Mangueras para alta presión

Cuando las mangueras fueron mejoradas al agregar una capa de malla de alambre en el tejido, los tamaños estándar para diámetro interior de SAE fueron dejados de usar para favorecer los incrementos iguales en fracciones de pulgada incluyendo 1/4″, 3/8″, 1/2″, 3/4″ 1″ y más grandes. Esto no podía ajustarse a SAE así que la industria se confundió de un fabricante a otro, cada uno de ellos tenía sus propias ideas para extremos de manguera. La confusión se sintió especialmente en el campo taladrado de pozos de petróleo, al mover los equipos de perforación de un lugar a otro. Las mangueras fabricadas en Estados Unidos no eran iguales que las de otros países, especialmente en Europa y Asia.

Conferencia de la industria unida

Con el apoyo de Estados Unidos, se hicieron arreglos con fabricantes en muchos otros países para un seminario mundial para arreglar estándares comunes. Este seminario fue llamado Joint Industry Conference (Conferencia de la industria unida), y los estándares que allí se tomaron son llamados estándares JIC. Lo primero que se hizo fue hacer fácilmente notorio la diferencia entre una conexión SAE y una JIC. La cara del extremo abocinado de las conexiones fue cambiado a 37 grados suficiente diferencia para ser notada a simple vista. También muchos de los tamaños de rosca fueron hechos diferentes para que las conexiones JIC no pudieran ser utilizadas con conexiones SAE. En algunos casos  el número de hilos de rosca por pulgada fue hecho diferente. Cualquier mecánico puede decir que una conexión JIC no debe ser utilizada en un adaptador SAE. El mismo hecho de que el estándar JIC fue adoptado por muchas naciones fue suficiente para promover el uso de hidráulica en las naciones industriales.

Roscas de tubo cónicas

La rosca de tubo cónica ya sea U.S. o Británica, tiene siempre problemas de sellado. La rosca U.S. es NPT (National Pipe Taper) y la rosca británica es BSP. Una rosca modificada de la NPTF ( National Pipe Taper Fuel) a sido desarrollada, para resolver parte del problema. Pero la acción de ajuste de la rosca de tubo cónica será siempre un problema. Un mecánico sin experiencia puede utilizar una herramienta grande para apretar una conexión de tubo cónica y al aplicar demasiado torque puede romper la carcaza de un componente costoso debido a la acción de ajuste del cono.

Para resolver estos problemas se ha desarrollado una rosca recta que sella con un anillo-O. La rosca que es maquinada en la carcaza o cuerpo es una rosca fina SAE. pero en la parte superior del chaflán se hace un maquinado para que asiente el anillo-O. Cuando la conexión en el agujero del puerto puede apretarse hasta que la conexión hace contacto metal a metal en la carcaza y el anillo-O hace el sellado del fluido.

Cuando los automóviles se empezaron a construir en Estados Unidos, algunos de los materiales requeridos eran ensambles de tubo para llevar el combustible y lubricación. Originalmente, el material más fácil del cual se podían fabricar era el cobre. Es lo suficientemente suave para ser enrollado o torcido. Era fabricado generalmente en tamaños identificados por el D.E. y las medidas más comunes eran de 1/8″ hasta 1″ en incrementos de 1/16″. Aún que las medidas de 11/16″, 13/16″ eran tamaños raramente utilizados para propósitos prácticos así que se dejaron de usar. El espesor de la pared era de .030″, así que el diámetro interior era aproximadamente 1/16″ menos que el D.E.

La sociedad de ingenieros automotrices

La SAE (Society of Automotive Engineers), formada en 1910, se hizo responsable de los estándares de fabricación para todos los artículos utilizados en la fabricación de los automóviles, y el tubo de cobre fue uno de los artículos controlados de esa manera. Un conjunto de números y líneas fue introducido para que los fabricantes lo utilizaran junto cómo número de parte y ese número identificaba al material como hecho de acuerdo a los estándares SAE. Grupos de números tales como -5 para 5/16″ eran tamaños raramente utilizados para propósitos prácticos así que se dejaron de usar. El espesor de pared era de .030″, así que el diámetro interior era aproximadamente 1/16″ menos que el D.E.

Desarrollo de tubo de acero

Cuando se desarrollan los frenos hidráulicos para camiones y autos, el tubo de cobre no fue lo suficientemente fuerte para soportar la presión del freno. Se fabricó tubo de acero, utilizando los mismos diámetros interiors y exteriores que el tubo de cobre.

Desarrollo de mangueras

Cuando la primera manguera hidráulica fue fabricada para ser utilizada en fuerza fluida para presiones hidráulicas más altas, el diámetro interior fue hecho igual que el diámetro interior del tubo de cobre y de acero SAE para que la velocidad de flujo entre el tubo y la manguera fueran iguales. Por lo tantoel sistema de números y líneas fue trasladado a este campo en desarrollo de las mangueras de presión media, y los fabricantes pudieran identificar un producto de la manguera con un número y línea y hacer una fácil referencia a los tamaños SAE.

