DISPOSITIVO PARA UNIONES SOLDADAS DE CAÑERÍAS

CAMPO DE APLICACIÓN

La construcción de ductos de acero carbono para el transporte de fluidos se realiza mediante la unión sucesiva de cañerías de largo estándar (6 metros, 12 metros, 18 metros). En estos largos, las cañerías son procesadas y revestidas por interior y exterior en taller para posteriormente ser enviadas a terreno. Ambos revestimientos, interno y externo, cumplen la función de proteger la cañería contra la corrosión y son especificados por el ingeniero de acuerdo a las exigencias del proyecto.

Es importante señalar que existen diferencias conceptuales entre cañería y tubería en cuanto a diámetros y espesores. No obstante, la principal diferencia es que cuando la línea de conducción constituye un elemento estructural se refiere a cañería y cuando es diseñada solo para conducción, sin exigencia estructural, corresponde a una tubería. Por ejemplo un intercambiador de calor emplea tuberías y una línea de conducción de fluidos en grandes longitudes emplea cañerías. Dadas estas diferencias, la presente solicitud de patente es aplicable a cañerías de acero carbono con diámetros igual o mayor a 152,4 milímetros (6 pulgadas), e incluye toda la normativa exigida para éstas.

El acero carbono se emplea en cañerías para transporte de agua (industrial, salada o potable), líneas para transporte de petróleo y gas, redes de incendio, condensados, vapor, aire comprimido y todo otro fluido que indique la ingeniería. En el caso de fluidos corrosivos la cañería de acero carbono debe ser protegida contra la corrosión mediante un revestimiento adecuado. El revestimiento anticorrosivo más empleado es la pintura y se aplica en taller por interior y exterior. Las pinturas pueden ser líquidas, o en forma de polvo como el fusión bonded epoxy (FBE) o sistemas dipping.

Los revestimientos de pintura empleados por el interior de cañerías que transportan fluidos corresponden a esquemas conformados por dos o tres capas, en espesor total entre 0,5 - 0,8 milímetros. Estos esquemas deben poseer muy buena adherencia al metal base y entre capas, formando un todo, continuo y homogéneo, y se diseñan de acuerdo a las características químicas y físicas del fluido que transporta la cañería.

Otros tipos de revestimientos empleados por interior de cañerías de acero carbono son las láminas plásticas (liners), las cuales se insertan al interior de la cañería y poseen un diámetro externo igual o levemente mayor al diámetro interno de la cañería. El contacto entre la lámina y la cañería es solo superficial, no existe adhesión al metal. Las láminas plásticas se recomiendan para cañerías que transportan fluidos de alto poder abrasivo como el caso de pulpas o concentrado de minerales.

Los revestimientos que considera la presente solicitud de patente se refieren a pinturas u otros 100% adheridos al metal, no incluye las láminas plásticas o todos aquellos que se encuentran superpuestos al interior de la cañería metálica, sin adherencia a esta. Cuando en la construcción del ducto o cañería se emplean uniones soldadas mediante arco manual o sistema MIG, la temperatura en el punto de soldadura supera los 1300° Celsius, situación que daña, quema y carboniza el revestimiento interno y externo hasta una distancia de 20 milímetros del punto de soldadura, dejando estas zonas con acero desnudo. El revestimiento externo es factible de reparar durante la construcción del ducto o cañería sin afectar mayormente el plazo de ejecución del trabajo, sin embargo la reparación del revestimiento interno requiere personal, equipos y procedimientos que dificultan el trabajo. Dado el alto grado de complejidad asociado a las reparaciones por interior del ductó, la probabilidad que éstas queden bien ejecutadas es baja, más aún si no se puede considerar una inspección técnica que certifique o asegure la calidad de la misma. Conforme a lo anterior, en la práctica el revestimiento interno muchas veces no se repara, quedando desde el origen la cañería expuesta a corrosión prematura en las zonas de unión.

Además de la destrucción del revestimiento en el sector de la unión soldada, el proceso de soldadura genera una zona afectada por el calor (ZAC) en el entorno de la unión. El inconveniente de esta ZAC es que da origen a tensiones residuales que se transforman en sectores críticos del sistema por cuanto corresponden a centros anódicos en los que se acelera localmente el daño por corrosión. Al no contar estas zonas con protección anticorrosiva por destrucción del revestimiento interno debido al calor de soldadura, se acelerará el proceso corrosivo en las uniones a una tasa y velocidad que dependerá de las características del fluido que transporta la cañería.

Por ejemplo, un ducto de 120 kilómetros de longitud construido con cañerías de 12 metros de largo, requerirá 10.000 uniones soldadas con la consiguiente generación de 10.000 zonas críticas a lo largo de la línea por destrucción del revestimiento interno.

