FACILIDADES DE SUPERFICIE I PRESENTACIN No 11 Quito

FACILIDADES DE SUPERFICIE I PRESENTACIÓN No. 11 Quito, 15 de Junio del 2016 1

FACILIDADES DE SUPERFICIE I CODIGO – PTR 714 2016 A ING. ALVARO GALLEGOS ERAS, MSc. ESCUELA POLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA Y PETRÓLEOS INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

FACILIDADES DE SUPERFICIE I TUBERÍAS

CONTENIDO 1. Características Generales 2. Materiales de las tuberías 3. Elementos del Sistema de Tuberías 4. Datos Técnicos y Dibujo de Tuberías 5. Tecnologías de tuberías 4

FACILIDADES DE SUPERFICIE I CAPITULO I “CARACTERISTICAS GENERALES” 5

DEFINICIÓN Ú Las tuberías son un sistema formado por tubos, que pueden ser de diferentes materiales, que cumplen la función de permitir el transporte de líquidos, gases o sólidos en suspensión (mezclas) en forma eficiente, siguiendo normas estandarizadas y cuya selección se realiza de acuerdo a las necesidades de trabajo que se va ha realizar. 6

Diferencia entre tubos y tuberías Ú Es de gran importancia aclarar la diferencia que existe entre los términos “tubería” y “tubo”, pues comúnmente son confundidos. Ú Las Tuberías corresponde al conjunto conformado por tubos normalizados, los accesorios, las válvulas, etc; encargados de transportar los gases o líquidos que así lo necesitan. Ú Mientras que Tubo es aquel producto tubular de sección transversal constante y de material de uso común. 7

Datos Característicos Presión Nominal Ú La presión de diseño no será menor que la presión a las condiciones más severas de presión y temperatura coincidentes, externa o internamente, que se espere en operación normal. Ú La condición más severa de presión y temperatura coincidente, es aquella condición que resulte en el mayor espesor requerido y en la clasificación (“rating”) más alta de los componentes del sistema de tuberías. 8

Datos Característicos Temperatura Nominal Ú Es la temperatura del metal que representa la condición más severa de presión y temperatura coincidentes. Los requisitos para determinar la temperatura del material de diseño para tuberías son como sigue: Ú Para componentes de tubería con aislamiento externo, la temperatura del material para diseño será la máxima temperatura de diseño del fluido contenido. Ú Para componentes de tubería sin aislamiento externo y sin revestimiento interno, con fluidos a temperaturas de 32ºF (0ºC) y mayores, la temperatura del material para diseño será la máxima temperatura de diseño del fluido reducida, según los porcentajes de la tabla. Ú Para temperaturas de fluidos menores de 32ºF (0ºC), la temperatura del material para el diseño, será la temperatura de diseño del fluido contenido. 9

Datos Característicos Espesor nominal Es el grosor de la pared del tubo. El mínimo espesor de pared para cualquier tubo sometido a presión interna o externa es una función de: Ú El esfuerzo permisible para el material del tubo Ú Presión de diseño Ú Diámetro de diseño del tubo Ú Diámetro de la corrosión y/o erosión 10

Datos Característicos Diámetro Nominal Ú Diámetro exterior del tubo. Es la medida de un accesorio mediante el cual se identifica al mismo y depende de las especificaciones técnicas exigidas. Resistencia Ú Es la capacidad de tensión en libras o en kilogramos que puede aportar un determinado accesorio en plena operatividad. Aleación Ú Es el material o conjunto de materiales del cual esta hecho un accesorio de tubería. 11

Procedimiento del diseño de un sistema de tuberías Ú a) El diseño de un sistema de tuberías consiste en el diseño de sus tuberías, brida, empaquetaduras, válvulas, accesorios, filtros, trampas de vapor juntas de expansión. Establecimiento de las condiciones de diseño incluyendo presión, temperaturas y otras condiciones, tales como la velocidad del viento, movimientos sísmicos, choques de fluido, gradientes térmicos y número de ciclos de varias cargas. b) Determinación del diámetro de la tubería, el cual depende fundamentalmente de las condiciones del proceso, es decir, del caudal, la velocidad y la presión del fluido. c) Selección de los materiales de la tubería con base en corrosión, fragilización y resistencia. d) Selección de las clases de “rating” de bridas y válvulas. 12