Para pérdidas de presión por 100 pies de tubo de acero, use el tamaño más aproximado NPT mostrado en esta tabla. Encuentre la pérdida de presión de la tabla anterior. Multiplique esta pérdida por el factor mostrado en la última columna de esta tabla.

Ejemplo: Para un flujo de 350 GPM por un tubo de 1 1/2″ de D. E. con espesor de pared de .095, use el tamaño de tubo de 1 1/4″ bajo 50 GPM en la tabla 1. Este muestra una presión de 265 PSI de pérdida por cada 100 pies. Multiplique esto por 1.11 de la tabla 2 = 295 PSI de pérdida por 100 pies.

Factores para convertir la tabla 1 para uso con tubo de acero | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Como ajustar para otros fluidos y condiciones

Primero, use la tabla 2 si es necesario para encontrar el factor para convertir el tamaño de tubo de acero equivalente al tamaño de tubería. Después use la tabla 1 para encontrar la pérdida de presión por cada 100 pies de longitud. Después, use la tabla 3 para viscosidad diferentes a 220 SSU. Si se utiliza otro fluido diferente al aceite, ajuste para su gravedad específica como se explica en esta misma página.

Ajustando para otras gravedades

La pérdida de presión para un tubo es directamente proporcional a la gravedad específica del fluido. Otros fluidos hidráulicos tienen una gravedad específica más alta que la del aceite de petróleo y (a la misma viscocidad) van a tener una pérdida de presión mayor. Las emulsiones de aceite/agua la van a tener más alta, y el fosfato éster va a tener el 22% más de pérdida de presión que el petróleo.

Tabla 4. Pérdidas de presión por conexiones

Las pérdidas de presión a través de conexiones comunes es mostrado en términos de la longitud equivalente de un tubo recto de la misma medida. Ejemplo: el flujo de un lado de una conexión T de 1 1/2″ sufre aproximadamente la misma pérdida de presión que si estuviera fluyendo a través de un tubo de 9 pies de largo del mismo tamaño.

Tamaño de tubo NPT | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Ajustando para otra viscocidad

La pérdida de presión a través de un tubo es directamente proporcional a la viscocidad en centistokes ( para una gravedad específica dada). Esta tabla puede ser utilizada con la tabla 1 para ajustar las pérdidas de presión por 100 pies para aceites con viscocidad diferente a 220 SSU (44.4 Centistokes).

Ejemplo:

Un aceite hidráulico de 500 SSU va a tener una pérdida de presión mayor que la mostrada en la tabla por un factor de 2.48 para el mismo tamaño de tubo y el mismo flujo. Al usar la tabla 3, multiplique el factor en la tercera columna por pérdida de presión total tomada de la tabla 1.

El agua es un caso especial. Para agua la pérdida de presión será aproximadamente la mitad de los valores mostrados en la tabla 1.

Ajustando para otra viscocidad Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Esta tabla ha sido calculada de una fórmula publicada  por la Crane Company en la página 3-12 del manual técnico 410. Muestra las pérdidas de presión aproximadas por cada 100 pies de tubo Cédula 40, con un aceite hidráulico de una gravedad específica conocida de una viscocidad conocida fluyendo a través del tubo.

La viscosidad absoluta en centipoises debe ser utilizada en esta fórmula. Para cualquier fluido esta es la viscocidad cinética en centistokes multiplicado por la gravedad específica. Una viscocidad absoluta de 40 centipoises fue usada para calcular la tabla. Esto corresponde aproximadamente a un aceite hidráulico con una gravedad específica de 0.9 y una viscocidad de 220 SSU (o 44.4 centistokes).

Tabla 1

Pérdidas de presión debido al flujo del aceite a través de los tubos | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

El tamaño de tubo en un sistema hidráulico debe ser cuidadosamente considerado. Si es muy pequeño, la velocidad del aceite va a ser excesiva y esto va a producir pérdidas de potencia muy grandes debido a la fricción del flujo. Pero, si el tubo es más grande de lo necesario, aunque las pérdidas por flujo van a ser pequeñas, el costo de tubería y materiales y la labor de instalación va a ser muy alto. La clave para conseguir un buen balance del sistema entre el costo de la tubería y las pérdidas de potencia por flujo es la velocidad de flujo permitida a través de cada una de las secciones del tubo.

El método de velocidad de flujo para seleccionar el tamaño del tubo óptimo es explicado en las tablas antes en este curso. Después de decidir en las velocidades de flujo, las diferentes tablas en este apéndice pueden ser utilizadas para determinar el tamaño del tubo para el flujo deseado. Vea las tablas de tubos acero de artículos anteriores. También la tabla del próximo artículo acerca de pérdidas de presión puede ser utilizada para estimar las pérdidas reales de presión si se desea.

