En muchas aplicaciones, los sistemas de tuberías de acero están bajo constante ataque por la abrasión por parte de una variedad de materiales a menudo transportados en forma pulpa por largas distancias. Para combatir la abrasión y mantener los sistemas de tuberías en servicio el mayor tiempo posible, la solución estándar ha sido instalar tubería resistente a la abrasión (AR) que es mucho más dura en la escala Brinnell que la tubería de acero normal. Estudios han demostrado que mientras más dura es la pared interna, mejor resiste la acción de burilado o surcado del flujo de partículas abrasivas que se deslizan.  

Desafortunadamente, este tipo de abrasión es sólo un tipo de desgaste que se experimenta dentro del sistema de tuberías. La abrasión por impacto, en que la pulpa se encuentra con la pared interior de la tubería en las curvas, codos, laterales o en las conexiones en “T” del sistema, tiene un efecto decididamente indeseado en ella. Y, en los ángulos más cerrados, el material abrasivo desgasta activamente en una pared interior más frágil, erosionando la superficie desde adentro hacia afuera. Tan predominante es el problema del reemplazo frecuente, reparaciones, y los costos por mantención asociados en las curvas, codos, laterales y conexiones en “T” se acepta como la norma.

“Cuando se tiene un ángulo de impacto pronunciado, el material abrasivo en la pulpa puede socavar en una pared interior frágil de la tubería” dijo Ralph Wollenberg de la empresa con sede en Port Washington, Wisconsin llamada Ultra Tech (www.ultratechpipe.com), una compañía que se especializa en una variedad de tuberías AR y accesorios de tuberías para la minería y otras industrias. “Por otra parte, una pared interior más dúctil se deforma con el impacto y es más apropiada para resistir la abrasión por impacto en el tiempo.”

Entonces, la solución pareciera ser simple: ¿para abrasión deslizante, una pared interior de tubería extremadamente dura para los tramos rectos de tubería y una pared interior más dúctil en las transiciones direccionales? No necesariamente una solución perfecta, ya que las transiciones de tamaño del sistema y los cambios direccionales pueden experimentar desgasta tanto de impacto como abrasivo.  

De acuerdo a Wollenberg, la variedad de consideraciones que se deben abordar cuando se trata de desgaste abrasivo ilustra la diferencia entre simplemente ordenar una pieza de tubería y el alcance más amplio del diseño de sistemas de tuberías.

“Diseñar un sistema de tuberías es realmente un acto de malabarismo y cada sistema es diferente,” dijo Wollenberg. “En algunos casos, si el material abrasivo es más suave que el acero usado para las curvas y no se está moviendo muy rápidamente, ni siquiera el impacto desgastará la tubería. Si el material abrasivo es muy duro o es transportado a mayor velocidad, se requieren soluciones alternativas en los cambios direccionales.”

De acuerdo a Wollenberg, las soluciones incluyen curvas de tubería endurecidas por inducción, instalar azulejo de desgaste e insertos, revestir la curva con diferentes materiales resistentes a la abrasión y diseñar en corvas con radios más largos cuando sea posible.

Endurecimiento por Inducción de las Curvas
La resistencia al desgaste se puede mejorar agregando elementos de aleación al acero durante el proceso de fabricación de la tubería. Este material comúnmente se conoce como AR200 piping.

La resistencia al desgaste también puede ser aumentada con el procesamiento secundario del acero, incluyendo tratamiento con calor por endurecimiento por inducción. Las tuberías endurecidas por inducción pueden durar de tres a ocho veces más que el acero dulce, con solamente un moderado aumento de precio.

Varios años atrás, la empresa de Wollenberg lanzó su tubería endurecida por inducción serie Ultra 600, una tubería de pared simple exclusiva con una superficie exterior dúctil 250 BHN que cambia a una superficie de pared interior 600 BHN.  

