Tubing para Instrumentación de Procesos.

Definiciones:

ANSI: American National  Standards Institute instituto nacional de normas estadounidenses es una organización sin ánimo de lucro que supervisa las normas para productos, servicios, procesos y sistemas en los estados unidos la ANSI es miembro de organismos de estándares internacionales como la ISO (Organización internacional para la estandarización) y la IEC (International electrotechnical commission)  la organización también coordina estándares para que los productos fabricados bajo dicho organismo puedan comercializarse en todo el mundo.

DIN: Deutsches Institut fur Normung (Instituto alemán de normalización) El DIN representa los intereses Alemanes en las organizaciones internacionales de normalización (ISO, IEC).

Tubo: Conductor cerrado destinado principalmente al trasporte de fluidos.

Conducto forzado: Sin superficies libres (El fluido hace contacto con el total del área de sección trasversal).

Tubulación: Conjunto de tubos y sus diversos accesorios, las tubulaciónes representan entre el 50% y el 70% del valor de todos los equipamientos de la industria de procesos y de un 15% a un 20% del valor del costo total de la instalación.

Tubo flexible: Conductor flexible (mangueras).

Trefilado (Cold Drawing): Se fracciona fuertemente el tubo empujándolo por una extremidad y obligándolo a pasar por una matriz calibrada que reduce ligeramente el diámetro externo.

No es un proceso de fabricación como tal sino un proceso de acabado del tubo ya fabricado. Este proceso mejora las tolerancias dimensionales, el acabado superficial, aumento de resistencia y dureza.

Para protección contra la corrosión existen tres procesos ampliamente usados que son: Fosfatizado, zincado electrolítico y bicromatizado entre otros.

Tubos de acero al carbón: Presentan un bajo costo facilidad de soldar, buenas cualidades mecánicas sin embargo es un material de uso general no se usa a menos que una circunstancia lo prohíba. Usado en tuberías superiores a 2” no es el más adecuado para tubería de precisión para altas presiones presenta una pared demasiado gruesa y la corrosión es muy común. Los diámetros comerciales están en un rango (1/8” hasta 36”) y están normalizados por ANSI y DIN.

De 1/8” hasta 12” El diámetro no corresponde a ninguna dimensión física del tubo sino que deben regirse por tablas de dichas normas para verificar cual es el diámetro real físico.

De 14” hasta 36” El diámetro nominal coincide con el diámetro exterior del tubo. 

Schedule: (Espesor de pared): Para cada diámetro nominal se fabrican tubos con diferentes espesores de pared en dichos casos el diámetro exterior permanece constante.

Flujo: Es un volumen de fluido que pasa a través de la sección del tubo en un determinado tiempo.

Resistencia a la tracción: Es la resistencia máxima de un material sometido a un esfuerzo interno por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentidos opuestos y tienden a estirarlo.

Elongación: Alargamiento de una pieza sometida a tracción antes de romperse.

Longitud del tubo: La longitud comercial estándar de los tubos es de 6 metros.

Presión nominal: Debe ser referida a la tracción del material en proporción de 1:4.

Perdidas de carga en una tubería: Son las pérdidas de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre si y contra las paredes internas del tubo que las contienen estas pedidas además pueden ser causadas por estrechamientos o expansión de la tubería, válvulas, accesorios, fluido turbulento o en transición, cambios de dirección del fluido etc.

*  Son los procesos más usados en la actualidad.

Elección de Material.

Para la elección del material del tubing se debe tener en cuenta las siguientes variables:

·        Presión.

·        Temperatura de trabajo.

·        Corrosión.

·        Contaminación.

·        Costo.

·        Seguridad.

·        Sobre cargas externas.

·        Resistencia a las pérdidas de carga.

Criterios de Diseño para el Lay Out de la Tubulacion.

·        Economía.

·        Se debe usar fittings, pipes, tubing fabricados bajo una única norma con la finalidad de estandarizar materiales de construcción y repuestos.

