o gama de los diversos métodos de sostener el peso de las líneas de tubería, aislamiento y el fluido conducido.

Los elementos de soporte incluyen los “colgantes” que son aquellos elementos que soportan el peso desde arriba, con los miembros de sujeción estando principalmente en tensión, otra clase de soportes son aquellos que sostienen el peso desde abajo, con los miembros de soporte estando principalmente en compresión.

En muchos casos un elemento de soporte puede ser una combinación de ambos.

Los colgantes y elementos de soporte serán fabricados y montados para permitir el libre movimiento de la tubería ocasionado por la contracción y la dilatación térmica.

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8.2.1. Elementos de soporte

8.2.1.1. Tipos de soportes

- Soportes de tipo rígido:

a) Estos soportes han de resistir su propio peso incluyendo el peso del fluido transportado o el fluido usado para las pruebas (el que sea más pesado), para ello se calcula la tensión máxima admisible.

b) Pueden hacerse excepciones en el caso de elementos de soporte para tuberías de gas o aire de gran tamaño, vapor de escape, tubería de alivio de válvulas de seguridad, pero solamente bajo las condiciones donde la posibilidad de que la línea pueda quedar llena de agua u otros líquidos sea muy remota.

- Soportes variables y constantes:

Los cálculos de cargas en estos soportes están basados en las condiciones del diseño de la tubería y no incluyen el peso del fluido de prueba hidrostática.

INICIO8.2.1.2. Anclajes o guías

Donde haya previstas guías o anclajes para retener, dirigir o absorber los movimientos de la tubería, su diseño tendrá en cuenta las fuerzas y momentos ocasionados por la presión interna y la dilatación térmica.

8.2.1.3. Colgantes

-Ajustes de los colgantes:

Los colgantes usados para el soporte de tuberías de 2 (1/2) pulgadas de sección nominal y mayores, están diseñadas para permitir el ajuste después del montaje mientras soportan la carga.

Los ajustes roscados tendrán partes roscadas de acuerdo con USAS B1.1 serie rosca basta, Clase 2 de ajuste (www.normas.com).

Los tensores o tirantes y las tuercas de ajuste tendrán toda la largura de rosca encajada, se dispondrán de medios para determinar si la totalidad del largo de rosca está encajado.

Todos los ajustes de roscas y equivalentes estarán provistos de bloqueo de seguridad.

-Espaciamiento de los colgantes:

Los soportes para tuberías con el eje longitudinal en posición horizontal estarán espaciados para impedir el excesivo pandeo, doblamiento y tensiones cortantes en la tubería, especialmente en bridas y válvulas ya que imponen cargas concentradas.

Los soportes verticales serán espaciados para impedir que el tubo sea sobretensionado por la combinación de todos los efectos de cargas.

Tabla 8: Espaciamiento sugerido para soportes de tubería en pies (primera columna) y metros (segunda columna)

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8.3. DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE SOPORTE DE LAS TUBERÍAS

Los elementos de soporte han de ser capaces de soportar la suma de todas la cargas activas concurrentes y estarán diseñados para proporcionar el esfuerzo de soporte requerido y permitir que el tubo tenga libertad de movimiento con cambios térmicos sin ocasionar sobretensiones.

El diseño también impedirá la relajación completa de la carga de la tubería en el caso de fallo de muelles o desalineamiento, y todas las partes del equipo de soporte serán fabricadas y montadas de forma que no se queden desacopladas por el movimiento de la tubería soportada.

8.3.1. Materiales y tensiones

- La tensión admisible para el material base de todas las partes de los conjuntos de soporte y contención no sobrepasará el valor de S (valores en las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A).

- La tensión admisible será reducida al 25% para los miembros roscados (en cuales las tensiones están basadas en el área de raíz de las roscas) y para las soldaduras en los conjuntos de soporte.

- Un aumento en la tensión admisible será permitido en los siguientes casos:

§ Un aumento del 20% para condiciones de sobrecarga de corta duración durante la maniobra.

§ Un aumento al 80% del relajamiento mínimo a temperatura ambiente durante las pruebas hidrostática, pero no excediendo las 25000 lb / pie2 para acero de propiedades físicas desconocidas.

- Las partes de los elementos de soporte sujetas principalmente a cargas de tensión o doblamiento y que estén sujetas también a temperaturas de trabajo para las cuales el acero al carbono no es recomendado, se fabricarán con acero aleado apropiado, o estarán protegidas de forma que la temperatura del miembro de soporte pueda ser mantenida dentro de los límites apropiados de temperatura del material.

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8.3.2. Aparatos

8.3.2.1. Anclajes y guías

Los anclajes, guías, pivotes y contenciones permitirán que la tubería se dilate y se contraiga libremente en direcciones alejadas del punto anclado o guiado y serán estructuralmente apropiados para soportar los empujes, momentos y otras cargas impuestas.

Los anclajes estarán diseñados para soportar la fuerza especificada por el fabricante para las condiciones del diseño a las cuales debe emplearse la junta, y si esta fuerza es desconocida será considerada como la suma del producto del área interna máxima por la presión del diseño más la fuerza requerida para desviar la junta.

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8.3.2.2. Barras colgantes

Las barras colgantes estarán diseñadas para permitir el libre movimiento de la tubería ocasionado por la contracción y dilatación térmicas.

Las cargas en las barras colgantes roscadas están basadas en el área de raíz de las roscas y la tensión admisible del material.

