MANUAL OGMAN

Tubería de acero inoxidable y acabados para las Industrias Alimentaria y Farmacéutica


1. Introducción

Este MANUAL surge de la necesidad de hablar en un mismo idioma cuando realizamos transacciones involucrando materiales de acero inoxidables para las industrias alimentaria y farmacéutica. Se pretende unificar criterios para especificar y responder algunas preguntas que frecuentemente oímos.

Al reunir conocimientos hasta ahora aislados y proponer descripciones exactas de los materiales, es factible realizar suministros más apegados a las necesidades del usuario. Simultáneamente, la presentación simple de normas, métodos de fabricación e inspecciones, evitan requerimientos excedidos o equivocados, tales como "tubo sin costura", "acabado espejo", "codos radio largo", etc.

A lo largo del MANUAL haremos referencia a varias especificaciones, como ASTM, DIN, etc., que se pueden obtener en las oficinas de la Dirección General de Normas de la Secretaría de Comercio y Fomento Industrial. Especialmente para el caso de las Norma 3-A, podemos recurrir a IAFIS, cuya dirección aparece en el Glosario, al final del MANUAL.

Además de la tubería en si, en varios capítulos se muestra información íntimamente ligada a los conceptos sanitarios, incluyendo acabados, soldadura orbital y pasivación.

Al final presentamos un Catálogo Condensado de los productos mas típicos en las industrias citadas, con información de formas, dimensiones y precios de lista.

2. Fabricación de Tubería Fleje para fabricación de tubería

La tubería normalmente empleada en las industrias alimentaria y farmacéutica se fabrica a partir de un fleje de lámina de acero, formado por una serie de rodillos que acercan las dos aristas longitudinales, y un proceso de soldadura de arco eléctrico, que las une sin aporte de material, en una atmósfera de gas inerte.

Si tanto equipo como material y parámetros son los adecuados, la tersura de la superficie del cordón de soldadura, exterior e interior, puede estar muy cerca del concepto "sanitario".

Hasta esta etapa, la tubería así fabricada coincide con los procesos básicos dados en las normas ASTM A778, para conducción, o bien la ASTM A544, ornamental.

Menos frecuente es el uso de la tubería fabricada a partir de un bloque de acero que se perfora y se trabaja en caliente, forzándolo a tomar su forma entre rodajas y mandriles. Ante la ausencia de soldadura, este tubo se conoce como "sin costura". Es importante enfatizar que la tubería soldada, cuando se pule mecánicamente, es fácil de confundir con tubería sin costura, ya que el cordón es difícil de percibir a simple vista.

Tratamiento térmico

El proceso de soldadura deteriora la estructura metalográfica original del fleje, por lo que es deseable someter al tubo a un tratamiento térmico que la restituya. El proceso se llama Recocido y puede realizarse en atmósfera oxidante o en atmósfera de hidrógeno. En el primer caso es necesario limpiar químicamente la superficie mediante un Decapado. Pero en el segundo caso ésta se mantiene brillante, de aquí el nombre de Reconocido Brillante ("Bright Annealing").

Las tuberías con tratamiento térmico están contempladas en las normas ASTM A269 y A249. Si, además, se pulen mecánicamente, las regula la A270, que es la normalmente solicitada por las industrias alimentaria y farmacéutica.

Dado que existen muchas cualidades deseables que son comunes a varias normas, éstas hacen referencia a la ASTM A450, que enlista los requerimientos generales de tubería de acero aleado.

3. Tipos de Acero

Dentro de las normas anteriores se distinguen principalmente dos tipos, el 304 y el 316L, cuyas composiciones aparecen en la Tabla I.

Tabla I
Composición Química de los Aceros Inoxidables Comunes
Elemento Requerimientos Máximos en %
TP304 TP304L TP316 TP316L TP316L S2
C-Carbón 0.08 0.035 0.08 0.035 0.035
Mn-Manganeso 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
P-Fosforo 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045
S-Azufre 0.030 0.030 0.030 0.030 0.005-0.017
Si-Silicón 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Ni-Niquel 8.0-11.0 8.0-12.0 10.0-14.0 10.0-14.0 10.0-14.0
Cr-Cromo 18.0-20.0 18.0-20.0 16.0-18.0 16.0-18.0 16.0-18.0
Mo-Molibdeno * * * * * * 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0
Fe-Fierro y otros Restante Restante Restante Restante Restante
Nota: El requerimiento S2 del acero inoxidable TP316L, limita el contenido de azufre para uso farmaceutico.
Referencia: ASTM A270-03, Table 1.

Las diferencias básicas entre los dos tipos son que el 316L tiene Molibdeno y menos Carbono que le 304. Ambas características, directa o indirectamente, están encaminadas a mejorar la resistencia a la corrosión. La "L"del 316L indica que el Carbono es bajo ("Low"), 0.035 máximo; a diferencia del contenido en los tipos 304 y 316, que es 0.080% máximo. Ultimamente los fabricantes de tubo han optado por producir tubo con fleje tipo 304L, cuya composición es idéntica a la del 304, excepto en el contenido de Carbono (0.035% máximo). La apariencia de los aceros 304 y 316L es idéntica y es por ello que se cometen tantos errores involuntarios en los suministros. Para evitarlos, existe una herramienta muy útil, el Probador de Molibdeno ("Moly tester"), cuyo costo equivale a no más que unos 3 o 4 tramos de tubo. Siguiendo unas sencillas instrucciones, aplicando un par de soluciones y una corriente eléctrica, en menos de un minuto se puede determinar, aún en campo, si un acero contiene o no Molibdeno, discriminante de los dos tipos más populares. Con el mismo Probador de Molibdeno y aplicando calor, es posible también distinguir si el acero es o no de bajo Carbón ("L").

Hablando de pruebas sencillas para identificar aceros, recordamos al famoso imán. Al usuario, no olvidemos que en los aceros de la serie 300, como los dos que nos ocupan, no son 100% de estructura austenítica, sino que pueden ser ligeramente magnéticos y esta cualidad se aumenta con el trabajo en el frío. El imán ayuda a detectar un acero al carbón o un acero inoxidable de la serie 400 (sin Níquel), pero no es un discriminador definitivo dentro de la serie 300.

Ambos tipos 304 y 316L, tienen estructura metalográfica predominante austenítica, con un cierto porcentaje de ferrita. Teóricamente el Diagrama de Schaeffler, ilustrado en la Figura 1, nos indica la interrelación existente entre la composición química y el contenido de ferrita en soldaduras.

La resistencia a la corrosión del tipo 316L es mejor que la del 304, por ejemplo la causada por cloruros, aún bajo la presencia de esfuerzos ("stress corrosion cracking").

El tipo 304 se usa normalmente en la industria de alimentos y bebidas; el 316L es común en las industrias nuclear, química de plásticos, papelera, farmacéutica y textil.

Cuando en las instalaciones se sueldan las tuberías, se deteriora nuevamente la estructura metalográfica y, además, hay riesgo que la superficie interior se contamine. Esto significa menor resistencia a la corrosión, situación que puede corregirse en buena medida por medio del proceso de Pasivación (ver el Capítulo de Pasivación).

Diagrama de Anton L. Schaeffler
Fig. 1 Diagrama de Anton L. Schaeffler

4. Dimensiones

La tubería aquí referida, más convenientemente llamada como en inglés, "tubing", se designa por su diámetro exterior y el espesor de su pared se indica en "calibres" de acuerdo a BWG (Birmingham or Stub's Iron Wire Gage). En cambio, la tubería de uso industrial "pipe" se designa por su diámetro nominal y su espesor nominal se expresa en un número de cédula. En la Tabla II se muestran los diámetros y calibres más usuales en las industrias alimentaria y farmacéutica, y en la Tabla III, algunos ejemplos de tubería industrial o "de cédula", la cual no se recomienda para manejo de productos alimenticios ni farmacéuticos. ("L").

