Un soporte de tubería o colgador de tubería es un elemento diseñado que transfiere la carga de una tubería a las estructuras de soporte. La carga incluye el peso de la tubería propiamente dicha, el contenido que transporta la tubería, todos los accesorios de tubería conectados a la tubería y la cubierta de la tubería, como el aislamiento . Las cuatro funciones principales de un soporte de tubería son anclar, guiar, absorber impactos y soportar una carga específica. Los soportes de tuberías utilizados en aplicaciones de alta o baja temperatura pueden contener materiales aislantes. La configuración de diseño general de un conjunto de soporte de tubería depende de las condiciones de carga y operación.
Por lo general, se trata de tipos de cargas estables o sostenidas, como presión interna del fluido, presión externa, fuerzas gravitacionales que actúan sobre la tubería, como el peso de la tubería y el fluido, fuerzas debidas al alivio o purga, ondas de presión generadas debido a los efectos del golpe de agua o vapor. . [1]
Cargas sostenidas:
Cargas ocasionales:
Así como las cargas primarias tienen su origen en alguna fuerza, las cargas secundarias son causadas por algún tipo de desplazamiento. Por ejemplo, la tubería conectada a un tanque de almacenamiento puede estar bajo carga si la boquilla del tanque a la que está conectada se mueve hacia abajo debido al asentamiento del tanque. De manera similar, la tubería conectada a un recipiente se tira hacia arriba porque la boquilla del recipiente se mueve hacia arriba debido a la expansión del recipiente. Además, una tubería puede vibrar debido a las vibraciones del equipo giratorio al que está conectada.
Cargas de desplazamiento:
Una tubería puede experimentar expansión o contracción una vez que se somete a temperaturas superiores o inferiores, respectivamente, en comparación con la temperatura a la que se ensambló. Las cargas secundarias suelen ser cíclicas, pero no siempre. Por ejemplo, la carga debida al asentamiento del tanque no es cíclica. La carga debida al movimiento de la boquilla del recipiente durante la operación es cíclica porque el desplazamiento se retira durante el apagado y reaparece nuevamente después del nuevo arranque. Una tubería sometida a un ciclo de fluido frío y caliente sufre igualmente cargas cíclicas y deformaciones.
Los soportes rígidos se utilizan para restringir la tubería en ciertas direcciones sin ninguna flexibilidad (en esa dirección). La función principal de un soporte rígido puede ser Ancla, Descanso, Guía o ambos Descanso y Guía.
1) Zapata de puntal/tubo:
El soporte rígido se puede proporcionar desde abajo o desde arriba. En el caso de soportes inferiores, generalmente se utiliza un montante o una base de abrazadera para tubos . Se puede sujetar simplemente sobre estructura de acero únicamente para soportes tipo descanso . Para restringir simultáneamente en otra dirección se puede utilizar una placa separada o una orejeta de elevación . Un anclaje de tubería es un soporte rígido que restringe el movimiento en las tres direcciones ortogonales y en las tres direcciones de rotación, es decir, restringe los 6 grados de libertad. Generalmente es un montante soldado o atornillado a acero u hormigón. [2] En caso de anclaje que esté atornillado al concreto, se requiere un tipo especial de perno llamado Perno de Ancla , que se utiliza para sujetar el soporte con concreto. En este tipo de soporte, la fuerza normal y la fuerza de fricción pueden llegar a ser significativas. Para aliviar el efecto de fricción , se utilizan almohadillas de grafito o placas de PTFE cuando sea necesario.
2) Colgador de varilla:
Es una restricción estática, es decir, está diseñada para soportar cargas de tracción únicamente (no se debe ejercer sobre ella ninguna carga de compresión, en cuyo caso puede producirse pandeo). Es un soporte rígido de tipo vertical que se proporciona desde arriba únicamente. Consta de abrazadera, cáncamo, tirante y fijación de viga. La selección del soporte de varilla depende del tamaño de la tubería, la carga, la temperatura, el aislamiento, la longitud del conjunto, etc. Como viene con bisagra y abrazadera, no entra en juego ninguna fuerza de fricción sustancial.
