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Sistemas Mecánicos de unión de Tuberías de Acero. La alternativa a la instalación en campo
Vicente Romani
Responsable Victaulic al nivel Europeo. Departamento de las Tecnologías del Agua
Guillaume Chounet
Responsable Comercial Victaulic. Norte de España
Introducción
Aunque el sistema ranurado suele ser considerado como una solución novedosa que responde a unas necesidades de mejora de la productividad expresadas, de manera cada vez mas insistente, por numerosos departamentos técnicos de grandes ingenierías y constructoras españolas e internacionales, en realidad es un sistema más antiguo que la mayor parte del material tradicional diseñado para un montaje con bridas y/o soldadura. En efecto, la solución Victaulic ha sido desarrollada en 1925, como resultado de una investigación del ejército británico, que buscaba unas soluciones practicas de montaje y desmontaje de tubería en campo, para suministrar a sus tropas en agua, gasoil u otros fluidos vitales. La solución era ideal para adaptarse a las obligaciones ininterrumpidas de movimiento de un ejército, en tiempo de guerra. De hecho, el nombre Victaulic, viene de la asociación de las 2 palabras “Victoria” y “Hydraulic”, como contribución al éxito en la 2ª guerra mundial y en concreto en el día “D”, con la llegada de las tropas en Normandía.
En este artículo, presentaremos las características técnicas del sistema ranurado, sus materiales, rangos y aplicaciones, para luego establecer una relación con las condiciones externas de montaje de una tubería en el campo. En esta última parte, veremos que el sistema Victaulic puede contribuir en la gestión de las dificultades técnicas que se suelen encontrar, a la hora de realizar un montaje en zonas difíciles de acceso, sin suministro de los servicios habituales de agua y luz y obviamente sometidos a los aleas de las condiciones meteorológicas.
Métodos de unión de Tubería
El cuarto sistema
El sistema ranurado o “Victaulic” (marca utilizada de forma generalizada por el mercado como definición del sistema), esta contemplado por la mayor parte de los códigos internacionales de material y de diseño
de construcción (ASME, ASTM, ANSI, UL, FM, ABS, BBA...), considerado como el cuarto sistema de unión de tubería, con la rosca, las bridas y la soldadura.
El método Victaulic para tubería se puede utilizar para unir una variedad de sistemas de tuberías, en una amplia gama de servicios. Es apto para tubos de diversos tamaños, materiales y espesores. Y como veremos con más detalles, se ofrecen productos para sistemas rígidos y flexibles.
Aunque esta presentación enfocara las aplicaciones sobre las tuberías de acero de grandes diámetros previstas en campo para distribución de agua, se puede generalizar su uso para tuberías de acero al carbono, acero galvanizado, acero inoxidable y algunos plásticos. Es una solución idónea para los servicios auxiliares de agua y de aire, de cualquier tipo de instalación de edificio comercial, de planta industrial o de red de distribución.
El sistema ranurado
El sistema Victaulic, esta compuesto por los 4 elementos siguientes : la Ranura, la Junta, el Cuerpo y los Tornillos.
Acoplamiento abierto (izquierda). Acoplamiento montado enganchado en la ranura (derecha)
La ranura
El Sistema Victaulic, como cualquiera otro de los habitualmente utilizados en la instalación mecánica de tuberías, requiere de una preparación del tubo, para su correcto montaje.
La ranura que hay que realizar en los extremos de los tubos, y únicamente en ellos, puesto que los demás elementos de la instalación ya se suministran con la misma, necesita de una serie de premisas para su ejecución.
Corte a escuadra de los tubos
Desbarbado de las posibles virutas ocasionadas por este corte
Comprobación de la ovalidad y/o aplastamiento del tubo
Estos elementos a controlar, no son desconocidos en los habituales métodos, con lo que no tenemos un lapso de tiempo añadido con respecto a los mismos e incluso son menos que en algunos de ellos.