En ningún caso se emplearán barra colgantes de menos de 3/8 pulg. de diámetro para soportar un tubo de 2 pulg. ni barras colgantes de menos de 1/2 pulg. de diámetro para soportar un tubo de 2 (1/2) pulg. y mayores.

Tabla 9 Potencias de carga del acero al carbono laminado en caliente ASTM A107 roscado

Pueden ser utilizados tubos, flejes o barras de resistencia y área efectiva igual a la de la barra colgante equivalente en vez de barras colgantes.

Pueden emplearse una cadena de eslabones soldados de diámetro 3/16 pulg. o mayores, o área equivalente, para colgantes de tubería con una tensión de diseño de 9000 ( lb / pie2 )

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8.3.2.3. Soportes

Los soportes estarán diseñados para soportar fuerzas y momentos inducidos por la fricción deslizante además de otras cargas.

Los materiales y lubricantes empleados en los soportes serán apropiados para la temperatura del metal en el punto del contacto deslizante.

bullet Soportes variables:

Los soportes de muelle variables estarán diseñados para ejercer una fuerza de soporte igual a la carga (determinada por los cálculos de balanceo de pesos) más el peso de todas las piezas colgantes que serán soportadas por el muelle en el punto de empalme a la tubería.

Estos soportes estarán previstos con medios para limitar el desalineamiento, combadura, carga excéntrica o para impedir la sobretensión del muelle.

Es recomendable que todos los colgantes que lleven muelles estén dotados en todo momento de medios para indicar la compresión del muelle con respecto a las posiciones aproximadas calientes y frías del sistema de tubería, excepto donde son usados para amortiguar los choques o donde la temperatura de trabajo del sistema de tubería no sobrepase los 250ºF.

También es recomendable que el soporte sea diseñado para una variación máxima en el esfuerzo de soporte del 25% para el recorrido total resultante del movimiento térmico.

bullet Soportes constantes:

Se usan en servicio crítico y a altas temperatura en lugares sujetos a movimientos apreciables con cambios térmicos y están diseñados para proporcionar una fuerza de soporte sustancialmente uniforme en todo el recorrido.

Los colgantes de soporte constante tendrán una variación de soporte de no más del 6% por todo el régimen de recorrido completo.

Los soportes del tipo contrapeso poseerán unos topes y los pesos estarán debidamente asegurados, así las cadenas, cables, detalles de brazos y colgante u otros dispositivos usados para empalmar la carga de contrapesos a la tubería han de cumplir las especificaciones de la Tabla 9

Los soportes de tipo hidráulico que utilicen un cabezal hidráulico pueden ser instalados para dar un esfuerzo de soporte constante. Los topes y dispositivos de seguridad serán dispuestos para soportar la carga en el caso de fallo hidráulico.

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8.3.2.4. Muelles

Los muelles usados en soportes de tipo variable o constantes estarán diseñados y fabricados de acuerdo con MSS SP-58 (www.normas.com).

8.3.2.5. Arriostramientos

Los arriostramientos contra los balanceos o amortiguadores de vibraciones serán empleados para controlar el movimiento de la tubería debido a las vibraciones.

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8.3.3. Empalmes estructurales

bullet Tipo no integral:

Los empalmes de tipo no integral incluyen abrazaderas, eslingas, cunas, horquillas, bandas y puntos de apoyo.

Cuando se emplean abrazaderas para soportar las líneas verticales, se recomienda que orejas cortantes sean soldadas a la tubería para impedir el deslizamiento y deben ser diseñadas para soportar la carga total en cualquiera de los brazos en el caso de cambios de carga debidos al movimiento del tubo y/o colgante.

bullet Tipo integral:

Los empalmes de tipo integral incluyen orejas, zapatas, patillas, empalmes cilíndricos, anillos y faldas, los cuales son fabricados de forma que el empalme forme parte integral del componente de la tubería.

Las patillas, placas, pinzas de ángulo, etc. integrales, usados como una parte de un conjunto para el soporte o guía de la tubería pueden ser soldadas directamente a la tubería siempre que los materiales sean compatibles para soldar y el diseño sea adecuado para la carga y temperatura.

Las soldaduras serán proporcionadas de forma que los esfuerzos cortantes no serán mayores en 0.8 veces a los valores de S aplicables indicados en las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A. Si los materiales para los empalmes tienen diferentes valores de tensiones que la tubería, se utilizará el valor de tensión más bajo.

9. SISTEMAS

9.1. REQUERIMIENTOS DE DISEÑO CORRESPONDIENTE A SISTEMAS DE TUBERÍAS ESPECÍFICOS.9.1.1. Conexiones para tomas

Las conexiones para tomas se construirán con un material equivalente al del tubo o recipiente al cual se va a unir y la conexión no será menor que la sección de la línea principal. Estarán diseñadas para soportar la temperatura y presión de la línea completa y todas las tensiones incluyendo las inducidas por las cargas cíclicas.

La sección nominal del tubo de las conexiones para tomas será inferior a 1/2 pulg. para condiciones de servicio que no excedan los 900 lb / pie2 u 800ºF, y sección de tubo nominal será de 3/4 pulg para condiciones que sobrepasen las anteriores condiciones.

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9.1.1.1. Válvulasbullet Válvulas de cierre de la línea principal:

Estas válvulas serán colocadas en las conexiones para las tomas y serán capaces de soportar la máxima temperatura y presión de trabajo del sistema de tubería al cual se unen los racores de empalme.bullet Válvulas de descarga:

Estas válvulas serán de tipo apertura gradual, y para servicio de vapor serán apropiadas para la presión de la línea principal del diseño y su correspondiente temperatura de vapor saturado. Para otros servicios distintos al de vapor, serán apropiadas para la temperatura y presión de diseño de la línea principal.