Cuando el daño por corrosión se manifiesta en forma de roturas, obliga a detener la operación, complica la continuidad del proceso y restringe la vida útil de la cañería. El costo directo asociado a la reparación es alto pero muchas veces irrelevante respecto del costo indirecto asociado a la detención. OBJETIVO

El principal objetivo de la presente solicitud de patente es ofrecer una solución fácil, eficiente y permanente a los problemas de corrosión que suceden por interior de las cañerías de acero carbono en la zona de uniones soldadas.

ESTADO DEL ARTE

Las principales industrias que requieren el transporte de diversos tipos de fluidos que se conducen a través de cañerías son la minería, sanitaria, energía y petroquímicas.

El material más empleado en líneas de conducción de fluidos es el acero al carbono por cuanto presenta alta resistencia mecánica, soporta elevadas presiones, es fácil de soldar y presenta bastante menor costo respecto de otros materiales como el acero inoxidable que posee muy buena resistencia química a muchos fluidos agresivos y no necesita protección por revestimientos. La principal limitante del acero inoxidable es en el proceso de soldadura debido a que si no se alivian las tensiones residuales queda expuesto a corrosión bajo tensión en la zona de uniones soldadas.

En líneas de conducción de fluidos también se emplean cañerías de polietileno de alta densidad -HDPE-, poliéster reforzado con fibra de vidrio -FRP- y de cloruro de polivinilo -PVC-, pero están limitadas en su resistencia mecánica y trabajo a altas presiones.

Las cañerías de acero carbono son diseñadas conforme a la exigencia mecánica y de transporte asociada al proyecto especifico. La caracterización de la cañería respecto del diseño, diámetro, espesor de pared y tipo de acero, es definida por el ingeniero según la normativa internacional (ANSI, ASME, API, AWS, ISO, ASTM, DIN, otra). Los ductos pueden quedar apoyados directamente sobre el terreno (en forma aérea) o enterrados sobre un lecho de arena. Por seguridad de la línea y/o frente a terceros, los ductos de gran longitud se prefieren enterrados.

Las uniones de cañerías empleadas para la construcción del ducto son mecánicas o soldadas, donde la soldada ofrece alta hermeticidad y mayor resistencia para trabajos a altas presiones.

Las uniones mecánicas emplean sistemas de pernos para consolidar la unión. Las más empleadas son mediante flanges, unión victaulic y unión dresser. Entre los principales inconvenientes de estos tipos de unión es que fallan las empaquetaduras y sistemas de sello provocando filtraciones y corrosión por intersticios, además, muchas de estas no son adecuadas en redes que requieren trabajos a alta presión. Estos tipos de unión se consideran básicamente en cañerías apoyadas sobre terreno por cuanto permiten más fácil detección del punto de falla.

En cañerías enterradas se prefieren las uniones soldadas, sin embargo presentan el inconveniente que el calor de soldadura quema y destruye localmente el revestimiento interno.

Para que se produzca corrosión electroquímica es necesario que coexistan cuatro elementos: un ánodo; un cátodo; un electrolito; y un conductor, eliminando al menos uno de éstos se elimina o detiene la corrosión. Los revestimientos anticorrosivos actúan eliminando la acción del electrolito. Los aceros carbono son aleaciones que por su composición química y características metalúrgicas presentan diferencias de potencial electroquímico en su superficie, generando zonas anódicas (en corrosión) y zonas catódicas (en protección). Al encontrarse ambas en la misma superficie y adyacentes entre sí, se crean celdas electroquímicas que en contacto con un electrolito producen corrosión con disolución y pérdida de material en las zonas anódicas.

Según los requerimientos de uso el mercado ofrece distintos tipos de aceros al carbono que difieren en su composición química y poseen diferente potencial electroquímico. Al presentar diferentes potenciales electroquímicos, el contacto entre ellos en presencia de un electrolito puede generar una pila galvánica con corrosión acelerada del más anódico. Los electrodos de aporte para soldar aceros al carbono deben ser compatibles con el acero de la cañería y por tanto son seleccionados de acuerdo a este último. Respecto de pérdidas por corrosión, se debe diferenciar entre costos directos y costos indirectos. Los costos directos corresponden a los de reparación de la falla propiamente tal, y los indirectos a la merma o pérdida de producción debido al tiempo de detención. Dependiendo de la magnitud y/o sector de la falla, el costo indirecto puede llegar a ser varias veces mayor al costo directo.

Las cifras asociadas a daños por corrosión son muy elevadas y no se tienen registros a nivel mundial. Sin embargo, estudios realizados por el NACE (National Association of Corrosión Engineers) de USA indican que, solo en costos directos, la pérdida global por corrosión el año 1998 en USA fue del orden del 3,1% del Producto Interno Bruto y la asociada solo a ductos o cañerías del orden del 0,54% del PIB (47,9 mil millones de dólares), además, un informe realizado por Alberta Energy Regulator de Canadá el año 2013 indica que del total de fallas en cañerías entre los años 1990 y 2012 el 54,8% corresponden a corrosión interna.

Habiendo investigado la literatura y los más recientes grandes proyectos de cañerías a nivel mundial, la conclusión es que en la actualidad el mercado no ofrece soluciones a los problemas de corrosión interna en la zona de uniones soldadas.