Tabla II
Dimensiones de Tubing Comercial
Diámetro
Nominal
Diámetro Externo Diámetro Interno Espesor de pared
pulg mm pulg. mm Cal. BWG pulg mm
1/2” 0.500" 12.70 0.370" 9.40 16 0.065" 1.65
3/4” 0.750" 19.05 0.620" 15.75 16 0.065" 1.65
1” 1.000" 25.40 0.870" 22.10 16 0.065" 1.65
1 1/2” 1.500" 38.10 1.370" 34.80 16 0.065" 1.65
2” 2.000" 50.80 1.870" 47.50 16 0.065" 1.65
2 1/2” 2.500" 63.50 2.370" 60.20 16 0.065" 1.65
3” 3.000" 76.20 2.870" 72.90 16 0.065" 1.65
4” 4.000" 101.60 3.834" 97.38 14 0.083" 2.11
6” 6.000" 152.40 5.782" 146.86 12 0.109" 2.77
8” 8.000" 203.20 7.782" 197.66 12 0.109" 2.77


Tabla III
Dimensiones de Tubo Comercial de acuerdo a la Norma ANSI B36.10 para tubos de acero al carbón y aleados, y la Norma ANSI B36.19 para tubos de acero inoxidable
Diámetro Nominal Número de Cédula Diámetro Exterior Espesor de Pared Diámetro Interior
Aceros al carbón y aleados
ANSI B36.10
Aceros Inox.
ANSI B36.19
Pulg [mm] Pulg [mm] Pulg [mm]
1/2” *** *** 5S 0.840" [21.34] 0.065" [1.65] 0.710" [18.03]
*** *** 10S 0.083" [2.11] 0.674" [17.12]
40 Std 40S 0.109" [2.77] 0.622" [15.80]
80 XS 80S 0.147" [3.73] 0.546" [13.87]
3/4” *** *** 5S 1.050" [26.67] 0.065" [1.65] 0.920" [23.37]
*** *** 10S 0.083" [2.11] 0.884" [22.45]
40 Std 40S 0.113" [2.87] 0.824" [20.93]
80 XS 80S 0.154" [3.91] 0.742" [18.85]
1” *** *** 5S 1.315" [33.40] 0.065" [1.65] 1.185" [30.10]
*** *** 10S 0.109" [2.77] 1.097" [27.86]
40 Std 40S 0.133" [3.38] 1.049" [26.64]
80 XS 80S 0.179" [4.55] 0.957" [24.31]
1 1/4” *** *** 5S 1.660" [42.16] 0.065" [1.65] 1.530" [38.86]
*** *** 10S 0.109" [2.77] 1.442" [36.63]
40 Std 40S 0.140" [3.56] 1.380" [35.05]
80 XS 80S 0.191" [4.85] 1.278" [32.46]
1 1/2” *** *** 5S 1.900" [48.26] 0.065" [1.65] 1.770" [44.96]
*** *** 10S 0.109" [2.77] 1.682" [42.72]
40 Std 40S 0.145" [3.68] 1.610" [40.89]
80 XS 80S 0.200" [5.08] 1.500" [38.10]
2” *** *** 5S 2.375" [60.33] 0.065" [1.65] 2.245" [57.02]
*** *** 10S 0.109" [2.77] 2.157" [54.79]
40 Std 40S 0.154" [3.91] 2.067" [52.50]
80 XS 80S 0.218" [5.54] 1.939" [49.25]
2 1/2” *** *** 5S 2.875" [73.03] 0.083" [2.11] 2.709" [68.81]
*** *** 10S 0.120" [3.05] 2.635" [66.93]
40 Std 40S 0.203" [5.16] 2.469" [62.71]
80 XS 80S 0.276" [7.01] 2.323" [59.00]
3” *** *** 5S 3.500" [88.90] 0.083" [2.11] 3.334" [84.68]
*** *** 10S 0.120" [3.05] 3.260" [82.80]
40 Std 40S 0.216" [5.49] 3.068" [77.93]
80 XS 80S 0.300" [7.62] 2.900" [73.66]
4” *** *** 5S 4.500" [114.30] 0.083" [2.11] 4.334" [110.08]
*** *** 10S 0.120" [3.05] 4.260" [108.20]
40 Std 40S 0.237" [6.02] 4.026" [102.26]
80 XS 80S 0.337" [8.56] 3.826" [97.18]
6” *** *** 5S 6.625" [168.28] 0.109" [2.77] 6.407" [162.74]
*** *** 10S 0.134" [3.40] 6.357" [161.47]
40 Std 40S 0.280" [7.11] 6.065" [154.05]
80 XS 80S 0.432" [10.97] 5.761" [146.33]
8” *** *** 5S 8.625" [219.08] 0.109" [2.77] 8.407" [213.54]
*** *** 10S 0.148" [3.76] 8.329" [211.56]
20 *** *** 0.250" [6.35] 8.125" [206.38]
30 *** *** 0.277" [7.04] 8.071" [205.00]
40 Std 40S 0.322" [8.18] 7.981" [202.72]
60 *** *** 0.406" [10.31] 7.813" [198.45]
80 XS 80S 0.500" [12.70] 7.625" [193.68]

En el tubo industrial, como vemos en estos ejemplos, los diámetros nominales no coinciden ni con los exteriores ni con los interiores, y los espesores de pared de la misma cédula varían según el diámetro. La norma ASTM que lo cubre es la A312.

El tubo industrial no está dentro del alcance de este MANUAL, pero es bueno conocer sus diferencias con el "tubing".

Hablando de espesores de tubería, toquemos el punto de su medición. Lo más apropiado es un micrómetro con palpador esférico, de manera que éste apoye en la superficie interior del tubo y no se genere un error al apoyar una superficie plana contra una cóncava. Por fuera, por supuesto no hay problema, pues el palpador plano apoya sobre el exterior de la superficie cilíndrica.

Cajas de Tubing - United Industries 5. Pesos y Empaque

Una tabla de pesos es siempre una referencia útil, pero no deja de ser aproximada, pues si las dimensiones están sujetas a tolerancias, éstas se reflejan en los pesos. La tabla IV indica aproximadamente pesos redondeados del "tubing" sanitario, con empaque de cartón incluído.

Tabla IV
Pesos y dimensiones de "Tubing"
Diámetro nominal Espesor nominal Peso por tramo de tubo de 6.1 m
(Kg)
Número de tubos por caja Peso por caja
(Kg)
Dimensiones de la caja de embalaje
(cm)
1/2" Cal. 16 (0.065") 3.0 5 19 7
3/4" Cal. 16 (0.065") 4.5 5 26 8
1" Cal. 16 (0.065") 6.0 14 89 14x16
1 1/2" Cal. 16 (0.065") 9.0 17 163 15x26
2" Cal. 16 (0.065") 12.0 17 214 17x33
2 1/2" Cal. 16 (0.065") 15.0 11 175 21x28
3" Cal. 16 (0.065") 18.0 11 208 24x33
4" Cal. 14 (0.083") 30.0 5 160 24x30
6" Cal. 12 (0.109") 60.0 1 60 17x18

Notas:
1. Longitud de las cajas: 6.30 m.
2. Las dimensiones de la caja indican el diámetro del empaque tubular o la sección rectangular

6. Certificación

Para saber si la tubería adquirida cumple por lo menos con las normas ASTM, es indispensable exigir que cada tramo cuente con un mínimo de marcas que, junto con los Certificados de Calidad("Material / Metallurgical Test Reports" o "MTR's"), nos informen su origen, la especificación y las pruebas realizadas a ese lote.

La Aprobación 3-A, expedida por el Consejo Administrativo del Símbolo de Normas Sanitarias 3-A, es una certificación de calidad sólo otorgada a fabricantes que son inspeccionados y evaluados exitosamente por dicho Consejo. Esta Aprobación debe renovarse anualmente. En la figura 2 se presenta un ejemplo.