Cuando utilizamos este tipo de válvulas, las válvulas así como los accesorios y la tubería que se encuentre entre las válvulas de descarga y el medidor, deberá soportar por lo menos 1 (1/2) veces la presión de diseño a 100ºF.

INICIO9.1.1.2. Depósitos o condensadores

En el servicio de vapor de extremo inactivo, los depósitos de condensación y los racores de conexión que siguen inmediatamente a las válvulas de cierre de la línea principal, se construirán con un material adecuado para la temperatura del vapor saturado correspondiente a la presión de diseño del la línea principal.

INICIO9.1.1.3. Tubo o tubería de conexión

a) Líneas de instrumentos (entre válvulas de cierre y el instrumento):

Cobre, aleaciones de cobre y otros materiales no ferrosos, pueden ser usados en los servicios de agua o vapor de extremo muerto (inactivo) hasta las presiones y temperaturas dadas en la Fig 122.3.5 siempre que la temperatura dentro de las líneas de conexión para servicio continuo no sobrepase las 406 ºF.

En el caso de que se empleen condensadores parcialmente llenos de vapor y parcialmente llenos de agua de forma que la temperatura del agua en el depósito esté por encima de los 406 ºF, inmediatamente le seguirá una tubería de acero aislado de cinco pies de longitud, delante de la tubería de cobre de conexión al instrumento.

La sección mínima de la tubería o tubo es función de su largura, del volumen del fluido requerido para producir la deflexión a plena escala del instrumento, y del servicio del instrumento.

Cuando se requiera impedir el taponamiento y obstrucción así como obtener la suficiente resistencia mecánica, el diámetro interior del tubo o tubería debe de ser superior a 0.36 pulg. con un grosor de pared no inferior a 0,049. Cuando estos requerimientos no se aplican, pueden ser utilizadas secciones más pequeñas pero con grosores de pared en la debida proporción (en cualquier caso el grosor de pared de tubo cumplirá los requerimientos de la Fig. 122.3.5).

b) Líneas de control:

En las líneas de control se pueden emplear los mismos materiales que en las líneas de instrumentos, con la diferencia de que el diámetro mínimo interior sea de 0.178 pulg. en lugar de 0.36 pulg., y con un grosor mínimo de pared de 0.028 pulg.

Si un dispositivo de control tiene conexión más pequeña que 1/4", la reducción de la sección desde la tubería de control hasta el dispositivo de control se efectuará lo más cerca posible del dispositivo de control.

c) Líneas de muestreo:

Los materiales utilizados en estas líneas estarán de acuerdo con los requerimientos mínimos de la línea principal a la cual se conectan.

INICIO9.1.2.4. Accesorios y juntas

Los accesorios serán apropiados para la presión del principal y para la correspondiente temperatura de vapor saturado o temperatura del agua, según a que se aplique.

Para el servicio de vapor de extremo muerto (inactivo) y para agua por encima de 150 ºF, se emplearán accesorios de tipo abocardado, sin abocardado o de soldadura por encastramiento, u otro tipo apropiado de diseño similar.

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10. MATERIALES

10.1. MATERIALES – REQUERIMIENTOS GENERALES

10.1.1. Especificaciones y materiales aceptables

Los materiales usados estarán de acuerdo con las especificaciones indicadas en la Tabla 1

10.1.2. Limitaciones en los materiales

Serán utilizado los materiales indicados en las Tablas de Tensiones Admisibles Apéndice A pero nunca a temperaturas de diseño superiores a aquellas señaladas por los valores de las tensiones.

INICIO 10.1.2.1. Acero

-Una prolongada exposición a temperaturas por encima de 775 ºF hace que la fase de carburo del acero al carbono normal, acero con aleación de níquel, acero aleado al carbón-manganeso, acero aleado al manganeso-vanadio y el acero de carbono-silicio puedan ser convertidos en grafito.

-Una prolongada exposición a temperaturas por encima de 875 ºF hace que la fase de carburo de los aceros aleados, tales como el carbono-molibdeno, manganeso-molibdeno-vanadio, manganeso-cromo-vanadio y cromo-vanadio, pueda ser convertida a grafito.

-Una prolongada exposición a temperaturas por encima de 975 ºF, hace que la fase de carburo del acero al cromo-molibdeno (contenido de cromo por debajo del 0.60%) pueda ser convertida a grafito

INICIO 10.1.2.2. Hierro

-Hierro fundido:

El hierro fundido tiene una baja conductividad y debe ser evitado donde puedan producirse cargas de choque.

-Hierro nodular

Los componentes de hierro fundido fabricados según la Especificación ASTM A445 (www.normas.com), pueden ser utilizados bajo las siguientes condiciones:

a) Los componente cuyas dimensiones estén de acuerdo con la Normas USAS B16.1, B16.2 y B16.5 (www.normas.com) pueden ser usados a los regímenes ajustados para los componentes de hierro nodular dados en la tabla del Apéndice E.

b) No se empleará soldadura, ni en la fabricación de los componentes ni en su montaje como parte del sistema de tuberías.

c) Las fundiciones de hierro nodular serán probadas después de la mecanización a la presión de ensayo de recipiente hidrostático especificado en el Apéndice E, y no deberá tener grietas.

