Tuberías Tubo. Objeto cilíndrico, hueco y alargado que está abierto por sus dos extremos. 1 - El trabajo de los tubos. Los tubos se fabrican con: Soldadura que se construyen partiendo de bandas de chapa de acero y van soldados por contacto (a presión) o por otros procedimientos. Presentan una pequeña cresta en el interior y se emplean para trabajos de menor responsabilidad, tal como para conducir agua, barandillas, etc Sin soldadura, que se construyen partiendo de una barra perforada siendo empleados para conductos de altas presiones y trabajos de gran responsabilidad. 2 - Empalmes de los tubos. Como los tubos se fabrican con unas dimensiones determinadas, se unen entre sí por medio de racores, bridas o por soldadura. Empalme por racores. Se roscan los extremos de los tubos, siendo el sistema gas Whitworth B.S.P. el más empleado para roscar los tubos, la rosca se realiza con una terraja que tiene un sistema para centrar el tubo y puede roscar varios tubos de diferentes diámetros, por estar provista de tres juegos de peines de roscar que son intercambiables. En la fig. siguiente se han representado varios racores de los más usuales, siendo cónicas las roscas exteriores y cilíndricas las roscas interiores. NOTA: Existen también otros tipos especiales de roscas para tubos. Empalme por soldadura. Cuando el empalme de tubos se hace por soldadura, hay que hacer, una preparación correcta de los extremos de unión, evitando que las gotas de soldadura penetren en el interior. Siempre que se puedan girar los tubos, se posicionan horizontalmente, por ser ésta la postura más cómoda y se irán girando de modo que siempre soldemos en horizontal. Si no se pueden girar se adaptará el operario a la posición correspondiente teniendo en cuenta que se efectuará la operación, siempre que sea posible, en vertical ascendente, desde el punto más bajo, tal como ilustra la fig. 3. Los racores en forma de codos roscados se pueden sustituir por otros codos que se sueldan con los tubos correspondientes (fig.4) o curvando el tubo como en la fig. 5 Prof.: I. Escudero 1
En la unión de tubos con racores, las instrucciones de soldadura para enchufe y soldadura según norma ANSI B 16.11. son las determinadas en la figura siendo e= espesor nominal del tubo: La base del cordon será B mín = 1,09 e (nunca inferior a 3,2 mm) La garganta del cordón será 0,8xB Para evitar fisuras en la soldadura se recomienda apartar el tubo del fondo dejando una separación máxima de 1,5 mm. Empalme por bridas. Los tubos también se pueden unir por medio de bridas. Una brida lisa es una corona circular de acero, de un grueso determinado, que tiene generalmente cuatro agujeros o múltiplo de cuatro. En la brida lisa o deslizante, esta, se desliza sobre el diámetro exterior del tubo Los agujeros deben quedar simétricos respecto a los ejes vertical y horizontal según indica la figura sig. Entre éstas dos bridas se coloca una junta de estanqueidad, que, según el trabajo a que está destinada la tubería, puede ser de goma, amianto, plomo, cobre recocido, etc. La tabla siguiente nos muestra las características de las bridas normalizadas según los diferentes diámetros nominales. Bridas DIN 2576 presión 10 Kg/cm 2 Ø Nominal Ø Ext. Ø Int. Espesor Nº de Ø Circunf. Ø Agujeros agujeros agujeros 25 115 34.2 16 4 14 85 32 140 42.9 16 4 18 100 40 150 48.8 16 4 18 110 50 165 60.8 18 4 18 125 80 200 89.4 20 4 18 160 100 220 114.8 20 8 18 180 125 250 140.2 22 8 18 210 150 285 168.8 22 8 23 240 200 340 220.1 24 8 23 295 250 395 274 26 12 23 350 300 445 324.9 26 12 23 400 Prof.: I. Escudero 2
Representación de tuberías 1 - Perspectiva isométrica Para la representar las instalaciones de tuberías la perspectiva isométrica es una de las que con más sencillez representa dichas instalaciones y por su claridad resulta de gran utilidad. En el sistema isométrico no se reduce la escala para las profundidades, sino que en las tres dimensiones se emplea la misma escala. (Para la representación de las tuberías no se suele emplear la escala) En esta perspectiva, los cuerpos formados por verticales y horizontales se representan por verticales, las proyecciones de las trazas verticales; sin embargo, las proyecciones horizontales se representan por líneas que forman ángulos de 30º con respecto a la horizontal. En la fig. 15 se ha representado las principales direcciones y en las respectivas figuras 16 y 17 se dan las perspectivas isométricas de un cubo y un paralelepípedo. La representación de los círculos en las tres vistas, se realizan tal como se ilustra en la fig. 18, estando en este caso, inscritos