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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica
ELABORACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTERÍA Y DETALLES TÍPICOS DE TUBERÍAS DE LAS EMPRESAS Y&V
Por: Juan Alberto Gamboa Medina
Sartenejas, Julio de 2006
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica
ELABORACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTERÍA Y DETALLES TÍPICOS DE TUBERÍAS DE LAS EMPRESAS Y&V
Por: Juan Alberto Gamboa Medina
Realizado con la asesoría de: Ing. Carlos Graciano (Tutor Académico) Ing. Thais Mesones (Tutor Industrial) INFORME DE PASANTIA LARGA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico Sartenejas, Julio de 2006
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica ELABORACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTERÍA Y DETALLES TÍPICOS DE TUBERÍAS DE LAS EMPRESAS Y&V INFORME DE PASANTÍA presentado por: Juan Alberto Gamboa Medina Realizado con la asesoría de: Tutor Académico: Carlos Graciano Tutor Industrial: Thais Mesones
RESUMEN El presente informe describe los elementos que conforman un Estándar de Soportes (el dibujo debidamente acotado, materiales de fabricación, notas generales sobre instalación y montaje y la carga máxima admisible del soporte) al mismo tiempo que detalla los pasos seguidos en la elaboración del Estándar de Soportes de las Empresas Y&V. Para la obtención de este último se realizó una recopilación de documentos relacionados con soportes, así como una revisión de las normas PDVSA y del código ASME B-31.3. Igualmente se revisaron algunos estándares de otras empresas con el propósito de obtener una visión generalizada de los tipos de soportes para facilitar su clasificación y desarrollar un estándar con un amplio rango de aplicación. Este documento también proporciona una sólida base sobre los criterios fundamentales para el análisis de flexibilidad y ubicación de soportes como el uso de soportes existentes, facilidad de operación, accesibilidad para mantenimiento, separaciones para expansión térmica y uso de zapatas, puesto que son temas que están ampliamente relacionados con el trabajo desarrollado y conforman la base para comprender la importancia de la elaboración de un estándar. Al mismo tiempo se realizó una estudio minucioso de los soportes, la inclusión de notas generales sobre fabricación y montaje y el cálculo de la carga máxima permisible, el cual constituye una de las características más importantes del estándar y el verdadero valor agregado de este trabajo ya que los estándares que han sido empleados por la empresa en la ejecución de proyectos anteriores no cumplen con algunos de estos requerimientos. PALABRAS CLAVES Soporte, anclaje, guía, zapata, soportes colgantes, carga máxima permisible. Sartenejas, Junio de 2006
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DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso y a la Santísima Virgen, quienes alumbran en todo instante mi camino y me conducen por la senda del bien, dándome salud y fortaleza para alcanzar todas mis metas. A mi madre Luisa y mi padre Cruz, por haber estado junto a mí en todo momento y por haberme dado muchas palabras de aliento en aquellos momentos en los que la situación se tornaba adversa. A mis hermanos Robert y Yanakary, quienes me apoyaron siempre y constituyeron el principal motivo de inspiración para seguir adelante. A toda mi familia. A mis compañeros y amigos.
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AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Simón Bolívar, donde me formé como profesional. A las Empresas Y&V, por confiar en mí y darme la oportunidad de trabajar con ellos. Al ingeniero Carlos Graciano, quien me brindó su apoyo y buenos consejos. A los ingenieros Desiree Vicente, Thais Mesones, José Rojas y María Corredor por brindarme su experiencia y conocimientos en el desarrollo del proyecto. A todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron a alcanzar esta meta. ¡Gracias! Juan Alberto.
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ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE TABLAS..................................................................................................... vii ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................................... vii ACRÓNIMOS ................................................................................................................ viii DENOMINACIONES EN INGLES............................................................................... ix CAPÍTULO 1 .................................................................................................................... 1 1.1
INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
1.2
PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO .......................... 2
1.3
OBJETIVOS DEL PROYECTO......................................................................... 3
1.3.1
Objetivo General:............................................................................................ 3
1.3.2
Objetivos Específicos: .................................................................................... 3
1.4
EMPRESAS Y&V .............................................................................................. 4
1.4.1
Estructura Organizacional............................................................................... 4
1.4.2
Integración Corporativa .................................................................................. 4
1.4.3
Ubicación de las Oficinas ............................................................................... 6
1.4.4
Reseña Histórica ............................................................................................. 7
1.4.5
Estructura Organizativa .................................................................................. 8
1.4.6
Principios de la Corporación........................................................................... 9
1.4.7
Departamento de Mecánica........................................................................... 11
CAPÍTULO 2 .................................................................................................................. 12 PRINCIPIOS BÁSICOS DE FLEXIBILIDAD Y SOPORTERÍA ............................ 12 2.1
CONSIDERACIONES GENERALES ............................................................. 12
2.1.1
Categorización de líneas ............................................................................... 13
2.1.1.1
Categoría I............................................................................................. 13
2.1.1.2
Categoría II ........................................................................................... 13 iv
2.1.1.3
Categoría III .......................................................................................... 14
2.1.1.4
Categoría IV.......................................................................................... 15
2.2
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE SISTEMAS DE TUBERÍAS................ 15
2.3
NORMAS DE DISEÑO.................................................................................... 16
2.4
CARGAS DE DISEÑO PARA TUBERÍAS ..................................................... 21
2.4.1
Cargas por la presión de diseño .................................................................... 21
2.4.2
Cargas por peso............................................................................................. 21
2.4.3
Cargas dinámicas .......................................................................................... 22
2.4.4
Cargas Debidas a la Expansión Térmica. ..................................................... 22
2.5
CONDICIONES DE DISEÑO.......................................................................... 23
2.5.1
Presión de diseño .......................................................................................... 23
2.5.2
Temperatura de diseño .................................................................................. 23
2.5.3
Determinación de la Expansión .................................................................... 24
2.5.4
Desplazamientos en Pipe Rack y Pipeway ................................................... 25
2.6
LAZOS DE EXPANSIÓN ................................................................................ 25
2.7
JUNTAS DE EXPANSIÓN .............................................................................. 26
2.8
VÁLVULAS DE ALIVIO ................................................................................ 27
2.9
CONSIDERACIONES SOBRE DISPOSICIÓN GENERAL .......................... 28
2.10
LINEAMIENTOS ESPECÍFICOS DE ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD Y
SOPORTERÍA [1] .......................................................................................................... 29 2.11
ESTÁNDARES DE SOPORTERÍA ................................................................. 31
2.12
DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERÍAS ................................................. 32
2.12.1
Criterios generales de diseño de soportes ................................................. 32
2.12.2
Recopilación de Información Básica ........................................................ 32
2.12.3
Localización Inicial de Soportes............................................................... 33
2.12.3.1
Consieraciones generales:................................................................. 33
2.12.3.2
Consideraciones particulares ............................................................ 36
•
Equipos Rotativos Centrífugos ..................................................................... 36
•
Equipos Rotativos Reciprocantes. ................................................................ 38
2.12.4
Cálculos movimientos térmicos de la tubería ........................................... 39
2.12.5
Cálculos de cargas en los soportes............................................................ 39 v
2.13
SELECCIÓN Y TIPOS DE SOPORTES .......................................................... 41
2.13.1
Soportes flexibles...................................................................................... 41
2.13.2
Soportes rígidos ........................................................................................ 43
2.13.3
Soportes Colgantes.................................................................................... 49
2.13.4
Restricciones ............................................................................................. 50
CAPÍTULO 3 .................................................................................................................. 55 ELABORACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTES ............................................... 55 3.1
RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN....................................................................... 55
3.2
UNIFICACIÓN DE ESTÁNDARES ........................................................................... 55
3.3
ESTRUCTURACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL ESTÁNDAR .................................... 57
3.4
RESULTADOS ..................................................................................................... 61
