Los principios básicos de la física y la termodinámica dictan que la temperatura superficial de un sistema de tuberías industriales, cuando se instala en condiciones de temperatura ambiente, cambiará de acuerdo con su objetivo cuando entre en operación. Esto es especialmente cierto si el sistema de tuberías se instala durante una temporada y entra en servicio en otra.
Las instalaciones industriales exteriores y los sistemas de tuberías en ellas siempre están sujetas a los cambios de temperatura que se registran durante el día y a las variaciones de los cambios de estación.
Tales variaciones en la temperatura provocan dilatación y contracción térmica, lo que puede causar deformación de las tuberías de algunos materiales. En este artículo explicamos otras causas de esta deformación.
¿Cómo evitar la deformación y falla por rotura de las tuberías industriales?
Para evitar deformaciones no deseadas, es esencial llevar a cabo acciones puntuales que incluyen:
- Realizar un diseño adecuado del sistema para evitar curvas cerradas y cambios de dirección muy pronunciados.
- Seleccionar los materiales apropiados, de acuerdo con los conocimientos de la resistencia química del compuesto elegido.
- Instalar soportes adecuados para la correcta distribución del peso de las tuberías y las sustancias que sean transportadas.
- Realizar un mantenimiento regular de acuerdo con las actividades y supervisar las condiciones de operación.
- Cumplir con las normas y estándares de seguridad y calidad en la industria.
¿Por qué se deforman las tuberías de sistemas industriales?
Existen distintas causas que provocan la deformación de tuberías industriales:
● Expansión térmica
Las variaciones en la temperatura ambiental pueden causar que las tuberías se expandan y contraigan, como en los casos antes expuestos.
Cuando una tubería está restringida y no puede expandirse libremente, la presión puede provocar abultamientos o contracciones. Para abordar esto, se utilizan juntas de expansión y otros dispositivos de compensación térmica.
En el caso de la expansión térmica, incluso la energía solar puede aumentar la temperatura de la superficie de las tuberías y las estructuras de soporte. Este calor causa la dilatación.
Por eso, si una línea de tubería está restringida de extremo a extremo y el cambio de temperatura es lo suficientemente grande, la expansión o contracción lineal de la tubería exige medidas para mitigar este efecto, incluido el uso de loops de expansión, desplazamientos y cambios de dirección en el diseño para evitar tensiones excesivas.
Curvas y desviaciones para loops de expansión en sistemas de tuberías
● Presión interna
Un aumento repentino en la presión interna de una tubería debido a un aumento en el flujo o a una obstrucción puede causar deformaciones si el material no está diseñado para manejar la magnitud de presión requerida. Esto puede llevar a abultamientos o incluso al colapso de la tubería por rotura.
● Impactos mecánicos
Golpes o impactos externos en la tubería pueden causar deformaciones, algo particularmente común en entornos industriales donde puede haber maquinaria pesada o actividades de construcción cercanas a las instalaciones de tuberías.
● Vibraciones
Las vibraciones frecuentes o intensas pueden llevar a la fatiga del material y, con el tiempo, a la deformación. Esta causa de deformaciones es relevante en sistemas de tuberías que transportan líquidos a alta velocidad.
● Apoyo inadecuado
Cuando falta un soporte adecuado para sostener una tubería, esta puede deformarse por el peso o debido a las vibraciones.
Los sistemas de soporte deben estar diseñados y ubicados de manera adecuada para que las tuberías no pierdan su forma.
● Materiales inadecuados
El uso de materiales que no sean los apropiados para las condiciones de operación puede provocar la deformación de los tubos industriales. Algunos materiales son más susceptibles a la deformación térmica o química que otros, de acuerdo con su resistencia a las sustancias que transportan.
● Corrosión
Los efectos de la corrosión pueden debilitar la integridad de las tuberías fabricadas con materiales metálicos y hacerlas propensas a deformaciones y fugas. Es importante hacer inspecciones regulares y mantenimiento constante para prevenir estos efectos.
● Instalación incorrecta
Una instalación en la que se incluyan curvas muy cerradas o soldaduras defectuosas puede crear puntos débiles en la tubería y hacerla propensa a deformaciones.
● Reacciones químicas
En entornos donde se transportan productos químicos agresivos, las reacciones químicas pueden debilitar el material de las tuberías y provocar deformaciones.
Para evitar lo anterior, es clave conocer la resistencia química del material a las sustancias que serán utilizadas en la operación industrial específica.