El análisis comparativo entre la presente solicitud de patente respecto de la bibliografía que actualmente existe son los siguientes: Patente de Invención GB709794, del 02 de junio de 1954:

El objetivo de esta patente es solo evitar el depósito de escoria y gotas de soldadura al interior de Ja cañería.

El diseño considera una cámara anular que actúa como receptáculo de contención de las gotas y escoria de soldadura, no incluye ni menciona la protección del revestimiento interno en la zona de uniones soldadas.

Como no considera sellar el intersticio que comunica la cámara anular con el fluido que transporta la cañería, éste ingresará a la cámara y generará corrosión al interior de ésta además generará corrosión por intersticios (crevice corrosión) en el intersticio, es decir, este invento no soluciona el problema de corrosión interna en las zonas de unión de las cañerías, que es el objetivo principal que cubre la presente solicitud de patente.

El análisis anterior indica que el campo de aplicación y objetivo de esta patente difieren absolutamente con el de la solicitud de patente presentada en este petitorio.

Patente de Invención US4640532A del 03 de febrero de 1987:

El invento descrito en esta patente emplea un fluido refrigerante con circulación forzada que puede ser agua, aire frío u otro, como medio de atenuación del calor de soldadura. O sea, el concepto inventivo es la absorción del calor por medio de un elemento anexo, sin el cual no logra el efecto. Dado lo anterior, el invento de esta patente requiere el uso de compresores, equipos generadores de energía y bombas que aumentan el grado de complejidad y costos de construcción de la cañería, sin contar que exige un monitoreo permanente de las temperaturas al momento de ejecutar la soldadura e interrumpir este proceso cuando la temperatura sobrepasa ciertos límites, es decir, el procedimiento de soldadura estará restringido y supeditado a la disminución de temperatura hasta niveles deseables, situación que técnicamente no es aplicable y en la práctica es impracticable. El análisis de esta patente indica que el invento fue diseñado para cañerías que solo emplean láminas plásticas (liners) como revestimiento interno y está orientada en forma única y específica para fluidos abrasivos, que corresponden a fluidos de alta densidad y altos sólidos pesados en suspensión (pulpas, concentrado de minerales, etc.).

Además indica que, finalizada la soldadura, el espacio de las ranuras donde circula el fluido refrigerante se debe llenar con una resina epóxica líquida. Las resinas epóxicas polimerizan y curan mediante la adición de un agente endurecedor que forma parte del producto final. La reacción entre estos componentes es exotérmica y dependiendo del volumen de resina involucrado el calor liberado puede superar los 250°C. Como ya no se puede refrigerar el sistema por cuanto estas ranuras fueron llenadas con la resina epóxica, el calor liberado podría transmitirse a través del metal de la cañería hacia el revestimiento (liner) fundiendo o degradando éste.

El invento asociado a esta patente tiene casi 30 años de existencia y aparentemente a la fecha no ha tenido aplicación industrial alguna, siendo que su titular Me CONELL DOWELL CONTRUCTORS Ltd. es una empresa de montajes industriales. Este hecho de nula aplicación industrial no es un tema de precios dado que la misma patente señala que el invento es más económico que los flanges que comúnmente se emplean en cañerías revestidas con láminas plásticas (liners), y el análisis técnico-económico indicaría que el principal impedimento para el uso de esta patente a escala industrial se debe al alto grado de complejidad asociado a su aplicación y que además no soluciona el problema de corrosión en la unión de las cañerías por cuanto el dispositivo presenta un intersticio no sellado entre las láminas protectoras (liners) lo cual genera corrosión por intersticios (crevice corrosión), altamente perjudicial y destructiva.

En resumen, es posible concluir que el diseño, ingeniería, tipo de revestimiento interno, sistema de atenuación del calor de soldadura, tipo de fluido, insumos y la complejidad de aplicación de esta patente son totalmente distintos, no comparables ni dicen relación con el alcance, objetivo y campo de aplicación de la solicitud de patente presentada en este petitorio.

Patente de Invención WO 2008/113248 A1 del 25 de septiembre de 2008:

Al igual que la US4640532A antes comentada, el invento citado en esta patente usa un fluido refrigerante como sistema de atenuación del calor de soldadura que se hace fluir por una ranura pequeña ubicada bajo el sector a soldar, o sea, el concepto inventivo es la absorción del calor por medio de un elemento anexo, sin el cual no logra el efecto. Dado lo anterior, este invento requiere equipos generadores de energía, compresores, y bombas que dificultan el procedimiento constructivo respecto de lo que normalmente se realiza.

Si a lo anterior se agrega el hecho que requiere sellar y obstruir los orificios por los que se inyecta y circula el refrigerante, la diversidad de equipos, materiales e insumos que requiere este invento para su aplicación en campo aumentan los costos, plazos y grado de complejidad durante la construcción de la cañería.

