Considerar la instalación de tubo como solución para mejorar la eficiencia de la planta
Por Ron Holt, Swagelok Company
Los ingenieros de planta y el personal de mantenimiento necesitan poder construir, mantener y actualizar sistemas de procesos cada vez más robustos. Las expectativas de rendimiento para estos sistemas son mucho más altas que hace tan sólo 10 años, debido en parte a normativas industriales más estrictas y también a una competencia más intensa, que conduce a las empresas a analizar cómo mejorar la eficacia de costes y optimizar la eficiencia operativa. Las fugas en los sistemas, que anteriormente se consideraban simples molestias, ahora se clasifican como emisiones incontroladas y vertidos peligrosos que normalmente conducen a paradas y reparaciones de coste elevado. Además, los avances tecnológicos requieren mayores presiones, caudales y temperaturas, y esa tensión recae sobre los sistemas de fluidos.
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| Figura 1: Para trazar un sistema con tubería se necesitan codos de 45 º y de 90 º. Eliminar esos racores puede acelerar la instalación, reducir los puntos potenciales de fugas y mejorar las características de caudal. |
Figura 2: El tubo ofrece sistemas más compactos y con menos puntos de fugas que una trazada equivalente de tubería. |
Aunque el panorama operativo ha cambiado y continúa evolucionando, los conceptos básicos sobre la instalación y mantenimiento de estos sistemas son los mismos. La tubería ha sido el material elegido para muchas aplicaciones de planta, con bridas, racores y soldaduras, haciendo las conexiones prácticamente tal y como se han hecho durante décadas. De hecho, la integridad de la mayoría de sistemas de tubería depende de métodos de conexión y cierre desarrollados hace cerca de un siglo. Ahora surge una cuestión real sobre si los métodos tradicionales en el uso de la tubería van al ritmo de los requisitos industriales. El tubo es una alternativa viable para los sistemas de pequeño diámetro, porque ofrece ventajas de rendimiento que pueden ayudar a las empresas a cumplir las estrictas normativas y demandas. En resumen, el tubo es económico y menos propenso a las fugas.
Usos tradicionales del tubo y de la tubería
Tradicionalmente, el tubo y la tubería siempre han tenido su lugar en planta. El tubo se ha utilizado mucho y ha funcionado con fiabilidad en sistemas de instrumentación de pequeño diámetro—principalmente de 1/2 pulgada y menores. Esa popularidad en los sistemas de instrumentación se debe a su capacidad para trazar sistemas más compactos y con mejores ratios de caudal. Las pérdidas energéticas causadas por los giros a escuadra de los sistemas de tubería se reducen enormemente, gracias a las curvas graduales y a la suavidad de la superficie interna del tubo. Además, la capacidad de doblado del tubo reduce los puntos de fuga en comparación con el mismo tramo de tubería, con la ventaja de que el tubo puede ser doblado en ángulos compuestos. Por el contrario, para trazar un sistema con tubería es necesario utilizar codos de 45 y 90 grados, y el resultado son volúmenes mayores y más pesados. También existe la percepción errónea de que el tubo se debilita al doblarlo; pero de hecho, un área curvada es normalmente más resistente que un tramo recto debido al endurecimiento que tiene lugar al doblar el tubo.
Así, en las aplicaciones donde se requería tamaños superiores se ha preferido el uso de la tubería, pero la realidad es que sí hay tubo disponible de mayores diámetros, con diferentes espesores de pared y en diferentes materiales. En general, el tubo puede sustituir a la tubería en muchas aplicaciones de líneas de proceso de hasta 2 pulgadas de diámetro y, de todos modos, la tubería debe ser todavía utilizada en diámetros de más de 2 pulgadas.
La disponibilidad generalizada unida a un sinfín de ventajas económicas y de rendimiento, hacen del tubo una opción cada vez más plausible para sistemas con amplios rangos de presiones y temperaturas. Entre los factores más importantes que deben ser tenidos en cuenta para decidir si utilizar tubo o tubería, están la instalación, el mantenimiento, el coste, el rendimiento y los requisitos de codificación.
Ventajas laborales y de instalación
Los sistemas de tubo requieren menos tiempo de instalación que los de tubería, porque se necesita menos equipo y mucho menos trabajo por conexión realizada. La tubería se conecta por medio de soldadura, bridas o racores roscados, mientras el tubo se conecta por medio de racores para soldar o racores para tubo. Soldar la tubería supone un intenso trabajo que además requiere operarios bien formados, ya que ésta debe ser cortada, preparada, alineada, se deben realizar los puntos de soldadura y finalizar la soldadura de todas las uniones para completar el sistema. Los racores para tubo se pueden instalar utilizando llaves estándar, mientras los racores para tubería deben ser roscados o soldados. Además de los consumibles para soldar, la instalación de tubería soldada se realiza y requiere permisos en caliente, suministro eléctrico de alto voltaje, personal adicional para el cumplimiento de OSHA (alerta de incendios), y otros apoyos especializados.
Si bien las conexiones roscadas son una alternativa a la soldadura, éstas suponen ciertas dificultades; la mecanización de roscas en campo puede dar como resultado roscas de calidad y acabado variables, aumentando el tiempo de instalación y los materiales de desecho. Para reducir las fugas se utilizan sellantes como la cinta de PTFE, pero una unión sellada que está sometida a vibraciones y a presiones y temperaturas extremas, puede empezar a fugar tras períodos prolongados de tiempo. Además, el sellante para roscas puede no ser compatible con los productos químicos presentes en la línea, favoreciendo las fugas.
