Periféricos
Tuberías
En la instalación de sistemas de tuberías, los términos diámetro nominal (DN) y presión nominal (PN) se utilizan para identificar las características de las tuberías con el fin de definir las piezas compatibles, por ejemplo, las conexiones de brida. El diámetro nominal y la presión nominal se normalizan en función del incremento geométrico.
A la hora de dimensionar las tuberías, es decir, definir el diámetro nominal y la presión nominal de las tuberías y válvulas, siempre hay que encontrar un equilibrio entre los requisitos técnicos, como mantener la pérdida de presión o de calor lo más baja posible, y los costes de inversión y de operación asociados. El equilibrio óptimo entre la inversión y los costes de operación es diferente para cada tubería y sistema. Debido a las características de la curva en el rango mínimo de los costes totales, dos diámetros nominales se encuentran a menudo dentro del rango óptimo.
Ejemplo de tendencia esquemática de costes para el dimensionamiento de tuberías
Costes totales |
|
Costes de operación |
|
Costes de inversión |
En el diseño de las tuberías deben observarse los siguientes pasos:
- Definir diámetro nominal
- Definir la presión nominal
- Seleccionar material
- Definir luces
- Considerar la dilatación térmica
- Tener en cuenta las características especiales del medio durante la instalación
Dado que para un análisis detallado habría que tener en cuenta muchos parámetros individuales específicos del sistema, técnicos y comerciales, las tuberías se diseñan normalmente para la velocidad de flujo admisible según principios económicamente sólidos y necesidades técnicas basadas en la experiencia. En función del medio y el uso, los valores recomendados han demostrado ser conformes a la práctica en muchos sistemas.
Medio |
Campo de aplicación |
Velocidad recomendada |
Vapor |
0 – 1 bar |
20 – 25 m/s |
1 – 40 bar |
30 – 40 m/s |
|
Agua |
Línea de aspiración |
0.4 (0.25 – 0.6) m/s |
Línea de presión |
2 (1.5 – 3) m/s |
|
Condensado |
Fracción de vapor |
15 m/s |
Fracción de agua |
2 m/s |
|
Gases de combustión |
16.5 m/s |
|
Aceite |
Lado de entrada de aceite combustible ligero |
0.5 m/s |
Lado de descarga de fueloil ligero |
1 m/s |
|
Toma de aceite pesado |
0.3 m/s |
|
Lado de descarga de fueloil pesado |
0.5 m/s |
|
Gas natural |
Sin especificaciones (diseño mediante pérdida de presión) |
Velocidades de diseño estándar (velocidades recomendadas) para el dimensionamiento de tuberías
Definición de diámetro nominal DN
Los diámetros nominales de la tabla siguiente se indican sin unidades. Corresponden aproximadamente al diámetro interior de la tubería en mm. Esto se debe a razones de producción, ya que las herramientas utilizadas en la fabricación de tuberías se definen a través del diámetro exterior y, por lo tanto, el diámetro interior claro varía en función del grosor de la pared. El diámetro nominal bastará normalmente como variable de cálculo para el dimensionamiento aproximado del diámetro interior.
Diámetro nominal |
Diámetro exterior d1 |
Diámetro nominal |
Diámetro exterior d1 |
Diámetro nominal |
Diámetro exterior d1 |
||||
6 |
10.2 |
80 |
88.9 |
500 |
508.0 |
||||
8 |
13.5 |
100 |
114.3 |
600 |
610.0 |
||||
10 |
17.2 |
125 |
139.7 |
700 |
711.0 |
||||
15 |
21.3 |
150 |
168.3 |
800 |
813.0 |
||||
20 |
26.9 |
200 |
219.1 |
900 |
914.0 |
||||
25 |
33.7 |
250 |
273.0 |
1,000 |
1,016.0 |
||||
32 |
42.4 |
300 |
323.9 |
1,200 |
1,219.0 |
||||
40 |
48.3 |
350 |
355.6 |
1,400 |
1,422.0 |
||||
50 |
60.3 |
400 |
406.4 |
1,600 |
1,626.0 |
||||
65 |
76.1 |
450 |
457.0 |
Diámetro del tubo (EN 10255:2004+A1:2007, EN 1092-1:2013-04, Tabla A.1)
El diámetro nominal necesario puede calcularse de la siguiente manera:
Para optimizar los diámetros nominales que han sido diseñados de acuerdo con una velocidad recomendada admisible, puede ser aconsejable en casos individuales, por ejemplo, si la tubería es muy larga, volver a calcular y optimizar el diámetro nominal de la tubería utilizando programas de diseño especiales.
Definición de la presión nominal PN
La presión nominal es una etapa de presión normalizada para tuberías y válvulas. Representa un parámetro para las características mecánicas y dimensionales de un componente. Los componentes con el mismo diámetro nominal y la misma presión nominal son compatibles. La presión nominal corresponde a la presión positiva máxima admisible [bar] a una temperatura de referencia de 20°C.
Sin embargo, además del material, la presión positiva máxima admisible de un componente depende ante todo de la temperatura. A temperaturas más elevadas, la presión de servicio máxima admisible desciende por debajo de la presión nominal. En ese caso, las tuberías o válvulas no pueden funcionar a la presión nominal.