INICIO 10.1.2.3. Materiales no ferrosos

Estos materiales pueden ser usados en los sistemas de tuberías bajo las siguientes condiciones:

a) Los puntos de fusión de las aleaciones de cobre, aleaciones de aluminio y del cobre y aluminio deben ser bajos, particularmente donde existe riesgo de incendio.

b) Debe ser considerada la posibilidad de corrosión galvánica debida a los potenciales de solución relativos del cobre y del aluminio y sus aleaciones, cuando se usa conjuntamente con los otros o con acero, o con otros metales y sus aleaciones cuando está presente un electrolito.

c) En conexiones roscadas debe emplearse un compuesto de roscas apropiado para efectuar las juntas roscadas en el tubo de aluminio para impedir el agarrotamiento que podría ocasionar fugas y quizás impedir el desmontaje.

No debe ser roscado un tubo con temple recocido.

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11.1. REQUERIMIENTOS DIMENSIONALES PARA LOS COMPONENTES STANDARD Y NO STANDARD DE TUBERÍAS

11.1.1. Componentes de tuberías standard

Las dimensiones de los componentes de tuberías standard cumplirán con las normas y especificaciones indicadas en la Tabla 1.

11.1.2. Componentes de tuberías no standard

Se recomienda cumplir las dimensiones de las Normas USA cuando sea posible.

12. FABRICACIÓN, ENSAMBLADO Y MONTAJE

12.1. SOLDADURA

Este capítulo se aplica a soldaduras de materiales ferrosos.

12. 1.1. Material

MATERIAL DE RELLENO: cumplirá los requerimientos de la Sección IX del Código de ̵�Recipientes de Presión y Calderas ASME (http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME). Si un material de relleno no está incorporado en este código, se le puede realizar previamente una prueba o ensayo de cualificación.

ANILLOS DE RESPALDO: Los anillos de respaldo se construirán con material soldable ̵�compatible con el metal base, o en caso contrario serán de tipo desmontable. Pueden ser: de inserto consumible, cerámico desmontable, tipo sólido o de banda partida. Un anillo de respaldo ferroso que vaya a formar parte de la soldadura permanentemente no excederá del 0,05% de azufre.

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12. 1.2. Preparación y procedimiento

- Los métodos de la soldadura a utilizar y el comportamiento de los soldadores y operarios cumplirá los requerimientos del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME (Sección IX)

(http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME)

Ninguna soldadura se efectuará si existen contactos con lluvia, nieve, aguanieve o fuerte ̵�viento sobre la zona de soldadura.

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12.1.2.1. Soldaduras a tope

A. PREPARACIÓN FINAL

1. El corte con oxígeno o de arco sólo es aceptable si el corte es liso y correcto y toda la escoria está eliminada de las superficies del corte de la llama.

2. Las dimensiones de preparación final están contenidas en USAS B16.25 (www.normas.com)

3. El grosor de la pared acabada después de la soldadura no será menor que el grosor mínimo de diseño. El metal de soldadura puede depositarse en el interior del componente de la tubería para proporcionar material suficiente para la mecanización (así se asegura el ajuste satisfactorio de los anillos).

4. Si los cantos de los componentes de las tuberías están recalcados, pueden perforarse para permitir el ajuste de un anillo de respaldo totalmente embutido.

B. LIMPIEZA

Las superficies para soldadura estarán limpias y exentas de pintura, aceite, óxido o cualquier material perjudicial para la soldadura.

C. ALINEAMIENTO

Los extremos de los componentes de tuberías que se vayan a unir serán alineados con la mayor precisión posible dentro de las tolerancias comerciales existentes en diámetro, grosores de pared y excentricidad.

Donde se vayan a empalmar los extremos y el desalineamiento interno sobrepase 1/16 pulg., es preferible que el componente sea recortado por el interior de forma que las superficies internas contiguas estén aproximadamente a nivel.

Soldadura a tope de componentes de tubería con desalineamiento interno

El cambio de contorno no será brusco porque puede ocasionar concentración de tensión. La soldadura de arco con metal y gas inerte puede requerir alineación más exacta que la especificada.

D. ESPACIAMIENTO

La abertura de raíz de la junta será como la indicada en las especificaciones del método.

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12.1.2.1. A. Soldaduras a tope circunferenciales

Pueden ser realizadas con V sencilla, doble V, u otro tipo de ranura, con o sin anillos de ̵�respaldo o insertos consumibles. Cuando el uso de anillos dé por resultado condiciones no deseables (concentración fuerte de tensiones, corrosión o erosión), entonces:

Los anillos de respaldo serán desmontados y el interior de la junta alisado̵�

La junta será soldada sin el anillo de respaldo̵�

Se usarán anillos – insertos consumibles.̵�

Las soldaduras por puntos serán realizadas por un soldador cualificado. En caso contrario,̵� junto con las que se hayan agrietado serán eliminadas.

Cuando componentes de diámetros exteriores diferentes se sueldan, habrá una transición̵� gradual en la soldadura entre las dos superficies. Si la diferencia en las superficies sobrepasa ¼ pulg., la superficie exterior del componente que tenga el diámetro mayor será ahusada en el ángulo que no sobrepase los 30 grados con el eje del tubo.

La superficie terminada de la soldadura combinará suavemente en la superficie del ̵�componente en el borde de la soldadura. El grosor del refuerzo de soldadura no sobrepasará los valores indicados en la tabla:

GROSOR DEL COMPONENTE

GROSOR DEL REFUERZO MÁXIMO

Hasta ½ pulg.

1/16 pulg.

