¿Qué es una manguera flotante marina? Construcción, tipos, normas y selección.

Una manguera flotante marina es una manguera flexible y flotante que transporta líquidos o lodos a través de la superficie del agua. Se utiliza cuando las tuberías fijas no pueden seguir el movimiento de una embarcación, la mayoría de las veces transferencia de petróleo crudo En amarres marinos y descarga de lodos en dragado, la idoneidad de una manguera para un proyecto depende del fluido, la configuración del amarre o la descarga, y la flotabilidad de reserva requerida en esa posición de la sarta. La flotabilidad se obtiene mediante espuma de celda cerrada integrada en la pared de la manguera o mediante flotadores externos sujetos a una manguera estándar. La especificación adecuada depende menos de la manguera en sí que de su ubicación en la sarta de transferencia y de las condiciones a las que debe estar expuesta.

Definición y principales aplicaciones de las mangueras flotantes

Una manguera marina flotante es una manguera reforzada con elastómero diseñada para mantenerse en la superficie del agua mientras transporta fluidos. Lo que la distingue de otras mangueras marinas es su material de flotación, no su diámetro ni su clase de presión. Lo que varía entre los diseños es cómo se logra la flotación y cómo se aloja la manguera. Estas dos decisiones determinan la visibilidad, la prevención de colisiones con hélices y el comportamiento de la línea bajo la acción de las olas.

Dos aplicaciones dominan la búsqueda de este término y llevan la especificación en direcciones diferentes. En la industria petrolera y gasística en alta mar, las mangueras flotantes transfieren crudo y productos refinados entre buques tanque, boyas y unidades FPSO en sistemas de amarre como SPM, CALM y CBM. En el dragado, transportan una mezcla de arena, limo y grava desde la draga hasta el punto de descarga. El uso para hidrocarburos se rige por las normas de mangueras de hidrocarburos y la contención de fugas; el uso para dragado depende de la resistencia a la abrasión y la velocidad de la mezcla. Es importante determinar qué uso se aplica, ya que una manguera diseñada para uno no es automáticamente apta para el otro.

Las mangueras flotantes permanecen visibles en la superficie, lo que ayuda a los operadores de embarcaciones a mantenerse alejados de la línea y evitar el contacto con la hélice. Esta visibilidad es una función de seguridad operativa, no meramente estética. Sin embargo, no hace que la manguera sea inmune a un impacto; los cortes de hélice siguen siendo una de las causas documentadas de daños en las mangueras de superficie. Precisamente por eso, la línea se coloca flotante, se colorea y se mantiene alejada de la embarcación, en lugar de dejarla suelta en el agua.

Tres formas distintas de clasificar una manguera flotante

Las mangueras flotantes se clasifican según tres criterios independientes: método de flotabilidad, construcción de la carcasa y posición en la cadena. El error más común en las especificaciones es considerarlas como una sola categoría. El método de flotabilidad y la construcción de la carcasa son decisiones independientes. Una determina cómo flota la manguera, la otra cómo se contiene una fuga, y ninguna determina a la otra.

Método de flotabilidad es el primer eje. Una manguera flotante puede usar material de flotabilidad de celda cerrada construido integralmente alrededor del cuerpo de la manguera o, en algunas aplicaciones, flotadores externos discretos fijados a una manguera estándar. La espuma integral está unida al cuerpo y la cubierta de la manguera. Los flotadores de abrazadera se pueden agregar o quitar según cambie un proyecto. Los dos también fallan de manera diferente, por lo que se inspeccionan de manera diferente. Los flotadores de abrazadera agregan puntos de fijación mecánica que pueden aflojarse, rozarse o desplazarse a lo largo de la manguera. Una pared de espuma integral no tiene tales fijaciones, pero una vez que su cubierta exterior se perfora, puede sufrir la entrada de agua localizada que es difícil de revertir en el sitio. Debido a que la flotabilidad está atornillada o integrada, no hay una opción "mejor" universal. Depende de quién inspecciona la línea y con qué frecuencia.

Construcción de contención es el segundo eje, y es independiente de la flotabilidad. Una manguera de una sola capa tiene una capa de contención. Una manguera de doble capa añade una segunda capa con un volumen controlado entre ambas. El diseño de doble capa existe para contener fugas, no para flotar. Si la capa primaria desarrolla una fuga lenta o una rotura repentina, la capa secundaria retiene el fluido que se escapa, y un dispositivo de detección de fugas o de alerta de fallos avisa al operador. Una manguera de doble capa puede obtener su flotabilidad de espuma integrada o de flotadores, por lo que la elección de la capa de contención no determina la elección de la flotabilidad.