Este mecanizado que hay que realizar en los extremos de los tubos, se puede efectuar de dos maneras diferentes, en función del uso que se vaya a dar al tubo, rango de dimensiones y presiones, que van a definir la elección del mismo
Ranura por laminación
Ranura por corte o extracción de material
La ranura por laminación
Se efectúa mediante una máquina, que puede ser tan sencilla o tan compleja (según se mire) como la de una ejecución de una rosca, al fin y al cabo, utiliza elementos comunes a este tipo de máquinas de roscar tubo.
En este proceso, lo que hacemos es “deformar” la pared del tubo, en una laminación en frío, lo cual comporta la ventaja de poder trabajar con espesores de pared muy bajos, incluso por debajo de los habituales para rosca (sin riesgo de dañar el tubo) y soldadura (sin la añadidura de cordones extra, para dar fiabilidad a la misma).
Ranura por laminación
El ranurado por laminación, nos produce un considerable ahorro en tiempo, limpieza, seguridad y la posibilidad de ejecución tanto en campo como en taller (prefabricación).
- Tiempo, hasta cinco veces más rápido que una rosca y quince o más que una soldadura.
- Limpieza, por la no necesidad de uso de lubricantes y por tanto de instalación inmediata.
- Seguridad, por la ausencia de llama y/o chispas.
Como puntualización muy interesante, remarcar que el galvanizado de los tubos o elementos a ranurar, no se pierde en el caso de la Ranura por laminación, lo que beneficia enormemente los costes y plazos de ejecución de este tipo de instalaciones.
La ranura por corte
Se puede efectuar por una máquina de trabajo en campo o al igual que la anterior, mediante un torno o corte en taller.
En este ranurado, lo que hacemos es mecanizar el extremo del tubo, mediante la extracción de material, que conforma la ranura. Se requieren de espesores de pared superiores a los anteriormente indicados, pero no extraordinarios.
Ranura por corte
Transmite al sistema, mayores presiones de trabajo y uniones flexibles, cuando se requieren con mayores prestaciones que las que comporta el ranurado por laminación.
Este sistema es mucho menos utilizado que el laminado.
La junta
Material
La junta que equipan los Acoplamientos, cumple una función de estanqueidad, similar a la que ejerce una junta tórica.
Esta junta elastomérica, ejecutada en estándar en EPDM, puede ser suministrada en diversos materiales, en función del fluido que vaya a vehicular.
Juntas de Nitrilo, Caucho Natural, Fluoro-Elastómero, Silicona, Nitrilo blanco, Epicloridrina… pueden ser suministradas bajo pedido.
Diseño
La junta estándar en forma de “C”, confiere al sistema tres “sellos” de estanqueidad, a saber:
- Su diámetro interior, es inferior al exterior del tubo, lo que da de por sí, un asentamiento positivo y un primer anillo de cierre
- Su diámetro exterior, es superior al interior del acoplamiento, lo que obliga a comprimir la misma, cuando la parte metálica del sistema se monta sobre ella.
- Su forma “C” hueca, genera una cámara de compresión, que ejercerá sobre toda la junta, un efecto de expansión al poner la línea en presión.
Existe un rango de juntas muy diverso, en función de los usos y aplicaciones, así como de según que tipos de Acoplamientos se vayan a utilizar.
Característica de nuestras juntas, muy importantes a reseñar
o Todas nuestras juntas son extrusionadas por Victaulic o Nuestras juntas tienen la aprobación y por tanto los Certificados de uso en Agua Potable, de las más
importantes homologaciones a nivel mundial, desde la FDA Norte Americana, pasando por la WRAS Británica, la ACS Francesa, DVGW Alemana, SVGW Suiza, y otras muchas
o Son las juntas para sistemas ranurados de mayor índice elástico existentes en el mercado, lo que se traduce en garantía de estanqueidad y resistencia a los montajes y desmontajes repetidos.
El cuerpo
La parte metálica que se monta sobre la junta, es lo que denominamos propiamente Acoplamiento, y que confiere al conjunto, el soporte y resistencia que nos permiten realizar montajes mediante ellos de hasta 60” en ejecución estándar.