CAPÍTULO 4 .................................................................................................................. 63 APLICACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTES.................................................... 63 CONCLUSIONES........................................................................................................... 70 RECOMENDACIONES ................................................................................................ 71 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................... 72 BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA................................................................................ 73 APÉNDICE A.................................................................................................................. 74 APÉNDICE B .................................................................................................................. 84 APÉNDICE C.................................................................................................................. 85 APÉNDICE D.................................................................................................................. 86
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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1: Integración corporativa. .......................................................................................... 5 Tabla 2.1: Reducción de Temperatura para Componentes sin Aislamiento .................................. 24 Tabla 2.2: Separaciones Mínimas Verticales ........................................................................... 29 Tabla 2.3: Espaciamiento entre guías para tuberías verticales. ................................................... 34 Tabla 2.4: Espaciamiento entre Racks. .................................................................................... 35 Tabla 2.5: Distancia Máxima entre Boquilla y Primer Soporte. ................................................. 36 Tabla 3.1: Lista de Chequeo................................................................................................... 60 Tabla A.1: Datos del ejemplo. ................................................................................................ 80
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Presencia de EMPRESAS Y&V en el territorio Nacional. ............................................ 6 Figura 1.2 Organigrama de Y&V Ingeniería y Construcción. ...................................................... 9 Figura 1.3: Flujograma de los principios de la corporación........................................................ 10 Figura 1.4 Distribución del Departamento de Mecánica. ........................................................... 11 Figura 2.1: Idea básica del mecanismo de un soporte flexible de carga constante.......................... 41 Figura 2.2: Soportes colgantes de carga constante. ................................................................... 41 Figura 2.3: Soportes flexibles de carga variable. ....................................................................... 42 Figura 2.4: Montajes típicos de soportes rígidos. ...................................................................... 43 Figura 2.5: Soporte tipo Trunnion.
Figura 2.6: Trunnion en codo. ........................... 44
Figura 2.7: Arreglos típicos no integrales................................................................................. 46 Figura 2.8: Arreglos típicos integrales. .................................................................................... 47 Figura 2.9 Soportes tipo repisa (bracket) para apoyar la tubería de un recipiente. ........................ 48 Figura 2.10: Estructuras de soporte o columnas. ...................................................................... 48 Figura 2.11: Soportes colgantes. ............................................................................................. 49 Figura 2.12: Soportes colgantes con amortiguador.................................................................... 50
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Figura 2.13: Soportes colgantes de carga variable..................................................................... 50 Figura 2.14: Soportes deslizantes tipo stops. ............................................................................ 51 Figura 2.15: Dispositivo que funciona como guía y como stop de dos ejes doble-actuante. .............. 51 Figura 2.16: Soporte de rodillo con amortiguador. ................................................................... 52 Figura 2.17: Stops típicos con barras de tensión y apoyos articulados. ........................................ 53 Figura 2.18: Contrapesos. ...................................................................................................... 54 Figura 3.1: Flujograma de elaboración de Estándares de Soportería. ......................................... 56 Figura 3.2: Hoja inicial del grupo de soportes de anclajes direccionales. ..................................... 58 Figura 3.3: Anclaje direccional DAS2 ..................................................................................... 59 Figura 4.1: Vista posterior de la línea...................................................................................... 64 Figura 4.2: Vista frontal de la línea. ........................................................................................ 65 Figura 4.3: Vista superior de la línea....................................................................................... 67 Figura 4.4: Vista del tramo vertical de la línea. ........................................................................ 67 Figura 4.5: Soportes usados en el ejemplo anterior. .................................................................. 68 Figura 4.6: Soportes estructurales usados en el ejemplo anterior. ............................................... 69 Figura A.1: Guía tipo G1. ...................................................................................................... 75 Figura A.2: Diagrama de la guía tipo G1 ................................................................................. 76 Figura A.3: Espaciamiento entre soportes ............................................................................... 78 Figura A.4: Peso de la tubería. ............................................................................................... 79 Figura A.5: Anclaje tipo A1. .................................................................................................. 80 Figura A.6: Diagrama del Anclaje A1. .................................................................................... 81 Figura D.1: Isométrico de la línea (hoja 1). .............................................................................. 87 Figura D.2: Isométrico de la línea (hoja 2). .............................................................................. 88
ACRÓNIMOS HH.......................................................................................................Horas Hombre ANSI………………………………………..American National Standards Institute API….......................................................................... American Petroleum Institute ASME.......…………………………… American Society of Mechanical Engineers ASCE…………………………………………American Society of Civil Engineers viii
MSS.....................................................…….Manufacturers Standardization Society PDVSA……...........................................Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima EJMA....................................................Expansion Joint Manufacturers Association AISC......……………………………….....American Institute of Steel Construction WRC…………………………………………………….Welding Research Council UBC………………………………………………………...Uniform Building Code CPO…..............................................................................…Consorcio Petro Orinoco
DENOMINACIONES EN INGLES Bearing plate.....................…………………………………....Refuerzo Soldado Bracket................................................Soporte apoyado de recipientes y equipos Cradle.........................................................................................................asiento Hanger…………………………………………………….......Soporte Colgante Pipe Rack………………………………..............................Soporte tipo pórtico Pipeway..................................................Soporte estructural en forma de cuadro Saddles.........................................................................................................Sillas Stops............................................................................................................Topes Span...............................................................................................Espaciamiento Trunnion...................................................................Soporte soldado a la tubería
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CAPÍTULO 1
1.1 INTRODUCCIÓN En la actualidad, los sistemas y arreglos de tuberías están presentes en casi la totalidad de las instalaciones industriales, comerciales y residenciales y por ende su extraordinaria importancia y exhaustivo estudio. Una falla en cualquier tramo del sistema puede ocasionar una posible parada de planta trayendo consigo pérdidas monetarias severas. Además, el colapso de la tubería es considerada como un potencial accidente que podría incluso ocasionar pérdidas humanas. Por otro lado, los sistemas de tuberías van intrínsecamente de la mano con construcciones civiles, recipientes a presión, procesos químicos, instalaciones eléctricas y en general obras industriales y es por ello que un inadecuado trazado del sistema podría originar una serie de problemas que conllevarían a un nuevo diseño de planta. En efecto, no solo un buen ruteo de tuberías y un excelente diseño de planta son suficientes para el buen funcionamiento del sistema, se requiere a demás un aspecto importantísimo que lo constituye la soportería de las líneas, ya que es indispensable que las tuberías estén debidamente soportadas con la finalidad de minimizar o evitar problemas en las instalaciones. Estas necesidades y algunas otras son las que han impulsado a Y&V Ingeniería y Construcción, a proponer un proyecto para desarrollar un Estándar de Soportes y Detalles de Tuberías en el cual se especifiquen los criterios de soportería, materiales de fabricación de los soportes, nomenclatura usada, detalles típicos y la carga máxima admisible que representa el valor agregado de este estándar, ya que como se mencionó anteriormente, la mayoría de los estándares de soportería no incluyen este aspecto y solo hacen referencia al modelo y detalles de fabricación de los soportes. 1
En este informe se indican los objetivos del proyecto de pasantía, una breve descripción de la empresa, los fundamentos teóricos de las actividades realizadas, la metodología empleada y el desarrollo de Estándar de Soportes y Detalles de Tuberías, para finalmente expresar los resultados, las conclusiones y recomendaciones obtenidas del trabajo. 1.2 PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO En la actualidad la empresa Y&V no cuenta con un estándar propio de soportes para la ejecución de sus proyectos, lo que trae como consecuencia que el tiempo de ejecución de los mismos se prolongue producto del uso de estándares desconocidos que requieren una revisión antes de ser utilizados.; la mayoría de estos estándares no proporcionan la totalidad de la información para la elección del soporte, como por ejemplo la carga máxima permisible, y en algunos se hace necesario realizar cualquier tipo de cálculo para llevar a cabo la selección. En vista de lo anterior, se propuso la elaboración del “Estándar de Soportes y Detalles de Tuberías” de las Empresas Y&V, el cual estará estructurado según el tipo de soporte y cada uno de los mismos tendrá toda la información necesaria para su selección en una sola hoja (dibujo bien acotado, carga máxima admisible, peso, rango de diámetros de tubería para el cual aplican, tipo de perfil empleado y notas generales sobre instalación y montaje), con la finalidad de minimizar el tiempo en la colocación de la soportería de líneas para cada proyecto.