Posición en la cadena Es el tercer eje. Determina la forma y la función de la manguera, no su material. Las secciones principal, de cola, de riel del tanque y de primera boya son todas mangueras flotantes. Sin embargo, cada una tiene especificaciones diferentes de refuerzo y flotabilidad, ya que se ubica en una parte distinta de la ruta de transferencia. La siguiente sección describe esas posiciones.

Cómo se dispone una manguera flotante

Una manguera flotante rara vez funciona sola. Forma parte de un conjunto de mangueras, y cada sección tiene una forma y función específicas. Por lo tanto, un pedido de "una manguera flotante" suele ser en realidad un pedido de varias mangueras diferentes en secuencia. Seleccionar la sección incorrecta para una posición determinada constituye un error de especificación, incluso si cada manguera individual está en buen estado.

Una cadena de suministro marítima completa generalmente se extiende desde el buque cisterna hacia afuera a través de secciones cuyos nombres se repiten en toda la industria:

• Manguera para vagones cisterna — cuelga del riel lateral del buque cisterna y se acopla al colector del barco, flexionándose bajo su propio peso para doblarse cerca del colector; en efecto, es la unión entre el barco y el cable flotante.
• manguera de cola — una sección altamente flexible que permite el movimiento de boyas o colectores, a menudo la primera conexión de un boya de amarre.
• Manguera reductora — Conecta dos mangueras de diferentes diámetros donde cambia el diámetro interior; no siempre está presente en una cadena.
• Manguera principal — el conducto flotante principal que constituye la mayor parte de la línea de superficie.
• Boya de primera salida / manguera reforzada en un extremo — Incorpora refuerzo adicional concentrado en el extremo de conexión, utilizado en los puntos de conexión de boyas o FPSO.

Vale la pena examinar con más detalle la sección del extremo reforzado. Su refuerzo se ubica en el extremo que se conecta a la boya o al colector, ya que en ese punto de conexión se concentran el momento flector y la carga axial. Reforzar ese extremo permite controlar la tensión que, de otro modo, se acumularía allí. Si se refuerza una manguera uniformemente a lo largo de toda su longitud, se añade rigidez donde no es necesaria, y aun así la junta sigue soportando la mayor carga. Por eso, el refuerzo se coloca de forma asimétrica.

Las tuberías de dragado son más sencillas, pero su resistencia a la abrasión es mayor, ya que transportan sólidos en lugar de petróleo. Las mangueras flotantes de dragado cuentan con revestimientos internos resistentes a la abrasión para soportar el movimiento a alta velocidad de la arena y la grava. Su flotabilidad evita que la tubería toque el fondo marino, impidiendo así su desgaste por arrastre.

Flotabilidad de reserva: ¿Qué significa realmente “20%”?

La reserva de flotabilidad describe la flotabilidad residual de una manguera cuando está inundada, expresada como un margen por encima de su peso en estado de inundación. El valor requerido depende de la posición de la manguera en la cadena, en lugar de ser un valor universal. Una manguera que flota vacía puede ceder al llenarse de un fluido denso, por lo que la flotabilidad se especifica como un margen para condiciones de inundación, no como una propiedad binaria.

Según la norma GMPHOM 2009, las mangueras de amarre totalmente flotantes en alta mar tienen una reserva de flotabilidad mínima, comúnmente citada como 20% en condiciones de inundación. El material de flotabilidad se distribuye a lo largo de toda la longitud, de modo que las mangueras flotan uniformemente en una hilera. Esta cifra de reserva incluye el peso de cualquier accesorio acoplado a la manguera, como bridas y acoplamientos, no solo el de la manguera sin el material. Las mangueras parcialmente flotantes utilizadas en las conexiones de boyas se tratan de forma diferente. La norma no establece un porcentaje universal para ellas. La flotabilidad se basa en los criterios específicos del emplazamiento y la define el comprador, y generalmente se aplica a una parte de la longitud de la manguera, salvo acuerdo contrario. Cifras bajas, como 5%, aparecen en algunas fichas técnicas de productos individuales. Sin embargo, solo deben citarse cuando la ficha técnica o la especificación de compra correspondiente las respalden, y nunca deben asumirse como predeterminadas.