Certificado 3-A
Figura 2 - Certificado 3-A

7. Rastreabilidad

Cuando se identifica claramente en cada tubo una marca con el nombre del fabricante, el tipo de acero, la norma ASTM, el número de colada o lote de fabricación, y hay un certificado ("MTR") emitido por el fabricante mismo, indicando las especificaciones que cumple y las pruebas que pasó ese lote de fabricación, entonces es posible tener una certeza razonable de estar frente a un material controlado y adecuado para una determinada aplicación. Es necesario ser escrupuloso cuando se revisa la coincidencia entre las marcas de un producto y los certificados, exigiendo siempre marcas y documentos claros libres de enmendaduras y tachaduras. El certificado debe estar siempre ligado al material amparado por medio de un número de colada o de serie. Es lamentable como en ocasiones se piden, con exigencia intimidante, certificados para materiales sin marcas y, pero aún, la inexplicable satisfacción alcanzada al recibir un papel de ninguna forma ligado al material, ni al proveedor, ni a la operación involucrada. Un certificado sin marcas originales del fabricante en el producto es tan inútil como un pasaporte sin fotografía.

Metallurgical Test Report
MTR - Material / Metallurgical Test Reports



Esquema del concepto concepto de Rastreabilidad para tubería ASTM A270.

8. Tolerancias

Las normas ASTM establecen tolerancias para los parámetros que hemos estado manejando: diámetro, pared y composición química. Debemos entenderlas como "mínimos a cumplir", a veces insuficientes. ASTM A270, por ejemplo, fija para un tubing de 2" unas tolerancias de (+0.002", -0.011") para el diámetro y de +/-12.5% para el espesor. De aquí se puede desprender la siguiente situación hipotética, pero posible: pretender efectuar una buena soldadura entre un tubo "grande" y "delgado" con otro "chico" y "grueso", ambos dentro de tolerancia. El primero tiene 2.002" de diámetro exterior (DE) y su pared es de 0.057"; el DE del segundo es 1.989" y su pared es de 0.073". "Si emparejamos las superficies exteriores en un punto, a 180 grados, por el interior, habrá un escalón de 0.029" Tal diferencia representa un reto para la soldadura, ya sea manual u orbital. La fusión será probablemente defectuosa y se dará lugar a contaminación y corrosión. Por ello, usuarios experimentados con aplicaciones críticas establecen requerimientos más estrictos.

Las variaciones también ocurren en la composición química y puede existir la necesidad de soldar tubos de diferente lote. Un factor importante a considerar es el contenido de azufre, que anteriormente la norma A270 marcaba como 0.030% máximo. Una diferencia substancial en los contenidos de azufre, aún dentro de la norma, puede imposibilitar la soldadura al desviarse el arco. Para la soldadura orbital en líneas de alta pureza, la norma A270 propone ahora un Requerimiento Suplementario (S2), que fija un rango de 0.005 a 0.17% para el contenido de Azufre, restricción que ha demostrado acabar con este problema.

¿Cómo minimizar las variaciones?

Cuando las aplicaciones son críticas es conveniente exigir que toda la tubería que se emplee en cada línea sea de la misma colada. Esto garantiza más uniformidad en diámetros, espesores y composición química.

Para la soldadura entre tubo y conexiones es casi imposible contar con material de la misma colada. En estos casos es indispensable efectuar un análisis total de dimensiones y composiciones químicas, buscar la compatibilidad entre las partes a unir y hacer probetas para cada diámetro y combinación de coladas.

9.Ejemplo de Pedido

En este ejemplo se presentan las especificaciones que típicamente se deben incluir un pedido de "tubing" sanitario.

Número de piezas: 30
Nombre: Tubing de acero inoxidable
Material: ASTM A270 TP304
Diámetro exterior: 2"
Calibre: 16 (0.065" de espesor de pared)
Longitud por pieza: 6.10 m (20ft)
Acabado Sanitario, según las normas 3-A.
Extremos: Preparados para soldadura orbital (opcional).
Rastreabilidad: Cada tubo y caja deben estar identificados con nombre del fabricante, especificación ASTM, tipo de acero y número de colada. Idealmente, la marca en cada tubo debe ser indeleble y repetirse a lo largo del mismo.
Certificación: Enviar con el embarque o vía fax el Certificado del Fabricante ("MTR") con resultados de pruebas físicas y análisis químico
Pasivación: Opcional.
Electropulido interior: Opcional. Ver capitulo correspondiente.
Requerimiento Suplementario S2 Opcional, incluye 0.005 a 0.017% de Azufre.

En las figuras 3 y 4 podemos ver ejemplos de "MTR" y marcas.
10. Presiones de Operación

Las presiones mostradas en la Tabla V fueron calculadas usando los procedimientos del ASME B31.3 "Process Piping" y las siguientes propiedades de los materiales:

Esfuerzos Mínimos para los
Aceros Inoxidables en ksi
304 304L 316 316L
Esfuerzo a la Tensión 75.0 70.0 75.0 70.0
Esfuerzo a la Cedencia 30.0 25.0 30.0 25.0


°F °C Esfuerzos Máximos Permisibles
(S - ksi)
304 304L 316 316L
100 37.8 16.0 16.7 18.8 16.7
200 93.3 15.1 16.5 17.7 16.7
300 148.9 14.1 15.3 15.6 16.0
400 204.4 13.8 14.7 14.3 15.6
500 260.0 13.5 14.4 13.5 14.8
600 315.6 13.5 14.0 12.8 14.0

Tomando en cuenta los valores de esfuerzos permisibles para los aceros inoxidables de las tablas anteriores, y considerando el código ASME B31.3 "Process Piping", Chapter II Design, Part I, Sección 304, Parrafos 304.1.1 y 304.1.2, y los siguientes valores del mismo codigo: Factor de Junta E = 0.8 (ASME B31.3 tabla A-1B), Coeficiente de temperatura a 20°C Y = 0.4 (ASME B31.3 tabla 301.1.1), Margen de corrosión = -0.020" (ASME B31.3 párrafo 304.1.1)