3) Puntal rígido:
Es un componente dinámico, es decir, diseñado para soportar cargas tanto de tracción como de compresión. El puntal se puede proporcionar tanto en dirección vertical como horizontal. El puntal tipo V se puede utilizar para restringir dos grados de libertad . Consta de abrazadera rígida, puntal rígido y horquilla de soldadura. La selección depende del tamaño de la tubería, la carga, la temperatura, el aislamiento y la longitud del conjunto. Como viene con bisagra y abrazadera, no entra en juego ninguna fuerza de fricción sustancial.
Los soportes de resorte (o soportes flexibles) utilizan resortes de compresión helicoidales (para acomodar cargas y movimientos asociados de la tubería debido a la expansión térmica). Se clasifican a grandes rasgos en apoyo de esfuerzo variable o constante. El componente crítico en ambos tipos de soportes son los resortes de compresión helicoidales. Los soportes y soportes de resorte generalmente utilizan resortes de compresión helicoidales.
1.Percha de resorte variable o soporte de esfuerzo variable:
Los soportes de esfuerzo variable, también conocidos como colgadores variables o variables, se utilizan para soportar líneas de tuberías sometidas a movimientos térmicos verticales moderados (aproximadamente hasta 50 mm). Las unidades VES (soportes de esfuerzo variable) se utilizan para soportar el peso de las tuberías o equipos junto con el peso de los fluidos (los gases se consideran ingrávidos) al tiempo que permiten cierta cantidad de movimiento con respecto a la estructura que los soporta. Los soportes de resorte también se pueden usar para soportar líneas sujetas a movimientos relativos que ocurren típicamente debido a hundimientos o terremotos. Una unidad VES tiene una construcción bastante simple con la tubería prácticamente suspendida directamente de un resorte de compresión helicoidal, como se muestra en el boceto seccional recortado a continuación. Siendo los componentes principales:
Normalmente los clientes/consultores de ingeniería proporcionarán los siguientes datos al realizar consultas sobre unidades de esfuerzo variables.
La carga caliente es la carga de trabajo del soporte en la condición "Caliente", es decir, cuando la tubería ha viajado de la condición fría a la condición caliente o de trabajo. Normalmente, MSS-SP58 especifica la variación de carga máxima (llamada popularmente LV) como 25%. [4]
Características sobresalientes-
Usado donde
Variación de carga (LV) o variación porcentual =[(carga caliente ~carga fría) x 100]/carga caliente o variación de carga (LV) o variación porcentual =[(recorrido x índice de resorte) x 100]/carga caliente Generalmente, los soportes de resorte son Se proporciona desde arriba, pero debido a la viabilidad del diseño o cualquier otra razón, el soporte tipo montaje en base se fija al piso o estructura y la tubería se hace para "asentarse" encima de la brida del soporte de resorte.
2. Suspensión de resorte constante o soporte de esfuerzo constante:
Cuando nos enfrentamos a grandes movimientos verticales, normalmente de 150 mm o 250 mm, no queda más remedio que seleccionar un soporte de esfuerzo constante (CES). Cuando el porcentaje de variación de carga excede el 25% o el %LV máximo especificado en un soporte variable, no queda otra opción que optar por un CES. Para tuberías que son críticas para el rendimiento del sistema o las llamadas tuberías críticas donde no se deben transferir tensiones residuales a la tubería, es una práctica común utilizar CES. En un soporte de esfuerzo constante la carga permanece constante cuando la tubería pasa de su posición fría a la posición caliente. Así, independientemente del recorrido, la carga permanece constante en todo el rango de movimiento. Por lo tanto, se le llama colgador de carga constante. En comparación con un colgador de carga variable donde con el movimiento la carga varía y la carga caliente y la carga fría son dos valores diferentes gobernados por la constante de recorrido y resorte. Una unidad CES no tiene ningún índice de resorte.