La reserva de flotabilidad es un margen por encima del peso inundado, por lo que tanto una carga más pesada como un diámetro mayor reducen ese margen en la misma dirección. Una manguera que flota cómodamente con un producto refinado ligero puede acercarse a su límite con crudo de alta densidad del mismo diámetro. Por eso, el porcentaje de flotabilidad no puede interpretarse de forma aislada del fluido que transportará la manguera. Un simple valor en una ficha técnica no indica el margen bajo carga.

Manguera flotante vs. manguera submarina

Una manguera flotante permanece en la superficie del agua, mientras que una manguera submarina está diseñada para ir bajo la superficie hacia el lecho marino. Confundirlas da como resultado una manguera que no puede cumplir su función. La diferencia radica en el diseño de flotabilidad, el refuerzo y la posición de la manguera en el sistema de amarre. No se trata de una variación menor.

Las mangueras flotantes conectan equipos de superficie: buques cisterna a boyas, colectores de boyas a buques cisterna de transporte o dragas a puntos de descarga. Las mangueras submarinas descienden desde la boya hacia el colector final de tuberías (PLEM) en el lecho marino, transportando el fluido en el tramo final hasta la línea submarina fija. Están diseñadas para soportar la presión externa y la abrasión, en lugar de la visibilidad en superficie. Las líneas submarinas no siempre se encuentran planas sobre el fondo marino. Dependiendo de la profundidad y la dinámica del agua, pueden quedar suspendidas entre la boya y el lecho marino. Sin embargo, su configuración detallada, el lastre y la instalación corresponden a una especificación específica para mangueras submarinas y no son intercambiables con la selección de mangueras flotantes de superficie.

En una instalación típica de boya CALM, ambos tipos funcionan en el mismo sistema: mangueras submarinas conectan el PLEM con la boya, y mangueras flotantes conectan la boya con el buque tanque. La necesidad de secciones submarinas depende de la arquitectura completa del sistema de transferencia, no de la manguera flotante en sí. De barco a barco Algunas plataformas de dragado pueden funcionar únicamente con una manguera de superficie; una terminal marítima amarrada generalmente no. Una manguera flotante resulta más rentable que una tubería rígida cuando la instalación de tuberías fijas es poco práctica o antieconómica y la línea debe seguir el movimiento del buque. Añadir complejidad a la manguera, innecesaria para la geometría del amarre, supone un coste sin retorno.

¿Qué normas se aplican?

Las normas que se detallan a continuación se aplican a los sistemas de mangueras de hidrocarburos en alta mar. Las mangueras de dragado flotante se especifican mediante un proceso independiente basado en la abrasión y la lodos, en lugar de estos documentos para mangueras de hidrocarburos. Para el servicio de amarre en alta mar, se aplican tres normas recurrentes, cada una con un alcance distinto. La norma que se debe citar depende del tipo de manguera.

OCIMF GMPHOM 2009 Es la principal guía de compra y cualificación para mangueras de succión y descarga de petróleo reforzadas con elastómeros en amarres marinos. Se trata de la Guía para la fabricación y compra de mangueras para amarres marinos del Foro Marítimo Internacional de Compañías Petroleras (OCIMF), que ya va por su quinta edición. Estandariza la fabricación, las pruebas y la compra de estas mangueras. El OCIMF añade una advertencia: no controla el marcado con la inscripción "GMPHOM 2009" en las mangueras. El comprador debe realizar una investigación exhaustiva para confirmar que las especificaciones de la manguera son las indicadas, en lugar de confiar únicamente en la marca.

EN 1765:2016 Especifica cuatro tipos de mangueras de goma para succión y descarga de aceite, destinadas al petróleo, incluyendo crudos, con un contenido máximo de aromáticos de 50% en volumen. Cubre diámetros nominales de 50 a 500 mm y un rango de temperatura de servicio de -20 °C a 82 °C. No está diseñada específicamente para GLP ni gas natural. Es una referencia europea común para mangueras de aceite en muelles y aplicaciones marinas.

Especificación API 17K, La especificación para tuberías flexibles adheridas cubre los conjuntos de tuberías flexibles adheridas con accesorios en ambos extremos. Se aplica a líneas de flujo, elevadores, puentes y mangueras de carga y descarga en alta mar. No cubre tuberías flexibles no adheridas. Tampoco entra en conflicto con GMPHOM: API 17K establece que los requisitos suplementarios para mangueras de carga y descarga se pueden encontrar en GMPHOM, siempre que no contradigan API 17K. Por lo tanto, en una manguera de descarga adherida de grado industrial, ambas se interpretan conjuntamente. API 17K rige los requisitos para tuberías adheridas, y GMPHOM proporciona las especificaciones para mangueras de amarre.