·        Definir tipo de conexión entre norma (JIC o DIN 2353)

·        Bajo tiempo de instalación.

·        Buenos resultados.

·        Utilizar el mínimo de fiting.

·        Reducir al mínimo las curvas.

·        Dejar los accesos al equipo libre.

·        No trazar líneas que queden en contacto con partes móviles o con altas vibraciones o altas temperaturas.

·        Identificara claramente las terminales de inicio y final del circuito.

·        Evitar puntos de interferencia y obstrucción.

·        Seguir los contornos de la máquina.

·        Prever condiciones adecuadas de mantenimiento, montaje y desmontaje.

·        Mantener un agrupamiento y apariencia estética de las líneas.

·        Simplicidad y eficiencia en la soportaría.

·        Economizar espacio.

·        El Lay Out debe contemplar el movimiento de la máquina y de los trabajadores.

·        Soportaría en puntos de altas vibraciones.

·        Soportaría en puntos cercanos a los fitings.

·        Líneas cortas hasta 300 mm no requieren soportes.

·        Punto obligado de soportes en las líneas que conectan a válvulas para evitar que las vibraciones se transmitan a los hilos de las roscas externas e internas de las válvulas y de esta manera evitar que las vibraciones con el tiempo dañen o aflojen las conexiones internas y externas de la válvula.

·        Punto obligado de soportes entre las conexiones entre un tubo y un punto flexible.  

·        Punto obligado de soportes en las curvas ya que normalmente a la salida de las curvas se genera un flujo turbulento lo que provoca vibraciones.

·        Se aconsejan las siguientes distancias entre soportes:

·        No se debe hacer ninguna tubulación sin previamente estudiar el Lay Out  (Orientación, encaminamiento, dimensiones, cantidades, fitings.)

Otras Normas y Criterios Aplicables.

ISA RP42.1.  Estandariza la forma como se deben nombrar y dibujar los accesorios de tubería para la instrumentación de procesos. Si el accesorio de tubería no está cubierto por esta norma se debe especificar según catálogo del proveedor y dejar la referencia de donde se adquiere la información.

ANSI B.36.10. Define la presión, temperatura, Schedule de la tubería, peso del tubo entre otra información.

DIN 2353 trata de definir y estandarizar los fitting para realizar tubulaciones.

Las conexiones a proceso de las líneas no deben tener un ANSI menor  que el de la línea donde se realiza la conexión. Por lo tanto deben estar diseñadas para soportar una presión y temperatura igual o superior a la de la línea principal  ver Tabla de Presiones v/s Temperaturas: Para flanches (Bridas) y fittings de Acero de acuerdo con estándar ANSI B16.5-1988.

Maximum Allowable non-shock Pressure (psig)
Temperature (oF)	Pressure Class (lb.)
	150	300	400	600	900	1500	2500
	Hydrostatic Test Pressure (psig)
	450	1125	1500	2225	3350	5575	9275
-20 to 100	285	740	990	1480	2220	3705	6170
200	260	675	900	1350	2025	3375	5625
300	230	655	875	1315	1970	3280	5470
400	200	635	845	1270	1900	3170	5280
500	170	600	800	1200	1795	2995	4990
600	140	550	730	1095	1640	2735	4560
650	125	535	715	1075	1610	2685	4475
700	110	535	710	1065	1600	2665	4440
750	95	505	670	1010	1510	2520	4200
800	80	410	550	825	1235	2060	3430
850	65	270	355	535	805	1340	2230
900	50	170	230	345	515	860	1430
950	35	105	140	205	310	515	860
1000	20	50	70	105	155	260	430

Para tubería de precisión como es el caso del tubing que conecta la facilidad al proceso se recomienda tubería sin costura (seamless pipe) con proceso de trefilado (cold drawing).

Se recomienda tubing en SS 316 L para evitar corrosión, contaminación y posibles daños a los elementos sensores de los transmisores de presión.

Se recomienda que todos los pernos, fittings para el montaje de los transmisores de presión sean en SS 316L para evitar par galvánico y deterioro en las conexiones a causa de la oxidación.