El proceso de manufactura comienza con una tubería de acero fabricada para un producto químico patentado desarrollado por Ultra Tech, seguido por calentamiento por inducción, y finalmente el templado de la superficie interior para crear la tubería de pared simple. A 600 BHN, la pared interior de la tubería puede soportar la abrasión por deslizamiento de las pulpas mineras más comunes, mientras que su superficie exterior más dúctil se comporta como acero dulce y puede ser cortada con el procedimiento apropiado en terreno, puede ser configurada en una variedad de ajustes, y puede aceptar opciones de extremo estándar de rebordes, anillo de soldaduras y acoplamientos.  

Usando este proceso patentado, Ultra Tech puede crear tuberías de varios diámetros hasta 40 in. (102 cm) en una variedad de largos y espesores de pared. La misma tecnología se usa para crear curvas, codos, laterales y conexiones en “T” con el mismo perfil de dureza.  

En base a la premisa de que cuando dos objetos se encuentran, el objeto más duro prevalece, la tubería endurecida por inducción tanto para tramos rectos como para cambios direccionales a menudo es suficiente para pulpas de material más “blando” tales como el carbón y la piedra caliza. En algunos casos, también puede funcionar una tubería de acero dulce con curvas endurecidas por inducción.

Aumentando el Radio de las Curvas
Otra técnica legítima para mitigar el efecto de la abrasión por impacto es utilizar tubería endurecida por inducción en curvas de radio largo.  

“Si hay suficiente espacio, se puede diseñar la curva con un ángulo de incidencia de menos de 15°, que es un ángulo lo suficientemente pequeño como para ya no tener abrasión por impacto sino esencialmente abrasión por deslizamiento,” dijo Wollenberg. “Con una curva lo suficientemente grande, para todos los efectos usted la ha convertido en  una tubería recta.”

Como Ultra Tech es capaz de endurecer por inducción la tubería durante el proceso de curvado, ellos pueden variar el radio del arco de la tubería de 20 in. a 180 in.  (51–457 cm) y manejar múltiples diámetros o espesores de tubería.

“El proceso de curvado ha agregado beneficios, en los que es mucho más fácil reducir la ovalidad que uno ve tan a menudo con un curvado frío,” dijo Wollenberg. “A pesar que la pared se adelgazará—dependiendo del radio de la curva—es mucho menor que una curvado frío.”

Insertos y Azulejos de Desgaste
Una capa de azulejos hechos de materiales que son más duros y más resistentes a la abrasión que la tubería base también puede proteger las superficies de desgaste interiores de las tuberías.

Estos materiales de azulejos pueden ser cementados con carburo, cromo fundido y hierros blancos al cromo-níquel, óxido de aluminio o basalto. Los azulejos cementados con carburo normalmente son de tamaño bastante pequeño (alrededor de 1-in. [25-mm] el cuadrado y 1/4-in. de espesor). Los azulejos de óxido de aluminio pueden ser casi de cualquier tamaño y tener un espesor de más de 1-in. El basalto es una roca ígnea de ocurrencia natural que puede ser derretida y fundida en formas, conservando una dureza de entre 8 y 9 en la escala de Moh.

Según Wollenberg, si la abrasión por impacto es particularmente severa, insertos más gruesos pueden ser de utilidad. “El espesor adicional de aquellos insertos de material desgastable ayudarán en una serie de estas situaciones.”

Lo esencial es que la correcta selección de los accesorios componentes, incluyendo las diferentes configuraciones y materiales intercambiables, puede brindar la mejor esperanza de vida útil total del sistema. Sin embargo, al diseñar curvas y codos de tuberías para resistir este desgaste abrasivo de alto impacto, se puede concretar una reducción en los costos operacionales en el sistema.

“Si usted tiene más de un sistema crítico donde no se puede permitir otro tiempo muerto que no sea el calculado, entonces vale la pena gasta dinero extra para soluciones correctas resistentes a la abrasión,” dijo Wollenberg.

La información para este artículo fue proporcionada por Ultra Tech.

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