Soportes para tuberías

El diseño de las estructuras de soportería (no amparado en esta especificación) y de los elementos de soportería, deberá efectuarse en base a todas las cargas actuantes concurrentemente transmitidas hacia dichos soportes. Estas cargas, definidas en el capítulo 9, incluyen tanto las cargas debidas al peso del sistema de tuberías, como las cargas introducidas por la presión de servicio y temperatura, vibración, viento, sismos, golpes de ariete, y deformación de desplazamientos (véase el párrafo 14.1.2.1).

Para efectuar los cálculos de peso en las tuberías que contienen gas o vapor, se precisa no incluir el peso debido al líquido, siempre y cuando el diseñador haya tomado precauciones específicas para evitar la entrada de líquido en la tubería, y la tubería no este sometida a prueba hidrostática en la construcción inicial o en inspecciones posteriores.

14.2.1.1 Objetivos.

El arreglo y diseño de las tuberías y sus elementos de soporte deberán efectuarse con la debida consideración, a fin de evitar los siguiente:

(1) Esfuerzos que excedan lo permitido en esta especificación;

(2) Fugas en las juntas;

(3) Torques y momentos excesivos en los equipos conectados (tales como bombas y turbinas);

(4) Esfuerzos excesivos en los elementos de soportería (o sobredeformación);

(5) Resonancia por imposición o inducción de vibración del fluido;

(6) Interferencia excesiva por expansión o contracción térmica en la tubería que de otra forma sea adecuadamente flexible;

(7) Tubería accidentalmente fuera de soporte; (8) Excesiva deflexión en tubería que requiere contar con una pendiente adecuada para drenaje; (9) Excesiva distorsión o deflexión de la tubería sometida a termofluencia bajo condiciones de ciclos térmicos repetitivos;

(10) Calor excesivo debido a una exposición prolongada de los elementos de soportería a temperaturas extremas fuera de sus limites de diseño.

14.2.1.2 Análisis.

En general, la ubicación y el diseño de los elementos de soporte puede basarse en cálculos

simples y criterios de ingeniería. Sin embargo, cuando un análisis más refinado sea requerido y se haya efectuado un análisis, en el cual se incluiya la tenacidad de soportería, los esfuerzos, momentos y reacciones determinadas, por medio de eso deberá ser utilizado en el diseño de elementos de soporte.

14.2.1.3 Esfuerzos en soportes de tubería.

Los esfuerzos permisibles para los materiales utilizados en los elementos de soportería, excepto los resortes, deberán ajustarse a lo indicado en el párrafo 10.2.3.1. Sin embargo, los factores de junta longitudinal Ej, no necesitan ser aplicados a los esfuerzos permisibles en componentes de tubería soldables los cuales vayan a ser utilizados como elementos de soportería.

14.2.1.4 Materiales.

(a) Los soportes y restricciones permanentes deberán ser de material adecuado para las condiciones de servicio. Si el acero es trabajado en frío a un radio a partir de la línea de centro menor a dos veces su espesor, este deberá recocerse o normalizarse después del proceso de conformación.

(b) El hierro colado y el hierro maleable pueden ser utilizados para rodillos, bases para rodillos, bases para anclajes, y otros elementos de soportería sometidos principalmente a cargas de compresión. El hierro colado no es recomendable si la tubería puede estar sometida a cargas de impacto como resultado de pulsaciones o vibraciones. El hierro dúctil y el hierro maleable puede ser utilizados en tubería, y grapas de vigas, bridas de suspensión, abrazaderas, ménsulas y resortes giratorios.

(c) Aceros de especificación desconocida puede utilizarse en elementos de soportería que no vayan soldados directamente a componente de tubería de presión. (Materiales intermedios compatibles de especificación conocida pueden soldarse directamente a tales componentes). Los esfuerzos permisibles básicos en tensión y compresión no deberán exceder 82 Mpa (12ksi) y la temperatura deberá estar dentro del intervalo de 244.15K a 616.15K (-20°F a 650°F). Para valores

de esfuerzo cortante y de apoyo, véase el párrafo 10.2.3.1(b).

(d) Madera u otros materiales pueden ser utilizados en elementos de soportería, cuando los elementos de soportería estén apropiamente diseñados, considerando la temperatura, la resistencia y la durabilidad.

(e) Los accesorios soldados o ensamblados a la tubería deberán ser de material compatible con la tubería y el servicio. Para otros requerimientos, véase el párrafo 14.2.3.2.

14.2.1.5 Cuerdas.

Las cuerdas para tornillos deberán apegarse al ANSI B1.1 excepto cuando otro tipo de cuerdas sean requeridas para cargas pesadas. Los torniquetes y tuercas de ajuste deberán tener la longitud completa de cuerda interna. Cualquier ajuste roscado deberá ser provisto con contratuercas, al menos que vaya asegurado por otros medios.

14.2.2 Soportes fijos. 14.2.2.1 Anclas y guías

(a) Los elementos de soportería utilizados como anclas deberán ser diseñados para mantener fija una posición.

(b) Con el fin de proteger el equipo terminal u otras secciones más débiles del sistema, deben proveerse restricciones (anclas o guías) donde sea necesario, a fin de controlar el movimiento o para dirigir las expansiones hacia las porciones del sistema diseñadas para absorberlas. El diseño, arreglo y colocación deberá asegurar que los movimientos de las juntas de expansión ocurran en la dirección para la cual la junta fue diseñada. Además de las fuerzas y momentos térmicos, al diseñar los elementos de soportería deben considerarse los efectos de la fricción en otros soportes del sistema.