La asignación presión-temperatura de las bridas se basa en los grupos de materiales. En el ámbito de las calderas de vapor son habituales los siguientes materiales y grupos:
Grupo de materiales |
Tipo de material |
Número de material |
Material |
3E0 |
Aceros no aleados con características de resistencia garantizadas a temperaturas más elevadas |
1.0352 |
P245GH |
3E1 |
Aceros no aleados con características definidas ≤ 400°C, límite elástico superior > 265 N/mm² |
1.0460 |
P250GH |
4E0 |
Aceros de baja aleación con 0.3 % de molibdeno |
1.0426 |
P280GH |
12E0 |
Contenido estándar de carbono, estabilizado con Ti o Nb |
1.4541 |
X6CrNiTi18-10 |
15E0 |
Contenido estándar de carbono, aleado con molibdeno, estabilizado con Ti o Nb |
1.4571 |
X6CrNiMoTi17-12-2 |
Grupos de materiales según EN 1092-1:2013-04 Tabla 9, G.2.2, G.3.2, Tabla D.1
El siguiente diagrama muestra las curvas presión-temperatura para diferentes etapas de presión nominal. En este caso, observe también la información del capítulo Herramientas – Asignación presióntemperatura, que contiene las tablas para el diagrama.
Asignación presión-temperatura para bridas según EN 1092-1
3E0 |
|
3E1 |
|
4E0 |
|
12E0 |
|
15E0 |
Definición del material
La tabla siguiente sólo indica los requisitos mínimos para la selección de materiales. También pueden utilizarse otros materiales cuando se den condiciones de instalación especiales, requisitos del cliente o normativas nacionales o locales.
No deben utilizarse materiales que contengan cobre para ninguna tubería de entrada y salida de la caldera de vapor, en la zona de condensado y agua de reposición. |
Campo de aplicación |
Material de las tuberías |
Tuberías de vapor |
Acero o acero inoxidable con certificado de inspección |
Tuberías de agua de alimentación |
Acero |
Tuberías de purga de la válvula de seguridad |
Acero |
Tuberías de ventilación y drenaje |
Acero |
Drenaje del asiento (válvula de seguridad) |
Cobre o acero inoxidable |
Agua descalcificada |
Plástico (en frío) o acero inoxidable (tras calentamiento) |
Agua osmotizada |
Acero inoxidable |
Requisitos mínimos para la selección de materiales
Definición de tramos
Debe garantizarse, mediante un número suficiente y una construcción correcta de los soportes, que las tuberías no se deformen más allá de los límites aceptables debido a las fuerzas de peso (peso propio, contenido, válvulas y aislamiento) y a otras fuerzas que actúen sobre ellas (por ejemplo, en las deflexiones).
Los requisitos para las tuberías se explican en la norma EN 13480-3.
Tuberías y bridas para agua y vapor
|
|
PN 40 |
Extensión máxima |
10 |
17.2 |
2.0 |
– |
15 |
21.3 |
2.0 |
– |
20 |
26.9 |
2.3 |
– |
25 |
33.7 |
2.6 |
2.9 |
32 |
42.4 |
2.6 |
3.2 |
40 |
48.3 |
2.6 |
3.5 |
50 |
60.3 |
2.9 |
3.9 |
65 |
76.1 |
2.9 |
4.7 |
80 |
88.9 |
3.2 |
5.4 |
100 |
114.3 |
3.6 |
6.2 |
125 |
139.7 |
4.0 |
6.9 |
150 |
168.3 |
4.5 |
7.5 |
200 |
219.1 |
6.3 |
8.6 |
250 |
273 |
7.1 |
9.7 |
300 |
323.9 |
8.0 |
10.6 |
350 |
355.6 |
8.8 |
11.1 |
400 |
406.4 |
11.0 |
11.8 |
500 |
508 |
14.2 |
12.5 |
600 |
610 |
16.0 |
13.2 |
1) Requisitos para el tramo L1:
– Según EN13480-3:2014 – relleno de agua, espesor del aislamiento 80 mm
– Con adiciones por interpolación
– L1 limitación de desviación, hasta DN 50 = 3 mm de desviación, a partir de DN 65 = 5 mm de desviación
– Para más detalles, véase EN13480-3
Expansión térmica
Las sustancias se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando vuelven a enfriarse.
Este efecto debe tenerse en cuenta en muchos puntos de un sistema de calderas, especialmente en lugares donde pueden producirse altas temperaturas durante el funcionamiento.
Por ejemplo, durante la planificación y la instalación deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:
Ubicación |
Uso de – para absorber el alargamiento |
Tuberías
|
Compensadores de tuberías
|
Caldera y contenedor |
Cojinetes de fricción en las patas y el bastidor Juntas de dilatación y patas de dilatación en las tuberías de entrada y salida |
Para calcular la dilatación térmica lineal se puede utilizar la siguiente ecuación:
Coeficientes de dilatación de distintos aceros Acero de baja aleación (ferrítico): Aceros inoxidables (austeníticos): |
La longitud de la pata necesaria para absorber la dilatación térmica debe determinarse de acuerdo con los códigos generales de buenas prácticas.
La longitud del tramo requerido para absorber la dilatación térmica debe determinarse de acuerdo con los códigos generales de buenas prácticas.
Se debe mantener un espacio libre de al menos 50 – 100 mm para instalar las tuberías y el aislamiento, así como para realizar reparaciones. La norma técnica de uso frecuente para trabajos de aislamiento DIN 4140 recomienda una holgura mínima de 100 m.
Para minimizar las distancias, las conexiones de brida deben tener una disposición desplazada en los puentes de tuberías.
Distancias funcionales de las tuberías en los puentes de tuberías y disposición desplazada de las conexiones de brida