Las tablas que se muestran aquí abajo son de capacidades de flujo de tubo de fierro, de cédulas 40, 80 y 160 a velocidades seleccionadas. Estas tablas fueron calculadas con la siguiente fórmula:

V = GPM x 0.3208 ÷ A, donde:

V es la velocidad de flujo en pies por segundo; GPM es el volumen de flujo en galones por minuto; y A es el área interior del tubo en pulgadas cuadradas.

Las cifras en estas cartas son en capacidades de flujo en GPM. Por ejemplo, un tubo de 1 1/4″ de cédula 40 va a tener capacidad de 70 GPM a 15 pies por segundo.

El rango de presión debe ser también considerado al seleccionar el material de la tubería, y esto es indicado para las diferentes partes del circuito en la tabla anterior de flujos máximos de presión. La presión en algunas partes del circuito pudiera ser mayor que el ajuste que tiene la válvula de alivio del sistema.

Capacidad de flujo del tubo de cédula 40 | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

El tubo de cobre se recomienda para instalaciones en sistemas de aire de mediana presión, pero no se recomienda para uso en sistemas hidráulicos. Esta tabla muestra el tamaño de tubería que se debe utilizar para conectarlo a componentes que tienen rosca NPTF en los puertos. Por ejemplo, si el tamaño del agujero del puerto es de 1/4″ NPTF, el tubo que se utilice debe ser de 3/8″ de D.E. para mantener la capacidad total de flujo, generalmente se utilizan conectores de bronce o de latón para instalaciones permanentes. El ángulo de avellanado de 45 grados es el más utilizado contra el de 37 grados JIC que se utiliza comúnmente para tubería hidráulica. Las conexiones de tipo ferrule o los conectores de plástico no son recomendables para instalaciones permanentes.

Equivalencias de capacidad de flujo | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Equivalencias en tamaños de tubos y tubería a manguera

La manguera no está estándar de la misma manera que el tubo y la tubería. Hay una variación muy grande en dimensiones, rangos de presión y disponibilidad entre los fabricantes.

La manguera es especificada por su diámetro interior, su longitud total es de conector a conector, se especifica el tamaño y tipo de conectores, el rango de presión y la composición y el rango de la temperatura. Esta tabla está limitada a mostrar las características de una de las marcas más populares de manguera de baja presión y de diámetro pequeño. Nuestro espacio no nos permite listar la amplia variedad de tamaños y tipos disponibles. Consulte los catálogos de los fabricantes de mangueras.

Equivalencias de tamaños de tubo y tubería – a Manguera | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Dimensiones y áreas de flujo para tubo | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Área de flujo en tubo de acero

Las cifras en esta tabla son el área interna de flujo, en equivalente del área interna de flujo que se semeje a las pulgadas cuadradas en tubo de acero. Cuando se conectan áreas de tubería de la tabla de arriba.

Área de flujo en tubo de acero | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Los rangos de presión son para tube de fierro forjado, soldado a tope, del tipo utilizado más comúnmente para tubería hidráulica. Es un acero a bajo carbón con una resistencia a la tensión de 40,000 PSI. Se puede utilizar también tubo de acero a alto carbón con rango de tensión de 60,000 PSI. Su rango de presión es más alto en proporción al aumento en su rango de resistencia a tensión.

El tubo de cédula 40 es un tubo de «peso estándar». El tubo de cédula 80 y 160 tienen el mismo D. E. para el tamaño dado, pero tienen paredes de mayor espesor y un diámetro interior más pequeño. Se puede utilizar también tubo de doble extra dureza en tamaños de 1/2″ y o más grandes donde se requiera un rango de presión más grande.

Las roscas para tubo cónicas, si se utilizan deben ser NPTF (del tipo sellado en seco) para minimizarlas fugas sobre la cresta de las roscas.

Las abreviaciones utilizadas en esta tabla son: S.F. es el factor de seguridad en los rangos de presión; f/s es la velocidad de flujo en pies por segundo.

Rangos de presión y flujo para tubería de hierro | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Los rangos de presión son para tubo de acero recocido «grado hidráulico» que tiene una resistencia a la tensión de 55,000 PSI (es el tipo más utilizado) para tubería de sistemas hidráulicos). Ver las notas al pie de la página siguiente para hacer ajustes a otros tipos de acero.

Los rangos de presión son  mostrados para F.S. (factores de seguridad) de 2 a 6. Un factor de 4 es recomendado para servicio general. En sistemas donde no hay choques se puede utilizar un factor más bajo.

Los rangos de GPM son mostrados para velocidades de flujo de 10 y hasta 30 f/s (pies por segundo). Una guía general es el utilizar 10 f/s en sistemas operando a un máximo de presión de 1,000 PSI; y 15 f/s en sistemas que tienen una presión máxima en el rango de 1,000 a 2,000 PSI; 20 f/s si la presión del sistema esta en el rango de 2,000 a 3,000 PSI; y una velocidad de 30 f/s en sistemas diseñados para presiones más altas de 3,500 PSI.

Tubo de acero – Rangos de presión de flujo y para tubería hidráulica