Cuando un proyecto hace referencia a un radio de curvatura mínimo, dicho valor es específico del diseño de la manguera y debe provenir de la hoja de datos del fabricante aprobado o de las especificaciones del proyecto. Valores como seis veces el diámetro nominal (6D) aparecen en algunos diseños de mangueras para plataformas marinas, pero no constituyen un requisito universal de GMPHOM.

Calificación de prototipos frente a pruebas de aceptación en producción

Las pruebas de mangueras según GMPHOM se dividen en dos categorías con propósitos distintos, y confundirlas induce a error al comprador sobre las pruebas a las que se ha sometido cada manguera entregada. Las pruebas de aceptación de producción se aplican a las mangueras compradas. Las pruebas de calificación de prototipos se aplican al diseño de la manguera para verificar su tipo, no a todas las unidades enviadas.

Las pruebas de aceptación de producción para las mangueras adquiridas se basan en un conjunto definido de pruebas: adherencia, peso, radio de curvatura mínimo, hidrostática, vacío, continuidad eléctrica y pruebas relacionadas con la flotación, entre otras. Ciertas pruebas adicionales, como torsión, queroseno o tracción, se aplican solo si el comprador las especifica. Por lo tanto, la indicación "probado según GMPHOM 2009" solo tiene sentido cuando se mencionan las pruebas específicas aplicadas, ya que los elementos opcionales modifican lo que realmente se ha verificado.

La cualificación del prototipo es un proceso independiente y más exigente que se aplica al diseño. Las pruebas dinámicas, como la evaluación de flexión, tracción y torsión, forman parte de la cualificación de un tipo de manguera, en lugar de ser una prueba rutinaria de cada manguera entregada. El comprador no debe interpretar una prueba de cualificación de diseño como algo que se realiza a cada unidad de un pedido, ni asumir que la aceptación rutinaria abarca todo el programa de prototipos. Si un proveedor no puede especificar a qué categoría pertenece una prueba cotizada, conviene aclarar esa duda antes de realizar el pedido.

La continuidad eléctrica merece una mención especial, ya que se especifica en ambos sentidos. Una manguera flotante puede construirse con continuidad eléctrica o discontinuidad, según el esquema de puesta a tierra y conexión equipotencial del proyecto. Esta es una decisión del proyecto, no una característica fija, y debe definirse como parte del sistema de puesta a tierra general, en lugar de darse por sentada.

Cómo especificar una manguera flotante

La especificación de una manguera flotante se reduce a resolver los parámetros de entrada en el orden correcto. Las decisiones iniciales son en gran medida irreversibles; las posteriores pueden ajustarse una vez que se hayan definido las iniciales. El primer parámetro de entrada determinante es el fluido y sus condiciones de flujo. El tipo de fluido, el caudal, la presión y las características de los sólidos influyen en el diámetro interior, el revestimiento, el refuerzo, el margen de flotabilidad y la norma aplicable.

Confirma la primera capa antes que nada: la condiciones de fluidos y flujo:

• Composición del fluido, densidad, viscosidad y contenido aromático o químico.
• Para lodos: tamaño de partícula, concentración y abrasividad.
• Tasa de transferencia requerida y velocidad de flujo permitida
• Presión de trabajo nominal, presión de sobretensión y cualquier condición de vacío.
• Temperatura mínima y máxima del fluido y del ambiente

Estos parámetros de diseño son en gran medida irreversibles. Un revestimiento y un diámetro interior elegidos para crudo a un caudal determinado no pueden simplemente recalibrarse posteriormente para un producto químico agresivo o una suspensión de mayor velocidad.

Luego, fije la segunda capa: la posición y entorno del sistema. Esto abarca la configuración de amarre o descarga (SPM, CALM, CBM, de barco a barco o descarga de draga), la posición de la manguera en la cadena, el movimiento del buque, la profundidad del agua, las olas, la corriente y el peso del equipo auxiliar que cuenta para la flotabilidad. La posición determina qué sección necesita (riel del buque cisterna, cola, línea principal o primera boya) y qué valor de flotabilidad de reserva está adquiriendo.

El diámetro, la longitud, la construcción de la carcasa, el revestimiento, el refuerzo, la reserva de flotabilidad, el radio mínimo de curvatura, la clase de brida y la configuración eléctrica son los resultados de la tercera capa. El diámetro no es una elección libre que se realiza al final. Se deriva del caudal, la velocidad admisible y la pérdida de presión en la primera capa, pero se define una vez que se han determinado esos datos previos. El error que se debe evitar es especificar el diámetro y el precio en primer lugar. Cuando las decisiones sobre la capacidad de carga se toman al final, la tubería resultante es la que tiene más probabilidades de requerir una revisión o reemplazo prematuro.