Procedimiento del diseño de un sistema de tuberías e) f) Cálculo del espesor mínimo de pared (Schedule) para las temperaturas y presiones de diseño, de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido. Establecimiento de una configuración aceptable de soportes para el sistema de tuberías. g) Análisis de esfuerzos por flexibilidad para verificar que los esfuerzos producidos en la tubería por los distintos tipos de carga estén dentro de los valores admisibles, a objeto de comprobar que las cargas sobre los equipos no sobrepasen los valores límites, satisfaciendo así los criterios del código a emplear. 13

FACILIDADES DE SUPERFICIE I CAPITULO II “MATERIALES DE TUBERIAS” 14

TUBERIAS METALICAS TENEMOS: Ú Tubos de hierro fundido Ú Tuberías de acero. Ú Tuberías de cobre. Ú Tuberías de bronce. 15

TUBERIAS DE ACERO Ú Su uso común es en el transporte de agua, vapores, aceites, combustibles y gases. Ú Se utiliza para altas temperaturas y presiones. Ú Las tuberías con mayor capacidad condujeron al desarrollo de aceros con un mayor límite de fluencia. 16

TUBERIAS DE ACERO Se unen por uniones roscadas, soldadas y con brida. Ú El transporte de gas, petróleo y ácidos requiere de un acero resistente a la corrosión. Ú 17

TUBERIAS NO METALICAS TENEMOS: Ú Tuberías cerámicas Ú Tuberías de hormigón y de hormigón armado Ú Tuberías de poliéster Ú Tuberías de PVC Ú Tuberías de polietileno (PE) y de polipropileno (PP) 18

TUBERIAS DE PVC Ú Este tipo de tuberías, gracias al gran desarrollo tecnológico de la industria de plásticos y la facilidad de manipulación de todos los productos fabricados con éste material, hacen que en la actualidad tengan gran aceptación para redes de alcantarillado, solamente en diámetros pequeños de 6" y 8" ya que para diámetros mayores el costo es muy alto. 19

TUBERIAS DE PVC Ú Son de poco peso (Peso específico 1. 4 g/cm 3). Son inertes a la corrosión por aguas y suelos agresivos. Ú La superficie interior de los tubos puede considerarse "hidráulicamente lisa". Ú Baja probabilidad de obstrucciones. Ú No favorecen el desarrollo de algas ni hongos. 20

FACILIDADES DE SUPERFICIE I CAPÍTULO III “ELEMENTOS DEL SISTEMA DE TUBERÍAS ” 21

Accesorios Ú Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso. BRIDAS Ú Son accesorios para conectar tuberías con equipos (bombas, intercambiadores de calor, calderas, tanques, etc. ) o Ú Las ventajas de las uniones bridadas radica en el hecho de que permite el rápido montaje y desmontaje a objeto de realizar reparaciones o mantenimiento. accesorios (codos, válvulas, etc. ). 22

Accesorios Ú Tipos Y Características de Bridas Ú Brida roscada. Son bridas que pueden ser instaladas sin necesidad de soldadura y se utilizan en líneas con fluidos con temperaturas moderadas, baja presión y poca corrosión, no es adecuada para servicios que impliquen fatigas térmicas. Ú Brida ciega. Es una pieza completamente sólida sin orificio para fluido, y se une a las tuberías mediante el uso de tornillos, se puede colocar conjuntamente con otro tipo de brida de igual diámetro, cara y resistencia. 23

Accesorios CODOS Ú Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías. Tipos de Codos Ú Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la prefabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza (45º, 90º, 180º). 24

Accesorios Características Ú Diámetro. Es el tamaño o medida del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼’’ hasta 120’’. Ú Angulo. Es la existente entre Ú Junta. Es el procedimiento que se emplea para pegar un codo con otro accesorio (soldable, roscable, embutible). ambos extremos del codo. Ú Espesores. una normativa o codificación del fabricante determinada por el grosor de la pared del codo. Ú Aleación. Acero al carbono, acero al cromo, acero inoxidable, galvanizado, etc. 25

