Pruebas hidrostáticas para garantizar la integridad de las tuberías

Introducción 

Las tuberías son componentes fundamentales para el transporte de fluidos, líquidos y gases, de un lugar a otro en numerosos procesos industriales como refinerías de petróleo y gas, química y alimentaria, Los sistemas de red de tuberías requieren una atención rigurosa para garantizar la integridad y funcionamiento seguro. Entre las numerosas técnicas de evaluación, las pruebas hidrostáticas en tuberías, es la metodología más importante para verificar la integridad estructural y detectar fugas, por lo que es imprescindible llevar a cabo evaluaciones regulares y rigurosas.

Las pruebas hidrostáticas se presentan como una herramienta clave en este contexto, permitiendo verificar la resistencia y la capacidad de las tuberías para soportar presiones operativas sin presentar fugas. Este proceso consiste en llenar la tubería con un líquido, generalmente agua, y aplicar presión para detectar posibles fallas estructurales o puntos débiles. Mediante la aplicación de estas pruebas se pueden identificar fugas de productos, garantizando de esta forma la seguridad operativa y la prolongación de la vida útil de las tuberías en cualquier aplicación industrial

En este artículo, se disertará sobre las pruebas hidrostáticas utilizadas para garantizar la integridad de los sistemas de tuberías, destacando su importancia, procedimientos y beneficios.

Concepto y fundamentos de las pruebas hidrostáticas en tuberías

Las pruebas hidrostáticas se utilizan para múltiples procesos, como presurizar una sección de tubería hasta que falle con la intención de medir la máxima resistencia de esa sección en particular. Es importante entender que no existe una prueba de presión hidrostática única para todos los casos.

En línea con el propósito de este artículo se definen estas pruebas como procedimientos de evaluación que se emplean para verificar la integridad estructural y la resistencia de las tuberías a través de la aplicación de presión hidrostática. Este método se basa en la hidráulica y se realiza mediante la introducción de líquido, comúnmente agua, dentro de la tubería hasta alcanzar una presión específica. Esta presión es mantenida durante un período de tiempo predeterminado, durante las cuales se monitorea la tubería y cualquier cambio en la presión que podría indicar la presencia de fugas o defectos.

Prueba de hermeticidad y ensayo de presión hidrostático

Dentro del contexto de las pruebas hidrostáticas en tuberías, existen dos términos que son la prueba de hermeticidad y el ensayo de presión hidrostática. La prueba de hermeticidad se centra en verificar la estanqueidad de la tubería, asegurando que no haya fugas de fluido, mientras que el ensayo de presión hidrostático evalúa la resistencia estructural de la tubería bajo presión. Ambos componentes son necesarios para garantizar la integridad en tuberías y deben llevarse a cabo con precisión y cuidado.

Cálculo de la presión de prueba

Para determinar las presiones adecuadas para llevar a cabo pruebas hidrostáticas en tuberías, se debe cumplir con los requisitos establecidos en los códigos de diseños como el Código ASME B31.3 o equivalentes. Esto se logra mediante la aplicación de las siguientes ecuaciones matemáticas.

1. Para las tuberías de nuevas construcciones: Deben estar diseñadas bajo el código ASME. Se utiliza la siguiente ecuación.

Donde: P_T. (Presión de prueba hidrostática), PD. (Presión de diseño), ST, (Esfuerzo permisible a la temperatura de prueba), SD. (Esfuerzo permisible a la temperatura de prueba).

Nota: El valor máximo permitido de ST / SD es 6.5

2. Para las tuberías que han estado en servicio: Fueron diseñadas bajo el código ASME B31.3 o equivalente se utiliza la ecuación.

Donde: PT. (Presión de prueba hidrostática), Po. (Presión de trabajo u operación), ST. (Esfuerzo permisible a la temperatura de prueba), So. (Esfuerzo permisible a la temperatura de operación).

Las unidades de medidas normalmente utilizadas son kg/cm², MPa, Psi, Bar

Cuando se trata de tuberías que han estado en funcionamiento, se debe tener en cuenta su historial de condiciones para detectar posibles desviaciones que podrían comprometer su integridad durante la prueba. Es recomendable llevar a cabo evaluaciones no destructivas adicionales con el fin de identificar áreas de preocupación potencial antes de proceder con la prueba hidrostática.

