Materiales Metálicos
Materiales Ferrosos:
Acero al Carbono (Carbon Steel)
Acero de baja aleación(Low alloy steel)
Acero inoxidable (Stainless steel)
Hierro fundido (Cast Steel)
Hierro forjado (Wrough Iron)
Materiales No Ferrosos
Cobre
Latón (Brass)
Bronce
Monel
Cupro-Níquel
Níquel
Plomo
Plomo Estaño
Aluminio
Titanio, Zirconio etc.
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Materiales No metálicos
Materiales Plásticos
Cloruro de Polivinilo PVC
Epoxi revestido con fibras de vidrio (ERFV)
Poliéster revestido con fibras de vidrio, (PRFV)
Polietileno
Politetrafluoroetileno (Teflon)
Poliestireno, Polietileno, Epoxi.
Materiales varios:
Vidrio
Porcelana
Cemento - amianto etc
Cemento, etc.
Materiales metálicos revestidos Interior y/ó exteriormente con:
Vidrio
Cerámica
Epóxi
Polietileno
Polipropileno
Barro vidriado
Porcelana
Hormigón armado
Caucho
La elección del material adecuado para una determinada aplicación es siempre un problema complejo, cuya solución depende principalmente de la presión y temperatura de trabajo, del fluido conducido (aspectos de corrosión y contaminación), el costo, grado de seguridad requerida, sobrecargas externas, y en algunos casos, la resistencia al escurrimiento o pérdida de carga. En función de no perder la perspectiva del curso(pues la selección de materiales es otra especialidad), de aquí en adelante veremos las propiedades de los materiales de mayor uso en la industria o que por sus características especiales pueden ser y son utilizados cada vez mas en algunas industrias. Desde ya que el corte de algunos si y otros no es al solo criterio del docente y no es una calificación de valor.
Propiedades:
Aceros al Carbono propiedades generales:
Debido a su bajo costo, excelentes cualidades mecánicas y facilidad de soldadura, el acero al carbono es el material mas usado en la construcción de cañerías, solo deja de ser usado cuando existe una circunstancia especial que lo impida(generalmente problemas de corrosión o de temperaturas extremas). En industrias de proceso los aceros al carbono representan las 3/4 partes de todos los materiales usados en cañerías y es generalmente usado en vapor, condensado, gas natural, combustibles, agua, aire comprimido, desde vacío hasta altísimas presiones y desde los límites de temperatura de aproximadamente -40 ºC a +400 ºC (con
excepciones que se verán más adelante)por sobre la cual no se usa por la precipitación de carburos en grafito que provoca una rápida disminución de la resistencia mecánica. Algunos aceros al carbono se revisten con una capa de ZINC de 0,1 mm aproximadamente, por inmersión a una temperatura de 500 ºC, llamado galvanizado, que provee mayor resistencia a la corrosión. También, por sobre los 450 ºC, se producen en los aceros al carbono deformaciones lentas por fluencia (creep) que son más acentuadas cuanto mayor es la temperatura y la variación de signos de las tensiones a que está sometido. Por encima de los 530°C el Acero al Carbono sufre una oxidación intensa llamada Scaling, la cual se caracteriza por la formación de grandes costras de óxidos, cuando es sometido al aire(ejemplo los caños de escape).
En general, cuanto mayor es el porcentaje de carbono, mayor es la dureza y mayores los límites de fluencia y ruptura, pero menor será su soldabilidad y menor su capacidad de doblarse, generalmente el límite del % de Carbono se estipula en 0,3% por problemas de soldabilidad y de 0,2% para doblado.
