Calculo de flexión en tuberías

JUNTAS DE EXPANSIÓN

Plana: de papel tejido y goma. Hasta 250°F. Estriada.

No metálica: de amianto tejido. Buena para tuberías revestidas de vidrio o con caras muy rugosas. Hasta 300 o 400".

Metálica: muy diversos metales. Satisfactoria para la máxima temperatura que pueda soportarla brida o la junta. Estriada.

Estriada: metálica con surcos marcados en ambas caras. Requiere menor carga de compresión que la plana y se obtiene mayor eficiencia que con las planas en muchos casos. Reemplaza a las planas en muchos usos.

Laminada: amianto con encamisado metálico.

Espiral arrollada: capas de metal preformado y amianto arrolladas en espiral. Fina. Tanto estas juntas como las laminadas se usan hasta 850°F. Requieren menor carga de compresión que las sólidas y por lo tanto es más eficiente para altas temperaturas y presiones.

Ondulada: envuelta de metal ondulado relleno de amianto. Para uso hasta 850°F y alta presión. Buena para servicio severo tal como petróleo bruto caliente y productos químicos.

Amianto insertado: metal ondulado, con las ondulaciones rellenas de amianto. Para usos hasta 850°F pero no más de 600 psi. No apto para petróleo caliente.

Anillo octogonal y oval: anillos metálicos fabricados de hierro dulce, acero bajo al carbono, acero inoxidable, monel, ínconel, y cobre. Es la más eficiente y cara. La presión interna expande el anillo y crea un autocierre. Es preferida para servicios severos, siendo la octogonal la más frecuente. 

FLEXIBILIDAD EN SISTEMAS DE TUBERÍAS

Un aspecto importante en el diseño de la configuración de las tuberías es asegurarse de que exista suficiente flexibilidad en el sistema para que pueda absorber las deformaciones térmicas inducidas por cambios de temperaturas sin alcanzar altos esfuerzos.

Se entiende por flexibilidad, la capacidad que tiene el Sistema de absorber las deformaciones térmicas inducidas por cambios de temperatura, sin sobre pasar los esfuerzos admisibles.

El Sistema debe estar diseñado de tal manera que:

No falle por excesivos esfuerzos térmicos.

No sobrecargue y cause fugas por las bridas.

No falle por fatiga en tuberías y soportes debido a deformaciones muy elevadas.

No se produzcan momentos o fuerzas excesivas en los equipos interconectados.

expansión. La ecuación que rige el aumento de longitud de un tubo sin restricciones, por cambio de temperatura es la siguiente:

Donde

=Cambio de longitud.

T= Cambio de Temperatura

=Coef. de expansión

L= Longitud

En términos generales, los fundamentos del análisis de flexibilidad consisten en que toda estructura que está sujeta a un cambio de temperatura cambiará sus dimensiones físicas si tiene libertad de expandirse; en caso contrario, se inducirán esfuerzos provocándose fuerzas de reacción y momentos en los equipos de los extremos. El Problema básico del análisis de flexibilidad es determinar la magnitud de estos esfuerzos en la tubería y controlar que las reacciones en los puntos de interconexión con equipos estén dentro de valores aceptables.

En la lista siguiente se resumen los equipos más sensibles a las cargas, cuyas conexiones con las tuberías deben ser analizadas con precisión por flexibilidad para asegurar que las reacciones se mantengan dentro de ciertos límites aceptables:

soportes de tuberías

Es sumamente importante tener en cuenta todos los criterios que se hacen presente en la implantación de la configuración definitiva para el ruteo a seguir en la instalación del sistema de tubería que se este ejecutando. Para ello se hace necesario tomar en cuenta consideraciones como:

El sistema de tuberías deberá ser en lo posible, auto soportante y consistente con los requerimientos de flexibilidad.

El exceso de flexibilidad puede requerir soportes o sujeciones adicionales para evitar amplios movimientos y vibraciones; esta situación es propensa ocurrir en líneas verticales donde solamente hay un punto de apoyo para sostener el peso.

Las tuberías propensa a vibrar, tales como líneas de succión o descarga de bombas reciprocantes o compresoras, deberán ser diseñadas con sus soportes propios e independientes de otras tuberías, o estructuras.

Los tubos de las conexiones superiores de recipientes verticales se apoyan y fijan ventajosamente en el recipiente para minimizar movimientos independientes del recipiente, soportes y tuberías, por lo tanto tales tuberías deben ser trazadas lo más cerca posible del recipiente y soportadas muy cerca de la conexión.

Las tuberías sobre estructuras deben ser trazadas debajo de las plataformas, cerca de los miembros estructurales principales, en puntos donde sea favorable añadir cargas a fin de evitar la necesidad de reforzar esos miembros.

Debe asignarse suficiente espacio, de manera que puedan colocarse los componentes propios de ensamblaje de los soportes.

Diseño de soportes para tuberías La selección y el diseño de soportes para tuberías es una parte

importante en el estudio ingenieril de cualquier instalación de procesos industriales. Los problemas para diseñar tuberías para altas presiones y temperaturas, tienden a ser críticos en un punto donde es imperativo qué aspectos de diseño, tales como el efecto de cargas en soportes concentradas en estructuras, cargas sobre equipos conectados debido al peso de la tubería y tolerancias de los soportes respecto a tuberías y estructuras; sean tomados en consideración en las primeras etapas de un proyecto.

Existen métodos eficientes establecidos para ejecutar los trabajos requeridos para arribar a un diseño apropiado de soportes. A continuación se discutirán varios pasos involucrados en el diseño de soportes.

Recopilación de Información Básica

El primer paso involucrado en el diseño de soportes es determinar y obtener la cantidad necesaria de información básica antes de proceder a los cálculos y detalles de los soportes. El diseño no será completo si el ingeniero no tiene la oportunidad de revisar el equivalente a la siguiente información:

Especificación del soporte, cuando sea disponible

Un señalamiento completo de dibujos de tuberías

Un señalamiento completo de estructuras

Una especificación apropiada de tuberías y datos que incluyan: tamaño de la tubería, composición, espesor de pared, temperaturas y presiones de operación.

Una copia de la especificación del aislante con su densidad

Válvulas y accesorios especiales, indicando sus características (peso, dimensiones, etc.)

Deflexiones de todas las conexiones de succión de equipos críticos como fondos de caldera, tambores de vapor, conexiones de tuberías, etc.

Guías generales sobre ubicación de soportes

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 de fijación de la tubería son:

Sobre tubería propiamente y no sobre componentes tales como: válvulas, accesorios o juntas de expansión. Bajo cargas concentradas (puntuales), las bridas y juntas roscadas pueden gotear y los cuerpos de válvulas pueden deformarse produciendo goteo, trabazón del vástago o goteo a través del asiento.

•Sobre tramos rectos de tuberías en lugar de sobre codos de radios agudos, juntas angulares o conexiones de ramales prefabricados, puesto que en estos sitios se encuentra la tubería ya sometida a esfuerzos altamente localizados, a los cuales se agregarían los efectos locales de la fijación.•Sobre tramos de tuberías que no requieran remoción frecuenta para limpieza o mantenimiento.•Tan cerca como sea posible de concentraciones grandes de carga, tales como: tramos verticales, ramales de tubería, válvulas motorizadas o bien válvulas pesadas y recipientes menores, tales como separadores, colabores.