Conformado y curvado en la fabricación de tuberías. FMEC0108

Por Jesús Martín Cruz

- Preparar máquinas y equipos de conformado y curvado de tuberías, cumpliendo las especificaciones técnicas exigibles, normas de calidad y de prevención de riesgos laborales y ambientales, relacionando el material (tubos, bridas, codos, entre otros) y los procesos de conformado y curvado con los equipos, herramientas y útiles empleados en la fabricación de diferentes tramos de tubería.
- Operar con equipos y medios de conformado y curvado empleados en la fabricación de tubería, cumpliendo las especificaciones técnicas y normas de prevención de riesgos laborales y ambientales.
- Ebook ajustado al certificado de profesionalidad de Fabricación y montaje de instalaciones de tubería industrial: UC1142_3, MF1142_3, UF0497

• Idioma: Español
• Editorial: IC Editorial
• Fecha de lanzamiento: 12 may 2017
• ISBN: 9788417086299

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Bibliografía

Capítulo 1

Comportamiento de los materiales empleados en la fabricación de tuberías

1. Introducción

En primer lugar, se puede decir que las tuberías se construyen en diversos materiales, en función de consideraciones técnicas y económicas. Lo más común es utilizar el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV), hierro fundido, acero, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, PVC o polietileno de alta densidad (PEAD), entre otros.

En este capítulo se van a estudiar los materiales aplicados al uso industrial, principalmente los que se utilizan en dos materias: la energía y la petroquímica.

Por un lado, en las tuberías relacionadas con el transporte de energía cabe decir que, en el transporte de vapor de alta energía, se emplea acero aleado con cromo y molibdeno. Cuando se quieran transportar grandes caudales de agua para refrigeración, por ejemplo, se recurre al poliéster reforzado con fibra de vidrio, hierro fundido dúctil para tuberías de no más de 2 metros de diámetro o acero al carbono. La tubería de acero al carbono se fabrica a partir de chapa doblada y soldada, lo que comúnmente se conoce como tubería con costura. Si se habla de producción de energía hidráulica, a este último tipo de tuberías se las denomina tuberías forzadas.

Por otro lado, en las tuberías relacionadas con la industria petroquímica, es importante resaltar que, dada la variedad de productos transportados, se encuentran materiales muy distintos para atender a las necesidades de corrosión, temperatura y presión. Cabe reseñar materiales como el PRFV, el monel o el inconel para productos muy corrosivos.

2. Especificaciones técnicas de los materiales empleados en la fabricación de tuberías

2.1. Especificaciones generales

En líneas generales, siempre existe un material idóneo que soporta, entre otras cosas, las propiedades de resistencia química bajo las condiciones de presión, temperatura y viscosidad del fluido conducido. Para hacer más fácil la elección de dicho material, existen tablas de resistencia química que aconsejan el material más recomendable para cada fluido. En ocasiones, el factor económico es un punto en contra a la hora de decantarse por dicho material idóneo. Para llegar a un punto de armonía, debe existir un compromiso entre el coste y la corrosión, erosión y contaminación de producto.

No se pueden dejar de lado las propiedades de este material en relación a los esfuerzos mecánicos que va a soportar y, además, debe resultar sencilla su soldadura y montaje.

Varios puntos de vista y parámetros pueden tenerse en cuenta a la hora de clasificar los materiales de las tuberías.

Ejemplo

El comportamiento químico y mecánico, la rugosidad, la dureza, la resistencia a la vibración y a la fatiga o, por último, la conductividad térmica.

La clasificación de los materiales empleados en la fabricación de tuberías industriales que se plantea es la siguiente:

Tuberías hechas con materiales ferrosos.

Tuberías hechas con materiales no ferrosos.

Tuberías hechas con materiales no metálicos.

2.2. Materiales ferrosos

Debido a que desde la Revolución Industrial los materiales ferrosos (hierro fundido, acero y sus aleaciones) han demostrado ser los que dan mejores resultados de resistencia química y mecánica respecto al coste económico, en la actualidad son los materiales mas usados en la fabricación de tuberías industriales.

El hierro es uno de los materiales más comunes, aunque es muy difícil encontrarlo en la naturaleza en su forma más pura. Suele encontrarse en la forma de óxidos minerales (Fe2O3 o Fe3O4), que se procesan para obtener el hierro y, como consecuencia, el acero. La diferencia entre ambos es la maleabilidad, el esfuerzo, la dureza y la ductilidad, cuyos valores son menores en el primero, que es menos costoso que el acero.