TABLA V
Tolerancias Nominales y Presiones Máximas Permisibles para Tubing
Diámetro Nominal 1/2” 3/4” 1” 1 1/2” 2” 2 1/2” 3” 4” 6”
Diámetro Externo D 0.500"
(12.70 mm)
0.750"
(19.05 mm)
1.000"
(25.40 mm)
1.500"
(38.10 mm)
2.000"
(50.80 mm)
2.500"
(63.50 mm)
3.000"
(76.20 mm)
4.000"
(101.60 mm)
6.000"
(152.40 mm)
Tolerancia ±0.005"
(±0.13 mm)
±0.005"
(±0.13 mm)
±0.005"
(±0.13 mm)
±0.008"
(±0.20 mm)
±0.008"
(±0.20 mm)
±0.010"
(±0.25 mm)
±0.010"
(±0.25 mm)
±0.015"
(±0.38 mm)
±0.030"
(±0.76 mm)
Espesor Cal. BWG 16 16 16 16 16 16 16 14 12
T 0.065"
(1.65 mm)
0.065"
(1.65 mm)
0.065"
(1.65 mm)
0.065"
(1.65 mm)
0.065"
(1.65 mm)
0.065"
(1.65 mm)
0.065"
(1.65 mm)
0.083"
(2.11 mm)
0.109"
(2.77 mm)
Tolerancia Máxima +0.005"
(+0.13 mm)
+0.005"
(+0.13 mm)
+0.005"
(+0.13 mm)
+0.005"
(+0.13 mm)
+0.005"
(+0.13 mm)
+0.005"
(+0.13 mm)
+0.005"
(+0.13 mm)
+0.008"
(+0.20 mm)
+0.015"
(+0.38 mm)
Tolerancia Mínima -0.008"
(-0.20 mm)
-0.008"
(-0.20 mm)
-0.008"
(-0.20 mm)
-0.008"
(-0.20 mm)
-0.008"
(-0.20 mm)
-0.008"
(-0.20 mm)
-0.008"
(-0.20 mm)
-0.010"
(-0.25 mm)
-0.015"
(-0.38 mm)
Presión Máxima Interna de Diseño de acuerdo al ASME B31.3 "Process Piping"
Ac. Inox. 304
en
psig
100°F
(38°C)
2,013.61
(141.6 kg/cm²)
1,314.83
(92.5 kg/cm²)
976.09
(68.6 kg/cm²)
644.18
(45.3 kg/cm²)
480.71
(33.8 kg/cm²)
383.42
(27.0 kg/cm²)
318.88
(22.4 kg/cm²)
342.83
(24.1 kg/cm²)
318.88
(22.4 kg/cm²)
300°F
(149°C)
1,900.34
(133.6 kg/cm²)
1,240.87
(87.3 kg/cm²)
921.19
(64.8 kg/cm²)
607.94
(42.8 kg/cm²)
453.67
(31.9 kg/cm²)
361.85
(25.4 kg/cm²)
300.94
(21.2 kg/cm²)
323.55
(22.8 kg/cm²)
300.94
(21.2 kg/cm²)
500°F
(260°C)
1,698.98
(119.5 kg/cm²)
1,109.38
(78.0 kg/cm²)
823.58
(57.9 kg/cm²)
543.53
(38.2 kg/cm²)
405.60
(28.5 kg/cm²)
323.51
(22.8 kg/cm²)
269.05
(18.9 kg/cm²)
289.27
(20.3 kg/cm²)
269.05
(18.9 kg/cm²)
Ac. Inox. 316L
en
psig
100°F
(38°C)
2,101.70
(147.8 kg/cm²)
1,372.35
(96.5 kg/cm²)
1,018.80
(71.6 kg/cm²)
672.36
(47.3 kg/cm²)
501.75
(35.3 kg/cm²)
400.19
(28.1 kg/cm²)
332.83
(23.4 kg/cm²)
357.83
(25.2 kg/cm²)
332.83
(23.4 kg/cm²)
300°F
(149°C)
2,101.70
(147.8 kg/cm²)
1,372.35
(96.5 kg/cm²)
1,018.80
(71.6 kg/cm²)
672.36
(47.3 kg/cm²)
501.75
(35.3 kg/cm²)
400.19
(28.1 kg/cm²)
332.83
(23.4 kg/cm²)
357.83
(25.2 kg/cm²)
332.83
(23.4 kg/cm²)
500°F
(260°C)
1,862.59
(131.0 kg/cm²)
1,216.21
(85.5 kg/cm²)
902.89
(63.5 kg/cm²)
595.87
(41.9 kg/cm²)
444.66
(31.3 kg/cm²)
354.66
(24.9 kg/cm²)
294.96
(20.7 kg/cm²)
317.12
(22.3 kg/cm²)
294.96
(20.7 kg/cm²)
Presiones Máximas de trabajo de acuerdo al ASME BPE-2007 Tabla DT-2
Unión Soldable
en
psig
100°F
(38°C)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200°F
(93°C)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
Unión Clamp
en
psig
100°F
(38°C)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
200.00
(14.1 kg/cm²)
150.00
(10.5 kg/cm²)
200°F
(93°C)
165.00
(11.6 kg/cm²)
165.00
(11.6 kg/cm²)
165.00
(11.6 kg/cm²)
165.00
(11.6 kg/cm²)
165.00
(11.6 kg/cm²)
165.00
(11.6 kg/cm²)
150.00
(10.5 kg/cm²)
125.00
(8.8 kg/cm²)
75.00
(5.3 kg/cm²)

Los valores mostrados en la Tabla V son sugeridos como presiones máximas, para cuestiones de diseño se deberá tomar en cuenta los valores establecidos en el ASME BPE vigente en uniones soldadas y clamp.

11. Tipos de Tubería

Dentro del concepto "Sanitario", se incluyen por definición las superficies que cumplen con las normas 3-A, cuyo párrafo relacionado transcribimos en el Capítulo 2. Sin embargo, usuarios con diferentes necesidades exigen alternativas de superficies con acabados distintos al expresado en la Norma 3-A. A continuación presentamos una Lista de las diversas opciones disponibles en el mercado.

  1. A270, 20 micro-pulgadas máximo Ra interior, 32 micro-pulgadas máximo Ra exterior. Esta tubería excede los requisitos de la norma 3-A y se consume generalmente del tipo 316L.


  2. Tubería Farmacéutica. Para el manejo de agua en laboratorios farmacéuticos, la norma A270 contempla en el Párrafo S2 varios Requerimientos Suplementarios para "Tubo de calidad Farmacéutica", que incluyen control del Azufre (0.005% a 0.017%); ciertos valores de dureza y tensión; pruebas de formado, especificaciones de empacado e indicaciones de especificar el acabado en el Pedido. Esto se puede complementar con las siguientes notas adicionales:


    • Acabado interior Ra máximo de 20 micro-pulgadas logrado por medios mecánicos ó Ra máximo de 10-15 micro-pulgadas obtenido por electropulido.
    • Pasivación.
    • Enjuague con agua deionizada.
    • Limpieza y secado con materiales (trapos) estériles desechables.
    • Inspección boroscópica.
    • Limpieza y empaque en cuarto limpio.
    • Empaque hermético.

    Típicamente se ordena en tipo 316L.

  3. A270TP304, 32 micro-pulgadas máximo Ra interior y exterior. Cumple con la norma 3-A y se usa ampliamente en las industrias de alimentos y bebidas.

  4. A269TP304 B/A. Si la tubería se trata térmicamente con recocido normal (en atmósfera oxidante) y se eliminan escoria y coloraciones mediante desbaste mecánico, obtenemos la designación B/A. El acabado se especifica cuando mucho con un número de grit y, aunque prácticamente es sanitario, no se certifica como "tubería 3-A".

    No confundir con el "BA" de las normas DIN.

  5. A269TP304 H-B/A. H-B/A, es la abreviatura para "Hydrogen Bright Annealed" y se refiere a tubería con tratamiento térmico de recocido brillante que, gracias a haberse realizado en una atmósfera de Hidrógeno, en su superficie no se forman escoria ni coloraciones. Este tratamiento hace innecesario el proceso de "Decapado", concebido para eliminar dichas afectaciones de la superficie. El acabado resultante esta cerca del, pero no puede considerarse, sanitario.

  6. Tuberías tipo "Europeo". Olvidando la apariencia exterior, básicamente establecida con fines estéticos, el interior de tubo es por muchos aceptado como "sanitario" si conserva el acabado original 2B del fleje y si la soldadura, a ras, se confunde suavemente con el metal base. Por otro lado, algunos usuarios exigentes aceptan de buena gana esta tubería para ciertas aplicaciones poco críticas, como las líneas de retorno de "CIPs".

    Dentro de este rubro, hay dos opciones en el mercado: DIN y W/A, que a continuación se resumen.

    F.1 Tubería DIN. La norma alemana DIN 11850 define diámetros y espesores como los de la Tabla VI. Las opciones más populares para acabado interior y tratamiento térmico se muestran en la tabla VII.

    • La composición química está dada por las normas 1.4301, similar a la del AISI-304 y la 1.4404, similar a la del AISI 316L. Existen, tanto en DIN como en AISI, gran variedad de composiciones químicas dentro de los aceros inoxidables austeníticos, pero no están dentro del alcance de este MANUAL.

