Soporte de sistemas de tuberías.

El contar con un espesor de pared adecuado de la tubería y la instalación de los soportes necesarios, son dos de los elementos más importantes para garantizar la integridad estructural del sistema de tuberías. Un buen espesor de pared es necesario para contener con éxito el fluido del proceso, y un sistema de soportes bien seleccionado garantizará que el tubo se mantenga en su lugar. Los soportes de tuberías generalmente son considerados como elementos estructurales utilizados para soportar el peso de la tubería y las cargas de operación. Sin embargo, deben permitir la expansión térmica.

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Adicionalmente a los soportes, una tubería también puede necesitar de ciertas restricciones que controlen su movimiento, ayuden a resistir las cargas ocasionales de viento y sismo, incrementar la rigidez, disminuir la vibración y así sucesivamente. El propósito de usar restricciones es precisamente restringir el movimiento de la tubería en ciertas direcciones. Esto con la finalidad de proteger a los equipos interconectados. Ambos, tanto los soportes como las restricciones conforman el sistema de soportado para un sistema de tuberías.

1.4.1 Tipos de soportes.

1.4.1.1 Anclajes.

Existe una gran variedad de tipos de soportes para tuberías, sin embargo los elementos mecánicos conocidos como anclas son de interés especial en el análisis de esfuerzos en tuberías, ya que por su naturaleza, restringen o limitan el movimiento ocasionado por la expansión térmica del material, dando lugar al desarrollo de esfuerzos de origen térmico de magnitudes considerablemente elevadas.

Los elementos de soporte utilizados como anclas se diseñan para fijar la tubería en todas direcciones. La mayoría de los análisis de flexibilidad se realizan suponiendo que dos puntos de la tubería están anclados. El objetivo de estos elementos es proteger el equipo terminal u otras secciones más débiles del sistema. La figura 1.1 muestra algunas de las disposiciones más comunes de los anclajes de tuberías. Las conexiones entre una tubería y un equipo son consideradas como anclajes, figura 1-1a.

1.4.1.2 Apoyos.

Los apoyos se utilizan para sostener una porción del peso del sistema de tuberías y otras cargas verticales. Sin embargo, está específicamente referido como el dispositivo que actúa por debajo de la tubería, en contraste con el colgante que está trabajando desde arriba de la tubería, figura 1-2a.

Figura 1-2) Soportes tipo apo o

La figura 1-2 muestra algunos los tipos de apoyos comúnmente encontrados en la industria. Los apoyos se distinguen principalmente por la zapata que utilizan para descansar sobre la estructura (rack). El esquema más económico y simple de apoyo es descansar directamente el tubo sobre la estructura, como se muestra en la figura 1-2b. Cuando el tubo tiene que contar con aislamiento, generalmente se requiere de una zapata. La figura 1-2c muestra una zapata hecha a partir de un elemento de acero estructural de sección tipo T invertida. Este apoyo se utiliza sólo para tubos llamados de diámetro menor, hasta un tamaño de 10 pulgadas (250 mm). Para tubos grandes, llamados de diámetro mayor, por ejemplo de 12 pulgadas (300 mm) hasta 24 pulgadas (600 mm), la zapata tipo H, como se muestra en la figura 1-2d, puede ser utilizada. Esta zapata es tomada de un perfil de acero de ala ancha. En este caso, la carga se divide en dos partes iguales.

1.4.1.3 Colgante.

Al igual que un apoyo, un colgante se usa específicamente para sostener una porción de peso del sistema de tuberías y cargas verticales superpuestas. Sin embargo, un colgante sostiene el peso de tuberías desde arriba, y su carga es siempre en tensión. Debido a esta naturaleza a la tracción, una varilla delgada puede ser utilizada sin la preocupación de que exista pandeo.

Un colgante es suspendido de una estructura con la varilla desplazándose con cierta amplitud fijada, como se muestra en la figura 1-3. Cuando la tubería se mueve debido a expansión térmica u otras cargas, la varilla del colgante se inclina, oponiendo cierta resistencia al movimiento horizontal. Sin embargo, hay libertad de una cantidad deseada de movimiento vertical y de giro. En caso de requerirse movimiento vertical, se instala un resorte que le da 3 grados de libertad.

Figura 1-3) Soporte colgante.

En el caso de que exista movimiento vertical, se emplean resortes, que cuando se descansan en un plano sin guías permite los tres movimientos (x, y y z), figura 1-4.

Figura 1-4) Soporte colgante tipo resorte (spring hanger).

1.4.2 Espaciamiento entre soportes.

La localización de los soportes depende del tamaño de la tubería, configuración de la misma, localización de las válvulas y accesorios y de la estructura disponible para el soporte de tuberías. Sin embargo, en un tendido de tubería horizontal, sencillo, en campo abierto, el espaciamiento de soportes depende únicamente de la resistencia del tubo, limitada por los esfuerzos longitudinales que deben mantenerse dentro de los límites o, en algunos casos, por la máxima deflexión.

Tabla 1-3) Espaciamiento sugerido entre soportes de tubos. [1.17]

Tamaño nominal de tubo _{Máximo laro sugerido}

Servicio: agua Servicio: vapor, gas o aire.

pulg mm ft m ft m 1 25 7 2.1 9 2.7 2 50 10 3.0 13 4.0 3 80 12 3.7 15 4.6 4 100 14 4.3 17 5.2 6 150 17 5.2 21 6.4 8 200 19 5.8 24 7.3 12 300 23 7.0 30 9.1 16 400 27 8.2 35 10.7 20 500 30 9.1 39 11.9 24 600 32 9.8 42 12.8

En caso que se presenten cargas concentradas (válvulas, bridas, etc.), los soportes deberían estar puestos tan cerca como sea posible a la carga, con la intención de mantener el esfuerzo de flexión al mínimo. Además, en la práctica, un soporte debería ser colocado inmediatamente después de cualquier cambio de dirección en la tubería.

Es de vital importancia realizar la localización de los soportes con cuidado extremo. Una vez que el análisis de la tubería haya sido completado, ningún soporte podrá ser relocalizado sin causar cambios significativos en los niveles de esfuerzos en la tubería o cambios en las reacciones sobre los equipos adyacentes al soporte cambiado y muy posiblemente se necesitará de un nuevo análisis.