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1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO 1.3.1 Objetivo General: Elaborar el Estándar de Soportería y Detalles Típicos en el Diseño de Tuberías para el Departamento de Ingeniería Mecánica de Y&V Ingeniería y Construcción. 1.3.2 Objetivos Específicos:
Revisar, analizar y seleccionar la bibliografía existente con relación a información técnica vinculada con soportes y detalles típicos de tuberías.
Identificar los diseños típicos de soportes y detalles típicos en el diseño de tuberías.
Establecer los lineamientos generales para la elaboración de Estándares de Soportería.
Resaltar los requerimientos de flexibilidad y soportería en proyectos multidisciplinarios que sirva de orientación a todas las disciplinas involucradas (tuberías, procesos, civil, mecánica, planificación y estructuras) en los proyectos desarrollados por la empresa.
Uniformizar los criterios y procedimientos que se usarán en materia de flexibilidad y soportería en los distintos proyectos de las Empresas Y&V.
Clasificar los diferentes tipos de soportes según su forma y disposición para facilitar la elaboración del estándar de soportes para tuberías.
Elaborar el Estándar de Soportería y Detalles Típicos de Tuberías de las Empresas Y&V.
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1.4 EMPRESAS Y&V 1.4.1 Estructura Organizacional EMPRESAS Y&V es una corporación de servicios venezolana, orientada al desarrollo de proyectos de inversión en las áreas de: ingeniería, construcción, operación, mantenimiento y gestión ambiental para los sectores público y privado. Fue creada en 1985, ante la necesidad del mercado de encontrar integradas las diferentes áreas de servicio, en un solo ente. Actualmente, la Empresa ha llevado a las cuatro sub-empresas que la integran a ocupar una posición de liderazgo en sus áreas de negocio, apuntaladas por una sólida estructura corporativa que asegura a sus clientes una atención y un servicio que satisface sus expectativas. La Organización presta servicios a través de sus empresas:
Y&V Ingeniería y Construcción
Y&V Construcción y Montaje
Y&V Operación y Mantenimiento
Y&V Ecoproyectos
La Corporación es una organización flexible y sólida, que permite la autonomía en las decisiones y estructuras de costo de sus empresas, a la vez que las integra bajo unas mismas políticas en las áreas de Recursos Humanos, Administración y Finanzas, Sistemas y Tecnología, Calidad, Seguridad y Comunicación, permitiendo la interacción del personal en las distintas áreas. 1.4.2 Integración Corporativa Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN es filial de EMPRESAS Y&V, organización integrada además por Y&V CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE, Y&V OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO y Y&V ECOPROYECTOS. En la Tabla 1.1 se expresa en forma sintetizada a qué se dedica cada una de estas filiales.
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Tabla 1.1: Integración corporativa.
Empresa consultora de Ingeniería, Procura Actúa como contratista general en la y Construcción con una capacidad para ejecución de obras de ingeniería y cuenta acometer
proyectos
que
superan
las con una capacidad técnico-financiera para
600.000 HH/año.
acometer obras que superan las 1.500.000 HH/año. Asegurando el cumplimiento de los objetivos establecidos de presupuesto, tiempo de ejecución, calidad y seguridad.
Empresa de consultoría técnica gerencial Empresa de consultoría ambiental fundada fundada en el año 1970 bajo el nombre de en el año 1989 bajo el nombre de Vectra, orientada a realizar proyectos y Ecoproyectos. Actualmente cuenta con una estudios en las áreas de planificación y capacidad para acometer proyectos que operación de plantas industriales, gerencia superan las 40.000 HH/año. Dedicada al de mantenimiento y aseguramiento de la diseño y desarrollo de soluciones en las calidad. Tiene capacidad para acometer áreas de ambiente y comunidad dirigidas a proyectos que superan las 35.000 HH/año.
apoyar los procesos de crecimiento de sus
Ha cultivado una fructífera experiencia, clientes; contando, ante todo, con una que se expresa bajo una visión global de visión que corresponde con la realidad y las mercado, operaciones de óptima calidad necesidades ecológicas y sociales del y
procedimientos
estrictamente nuevo milenio.
normalizados.
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1.4.3 Ubicación de las Oficinas Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN tiene oficinas a nivel nacional, las cuales cuentan con una alta tecnología en cuanto a sistemas de información se refiere, esto les permite a través de la red Internet e Intranet movilizar la información de manera ágil y dinámica, contando con la presencia directa de la organización “EMPRESAS Y&V” en puntos claves de la geografía nacional. La “EMPRESAS Y&V ” en Caracas está ubicada en la tercera trasversal de la Av. Don Bosco, Altamira. La ubicación de las Empresas Y&V en el Territorio Nacional se muestra en la Figura 1.1.
Presencia
MARACAIBO CARACAS PUNTO FIJO PTO. LA CRUZ MATURIN
PROYECTOS Santa Cruz de Aragua Anaco - El Tigre Jose Pto. La Cruz Judibana Furrial Punta de Mata San Diego de Cabrutica Maturín
Quibor Naiguata El Tablazo La Concepción Indiomara Maracaibo Perija
Figura 1.1 Presencia de EMPRESAS Y&V en el territorio Nacional. Fuente: Intranet de la Empresa. Julio 2005.