El tubo, por el contrario, se corta a medida y se desbarba. Los racores se instalan apretando simplemente una tuerca que deforma el tubo mediante las férulas. El racor crea un cierre metal-metal y produce una conexión estanca. Algunos de ellos son galgables para asegurar el apriete suficiente antes de presurizar y poner en marcha el sistema. El tubo ofrece un alto grado de flexibilidad y permite la alineación del sistema antes de apretar los racores, facilitando la orientación de los componentes. Por ejemplo, es posible alinear los manómetros para facilitar las lecturas.
Si la soldadura es la única opción o la preferida, un sistema de tubo se puede soldar mediante soldadura orbital, con mejores resultados que la tubería. Los sistemas de soldadura orbital, particularmente los que utilizan microprocesadores, son más rápidos y sencillos que soldar tubería manualmente. Los racores para soldar están diseñados específicamente para tubo, y las capacidades del microprocesador aseguran repetitividad en las soldaduras y minimizan los errores de los operadores.
La siguiente comparativa entre tiempos de instalación de conexiones de 1 pulgada aclara más los ahorros potenciales. - Soldar tubería schedule 40 requiere un tiempo medio de una hora, desde el corte hasta la alineación y la soldadura. Para las conexiones roscadas se necesitan 48 minutos para cortar, roscar, alinear y sellar.
- Las conexiones para tubo requieren 12 minutos para cortar, preparar e instalar, y en el caso de conexiones de más de 1 pulgada, cinco minutos más.
Visto esto, las conexiones para tubo pueden reducir el tiempo de instalación en más de un 50 por ciento. Hay mucha documentación impresa y en línea, para ayudar a estimar el coste de todos los tipos de sistemas de tubo y tubería; introduzca “plumbing estimating” en un buscador Web. Aunque hay muchas formas de saber el ahorro relativo de costes al utilizar tubo, también se deben considerar los ratios laborales locales para determinar el coste más aproximado.
Facilidad de mantenimiento y eficacia de costes global
Los sistemas pueden necesitar ser modificados tras la instalación inicial. En el caso del tubo, es posible desinstalar rápidamente cada conexión para sustituirla y actualizar o rediseñar el sistema. Para modificar un sistema, el personal de mantenimiento sólo necesitará una sierra, llaves y algunos componentes. Por ejemplo, si se necesita una derivación en una línea, una unión recta o un codo, es posible sustituir la pieza por una te en cuestión de minutos, reutilizando además la mayoría de los componentes instalados. Y en un sistema de tubo también es mucho más fácil retirar un componente para mejorar el drenaje.
Desinstalar un sistema de tubería supone un trabajo intenso y difícil, porque hay que tratar cada componente individualmente y de forma secuencial. Volver a mecanizar las roscas también puede ser extremadamente difícil y conducir a una reinstalación a base de ensayo y error. Cortar y volver a soldar un sistema de tubería supone tiempo y dinero. Y otra cuestión a considerar es la seguridad debido al uso de los sopletes—-una de las principales causas de incendio en plantas. La prudencia y los procedimientos seguros deberían limitar la utilización de sopletes siempre que sea posible.
Desde una perspectiva de costes, el tubo es casi en todos los casos más económico que la tubería, incluso cuando los racores para tubo—productos muy perfeccionados y de alta calidad—tienden a tener precios iniciales más altos que los componentes similares para tubería. Esta diferencia inicial en el precio del material podría hacer el sistema de tubo algo menos atractivo. Pero la ventaja real de coste está en los ahorros en tiempo de instalación y mantenimiento, en el potencial de reducción del total de materiales y en las ventajas de rendimiento a largo plazo.
Cualquier forma de reducción del tiempo de instalación y mantenimiento unida a procedimientos especializados de instalación, supone una ventaja competitiva. Los sistemas de tubo favorecen la reducción de los costes de materiales, porque se puede reducir en mucho el número de conexiones. El tubo se puede doblar en muchos ángulos y planos con una dobladora de tubos, eliminando así los codos tan comunes en los sistemas de tubería. Hay más eficiencias de costes realizables a largo plazo.
Mejoras en rendimiento y fiabilidad
Una ventaja clave de los racores para tubo son el rendimiento y la fiabilidad. Las fugas pueden conducir a reparaciones costosas o, algo peor, a investigaciones, sanciones o paradas impuestas por las agencias reguladoras, encargadas de los riesgos medioambientales y de los procedimientos de seguridad. El coste de sanciones, suspensión de operaciones o limpieza pueden superar ampliamente el coste de un sistema de tubo sin fugas.
Más allá del beneficio de los racores sin fugas está la mejora del rendimiento global del sistema. Los sistemas de tubo reducen las áreas de acumulación de fluidos y tienen mejores características de caudal. Las superficies internas más suaves y las curvas graduales de los sistemas de tubo reducen las pérdidas de caudal, la resistencia y las pérdidas de carga. Los sistemas de tubo también soportan mayores presiones. Dado que no hay roscas, la presión es contenida por todo el espesor de pared del tubo, mientras el espesor de pared de la tubería se reduce con el mecanizado de las roscas.
Aunque hay muchos lugares en planta donde utilizar el tubo, la decisión real sobre el uso del mismo debe ser coherente con los códigos, normativas y regulaciones aplicables, así como con los procedimientos de diseño y filosofía del usuario final. Es necesario considerar los requisitos técnicos de la aplicación, porque no todos los sistemas de tubería son aplicaciones potenciales de tubo.
Por ejemplo, para un sistema instalado permanentemente, de más de 2 pulgadas de diámetro y que no deba sufrir modificaciones futuras, desde un punto de vista económico se impone el uso de la tubería.
Sin embargo, un sistema de tubo ofrece beneficios básicos en cuanto a eficiencia incrementada, reducción del tiempo de parada, mejora en el rendimiento y mayor protección ante problemas medioambientales y sus consecuencias. Además, el tubo puede más que cumplir las estrictas demandas de las plantas actuales.
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