Accesorios “T” Ú Son accesorios que se utilizan Ú Ú Ú para efectuar fabricación en líneas de tubería. Tipos Diámetros iguales o te de recta Reductora con dos orificios de igual diámetro y uno desigual. Características Diámetro. Las tes existen en diámetros desde ¼’’ hasta 72’’ Ú Espesor. Este factor depende del espesor del tubo o accesorio a la cual va instalada. Ú Aleación. Acero al carbono, acero inoxidable, galvanizado, etc. 26

Accesorios REDUCCIÓN Ú Son accesorios de forma cónica que se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías. Ú Tipos Ú Estándar concéntrica. Se utiliza para disminuir el caudal del fluido aumentando su velocidad, manteniendo su eje. Ú Estándar excéntrica. Se utiliza para disminuir el caudal del fluido en la línea aumentando su velocidad perdiendo su eje. Ú Características Ú Diámetro. Varia desde ¼’’ x 3/8’’. Ú Aleación. Acero al carbono, acero al cromo, acero inoxidable, etc. 27

Accesorios Empaquetaduras Ú Accesorio utilizado para realizar sellados en juntas mecanizadas existentes en líneas de servicio o plantas en proceso. Ú Tipos Ú Empaquetadura flexitalica. Este tipo de Empaquetadura es de metal. Ú Anillos de acero. Son las que se usan con brida que tienen ranuras para el empalme con el anillo de acero Ú Empaquetadura de asbesto. Ú Empaquetaduras de goma. Ú Empaquetaduras grafitadas 28

Accesorios TAPONES Ú Son accesorios utilizados para bloquear o impedir el pase o salida de fluidos en un momento determinado. Mayormente son utilizados en líneas de diámetros menores. Ú Tipos Ú Según su forma de instalación pueden ser macho y hembra. Ú Características Ú Resistencia. Tienen una capacidad de resistencia de 150 libras hasta 9000 libras Ú Junta. La mayoría de las veces estos accesorios se instalan de forma enroscable, sin embargo por normas de seguridad muchas veces además de las roscas suelen soldarse. 29

Válvulas Ú Son accesorios que se utilizan para regular y controlar el fluido de una tubería. Ú Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Ú Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: – Cuerpo de la válvula: esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. – Actuador: llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico 30

Válvulas VÁLVULAS DE COMPUERTA Ú Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Ú Ventajas: Ú Presenta muy poca resistencia al flujo de fluido cuando esta en posición de apertura total. Ú Cierre hermético. Ú Bajo costo. Ú Desventajas: Ú Es adecuada generalmente para control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Ú Se requiere mucha fuerza para accionarla. Ú Aplicaciones: Ú Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire 31

Válvulas VÁLVULAS DE GLOBO Ú Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que cierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería. Ú Ventajas Ú Estrangulación eficiente, con Ú Ú Ú mínima erosión. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas. Control preciso de la circulación. Desventajas: Gran caída de presión. Costo relativo elevado 32

Válvulas VALVULÁS DE RETENCIÓN (CHECK) ÚLa válvula de retención esta destinada a impedir una inversión de la circulación. ÚLa circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra ÚHay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas de retención de columpio, 2) de elevación y 3) de mariposa. Ventajas ÚPuede estar por completo a la vista. ÚLa turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas. 33

Válvulas VÁLVULA DE BOLA Ú Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto. Ventajas Ú Bajo costo. Ú Alta capacidad. Ú Corte bidireccional. Ú Circulación en línea recta. Ú Pocas fugas. Ú Se limpia por si sola. Ú Poco mantenimiento. Ú No requiere lubricación. Ú Tamaño compacto. Ú Cierre hermético con baja torsión (par). 34

Válvulas VÁLVULAS DE DIAFRAGMA Ú Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación. Ú Ventajas Ú Bajo costo. Ú No tienen empaquetaduras. Ú No hay posibilidad de fugas por el vástago. Desventajas Ú Diafragma susceptible de desgaste. Ú Elevada torsión al cerrar con la tubería llena 35

Elementos de Control Ú Los elementos de control son equipos con los que se cuentan para poder medir y controlar el correcto funcionamiento de un sistema de tuberías, detectar una falla inmediatamente y poder corregirla a tiempo. REGULADOR DE PRESIÓN Ú Con estos reguladores podemos evitar sobrepresiones que pudieran romper tuberías, emisores etc. Normalmente regulan presiones entre 0, 2 y 8 kg/cm 2. 36

