Ep-m3-Gd-02.001_0guía de Análisis y Soportado de Tubería Pequeña
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Fichero: EP-M3-GD-02.001
SENER, Ingeniería y Sistemas, S.A.
PROCEDIMIENTOS Y CRITERIOS DE DISEÑO ESTANDAR
GUÍA DE ANÁLISIS Y SOPORTADO DE TUBERÍA PEQUEÑA
DOCUMENTO Nº: EP-M3 -GD- 02.001_0
Revisión: 0 Fecha: Octubre 2010
Nombre Firma Fecha
Realizado N. Antón 2010-10-10
Comprobado J.M. Antón 2010-10-10
Autorizado César Fernández 2010-10-10
GUÍA DE ANÁLISIS Y SOPORTADO DE TUBERÍA PEQUEÑA
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I N D I C E
1. OBJETO ...................................................................................................................................... 5
2. ALCANCE ................................................................................................................................... 5
3. MATERIALES ............................................................................................................................. 5
4. TIPOS FUNDAMENTALES DE SOPORTES ............................................................................. 6
5. RECOMENDACIONES GENERALES ....................................................................................... 7
6. SOLDADURA ............................................................................................................................. 7
7. UNIONES ATORNILLADAS ...................................................................................................... 8
8. ELEMENTOS DE CATALOGO .................................................................................................. 8
9. TUBERÍAS DE ACERO INOXIDABLE Y ACERO ALEADO ..................................................... 8
10. ESPACIAMIENTO ENTRE SOPORTES ................................................................................ 9 10.1 LONGITUDES MÍNIMAS NECESARIAS POR DESPLAZAMIENTO. ............................................ 16
11. REFERENCIAS ..................................................................................................................... 19
12. ANEXO 1 ............................................................................................................................... 20
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1. OBJETO El objeto de esta guía es establecer métodos de análisis simplificado y el soportado de tuberías de diámetro ≤ 2” y con temperatura de operación ≤ 150 ºC. Asimismo contiene como ANEXO 1, una colección de soportes estándar para su aplicación directa en campo.
2. ALCANCE Esta guía se aplicará al análisis y soportado de tubería Φ ≤ 2” con las condiciones de operación y material siguientes:
T op.: ≤ 150 ºC Material: Ac. Carbono y Ac. Inoxidable. Se considera un espesor de tubería: Sch. 80 (Acero Carbono) Sch. 40 (Acero Inoxidable)
3. MATERIALES
Los materiales a utilizar para los soportes de tuberías estarán de acuerdo con lo
especificado en las normas ANSI B31.1 y/o ANSI B31.3 y MSS-SP58.
Todos los elementos que componen el soporte serán, salvo indicación contraria, de acero
carbono común soldable con las siguientes características mecánicas mínimas.
Límite de fluencia : 2600 kg/cm2
Módulo de Elasticidad : 2,1 x 106 kg/cm2
Módulo de Rigidez : 0,81 x 106 kg/cm2
Nº de Poison : 0,3
Coeficiente de expansión lineal : 12 x 10-6 m/m ºC
Las placas y tubos (trunnions) usadas como elemento de transición y que tienen que ser
directamente soldados a la tubería, deberán ser de un material igual o de equivalente
calidad al de la tubería.
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En tuberías de acero carbono pueden soldarse perfiles estructurales de acero carbono.
Para fijación de placas a estructuras de hormigón se utilizarán pernos HILTI, químicos
tipo HVA con varilla HAS y ampolla HEA, y de expansión tipo HSL, o de otra marca con
características similares.
4. TIPOS FUNDAMENTALES DE SOPORTES Cada punto de una tubería goza de seis grados de libertad (tres desplazamientos y tres
rotaciones según los tres ejes de coordenadas). Los diferentes tipos de soportes van ha
restringir en mayor o menor cuantía, los grados de libertad de la tubería en un determinado
punto de la misma, definiéndose como sigue:
Apoyo simple: Es el tipo de soporte más frecuente. Sirve para contrarrestar el peso
de la tubería o cualquier otra carga vertical. Impide el movimiento vertical.