Preparación del Tubo para su Montaje.

·        Trabajar con los componentes dentro de determinada norma o especificaciones para obtener buenos resultados de instalación.

·        Asegurar que el tubo este limpio, libre de corrosión, limpieza de rebabas, tanto internas como externas.

·        Hacer los cortes requeridos a escuadra (se recomienda hacer los cortes con segueta y prensa ya que el cortatubo deja un bisel en el borde del corte) siempre verificar los cortes.

·        El largo mínimo del tubo antes de la curva debe ser 2 veces la altura de la tuerca del fiting.

Ubicación de Conexiones a Proceso.

Para aplicaciones con gases las conexiones a proceso se deben ubicarse en la parte superior de la tubería de proceso.

Para aplicaciones con líquidos, las conexiones a proceso se deben ubicarse lateralmente sobre la línea de proceso.

Nunca deben ubicarse la conexiona a proceso en la parte inferior de la línea proceso.

Productos líquidos:

IEC 61518. El instrumento se debe montar por debajo del punto de medición. De este modo se evitan errores de medición provocados por burbujas de aire. Las tuberías de conexión deben llenarse y purgarse antes de la puesta en marcha. Después, se procede a la corrección de offset de la columna de líquido hidrostático. Todas las líneas de conexión a proceso del instrumento deben estar en pendiente descendiente hacia el instrumento.

Productos gaseosos:

IEC 61518. En gases y vapores se monta el transmisor de presión por encima del punto de medición. De este modo, el producto condensado vuelve al proceso,  Todas las líneas de conexión a proceso del instrumento deben estar en pendiente descendente hacia el proceso.

En caso de existir vibraciones en la línea principal el instrumento no se debe montar directamente sobre la línea principal. El instrumento debe ser montado de manera remota e interconectado con la línea principal a través de tubing o preferiblemente capilar debidamente soportado tanto el capilar como el tubing, dichos soporte no se debe sujetar a la fuente de vibración.

Los instrumentos que deben instalarse en sitios con pulsaciones ó cambios súbitos de presión como en bombas reciprocantes y compresores), deben ser equipados con amortiguadores de pulsación para evitar daños en el instrumento. Válvulas de aguja, pines flotantes o elementos de metal poroso son utilizadas a menudo para este propósito.

Cuando un instrumento de presión esté localizado lejos de la válvula de aislamiento primaria de tal forma que ésta quede fuera del alcance del operador desde la misma plataforma de donde se acceda al instrumento, entonces se deberá instalar una segunda válvula de aislamiento (Manifold) en la tubería cerca al instrumento.

Se recomienda que los accesorios de conexión a proceso que requieran un rating superior a ANSI 150# sean soldados y que las uniones entre tubos sean bridadas con una ANSI igual o superior a la línea principal.

En aplicaciones en las cuales se trabaje con fluidos con partículas sólidas en suspensión, tóxicos, de alta viscosidad o a temperaturas elevadas, deben utilizarse sellos tipo diafragma para aislar el fluido de del instrumento sin que esto genere una mala medición.

Se deben instalar sifones (pigtail condensate seals) en aplicaciones de vapor o gases condensables calientes cuando el instrumento se instala por encima de la conexión a proceso. Este elemento protege el instrumento de daños y errores en la medida causados por excesos de temperatura.

La instalación debe ser construida para proteger el instrumento de la temperatura ambiente y la del proceso.

La línea de impulso debe ser construida con una longitud suficiente para elevar o disminuir la temperatura del fluido de proceso en el transmisor.

Instalar un sistema de purga al transmisor. Al utilizar un sistema de purga, este debe instalarse con una tubería de un diámetro recomendable para minimizar los efectos de fricción.

Transmisores de gran tamaño o pesados deben tener soportes adicionales diferentes a la conexión a proceso.

Se debe delimitar claramente en el típico de montaje la las responsabilidades del área mecánica y el área de instrumentación, para lo cual se recomienda que el área mecánica monte la facilidad de conexión de proceso con su respectiva válvula de bloqueo.