    Tabla VI
    Comparativo de Normas y Dimensiones de Tubería
    Diámetro
    Externo
    Espesor
    de pared
    Tubing
    comercial
    DIN DIN 11850 SMS DIN ISO
    mm pulg mm pulg Serie 1 Serie 2 Serie 3
    6.00 0.236" 1.00 0.039"


    DIN 04


    6.35 0.250" 0.89 0.035" 1/4”





    8.00 0.315" 1.00 0.039"
    DIN DN 06
    DIN DN 06


    9.52 0.375" 0.89 0.035" 3/8”





    10.00 0.394" 1.00 0.039"
    DIN DN 08
    DIN DN 08


    12.00 0.472" 1.00 0.039"

    DIN DN 10 DIN DN 10


    12.00 0.472" 1.50 0.059"
    DIN DN 10




    12.70 0.500" 1.65 0.065" 1/2”





    13.50 0.531" 1.60 0.063"





    ISO DN 08
    14.00 0.551" 2.00 0.079"



    DIN DN 10

    17.20 0.677" 1.60 0.063"





    ISO DN 10
    18.00 0.709" 1.00 0.039"

    DIN DN 15



    18.00 0.709" 1.50 0.059"
    DIN DN 15




    19.05 0.750" 1.65 0.065" 3/4”





    19.00 0.748" 1.50 0.059"


    DIN DN 15


    20.00 0.787" 2.00 0.079"



    DIN DN 15

    21.03 0.828" 1.60 0.063"





    ISO DN 15
    22.00 0.866" 1.00 0.039"

    DIN DN 20



    22.00 0.866" 1.50 0.059"
    DIN DN 20




    23.00 0.906" 1.50 0.059"


    DIN DN 20


    24.00 0.945" 2.00 0.079"



    DIN DN 20

    25.00 0.984" 1.20 0.047"




    SMS DN 25
    25.40 1.000" 1.65 0.065" 1”





    26.90 1.059" 1.60 0.063"





    ISO DN 20
    28.00 1.102" 1.00 0.039"

    DIN DN 25



    28.00 1.102" 1.50 0.059"
    DIN DN 25




    29.00 1.142" 1.50 0.059"


    DIN DN 25


    30.00 1.181" 2.00 0.079"



    DIN DN 25

    32.00 1.260" 1.20 0.047"




    SMS DN 32
    33.70 1.327" 2.00 0.079"





    ISON DN 25
    34.00 1.339" 1.00 0.039"

    DIN DN 32



    34.00 1.339" 1.50 0.059"
    DIN DN 32




    35.00 1.378" 1.50 0.059"


    DIN DN 32


    36.00 1.417" 2.00 0.079"



    DIN DN 32

    38.00 1.496" 1.20 0.047"




    SMS DN 40
    38.10 1.500" 1.65 0.065" 1 1/2”





    40.00 1.575" 1.00 0.039"

    DIN DN 40



    40.00 1.575" 1.50 0.059"
    DIN DN 40




    41.00 1.614" 1.50 0.059"


    DIN DN 40


    42.00 1.654" 2.00 0.079"



    DIN DN 40

    42.40 1.669" 2.00 0.079"





    ISO DN 32
    48.30 1.902" 2.00 0.079"





    ISO DN 40
    50.80 2.000" 1.65 0.065" 2”





    51.00 2.008" 1.20 0.047"




    SMS DN 50
    52.00 2.047" 1.00 0.039"

    DIN DN 50



    52.00 2.047" 1.50 0.059"
    DIN DN 50




    53.00 2.087" 1.50 0.059"


    DIN DN 50


    54.00 2.126" 2.00 0.079"



    DIN DN 50

    60.30 2.374" 2.00 0.079"





    ISO DN 50
    63.50 2.500" 1.60 0.063"




    SMS DN 65
    63.50 2.500" 1.65 0.065" 2 1/2”





    70.00 2.756" 2.00 0.079"
    DIN DN 65
    DIN DN 65


    76.10 2.996" 1.60 0.063"




    SMS DN 80
    76.10 2.996" 2.30 0.091"





    ISO DN 65
    76.20 3.000" 1.65 0.065" 3”





    85.00 3.346" 2.00 0.079"
    DIN DN 80 DIN DN 80 DIN DN 80


    88.90 3.500" 2.30 0.091"





    ISO DN 80
    101.60 4.000" 2.00 0.079"




    SMS DN 100
    101.60 4.000" 2.11 0.083" 4”





    104.00 4.094" 2.00 0.079"

    DIN DN 100 DIN DN 100


    114.30 4.500" 2.60 0.102"





    ISO DN 100
    129.00 5.079" 2.00 0.079"


    DIN DN 125


    139.70 5.500" 2.60 0.102"





    ISO DN 125
    152.40 6.000" 2.77 0.109" 6”





    154.00 6.063" 2.00 0.079"


    DIN DN 150


    168.30 6.626" 2.60 0.102"





    ISO DN 150


    TABLA VII
    Algunos Ejemplos de Símbolos
    De la norma DIN 11850
    Símbolo Tratamiento Térmico Acabado
    BA Recocido Interior y exterior:
    Decapados o recocido brillante
    CA No Interior y exterior:
    Decapado.
    BB Recocido Interior:
    Decapado o recocido brillante
    Exterior:
    Pulido 320 grit.
    CB No Interior: decapado
    Exterior: pulido 320 grit
    BD Recocido Interior:
    0.8 µm en el metal base y
    1.6 µm en la soldadura.
    Exterior:
    Pulido 320 grit.


    F.2 Tubería A269TP304 W/A. Es la designación de tubería concebida originalmente para vinícolas ("Winery Application"). Lleva tratamiento térmico de recocido y pulido exterior sólo a nivel "cosmético". No se precisa el Factor de Rugosidad del interior. Las dimensiones se basan en el sistema inglés, como las de la Tabla II.

  7. Tubería A778. Esta norma ASTM presenta un tubo que simplemente se forma, suelda y si acaso se decapa. No lleva tratamiento térmico alguno. Las pruebas mecánicasde esta norma indican que cada lote debe sujetarse a una prueba de tracción y dos pruebas de doblez guiado transversal. Las soldaduras no son necesariamente a ras, ya que existe una tolerancia de 1/16" para refuerzos interiores y exteriores.

  8. Tubería Decapada. Es una designación, incompleta, que pretende incluir tubo sin pulir, con acabado grisáceo. El decapado es un proceso empleado para eliminar la escoria e impurezas provenientes de la soldadura y/o de un tratamiento térmico oxidante. Sin embargo, el decapado pierde su razón de ser si el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera controlada, o bien si se eliminan escorias y contaminantes mediante el uso de abrasivos. Un tubo H-B/A o B/A, tratado térmicamente en atmósfera controlada o con pulido mecánico, funcionalmente puede sustituir con ventaja a un tubo decapado.

  9. Tubería MW. Otra especificación que no podemos olvidar es la del tubo para fabricar conexiones, especialmente codos. Si para fabricar codos empleados tubo con tolerancias de A270, donde el espesor puede ser tan delgado como 0.057", los espesores de la pieza terminada serán inaceptables. Este defecto es difícil de detectar a simple vista en los codos con extremos "clamp" o ferulados. Sin embargo, siempre es posible realizar una medición con calibrador, la cual nos delatará probablemente escasez de espesor en la parte "externa" de la curva.

    • La respuesta lógica es emplear un tubo más grueso, comercialmente disponible bajo la designación MW o "Pared Mínima" ("Minimum Wall"). Por ejemplo, para fabricar codos 2WC calibre 16, se debe pedir (Tubo A269, 0.066" MW), cuyo espesor se mantiene siempre arriba de las 66 milésimas de pulgada y, al doblarse, genera un codo con pared dentro de las mismas tolerancias del tubo con que probablemente se soldará a tope. De no especificarse MW, se entiende que la pared nominal es la designada AW ("Avarage Wall") o Promedio, con tolerancia que admite variación de espesor en más y en menos.

  • Tubería R/L. Cuando se adquiere tubería que se va a cortar en tramos muy cortos para fabricar conexiones, es importante considerar la posibilidad de usar puntas y colas de los lotes normales de 6.1 m (20 ft), que son tramos de longitud irregular, desde 1.5m hasta 4 ó 5 metros, comercialmente designados como R/L ("Random Lengths"), o largo al azar. El precio de estos tramos es, lógicamente, más bajo que el de tramos de exactamente 6.10m.
    12. Pulido Mecánico

    Cada vez es menos común el designar los acabados del acero inoxidable en términos de "grit", refiriéndose con ello al tamaño del grano abrasivo empleado para pulirlo. El tamaño se identifica con el número de la malla por la que puede hacerse pasar dicho grano. Mientras más cerrada es la malla, más alto su número, más fino el abrasivo y más tersa la superficie que se pule con él.