De ½ a 1 pulg.

3/36 pulg.

De 1 a 2 pulg.

1/8 pulg

Más de 2 pulg.

5/32 pulg.

Este refuerzo no necesita ser eliminado excepto en el caso donde la junta tenga que ser radiografiada; las excesivas aristas que puedan obstaculizar la adecuada interpretación de la radiografía serán eliminadas. Para las juntas de doble soldadura, esta limitación en el refuerzo se aplicará a cada superficie de la soldadura por separado.

Las soldaduras a tope circunferenciales pueden ser examinadas por cualquiera de los ̵�métodos que existen. Las secciones de soldadura que reflejen la existencia de imperfecciones tendrán que ser reparadas. Imperfecciones:

Cualquier tipo de grieta o zona de penetración o fusión incompleta.̵�

Cualquier inclusión de escoria o porosidad mayor que las especificadas como aceptables ̵�por los métodos radiográficos de examen.

Rebajes en las superficies externas de las soldaduras a tope que tengan más de 1/32 pulg.̵� de profundidad.

Concavidad en el lado de raíz de las soldaduras a tope circunferenciales de penetración ̵�total donde el grosor de soldadura resultante sea menor que el grosor mínimo de la pared del tubo requerido. El refuerzo de soldadura hasta un máximo de 1/32 pulg. de grosor puede considerarse como grosor de la pared del tubo.

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12.1.2.1. B. Soldaduras a tope longitudinales

Pueden examinarse por cualquier método. Las imperfecciones no sobrepasarán los límites establecidos en las soldaduras a tope circunferenciales (excepto que no se permitirán rebajes en estas soldaduras).

12.1.2.2. Soldaduras de ángulo

Los componentes de tubería seguirán los requerimientos y previsiones especificadas en las soldaduras a tope.

Pueden variar de convexas a cóncavas. El tamaño de una soldadura de ángulo se determina según la Figura 127. 4. 4 A. Para detalles típicos véase las figuras 127. 4. 4B y 127. 4. 4C.

Las limitaciones sobre grietas y rebajes son las mismas que para soldaduras circunferenciales.

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12.1.2.3. Soldaduras de cierre

Las roscas se recubrirán por completo con el sello de soldadura y la soldadura de cierre se realizará por soldadores cualificados. Las limitaciones sobre grietas y rebajes son las mismas que para soldaduras circunferenciales.

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12.1.2.4. Soldaduras de encastre

Seguirán los requerimientos especificados en la norma USAS B16. 11 (www.normas.com). Una separación mínima de 1/16 pulg. entre el extremo del tubo y el fondo del encastre será previsto antes de la soldadura.

Las soldaduras de encastre no se usarán donde se prevea una fuerte corrosión de grietas o erosión.

Los drenajes o desviaciones pueden ser empalmados a una válvula o accesorio por la soldadura de encastramiento de acuerdo con las dimensiones especificadas en las normas aplicables indicadas en la Tabla 1.

12.1.3. Reparaciones de soldaduras defectuosas

Se aplican diferentes métodos para el examen de soldaduras:

Examen para

Visual

Partícula magnética

Ultrasónico

Radiografía

Penetrac. líquida

Rayos X

Grieta

X

X

X

X

X

Penetr. incompleta

X

Rebaje de soldadura

X

X

Refuerzo soldadura

X

Porosidad

X

X

X

Inclusión escorias

X

X

X

Falta de fusión

X

X

X

X

Los defectos detectados en soldaduras que necesiten reparación se eliminarán mediante: penetración de arco o llama, rectificado, desbastado o mecanizado. Puede ser necesario el precalentamiento para el corte con llama o arco en algunos materiales aleados con el fin de evitar el cuarteado de superficies junto a la superficie acoplada al arco o llama.

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12.2. PREPARACIÓN Y PROCEDIMIENTO EN SOLDADURAS DURAS (con aleación)

Calentamiento: la junta se llevará a la temperatura de la soldadura dura (con aleación) en ̵�el tiempo más corto posible para reducir la oxidación al mínimo.

Cualificación: la cualificación: estará de acuerdo la Parte C, Sección IX, del Código de ̵�Recipientes de Presión y Calderas ASME (http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME) .

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12.3. CURVAMIENTO Y FORMADO

CURVAMIENTO: La tubería puede ser doblada por cualquier método caliente o frío y hasta cualquier radio si el resultado es una superficie exenta de grietas y de flexiones. Tales curvaturas cumplirán los requerimientos de la Tabla 5. Esto no prohibirá el uso de curvas diseñadas como las acanaladas u onduladas.

FORMADO: Los componentes de las tuberías pueden ser formados por cualquier método de trabajo apropiado caliente o frío, siempre que den por resultado superficies formadas uniformes y libres de grietas u otros defectos.

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12.3.1. Tratamiento térmico de codos y componentes formados

La tubería de acero al carbono que haya sido calentada a 1650 F o más, para operaciones ̵�de formado no requerirá tratamiento térmico subsiguiente.

La tubería de acero ferrítico que haya sido calentada para operaciones de formado recibirá̵� un tratamiento de relajación de tensión, un recocido total o un tratamiento de temple y normalizado según lo especificado por el diseño.

El formado y doblamiento frío del acero al carbono que tenga un grosor de pared de ¾ ̵�pulg. y superior, las tuberías de aleación ferrítica en secciones de tubo nominales de 4 pulg. y mayores, o de ½ pulg. de grosor de pared o mayores, requerirán un tratamiento de relajación de tensión.

