Conformado y curvado en la fabricación de tuberías. FMEC0108
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| Conformado y curvado en la fabricación de tuberías. FMEC0108 Jesús Martín Cruz |
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Conformado y curvado en la fabricación de tuberías. FMEC0108
Autor: Jesús Martín Cruz
1ª Edición
© IC Editorial, 2014
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ISBN: 978-84-17086-29-9
Nota de la editorial: IC Editorial pertenece a Innovación y Cualificación S. L.
Presentación del manual
El Certificado de Profesionalidad es el instrumento de acreditación, en el ámbito de la Administración laboral, de las cualificaciones profesionales del Catálogo Nacional de Cualificaciones Profesionales adquiridas a través de procesos formativos o del proceso de reconocimiento de la experiencia laboral y de vías no formales de formación.
El elemento mínimo acreditable es la Unidad de Competencia. La suma de las acreditaciones de las unidades de competencia conforma la acreditación de la competencia general.
Una Unidad de Competencia se define como una agrupación de tareas productivas específica que realiza el profesional. Las diferentes unidades de competencia de un certificado de profesionalidad conforman la Competencia General, definiendo el conjunto de conocimientos y capacidades que permiten el ejercicio de una actividad profesional determinada.
Cada Unidad de Competencia lleva asociado un Módulo Formativo, donde se describe la formación necesaria para adquirir esa Unidad de Competencia, pudiendo dividirse en Unidades Formativas.
El presente manual desarrolla la Unidad Formativa UF0497: Conformado y curvado en la fabricación de tuberías,
perteneciente al Módulo Formativo MF1143_2: Conformado y armado de tuberías,
asociado a la unidad de competencia UC1143_2: Conformar y armar tuberías,
del Certificado de Profesionalidad Fabricación y montaje de instalaciones de tubería industrial
Índice
Portada
Título
Copyright
Presentación del manual
Índice
Capítulo 1 Comportamiento de los materiales empleados en la fabricación de tuberías
1. Introducción
2. Especificaciones técnicas de los materiales empleados en la fabricación de tuberías
3. Tuberías
4. Materiales auxiliares
5. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 2 Conformado y curvado de tubería
1. Introducción
2. Operaciones de conformado y curvado de tubería industrial
3. Útiles, maquinaria, equipos y técnicas operativas empleados en el conformado y curvado de tubería
4. Mantenimiento preventivo de máquinas y equipos de conformado y curvado
5. Deformaciones producidas por la aplicación de calor
6. Seguridad en los procesos de conformado y curvado de tuberías
7. Gestión medioambiental
8. Tratamiento de residuos
9. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 3 Normas de calidad en el conformado y curvado de tubería industrial
1. Introducción
2. Especificaciones para el control de la calidad
3. Útiles de medida y comprobación
4. Control dimensional del producto final
5. Comprobación del ajuste a las tolerancias marcadas
6. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
Capítulo 4 Prevención de riesgos laborales y medioambientales
1. Introducción
2. Normas de seguridad y salud laboral aplicables a los diferentes procesos de conformado y curvado de tuberías
3. Normativa medioambiental aplicable
4. Resumen
Ejercicios de repaso y autoevaluación
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:
1 Tuberías hechas con materiales ferrosos.
2 Tuberías hechas con materiales no ferrosos.
3 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:
1 De bajo contenido en carbono: 0,05 a 0,25% de carbono.
2 De medio contenido en carbono: 0,25 a 0,50% de carbono.
3 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:
1 NPS (Nominal Pipe Size): indica el diámetro nominal de la tubería.
2 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.
3 UNS (Unified Numbering System): debido a la globalización mundial, fue necesario llegar a un número de clasificación mundial.
4 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:
1 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.
2 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:
1 El acero inoxidable es un material sólido y no un revestimiento especial aplicado al acero común para darle características inoxidables.
2 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.
3 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:
1 La primera se refiere al hallazgo en Francia, después de la guerra, de un cañón que no había sido afectado por las inclemencias del tiempo, en cuya fabricación se había utilizado cromo.
2 La segunda relata que, en 1913, Harry Brearle hacía experimentos con acero y, por accidente, descubrió que al agregarle cromo lograba uno con las características del acero inoxidable.