    De esta forma y por años, el acabado sanitario, de acuerdo a las normas 3-A*, se ha definido como aquel obtenido mediante la acción abrasiva del grano 150, o 150 "grit". Hay varios factores que afectan en última instancia los resultados que se obtienen al pulir con grano 150: el uso de lubricantes, tipo de lubricante, aplicación manual o con herramienta, tipo de herramienta, velocidad, desgaste de la lija, rugosidad inicial, destreza del operario, presión, etc. Por consiguiente, la especificación resultaba insuficiente.

    Ahora 3-A ha precisado la norma, haciendo referencia al Factor de Rugosidad Ra.

    El Factor de rugosidad Ra es una medida más directa del acabado superficial, ya que representa un promedio del tamaño de las irregularidades de su sección y puede ser calculado o, más prácticamente, medido por un instrumento, llamado Rugosímetro o Profilómetro ("Profilometer"). Si el promedio es aritmético, se designa Ra; si es geométrico, RMS ("Root Mean Square"). Para una misma superficie, el Ra es aproximadamente 11% más bajo que el RMS.

    Basado en estas definiciones, 3-A estable un Ra máximo de 0.8 µm ó 32µin para el acabado sanitario. Estas unidades son las micras o millonésimas de metro y millonésima de pulgada, respectivamente. Si multiplicamos el número de µm por 40, obtenemos µin.

    *Ver Glosario al final del MANUAL.

    En la tabla A-1 presentamos los Factores de Rugosidad Ra que se producen con diversos abrasivos, lubricantes y tamaños de grano. Los números reflejan la posible variación de resultados obtenibles con el mismo grano.

    100
    TABLA A-1
    Lecturas de Profilómetro Ra (µin) para
    Diferentes granos abrasivos y lubricantes.
    (Cortesía de Stainless Products, Inc.)
    Abrasivo: Oxido de Aluminio
    GRANO
    (Grit)
    ACEITE EMULSION
    ACUOSA
    SECO GRASA
    24 160 175 180
    36 140 155 160
    40 130 135 150
    50 110 120 125
    60 90 95 98
    80 70 75 80
    60 65 70
    120 50 55 58
    150 37 41 45 27
    180 25 30 44 18
    220 15 18 20 8-9
    240 10-12 15 17 7-8
    280 9-10 12-14 15 6-7
    320 7-8 10-12 14 5-6
    400 6-7 9-10 13 4-5
    Abrasivo: Carburo de Silicio
    GRANO
    (Grit)
    ACEITE EMULSION
    ACUOSA
    SECO GRASA
    180 9 12 10 7-8
    240 8 10 8 6
    320 6 8 6 3-4

    Es importante enfatizar que el mero uso de un abrasivo determinado no garantiza la obtención de un cierto Ra. Condicionantes primordiales para alcanzar un cierto acabado son el respetar una rigurosa secuencia de aplicación de tamaños de grano y el cuidado minucioso en manejo de los abrasivos.

    Cuando se desea producir un acabado sanitario a partir de un cordón burdo de soldadura de un "acabado de molino" ("Mill finish"), son probablemente necesarios varios pasos: empezar con grano 36, pasar 50/60 y 100/120, para terminar con 150/180. Cada caso, obviamente, requiere probarse por separado.

    La omisión de alguno de los pasos de pulido ocasiona la formación de pliegues y recovecos imperceptibles a simple vista, pero detectables con algún proceso posterior o por problemas de operación. En efecto, cuando un paso se omite, la acción del siguiente no logra borrar al anterior, como dicta la buena práctica. Entonces, típicamente el operario pone más empeño, mas presión, calienta y dobla los picos de las rugosidades, ejerciendo una acción de embarrado y formando los defectos mencionados, que constituyen focos de contaminación y disminuyen la limpiablilidad de la superficie.

    Otra fuente de preocupación son los poros ("pits"), que se generan usualmente por la presencia de inclusiones no metálicas en el acero o por procesos de soldadura defectuosos. La aplicación meticulosa de los varios pasos de pulido puede resultar infructuosa para eliminar dichos poros.

    Atendiendo la indeseabilidad de los defectos mencionados, la norma 3-A los cita específicamente. El texto completo original en inglés dice:

    "D1, All product contact surfaces shall have a ground and/or polished finish at least as smooth as a No. 4 finish on stainless steel sheets, free of imperfections such as pits, folds an crevices"

    .

    "F, Surface finish equivalent to 150 grit or better as obtained with Silicon Carbide, properly applied on stainless steel sheets, is considered in compliance with the requirements of Section D1 herein. A maximum Ra of 32 micro-inch (0.8 micrometer), when measured according to recommendations in ANSI/ASME B46.1 -Surface Texture, is considered equivalent to a No. 4 finish".

    13. Electropulido

    El proceso de Electropulido, o pulido electrolítico, remueve material de las superficies metálicas en forma inversa a como la galvanoplastia deposita, dentro de un baño de ácidos y mediante corriente eléctrica. Puesto que la corriente se concentra en las protuberancias, macro y micro, el Electropulido nivela las irregularidades y elimina sin violencia una capa de aproximadamente 1 milésima de pulgada que normalmente alberga residuos de abrasivos contaminantes y sufre de una estructura metalográfica alterada por la acción del pulido mecánico que normalmente lo precede.

    En aceros como el AISI-304, el Electropulido produce una superficie tersa, sin protuberancias, ni cambios abruptos, sin contaminantes y con granos austeníticos equiaxiales.

    A continuación presentamos algunas cualidades y usos de las superficies electropulidas:

    Este acabado usualmente se especifica en base a un determinado pulido mecánico previo, en térmicos de "grit", por ejemplo:

    Una forma más correcta de especificar es exigiendo un cierto Factor de Rugosidad, medible antes o después del electropulido, por ejemplo:

    En las Figuras B-1 y B-2 ilustramos las acciones del pulido mecánico y del EP, con sus muy diferentes resultados. La caricatura de la Figura B-1 fue hecha por el Dr. Charles Faust, a quien debemos desarrollos muy importantes del Electropulido.

    Pulido Mecánico
    Figura B-1
    Pulido Mecánico, Caricatura por el Dr. Charles Faust


    Pulido Mecánico
    Figura B-2
    Acabado Sanitario, electropulido en la parte inferior derecha.

    14. Soldadura Orbital y Boroscopía

    La soldadura orbital es un proceso TIG automático para unir tubería. Nace con el objeto de eliminar las variaciones naturales de un proceso manual, así como para optimizar y garantizar la repetIbilidad de los parámetros.

    En la soldadura orbital se controlan electrónicamente voltaje, corriente, flujo de gas, velocidad, etc. Una vez seleccionados, lo único a cuidar es el buen ensamble y la limpieza de la junta.

    El refinamiento logrado con la soldadura orbital permite minimizar el calor suministrado, mediante la aplicación de una serie de puntos traslapados y no de un cordón continúo, con penetración exacta y controlando la corriente en cada cuadrante conforme el arco avanza alrededor del tubo.

    La corriente no es simplemente directa, pues consiste de una onda cuadrada con adición de alta frecuencia al inicio del proceso y disminución gradual al terminar el traslape.

    La configuración típica contempla una fuente de poder computarizada y varios cabezales que albergan mordazas para cubrir los diámetros más comunes del mercado sanitario. El modelo más reciente de cabezal maneja tubos de 1" a 4" de diámetro exterior (Fig.4.1.)

    La fuente de poder computarizada almacena una serie de programas, a cada uno de los cuales debe dárseles un ajuste fino de acuerdo a las características particulares de la aplicación en turno y conforme a resultados obtenidos al soldar probetas representativas de la línea por instalar, procurando igualar todos los factores que estarán presentes en campo.

    Los extremos a soldar, debidamente preparados, preferentemente por una careadora portátil, se presentan a tope, sin separación y sin bisel. Se coloca el cabezal en la junta, se centra el tungsteno en ella, se aprietan las mordazas y se deja que el programa funcione.