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1.4.4 Reseña Histórica Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN se constituye como Empresa de Servicios de Ingeniería de Consulta en 1985, bajo el nombre de Yanes & Asociados y representa la continuación de la Oficina Técnica de Ingeniería Adolfo Yanes, cuyas actividades comprenden el periodo 1954 – 1985. Acumulando así, más de 47 años de experiencia en consultoría. Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN se constituye como Empresa de Servicios de Ingeniería de Consulta en 1985, bajo el nombre de Yanes & Asociados y representa la continuación de la Oficina Técnica de Ingeniería Adolfo Yanes, cuyas actividades comprenden el periodo 1954 – 1985. Acumulando así, más de 47 años de experiencia en consultoría. En mayo de 2005 la Junta Directiva de Yanes & Asociados decide por razones estratégicas cambiar la denominación social de la Empresa, constituyéndole así Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN La Empresa ha estructurado un equipo interdisciplinario altamente calificado y orientado a brindar soluciones integrales y definitivas a cada uno de sus clientes. Las actividades de la Empresa abarcan:
Ejecución de fases conceptualización, definición e implantación en proyectos
Gerencia integral de proyectos
Procura
Construcción Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN ha logrado cimentar experiencia en
Proyectos Multidisciplinarios, Proyectos Llave en Mano, de Asistencia y Supervisión Técnica, Desarrollo de Estudios Especiales. Planificación y Control de Proyectos, Estimados y Control de Costos, Proyectos de Ingeniería en todas sus fases, y Gerencia Integral de Proyectos. Entre los principales segmentos de mercado donde se desenvuelve se encuentra la industria petrolera nacional, el sector industrial y el sector de infraestructura.
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Como corporación de servicios, el mayor orgullo de Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN, es contar con una cartera de clientes con la cual ha mantenido relaciones comerciales por largo tiempo, al haber superado las expectativas en cuanto a la calidad del servicio prestado. Actualmente mantiene relaciones y convenios de trabajo con empresas nacionales e internacionales, así como especialistas independientes, lo cual le permite complementar y ampliar sus capacidades con gran flexibilidad y asegurarse de una adecuada transferencia de tecnología en el diseño y ejecución de proyectos. Entre sus principales clientes se encuentran: Ameriven/GA, British Petroleum BP, Eni Lasmo, PDVSA, Perez Companc, Petrozuata, SINCOR, Shell, Chevron Texaco, Coca Cola, Diario El Tiempo, Sopresa (Pepsi - Empresas Polar) Movilnet – CANTV, Nabisco, Procter & Gamble, Snacks América Latina – Fritolay La Organización se ha adherido a una firme convicción: enaltecer la misión que la identifica. Tal misión expresa su compromiso con la excelencia y su propósito de ofrecer y garantizar servicios integrales y soluciones efectivas acordes a las necesidades del cliente y de la sociedad. Esto le ha permitido a la Empresa adquirir una sólida base para afrontar con absoluta seguridad cada una de las situaciones que forjan el día a día de una empresa de ingeniería. 1.4.5 Estructura Organizativa La empresa posee una estructura organizacional funcional donde el Departamento de Mecánica depende de la Gerencia de Ingeniería. Para la ejecución de proyectos la empresa utiliza una estructura matricial, tal como se ilustra en la Figura 1.2, donde cada proyecto consta de: Gerentes de Proyecto, Líderes de disciplina, Ingenieros de Proyectos, Proyectistas y Dibujantes, por cada disciplina.
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JUNTA DIRECTIVA EMPRESAS Y&V
JUNTA DIRECTIVA YANES & ASOCIADOS
PRESIDENTE EJECUTIVO
VP SERVICIOS CORPORATIVOS GERENCIA DE ADMINISTRACIÓN
VICE – PRESIDENCIA DE INGENIERÍA
GERENCIA CONTABILIDAD GERENCIA CTRL. GESTIÓN
GERENCIA DE OFICINAS REGIONALES
CIT
GERENCIA DE FINANZAS GERENCIA DE DPTO. DE CIVIL
GERENCIA LEGAL
GERENCIA DE DPTO. DE ELECTRICIDAD
GERENCIA DE DPTO. DE INSTRUMENTACIÓN
GERENCIA DE DPTO. DE MECÁNICA
GERENCIA DE DPTO. DE PROCESOS
GERENCIA DE DPTO. DE ESTRUCTURAS
GERENCIA DE DPTO. DE PROD. GRÁFICA
GERENCIA DE DPTO. DE AMBIENTE
GERENCIA DE RECURSOS HUMANOS GERENCIA DE S. GERENCIALES
GERENCIA DE PROYECTO
GERENCIA DE SIST. Y TECNOLOGÍA
GERENCIA DE PROYECTO GERENCIA DE PROYECTO
VP SERVICIOS TECNICOS
GERENCIA DE PROYECTO
GERENCIA DE CALIDAD Y S.H.A. GERENCIA ADMINISTRACIÓN DE CONTRATOS GERENCIA PLANIFICACIÓN Y CONTROL
GERENCIA DE PROYECTO GERENCIA DE PROYECTO GERENCIA DE PROYECTO GERENCIA DE PROYECTO
GERENCIA DE PROCURA VP DESARROLLO DE NEGOCIOS VP COMERCIAL VP MERCADO INTERNACIONAL VP MERCADO NACIONAL
Figura 1.2 Organigrama de Y&V Ingeniería y Construcción. Fuente: Intranet de la Empresa. Julio 2005.
1.4.6 Principios de la Corporación Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN posee una serie de principios que han sido el motor de su desarrollo y que la han conducido exitosamente al logro de sus objetivos. Uno de los más fundamentales, que determina su esencia como organización, es que la Empresa está concebida para ser conducida por sus empleados, lo cual se evidencia en el hecho de que para ser uno de sus accionistas es indispensable ser parte de su personal, trabajar en ella. Esto, aunado a la Misión, Visión y Valores descritos en la Figura 1.3, ha sido decisivo en el crecimiento de la organización y de los individuos que la conforman. 9
VISIÓN Ser una organización de servicios de Clase Mundial que promueva el desarrollo de su personal y de la sociedad.
MISIÓN
VALORES
Prestar servicios de excelencia que excedan las expectativas de nuestros clientes y maximicen la satisfacción de trabajadores y accionistas dentro de un entorno ético y moral, orientado al servicio del individuo, la sociedad y la conservación del ambiente.
PRINCIPIOS DE LA CORPORACIÓN
POLÍTICA DE CALIDAD “Satisfacer los requerimientos y expectativas de nuestros clientes, mediante un servicio adecuado, confiable y oportuno, basado en: Procesos normalizados Un sistema de mejoramiento continuo Compromiso de su personal con la calidad”
Reconocimiento y respeto al individuo. Proactividad, pasión y compromiso. Integridad. Disposición al logro y espíritu competitivo. Mejoramiento continuo en la búsqueda del desarrollo personal y profesional del capital humano. Trabajo en equipo.
OBJETIVOS Ser empresa líder en Venezuela. Ser una organización de Clase Mundial. Poseer un personal satisfecho, auto-realizado, orgulloso. Ser un importante jugador internacional.
Figura 1.3: Flujograma de los principios de la corporación.