El doblamiento en frío de tubería de acero aleado ferrítico y al carbono en secciones y ̵�grosores de pared menores que en el punto anterior puede ser usado sin un tratamiento de post – calentamiento.

Para otros materiales, el tratamiento térmico de los codos y componentes formados será ̵�tal que asegure las propiedades de la tubería que son compatibles con la especificación original de la tubería.

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12.4. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LAS SOLDADURAS

El tratamiento térmico puede realizarse mediante un método de calentamiento apropiado, la temperatura necesaria, la uniformidad de la temperatura del metal y el control de temperatura.

12.4.1. Pre – calentamiento

El precalentamiento está de acuerdo con el método de soldadura cualificado. Las ̵�temperaturas de precalentamiento recomendadas están indicadas en la Tabla 10.

La temperatura de precalentamiento se comprobará con el uso de tizas indicadoras de ̵�temperatura, pirómetros de termopar u otros métodos apropiados para asegurar que se obtiene la temperatura requerida antes del precalentamiento y que se mantiene durante la maniobra de soldadura.

Tabla 10

Notas:

El régimen de calentamiento de superficies al horno, gas, resistencia eléctrica y otros, es:̵�

Para grosores superiores a 2 pulgadas será de 600 F /h dividido por ½ del grosor en ̵�pulgadas.

Para grosores de 2 pulgadas y menores será de 600 F/h máximo.̵�

Régimen de calentamiento para calentamiento por inducción: para grosores de 1 – ½ ̵�pulgadas a 60 ciclos y 400 ciclos, el régimen será de 600F/h máximo.

Tiempo de mantenimiento de la temperatura para grosores superiores a 2 pulg.será de 1 ̵�hora por pulgada de grosor, pero no menor de 1 hora.

Tratamiento de postcalentamiento: no es obligatorio para las soldaduras de ̵�encastramiento.

Las soldaduras a tope circunferenciales en aceros al cromo – molibdeno, P – 3, P – 4, P – ̵�5, no necesitan ser post – tratadas, siempre que el contenido de cromo especificado no sobrepase del 3%, el diámetro exterior del tubo o tubería no exceda de 4 pulgadas, y el grosor de pared sea menor de ½ pulgada.

El tratamiento de postcalentamiento no es obligatorio para el acero al carbono cuando el ̵�grosor sea menor de ¾ pulgadas.

El tratamiento de postcalentamiento de las juntas roscadas para los aceros al carbono, P ̵�– 1, y aceros aleados que tengan un contenido de la aleación total del 2% máximo, P – 3, no necesitan ser post – tratadas.

Los tratamientos de post – calentamiento después de la soldadura pueden ser necesarios ̵�en algunas calidades para mejorar la ductilidad.

Los tratamientos térmicos de recocido pueden ser necesarios en algunas cualidades para ̵�mejorar la resistencia a la corrosión en lugares específicos.

Régimen de enfriamiento: donde se realice el calentamiento local, la soldadura se ̵�enfriará lentamente a partir de la temperatura de tratamiento de postcalentamiento. Un método sugerido para retardar el enfriamiento es envolver la soldadura con amianto y dejar que se enfríe en aire en calma.

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12.4.2. Tratamiento de post – calentamiento

A. Es recomendado a menos que se utilice otro tratamiento térmico (recocido o normalizado) para recuperar propiedades mecánicas. Cuando componentes que tengan diferentes grosores son soldados entre sí, los requerimientos de tratamientos de precalentamiento y postcalentamiento se aplican al material más grueso.

B. El método de tratamiento de postcalentamiento seleccionado para las partes de un conjunto no afectará adversamente a otros componentes. También se puede realizar el calentamiento de una sección del conjunto antes de empalmarlo a las otras secciones.

C. El tratamiento de postcalentamiento de las juntas soldadas entre metales diferentes que tienen requerimientos de postcalentamiento distintos será el establecido en el procedimiento de soldadura cualificado.

D. Las temperaturas de tratamiento de postcalentamiento serán comprobadas con termómetros de termopar u otros métodos apropiados para asegurar que los requerimientos en la Tabla10 son llevados a cabo.

E. Si la soldadura es interrumpida antes de la terminación se efectuará el tratamiento térmico adecuado o régimen controlado de enfriamiento para asegurar que resultará un efecto perjudicial para la pieza. El precalentamiento necesario debe ser reanudado antes de continuar con la soldadura.

Las soldaduras en materiales de 1Cr – ½ Mo a 3Cr – 1 Mo puede ser interrumpida siempre que las siguientes condiciones se cumplan:

Un mínimo de por lo menos 3/8’’ de grosor del depósito de soldadura o 25% de la ranura ̵�de soldadura tiene que estar llena.

La soldadura se deja enfriar lentamente desde la temperatura de soldadura a la ̵�temperatura ambiente.

F. Donde el grosor nominal de la pared sea menor de ¾ pulg, no se requiere el tratamiento de post – calentamiento.

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12.4.2.1. Tratamiento de postcalentamiento local

Para las juntas soldadas a tope será realizado en una banda circunferencial del tubo. El ̵�ancho mínimo de esta banda centrada en la soldadura, será el ancho de la soldadura más 2 pulgadas.

Para las conexiones de ramales soldadas será llevado a cabo calentando una banda ̵�circunferencial del tubo al cual el ramal es soldado. La anchura de la banda calentada se extenderá por lo menos 1 pulgada por encima de la unión de soldadura del ramal.