Clasificación de los aceros inoxidables según su estructura y composición
El acero inoxidable propiamente dicho todavía es muy utilizado. Los ingenieros tienen ahora muchas opciones en cuanto a los diferentes tipos. Están clasificados en diferentes ramas metalúrgicas:
1 Aceros inoxidables austeníticos.
2 Aceros inoxidables martensíticos.
3 Aceros inoxidables ferríticos.
4 Aceros inoxidables dúplex (austenítico-ferrítico).
5 Aceros inoxidables endurecidos por precipitación.
2.3. Materiales no ferrosos
Los materiales no ferrosos empleados en las tuberías se han estado usando aun antes que el de hierro. Su difícil fabricación, resistencia física, comportamiento mecánico, resistencia química y costo han sido factores decisivos que han hecho que estos materiales ocupen un papel secundario.
Se puede hablar de tuberías de cobre, plomo, níquel, bronce, latón, aluminio, zirconio, titanio, etcétera.
Estos materiales siguen normas diferentes a las del acero al carbón, son relativamente de alto costo y su selección se basa generalmente en su resistencia particular a ciertos fluidos de proceso, a su buena transferencia de calor o a sus propiedades mecánicas a altas temperaturas.
Cobre
Se trata de un material blando, fácil de mecanizar tanto en su estado puro como sus aleaciones, por lo que se puede decir que tiene una buena maquinabilidad. Además, posee una buena ductilidad y maleabilidad, por lo que se pueden producir láminas e hilos muy finos y delgados.
Sabía que...
La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS.
Se puede realizar el conformado mediante procesos de fabricación de deformación, como laminación o forja, y procesos de soldadura. De sus aleaciones, se puede destacar que, con la ayuda de tratamientos térmicos como el temple o el recocido, se consiguen propiedades diferentes. Una de las aplicaciones más peculiares es el uso en aplicaciones criogénicas, ya que sus propiedades mejoran a bajas temperaturas.
Después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.
Bronce
Se trata de una aleación de cobre y estaño.
Tiene muy buenas propiedades mecánicas, como alta resistencia, dureza y resistencia al desgaste. También tiene una alta resistencia a la corrosión.
Sabía que...
El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre al período prehistórico conocido como Edad del Bronce.
Su proceso de deformación puede darse en frío y en caliente.
El principal problema que presenta es su coste.
Tubería de cobre templado suave
Tubería de cobre estirado dura
Latón
Se trata de una aleación de cobre y zinc.
Su proceso de deformación se produce en frío y en caliente.
En lo relacionado con el aspecto económico, tiene un coste bajo.
Plomo
Posee una alta densidad, una buena resistencia a la corrosión y una alta toxicidad.
Níquel
Tiene una excelente resistencia a la corrosión, muy buenas propiedades mecánicas y un buen comportamiento a elevadas temperaturas.
Existen diversos grados de níquel puro, dependiendo de los elementos adicionales.
Monel
Se trata de una aleación de níquel y cobre.
Posee una alta dureza al producirse la formación de solución sólida.
Se produce endurecimiento por precipitación, gracias a otros elementos como: Al, Si, Ti, Fe o Mn.
Nota
Los nombres comerciales comunes para el inconel incluyen: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 y Nicrofer 6020.
Inconel
Es una marca de Special Metals Corporation que se refiere a una familia de superaleaciones austeníticas de base níquel-cromo. A menudo, se denominan en inglés como “inco” (u, ocasionalmente, “iconel”).
Las aleaciones de inconel se utilizan normalmente en aplicaciones a altas temperaturas.
Las diferentes aleaciones tienen una amplia variedad de composiciones, pero todas tienen principalmente níquel, con cromo como segundo elemento.
Aluminio
Es un material ligero, dúctil y maleable, siempre que se encuentre lejos de su temperatura de fusión, ya que de lo contrario aumentara su fragilidad.
Tuberías de aluminio
Posee una buena resistencia a la corrosión, gracias a una película protectora de óxido, es muy buen conductor tanto eléctrico como térmico y no presenta toxicidad.
Para aumentar su resistencia mecánica, se puede recurrir al endurecimiento por deformación en frío, a la formación de solución sólida por aleación o al endurecimiento por precipitación.
Titanio
Es un material relativamente ligero, pero con alta resistencia. Su principal problema es el coste del proceso de extracción. Aleado con Al, V, Mo y Cr, aumentan sus propiedades mecánicas. Posee una buena resistencia a la corrosión.