en las caras de un cubo. La longitud del eje mayor de la elipse es igual a 1,23 por el lado del cubo y la longitud del eje menor es igual a 0,7 por el lado del cubo. Las normas a seguir, para representar un cuerpo en el sistema isométrico, es el siguiente. * Todas las rectas en el espacio se representan siempre como rectas. * Las paralelas siempre serán paralelas * Las líneas verticales de un cuerpo se representan verticalmente * Las líneas horizontales se representan inclinadas 30º con respecto a la horizontal En las figuras 19, 20 y 21 se ven las perspectivas de las tres vistas principales de un cilindro. En la figura 22 se da la perspectiva isométrica de la instalación de una tubería en un depósito. La representación diédrica de esta tubería es la representada en las figuras 23, 24 y 25. Para completar el conjunto de planos, una vez calculadas las longitudes de todos los elementos, se debe representar el despiece con detalle para su posterior fabricación y montaje. Para ello en las vistas del conjunto, ya sea en diédrico o en isométrico, se deben numerar los elementos y posteriormente utilizar una tabla ordenada de todos los elementos croquizados convenientemente. En el caso de elementos de unión, por ejemplo el tipo de brida, siempre viene especificada en el plano de construcción. La figura 26 representa un detalle de una de las bridas de la tubería, según norma DIN 2633, soldada al tubo Prof.: I. Escudero 3
Hoja de dibujo isométrico. En la hoja siguiente de dibujo (flg. 28) se ha representado la perspectiva isométrica; de la instalación de una tubería en un depósito. Los números colocados en cada tubo indican la marca y posición de cada uno de ellos. Los tubos marca 1,2 y 3 están situados por debajo de los tubos marca 4 y 5. Calculo En las figuras anterior tenemos determinadas las dimensiones de cada tramo de tubería sin tener en cuenta las curvas de los codos entre cada tramo. Para el cálculo de cada tramo recto que tenemos que fabricar debemos descontar lo que se conoce como avance que es la distancia entre el comienzo del codo y la intersección de los ejes de dichos tramos rectos. Los codos pueden ser prefabricados o bien debemos de curvarlos nosotros. En el primer caso nuestros cálculos se limitarán a los tramos rectos y en el segundo, debemos también calcular la longitud del tubo que forma el codo antes de curvarlo. Las figuras de la derecha representan el avance para dos codos de 90º y 45º siendo el cálculo del avance en ambos casos: El avance en el caso de utilizar codo de 90º se observa claramente que coincide con el radio de la curva medido, claro está, sobre la posición de la fibra neutra que en caso de los tubos coincide con el centro de los tubos. En el caso de un ángulo de codo de 45º como el representado en la figura se realizará el cálculo con la expresión: La demostración del cálculo del avance para cualquier ángulo y que nos sirve también como demostración del ángulo de 45º es la siguiente: Una vez calculado el ángulo entre los tubos, podemos saber el valor del ángulo del codo α ya que es su suplementario y según los triángulos representados en las figuras deducimos que: β=α/2 Prof.: I. Escudero 4
y 1 - Calculo de las longitudes de las curvas En caso de no utilizar codos prefabricados y para determinar la longitud total de un tubo antes de curvarlo se añaden a las longitudes rectas las longitudes de las curvas, hallándose éstas últimas, según las reglas que a continuación se exponen: 1 a regla. Para hallar la longitud total del tubo necesario para formar un codo de 90 º (Fig.6), de radio igual a 300 mm. y cuyas longitudes rectas extremas miden 150 y 200 mm. respectivamente, se considera la longitud total, como la suma de las longitudes rectas más la cuarta parte de la longitud total de una circunferencia de radio igual al del arco que forma la fibra neutra del tubo y que se considera a la mitad del tubo. 2 Q regla. La longitud total del tubo necesario para formar una curva de 180º, de radio igual a 500 mm. (fíg.7), cuyos extremos rectos miden 270 mm., se halla sumando las longitudes rectas más la mitad de la longitud total de una circunferencia de radio igual al del arco que forma la fibra neutra del tubo y que se considera a la mitad del tubo. 3ª regla. (fig. 8) Cuando las curvas de la tubería están formadas por ángulos distintos a 90º y 180 º longitud total es la suma de las longitudes rectas más la longitud total de una circunferencia de radio igual al del arco que forma la fibra neutra del tubo multiplicada por el cociente de dividir el ángulo a construir por 360º. 2 - Radio