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1.4.7 Departamento de Mecánica Como parte integradora de Y&V INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN el Departamento de Mecánica está encargado de diferentes disciplinas tal como se aprecia en la Figura 1.4:
Mecánica General (MG) Tuberías en Plantas Industriales (MT) Pipeline (MP) Sistemas Contra Incendio en Plantas (MI) Equipos Estacionarios (ME)
Diseño Mecánico (M)
Equipos Rotativos (MR) Instalaciones en Edificaciones (MB) Unidades Paquetes (MQ)
Elevación y Transporte (ML) Equipos de Transferencia de Calor (MH) Manejo de Materiales (MM)
Equipos Especiales (MS)
Figura 1.4 Distribución del Departamento de Mecánica. Fuente: Intranet de la empresa. Julio 2005.
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CAPÍTULO 2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE FLEXIBILIDAD Y SOPORTERÍA El tema de análisis de flexibilidad de los sistemas de tuberías está ampliamente ligado al tema de soportería, por lo que en el presente informe se va a hacer referencia a tópicos del mismo en la medida en que haga falta y sin profundizar mucho debido a su extensión e importancia, con el simple objeto de facilitar la comprensión del tema estudiado. 2.1 CONSIDERACIONES GENERALES Generalmente los clientes tienen bien definidos sus criterios de análisis de flexibilidad y soportería como localización de soportes, condiciones desfavorables, ya sea por la compañía que construyó inicialmente la planta o por su equipo de ingeniería, en estos casos lo conveniente para evitar contradicciones con los lineamientos y especificaciones del cliente será utilizar sus documentos, es decir, su propio estándar de soportes, su especificación de materiales de fabricación, etc. Cuando esto no ocurra se debe acudir a la experiencia en proyectos anteriores y generar estos documentos para el proyecto específico o utilizar los estándares del Departamento. [1] El primer paso de un análisis de flexibilidad es determinar las condiciones a las que se somete el sistema de tuberías. Luego se debe elegir el tipo de análisis requerido dependiendo del servicio de la línea (crítica o no crítica) y de su grado de complejidad. Usualmente y a menos que se indique lo contrario, se debe hacer el análisis con la temperatura y presión de flexibilidad (suministrada por procesos), en caso de no tenerla se hará con las condiciones de diseño.
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2.1.1 Categorización de líneas A continuación se da una categorización de las líneas con su correspondiente nivel de análisis. Estas categorías deben ser usadas como una guía. Se deben esperar cambios en el tipo de análisis requerido para una tubería de determinada categoría si el cliente o las especificaciones del proyecto así lo convienen. También, cualquier línea puede ser clasificada en una categoría superior a juicio del ingeniero de flexibilidad o del Jefe de Disciplina. Todos los cálculos manuales y por computadora deben ser clasificados y apropiadamente archivados según las normas del proyecto. 2.1.1.1
Categoría I Las líneas de esta categoría requieren análisis especializado por tratarse de líneas
críticas y deben ser identificadas en la etapa inicial del proyecto para poder establecer con anticipación la filosofía de análisis y de soportería. Las líneas en esta categoría son: •
Las líneas de alta presión donde la presión sea mayor que lo admitido por ANSI B16.5 Clase 2500 para la temperatura y presión de diseño específicas.
•
Líneas de alta temperatura donde la temperatura de diseño del metal exceda los 1000 °F.
•
Tuberías mayores de 48" de diámetro.
•
Las líneas diseñadas para mas de 22000 ciclos.
•
Líneas para fluidos categoría M. Según ANSI/ASME B31.3.
•
Líneas de Categoría II, las cuales, para juicio del analista, deberán tener un análisis mas cuidadoso.
•
Líneas con juntas de expansión.
•
Líneas de transferencia de etileno.
2.1.1.2
Categoría II Las líneas de esta categoría requieren obligatoriamente análisis por computadora.
Estas líneas requieren análisis formal por consideraciones de su tamaño y temperatura o porque están conectadas a equipos sensibles.
13
Las líneas de esta categoría son: •
Líneas conectadas a bombas y compresores reciprocantes, compresores centrífugos y turbinas, las cuales cumplan con lo siguiente: a) Diámetro mayor o igual a 3" y temperatura mayor o igual a 65 °C y menor o igual 6 °C. b) Diámetro mayor o igual a 12" y temperatura mayor o igual a 50 °C y menor o igual a 6 °C.
•
Líneas conectadas a enfriadores por aire.
•
Líneas conectadas a recipientes según ASME Sección VIII: División 2.
•
Líneas conectadas a hornos o calentadores de llama directa.
•
Líneas conectadas a equipos de aluminio.
•
Líneas conectadas a cajas frías.
•
Líneas sometidas a vibraciones.
•
Líneas sometidas a cargas ocasionales significativas y que requieran de un análisis dinámico.
2.1.1.3
Categoría III Las líneas dentro de esta categoría requieren obligatoriamente ser analizadas; sin
embargo, el análisis puede ser hecho por algún método manual. Se incluyen en esta categoría: •
Todas las líneas conectadas a equipos sensibles nombrados en la Categoría II que no hayan sido incluidas en la misma por su tamaño y temperatura.
•
Todas las líneas clasificadas como Power Plant Piping, según el código ANSI/ASME B31.1.
•
Todas las líneas que no están contempladas en las Categorías I y II. Es importante mencionar que un cálculo manual no debe ser usado para rechazar
el diseño de una línea, puede usarse para reubicar los soportes o para establecer una nueva ruta. El rechazo o la imposibilidad del diseño debe provenir de un estudio detallado por computadora.
14
2.1.1.4
Categoría IV Las líneas de esta categoría requieren de análisis visual y son las siguientes:
•
Líneas que no están contempladas en las categorías anteriores.
•
Las líneas que son duplicados o reemplazos de existentes sin cambios significativos, que hayan trabajado sin problemas en el pasado.
•
Las líneas que pueden ser juzgadas como adecuadas por comparación con sistemas previamente analizados. El CAESAR II®
[12]
o cualquier software se justifica cuando se tiene un sistema
muy complejo, se requieren resultados precisos o porque es más rápido que su equivalente método manual. El ingeniero de flexibilidad, a medida que se familiarice con los métodos manuales, encontrará que mediante su uso para sistemas sencillos podrá conseguir soluciones rápidas y seguras, sin tener que pasar por el proceso de modelarlo, introducir los datos e interpretar los resultados del programa. Esto es especialmente útil cuando se tenga que resolver problemas sencillos en campo. 2.2 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE SISTEMAS DE TUBERÍAS Las etapas que usualmente se siguen en el proceso de diseño son las siguientes: [2] a. El diámetro de la tubería se define previamente en la etapa de ingeniería básica y depende fundamentalmente del proceso. Es decir, el diámetro se determina en base al caudal, a la velocidad y a la presión que se requieran en las diferentes partes del sistema. b.