Su fabricación es en Fundición Dúctil, según las estrictas normas ASTM F-1476 y siguiendo los procedimientos A-536, grado 65-45-12 ó A-395 grado 65-45-15 bajo pedido.
Estos pueden ser suministrados Pintados o Galvanizados a elección.
Igualmente se fabrican en otros materiales, como pueden ser el Acero Inoxidable (varios grados), Aluminio o Cupro-Níquel.
Nuestros Acoplamientos se dividen en dos grandes familias:
- Acoplamientos Rígidos
- Acoplamientos Flexibles
Igualmente, los Acoplamientos se agrupan, dentro de estas dos categorías en función de las presiones de trabajo, para las cuales están diseñados
Los tornillos
Por último, el componente de cierre, y no menos importante, el juego Tornillo/Tuerca, que cierra las dos partes metálicas del acoplamiento y que soporta la presión de trabajo, cargas en extremos y estanqueidad final.
Están fabricados igualmente que los anteriores componentes, bajo estrictas normas de calidad y seguridad, son térmicamente tratados para cumplir las propiedades físicas y químicas según los requerimientos de ASTM A-449 y los físicos de la ASTM A-183.
Su ejecución estándar es en Acero Carbono, pero pueden ser suministrados bajo pedido, en otras ejecuciones, como electrozincados, de Acero Inoxidable…
Acoplamientos Rígidos/ Flexibles
El sistema Victaulic ofrece una solución añadida frente a los sistemas tradicionales de tubería, dividiéndose en 2 familias importantes que son los acoplamientos rígidos y flexibles.
Rigidez: Potenciales
Los sistemas de tuberías rígidas, con extremos ranurados, proporcionan un agarre mecánico y de fricción en los extremos de los tubos que es suficiente para producir una unión rígida.
Se puede considerar que estos productos tienen características que hacen que el sistema se comporte de manera similar a una soldadura o de bridas, porque los tubos se mantienen estrictamente alineados y no están sujetos a deflexión durante la operación. Por esta razón, se requieren técnicas de soporte idénticas a las que se usan en los sistemas tradicionales mencionados (Según código ASME B31.9 y B31.9 y NFPA 13).
Sistema de rigidez hasta 12”
Los acoplamientos “rígidos” hasta 12”, tienen un diseño patentado exclusivo, con un apriete angular que permite un cierre de los extremos del acoplamiento en toda la circunferencia de la ranura para sujetar rígidamente el tubo. Las dos medias lunas se deslizan sobre los patines angulares en lugar de encajar dentro de la ranura.
Este ajuste deslizante también fuerza las secciones de cierre a un contacto opuesto con los bordes interior y exterior de la ranura, empujando la unión a la máxima separación entre extremos de tubo durante el ensamblaje.
Cierre angular del acoplamiento rígido que, al deslizarse uno por encima del otro, estrangula los tubos
Sistema de rigidez para diámetros superiores a 12”
Para poder responder a los requisitos técnicos de los diámetros grandes, se desarrolló un sistema de ranura especial, llamado AGS (“Advanced Groove System”). En este caso, la rigidez se crea por el relleno completo de la ranura por las extremidades del acoplamiento.
Diferencia sistema estándar (arriba) y AGS (abajo). En el segundo, el acoplamiento rígido rellena la ranura
Flexibilidad: Potenciales
Unidades adaptables a las circunstancias del terreno o elementos Arquitectónicos o de Ingeniería que requieren de un libre movimiento.
Como su nombre indica, esta familia de Acoplamientos, permite un determinado movimiento axial y de flexión/deflexión.
Los potenciales de dicha Flexibilidad
Movimiento lineal, en el eje del tubo:
Lo que se traduce en absorción de golpes de ariete, dilataciones térmicas y cualquier otro esfuerzo externo que actúe sobre la longitud de la instalación. Nos permite el estudio previo de las separaciones de los tubos a la hora del montaje en función de las condiciones meteorológicas o medioambientales de la misma, pudiendo predecir de una manera más acertada, las cargas de los soportes y/o esfuerzos/cargas en extremos.