En síntesis, el diseño, ingeniería, sistema de atenuación del calor, requerimientos de instalación, insumos y procedimientos complementarios para la aplicación en campo de esta patente la hacen no comparable y no existe equivalencia con el de la solicitud de patente presentada en este petitorio.

Patente de Invención GB1359676 A, del 10 de julio de 1974:

Esta invención hace referencia a tuberías para transmisión de ondas, empleadas en su época principalmente en telecomunicaciones, el diseño de ésta corresponde a tuberías que contienen aire u otros elementos y no está diseñada para cañerías que transportan fluidos como agua o soluciones salinas. Las normas y exigencias técnicas que rigen la ingeniería en comunicaciones son propias de este campo y son distintas a las que rigen para líneas de cañerías que conducen fluidos.

Los revestimientos internos de la cañería de acero que indica la patente consideran la aplicación de dos tipos de productos, conformando un sistema dúplex, y corresponde a un revestimiento base de tipo metálico conductor como cobre, aluminio, estaño, etc., y un revestimiento dieléctrico de terminación final que puede ser barniz, resina, pintura o plástico. Los revestimientos dúplex no pueden ser empleados en fluidos que presentan características conductoras (electrolitos) por cuanto los potenciales electroquímicos del metal del revestimiento base es distinto al del acero carbono y el contacto entre ambos generará una pila galvánica que, en presencia de un electrolito, el metal más anódico se dañará y será consumido por el más catódico. En este aspecto, los metales cobre y estaño son catódicos respecto del acero carbono y en presencia de un electrolito como agua o soluciones salinas el revestimiento dañará la cañería, mientras el revestimiento de aluminio es anódico respecto del acero carbono y será consumido por la cañería. Por su parte, los revestimientos dieléctricos presentan limitada resistencia química y al agua líquida y son aplicados en una mono capa de muy bajo espesor (no mayor a 0,2 milímetros). Ambas situaciones imposibilitan el uso de estos revestimientos dieléctricos frente a un permanente y continuo flujo de agua o soluciones salinas. Además, este invento incorpora tres piezas, dos terminales y una brida que actúa como puente para realizar la soldadura de unión de tuberías por sobre la tubería madre, este método permite evitar se dañen los revestimientos para este tipo de tuberías, pero no inhiben los procesos corrosivos generados en la unión misma, en particular la corrosión por intersticios generada en el encuentro de las dos tuberías, zona que no se encuentra protegida y que en presencia de humedad u otro agente iniciarán un proceso corrosivo que se acelerará al afectar al revestimiento.

Este invento data del año 1974 y en la actualidad esta tecnología ha sido reemplazada por la fibra óptica.

En resumen, el campo de aplicación, diseño, ingeniería, calidades de revestimientos y propiedades mecánicas de esta patente es no comparable ni dice relación alguna con el de la solicitud de patente presentada en este petitorio.

Patente de Invención US2273154A, del 17 de febrero de 1942:

Esta invención define la protección del revestimiento interno en la zona de uniones soldadas mediante la superposición de dos tubos en que uno queda embutido en el otro. El tubo interior genera un obstáculo y estrechamiento de la pared interna de la cañería que alterará la libre conducción del fluido provocando micro turbulencias. Este efecto es aún más agravado si este obstáculo se orienta en forma contraria al flujo. Además de ser un obstáculo al paso del fluido, el tubo interior genera un intersticio con la pared interna de la cañería que producirá corrosión acelerada en esta última.

El diseño de esta patente de febrero de 1942 conlleva asociado piezas complejas de fabricar y no considera guías para un adecuado ensamble y acople entre las piezas durante la construcción del ducto. En resumen, el concepto, diseño, ingeniería, singularidades, propiedades mecánicas e hidráulicas y complejidad de fabricación de este invento son completamente diferentes y no comparables con las de la solicitud de patente presentada en este petitorio. Conclusiones de la Búsqueda Bibliográfica:

Por lo enunciado arriba, las patentes citadas presentan conceptos, objetivos y campos de aplicación no comparables ni equivalentes a la presente solicitud de patente y en la actualidad no existe un método que garantice una aplicación industrial que satisfaga y/o resuelva el problema de corrosión en la zona de unión de cañerías de acero al carbono. Complementariamente, en lo que respecta a la ingeniería de proyectos de instalaciones de cañerías de acero al carbono, las obras ejecutadas a nivel mundial en los últimos decenios no muestran evidencias que esta problemática haya sido superada.

PROBLEMAS A RESOLVER

Las razones principales por las que se produce corrosión al interior de las cañerías de acero carbono son debido a falla o ausencia del revestimiento anticorrosivo interno y la generación de zonas afectadas por el calor (ZAC).

Dada esta problemática, la solución es construir los ductos mediante un dispositivo o sistema que permita realizar las uniones soldadas sin dañar el revestimiento interno de la cañería como así también evite se generen ZAG al interior de ésta.

