Autor: Jaime González Fuentes
Ing. Mecánico | Especialista en Diseño de Tuberías
Historia breve de los sistemas de tuberías
Se ha documentado que las tuberías o sus similares a las tuberías modernas comenzaron a aparecer cuando las personas empezaron a vivir en ciudades, este movimiento poblacional creó la necesidad de llevar agua desde las fuentes (generalmente un arroyo o manantial), a algún lugar central de la ciudad. Arqueólogos han encontrado tuberías de barro con extremos bridados que datan del 2700 a. C. claro, estas bridas se unieron con asfalto en lugar de apernarse, como se hace en las bridas modernas.
A su vez, existe evidencia del uso de tubería de metal, la misma se remonta al año 2400 a.C. y fue hecha de cobre en Egipto. Muchos otros hallazgos arqueológicos nos confirman el uso de tuberías para transportar agua desde fuentes distantes en varios kilómetros hasta los lugares de uso.
Algunos de los sistemas más famosos y largos fueron construidos por los romanos. Sus sistemas de acueductos son bien conocidos y muchos todavía se pueden ver hoy.
Sin embargo, de las obras hidráulicas romanas es el sistema de suministro de agua en la propia ciudad es menos conocido y aun así, se estima que los romanos tenían hasta 250 millas de tuberías que suministraban agua a fuentes privadas. Para el 97 d.C. incluso nombraron a un superintendente de aguas, llamado Julius Frontinus.
El sistema incluía válvulas y llaves de paso para controlar el flujo de agua. Entre los logros de Julius Frontinus estuvo la estandarización de dimensiones y materiales, las tuberías estaban hechas principalmente de plomo y cobre, incluidas las aleaciones, o sus equivalentes cercanos, que todavía se utilizan en la actualidad.
Antiguas Tuberías
La mayoría de las tuberías estaban hechas de plomo, por otra parte las válvulas y demás parafernalia solían estar hechas de bronce, como se mencionó anteriormente.
La metalurgia y las dimensiones fueron consistentes con los estándares. que Frontino había incluido en su libro. Podría considerarse el precursor de los estándares modernos o un equivalente a la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) para lo que concierne a tuberías.
A lo largo de la Edad Media hubo muy pocos avances y posiblemente retrocesos. Otro desarrollo interesante en las tuberías se produjo a principios del siglo XIX, en ese momento, la ciudad de Londres comenzó a iluminar las calles usando lámparas de gas, las mismas estaban conectadas a los barriles por medio de tuberías.
También con el inicio de la revolución industrial comenzaron a desarrollarse las máquinas de vapor, si bien las primeras máquinas de vapor eran dispositivos de baja temperatura y baja presión; aun así, se empiezan a imponer requisitos más estrictos tanto en las calderas como en las tuberías utilizadas.
Sistemas de Tuberías más usuales
Acueductos
Como sabemos en cualquier ciudad se requiere transportar agua desde las fuentes de suministro hasta los puntos de distribución; también la disposición de los desechos de los edificios residenciales, comerciales y otras instalaciones a la planta de tratamiento o a un punto de descarga.
Combustibles y Productos Químicos
Similarmente los oleoductos transportan petróleo crudo desde los pozos hasta los patios de tanques para su almacenamiento o a las refinerías para su procesamiento.
Las líneas de transporte y distribución de gas natural transportan el gas natural desde su origen hacia los tanques de almacenamiento que abastecen los puntos de utilización, tales como plantas de energía, instalaciones industriales y comunidades comerciales y residenciales.
En plantas químicas, papeleras, plantas de procesamiento de alimentos y otros establecimientos industriales similares, los sistemas de tuberías se utilizan para transportar líquidos, productos químicos, mezclas, gases, vapores y sólidos de un lugar a otro.
Servicios Industriales / Utilities
Las redes de tuberías de protección contra incendios en edificios residenciales, comerciales, industriales y de otro tipo transportan fluidos de extinción de incendios, como agua, gases y productos químicos para proteger la vida de las personas, así como la propiedad. Las centrales térmicas transportan vapor a alta presión y alta temperaturas para generar electricidad. Otros sistemas de tuberías en una planta de energía transportan agua a alta y baja presión, productos químicos, vapor a baja presión y condensado.
