Localización de soportes
La selección, diseño y localización de soportes para tuberías es una parte fundamental en el estudio de cualquier instalación de procesos industriales.
Las luces permisibles entre soportes para líneas horizontales están principalmente limitadas por los esfuerzos longitudinales que deben mantenerse dentro de los límites o, en algunos casos, por la máxima deflexión. De igual manera, en otros casos especiales, puede limitarse la luz para controlar la frecuencia natural de las líneas, de manera de evitar vibraciones indeseables.
Una de las razones por la cual interesa controlar esta deflexión es para que no se produzcan bolsillos de líquido. No obstante, la razón más importante por la cual se limita la deflexión es para conseguir que sistema tenga una rigidez suficiente para evitar los fenómenos vibratorios.
En un tendido de tubería horizontal, sencillo, en campo abierto, el espaciamiento de soportes depende únicamente de la resistencia del material de la tubería. Dentro de los límites de una unidad de procesos, el espaciamiento de soportes está determinado mayormente por el espaciamiento de columnas convenientemente ubicadas.
La localización de soportes depende del tamaño de la tubería, de la configuración de la misma, de la localización de las válvulas y accesorios y de la estructura disponible para el soporte de tuberías.
Comúnmente el espaciamiento o tramo entre pórticos de un “rack” de tubería se determinará con base en la tubería más débil. Las líneas de diámetro pequeños pueden apuntalarse a lo largo de extensas luces proveyéndolas de soportes intermedios, sujetos a las tuberías adyacentes más grandes; un grupo de tales líneas pueden también soportarse juntas, de manera tal que aumente la inercia combinada.
Algunas veces, sin embargo, la solución más práctica es simplemente incrementar el diámetro del tubo hasta el punto de que sea autoportante a lo largo de la luz requerida.
Distancia máxima entre soportes
El máximo espacio sugerido entre soportes se puede establecer principalmente por dos métodos: a través del cálculo de la rigidez de la tubería según su esfuerzo y deflexión admisible, y a través de tablas en códigos y especificaciones de proyecto/clientes.
a) Esfuerzo y deflexión permisible
La separación máxima se basa sobre el esfuerzo de flexión cuando la tubería se encuentra operando con el fluido más pesado (operación o prueba hidráulica) y se permite una deflexión entre soportes de aproximadamente 2.5 mm. Estos valores se aplican a tramos rectos de tuberías sin pesos concentrados tales como presencia de válvulas y otros accesorios pesados, o cuando ocurran cambios de dirección en el sistema de tuberías.
El cálculo se realiza mediante las ecuaciones de mecánica clásica para una viga simplemente apoyada, donde la separación máxima será el menor valor obtenido entre el cálculo por esfuerzo y deflexión máxima:
Esfuerzo admisible Deflexión máxima
Dónde:
L: separación máxima entre soportes [mm]
Z: módulo de Sección de la tubería [cm3]
Sadm: esfuerzo máximo de flexión [kPa]
W: Peso total por unidad de longitud [kG/m]
E: Módulo de elasticidad de la tubería [kPa]
I: Momento de Inercia de la tubería [cm4]
∆adm: deflexión admisible [mm]
b) Tablas de códigos y especificaciones
Es habitual que para distintos proyectos existan requerimientos más estrictos en cuanto a separación máxima de soportes, esto se debe a criterios conservadores. En estos casos, la distancia máxima está tabulada y la podemos encontrar con el siguiente formato:
ASME B-31.1Tabla 121.1.4 Suggested Pipe Support Spacing
NOTAS:
1.-Máximo espaciamiento entre soportes horizontales y tubería SCH. std y de mayor SCH, operando a una temp. Máx de 400° C.
2.-No es aplicable cuando existan cargas concentradas entre soportes como, por ejemplo: bridas, válvulas, etc.
3.-El espaciamiento es basado suponiendo una viga con un esfuerzo flexionante que no excede los 15.9 Mpa y tubería aislada con agua y con vapor o aire. Además de una deflexión permitida de 2.5 mm entre soportes.
Ubicación en el sistema de tuberías
Durante el desarrollo de la ingeniería y cuando los ruteos están perfectamente definidos, se analiza cuidadosamente la rigidez de las líneas propiamente. Cuando ya están disponibles los planos de estructuras y equipos, podemos proceder a seleccionar y ubicar los soportes.
Ubicación de soportes en el sistema de tuberías
Los dos criterios fundamentales a la hora del ruteo de líneas con vistas a un diseño económico de soportes son:
- Agrupar las líneas para minimizar el número de estructuras requeridas.
- Mantener las tuberías lo más cerca posible de los puntos de soporte, ya sea en estructuras existentes o a nivel del terreno.
El criterio que adoptar a la hora de soportar grupos de tuberías mediante soportes individuales o grupales dependerá únicamente de la economía del sistema.
Idealmente, cada soporte estaría asociado al centro de gravedad de una tubería con una longitud determinada. Si pudiésemos respetar este criterio en todo el sistema de tuberías, eliminaríamos por completo los momentos torsores.
Ahora bien, la presencia de válvulas, bridas y otros accesorios de peso considerable, determinan el nuevo centro de gravedad. El diseñador deberá ser capaz de seccionar el sistema en subsistemas y analizarlos mediante las consideraciones y ecuaciones de la mecánica clásica, estática y resistencia de materiales.
Por lo general primero se determinan los puntos donde se deben colocar los anclajes, luego los apoyos simples y por último las guías y tirantes o “braces”.
La ubicación apropiada de soportes colgantes o soportes fijos involucra consideraciones de la propia tubería, de la estructura a la cual se transmite la carga y de las limitaciones de espacio. Los puntos preferidos para la ubicación de soportes son:
- Sobre tubería propiamente y no sobre componentes tales como: válvulas, accesorios o juntas de expansión.
- Sobre tramos rectos de tuberías en lugar de sobre codos de radios agudos, juntas angulares o conexiones de ramales prefabricados, ya que en estos sitios se encuentra la tubería ya sometida a esfuerzos altamente localizados..
- Sobre tramos de tuberías que no requieran remoción frecuente para limpieza o mantenimiento.
- Tan cerca como sea posible de concentraciones grandes de carga..
Se dice que un sistema de tuberías está perfectamente soportado cuando los anclajes proveen restricción suficiente a las expansiones térmicas y los apoyos y guías están correctamente ubicados para soportar las cargas sostenidas.
Los anclajes restringen el movimiento de la tubería y su ubicación; las deflexiones y rotaciones son prevenidas con guías y stops; cuando se requiere rigidizar el sistema por eventuales cargas ocasionales, se utilizan tirantes o “braces”, los cuales rigidizan la tubería y previenen la aparición de fenómenos vibratorios.
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