A continuación se expone una solución que satisface ambas consideraciones y además cumple los requisitos de diseño, operativos y constructivos que rigen la ingeniería para el transporte de fluidos.

Otras problemáticas que esta solución resuelve son: a. Dadas su forma, diseño, cotas y dimensiones, el dispositivo objeto de esta solicitud de patente permite disipar el calor de soldadura por sí solo, en forma espontánea y natural, sin requerir refrigeración externa ni elementos anexos o complementarios que dificulten el trabajo durante el montaje y/o aumenten el costo de construcción de la cañería.

b. La capacidad de disminución de la temperatura en la zona de uniones soldadas es constante, reproducible e independiente de las variables atmosféricas.

c. Al ensamblar los terminales de las cañerías en campo, conteniendo las piezas 1 y 2 del dispositivo, se genera una separación exacta, continua y homogénea de 2 a 3 milímetros en el bisel de los anillos externos que facilitan el proceso de soldadura. d. Durante el proceso de soldadura en el bisel central de los anillos que conforman el dispositivo la temperatura en la pared interna de la cañería no supera los 120°C +/- 20°C, condición que soporta todo tipo de pintura empleada por interior de ductos y por tanto el revestimiento interno aplicado en taller permanece libre de daños en la zona de uniones soldadas durante la construcción del ducto.

e. Este rango de temperatura máxima (120°C +/- 20°C) que se logra con el dispositivo considera cañerías en todo tipo de espesor y diámetros iguales o mayores a 152,4 milímetros (6"), empleando sistemas de soldadura MIG y Arco Manual.

f. Permite emplear todo tipo de revestimiento de pintura diseñado por la ingeniería sin exponerlos a daño o destrucción. Incluyen los especificados en las normas AWWA y toda otra norma o especificación que corresponda.

g. Durante la construcción de la cañería elimina la imperiosa necesidad de reparar el revestimiento interno.

h. Asegura la eliminación de todo centro crítico que pueda generar corrosión, tanto en las uniones entre cañerías como en el dispositivo mismo. i. Posee aplicación industrial, es decir, cumple las normas ASME, ANSI, API y ASTM, que son las principales que rigen los diseños de cañerías en cuanto a exigencias mecánicas e hidráulicas.

j. El procedimiento de soldadura en el dispositivo es independiente de toda condición externa y se puede estandarizar para cada proyecto según la norma AWS.

k. Además de cumplir los requisitos que rigen las normas internacionales de diseño e ingeniería en cañerías, el empleo del dispositivo permite mantener los estándares y procedimientos constructivos normales de cañerías, sin interferir con las prácticas comunes empleadas universalmente en la construcción de ductos o cañerías.

I. Permita ahorros durante la construcción de la cañería, tanto por disminución de los plazos del proyecto como por su facilidad de trabajo.

m. Las piezas soldadas a cada extremo de la cañería son robustas y permiten que la cañería no se deforme durante el traslado, manipulación y almacenamiento, lo cual evita la necesidad de corregir toda posible deformación en las cañerías al momento de unirlas, y asimismo no requiere el uso de crucetas en los extremos.

n. El diámetro del anillo externo de las piezas que conforman el dispositivo es mayor al de la cañería y sobresale de ésta, por lo que actúa como banda de rodadura y la mantienen separada del suelo, condición que permite disminuir en gran medida el daño al revestimiento externo y reduce los costos de reparación de este último. o. El dispositivo corresponde a un diseño simple, de fácil fabricación, firme, tenaz, que al eliminar los daños por corrosión en la zona de uniones soldadas extiende la vida útil de la cañería y aporta un importante ahorro tanto durante la construcción como durante la operación de la cañería.

p. Después de soldar las cañerías en el campo, el revestimiento original de fábrica es inalterado y por tanto la protección anticorrosiva en las uniones mantiene la misma calidad que en el resto de la cañería, eliminando todo punto crítico del sistema. q. Como el dispositivo propuesto en esta solicitud de patente no requiere mantención por corrosión asegura muy extensa vida útil y confiabilidad durante la operación, r. El dispositivo que se propone en esta solicitud de patente soluciona el problema de corrosión interna en las uniones de cañerías, que es la gran problemática de esta área de la ingeniería que, a nivel mundial, aún no se encuentra resuelta.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las figuras asociadas a la presente solicitud de patente corresponden a las siguientes:

Figura 1 : Pieza 1

Figura 2 : Pieza 1. Vista Frontal

Figura 3 : Pieza 1. Corte AA de Vista Frontal

Figura 4 : Pieza 2

Figura 5 : Pieza 2. Vista Frontal

Figura 6 : Pieza 2. Corte BB de Vista Frontal

Figura 7 : Alineación y Montaje de Cañerías

Figura 8 : Corte Isométrico CC de Figura 7

Figura 9 : Zona de aplicación del sello adhesivo en Anillos Internos de Piezas 1 y 2 Figura 10 : Detalle de Piezas 1 y 2 del dispositivo ensamblado