Guía transversal: Impide el movimiento perpendicular al eje de la tubería en el
punto fijado.
Stop: Impide el movimiento longitudinal según el eje de la tubería en el punto de
soporte.
Colgante: Tiene la misma misión que el apoyo simple, aunque en este caso, la
tubería queda suspendida mediante un tirante.
Anclaje: Es un soporte cuya misión es impedir que la tubería tenga cualquier tipo
de desplazamiento y rotación en el punto en que se instala.
Soporte flexible o muelle: Contrarresta el peso o la carga vertical de la tubería,
absorbiendo a su vez el desplazamiento vertical de la misma. Pueden ser de carga
constante o variable. Son soportes de elevado coste y cálculo laborioso, por lo que
deben evitarse en lo posible a no ser que sea indispensable su utilización en lugar
de soporte rígido.
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5. RECOMENDACIONES GENERALES
Los soportes se deberán colocar preferiblemente en los siguientes puntos:
Donde haya cargas concentradas.
En la parte superior de tramos verticales.
Próximo a toberas de equipos (tener en cuenta los desplazamientos de la conexión).
En lugares donde no sea necesario desmontar por mantenimiento.
En puntos tales que su unión a la estructura principal, no debilite a esta.
No se deberán colocar en zonas de acceso.
Se procurará no ponerlos en accesorios tales como tes, reductores, codos, etc.
Se recomienda el uso de soportes rígidos, los cuales se colocarán en puntos de
movimiento cero o despreciable. Donde esto no suceda y sea necesario su
colocación, se instalará un soporte de muelle.
Es aconsejable la instalación de soportes tipo “guía” tanto en tramos horizontales
como verticales, siempre teniendo en cuenta la dilatación térmica de la tubería y
con el fin de evitar inestabilidades estáticas y vibraciones.
Los soportes sobre torres, tanques, etc., se deberán ajustar a las siguientes
recomendaciones:
Los soportes se unirán al equipo mediante clips cuando dicho equipo, lleve
tratamiento térmico o cuando así sea requerido por el cliente.
Se evitará siempre que coincidan con costuras.
Se colocarán soportes rígidos en puntos con movimiento relativo (equipo-tubería)
nulo o despreciable. En caso contrario, se preverán soportes de muelle.
Se descargará al máximo la tobera del equipo.
En equipos de gran altura, se instalaran guías verticales que en el caso de tubería
pequeña pueden colocarse cada 5 metros aproximadamente.
6. SOLDADURA
Los distintos perfiles que componen la estructura soporte se unirán, salvo cuando la unión
es atornillada con soldadura continua en ángulo.
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7. UNIONES ATORNILLADAS
La unión atornillada se compone de tornillo con tuerca, contratuerca y arandela. En los
soportes se denominan indicando solamente su diámetro. En general, en las uniones
atornilladas, los taladros para los tornillos tendrán un diámetro de 2 mm mayor que el
correspondiente tornillo, y salvo otras disposiciones, colocado en el eje normal de taladros
(gramiles) del perfil. Todos los elementos roscados serán según serie UNC hasta 1” y serie
UN será 1 1/8 y mayores.
El material de tornillos será A193 Gr. B7.
El material de tuercas será A194 Gr. 2H.
8. ELEMENTOS DE CATALOGO
Las abrazaderas, cáncamos, horquillas, pernos en U, varillas roscadas, etc., denominados
en este estándar como A1, C1, H1, P1, V1, etc., pueden sustituirse por los incluidos
normalmente en catálogos de fabricantes de soportes de tuberías, teniendo en cuenta el
material, las cargas admisibles indicadas para ellos en este estándar, y la influencia de las
variaciones de algunas dimensiones.
9. TUBERÍAS DE ACERO INOXIDABLE Y ACERO ALEADO
Cuando se soporten tuberías de acero inoxidable o acero aleado sin aislamiento, poner una
placa de 1 mm de espesor, fijada con puntos de soldadura, entre la tubería y la estructura
soporte en cada superficie susceptible de contacto.