Con los apoyos adecuados de nuestro Departamento de Ingeniería y de las herramientas informáticas y hojas de cálculo, ponemos a disposición de nuestros clientes, nuestros
conocimientos sobre los productos, para solucionar sus problemas en lo que respecta a dichos movimientos lineales.
Dicho capacidad de movimiento lineal, nos facilita las labores de instalación, evitando el uso de carretes de desmontaje o herramientas auxiliares complejas, que encarecen la instalación y aumentan el riesgo de daños a las personas o a los materiales.
Cualquier tipo de Válvula con extremos ranurados fabricada por Victaulic, es de fácil sustitución y/o desmontaje para reparación, si requerida.
Movimiento lineal
Movimiento angular, en cualquier sentido de la circunferencia del tubo. Lo que nos permite prevenir los problemas derivados de asentamientos del terreno o
provocados por paso de maquinaria.
Mejor absorción de las cargas en extremos, que se transforman en esfuerzos mecánicos, que se transmiten a las uniones (Acoplamientos) que al ser de Fundición Dúctil, tiene una mayor resistencia, eliminando las posibles roturas de soldaduras o del propio tubo.
Trazado de curvas, sin necesidad de cortes con un determinado ángulo en los tubos o curvado de los mismos. Cada acoplamiento nos permite un grado de flexión que va en función del diámetro del mismo y por tanto nos permite calcular a priori (sobre plano) la longitud de las cañas para trazar una determinada curva con un determinado radio.
Solución “in situ” de los problemas ocasionados por desalineación de los tubos o picajes de los mismos.
Importante aplicación en el caso de uso en zonas sísmicas, donde la resistencia de las juntas o uniones es primordial, para la no pérdida de la instalación en caso de un movimiento sísmico.
Movimiento angular
Inherentes a ambos tipos de Acoplamientos, el Acceso en cada unión, lo que se transforma en un impacto importante sobre los posibles trabajos de mantenimiento de las líneas durante la fase de explotación, debido a roturas, desgastes o corrosión.
Rango
Diámetros
Una de las ventajas del sistema Victaulic, es la amplia gama de productos tanto en rango de diámetros, desde ¾” (21mm) hasta las 60” (1610mm) en Standard, existiendo productos de Ingeniería a medida hasta más de 2400mm de diámetro.
Presiones
Las presiones son otro de los parámetros a tener en cuenta, contando con productos hasta los 3000psi (>200bar) con los productos de doble ranura.
Acabados
Productos todos ellos, que se ofrecen en acabados Pintados (con la posibilidad de elegir el color) o Galvanizados.
Materiales
Variedad de ejecución para ofrecer productos de montaje rápido, donde se requiere un montaje/desmontaje repetido en el tiempo, de extremos planos, en aquellos casos de recubrimientos especiales como porcelánicos o uretanos, incluso en soluciones para tuberías de materiales plásticos, PVC, HDPE.
Las líneas en Acero Inoxidable también tienen su producto, con una gama de Acoplamientos en dicho material, desde los 316 (CF8M) hasta los Super Duplex (CE3MN) tanto en Acoplamientos Rígidos como Flexibles, incluyendo Accesorios en dichos materiales, así como Válvulas.
Otras opciones como Acoplamientos en Aluminio o Bronce se encuentran disponibles en nuestra gama.
Piezas especiales
Dentro de los Accesorios, una amplia gama de los mismos, desde los simples Codos o Curvas en distintos radios hasta las “Y” verdaderas o Tomas Mecánicas para derivaciones o instrumentación, completan nuestra gama.
Válvulas y otros accesorios
En cuanto a la Valvulería, Victaulic dispone de Válvulas de Mariposa, Bola, Compuerta, Retención, Filtros, Compensadores de Dilatación, algunas de ellas hasta las 24” (610mm) y presiones de 24 bar.