Una vez determinado el diámetro, el espesor de pared se calcula de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido. Simultáneamente, se especifican las demás características y propiedades del material del la tubería.
c. Dependiendo de la ubicación física de los diversos equipos que conforman el sistema, el proyectista prepara, utilizando criterios de diseño de naturaleza cualitativa, una versión preliminar del recorrido de las diversas líneas en la forma de un plano isométrico. 15
d. Establecimiento de una configuración aceptable de soportes para el sistema de tuberías. e. Definidas todas las condiciones de operación y demás características del sistema, éste debe ser analizado formalmente - en términos cuantitativos - a los fines de verificar que los esfuerzos producidos en la tubería por los distintos tipos de cargas estén dentro de ciertos valores admisibles, así como de comprobar que las cargas sobre los equipos no sobrepasen determinados valores límites. f. Si el sistema no posee la flexibilidad suficiente y/o no es capaz de resistir las cargas sostenidas (efecto de la gravedad) o la cargas ocasionales (sismos y viento), el ingeniero de tuberías tiene a su disposición los siguientes recursos: 1. Reubicación de soportes 2. Modificación del tipo de soporte en puntos específicos 3. Utilización de soportes flexibles 4. Modificación parcial del recorrido de la línea en zonas especificas 5. Utilización de lazos de expansión 6. Pretensado en frío 7. Utilización de juntas de expansión y barras tensoras En términos generales, estos recursos deben probarse en el orden descrito hasta lograr la flexibilidad requerida. Evidentemente, deben descartarse modificaciones en el diámetro o en el espesor de la tubería, o en la ubicación de los equipos conectados en el sistema. En caso de que el sistema en si mismo posea suficiente flexibilidad, pero las cargas sobre algún equipo estacionario (recipientes a presión, intercambiadores de calor, torre, etc.) sean excesivas, podrá considerarse como alternativa una modificación del refuerzo de la boquilla. 2.3 NORMAS DE DISEÑO A menos que exista una norma específica del cliente que se deba usar para un proyecto, en las siguientes listas se muestran las normas y documentos de referencia que se deben usar para el análisis de sistemas de tuberías. El ingeniero tiene el deber de notificar al cliente si su norma se desvía demasiado de las normas aquí referidas. Esto es
16
para evitar que una mala interpretación de la norma del cliente o que el cliente trate de aplicar su norma en una situación que conduzca a una falla. Los datos que se supongan en las normas para equipos, tuberías y accesorios deben ser utilizados solamente cuando se carezca de los datos del fabricante. También se pueden usar cuando el fabricante o el proyecto (en sus especificaciones) refiera explícitamente a la aplicación integra de la norma como uno de los criterios en que se basa la elaboración del producto. Por otro lado, se debe consultar al fabricante cuando se usen tuberías, soportes o accesorios poco comunes que escapen del ámbito de aplicación de las normas o estándares. Las normas de referencia listadas se deben usar en su última edición disponible o la que la sustituya. La siguientes listas son en general las normas, códigos y prácticas usadas en la industria moderna para el diseño de sistemas de tuberías. Se proveen aquí como las referencias de diseño que se deberán utilizar en los proyectos ejecutados por Empresas Y&V en su Sección de Flexibilidad. [1] The ASME Boiler and Pressure Vessel Code: El código cubre una amplia variedad de normas en el diseño y construcción de sistemas y aplicaciones, donde se debe asegurar su integridad a la presión inherente a la que se ven sometidas. Ciertas secciones del código proveen reglas para el diseño de sistemas específicos de tuberías. Estas secciones son: •
Section I. Power Boilers.
•
Section III. Rules for Construction of Nuclear Plant Components.
•
Section IV. Heating Boilers.
•
Section VIII. Pressure Vessels. The ANSI/ASME B31 Piping Codes: Estos son los códigos que deben ser
normalmente usados para el Diseño de Sistemas de Tuberías para la industria en general. Ellos contienen los datos básicos, estándares de referencia aceptados y las fórmulas necesarias para el diseño. También tratan los requerimientos para la fabricación, ensamblaje, erección, examen, inspección y prueba de los Sistemas de Tuberías. A continuación se listan los códigos más usados:
17
•
B31.1: Power Piping Code.
•
B31.3: Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping.
•
B31.4: Liquid Transportation Systems for Hydrocarbons, Liquid Petroleum, Gas, Anhydrous Ammonia and Alcohols.
•
B31.5: Refrigeration Piping.
•
B31.8: Gas Transmission and Distribution Piping Systems.
•
B31.9: Building Services Piping.
•
B31.11: Slurry Transportation Piping Systems. The ASME/ANSI Pressure-Integrity Standards: Las normas listadas a
continuación proveen los criterios de diseño y fabricación de muchos de los componentes de tubería comúnmente usados: •
B16.1: Cast Iron Pipe Flanges and Flanged Fittings (Class 25, 125, 250, and 800).
•
B16.3: Malleable Iron Threaded Fittings (Class 150 and 300).
•
B16.4: Cast Iron Threaded Fittings Classes 125 and 250.
•
B16.5: Pipe Flanges and Flanged Fittings (Classes 150 through 2500).
•
B16.9: Factory Made Wrought Steel Buttwelding Fittings.
•
B16.11: Forged Steel Fittings, Socket-Welding and Threaded (Class 2000 through9000).
•
B16.15: Cast Bronze Threaded Fittings (Class 150 and 300).
•
B16.18: Cast Copper Solder Joint Pressure Fittings.
•
B16.22: Wrought Copper and Copper Alloy Solder Joint Pressure Fittings.
•
B16.24: Bronze Pipe Flanges and Flanged Fittings (Class 150 and 300).
•
B16.28: Wrougtn Steel Buttwelding Short Radius Elbows and Returns.
•
B16.33: Manually Operated Metallic Gas Valves for Use in Gas Piping Systems Up to 125 psig.
•
B16.34: Valves-Flanged, Threaded and Welding End (Classes 150 through 4500).
•
B16.36: Orifice Flanges (Class 300, 600, 900, 1500 and 2500).
•
B16.38: Large Metallic Valves for Gas Distribution (Manually Operated, NPS 21/2 to 12, 125 psig Maximun).
18
•
B16.39: Malleable Iron Threaded Pipe Unions (Classes 150,250 and 300).
•
B16.42: Ductile Iron Pipe Flanges and Flanged Fittings (Classes 150 and 300).
•
B16.47: Large Diameter Steel Flanges. The ASME/ANSI Dimensional Standards. En estas normas se muestran las
dimensiones de los componentes de tuberías más usados. •
B1.20.1: Pipe Threads, General Purpose.
•
B16.10: Face-to-Face and End-to-End Dimensions of Valves.
•
B16.201: Ring-Joint Gasket and Pipe Flanges.
•
B16.211: Non-metalic Flat Gaskets for Pipe Flanges.
•
B16.25: Buttwelding Ends.
•
B36.10: Welded and Seamles Wrought Steel Pipe.
•
B36.19: Stainless Steel Pipe. Normas de Materiales de Fabricación de Tuberías. Los materiales de tuberías
no son seleccionados por la sección de flexibilidad. Sin embargo, los estándares utilizados pueden servir como consulta para la solución de problemas. Los materiales para las tuberías deben cumplir con las Especificaciones de Tuberías del Proyecto. En su ausencia, la selección, datos y uso del material debe basarse en alguna asociación o instituto de normas reconocido, como lo son la ASME, ASTM o API. Algunos ejemplos de especificaciones de materiales para tuberías son: •
ASTM A53: Welded And Seamless Steel Pipe.
