Bien es sabido por los responsables de la gestión de activos en instalaciones industriales, que los sistemas formados por lo que genéricamente se conoce como tuberías y conexiones de pequeño diámetro, representan una amenaza y desafío particular a la integridad por su recurrente frecuencia de falla. Tal es así que se ha acuñado el conocido lema ¨Small bore, big problem¨.

Si bien las denominaciones ¨tubería de pequeño diámetro ¨ y ¨conexión de pequeño diámetro¨ hacen referencia a las condiciones que son el origen de esos problemas, estas denominaciones tienen diferentes definiciones dentro de las normativas.

Las tuberías de pequeño diámetro (SBP, Small Bore Piping) son definidas, por ejemplo, por API 570, Piping Inspection Code, como cañerías y accesorios de diámetro menor o igual a NPS 2, coincidiendo con la Specification S-716 de la IOGP que incluye tubos de hasta 50 mm o 2 in.

Por otro lado, las conexiones de pequeño diámetro (SBC, Small bore Connection) se definen en función de la relación de diámetros de las tuberías involucradas. Se define una SBC como una conexión de una tubería de NPS 2” (DN 50) o menor a otra de mayor diámetro, incluyendo las conexiones, en las que la relación de diámetros entre tubería secundaria (Ds) y tubería principal (Dp) sea menor al 10% ( Ds/Dp < 0.1) (Fig.1)

Fig.1: Relación entre diámetros que definen Situaciones de SBP

Si la relación Ds/Dp > 0.25, no se considera que la unión sea SBC, independientemente del diámetro de la tubería de menor diámetro. El concepto de “tubería de mayor diámetro” también podría describir equipos, como reactores o intercambiadoras, a los que esté conectado el SBC (Fig. 2).

Fig. 2: Situaciones de SBP, puntos críticos frente a solicitaciones mecánicas y fatiga

Los SBP, debido a sus dimensiones (esbeltez) y distribuciones de masa (válvulas, medidores, emisores muy pesados en comparación con la tubería), son susceptibles a sufrir problemas derivados de vibraciones y, generalmente, fallan por fatiga. Esto se debe a que esa esbeltez o distribución de masas los hace susceptibles a entrar en resonancia, , excitados por vibraciones de la tubería principal, las cuales pueden incluso ser consideradas aceptables. Estas vibraciones pueden amplificarse en los SBP varias decenas de veces en amplitud.

Los puntos más críticos son los SBC porque en estos se producen discontinuidades geométricas y variación de espesores más o menos abruptas en soldaduras y uniones roscadas o bridadas.

Dos factores inciden en el aumento de fallas en SBC: uno es la implementación de controladores de velocidad variable en los motores, lo que altera las condiciones de resonancia inicialmente previstas; otro, es la ventajosa implementación de sistemas de control y monitoreo remoto, que facilitan y optimizan la operación pero que necesita de mayor cantidad de información y, por ende, de sensores y SBP.

En casos recientes, las fallas de SBC han sido responsables de la salida de servicio de oleoductos y de instalaciones de producción durante semanas. Los costos asociados a este tipo de fallas esta más relacionados con los tiempos de parada que con el costo directo de la reparación, pero el potencial de riesgo puede ser muy elevado.

El control del riesgo asociado a este tipo de falla debe ser tenido en cuenta en todo el ciclo de vida del activo. Ya desde la etapa del diseño debe evaluarse la incidencia de toda posible fuente de perturbaciones como: pulsaciones, eventos transitorios, turbulencias, excitaciones de máquinas alternativas, resonancias acústicas, entre otras.

Fig. 3: Evaluación de resistencia a la fatiga en uniones de SBP. Análisis de modo de falla, inspección RX y análisis tensional

Estos factores deben determinar el diseño de detalle de los SBP con consideración especifica de la resistencia a la fatiga (Fig. 3). Durante la puesta en marcha y la operación, deben monitorearse todos los puntos que fueron evaluados como críticos, especialmente durante los transitorios y eventos como purgas, venteo y flushing de ductos.

Otra amenaza para las tuberias de pequeño diámetro aparece cuando se utilizan para control y dosificación de productos en procesos de alta presión. En estos casos, las bombas son del tipo reciprocantes o de engranajes. Como las presiones utilizadas son, lógicamente, mayores a las de los procesos y, además, estos sistemas generan pulsaciones en el fluido, se generan condiciones que pueden conducir a la falla por presión interna. En este caso, la falla será también por fatiga.

Fig. 5: Falla por fatiga en SBP de CPVC debido a excesiva porosidad generada en el proceso de cloración.

Los tubos de pequeño diámetro para altas presiones son producidos mediate variadas técnicas, como extrusión y posterior calibración de diámetro por estiramiento, en frío o en caliente. El material es sometido grandes deformaciones, lo que pude generar rugosidad o grietas longitudinales que favorecen la falla por fatiga. Del mismo modo, en tubos de polímeros el procedimiento de fabricación puede generar discontinuidades en el material (Fig. 4 y 5). El control de calidad de las diferentes partidas de tubos de diámetros reducidos debe hacerse mediante inspección metalográfica y microscópica.