Sistemas de Tuberías Industriales: Definición y Función

Una tubería es un conducto cuya función principal es transportar agua u otros fluidos. Los sistemas de tuberías están formados por tubos de diversos materiales, diseñados para permitir el transporte de líquidos, gases o sólidos. Son circuitos de tuberías y accesorios diseñados para conducir fluidos a presión de un lado a otro.

Usos Comunes de los Sistemas de Tuberías

• Transporte de fluidos.
• Alimentación de mecanismos de máquinas para la transmisión de potencia.

Principales Fluidos Transportados

• Agua (en forma líquida o vapor).
• Aceite.
• Aire (sistemas neumáticos).

Componentes Esenciales de las Instalaciones

• Tuberías: Existen diversos tamaños y materiales, que varían según las condiciones de operación del sistema.
• Accesorios: Conexiones, válvulas, uniones, bombas e instrumentación.

Criterios para la Elección de Materiales

La selección de los materiales y componentes de la instalación de fluidos se basa en:

• Tipo de fluido requerido por el sistema.
• Presión y temperatura de trabajo del fluido.

Tubos, Materiales y Normativas

Tubos

Suelen ser de acero estirado sin soldadura y se designan por el diámetro de su orificio. Por lo general, se encuentran en longitudes de 6 a 12 metros. Se acoplan para formar tuberías en instalaciones fijas o desmontables.

Tipos de Uniones de Tuberías

• Instalaciones fijas: Se ensamblan por soldadura.
• Uniones desmontables: Uniones por bridas, roscadas o soldadas.

Materiales Comunes

Los materiales más comunes incluyen:

• Acero dulce o hierro negro
• Hierro galvanizado
• Hierro fundido
• Cobre
• Aluminio
• Cemento
• Plástico (PVC, CPVC)
• Caucho y vidrio

Designación y Normativas

Las tuberías se designan por su diámetro interior.

Normas de Designación

• Normas ISO-DIN: Diámetro nominal (mm).
• Normas ANSI-ASME: Diámetro interior (pulgadas).

Accesorios de los Sistemas de Tuberías

Los accesorios son piezas utilizadas para unir tramos de tuberías, cambiar su dirección o cerrar una instalación. Se designan por su diámetro interior. Entre los principales accesorios tenemos:

1. Tee: Se utiliza para instalar un ramal perpendicular a una tubería principal. Sus bocas no necesariamente son del mismo diámetro.
2. Codo (30°, 45°, 90°): Para conectar tuberías con ángulos de inclinación.
3. Reducción: Para unir dos tubos de diámetros diferentes en la misma línea.
4. Tapa: Cierra extremos de tuberías enroscándolas por fuera.
5. Tapón: Cierra extremos de tuberías enroscándolas por dentro.
6. Unión Universal: Para unir dos tramos rectos de tuberías mediante una combinación de roscas externas y un anillo de rosca interna, facilitando el desarme rápido.
7. Niple: Tubo con longitud entre 25 y 300 mm con roscas externas en ambos extremos.
8. Cruces: Para unir 4 tramos de tuberías, tienen diámetros iguales en todas sus bocas.
9. Bushings: Accesorio con rosca externa en un extremo y rosca interna dentro de un hexágono en el otro extremo; generalmente se emplea como reducción.

Codificación Internacional de Colores y Tipos de Uniones

Codificación Internacional de Colores (COVENIN 253_99)

Según la norma COVENIN 253_99, la codificación de tubería es el conjunto formado por el color básico, anillos y leyendas que permiten reconocer el fluido que circula por ella, así como también indican la presión o temperatura del mismo.

Tipos de Uniones para Sistemas de Tuberías

• Uniones por Soldadura: Se utiliza en hierro dulce. Exige la fabricación de chaflanes en los tubos para permitir la entrada del material de aporte de la soldadura.
• Uniones por Roscas: Es la más utilizada en tubería de hierro galvanizado. La rosca debe ser cónica para asegurar una junta hermética y facilitar la entrada del tubo. Se llama macho a la rosca externa del tubo y hembra a la rosca interna.
• Unión de Cobre: Utilizada para redes de gas o conducción de agua caliente. Se presenta en tuberías rígidas y flexibles. Los modelos de unión incluyen: unión simple, reducción recta, roscadas, etc.
• Uniones Galvanizadas: Se usan para agua fría y caliente. Se acoplan normalmente mediante roscas, a las cuales debe aplicarse teflón al unirse para evitar fugas. (Aunque presentan desventajas respecto a otros materiales como el PVC, se utilizan en ciertas aplicaciones).
• Uniones por Brida: Se utiliza para tuberías y accesorios que manejarán grandes presiones. Las bridas son discos de metal soldados o roscados en los extremos de la tubería que se unen mediante pernos o tornillos, pegando cara con cara la brida. Los extremos de la tubería deben ser roscados.

Válvulas Industriales

Una válvula industrial es un elemento mecánico empleado para regular, permitir o impedir el paso de un fluido a través de una instalación industrial o máquina de cualquier tipo.

Tipos de Válvulas

Válvulas de Globo

A diferencia de las válvulas de compuerta, las válvulas tipo globo permiten la regulación de fluidos y realizan un cierre hermético cuando cuentan con un asiento flexible. En estas válvulas, el fluido no corre de manera directa; en su lugar, entra y sube dentro del cuerpo, es estrangulado por el émbolo (según la apertura o cierre) y luego baja hacia la salida.