mínimo de curvatura En algunos casos es necesario hacer el radio de curvatura lo más pequeño posible, sin causar deformación en el tubo; en otros trabajos, en cambio, el radio puede ser relativamente grande, como por ejemplo, en los tubos que se curvan para proporcionar un medio de compensación a la dilatación y contracción en una tubería general (juntas de dilatación). Conociendo el método de trabajo, el diámetro del tubo y el material depende del espesor de las paredes del tubo para curvar un codo o un radio mínimo de seguridad. Como norma general, para tubería de tipo corriente, se puede curvar como radio mínimo igual a tres o cuatro veces el diámetro interior del tubo. Este radio puede variar según el dispositivo o máquina que se emplee para curvar. Las tuberías extrarresistentes se pueden curvar con radios iguales a dos veces el diámetro interior del tubo para tamaños pequeños y tres veces el diámetro para tamaños grandes. (Existen máquinas que curvan incluso con un radio igual al diámetro del tubo). 3 - Curvado de los tubos Al curvar un tubo la parte interior de la curvatura sufre una compresión con acortamiento de fibras y la parte exterior una extensión con alargamiento; debido al resultado de estas dos fuerzas desiguales, el tubo tiende a Prof.: I. Escudero 5
ovalarse, aconsejando la práctica al sostener o apoyar las paredes interiores del tubo con algún soporte durante el proceso de curvado. Este soporte puede consistir en un material de relleno o un apoyo provisional colocado en el interior del tubo, y también puede ser externo, empleando un mecanismo de curvado provisto de útiles que previenen el aplastamiento del tubo al ser curvado. El mecanismo para curvar tubos puede consistir simplemente, en un sencillo aparato de accionamiento manual o en una máquina para curvar de accionamiento motriz. Cualquiera que sea el método de trabajo, siempre se sitúa la soldadura del tubo en la línea neutra que no está sometida a ninguna deformación (fig.9) En caso de que el curvado se realice calentando el tubo con el soplete, es decir, solamente resultado de la compresión, la línea de soldadura del tubo debe quedar en la parte exterior de la curva (fig. 10) de modo que el curvado es principalmente resultado de la compresión, la línea de soldadura del tubo debe quedar en la parte exterior de la curva. (Este método se emplea para curvar a mano sin material de relleno) Curvado a mano 1 -Curvado a mano en vacio y en frió Solamente se pueden curvar en vacío y en frío los tubos pequeños. Estos se sujetan entre dos topes en forma de varillas que se colocan en un mármol con agujero (fig. 11). Si las paredes del tubo son muy delgadas, se sustituyen los topes de varilla por otros de mayor diámetro para evitar que se marque un tubo 2 - Curvado a mano en vacio y en caliente Se marca en el tubo la longitud de la curva y se calienta la parte interior de ésta por medio de un soplete. (La costura de soldadura se coloca en la parte exterior de la curva). La sujeción del tubo se realiza como en el caso anterior, teniendo en cuenta de no apoyar en los topes la zona caliente ya que marcaría el tubo. Cuando el tubo tienda a curvarse con exceso en algún punto, se enfría con agua inmediatamente de aparecer este defecto, ya que, en caso contrario, el tubo se va acodando cada vez más en dicho punto a causa del aplazamiento que disminuye su resistencia. El enfriamiento con agua también se emplea para limitar la longitud de calentamiento de la curva Todos los defectos o arrugas que aparecen en el codo se corrigen calentando en esos lugares y golpeándolas con un martillo adecuado. Si el codo después de curvado no está en un mismo plano, se calienta en una longitud grande y se hace que se apoye bien en el mármol por medio de una madera que es golpeada (fig. 12) 3- Curvado a mano con arena Cuando se quiera curvar tubos de diámetros medianos y grandes, y en especial cuando las paredes son pequeñas, se rellenan con arena bien seca. Uno de los extremos del tubo se tapa con una chapa soldada. Después se coloca en posición vertical y se llena con arena seca. La arena ha de atacarse cuidadosamente en el interior del tubo para que lo llene por completo y luego se tapa el otro extremo por medio de un tapón de madera. Para asentar bien la arena, se golpea el tubo con dos varillas de hierro redondo o con un martillo neumático comenzando siempre por la parte baja. El calentamiento se hace en una longitud grande y, si es posible, en toda la longitud del codo. Se suele calentar en fraguas de forja, aunque los mejores resultados los dan los hornos de gas o de coque para diámetros grandes. Una vez calentada la zona a curvar, se rocía con agua la superficie exterior para que se comprima la pared interior; esta comprensión hace que se reduzca el volumen del tubo prensando así la arena, dejándola como un apoyo firme. Este ligero enfriamiento se realiza en el mismo momento que se comienza el curvado. Prof.: I. Escudero 6