    Figura 4.1.
    Soldadura Orbital en Tubería.

    Automáticamente la fuente computarizada inicia el suministro de los gases, primario y de purga, deja un tiempo de barrido y arranca el arco con alta frecuencia. A una corriente directa de base se adiciona una onda cuadrada, cuyo valor máximo va variando cada 90° y disminuye gradualmente al completar el giro. El suministro de gas se mantiene unos segundos y, finalmente se corta, terminándose así la soldadura.

    Las dimensiones de las mordazas del cabezal, indispensables para una sujeción segura y una alineación correcta, exigen una longitud recta mínima de los tubos o la conexión que se va a soldar. Por ello se diseñaron las conexiones "tangenciales" o para soldadura automática, AWF ("Automatic Welding Fittings"), cuyos extremos rectos son suficientemente largos para recibir las mordazas.

    No se puede sobre-enfatizar la importancia de los cuidados al cortar, carear, rebabear y limpiar las juntas. La limpieza debe incluir las herramientas, los guantes, las manos y el gas de protección. Inclusiones, poros, carbón, chisporroteos, etc. serán las consecuencias de una junta sucia.

    El gas de purga merece al menos un párrafo aparte, pues su pureza es de mucha trascendencia para la calidad de la soldadura. Se recomienda que la pureza del argón para purga sea aún mayor que la del que protege el arco.

    A pesar de la seguridad que se puede derivar de una soldadura orbital, la certeza de un buen cordón interior sólo se comprueba con una inspección boroscópica, que a la vez ofrece la posibilidad de conservar un registro.


    Figura 4.1.
    Inspección de Soldaduras en Tubería por Medio de Boroscopia

    La sonda acepta doblarse en los codos y, al girarse desde la entrada, permite ver y filmar toda la circunferencia de la junta.

    Gracias a la miniaturización, todo el equipo, salvo el monitor, cabe perfectamente en una maleta.

    En la inspección de soldaduras de tuberías, la boroscopía ha venido reemplazando a los rayos "X", pues éstos son insuficientes para descubrir algunos defectos como, por ejemplo, coloración por deficiencia en la purga, contaminantes y rayones de la preparación.

    Con un boroscopio debidamente manejado y la experiencia del operador, se define de inmediato si una junta está correcta o requiere repetirse. Además, analizando los defectos, se puede determinar qué parámetro(s) hay que corregir para obtener la aprobación deseada al repetir la soldadura.

    El conjunto de filmaciones de las juntas correctas y debidamente identificadas constituye un registro necesario para respaldar la calidad de la instalación.

    15. Pasivación del Acero inoxidable

    Se define con el proceso en el que una superficie metálica se hace no-reactiva o más resistente a la corrosión.

    Es importante mantener las superficies que se usan para fabricar productos para consumo humano, como alimentos y medicinas, libres de corrosión y contaminantes. En la pasivación, un flujo de soluciones remueve de la superficie contaminantes y catalizadores de la corrosión permitiendo la formación de una capa de óxido, en esencia, "pasiva".

    Se pasivan rutinariamente los sistemas nuevos justo antes del arranque, o bien como un procedimiento de mantenimiento en instalaciones existentes.

    En instalaciones nuevas, antes de la pasivación, es necesario eliminar aceites, grasas y residuos propios de la fabricación.

    La frecuencia con que debe repetirse la pasivación depende de cómo y con qué se pasivó originalmente, de la calidad de los materiales y su fabricación, y de las propiedades de la substancias que fluyen durante operación y limpieza.

    Métodos tradicionales de pasivación se basan en productos químicos muy tóxicos como ácidos nítrico, fosfórico y fluorhídrico. Además de peligrosos en su manejo, la eliminación de los residuos representa un problema ecológico. Los ácidos minerales atacan la superficie y arrastran sus componentes, incluyendo metales peligrosos, como el Cromo.

    Ha surgido en el mercado una alternativa de pasivación mediante quelantes o secuestradores de iones metálicos libres, principalmente EDTA y ácido cítrico. Estos productos son biodegradables, menos corrosivos, fáciles de manejar y normalmente se acepta su descarga directa al drenaje.

    Los quelantes efectúan una labor de pasivación excelente y sus ventajas sobre los ácidos inorgánicos han sido objeto de estudios muy interesantes basados en pruebas Auger, para determina la composición química del acero en una capa superficial de unas cuantas decenas de Angstroms. Los resultados presentan un aumento considerable de la relación Cr/Fe con respecto a la composición teórica del acero, lo cual se traduce en una mejor resistencia a la corrosión.

    La pasivación de tuberías de acero inoxidable es primordialmente importante para mejorar el comportamiento de las zonas afectadas por el calor de la soldadura ("HAZ", ver Glosario), donde usualmente se ve alterada la composición superficial del acero.

    16. Codos

    El simple concepto de un tubo doblado nos puede llevar a varias opciones. La primera división la establece el ángulo del doblez: 90 y 45 grados. Dentro de los codos de 90 grados, tenemos las siguientes variables, que enlistaremos usando las designaciones aceptadas en el medio.

    1. 2WC Codos sin tangentes. Primeramente hagamos una aclaración. Estos codos erróneamente son referidos como "codos radio corto", siendo que en realidad codos con tangentes cortas o largas, así como codos sin tangentes, tienen el mismo radio de curvatura: 1.5 veces de diámetro. Es, por lo tanto, deseable usar el concepto de tangente, mas no el radio, como elemento distintivo. De esta forma, tenemos:
    2. Codos con tangente larga. Un codo 2WC consiste en un cuadrante de toroide (dona), el radio de curvatura se mantiene constante de extremo a extremo de la pieza y, en consecuencia, en ningún lugar se conserva intacto el tubo con que se fabricó (Ver figura 6-1)
      Toroide generedor para codos
      Figura 6.1. Toroide Generador para Codos
      D = Diámetro exterior.
      R = Radio de Curvatura = 1.5 D

      Por ejemplo, los codos de 2" de diámetro tienen un radio de curvatura de 3".

      Los codos 2WC, a causa del formado, presentan un espesor no homogeneo, que se manifiesta en los extremos. La zona "a", que sufrió de estiramiento en el proceso de formado, se habrá adelgazado; la zona "b", que se comprimió, habrá engrosado. Esta característica plantea cierta dificultad para soldar, ya que diferentes espesores demandan diferentes parámetros en el proceso. Si a esta irregularidad de espesor le sumamos las posibles variaciones, aún dentro de tolerancias, de ovalamiento, diámetro y espesor, tanto del codo como del tubo con que eventualmente se suelde, es muy probable que el interior del cordón resulte con escalón y/o con falta de fusión. Por desgracia, estos defectos se detectan fácilmente mediante boroscopía (Ver capítulo correspondiente), cuyo uso está generalizado sólo en el campo farmacéutico.

      Entonces, ¿por que son tan populares en México los codos 2WC? -- Por su bajo precio.

      En nuestro mercado se ha dado un fenómeno por el que han proliferado fabricantes de codos 2WC que usan un método de producción un tanto tortuoso, un poco increíble y definitivamente reprobable. Las instrucciones serian así:

        1. Compre un tubo barato, sin marcas, sin MTR, sin tratamiento térmico, con cualquier acabado superficial y que apenas cumpla con el espesor mínimo del calibre 16 (0.065" - 10%). Si son puntas o colas de fabricación, mejor.
        2. Córtelo en pedazos.
        3. Caliéntelo una vez: Suéldele una tapa.
        4. Caliéntelo otra vez: Llénelo de brea caliente.
        5. Caliéntelo por tercera vez: Suéldele la otra tapa.
        6. Con la brea solidificada, empújelo dentro de un dado con la forma del codo.
        7. Córtele las tapas.
        8. Caliéntelo por cuarta vez para fundir la brea y vaciarlo.
        9. Lávelo con solvente.
        10. Caree extremos y ajuste escuadra.
        11. Redondee extremos.
        12. Adelgace el ya escaso espesor para darle acabado: Púlalo.
        13. Sorprenda a su cliente con un producto fuera de tolerancia en espesor y con estructura metalográfica alterada por calentamientos repetidos sin control.
        14. Deséele buena suerte al soldador.
        15. Esté prevenido para buscar algun culpable si el funcionamiento de la instalación no es el esperado.