El fluido realiza un movimiento oscilante dentro de la válvula, donde choca con el émbolo que regula el caudal. Las válvulas globo tienen la ventaja de regular, pero su desventaja es que, al detener parte del fluido, generan una caída de presión significativa en la línea, lo cual debe considerarse en los cálculos técnicos.

Válvula de Retención (Check o Antirretorno)

La función esencial de una válvula de retención es impedir el retroceso del fluido, permitiendo el paso en una sola dirección. Mientras el sentido del fluido es el correcto, la válvula se mantiene abierta. Cuando el fluido pierde velocidad o presión, la válvula tiende a cerrarse, evitando el retroceso. La diferencia de presiones entre la entrada y la salida determina si la válvula está abierta o cerrada. También se denomina antirretorno.

Válvulas de Compuerta

Las válvulas de compuerta se utilizan principalmente para el control de paso (ON-OFF) y no están diseñadas para la regulación. Deben estar completamente abiertas o completamente cerradas para evitar que sus interiores (asiento y cuña) sean desgastados prematuramente por el fluido y su presión, previniendo así fugas.

Son bidireccionales y de paso completo, disponibles con vástago fijo o vástago saliente. Son una opción económica y se usan frecuentemente para servicios generales, incluyendo el manejo de fluidos agresivos o corrosivos, siempre que se determinen correctamente sus condiciones de operación (fluido, presión, temperatura).

Entre sus desventajas, son grandes y pesadas, lo que dificulta su instalación y mantenimiento. Además, su cierre es lento, requiriendo varias vueltas de volante. Pueden ser operadas con volante, operador de engranes, o actuadores neumáticos y eléctricos.

Válvulas de Escape o Seguridad (Válvulas de Alivio)

Estas válvulas están diseñadas para aliviar la presión cuando un fluido supera un límite preestablecido (presión de tarado). Su misión es evitar la explosión del sistema protegido o el fallo de un equipo o tubería debido a un exceso de presión. También existen válvulas que alivian la presión cuando la temperatura (y, por lo tanto, la presión) supera un límite establecido por el fabricante.

Válvulas de Bola o Esfera

Las válvulas de bola son muy versátiles y populares en la industria. Su cierre rápido de ¼ de vuelta, generalmente operado con una palanca, facilita su uso y su diseño es más compacto que el de las válvulas de compuerta.

Deben utilizarse exclusivamente para control ON-OFF. Si se dejan parcialmente abiertas, el fluido y la presión desgastarán las partes internas, lo que con el tiempo averiarán los interiores y provocará fugas.

Estas válvulas pueden ser de paso completo o de paso estándar (reducido), lo que significa que si la válvula es de 2”, el flujo que pasará a través de ella será menor. Las desventajas incluyen la caída de presión que produce el paso estándar o reducido, y el hecho de que su cierre rápido genera el fenómeno conocido como “golpe de ariete”, por lo que se deben tomar precauciones antes de su instalación.

Válvulas Mariposa

Las válvulas de mariposa se utilizan generalmente en aplicaciones de baja presión (125 lbs). Se caracterizan por su operación rápida (abren y cierran a ¼ de vuelta). Aunque pueden usarse para regulación, no es totalmente recomendable.

Existen varios tipos: tipo wafer (oblea), tipo lug (orejadas) y bridadas. La más común por su facilidad de instalación es la tipo wafer. Son adecuadas para instalarse en espacios reducidos o donde la línea del proceso no puede soportar mucho peso.

Partes fundamentales:

• Cuerpo: Puede ser de hierro, acero al carbón, acero inoxidable, PVC, CPVC u otro plástico.
• Disco: Integra los mismos materiales del cuerpo.
• Asiento: Principalmente de elastómeros como EPDM o Buna, variando según la aplicación.

Pueden usarse en el manejo de agua limpia o con un porcentaje limitado de sólidos, así como para fluidos corrosivos (ácidos), dependiendo de la presión y temperatura. Pueden ser operadas con palanca, operador de engranes o actuadores neumáticos o eléctricos.

También existen las válvulas de mariposa de alto rendimiento, que soportan presiones y temperaturas más altas y condiciones de operación más severas.

Válvula Solenoide

Una válvula solenoide es una válvula eléctrica utilizada para controlar el paso de gas (sistemas neumáticos) o fluidos (sistemas hidráulicos). La apertura o cierre se basa en impulsos electromagnéticos de un solenoide (un electroimán) que trabaja junto a un muelle diseñado para devolver la válvula a su posición neutral cuando el solenoide se desactiva.

Se utilizan en sitios de difícil acceso, en sistemas multiválvula y en ambientes peligrosos. Ofrecen funciones de apertura o cierre total (ON-OFF) y no se pueden utilizar para la regulación del flujo. Existen modelos que trabajan con corriente alterna (AC) o continua (DC), utilizando diferentes voltajes y duraciones de ciclo de funcionamiento.

Componentes Estructurales de una Válvula

• Cuerpo: Es la parte a través de la cual transcurre el fluido.
• Obturador: Es el elemento que varía la sección de paso, regulando el caudal y, por lo tanto, la pérdida de presión.
• Accionamiento: Es la parte que actúa como motor para situar el obturador en una posición concreta. Puede ser motorizado, mecánico, neumático, manual o electromagnético.
• Cierre (Empaquetadura/Junta): Une el cuerpo con el accionamiento, asegurando que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde hay fluido) sea estanca y no haya fugas.
• Vástago: Es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para su posicionamiento.