Figura 11 : Detalle de la zona de ensamble entre Piezas 1 y 2

Figura 12 : Esquema de disipación y distribución del calor y temperatura generado en el punto de soldadura (Qi, Ti) entre las Piezas 1 y 2 DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL DISPOSITIVO

Dispositivo para instalar en cañerías que elimina la corrosión interna en las uniones soldadas por cuanto permite que el calor de soldadura no dañe el revestimiento interno de dichas cañerías disipando este calor de soldadura en forma natural y espontánea, lo que se caracteriza porque comprende una primera pieza (1) que se ensambla a una segunda pieza (2) generando un espacio confinado (51 ); donde ambas piezas (1 y 2) están formadas por dos anillos concéntricos, uno interno (4, 21) del mismo diámetro que la cañería (38), y uno externo (3, 20), con los anillos unidos entre sí por un manto (5, 22); el anillo interno (4) posee una cavidad (8) donde se ensambla una cuña guía (29) del anillo interno (21 ).

El fondo de la cavidad (8) y el extremo de la cuña guía (29) de los anillos internos (4, 21 ) poseen una concavidad (9 y 30) destinadas a alojar un anillo cilindrico de flúor elastómero (45).

Se caracteriza porque ambas caras de la zona interna de las superficies de contacto (39) entre los anillos internos (4, 21 ) se protegen mediante un sello epóxico de alta adherencia para que no se produzca corrosión por intersticios en el dispositivo.

El dispositivo se caracteriza porque el ancho (10, 23) del manto (5, 22) que separa los anillos interno y externo de ambas piezas (1 y 2) es de al menos 50 milímetros y el espesor (14, 24) de este manto es de al menos dos veces el espesor de la cañería (40, 41 ). Otra característica del dispositivo es que el ensamble (52) entre la cavidad (8) y la cuña guía (29) de las piezas (1 y 2) posee un espesor de al menos dos veces el espesor de la cañería (40, 41). El anillo interno (4) se caracteriza porque posee un ancho mínimo (12) de al menos 30 milímetros más dos veces el espesor de la cañería (40, 41) más el ancho del cuello de soldadura (18).

Asimismo, el anillo interno (21) se caracteriza porque posee un ancho mínimo (32) de al menos el ancho de la cuña guía (29) más 20 milímetros más dos veces el espesor de la cañería (40, 41 ).

Por su parte, los anillos externos (3 y 20) se caracterizan porque poseen un diámetro externo (1 1 y 33) mínimo equivalente al diámetro interno de la cañería (38) más 100 milímetros más 6 veces el espesor de la cañería (40, 41) y el ancho (16 y 34) mínimo de estos anillos es de al menos 23,5 milímetros más dos veces el espesor de la cañería (40, 41).

Una vez ensambladas las piezas (1 y 2) que conforman el dispositivo se obtiene una separación de 2 a 3 milímetros (46) entre los anillos externos (3, 20) donde se ejecuta la unión soldada (44).

Para satisfacer lo enunciado arriba se fabrica un dispositivo en acero carbono que considera dos piezas (1 y 2) que, al momento de soldarlas en campo para construir el ducto, la mayor parte del calor de soldadura se disipa en forma natural y espontánea por el dispositivo mismo (figura 12), sin afectar la pared de la cañería. La descripción, conformación y dimensiones de las piezas que conforman el dispositivo se muestran en figuras 1 a 6, las cuales se detallan a continuación.

Pieza 1 (figuras 1 , 2 y 3):

La pieza (1) está formada por dos anillos concéntricos, uno externo (3) y otro interno (4), unidos entre sí por un manto de acero macizo (5). La separación entre estos anillos (10) debe ser mínimo 50 milímetros. El espesor del manto (14) que une los anillos debe ser mínimo 2 veces el espesor de la cañería (40, 41).

El anillo interno (4) corresponde a la zona del dispositivo por la que circula el fluido que transporta la cañería (50) y por tanto debe poseer el mismo diámetro interno (6) que la cañería (38). El espesor (13) del anillo interno (4) en la zona de unión a la cañería debe ser el mismo que el de la cañería (40, 41) y el espesor (15) en la zona de ensamble con la pieza (2) debe ser como mínimo 2 veces el espesor de la cañería (40, 41). El anillo interno (4) se suelda (42) a la cañería a través de un cuello de soldadura (18) de terminación biselada (7). El ancho mínimo (12) del anillo interno (4) debe ser 30 milímetros + 2 veces el espesor de la cañería (40, 41) + el ancho del cuello de soldadura (18).

El anillo interno (4) posee una cavidad (8) para el acople y guía de la pieza (2), el fondo de esta cavidad posee una concavidad (9) destinada a alojar un anillo cilindrico de flúor elastómero (45) que impide el paso del fluido que transporta la cañería hacia el interior del cuerpo del dispositivo sellando herméticamente la unión entre las piezas (1 y 2), esta cavidad (4) debe tener una profundidad mínima de 10 milímetros.