Se debe hacer una descripción en el típico de montaje que incluya la especificación y descripción de los accesorios requeridos para el montaje del mismo.

El típico debe contar con una casilla para el nombre de quien elaboro, diseño, aprobó  cada uno con sus respectivas fechas.

Se recomienda que todo transmisor de presión sea montado con su manifol de 2 válvulas con drenaje el cual se recomienda que sea suministrado por el proveedor del instrumento.

Se recomienda que todos los pernos, bridas, válvulas, accesorios de montaje, tubing y demás sean en acero inoxidable SS-316 para minimizar daños y contaminación por corrosión.

Debe existir un típico de montaje para el soporte del instrumento que especifique medidas y  material

Debe existir un típico de conexión eléctrica para el instrumento que incluya la especificación y descripción de los accesorios requeridos para el montaje.

El típico de montaje debe contar con un título, nombre del proyecto revisión.

Se debe acatar y seguir cuidadosamente las recomendaciones de los fabricantes de los equipos suministrados, en lo que respecta a los requisitos de instalación requerimientos especiales, etc., para garantizar el correcto y óptimo desempeño y operación de los mismos.

Los drenajes y líneas de drenaje y venteo  deben estar ubicados o direccionados de tal manera que no presenten un peligro para el operador o el medio ambiente.

Los tubos capilares de los sellos de diafragma remotos deberán soportarse en bandejas. El exceso de capilar deberá enrollarse. Se soldará al pedestal del soporte una platina de metal, cuadrada de 12" de lado, con huecos para asegurar el exceso de capilar enrollado. Los sellos de diafragma y capilares asociados no deberán pasar cerca de fuentes de calor o vibración excesiva.

Los tipos, dimensiones, diámetros y rating, de las conexiones de los instrumentos, válvulas y demás accesorios para su montaje serán los definidos en:

·        ASME B16.5 para todas las conexiones bridadas.

·        ASME B1.20.1 (rosca tipo NPT) para todas las conexiones roscadas.

En general, se debe utilizará tubing de acero inoxidable 316 para la conexión a proceso de los instrumentos. El tubing será de 1/2" de diámetro externo y los "accesorios" y válvulas de compresión asociados deberán ser de acero inoxidable 316 y de tipo doble ferrule. El tubing para conexión a proceso tendrá un espesor de pared no menor de 0.049".

Algunas marcas aceptadas:

Tubing & fitings (SWAGELOK, HOKE, HAM LET, HI-LOK, HOPE).

Manifold (AND ER SON GREEN WOOD, WHITEY, HAM LET, HY LOK, HOPE, SWAGELOK)

HOSE (SWAGELOK, PFA, GATES)

En el típico de montaje se debe tener en cuenta las Válvulas de drenajes para instrumentación según la norma API RP 551.

En el doblado del tubing se debe respetar el radio de curvatura establecido por el fabricante. Este radio de curvatura depende del espesor de pared y el grado de dureza del tubo.

La curvatura ideal es donde no hay achatamiento del tubo por lo general el achatamiento se genera por no usar un dobla tubo adecuado o por no respetar el radio de curvatura máximo estipulado por el fabricante.

Imperfección en el Curvamiento.

Curvas con achatamiento (Utilización de roldanas con radios inadecuados, tubos con pared muy delgada, curva con radios de curvaturas muy pequeños y fuera de especificaciones).

Curvas con achatamiento y torceduras (Encogimiento del tubing en el proceso de curvado, el tubo no está bien fijado en el dispositivo de curvar)

Curva arrugada (Tubo con pared muy delgada, Roldana de radio inadecuado, Soporte de fijación inadecuado)

Ruptura de tubo al efectuar curva (el tubo no está debidamente soportado, Doblar el tubo con un radio menor al especificado)

http://www.hidrotal.com/entren/tub3.HTM

http://www.vega.com/es/Innovaci%C3%B3n_VEGADIF_Aplicaciones.htm