Piezas de transición
Por otra parte, el sistema es totalmente “abierto” es decir compatible con los sistemas tradicionales, mediante piezas de transición entre éstos y el Sistema Victaulic, no existiendo limitaciones para la instalación de cualquier producto, por ejemplo con Bridas, “dentro” de una instalación ranurada.
Soluciones para la instalación en el campo
Si estudiamos con más detalles las características que pueden requerir la instalación de una red de distribución de agua en el campo, tomando en cuenta que las instalaciones deben llevarse a cabo al aire libre, sin conexión eléctrica ni las infraestructuras habituales sobre las que suelen apoyarse los equipos de montaje (Taller de obra, servicios auxiliares de apoyo, conexión de agua, aire luz…) , nos damos cuenta que el contratista, e indirectamente la ingeniería y la propiedad, se encuentren frente a una multitud de problemas que, como lo veremos a continuación, pueden ser corregidos y/o solucionados por el sistema Victaulic.
Inestabilidad del terreno – Solución Acoplamientos Flexibles
Con los años, los terrenos pueden estar sometidos a movimientos de tierra y desplazamientos, que podrían crear estrés a la tubería enterrada y hasta rupturas. A esta realidad difícil de controlar, los acoplamientos flexibles ofrecen una garantía adicional, para acomodar estas posibles desalineaciones sin tener que instalar costosas y delicadas juntas de dilatación.
Expansión y contracción de la tubería – Solución Acoplamientos Flexibles
De la misma manera que por los posibles movimientos de terreno, los acoplamientos flexibles pueden ser una solución adicional a la hora de compensar las contracciones y dilataciones de las tuberías provocadas por los posibles saltos de temperatura.
Dificultades de Acceso, conexión eléctrica, intemperies – Solución montaje manual, rápido y sencillo
Las constructoras se enfrentan a grandes dificultades a la hora de instalar una tubería en el campo. Traer un generador, ser pendiente de la lluvia y del viento, garantizar niveles de seguridad máximos a los montadores, son condiciones que someten la ejecución de la obra bajo un gran nivel de incertidumbre que puede llegar a crear retrasos en la ejecución de la obra. Siendo un sistema sencillo, que no requiere ninguna conexión eléctrica, que se puede montar bajo cualquier tipo de condiciones meteorológicas, el sistema Victaulic permite superar estas dificultades con más rapidez y sencillez.
Condiciones de trabajo de los montadores – Sistema limpio y verde
El sistema Victaulic, sin llamas, permite la reducción de los riesgos de incendio, situación que podría tener su importancia en el caso de montar una tubería en un bosque. De la misma manera, por no emitir humos tóxicos como la soldadura, contribuye en una mejora substancial de las condiciones de trabajo de los montadores y a un respeto del medio ambiente. Los acoplamientos y accesorios provienen de material reciclado y se puede reciclar al final de su vida útil.
Pruebas de las redes – Solución prueba hidráulica
El sistema se prueba con una vez y media la presión de trabajo. Se evita por lo tanto, las pruebas por rayos X.
Plazos de construcción – Solución rapidez del sistema
Que la propiedad sea un organismo publico o una empresa privada, el respeto del plazo de construcción es un tema muy importante que se toma en cuenta a la hora de elegir un sistema de montaje. Con un ahorro de tiempo equivalente a entre un 35% y un 50% frente a la soldadura, el sistema ranurado contribuye de manera significante a reducir y/o a cumplir con estos plazos.
Grafico comparativo del número de trabajadores según el avance del planning de construcción, con Victaulic y con la soldadura
Mantenimiento
Como cada junta es una unión, quitando dos acoplamientos, se puede sacar un tramo de tubo para su limpieza o mantenimiento. Esta característica es muy importante para la propiedad que se quedará con la instalación y que podrá reparar o sustituir cualquier elemento de la red en un tiempo mínimo, reduciendo los posibles tiempos de parada, y realizar la reparación sin tener que contratar mano de obra especializada.