Los aceros al Carbono tienen pequeños porcentajes de Mn(hasta 0,9% que produce un incremento en los límites de fluencia y ruptura) y de Si (hasta 0,1% que aumenta la resistencia a la oxidación en altas temperaturas y resistencia al impacto a baja temperatura). Los aceros al carbono con Silicio son también llamados "calmados" (Killed Steel) para distinguirlos de los "efervescentes" (rimed Steel) que no tienen Silicio. Los aceros al Carbono con Si tienen una estructura más fina y uniforme y son de mejor calidad que los "efervescentes", por lo que se recomienda su uso en altas y en bajas temperaturas. En temperaturas por debajo de 0°C los aceros al carbono presentan un comportamiento quebradizo estando sujetos a fracturas frágiles repentinas, este efecto es mejorado cuando el acero de bajo contenido de carbono es normalizado para obtener granulación fina, es por ello que para temperaturas por debajo de 0°C los aceros deben ser calmados y con un máximo de 0,3 %C y grano fino.
Para aceros al Carbono a bajas temperaturas (hasta -50 °C) ANSI B.31 permite su uso, exigiendo que se realicen ensayos de impacto (Charpy) para cada pieza, sin embargo es muchas veces necesario el uso de otros materiales mas convenientes para bajas temperaturas por debajo de los –40°C cuando además se tienen esfuerzos considerables.
El acero al carbono cuando es expuesto a la atmósfera sufre una corrosión uniforme (herrumbre) que es mas intensa cuanto mayor sea la humedad y la polución del aire. El acero al Carbono es violentamente atacado por los ácidos cuando son diluidos o calientes, también los álcalis lo corroen a temperaturas superiores a los 70°C.
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Tipos de aceros al Carbono con o sin costura para cañerías.
ASTM A-106 Caños de acero al Carbono sin costura, de 1/8" a 24" de alta calidad para
temperaturas elevadas.
Los caños grado C son fabricados sólo por encargo. Los grados A y B son usados para temperaturas sobre 400 C por largos períodos de tiempo.
ASTM A 53 Caños de acero al Carbono con o sin costura de calidad media 1/8" a 24" para uso general, negro o galvanizado. La especificación distingue 4 grados; para curvado en frío debe usarse el Gr A. Aunque los límites de temperatura son similares que para el A106 no deben usarse por encima de los 400°C. El ASTM A53 es el más usado por ser de menor precio que el A106.
ASTM A 120 Caños de acero al Carbono, con o sin costura de baja calidad 1/8" o 12" sin garantía de calidad, negro o galvanizado. No deben ser doblados en frío ni sobrepasar temperaturas de 200 °C. No presenta exigencias de composición química.
API 5L Especificación del "American Petroleum Institute" de calidad media. Diámetro 1/8" a 36" negros, con o sin costura. Los grados y requisitos de composición química son similares al ASTM A53. Sin embargo estos materiales al ser usados en ductos de gran longitud pueden ser usados en una gran gama de espesores
API 5LX Especificación para caños con o sin costura, de acero al Carbono de alta resistencia empleados en oleoductos. No deben ser utilizados por sobre los 200° C.
ASTM A-134 Para caños fabricados con soldadura de arco protegido para diámetros sobre 16" y espesores hasta 3/4" con soldadura longitudinal o en espiral.
ASTM A-135 Para caños fabricados con soldadura de arco protegido para diámetros de hasta 30".
ASTM A-155 Para caños fabricados con soldadura de arco protegido para diámetros de hasta 30".
ASTM A-211 Para caños con soldadura en espiral. En diámetros de 4" a 48".
ASTM A-83 Para tubos sin costura para calderas en diámetros de 1/2" a 6".
ASTM A-178 Especificación para tubos fabricados por soldadura de resistencia eléctrica, para calderas de media y baja presión, en diámetros de 1/2" a 6".
ASTM A-179 Para tubos sin costura, trefilados en frío para intercambiadores de calor en diámetros de 1/2" a 2".
ASTM A-214 Para tubos con costura, soldados por arco protegido, para intercambiadores de calor en diámetros de 1/2" a 2".
ASTM A-192 Para tubos sin costura, para calderas de alta presión, de acero al Carbono calmado (con Si) en diámetros de 1/2" a 7".
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