Cuando se usan abrazaderas de acero al carbono para tuberías de acero inoxidable éstas
llevarán en la zona de contacto una chapa de acero inoxidable alrededor de la tubería de
0.5 mm de espesor y una anchura igual a la abrazadera más 30 mm, fijada con puntos de
soldadura.
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10. ESPACIAMIENTO ENTRE SOPORTES Los vanos máximos recomendados para tramos rectos de tubería (sin tener en cuenta pesos
concentrados) y las reacciones en los apoyos se dan en la tabla 2.
Tabla 1
Φ Nominal Vano entre apoyos
L (mm) Reacción en el apoyo
“R” (N)
½” Ac. Carb. 3200 70 Ac. Inox. 3000 50
¾” Ac. Carb 3500 100 Ac. Inox. 3300 75
1” Ac. Carb 3900 170 Ac. Inox. 3750 130
1 ¼” Ac. Carb 4400 275 Ac. Inox. 4200 220
1 ½” Ac. Carb 4800 375 Ac. Inox. 4600 300
2” Ac. Carb 5400 550 Ac. Inox. 5200 450
En el gráfico 1, se dan las relaciones entre longitudes L1 y L2 para el soportado de tramos
con codo para tuberías de Ac. Carbono.
GRÁFICO 1
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VANOS MAX. SOPORT. EN TRAMOS CON CODO
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
500 1000 1500 2000 2500
L1 (mm)
L2 (m
m)
1/2"3/4"1"11/4"1 1/2"2"
En el gráfico 2, se dan los pesos concentrados y su distancia a uno de los apoyos en
función de la longitud del vano para tuberías de Ac. Carb. Φ 2”.
GRAFICO 2
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En el gráfico 3, se dan los pesos concentrados y su distancia a uno de los apoyos en
función de la longitud del vano para tuberías de Ac. Carb. Φ 11/2”.
TUB. 2" VANO MAXIMO PARA PESO CONCENTRADO "P"
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
FACTOR "X"
PESO
CO
NC
ENTR
AD
O (K
g)L=1,5m
L=2m
L=2,5m
L=3m
L=4m
L=5m
P
L
xL
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GRAFICO 3
TUB. 11/2" VANOS MAX. PARA PESO CONCENTRADO "P"
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
FACTOR "X"
PESO
CO
NC
ENTR
AD
O (K
g)
L=4.5 ML=3.5 ML= 2.5 ML= 1.5 M
P
L
xL
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En el gráfico 4, se dan los pesos concentrados y su distancia a uno de los apoyos en
función de la longitud del vano para tuberías de Ac. Carb. Φ 11/4”.
GRAFICO 4
TUB. 11/4" VANOS MAX. PARA PESO CONCENTRADO "P"
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
FACTOR "X"
PESO
CO
NC
ENTR
AD
O (K
g)
L=4.0 ML=3.0 ML= 2.0 ML= 1.0 M
P
L
xL
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En el gráfico 5, se dan los pesos concentrados y su distancia a uno de los apoyos en
función de la longitud del vano para tuberías de Ac. Carb. Φ 1”.
GRAFICO 5
TUB. 1" VANOS MAX. PARA PESO CONCENTRADO "P"
0
25
50
75
100
125
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
FACTOR "X"
PESO
CO
NC
ENTR
AD
O (K
g)
L=3.5 ML=3.0 ML= 2.0 ML= 1.0 M
P
L
xL
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Tuberías Ac. Carb.
VANO MÁX. PARA TRAMO VERTICAL
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
H (metros)
L (m
m)
1/2"3/4"1"1 1/4"1 1/2"2"
L
H
1 Metro
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10.1 LONGITUDES MÍNIMAS NECESARIAS POR DESPLAZAMIENTO.
En el gráfico 6, se dan los coeficientes de expansión térmica aproximados en milímetros
por metro lineal de tubería y hasta una temperatura de 200 ºC.
GRAFICO 6
Coeficiente de Expansión Térmica
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Temperatura (ºC)
Coe
f. (m
m/m
)
Ac. Inox.