En los casos anteriores, el tratamiento requiere que la banda completa sea llevada a la ̵�temperatura especificada uniforme por toda la circunferencia de la sección del tubo, con una disminución gradual de la temperatura hacia fuera de los bordes de la banda.

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12. 5. MONTAJE

12. 5. 1. Procedimiento de empernado

Todas las juntas con bridas serán ajustadas de forma que la junta haga contacto ̵�uniformemente con las caras de apoyo de la misma, y después se formará o finalizará con la tensión relativamente uniforme de los pernos.

En juntas de bridas de empaquetaduras, cuando se pongan los pernos, la empaquetadura ̵�será comprimida de acuerdo con los principios del diseño aplicables al tipo de empaquetadura usada.

Las juntas con bridas de acero a hierro fundido serán montadas con cuidado para evitar ̵�daños a la brida de hierro fundido de acuerdo con el Párrafo 6.5.2.

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12. 5. 2. Tubería de espiga y campana de hierro fundido

Las juntas de espiga y campana en las tuberías de hierro fundido serán montadas usando plomo vertido u otro compuesto de juntas apropiado para el servicio. El montaje estará de acuerdo con la norma AWWA C6000 (www.normas.com).

12. 5. 3. Tubería roscada

Cualquier compuesto o lubricante en las juntas roscadas será apropiado para las ̵�condiciones de servicio, y no reaccionará desfavorablemente con el fluido del servicio o materiales de la tubería.

Las juntas roscadas que deban ser soldadas con cierre serán formadas sin material o ̵�compuesto para roscas.

No se permitirá el retorneado para lograr el alineamiento de las juntas roscadas de ̵�tuberías.

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13. INSPECCIÓN Y PRUEBAS

13. 1. INSPECCIÓN

Antes de la operación inicial, una instalación de tubería será inspeccionada hasta el grado necesario que asegure el cumplimiento del diseño técnico, y cumpla en material, fabricación, montaje y requerimientos de pruebas del Código. Esta inspección es responsabilidad del propietario y puede llevarse a cabo por los empleados de éste, por una organización de ingeniería o por una compañía de inspección de seguros reconocida.

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13. 1.1. Derechos de los inspectores

Los inspectores tendrán acceso a cualquier lugar donde se vaya a realizar la labor relacionada con la tubería. Esto incluye la manufactura, fabricación, montaje, instalación y pruebas de la tubería. Tendrán el derecho de revisar todas las certificaciones o registros pertenecientes a los requerimientos de inspección, incluyendo las cualificaciones certificadas para los soldantes, operarios de soldadura y métodos de soldadura.

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13. 1. 2. Métodos y tipo de examen

Las técnicas e inspecciones no – destructivas están en ASME (www.normas.com). En la Tabla 11 se indican los tipos y grados de los exámenes requeridos para las tuberías.

Tabla 11

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13. 1. 2. 1. Examen visual

El examen visual consiste en la observación por el inspector de cualquier parte de un componente o soldadura expuesto a la observación.

Todas las soldaduras, tubos, tuberías y componentes de tuberías con las limitaciones sobre las imperfecciones específicas en el producto bajo el cual la tubería o componentes fueron adquiridos.

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13. 1. 2. 2. Tipos de examen suplementarios

Estos exámenes son de naturaleza adicional y son efectuados si se consideran deseables por el proyectista o diseñador.

a.- Partícula Magnética: Si una zona es examinada por este método seguirá el procedimiento de polvo seco según ASTME E. 109. Los suplementos ASTM E 125 proporcionan una base para la interpretación de las indicaciones de partícula magnética en las fundiciones ferrosas inspeccionadas por este método. MSS SP53 suplementa las E125 hasta el grado de establecer un nivel de calidad. La prueba será realizada de acuerdo con el Apéndice VI, Sección VIII, del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME

http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME.

Se cumplirán las siguientes normas:

Fundiciones ASTM E125 y lo suplementado por MSS SP – 53.̵�

Otros componentes y soldaduras: todas las discontinuidades lineales y alineadas reveladas ̵�por la prueba serán eliminadas. Las indicaciones alineadas son aquellas en las cuales la media de las distancias centro – centro entre cualquier indicación y las dos indicaciones adyacentes en cualquier línea recta sea menor de 3/16 pulgadas. Todas las demás discontinuidades reveladas no necesitan ser eliminadas a menos que las discontinuidades sean también reveladas por la radiografía.

b.- Radiografía de las Soldaduras a Tope: El método de rayos X o Gamma en radiografía puede ser usado. La selección del método dependerá de su adaptabilidad a la pieza que se está radiografiando. El procedimiento a seguir será como lo indicado en el Párrafo PW – 51, Ensayos no – destructivos, Sección I del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME.

http://global.ihs.com/industry_stds.cfm?RID=Z568MID=z568org_group=ASME

c. Radiografía de los componentes de Tuberías y Soldaduras distintas a las Soldaduras a Tope: El método usado estará de acuerdo con el párrafo UW – 51 (a hasta k), Sección VIII del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME.

d.- Radiografía al 100%: en este caso cada soldadura en la tubería o componentes fundidos serán totalmente radiografiada.

e.- Radiografía al azar: una o más soldaduras pueden ser total o parcialmente radiografiadas. No asegura del todo un producto fabricado de calidad predeterminada, y en forma alguna sustituirá a la radiografía al 100%. Es considerada como un medio deseable de comprobar localmente el comportamiento del soldante, particularmente si las condiciones tales como posición, temperaturas ambiente y limpieza no son tan controladas como en la soldadura taller.

f.- Ultrasónico: la superficie entera de la parte que se inspeccione será cubierta empleando métodos cuidadosos para asegurarse de que se obtiene una representación de las condiciones reales.

g.- Penetración del líquido: la superficie entera del componente o soldadura que se esté estudiando será cubierta de líquido. Requerimientos del apéndice VIII, Sección VIII, del Código de Recipientes de Presión y Calderas ASME. Las normas a cumplirse son las mismas que las indicadas en el método de Partícula Magnética. Las indicaciones de penetración alineadas son aquellas en las cuales la media de las distancias entre centros entre una indicación y las dos indicaciones adyacentes en cualquier línea recta sea menor de 3/16 pulgadas.