      Aunque el proceso parece largo, si se hace en un local rústico y se "aprovecha" la mano de obra "barata" del país, el costo de este producto resulta muy atractivo para quien no reflexiona en los conceptos anteriores. Es este un buen ejemplo de "economía mal entendida"?

      Si ,a pesar de todo, usted quiere codos 2WC, exija que hayan sido formados en frío y a partir de tubo MW (0.066" de espesor mínimo). Así no habrá defectos metalográficos y el espesor estaría dentro de tolerancia.

      En forma general, esta sería una forma de inspeccionar codos 2WC:

      • Diámetro. Mida con un calibrador pié de rey por lo menos dos diámetros, procurando que uno sea en el plano del doblez y el a otro 90°. La diferencia de cualquiera de ellos contra el diámetro nominal no debe ser mayor de 0.020", como se muestra en la figura 6-2.
        Tolerancia para Diámetro
        Figura 6.2. Tolerancia para Diámetro

      • Ovalamiento. Si no le es posible montar el codo en un torno y registrar las variaciones de diámetro con un indicador de carátula, acople una férula en cada extremo del codo y marque los diámetros que más se alejan de la férula. Mídalos con calibrador pié de rey. La diferencia entre ellos no debe ser mayor que 0.020".


      • Continuidad de sección. El codo puede estar redondo en los extremos, pero variar la sección a lo largo del doblez. La prueba no destructiva más correcta consiste en hacer pasar una esfera por el interior del codo. Teóricamente, el diámetro de dicha esfera debe ser igual al diámetro exterior mínimo aceptable (por A270), menos el espesor máximo aceptable (por ASTM A270) del tubo del mismo diámetro nominal. En la practica habría que considerar un diámetro de esfera unas cuantas milésimas mas chica. Alternativamente, sacrificando una pieza, se corta a la mitad, cuidando no deformarla y que el corte sea radial. Los diámetros en la sección cortada deben cumplir con las mismas tolerancias de diámetro y ovalamiento de los extremos.


      • Espesor. Use un micrómetro con palpador esférico, apoyando éste en el interior del codo. Procure medir especialmente la parte exterior y más cercana de los extremos, que es donde el material se adelgaza más (ver Figura 6-3). De esta forma estará usted analizando la zona más critica donde los efectos de disminución de espesor, tanto por estiramiento como por pulido, se juntan. Si cortó una pieza para analizar la continuidad de la sección, cheque también los espesores cerca del corte.
        La tolerancia generalmente aceptada para espesores en calibre 16 es de 0.008"


      • Tolerancia para Diámetro
        Figura 6.3. Tolerancia para Diámetro

      • Doblez. Con cuatro codos, forme un toroide (dona) sobre una superficie plana, idealmente un mármol o cuando menos en un escritorio con cubierta de cristal. El ajuste entre los codos no debe permitir paso de luz, todas la piezas deben apoyar parejo sobre la superficie plana y no formar escalones entre sí. Esto permite determinar si los codos son efectivamente de 90° y si el doblez se mantuvo en un plano y con un radio constante. Intercámbielos de posición y vuelva a inspeccionarlos.

        El radio puede medirse marcando tres puntos sobre una superficie plana donde presentemos al codo "acostado", como se muestra en la Figura 6-4.

        - El primero y el segundo son los puntos donde los extremos tocan la superficie plana y el tercero en la intersección de los planos de los extremos. La medida entre cada uno de los dos primeros y el tercero, que viene siendo el radio de curvatura medido en dos puntos, debe ser igual a 1.5 veces el diámetro, mas menos 0.030".

        Tolerancia para Diámetro
        Figura 6.4. Codo apoyado sobre superficie plana

      • Si las pruebas arrojan defectos en la instalación no será posible mantener los tubos dentro de las trayectorias previstas, el tubero batallará con los ensambles, se verá obligado a perder tiempo en ajustes manuales y la tubería quedará probablemente con defectos en soldaduras, focos de contaminación y esfuerzos donde la corrosión se verá favorecida.

        Recordamos que la apariencia exterior de una soldadura puede ser excelente, pero es más importante el acabado interior, que sólo se puede inspeccionar, reiteramos, mediante boroscopía.

    3. L2S. Son codos con tangente, también conocidos como "codos largos" e incorrectamente llamados "codos de radio largo". Ver Figura 6-5
      Tolerancia para Diámetro
      Figura 6.5.

      La parte curva de estos codos tiene el mismo radio de curvatura que los codos 2WC: una vez y media el diámetro. Tienen, adicionalmente a los 2WC, extremos rectos en cada extremo, donde el tubo que sirvió para darles origen no sufrió ninguna deformación durante el doblado o curvado. Esto tiene una gran ventaja para soldar: los extremos de este codo conservan la sección original del tubo, con diámetro, espesor y ovalamiento tan dentro de tolerancias como antes del doblez.

      Entonces, si se parte de un buen tubo, tendremos un codo con buenos extremos para soldar.

      Los codos L2S no se pueden fabricar usando el método indeseable descrito en el apartado anterior, esto es con tapas, brea, prensa, etc., ya que al pasarlo por un dado curvo no es posible conservar rectos los dos extremos. Para fabricar los codos L2S se requiere de una curvadora o dobladora de tubo. Esta máquina es mucho mas sofisticada y costosa que una prensa, y su operación requiere de técnicos capacitados y tubos con propiedades mecánicas apropiadas para el proceso de doblez, de manera que el formado sea sin arrugas ni fracturas.

      Los codos L2S y 2WC formados en dobladora son necesariamente mas costosos que los 2WC hechos en prensa, pero ya vimos que usar estos últimos no es una buena decisión.

    17. Conexiones AWF ASME

    La norma ASME BPE-2007 (Bioprocessing Equipment) define los requerimientos aplicables para el diseño de equipo de bioproceso e instalaciones de conducción de fluidos de alta pureza, en aspectos relacionados a la esterilidad y limpieza, dimensiones y tolerancias, requerimientos de acabado superficial, materiales de unión y sellos, para todas aquellas partes que se encuentren en contacto directo con el producto.

    Codo de 90° L2SB

    L2S ASME BPE. La tangente de estos codos es suficientemente larga como para recibir la mordaza de una máquina de soldadora orbital. A diferencia de los codos 2WC y L2S, el pulido de los codos BPE alcanza un Factor de Rugosidad Ra no mayor de 20µin, mucho menos que el simplemente sanitario de aquellos (32µin máximo Ra). El marcado y la rastreabilidad son objeto de especial preocupación para todos los fabricantes de conexiones BPE. Se empacan individualmente en plástico y tanto pieza como empaque tienen claramente grabado el nombre del fabricante, el número de parte, el tipo de acero, la norma ASME BPE y el número de colada, que coincide con el mostrado en el Certificado de Pruebas Físicas y Análisis Químico (MTR) que debe acompañarlo.

    Puesto que los codos L2S y L2S ASME BPE se fabrican normalmente por empresas de reconocido prestigio internacional, es muy poco probable que presenten defectos, por lo que no dedicaremos de momento ningún esfuerzo en sugerir una forma de inspección de ellos. Básicamente es sólo aconsejable exigir los MTR's y asegurarse de que los números de colada coincidan con las marcas.

    Estas conexiones están diseñadas para instalaciones en campo utilizando equipo de soldadura automática, con extremos rectos apropiados para todo tipo de cabezas orbitales.

    Cada conexión se fabrica cumpliendo con las tolerancias especiales que requieren las máquinas de soldar automáticas, incluyendo ovalamiento, espesor de pared y escuadre. Todas cumplen con los requerimientos estrictos del estandar para equipos de bio-procesos ASME BPE 2007.



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