Ac. Carb
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Tuberías Ac. Carb.
Desplazamientos admisibles
0
5
10
15
20
25
30
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Longitud necesaria (metros)
Des
plaz
amie
nto
(mm
)
2"
11/2"
11/4"
1"
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Tuberías Ac. Carb.
Desplazamientos admisibles
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
Longitud necesaria (metros)
Des
plaz
amie
nto
(mm
)
2"
11/2"
11/4"
1"
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11. REFERENCIAS
Códigos y normas aplicables:
− ANSI/ASME B31.1 “Power Piping”
− ANSI/ASME B31.3 “Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping”
− ANSI/ASME B31.4 “Liquid Petroleum Transportation Piping System”
− MSS-SP-58 “Pipe Hangers and Supports. Material and Design”
− MSS-SP-69 “Pipe Hangers and Supports. Selection and
Application”
− API-610 “Centrifugal Pumps for General Refinery Services”
− NEMA SM 23 “Steam Turbines for Mechanical Drive Service”
− EJMA “Expansion Joint Manufacturers Association”.
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12. ANEXO 1 Planos de soportes estándar de tuberías para Φ ≤ 2 ½”
INDICE
Nº DE ESTANDAR DENOMINACIÓN TIPO REV.12.01.01 ABRAZADERA A1 0 12.01.02 ABRAZADERA A2 0 12.02.01 HORQUILLA FORJADA H1 0 12.03.01 OREJETA L1 0 12.04.01 PERNO EN “U” P1 0 12.05.01 TENSOR FORJADO T1 0 12.06.01 VARILLA V1 0 12.07.01 CANCAMO FORJADO CA1 0
12.08.01 SOPORTES GUÍA AG1 0
12.09.01 PLACA SOPORTE PS1 0
12.10.01 SOPORTE DESDE TUBERÍA D1 0 12.10.02 SOPORTE DESDE TUBERÍA D2 0 12.10.03 SOPORTE DESDE TUBERÍA D3 0 12.10.04 SOPORTE DESDE TUBERÍA D4 0
12.11.01 SOPORTE EN “TE” TE1 0 12.11.02 SOPORTE EN “TE” TE2 0 12.11.03 SOPORTE EN “TE” TE3 0
12.12.01 GUÍA G1 0 12.12.02 GUÍA G2 0 12.12.03 MENSULA-GUÍA G3 0 12.12.04 SOP. ELE-GUÍA G4 0 12.12.05 BASE-GUÍA G5 0 12.12.06 SUPLEMENTO-GUÍA G6 0 12.12.07 SOP. ELE-GUÍA G7 0 12.12.08 PLACA-GUÍA G8 0 12.12.09 BRAZO-GUÍA G9 0 12.12.10 BASE-GUÍA G10 0 12.12.11 SOP. ELE-GUÍA G11 0 12.12.12 GUÍA G12 0 12.12.13 SOPORTE-GUÍA G13 0
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Nº DE ESTANDAR DENOMINACIÓN TIPO REV.
12.12.14 BRAZO-GUÍA G14 0 12.12.15 SOP. ELE-GUÍA G15 0 12.12.16 BRAZO INVERT.-GUÍA G16 0 12.12.17 BRAZO INVERT.-GUÍA G17 0 12.12.18 BRAZO-GUÍA G18 0
12.13.01 MENSULA M1 0 12.13.02 MENSULA M2 0 12.13.03 MENSULA M3 0 12.13.04 MENSULA M4 0
12.14.01 STOP S1 0 12.14.02 STOP S2 0 12.14.03 STOP S3 0
12.15.01 ZAPATAS Z1 0 12.15.02 ZAPATAS Z2 0
12.16.01 APOYO EN ELE AP1 0 12.16.02 APOYO-BASE AP2 0 12.16.03 APOYO EN ELE AP3 0
12.17.01 COLGANTE C1 0 12.17.02 COLGANTE C2 0 12.17.03 COLGANTE C3 0 12.17.04 COLGANTE C4 0