● Presión cíclica
Los ciclos repetitivos de presión en una tubería pueden provocar fatiga del material y, como consecuencia, su deformación. Se trata de un escenario recurrente en algunas aplicaciones industriales.
Esto puede apreciarse en:
- Industria química
- Refinerías de petróleo
- Plantas de generación de energía
- Industrias de alimentos
- Industrias farmacéuticas
- Manufactura
- Plantas de procesamiento de aluminio
El diseño, un aspecto clave para aumentar la vida útil de las tuberías industriales
Un principio que no siempre recibe la atención que debería es la prevención de la deformación de tuberías.
Independientemente del material seleccionado, una disposición de tuberías industriales que crea tensiones innecesarias en las juntas o cargas puntuales excesivas que se acercan a un punto límite para el funcionamiento correcto del sistema, debe evitarse.
La deformación de las tuberías industriales generalmente se debe a una combinación de causas que incluye aumentos de temperatura, espacio inadecuado entre los soportes, métodos de soporte que permiten demasiado o muy poco movimiento de las tuberías y, en determinados casos, la falta de loops de expansión, cambios de dirección y desviaciones, mencionadas con anterioridad.
Es indispensable contar con un sistema de soportes que permita la distribución uniforme del peso de las tuberías y de las válvulas, los accesorios, el aislamiento y las sustancias transportadas. Los ingenieros deben considerar el estrés de trabajo del sistema y cómo se alarga o comprime el material cuando se le aplica una fuerza externa, un valor definido por el módulo de elasticidad (el indicador de cuánta fuerza se puede aplicar sobre un material antes de que pierda la capacidad de regresar a su estado original).
Como material termoplástico confiable para tuberías industriales, el módulo de elasticidad del CPVC es relativamente bajo en comparación con el de las tuberías de metal, lo que significa que tiene la flexibilidad para absorber impactos y, hasta cierto punto, recuperar su forma original sin ningún daño estructural.
El valor del módulo de elasticidad y de la tensión de trabajo (la tensión máxima a la que un material puede ser sometido mientras está en uso) son indicadores valiosos para determinar la deflexión a la que puede ser sometido Corzan® CPVC que hemos tratado con anterioridad.
Módulo de elasticidad y tensión de trabajo de Corzan® CPVC a diferentes temperaturas
| Temperatura (°F - °C) | Módulo de elasticidad (psi) | Tensión de trabajo (psi) |
| 73°F – 22.77°C | 369,000 | 2,000 |
| 90°F – 32.22°C | 351,000 | 1,800 |
| 100°F – 37.77°C | 307,000 | 1,500 |
| 120°F – 48.88°C | 298,000 | 1,300 |
| 140°F – 60°C | 240,000 | 1,000 |
| 160°F – 71.11°C | 196,000 | 750 |
| 180°F – 82.2°C | 170,000 | 500 |
Impacto de la tensión térmica en CPVC vs. Acero
El coeficiente de expansión térmica del acero es cinco veces menor que el del CPVC, por lo que el cambio en sus dimensiones como consecuencia de la expansión térmica será cinco veces menor.
Sin embargo, las presiones que provoca la expansión térmica en los sistemas de tuberías también dependen del módulo de elasticidad del material, que en el acero es mucho mayor. Como consecuencia, la presión que el acero debe resistir es mucho más alta, debido a su poca flexibilidad.
La naturaleza relativamente más flexible del CPVC le permite absorber el exceso de la presión mediante una deformación leve o serpenteo de la línea si es necesario.
Como las tuberías de acero son demasiado rígidas para deformarse, el exceso de presión a menudo se transfiere a las estructuras circundantes, lo que lleva a daños en los soportes, anclajes o, incluso, las paredes.
Importancia de la comunicación entre equipos de diseño y operaciones
Reconociendo que especificar un material de tuberías con cierta cantidad de flexibilidad natural, como Corzan® CPVC, puede ayudar a absorber la presión excesiva mediante la deflexión del compuesto, hay que considerar que cada sistema de tuberías industriales estará sujeto a condiciones potenciales únicas de perturbación que deben ser previstas en el diseño.
Es crítico analizar el efecto en el rendimiento del material y hacer ajustes para evitar problemas operativos y de seguridad básica.
Es importante considerar, por ejemplo, los procedimientos de mantenimiento que se aplicarán en el sistema cuando entre en operación. Hay casos en los que se utiliza vapor de agua como parte del proceso, exponiendo a las tuberías industriales a temperaturas para las que el material utilizado no está diseñado, lo que crea una perturbación en las condiciones de funcionamiento.