Nota

Existen distintos tipos de hierro: blanco, gris, maleable y dúctil.

El acero es una aleación de hierro con un 2,06% de su peso, como máximo, en carbono. El método más común para su fabricación es refinar el hierro por medio de la oxidación de las impurezas y del exceso de carbono, que tiene mayor afinidad con el oxígeno que con el hierro.

Tuberías de hierro fundido

Para obtener distintas propiedades en las tuberías, se utiliza la combinación del acero al carbón con otros elementos, como carbono, fósforo, silicio, manganeso, níquel, cromo, molibdeno, vanadio, boro, aluminio, sulfuro y cobre. Al aumentar el contenido de carbono en las aleaciones de hierro, se logran esfuerzos y durezas mayores, pero se sacrifica la ductilidad.

Nota

Un alto contenido de carbono hace que la tubería sea más difícil de soldar.

Los aceros al carbón se pueden clasificar en:

De bajo contenido en carbono: 0,05 a 0,25% de carbono.

De medio contenido en carbono: 0,25 a 0,50% de carbono.

De alto contenido en carbono: 0,50% o más de carbono.

Normalización

Se han desarrollado una serie de especificaciones para las variedades de tuberías y sus materiales, por parte de la ASTM (American Society for Testing Materials), la ASME (American Society of Mechanical Engineers) y el API (American Petroleum Institute).

Existen diferentes parámetros que ayudan a normalizar la clasificación de los materiales ferrosos:

NPS(Nominal Pipe Size): indica el diámetro nominal de la tubería.

AISI/SAE(American Iron & Steel Institute / Society of Automotive Engineers): usan un número de cuatro dígitos, en los cuales los dos primeros indican el elemento principal de aleación y los siguientes dos la concentración centesimal de carbono.

UNS(Unified Numbering System): debido a la globalización mundial, fue necesario llegar a un número de clasificación mundial.

ASME/ASTM(American Society of Mechanical Engineers / American Society for testing and materials): estudian sus propiedades mecánicas y las pruebas que se les deberán realizar.

Debido a los elementos que participan en la aleación, existe una gran variedad de tipos de acero, de ahí que en cada país y por parte de cada fabricante se han impuesto unas normas que regulan la composición y las características de los aceros:

En la actualidad, en España están regulados por la norma UNE-EN 10020:2001 y, con anterioridad, lo estaban por la norma UNE-36010, tanto una como otra editadas por AENOR.

Además, existen otras normas reguladoras del acero, tales como la clasificación de AISI (de hace 70 años, con un uso más amplio en el ámbito internacional), DIN, ASTM, o la ISO 3506.

Aplicación práctica

Suponiendo que trabaja como operario en un laboratorio de muestras de materiales, dado el siguiente código AISI, defina el elemento principal de aleación y la concentración en carbono. Código: AISI 1030.

SOLUCIÓN

1° Con ayuda de una tabla, se identifican las dos primeras cifras del código (10), indicándose que se trata de un acero base sin alear. AISI 1030.

2° Las dos últimas cifras (30) indican que el material contiene un 0,30% de carbono. AISI 1030.

Tuberías de acero inoxidable

Cabe hacer una mención especial al acero inoxidable, debido a lo extendido que está su uso. Como todos los tipos de acero, el acero inoxidable es un material simple.

Entre sus principales características se destacan las siguientes:

El acero inoxidable es un material sólido y no un revestimiento especial aplicado al acero común para darle características inoxidables.

Su composición química es variable, con un contenido en masa de C que oscila entre 0,03 y 1,20% y un mínimo del 12% de Cr.

Algunos tipos de acero inoxidable contienen otros elementos aleantes como Ni, Mo, Ti, Nb, V, W o Al, entre otros.

Un porcentaje de cromo igual o mayor al 12% (aunque lo usual es el 25%) dota al acero de inoxidabilidad y aumenta tanto la resistencia mecánica como la templabilidad.

En el caso del níquel, este aumenta la resistencia a la corrosión, ductilidad y tenacidad.

Nota

El cromo forma una película que protege al acero de la oxidación y la corrosión. Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas.

Sabía que...

Existen dos versiones que relatan el descubrimiento del acero inoxidable:

La primera se refiere al hallazgo en Francia, después de