La zona caliente no es necesario que se apoye en los topes, ya que marcarían el tubo. En el momento que aparezca alguna arruga o bolsa se hace desaparecer empleando el soplete para calentar en casos necesarios. 4 - Otros materiales de relleno Algunas veces se emplean otros materiales de relleno, tales como el alquitrán, el plomo o la resina. El alquitrán y el plomo se utilizan para tubos pequeños de acero y la resina para tubos de latón, cobre y aluminio. Curvado a máquina 1. Máquinas para el curvado Los tubos de pequeña sección se curvan con el empleo de máquinas accionadas a mano, las cuales están formadas de manera que la fuerza necesaria para curvar un tubo se obtiene por la acción directa de una palanca de mano, provista de una horma para dar la forma de la curva. Los tubos de grandes dimensiones se curvan con máquinas accionadas mecánicamente. Siempre que se curven tubos soldados, se colocará la soldadura en el eje neutro para evitar roturas o abombamientos. 2. Máquina de curvar por presión El rodillo curvador B, que tiene huella exacta del tubo, está gobernada por una bomba de aceite (fig. 13), la cual funciona al accionar la palanca en el sentido de las flechas, según la sección N-N, saliendo el émbolo que presiona al tubo en la dirección de la flecha (Sección M-N) El tubo reposa sobre dos rodillos A de Apoyo que están sujetos a las dos llantas agujereadas (en la parte inferior se ha representado uno de los rodillos de apoyo). Para cada diámetro existe un rodillo curvador con un radio igual a tres o cuatro veces aproximadamente el radio exterior del tubo. Los rodillos de apoyo pueden servir los mismos para los diferentes diámetros de los tubos, aunque la curva es de más garantía si se emplean rodillos con la huella exacta de cada tubo La distancia L de los rodillos varía según los diámetros de los tubos a curvar, introduciendo los ejes de los rodillos en los agujeros correspondientes de las llantas barrenadas. 3. Maquina de curvar por rotación Una de las máquinas más sencillas para curvar tubos es la expuesta en la fig. 14 El tubo a curvar se sujeta con la abrazadera A y se encorva alrededor del rodillo fijo B, al rodar sobre éste el rodillo móvil C. Los rodillos B y C llevan una garganta de forma semicircunferencial, de diseño igual al tubo. El rodillo móvil es gobernado manualmente por la acción directa de la palanca D, en éste caso, aunque también puede ser accionado mecánicamente. Prof.: I. Escudero 7
6'9 9'3 12' 15'7 20'9 26'6 35 40'9 52'4 68'78 80'8 93'5 105'6 118 130'4 155'4 180'5 204 228'5 254 10'3 13'7 17'1 21'3 26'7 33'4 42'2 48'3 60'3 76'1 88'9 101'6 114'3 127 139'7 165'1 191 216 241 267 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/2 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 4 1/2 5 6 7 8 9 10 Centro Integrado de Formación 4. 3 - Diámetros de tubos mas corrientes Ø nominal pulgadas (") Ø exterior (mm) Ø interior (mm) 5. NOTA: Existen varios espesores para cada nominal de tubos generalmente el exterior de los tubos no varía con los espesores 6. Codos comerciales Existen, de acuerdo a la normativa DIN (2605 y 2606), codos comerciales en 90º y 180º, de acero sin soldadura para soldar a tope a la tubería como los que se han representado en la figura. La Norma DIN establece tres tipos de codos con dos radios de curvatura que denomina Norma 3 (DIN 2605) y Norma 5 (DIN 2606). 1. DIN 2605 Hamburguesa = N-3 D 2. DIN 2606 Hamburguesa = N-5 D.-Radio medio del eje, igual a 27 veces el diámetro interior de la tubería, (aproximadamente) La tabla siguiente nos determina todas las características de estos elementos y es muy útil para el cálculo de tuberías: Prof.: I. Escudero 8
Ejercicios Nº 1 Calcular las dimensiones de los elementos de la instalación de la tubería de Ǿ=2 de la figura sabiendo que los codos son Norma 3 (DIN 2605) y que según la tabla tienen un radio de 76mm. Prof.: I. Escudero 9
Ángulo 1-3: Ángulo 3-5: Longitud tubo nº 1: Longitud tubo nº 3: Longitud tubo nº 5: Nº 1 Calcular las dimensiones de los elementos de la instalación de la tubería de Ǿ=2 de la figura sabiendo que los codos son Norma 5 (DIN 2606) y que según la tabla tienen un radio de 135mm. 1081,6 Prof.: I. Escudero 10
Prof.: I. Escudero 11