Si los ingenieros son diligentes en la identificación de condiciones de perturbación y en las técnicas de neutralización de las instalaciones, pueden incorporar adaptaciones desde la etapa de diseño.
Utilizar los espaciados de soporte recomendados y hacer ajustes en el diseño de acuerdo con el peso específico de las sustancias que serán transportadas puede ayudar a prevenir las formaciones. A continuación, se muestran los espaciados recomendados para varios tipos de soportes y abrazaderas según el tamaño de la tubería y la temperatura.
Espacio recomendado entre soportes para tubería Corzan® Cédula 80 (en pies)
| Diámetro de la tubería (en pulgadas) | |||||||||||||||
|
|
1/2 | 3/4 | 1 | 1,25 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
|
Temperatura |
|||||||||||||||
| 73° F – 22.77°C | 5.5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 | 7 | 8 | 8 | 9 | 10 | 11 | 11.5 | 12.5 | 15 | 16 |
| 100°F - 37,77°C | 5 | 5.5 | 6 | 6 | 6.5 | 7 | 7.5 | 8 | 9 | 9.5 | 10.5 | 11 | 12.5 | 13.5 | 15 |
| 120°F – 48.88°C | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6 | 6.5 | 7.5 | 7.5 | 8.5 | 9 | 10 | 10.5 | 11 | 12.5 | 13.5 |
| 140°F – 60°C | 4.5 | 4.5 | 5 | 5.5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 | 7.5 | 8 | 9 | 9.5 | 10.5 | 11 | 12 |
| 160°F – 71.11°C | 3 | 3 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 4 | 4.5 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7.5 | 9.5 | 10 |
| 180°F – 82.2°C | 2.5 | 2.5 | 3 | 3 | 3.5 | 3.5 | 4 | 4 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 8 | 8.5 |
Espacio recomendado entre soportes para tubería Corzan® Cédula 40 (en pies)
| Diámetro de la tubería (en pulgadas) | |||||||||||||||
|
|
1/2 | 3/4 | 1 | 1,25 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
|
Temperatura |
|||||||||||||||
| 73° F – 22.77°C | 5 | 5 | 5.5 | 5.5 | 6 | 6 | 7 | 7 | 7.5 | 8.5 | 9.5 | 10.5 | 11.5 | 12 | 13 |
| 100°F - 37,77°C | 4.5 | 5 | 5.5 | 5.5 | 6 | 6 | 7 | 7 | 7.5 | 8 | 9 | 10 | 10.5 | 11 | 12 |
| 120°F – 48.88°C | 4.5 | 4.5 | 5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 6.5 | 7 | 7 | 7.5 | 8.5 | 9.5 | 10 | 10 | 11 |
| 140°F – 60°C | 4 | 4 | 4.5 | 5 | 5 | 5 | 6 | 6 | 6.5 | 7 | 7.5 | 8 | 8.5 | 9 | 9.5 |
| 160°F – 71.11°C | 2.5 | 2.5 | 3 | 3 | 3.5 | 3.5 | 4 | 4 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 8 | 8.5 |
| 180°F – 82.2°C | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 3 | 3 | 3 | 3.5 | 3.5 | 4 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6 | 7 |
¿Por qué utilizar Corzan® CPVC como material de tuberías industriales?
Los sistemas industriales Corzan® ofrecen resistencia alta a productos químicos corrosivos, altas temperaturas y condiciones de aplicación difíciles. Como resultado, las tuberías y accesorios fabricados con Corzan® CPVC cubren los requisitos clave de la industria de procesos: resistencia al impacto, una vida útil más larga, costos de mantenimiento más bajos y menos tiempo de inactividad.
A diferencia del CPVC genérico, Corzan® CPVC es una resina con un peso molecular y contenido de cloro especificados, además de aditivos para garantizar un rendimiento a largo plazo. Está formulado para alcanzar calificaciones de presión, resistencia a la tracción y resistencia al impacto para el producto terminado que superan los estándares mínimos aplicables de la industria de termoplásticos.
Además de ser empleado en la fabricación de tuberías industriales, el CPVC también es utilizado en sistemas hidráulicos residenciales y comerciales, la finalidad de FlowGuard®, e incluso en tuberías de instalaciones de rociadores contra incendio, para lo que fue desarrollado BlazeMaster®. No dudes en contactarnos para conocer más acerca de las capacidades del material.