El principio de funcionamiento más frecuente para CSH es un mecanismo de manivela. La palanca de la manivela gira alrededor del punto de apoyo. Un extremo de la manivela Bell está conectado al tubo 'P', el otro extremo está conectado al resorte mediante la barra de dirección. Por lo tanto, cuando la tubería desciende de una condición fría a una condición caliente, el punto P se mueve hacia abajo y, a medida que desciende, la palanca de la manivela girará en el sentido contrario a las agujas del reloj y se tirará hacia adentro el tirante conectado al resorte, mediante el cual el el resorte se comprime aún más. Cuando el tubo sube, la palanca de la manivela girará (en el sentido de las agujas del reloj) y el tirante conectado al resorte será empujado hacia afuera, permitiendo así que el resorte se expanda o se relaje.
Otro principio popular es el mecanismo de tres resortes o resorte de ajuste. En este caso, un resorte vertical principal soporta la carga principal de la tubería. Hay otros dos resortes con orientación horizontal para equilibrar cualquier carga adicional que venga hacia arriba o hacia abajo.
Restricciones dinámicas: El sistema de retención realiza una función totalmente diferente a la de los soportes. Este último está destinado a soportar el peso de la tubería y permitirle moverse libremente en condiciones normales de funcionamiento. El sistema de retención tiene como objetivo proteger las tuberías, la planta y la estructura de condiciones anormales; no debe impedir el funcionamiento de los soportes. Las condiciones que requieren el uso de restricciones son las siguientes: • Terremoto. • Alteración de líquidos. • Ciertas funciones del sistema. • Influencias medioambientales. En áreas situadas sobre fallas geológicas o cerca de ellas, es una práctica común proteger la planta de posibles actividades sísmicas. En una planta de este tipo habrá una gran necesidad de restricciones dinámicas. La alteración del fluido puede ser causada por el efecto de bombas y compresores u ocasionalmente fluido en estado líquido que ingresa a una tubería destinada al transporte de gas o vapor. Algunas funciones del sistema, como el cierre rápido de la válvula, la pulsación debida al bombeo y el funcionamiento de las válvulas de alivio de seguridad , provocarán patrones de carga irregulares y repentinos dentro del sistema de tuberías. El medio ambiente puede causar perturbaciones debido a la fuerte carga de viento o, en el caso de las plataformas de petróleo y gas en alta mar, al impacto de las olas del océano. El sistema de retención estará diseñado para tener en cuenta todas estas influencias. Una restricción es un dispositivo que evita que la tubería o la planta a la que está conectada se dañe debido a la ocurrencia de uno o más de los fenómenos anteriores. Está diseñado para absorber y transferir aumentos repentinos de carga desde la tubería a la estructura del edificio y amortiguar cualquier oscilación opuesta entre la tubería y la estructura. Por lo tanto, se requiere que las restricciones dinámicas sean muy rígidas, tengan una alta capacidad de carga y minimicen el libre movimiento entre la tubería y la estructura.
Dependiendo del principio de funcionamiento, los amortiguadores se pueden clasificar como
Los soportes para tuberías se fabrican con una variedad de materiales que incluyen acero estructural , acero al carbono , acero inoxidable , acero galvanizado , aluminio , hierro dúctil y compuestos de FRP . La mayoría de los soportes de tuberías están recubiertos para protegerlos contra la humedad y la corrosión. [6] Algunos métodos de protección contra la corrosión incluyen: pintura, recubrimientos de zinc, galvanizado en caliente o una combinación de estos. [7] En el caso de los soportes de tuberías compuestas de FRP, los elementos necesarios para formar una celda de corrosión no están presentes, por lo que no son necesarios revestimientos ni protecciones adicionales. [8]