•
ASTM A106: Seamless Carbon Steel Pipe for High Temperature.
•
API 5L: Steel Pipe. The Manufacturers Standardization Society (MSS). La MSS publica los
Standard Practices que proveen las prácticas recomendadas en el Diseño de Sistemas Tuberías y de Soportes. Los siguientes estándares MSS son aplicables a las restricciones en tuberías: •
SP-58: Pipe Hangers and Supports: Materials, Design and Manufacturers.
•
SP-69: Pipe Hangers and Supports: Selection and Applications. 19
•
SP-89: Pipe Hanger and Supports: Fabrication and Installation Practices.
•
SP-90: Guidelines on Terminology of Pipe Hangers and Supports. Expansion Joint Manufacturers Association, INC. (EJMA). El estándar de
ésta asociación rige la fabricación, instalación y uso de las juntas de expansión. Welding Research Council (WRC). Los documentos técnicos preparados por este grupo son útiles para el Diseño que tenga relación con uniones por medio de soldaduras entre líneas, equipos o soportes. •
Bulletin 107. Local Stresses in Spherical and Cylindrical Shells due to External Loading.
•
Bulletin 198. Secundary Stress Indices for Integral Attachments to Straight Pipe.
•
Bulletin 297. Supplement to WRC Bulletin 107. American Institute of Steel Construction (AISC). El AISC Manual of Steel
Construction de este instituto provee los requerimientos y códigos necesarios para el Diseño Estructural con acero con eficiencia y seguridad, como los que se necesitan para el Diseño de Soportes y Puentes de Tuberías. Por lo tanto el manual de AISC se debe tener solo como una referencia de consulta adicional. The ANSI Standard A 58.1, Minimun Design Loads for Building and Other Structures. Otra denominación del estándar es: ASCE-7-88. Este estándar provee una guía para la evaluación de sistemas de tuberías sometidas a cargas ocasionales como el viento y los terremotos. The Uniform Building Code (UBC). Este código es desarrollado por la International Conference of Building Officials (ICBO). Los "Building Codes" son códigos que incluyen requerimientos relacionados con la resistencia estructural y seguridad de los edificios. Sus ecuaciones para cargas ocasionales se pueden aplicar convenientemente para el diseño de tuberías.
20
Cargas en boquillas de recipientes y equipos. Los estándares listados a continuación (junto con los boletines de la WRC) contienen la información recomendada para la evaluación de las cargas en las boquillas de recipientes y equipos: •
API 650. (Para tanques de almacenamiento atmosférico).
•
API 610. (Bombas centrífugas)
•
API 617. (Compresores centrífugos)
•
NEMA SM 23. (Turbinas de Vapor).
•
API 661. (Enfriadores de Aire)
•
API 560. (Para calentadores utilizando fuego directo)
•
ANSI B73.1. (Bombas centrífugas)
•
API 674/675. (Bombas Reciprocantes)
•
API 618. (Compresores Reciprocantes) Normas Europeas.. Los estándares más probables para su uso o consultas son:
las Deutsches Institute Fhr Normung (DIN) y el British Standards Institute (BSI). 2.4 CARGAS DE DISEÑO PARA TUBERÍAS Un sistema de tuberías constituye una estructura especial irregular y ciertos esfuerzos pueden ser introducidos inicialmente durante la fase de construcción y montaje. También ocurren esfuerzos debido a circunstancias operacionales. A continuación se resumen las posibles cargas típicas que deben considerarse en el diseño de tuberías. [3] 2.4.1 CARGAS POR LA PRESIÓN DE DISEÑO Es la carga debida a la presión en la condición más severa, interna o externa a la temperatura coincidente con esa condición durante la operación normal. 2.4.2 CARGAS POR PESO •
Peso propio incluyendo tubería, accesorios, aislamiento, etc.
•
Cargas variables impuestas por el flujo de prueba o de proceso.
•
Efectos locales debido a las reacciones en los soportes.
21
2.4.3 CARGAS DINÁMICAS •
Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el sistema de tuberías expuesto al viento.
•
Cargas sísmicas que deberán ser consideradas para aquellos sistemas ubicados en áreas con probabilidad de movimientos sísmicos.
•
Cargas por impacto u ondas de presión, tales como los efectos del golpe de ariete, caídas bruscas de presión o descarga de fluidos
•
Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de presión, por variaciones en las características del fluido, por resonancia causada por excitaciones de maquinarias o del viento.
2.4.4
CARGAS DEBIDAS A LA EXPANSIÓN TÉRMICA. El sistema de tuberías debe tener la suficiente flexibilidad de manera que las
expansiones (o contracciones) térmicas y los movimientos de los soportes o conexiones terminales no causen: •
Falla en la tubería o soporte por un excesivo esfuerzo o fatiga.
•
Desplazamientos fuera de un rango admisible, produciendo fugas o interferencias con otras tuberías y/o miembros estructurales.
•
Esfuerzo o distorsión perjudicial de la tubería o de los equipos conectados (bombas, recipientes, válvulas, etc.) como consecuencia de un excesivo empuje o momento en la tubería. El análisis de tuberías resulta de un compromiso entre la localización y uso de
soportes a cargas y su interacción con las tuberías a altas o bajas temperaturas. Mientras más soportes son añadidos a un sistema, la tubería será más efectiva para soportar las cargas sustentadas y ocasionales. Sin embargo, cuando entran en operación la mayoría de las tuberías varían su temperatura con respecto a la de instalación y se expanden o contraen. Un sistema de tuberías muy restringido por los soportes posiblemente limitará su capacidad de expansión o contracción, generando grandes fuerzas en los puntos de restricción, causando altos esfuerzos en la tubería y/o en los equipos asociados, pudiendo
22
sobrepasar los admisibles. De aquí la necesidad de optimizar la utilización de los soportes tanto en el tipo como en la cantidad. El trazado o arreglo de la tubería provee inherente flexibilidad a través de los cambios de dirección. La rigidez de una tubería recta entre dos restricciones se puede hacer más flexible de alguna de las siguientes maneras: •
Uno o varios lazos de expansión pueden ser provistos si el espacio lo permite.
•
Una junta de expansión puede ser instalada en la línea.
•
Una de las restricciones puede ser reubicada de manera que la tubería cambie de dirección, haciendo que cada tramo resultante de tubería absorba la expansión del otro tramo. Por otro lado, es inconveniente hacer el sistema innecesariamente flexible (a
través del abuso en cambios de dirección o con la superflua inclusión de lazos o juntas de expansión) por el exceso de materiales que esto implica aumentando el costo de instalación y por el incremento de los costos de operación al aumentar la caída de presión. 2.5 CONDICIONES DE DISEÑO 2.5.1 PRESIÓN DE DISEÑO La presión de diseño no será menor que la presión a las condiciones más severas de presión y temperatura coincidentes, externa o internamente, que se espere en operación normal. La condición más severa de presión y temperatura coincidente, es aquella condición que resulte en el mayor espesor requerido y en la clasificación ("rating") más alta de los componentes del sistema de tuberías. Se debe excluir la pérdida involuntaria de presión, externa o interna, que cause máxima diferencia de presión. 2.5.2 TEMPERATURA DE DISEÑO La temperatura de diseño es la temperatura del metal que representa la condición más severa de presión y temperatura coincidentes. Los requisitos para determinar la temperatura del metal de diseño para tuberías son como sigue:
23
•
Para componentes de tubería con aislamiento externo, la temperatura del metal para diseño será la máxima temperatura de diseño del fluido contenido.
