En el ámbito industrial, las tuberías son sistemas de tuberías que se utilizan para transportar fluidos ( líquidos y gases ) de un lugar a otro. La disciplina de ingeniería del diseño de tuberías estudia el transporte eficiente de fluidos. [1] [2]
Las tuberías de procesos industriales (y los componentes en línea que las acompañan) pueden fabricarse de madera , fibra de vidrio , vidrio , acero , aluminio , plástico , cobre y hormigón . Los componentes en línea, conocidos como accesorios , [3] válvulas y otros dispositivos, normalmente detectan y controlan la presión , el caudal y la temperatura del fluido transmitido, y normalmente se incluyen en el campo del diseño de tuberías (o ingeniería de tuberías), aunque los sensores y dispositivos de control automático pueden tratarse alternativamente como parte del diseño de instrumentación y control. Los sistemas de tuberías se documentan en diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID). Si es necesario, las tuberías se pueden limpiar mediante el proceso de limpieza de tubos .
El término tuberías se refiere en ocasiones al diseño de tuberías , la especificación detallada de la disposición física de las tuberías dentro de una planta de procesamiento o un edificio comercial. En el pasado, esto se denominaba a veces dibujo técnico , dibujo de ingeniería y diseño, pero hoy en día lo suelen realizar diseñadores que han aprendido a utilizar software de dibujo automatizado asistido por computadora o diseño asistido por computadora (CAD).
La plomería es un sistema de tuberías con el que la mayoría de las personas están familiarizadas, ya que constituye la forma de transporte de fluidos que se utiliza para proporcionar agua potable y combustibles a sus hogares y negocios. Las tuberías de plomería también eliminan desechos en forma de aguas residuales y permiten la ventilación de los gases de las aguas residuales al exterior. Los sistemas de rociadores contra incendios también utilizan tuberías y pueden transportar agua potable o no potable u otros fluidos de extinción de incendios.
Las tuberías también tienen muchas otras aplicaciones industriales, que son cruciales para transportar fluidos crudos y semiprocesados para refinarlos y convertirlos en productos más útiles. Algunos de los materiales más exóticos que se utilizan en la construcción de tuberías son el inconel , el titanio , el cromo-molibdeno y otras aleaciones de acero .
En general, la ingeniería de tuberías industriales tiene tres subcampos principales:
Las tuberías de proceso y las tuberías de energía generalmente son revisadas por ingenieros de tensión de tuberías para verificar que el enrutamiento, las cargas de las boquillas, los colgadores y los soportes estén colocados y seleccionados correctamente de modo que no se exceda la tensión admisible de la tubería bajo diferentes cargas, como cargas sostenidas, cargas operativas, cargas de prueba de presión, etc., según lo estipulado por ASME B31, EN 13480, GOST 32388, RD 10-249 o cualquier otro código y estándar aplicable. Es necesario evaluar el comportamiento mecánico de la tubería bajo cargas regulares (presión interna y tensiones térmicas), así como bajo casos de carga ocasionales e intermitentes, como terremotos, vientos fuertes o vibraciones especiales y golpes de ariete. [4] [5] Esta evaluación generalmente se realiza con la ayuda de un programa informático especializado ( elemento finito ) de análisis de tensión de tuberías , como AutoPIPE, [6] CAEPIPE, [7] CAESAR, [8] PASS/START-PROF, [9] o ROHR2 .
En los soportes de tuberías criogénicas, la mayoría del acero se vuelve más frágil a medida que la temperatura disminuye con respecto a las condiciones normales de funcionamiento, por lo que es necesario conocer la distribución de temperatura para las condiciones criogénicas. Las estructuras de acero tendrán áreas de alta tensión que pueden ser causadas por esquinas afiladas en el diseño o inclusiones en el material. [10] Cuando se analiza la tensión de la tubería 3D, se considerará que (las tuberías 3D) son vigas 3D con soportes en ambos lados. Además, la tensión de la tubería 3D determina los momentos de flexión de las tuberías. Los grados de tubería permitidos (ASME) para las industrias del petróleo y el gas son: tuberías y tubos de acero al carbono (grado A53 [A y B], grado A106 [B y C]), tuberías de acero de aleación baja e intermedia (grado A333 [6], grado A335 [P5, P9, P11, P12, P91])
El material con el que se fabrica una tubería suele ser el factor determinante para elegirla. Los materiales que se utilizan para fabricar tuberías incluyen:
Los primeros tubos de madera se construían a partir de troncos a los que se les perforaba un gran agujero longitudinalmente en el centro. [12] Más tarde, los tubos de madera se construyeron con duelas y aros de manera similar a la construcción de barriles de madera. Los tubos de duelas tienen la ventaja de que se transportan fácilmente como una pila compacta de piezas en un carro y luego se ensamblan como una estructura hueca en el lugar de trabajo. Los tubos de madera eran especialmente populares en las regiones montañosas donde el transporte de tubos pesados de hierro u hormigón habría sido difícil.
Las tuberías de madera eran más fáciles de mantener que las de metal, porque la madera no se expandía ni se contraía con los cambios de temperatura tanto como el metal y, por lo tanto, no se necesitaban juntas de expansión ni codos. El grosor de la madera proporcionaba algunas propiedades aislantes a las tuberías que ayudaban a evitar la congelación en comparación con las tuberías de metal. La madera utilizada para las tuberías de agua tampoco se pudre con mucha facilidad. La electrólisis no afecta en absoluto a las tuberías de madera, ya que la madera es un aislante eléctrico mucho mejor.
En el oeste de los Estados Unidos, donde se utilizaba la secuoya para la construcción de tuberías, se descubrió que la secuoya tenía "propiedades peculiares" que la protegían de la intemperie, los ácidos, los insectos y el crecimiento de hongos. Las tuberías de secuoya se mantenían lisas y limpias indefinidamente, mientras que las tuberías de hierro, en comparación, comenzaban rápidamente a acumular sarro y a corroerse y podían acabar taponándose por la corrosión. [13]
Existen ciertos códigos estándar que se deben seguir al diseñar o fabricar cualquier sistema de tuberías. Las organizaciones que promulgan estándares de tuberías incluyen:
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