Elementos de Control Ú MEDIDORES DE CAUDAL O FLUJO Ú Medidores especiales. El medidor de flujo doble consta de dos manómetros que se montan en la parte posterior de un instrumento sencillo, siendo posible para ambos registrar sobre la misma grafica. Ú Consiste en un captador de caudal conectado a dos tubos de rango. Su propósito es contrarrestar la poca sensibilidad que presenta un captador de presión diferencial, en la parte baja de la escala de caudal. Ú Medidores de flujo de tipo reten. Miden la fuerza con que la corriente fluida choca contra una superficie interpuesta en su camino 37

FACILIDADES DE SUPERFICIE I CAPÍTULO IV “Datos Técnicos y Dibujo de Tuberías” 38

Códigos y normas aplicables a tuberías ü ASME – Normas más usados y publicados: ü ASME B 31 – Normas de Tuberías a Presión: Requerimientos mínimos para el diseño, materiales, fabricación, construcción, pruebas, e inspección para los sistemas de tuberías (B 31. 1, B 31. 3, B 31. 4, B 31. 5, B 31. 8, B 31. 9 y B 31. 11) ü ASME – Código Internacional para Calderas y Recipientes a Presión: Reglas de seguridad que controlan el diseño, fabricación, y la inspección de calderas y recipientes a presión. ü ü API - American Pipe Institute (API 5 L) NPS - National Pipe Standard ASA - American Standard Asociation ANSI, ASTM, DIN, ISO, JIS 39

NORMA API 5 L El American Petroleum Institute es la institución más influyente a nivel mundial en lo que respecta a normas de ingeniería para la construcción de oleoductos, siendo la especificación API 5 L (Especificaciones para Tubería de Línea) la aplicable para la fabricación de tuberías para transporte de petróleo, gas, así como derivados de hidrocarburos. Importancia de la norma Ú Nos da las especificaciones de cómo va hacer fabricada (tensión, material usado, tipos de costura, etc). De igual forma existen otras normas las cuales complementan para la fabricación y selección de la misma. 40

Elementos de un Sistema de Tuberías y su Simbología 41

Elementos de un Sistema de Tuberías y su Simbología 42

Elementos de un Sistema de Tuberías y su Simbología 43

Elementos de un Sistema de Tuberías y su Simbología 44

Elementos de un Sistema de Tuberías y su Simbología 45

Dibujo de Tuberías 3. 3. 1 Representación Gráfica: 3 tipos básicos: 1. Esquemática: Ú Finalidad: Indicar el proceso de flujo del servicio. Ú Muestran todos los equipos, máquinas y controles (válvulas, manómetros, termómetros, etc. ) que intervienen en el proceso; pero sin indicar los accesorios de montaje (codos, tees, bridas, etc. ). Ú Se dibujan sin escala. 46

Dibujo de Tuberías 1. Esquemática: 47

Dibujo de Tuberías 2. De montaje o Disposición: Ú Disposición real del sistema Número de vistas necesarias que definan el sistema por completo. Ú Válvulas y accesorios Símbolos a escala. Ú 2 métodos usados: a) Línea Simple: Dibuja la línea central de la tubería Línea gruesa y se van añadiendo componentes según su simbología. b) Doble Línea: En sistemas complicados donde hay gran cantidad de tuberías muy próximas unas a otras, y los espacios entre ellas son importantes 48

Dibujo de Tuberías Línea Simple Doble Línea 49

Dibujo de Tuberías Según la forma de proyección: a) Isométrico (Pictórico) b) Proyección Ortogonal c) Proyección Oblicua 50

Dibujo de Tuberías d) Dibujo Desarrollado: Girando algunos accesorios, las tuberías verticales se pueden rebatir sobre el plano horizontal, pudiéndose representar la instalación en un solo plano. 3. De Detalle: Son planos auxiliares de los de montaje y se usan básicamente para el prefabricado de tramos de tuberías. 51

Acotado Ú Se debe dar distancias de centro a centro, de extremo a extremo, o de centro a extremo de los accesorios o válvulas. Ú El diámetro nominal y el espesor de la pared de c/tubería pueden indicarse por una nota adyacente si es necesario. 52

Acotado Ú Por lo general se acostumbra crear una Lista de Materiales (BOM). 53

FACILIDADES DE SUPERFICIE I PREGUNTAS ¡GRACIAS! 54