También se utilizan sofisticados sistemas de tuberías para procesar y transportar sustancias peligrosas y/o tóxicas. Sistemas de tuberías de aguas pluviales y de aguas residuales transportan grandes cantidades de agua lejos de pueblos, ciudades y establecimientos industriales y similares para salvaguardar la vida, la propiedad y las instalaciones esenciales.
Redes Sanitarias
En establecimientos de salud, su utilización es para transportar gases medicinales y fluidos con fines médicos. Los sistemas de tuberías de los laboratorios transportan gases, productos químicos, vapores y otros fluidos que son fundamentales para realizar investigación y desarrollo.
“En resumen, los sistemas de tuberías son una parte esencial e integral de nuestra civilización moderna, al igual que las arterias y las venas son esenciales para el cuerpo humano.”
Que Comprende un Sistema de Tuberías
El diseño, construcción, operación y mantenimiento de varios sistemas de tuberías implican la comprensión de los fundamentos de las tuberías, materiales, consideraciones de diseño genéricas y específicas, fabricación e instalación, exámenes y requisitos de prueba e inspección, además de las regulaciones gubernamentales.
Los sistemas incluyen tuberías, bridas, accesorios, pernos, empaquetaduras, válvulas y la presión que contiene partes de otros componentes de la tubería. También incluye colgantes y soportes de tubería y otros elementos necesarios para evitar la sobrepresurización y la sobrecarga de los componentes que contienen presión.
Costos y Horas Hombre
En un complejo de refinación, planta petroquímica u otro tipo de planta industrial, las tuberías constituyen el gasto principal de todas las disciplinas en la fase de diseño. La tubería consume aproximadamente el 50% de las horas de trabajo de ingeniería de diseño, el 35% del costo del material de la planta y aproximadamente el 30% del costo de la mano de obra en campo. Vistos estos porcentajes podemos decir que el diseño inadecuado de los sistemas de tuberías en oficina puede aumentar considerablemente el costo de una planta.
Responsabilidades
El grupo de tuberías tiene la responsabilidad principal del diseño y distribución de la instalación. Los ingenieros y diseñadores deben coordinar sus esfuerzos con los grupos civiles, estructurales, eléctricos y de instrumentación durante todo el proceso de diseño. Además debe proporcionar a cada grupo de diseño la información necesaria para completar su parte del proyecto y tener el conjunto completo de planos terminados a tiempo.
Durante este tiempo, puede ser necesario que los diseñadores visiten el sitio de construcción de la planta para establecer el levantamiento y verificación de la información necesaria para completar el diseño.
Habilidades que Requiere el Diseñador
Los diseñadores e ingenieros desarrollan una amplia serie de documentos y planos durante la ingeniería, para ello se espera que posea y adquieran las siguientes habilidades:
Sentido común y la habilidad de razonar.
Conocimiento de qué planta en particular se está diseñando.
Comprensión general de cómo los equipos de proceso son operados y su mantenimiento.
Generar un diseño seguro y simplificado dentro de un tiempo específico, tomando en consideración los criterios para su construcción y optimizando los costos.
Creatividad.
Experiencia suficiente para evitar repetir ideas ya comunes en la industria.
Conocimiento de los principales aportes y soluciones que dan las otras ingenierías y la habilidad de usar esta información en el diseño.
Resolver y clarificar datos cuestionables a medida que se va desarrollando el proyecto.
Compromiso para llevar los objetivos a buen fin, todo en función del mejor interés del proyecto.
Generar documentos concisos y claros.
Defender los diseños cuando son cuestionados.
Fuentes Bibliográficas
Bausbaucher E. & Hunt, R. (1993) Process Plant Layout and Piping Design. Prentice Hall.
Nayyar, M.L. (2000) Piping Handbook. Seventh Edition. McGraw-Hill.
Ellenberger, P. (2005) Piping Systems & Pipeline - ASME Code Simplified. McGraw-Hill.