Análisis de flexibilidad de tuberías

Una guía para el diseño de tuberías

1. Consideraciones generales y criterios
2. Normas de diseño
3. Cargas de diseño
4. Efectos de la expansión y/o construcción
5. Presión de diseño
6. Temperatura de diseño
7. Espesor de pared.
8. Flexibilidad en sistemas de tuberías
9. Análisis de flexibilidad en sistemas de tuberías
10. Fundamentos relacionados con elanálisis de flexibilidad
11. Consideraciones en el diseño del sistema de flexibilidad
12. Consideraciones sobre arreglos de tuberías.
13. Consideraciones sobre disposición general.
14. Consideraciones de arreglo para facilitar apoyo y la sujeción
15. Diseño de soportes para tuberías
16. Definición de términos básicos
17. Referencias bibliográficas

Diseño de TuberíasConsideraciones generales y criterios de diseño

El diseño de un sistema de tuberías consiste en el diseño de sus tuberías, brida y su tortillería, empacaduras, válvulas, accesorios, filtros, trampas de vapor juntas de expansión. También incluye el diseño de los elementos de soporte, tales como zapatas, resortes y colgantes, pero no incluye el de estructuras para fijar los soportes, tales comofundaciones, armaduras o pórticos de acero.
Aun en el caso en que los soportes sean diseñados por un ingeniero estructural, el diseñador mecánico de la tubería debe conocer el diseño de los mismos, por la interacción directa entre tuberías y soportes.

Procedimiento de diseño de tuberías
La lista siguiente muestra los pasos que deben completarse en el diseño mecánico de cualquiersistema de tuberías:
a) Establecimiento de las condiciones de diseño incluyendo presión, temperaturas y otras condiciones, tales como la velocidad del viento, movimientos sísmicos, choques de fluido, gradientes térmicos y número de ciclos de varias cargas.
b) Determinación del diámetro de la tubería, el cual depende fundamentalmente de las condiciones del proceso, es decir, del caudal, la velocidad yla presión del fluido.
c) Selección de los materiales de la tubería con base en corrosión, fragilización y resistencia.
d) Selección de las clases de “rating” de bridas y válvulas.
e) Cálculo del espesor mínimo de pared (Schedule) para las temperaturas y presiones de diseño, de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido.
f)Establecimiento de una configuración aceptable de soportes para el sistema de tuberías.
g) Análisis de esfuerzos por flexibilidad para verificar que los esfuerzos producidos en la tubería por los distintos tipos de carga estén dentro de los valores admisibles, a objeto de comprobar que las cargas sobre los equipos no sobrepasen los valores límites, satisfaciendo así los criterios del código aemplear.
Si el sistema no posee suficiente flexibilidad y/o no es capaz de resistir las cargas sometidas (efectos de la gravedad) o las cargas ocasionales (sismos y vientos), se dispone de los siguientes recursos:
a) Reubicación de soportes
b) Modificación del tipo de soporte en puntos específicos
c) Utilización de soportes flexibles
d) Modificación parcial del recorrido de la línea en zonasespecíficas
e) Utilización de lazos de expansión
f) Presentado en frío
El análisis de flexibilidad tiene por objeto verificar que los esfuerzos en la tubería, los esfuerzos en componentes locales del sistema y las fuerzas y momentos en los puntos terminales, estén dentro de límites aceptables, en todas las fases de operación normal y anormal, durante toda la vida de la planta.

Normas dediseño

Las normas más utilizadas en el análisis de sistemas de tuberías son las normas conjuntas del American Estándar Institute y la American Society of Mechanical Engineers ANSI/ASME B31.1, B31.3, etc. Cada uno de estos códigos recoge la experiencia de numerosas empresas especializadas, investigadores, ingenieros de proyectos e ingenieros de campo en áreas de aplicación específicas, a...