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13. 2. PRUEBAS DE FUGAS

Será obligatorio que el diseño, fabricación, montaje de la tubería para energía, construida bajo este código demuestre estanqueidad a las fugas. Este requerimiento se cumplirá por las pruebas de fugas hidrostáticas antes de la maniobra inicial. Donde no resulte practicable una prueba hidrostática, puede sustituirse por una prueba de fugas de servicio inicial, una prueba de vacío o la radiografía al 100% de todas las juntas soldadas en un sistema todo – soldado.

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13. 2. 1. Prueba de fugas hidrostática

Estará de acuerdo con los métodos, preparación y presiones de las pruebas o ensayos.

13. 2. 2. Prueba de fugas de servicio inicial

Una prueba inicial de Fugas de Servicio y la inspección son aceptables cuando no resultan ̵�aplicables otras pruebas o cuando la estanqueidad de las fugas es convenientemente demostrable debido a la naturaleza del servicio. Un ejemplo es la tubería de extracción de las turbinas donde las válvulas de cierre no son disponibles para aislar unas líneas y donde los cierres provisionales no son practicables. Otros pueden ser los sistemas para agua de servicio, condensado de baja presión, aire de planta e instrumentos, etc. donde la comprobación de las bombas y compresores proporcionan una gran oportunidad para la inspección del hermetismo de fugas antes de la maniobra a plena escala.

El sistema de tuberías será llevado gradualmente a la presión del sistema. Después de la ̵�inspección del sistema de tuberías, si se ha demostrado que la instalación está completa y que todas las juntas son estancas a las fugas, la tubería habrá cumplido los requerimientos necesarios.

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13. 2. 3. Medios de las pruebas

13. 2. 3. 1. Pruebas líquidas

Se utiliza agua para una hidrostática, excepto donde puedan producirse daños debido al congelamiento, o donde el líquido de maniobra o material de la tubería puede resultar afectado por el agua de prueba. Un aceite de hidrocarburos, tal como el keroseno, puede ser sustituido por el agua siempre que el punto de ignición sea superior a los 120 F y el punto de congelación sea por lo menos 25 F menor que la temperatura mínima.

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13. 2. 3. 2. Pruebas neumáticas

Se aplican como preliminares a una prueba líquida para localizar las fugas importantes, o puede ser sustituido por una prueba líquida de acuerdo con lo que se indica en las pruebas líquidas.

13. 2. 3. 3. Pruebas de vacío

Se aplica esta prueba sola o conjuntamente con una prueba de fugas de espectrómetro de masa. Puede sustituir a una prueba de fugas hidrostática.

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13. 2. 4. Preparación de la prueba

La tubería de diseño para vapor o gas será dotada de los soportes provisionales adicionales, si fuese necesario, para soportar el peso del líquido de la prueba.

Las juntas de dilatación serán dotadas de contenciones provisionales, si fuese necesario, para la carga de presión adicional bajo prueba o serán aisladas de la prueba.

El equipo que no está expuesto a la prueba de presión será, o bien desconectado de la tubería, o aislado mediante una brida ciega o medio similar. Las válvulas pueden ser usadas siempre que la válvula que incluye el mecanismo más próximo sea apropiada para el procedimiento de pruebas propuesto.

Las juntas con bridas en las cuales se insertan suplementos para taponar otro equipo durante la prueba no necesitan ser probadas.

Una junta que haya sido probada y cubierta no necesita ser re – sometida a una prueba subsiguiente.

Si una prueba de presión debe ser mantenida durante un período de tiempo, y el líquido de prueba en el sistema está a la dilatación térmica, se tomarán precauciones para evitar la presión excesiva.

Cuando se realizan pruebas a bajas temperaturas del metal, se tomarán precauciones para evitar la posibilidad de roturas por fragilidad.

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13. 2. 5. Presión de las pruebas

13. 2. 5. 1. Pruebas líquidas

La presión de la prueba para la tubería no sobrepasará la máxima presión de diseño.̵�

La presión de la prueba hidrostática de un sistema de tuberías será 1,5 veces la presión del ̵�diseño a menos que se indique una presión más baja.

La prueba de presión será mantenida durante el tiempo suficiente para inspeccionar todas ̵�las juntas, con un tiempo mínimo de diez minutos.

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13. 2. 5. 2. Pruebas neumáticas

Una prueba preliminar a una presión que no sobrepase las 25 lbs/pulg2 se recomienda ̵�para localizar las fugas importantes.

La máxima presión de prueba neumática no será mayor que la menor de 100 lbs/pulg2 o ̵�1,10 veces la presión del diseño.

La presión será aplicada en etapas para permitir que el sistema iguale los esfuerzos o ̵�tensiones y para inspeccionar las juntas. En ningún caso se mantendrá la presión de prueba menos de 10 minutos.

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