(c) Las anclas para juntas de expansión como tubos corrugados, en forma de omega o de tipo disco o deslizables, se deben diseñar para resistir la sumatoria de fuerzas a la presión y temperatura

máxima, a las cuales vaya a usarse la junta. Las fuerzas son las siguientes:

(1) Empuje por presión. Es el producto del área efectiva de empuje por la presión máxima a que la junta esta sujeta durante la operación normal. Para juntas deslizantes, el área efectiva de empuje debe calcularse usando el diámetro exterior de la tubería. Para juntas corrugadas, en forma de omega o disco, se debe tener en cuenta la recomendación de fabrica y si no se dispone de ella, se hará el cálculo del área efectiva usando el diámetro interior máximo de los fuelles de la junta de expansión.

(2) La requerida para comprimir o expandir la junta en una cantidad igual al movimiento de expansión calculado.

Las fuerzas requeridas para vencer la fricción estática ocasionada por expansión o contracción del tubo, en su soporte, en condiciones de construcción y de operación. La longitud considerada del tubo, debe ser localizada entre el ancla y la junta de expansión.

14.2.2.2 Soportes inextensibles distintos de anclas y guías.

(a) Los elementos de soportería deben diseñarse para permitir el movimiento libre de la tubería ocasionado por expansión y contracción térmicas. (b) Los colgantes incluyen tubería y grapas de viga, abrazaderas, rodamientos, correas, cadenas y otros accesorios. Estos deberán proporcionarse para todos los requerimientos de carga. Para un aseguramiento de carga en partes roscadas, la carga deberá basarse en el área de raíz de las cuerdas.

(c) Soportes corredizos. Los soportes corredizos (o zapatas) y las ménsulas deberán diseñarse para resistir las fuerzas debidas a la fricción en adición a las cargas impuestas por el apoyo. Las dimensiones del soporte deberán proveer los movimientos previstos de la tubería soportada.

14.2.2.3 Soportes elásticos.

(a) Los resortes de soporte deben diseñarse para ejercer una fuerza de soporte, en el punto de unión con la tubería, igual a la carga determinada por el cálculo de peso balanceado, debiendo contar con medios adecuados para evitar la mala alineación, el pandeo o para evitar cargas excéntricas, e impedir que se suelte la carga en forma accidental.

(b) Los resortes de suspensión proporcionan una fuerza de soporte constante en todo el intervalo de recorrido. El uso de este tipo de resortes es ventajoso en localizaciones sujetas a movimientos significativos con cambios térmicos. Los suspensores de este tipo deben ser seleccionados para que el intervalo de recorrido exceda los movimientos previstos.

(c) Deben proveerse los medios para prevenir sobreesfuerzos en resortes de suspensión debido a deflexiones excesivas. Se recomienda que todos los suspensores sean suministrados con indicadores de posición.

14.2.2.4 Soportes de contrapeso.

Los contrapesos deben ser suministrados con topes para limitar el recorrido. Los contrapesos deben ser seguros. Las cadenas, cables, suspensores, balancines u otro tipo de dispositivos utilizados para unir las cargas de contrapeso a las tuberías deberán cumplir con lo indicado en el párrafo 14.2.2.2.

14.2.2.5 Soportes hidráulicos.

Los cilindros hidráulicos pueden ser utilizados como soportes de fuerza constante. Las cargas deben protegerse con dispositivos de seguridad y topes, en caso de falla hidráulica.

14.2.3 Aditamentos estructurales.

Los aditamentos internos y externos para tubería deben diseñarse para que estos no causen aplastamiento indebido de la tubería, esfuerzos de flexión localizados, o gradientes térmicos dañinos a la pared de la tubería. Es importante que los aditamentos sean diseñados para minimizar concentración de esfuerzos, particularmente en servicios cíclicos.

14.2.3.1 Aditamentos estructurales no integrales.

Los aditamentos no integrales, en los que la reacción entre la tubería y el aditamento sea por contacto, incluyen abrazaderas, eslingas, cunas, estribos, silletas, soleras y horquillas. En caso de usar una abrazadera para soportar el peso de una tubería en posición vertical, se recomienda soldar grapas, muñones o aletas a la tubería, pudiendo colocarse bajo las bridas o accesorios, para evitar deslizamientos.

14.2.3.2 Aditamentos integrales.

Los accesorios integrales incluyen tapones, orejeras, zapatas, placas, y grapas de ángulo, coladas o soldadas a la tubería. El material de los aditamentos integrales unidos por soldadura deberá ser de buena calidad soldable. [Véase el párrafo 14.2.1.4(e) para requerimientos de material]. El precalentamiento, soldadura y el tratamiento térmico deberá efectuarse de acuerdo a lo indicado en el capítulo 16. Debe tenerse especial consideración en la concentración de esfuerzos inducidos por los componentes de tubería soldados a los accesorios integrales.

14.2.4 Conexiones estructurales.

La carga de las tuberías y los elementos de soportería (incluyendo restricciones y los contraventeos) deberá ser transmitida adecuadamente a un recipiente a presión, construcción, plataforma, estructura de soporte, cimentación o a otra tubería capaz de apoyar la carga sin efectos negativos.

15. Sistemas específicos de tuberías.