El anillo externo (3) posee un diámetro externo (1 1) mínimo equivalente al diámetro interno de la cañería (38) + 100 milímetros + 6 veces el espesor de la cañería (40, 41). El ancho mínimo (16) del anillo externo (3) debe ser 23,5 milímetros + 2 veces el espesor de la cañería (40, 41). El espesor (17) del anillo extemo (3) debe corresponder como mínimo al espesor de la cañería (40, 41) y su terminación debe ser biselada (19) para soldadura al anillo externo (20) de la pieza (2).

Pieza 2 (figuras 4, 5 y 6):

La pieza (2) está formada por dos anillos concéntricos, uno externo (20) y otro interno (21), unidos entre sí por un manto de acero macizo (22). La separación entre estos anillos (23) debe ser mínimo 50 milímetros. El espesor del manto (24) que une ambos anillos debe ser mínimo 2 veces el espesor de la cañería (40, 41).

El anillo interno (21) corresponde a la zona del dispositivo por la que circula el fluido que transporta la cañería (50) y por tanto debe poseer el mismo diámetro interno (25) que la cañería (38), este anillo interno (21) se suelda a la cañería (43) a través de un cuello de soldadura (26) de terminación biselada (27) del mismo espesor (28) que el espesor de la cañería (40, 41). En este anillo interno (21) existe una cuña guía (29) que sobresale de la pieza y sirve para el acople y calce con la pieza (1), el extremo de la cuña guía posee una concavidad (30) que confina el anillo cilindrico de flúor elastómero (45) en el fondo cóncavo (9) de la cavidad (8) de la pieza (1), el espesor (31) de la zona de este anillo interno (21) donde se ensambla con la pieza (1) debe ser mínimo 2 veces el espesor de la cañería (40, 41). El ancho (32) de este anillo interno (21) debe corresponder como mínimo al ancho de la cuña guía (29) + 20 milímetros + 2 veces el espesor de la cañería (40, 41) + el ancho del cuello de soldadura (26).

El anillo externo (20) posee un diámetro exterior (33) mínimo equivalente al diámetro interno de la cañería (38) + 00 milímetros + 6 veces el espesor de pared de la cañería (40, 41). El ancho (34) del anillo externo (20) debe ser como mínimo de 23,5 milímetros + 2 veces el espesor de la cañería (40, 41). El anillo externo (20) debe tener una terminación biselada (35) para soldadura al anillo extemo (3) de la pieza (1). La figura 7 muestra la forma de alineación de las cañerías en campo y sistema final con sus correspondientes terminales. El terminal (36) corresponde al extremo de la cañería unido a la pieza (1) y el terminal (37) corresponde al extremo de la cañería unido a la pieza (2).

La figura 8 muestra una vista de corte del dispositivo unido a una cañería de diámetro interno (38).

La figura 9 muestra la zona de las superficies (39) de las piezas (1 y 2) en las que se aplica el sello epóxico.

La figura 10 muestra un corte y detalles del dispositivo soldado. La descripción de éstos es la siguiente:

(40 y 41): Cañería madre, de espesor de pared indicado por la ingeniería.

(42) : Unión soldada de cañería con la pieza 1 del dispositivo con bisel 38° ANSI B 16.5.

(43) : Unión soldada de cañería con la pieza 2 del dispositivo con bisel 38° ANSI B 16.5.

(44) : Sector donde se sueldan los anillos externos de las piezas 1 y 2 del dispositivo, ambos con bisel 38° ANSI B 16.5.

(45) : Anillo cilindrico de flúor elastomero para hermeticidad de la unión. El material con que está fabricado este anillo se conoce como Viton y posee alta resistencia química.

(46) : Separación de 2 a 3 milímetros entre biseles de los anillos externos (3, 20) para soldadura de la pieza 1 con la pieza 2.

(47): Superficies del intersticio entre las piezas 1 y 2 del dispositivo, donde se aplica el sello epóxico (figura 9).

(48) : Superficie interna de la cañería, pintada con pintura aplicada en taller.

(49) : Superficie externa de la cañería, pintada con pintura aplicada en taller.

(50) : Zona interna de la cañería por donde se desplaza el fluido.

(51): Espacio confinado entre las piezas 1 y 2.

(1 ): Pieza 1 del dispositivo. (2): Pieza 2 del dispositivo.

La figura 1 1 muestra un detalle del sector de ensamble entre los anillos internos (4 y 21) de las piezas 1 y 2. En este detalle se aprecia el calce entre la cuña guía (29) de la pieza 2 y la cavidad (8) de la pieza 1 para el confinamiento del anillo de flúor elastómero (45) y las superficies protegidas (39) por el sello epóxico.

La figura 12 indica el diseño esquemático de disipación natural y espontánea del calor de soldadura. En éste, Q1 y T1 representan la cantidad de calor y temperatura en el punto de soldadura, Q2 y T2 la cantidad de calor y temperatura que se disipa por la pieza 1 del dispositivo, Q3 y T3 la cantidad de calor y temperatura que se disipa por la pieza 2 del dispositivo, Q4 y T4 la cantidad de calor y temperatura que se irradia al espacio confinado entre las piezas 1 y 2 del dispositivo, y, Q5 y T5 la cantidad de calor y temperatura que alcanza la pared interna (48) de la cañería.