Acceso a cada tramo quitando 2 acoplamientos
Datos económicos
Al final, si sumamos todos estos benéficos, nos damos cuenta de que existe un margen para generar un ahorro económico importante a la propiedad, en la realización del proyecto. La tubería estará montada antes y con un precio menor, cumpliendo con los requisitos técnicos de las ingenieras. La eliminación o reducción de las juntas de dilatación, la reducción de casi 50% de las horas hombres, el ahorro de los alquilares de los equipos durante este tiempo, poder contratar mano de obra no especializada…todos estos argumentos al final se convierten en ahorros económicos que pueden tener su importancia en el ámbito económico actual, a la hora de elegir un sistema para un proyecto.
Para entrar un poco más en el detalle, hemos listado a continuación algunas características técnicas concretas del sistema ranurado que tienen un impacto económico claro sobre la valoración de un proyecto:
- Sin necesidad de alquiler equipos de soldadura.
- Sin necesidad de traer un generado eléctrico.
- Sin necesidad de contratar a mano de obra especializada.
- Sin botellas de gas.
- Sin permiso de trabajos en caliente.
- Sin llamas, sin riesgo de incendio.
- Sin humo toxico, sin coste de extracción de humo.
- Sin inspección por rayos X.
- Sin paradas por condiciones meteorológicas (viento, lluvia..).
- Menores tiempos de alquiler de maquinaria.
- Reducción del consumo eléctrico.
- Reduce los riesgos de accidentes en obra.
- Reduce la probabilidad de sufrir penalizaciones por retraso.
Conclusiones
Hemos visto que el sistema Victaulic, como cuarto sistema de unión de tubería, aprobado por los códigos internacionales, ofrece una alternativa técnica valida a las propiedades, ingenierías y constructoras, a la hora de diseñar sus distribuciones de agua en el campo. Por resumir se puede decir que cuanto más sencillo sea el sistema elegido para una instalación, menos problemas aparecerán en la fase de construcción. Al final estos problemas se convierten en un coste económico que se podría evitar si desde la fase de diseño se planteara la opción ranurada. Con 85 años en el mercado, Victaulic es todavía un sistema novedoso, que puede aportar grandes mejoras de productividad, a un sector cuyos márgenes son cada vez más ajustados. El gran reto actual de la fuerza de venta de Victaulic consiste en transmitir a los
prescriptores de los proyectos, los conocimientos técnicos del sistema para que esté considerado como una opción valida y que lo puedan seleccionar en los proyectos que consideren oportunos. Es el único camino para alcanzar los niveles de penetración del sistema Victaulic en países como EEUU o el norte de Europa donde su utilización se ha generalizado.
Proyectos
A continuación encontraran las fotos de 2 proyectos, donde se montó la solución Victaulic. Son distribuciones de agua en el campo, concretamente en el primer proyecto la tubería pasa por un bosque canadiense y en el segundo por un desierto de los Emiratos, en ambos casos con condiciones difíciles.
CANOE CREEK PROJECT – 36” AGS – VANCOUVER ISLAND, B.C CANADA
En condiciones extremas, con lluvia y barro, los instaladores pudieron montar una unión de 36” en 7mn. Un video será mostrado durante la presentación. Es un ejemplo de cómo Victaulic puede ayudar a los contratistas a superar
las dificultades del terreno. Este proyecto esta ubicado en un bosque de difícil acceso en Canadá.
ITCC (Information Technology & Communication Complex) 40” AGS – RIYADH, KSA
En el desierto de los emiratos, las temperatura a la sombras pueden superar los 40ºC.. Con estas temperaturas, se puede esperar unas contracciones de la tubería una vez enterrada y con el fluido bombeado. Es una aplicación ideal para el acoplamiento flexible que permite acomodar estos movimientos. En este país, el precio de la mano de obra no es excesivo, pero su calificación es un serio problema. Seleccionando un sistema sencillo de montar, la constructora
se ha quitado la difícil tarea de encontrar mano de obra cualificada