Otro punto importante sobre el alcance: para una transferencia corta y protegida, donde bastaría con una línea fija o una simple manguera de muelle, un sistema completo de amarre flotante es excesivo. El diseño flotante justifica su costo en aguas abiertas, condiciones marítimas dinámicas y amarres donde la tubería rígida no puede seguir al buque. Adaptar la complejidad de la manguera al lugar específico es fundamental para una correcta especificación.

Límites de inspección, almacenamiento y reparación

La vida útil de las mangueras flotantes depende de su estado, no de un calendario fijo, y se confirma mediante inspección. Las variables determinantes son la exposición, la carga, la manipulación y el estado del mar. Las revisiones visuales y las pruebas de presión programadas son las que establecen la vida útil restante, ya que dos mangueras de la misma antigüedad pueden estar en condiciones muy diferentes según el uso que se les haya dado.

El almacenamiento previo a la instalación afecta la vida útil inicial de la manguera, y los factores determinantes son la luz solar, la temperatura y el desgaste físico. Las mangueras se conservan mejor en interiores, en un espacio seco, fresco y ventilado. Si el almacenamiento al aire libre es inevitable, deben mantenerse alejadas de la luz solar directa prolongada y enrolladas para evitar dobleces pronunciados. La duración del almacenamiento y las comprobaciones previas a la instalación deben seguir las instrucciones del fabricante y el plan de gestión de mangueras del proyecto, en lugar de un límite de tiempo genérico.

Los límites de la reparación dependen de si el daño se limita a la cubierta o alcanza las capas estructurales. En ocasiones, los daños no estructurales de la cubierta pueden repararse siguiendo un procedimiento aprobado, pero solo después de confirmar que el refuerzo, la carcasa, los racores, la estructura de flotación y cualquier sistema de detección de fugas están intactos. Los daños que alcanzan estos elementos requieren la retirada del servicio y la revisión por parte del fabricante u otra autoridad competente. La reparación de la cubierta exterior no restaura, por sí sola, la condición original certificada de la manguera.

¿Por dónde empezar con la selección de mangueras flotantes?

La especificación de una manguera flotante se reduce a resolver dos aspectos fundamentales: el fluido que transporta y su ubicación en la columna de transferencia. El diámetro, la longitud y los acoplamientos se determinan en función del fluido, las condiciones de flujo y la posición. La flotabilidad de reserva y el material del revestimiento son consecuencia de estos factores, no decisiones independientes. El error más común es especificar la manguera priorizando el diámetro y el precio, lo que deja las variables de carga para el final.

Como proveedor de equipos marinos, nuestra función en esta etapa es confirmar la especificación con respecto a la configuración de amarre o dragado, en lugar de cotizar un diámetro de una tabla. El fluido, el estado del mar y la posición de amarre determinan qué sección y qué índice de flotabilidad son los adecuados. Varios de estos datos requieren verificación a nivel de proyecto con respecto a los requisitos del diseñador del sistema de mangueras, no un valor predeterminado de catálogo. Para los componentes de amarre y descarga circundantes a los que se conecta una manguera flotante, nuestro Equipamiento marino El alcance abarca los equipos adyacentes en el lado del terminal.

Para pasar de la lectura a una cita real, resulta útil tener preparados estos datos:

• Tipo fluido, densidad, viscosidad y contenido aromático o químico
• Sólidos (para lodos): tamaño de partícula, concentración, abrasividad
• Fluir: tasa de transferencia requerida y velocidad permitida
• Presión: presión de trabajo nominal, presión de sobretensión, condición de vacío
• Temperatura: fluido y ambiente mínimo y máximo
• Posición de la manguera y sistema: línea principal, riel para buques tanque, cola, boya de primera salida; SPM, CALM, CBM, STS o dragado
• Ambiente: profundidad del agua, olas, corriente y movimiento de la embarcación
• Flotabilidad de reserva requisito, incluido el peso del hardware adjunto
• Continuidad eléctrica preferencia (continua o discontinua)
• Norma rectora: GMPHOM 2009, EN 1765:2016, API 17K o especificación del proyecto

Con esos datos en mano, la especificación deja de ser una mera conjetura. Se convierte en una cuestión de adaptar las condiciones conocidas a la sección de manguera y la clasificación adecuadas.

PREGUNTAS FRECUENTES