El respaldo en dimensiones, forma y diseño del dispositivo que propone esta solicitud de patente se basó en una memoria de cálculo y una modelación por elementos finitos de distribución del calor generado en el punto de soldadura. Ambos métodos confirman la hipótesis que dio origen a esta solicitud de patente respecto de la disipación natural y espontánea del calor de soldadura, lograda por el dispositivo según diseño, e indican que la temperatura máxima en la pared interna de la cañería no supera los 120°C +/- 20°C, siendo este rango de temperaturas constante y reproducible para todo diámetro de cañería mayor a 152,4 milímetros (6").

Conforme a lo anterior, se confeccionaron prototipos para cañerías de 203,2 milímetros (8") de diámetro, Schedule 40, y los resultados de temperatura máxima en la pared interna de la cañería (48) de estas pruebas prácticas, apoyadas por termografía, indicaron 108°C con sistema de soldadura MIG y 133°C con sistema de soldadura Arco Manual. Correspondientemente, en las figuras y descripción se visualiza como se evita:

- Que el fluido que transporta la cañería (50) no ingrese al espacio confinado del dispositivo (51 ) mediante el uso del anillo cilindrico de flúor elastómero (45). - Que no se genere corrosión por intersticios, en el intersticio (47) entre las piezas 1 y 2, que queda expuesto al fluido que transporta la cañería (50) mediante el empleo de un sello epóxico firme y adherente aplicado a la superficie de ambas piezas (figura 9). Para un proyecto dado, la ingeniería diseña el revestimiento conforme a las exigencias químicas y físicas del fluido que transporta la cañería y como la presente solicitud de patente permite el uso de todo tipo de pintura, incluye normas AWWA y otras afines, esta circunstancia otorga al ingeniero la independencia técnica en la selección del más apto revestimiento sin que se dañe o destruya, eliminando el riesgo de corrosión en las uniones soldadas.

Armado del Dispositivo y Procedimiento de Montaje:

A las cañerías en taller, antes de ingresar a tratamiento mediante chorro abrasivo y aplicación del revestimiento, se les suelda (42) una pieza 1 en un extremo y una pieza 2 se suelda (43) en el extremo opuesto, quedando ambas piezas como terminales (36 y 37) de cada cañería. Soldadas las piezas se debe eliminar toda escoria y gotas de soldadura.

Previo al tratamiento con chorro abrasivo y pintura se debe proteger el sector interno de las piezas (1 y 2) de ambos terminales. Con las piezas (1 y 2) protegidas, se debe tratar las superficies de todo el conjunto, cañería más piezas (1 y 2), mediante chorro abrasivo y posteriormente se aplica el esquema de revestimiento especificado por la ingeniería, quedando ambas uniones soldadas (42 y 43) protegidas por el revestimiento y por tanto elimina toda^posibié corrosión electroquímica en las zonas afectadas por el calor (ZAC) producidas'éfrel procesó dé soldádüríqüé ühé ámtíás'piezas a la cánéría. Una ^; vez curadá la 'pintura (1 y 2) de ambos terminales ¹ y se procede a aplicar un sello epóxico de alta adherencia (figura 9) en toda la zona interna de las superficies de contacto entre éstas (39), protegiendo el dispositivo de toda posible corrosión por intersticios.

El sello adhesivo epóxico debe cumplir las siguientes propiedades:

- Excelente adherencia a superficies de acero carbono.

- Ser de consistencia líquida, con una tixotropía apta para asegurar un espesor de protección adecuado en las superficies que conforman el intersticio.

- No contener solventes ni elementos tóxicos.

- Poseer alta resistencia al agua, sales y otros diversos productos químicos.

Las cañerías revestidas por interior y exterior de acuerdo al esquema especificado por la ingeniería, se trasladan a terreno y se alinean en forma tal que el terminal (36) unido a la pieza (1) de una cañería quede enfrentado con el terminal (37) unido a la pieza (2) de la cañería adyacente (figura 7).

Al ensamblar el terminal (36) de una cañería con el terminal (37) de otra se genera una separación continua de 2 a 3 milímetros (46) en todo el perímetro del bisel central de los anillos externos (3 y 20) de ambos terminales, procediéndose a soldar la unión (44).

La forma de instalación del dispositivo (piezas 1 y 2 soldadas en maestranza) permite eliminar la escoria y gotas de soldadura de este proceso y por tanto elimina el riesgo de corrosión interna en la zona de uniones soldadas de las piezas 1 y 2 a la cañería, es decir, el procedimiento de trabajo ofrece total garantía respecto de la descontaminación y eliminación de toda impureza y/u obstrucción que impida el libre flujo del fluido que transporta la cañería (50).