Selección de los manómetros para la realizacion de las pruebas

La selección adecuada de estos dispositivos para realizar pruebas hidrostáticas, incidirá significativamente en la precisión de los resultados. A continuación algunos pasos a seguir para seleccionar los manómetros adecuados:

• Rango de presión: El rango de presión de los manómetros depende de la presión máxima de prueba hidrostática. En general, se recomienda que el rango superior de presión del manómetro sea al menos un 50% mayor que la presión máxima de prueba hidrostática. Esto proporciona un margen de seguridad adecuado y evita daños en el manómetro debido a sobrepresión, pero se debe considerar que si el rango máximo de presión del manómetro es significativamente mayor que la presión de prueba hidrostática, se perderá sensibilidad, resolución y precisión. 
• Precisión: Utilizar manómetros que ofrezcan una precisión adecuada para tus necesidades. La precisión del manómetro influirá en la exactitud de las mediciones obtenidas durante la prueba. En general, se recomienda seleccionar manómetros con una precisión del 1% o mejor.
• Tipo de manómetro: Existen diferentes tipos de manómetros, como los de diafragma, bourdon y digitales, entre otros. Se debe usar el que mejor se adapte a los requerimientos específicos, teniendo en cuenta factores como la facilidad de lectura, la resistencia a la corrosión, y la compatibilidad con el medio en el que se realizará la prueba.
• Certificaciones y normativas: Verificar que los manómetros seleccionados estén certificados y cumplan con las normativas y estándares de seguridad aplicables, para garantizar su calidad y confiabilidad.

¿Por qué se deben realizar pruebas hidrostáticas en tuberías?

Las razones más importantes que justifican la realización de estas pruebas son las siguientes:

• Verificación de Integridad y Resistencia: La prueba permite verificar si la tubería es capaz de soportar la presión para la cual fue diseñada. Esto garantiza que la tubería pueda operar de manera segura y confiable bajo condiciones normales de funcionamiento.
• Detección de defectos y fugas: La aplicación de presión hidrostática puede revelar defecto en la tubería, como grietas, corrosión, conexiones defectuosas o soldaduras deficientes. Además, ayuda a detectar fugas potenciales que podrían comprometer la eficiencia del sistema y causar daños o pérdidas.
• Cumplimiento de normativas de seguridad y estándares: En muchos casos, las pruebas hidrostáticas son requisitos reglamentarios o están especificadas en estándares industriales y códigos de construcción. Cumplir con estas normativas es fundamental para garantizar la seguridad y la calidad del sistema de tuberías.
• Garantía de calidad y confiabilidad: La realización de pruebas hidrostáticas forma parte de los procedimientos de pruebas de Inspección y control de calidad durante la instalación de nuevas tuberías o la modificación de sistemas existentes. Asegura que las tuberías cumplan con los estándares de calidad requeridos y que sean confiables para su uso a largo plazo.
• Prevención de accidentes y daños: Al identificar y corregir posibles problemas de integridad estructural o fugas antes de la puesta en servicio, las pruebas hidrostáticas ayudan a prevenir accidentes, pérdidas económicas y daños al medio ambiente.

Procedimientos de prueba y evaluación de integridad

La realización de pruebas hidrostáticas en sistemas de tuberías sigue un procedimiento de prueba estandarizado que implica las tres etapas siguientes:

Antes de la prueba hidrostática

• Planificación de la prueba: Desarrolla un plan detallado para la prueba, incluyendo la presión máxima a aplicar, la duración de la prueba y los procedimientos de seguridad.
• Limpieza: Las tuberías deben limpiarse completamente para eliminar cualquier residuo, obstrucción o material extraño que pueda afectar los resultados de la prueba hidrostática. 
• Calidad de agua para la prueba: El fluido adecuado es el agua potable, al menos que exista la posibilidad de daño por congelamiento u otros efectos adversos. En este caso, otro líquido no tóxico adaptable puede ser usado, si su punto de ignición sea mayo a 120°F (49°C). Para los aceros inoxidables austeníticos con riesgos de agrietamiento por corrosión debido a esfuerzo politiónico, como se indica la NACE RP0170-2004.
• Bloquear las secciones de tuberías: La tubería a probar debe ser bloqueada o aislando del resto del sistema, instalando discos ciegos u otro dispositivo de retención que estén claramente identificados para su remoción posterior. 
• Inspección visual: Realizar inspección visual directa para verificar que todos los trabajos planificados estén realizados, y que los ensayos de calidad, principalmente de soldaduras, estén ejecutados y aprobados. 
• Preparación del equipo: Asegurar de que todos los equipos necesarios para realizar la prueba estén en buen estado y funcionando correctamente. Esto incluye bombas de agua, manómetros calibrados, registrador gráfico de la presión, válvulas de cierre, mangueras, entre otros. Para el control redundante es conveniente instalar al menos dos manómetros con los rangos adecuados.
• Consideraciones de seguridad: Antes de iniciar la prueba, asegúrate de que se hayan tomado todas las medidas de seguridad necesarias. Esto incluye el uso de equipo de protección personal adecuado, la capacitación del personal involucrado y la implementación de procedimientos de emergencia.

Durante la prueba hidrostática

Llenar la tubería con el fluido de prueba desde el punto más bajo del sistema de tuberías y drenar o pulgar el aire en el punto más alto de ese sistema. Posteriormente, se realiza lo siguiente:

• Aplicar presión: Se aplica gradualmente presión al sistema de forma escalonada. Primero al 50 % de la presión de prueba por 5 minutos y se realiza una inspección visual al sistema presurizado, posteriormente se lleva a 75 % por 5 minutos con otra revisión visual y finalmente se lleva al 100 % de la presión de prueba por 60 minutos. 
• Supervisión continua: Supervisar de cerca la prueba en todo momento para detectar cualquier desviación o fuga de manera inmediata.
• Control de presión: Ajustar cuidadosamente la presión aplicada a la tubería de acuerdo con las especificaciones del diseño y las normativas de seguridad. Considerar que la temperatura ambiental elevada puede calentar la tubería e incrementar la presión.
• Registro de datos: Registrar los datos de presión y cualquier observación relevante durante la prueba para su posterior análisis.

Después de la prueba hidrostática

• Despresurización controlada: Después de completar la prueba, asegúrate de despresurizar las tuberías de manera controlada para evitar daños o lesiones. Esto puede implicar la apertura gradual de válvulas y la liberación gradual de presión.
• Alivio de presión gradual: Al finalizar la prueba, libera la presión de manera gradual y controlada para evitar daños a la tubería o a los equipos.
• Inspección post-prueba: Realizar una inspección final de la tubería para detectar cualquier signo de daño o deformación causada por la prueba.
• Retiro de los discos ciegos: Garantizar que se retiren todos los discos ciegos al terminar la prueba.
• Documentación de resultados: Documentar los resultados de la prueba, incluyendo cualquier anomalía detectada y las medidas correctivas necesarias.
• Seguimiento de recomendaciones: Si se identifican problemas durante el ensayo de presión hidrostática, se debe seguir las recomendaciones para reparar o reemplazar las partes afectadas de la tubería.
• Documentación y registro: Es importante documentar todos los detalles relevantes de la prueba, incluyendo las presiones aplicadas, la duración de la prueba, cualquier incidencia o anomalía observada, y los resultados obtenidos. Estos registros son necesarios para futuras referencias o auditorías de seguridad.

A continuación, se presenta un video sobre los procedimientos para realizar pruebas hidrostáticas en tuberías. Fuente: APS (American Pipelines Solutions).

Prueba hidrostática en línea de vapor de 12".

Conclusiones

Las pruebas hidrostáticas en tuberías desempeñan un papel indispensable en el mantenimiento de la integridad estructural y operativa de los sistemas de tuberías. Al proporcionar una evaluación precisa de la resistencia y estanqueidad de las tuberías, estas pruebas contribuyen significativamente a la seguridad y fiabilidad de las operaciones industriales.

Si bien existen desafíos asociados con las pruebas hidrostáticas, su importancia en la prevención de accidentes y la protección del medio ambiente justifica su aplicación continua y el desarrollo de técnicas mejoradas en el futuro. Invertir en pruebas hidrostáticas en tuberías es una medida proactiva que beneficia tanto a las empresas como a la sociedad en general, asegurando un entorno de trabajo seguro y sostenible.

Referencias 

Fuente propia