•
Para componentes de tubería sin aislamiento externo y sin revestimiento interno, con fluidos a temperaturas de 32ºF (0ºC) y mayores, la temperatura del metal para diseño será la máxima temperatura de diseño del fluido reducida, según los porcentajes de la Tabla 2.1. Tabla 2.1: Reducción de Temperatura para Componentes sin Aislamiento Componente σT% Válvulas, tubería, uniones solapadas y accesorios soldados 5 Accesorios bridados 10 Bridas (en línea) 10 Bridas de uniones solapadas 15 Empacaduras (en uniones en línea) 10 Pernos (en uniones en línea) 20 Empacaduras (en casquetes de válvulas) 15 Pernos (en casquete de válvulas) 30
2.5.3 DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN La expansión térmica de interés es la paralela al eje longitudinal de la tubería (dirección axial), la cual puede ser calculada por la siguiente ecuación: ∆ = L x α (To – Tamb. ) Donde:
(2.1)
∆ ............. Expansión térmica en la dirección axial, pulg. L ............. Longitud de la tubería, pulg. Α ............. Coeficiente de expansión térmica, pulg/(pulg. x °F) To ............. Temperatura de operación del sistema, °F. Tamb .......... Temperatura ambiente, °F. La norma ANSI/ASME B-31.3 facilita los valores de la expansión (y la
contracción) térmica lineal para distintos materiales y temperaturas de operación, con respecto a la temperatura ambiente estándar de 70 °F.
24
2.5.4 DESPLAZAMIENTOS EN PIPE RACK Y PIPEWAY En general, los desplazamientos máximos permitidos en los cambios de dirección serán de 150 mm, tanto en Pipe Rack como en Pipeway. [1] Desplazamientos mayores de 50 mm en lugares donde hay cambios de dirección, se deben anotar en el plano y notificar al proyectista encargado (esto es especialmente importante en lazos de expansión anidados). 2.6 LAZOS DE EXPANSIÓN Son la solución más adecuada a un problema de expansión térmica
y se
recomiendan cuando: •
No hay problemas de espacio para la ubicación de un lazo.
•
La junta de expansión es prohibida por el código aplicable o por el estándar de diseño.
•
El fluido puede crear un problema de corrosión sobre el fuelle de la junta.
•
En líneas de pequeños diámetros y altas presiones en las que es impráctico las juntas de expansión. Los lazos de expansión o "loops" suministran longitud perpendicular a la
dirección de la tubería para absorber la expansión térmica, pueden ser simétricos o asimétricos. Los primeros tienen la ventaja de que la sección perpendicular absorbe cantidades iguales de la expansión en ambas direcciones. Por su parte, los lazos asimétricos son usados en ocasiones para aprovechar soportes existentes o para localizar el lazo en el cruce de carreteras. Los lazos de diferentes líneas pueden ser colocados uno al lado de otro en los rack de tuberías. Las líneas más grandes y calientes se localizan en la parte externa porque necesitan mayor desarrollo de tubería en la perpendicular. Los lazos tridimensionales son ampliamente usados porque no bloquean el recorrido de las líneas rectas. La altura usual de la sección vertical es de tres pies.
25
2.7 JUNTAS DE EXPANSIÓN A diferencia de válvulas, bridas u otros accesorios instalados en la tubería, la junta de expansión es un accesorio mucho más flexible que la tubería, y permite absorber compresiones o expansiones, desviaciones laterales y rotaciones de la misma. El empleo de juntas de expansión se justifica cuando: •
El espacio es inadecuado para que un lazo dé la suficiente flexibilidad.
•
Una mínima caída de presión o de turbulencia en la tubería es esencial para el proceso o para la operación de la instalación.
•
El fluido es abrasivo y fluye a alta velocidad.
•
La estructura de soporte disponible es inadecuada para el tamaño, la forma o el peso del lazo de expansión.
•
Un lazo de expansión puede ser impráctico para tuberías de diámetro grande y a presiones bajas. Existen juntas de expansión específicas para absorber cada tipo de movimiento de
la tubería. Estas pueden clasificarse como deslizantes y flexibles. Existen movimientos relativos de partes adyacentes en el caso de las juntas deslizantes; las "Slip Joints" (Junta movedizas o resbaladizas), "Swivel Joints" (Uniones o articulaciones giratorias) y "Ball Joints" (Juntas esférica, de bola o juntas de rótula) están agrupadas bajo la denominación de juntas deslizantes. Los acoplamientos (Coupling) Dresser o Vitaulic son algunos de los nombres de fábrica para este tipo de juntas. Las juntas deslizantes también se denominan "Packed Joints" porque vienen con recipientes sellados o "empaquetados" para contener la presión interna y evitar las fugas. Las juntas flexibles pueden ser divididas en: "Bellow Joints" (Juntas de tipo fuelle), "Metal Hose" (Junta de manguito) y tubería corrugada. La junta de expansión de tipo fuelle es la más usada. El fuelle es el elemento flexible que puede contener una o más corrugaciones. El fuelle se une a la tubería por medio de bridas, o en el casos especiales, se puede soldar directamente a la tubería. Los fuelles suelen ser de materiales muy tenaces debido a que deben ser a la vez delgados, flexibles y resistentes a solicitaciones de fuerzas mecánicas, y a la corrosión o
26
erosión. Los aceros inoxidables y las aleaciones de níquel y de titanio se cuentan entre los materiales habituales para su construcción. El diseño de tuberías con juntas de expansión es complicado y envuelve una cuidadosa selección de la junta a instalar. Las fallas en la junta son habituales y son fruto de un equivocado análisis del comportamiento del sistema (con o sin la junta) y una selección deficiente de la junta a usar. 2.8 VÁLVULAS DE ALIVIO Las válvulas de alivio son usadas en los sistemas de tubería para evitar los problemas causados por un aumento de la presión. Cuando una presión preestablecida es alcanzada, la válvula se abre, permitiendo que una suficiente cantidad de fluido escape del sistema y baje la presión. Esto permite una controlada descarga del fluido al mismo tiempo que se evitan las fallas de los componentes bajo presión. Cuando la válvula de alivio descarga, el fluido ejerce una fuerza de reacción a chorro, la cual es transferida a través del sistema de tuberías. Esta fuerza debe ser resistida por los soportes de la tubería, si la tubería por si misma no es capaz de resistirla internamente. La magnitud de esta fuerza de reacción es usualmente dada por los fabricantes de válvulas. Si este valor no es conocido, se puede calcular fácilmente si la válvula descarga a la atmósfera. Si por el contrario descarga a sistemas cerrados, las condiciones dinámicas que se pueden desarrollar hacen difícil la estimación de la carga. Para válvulas que descargan a la atmósfera, la norma ANSI/ASME B31.1 recomienda el uso de un método para calcular el equivalente estático de la fuerza de descarga. De cualquier forma esta información deberá ser suministrada por el fabricante de las válvulas o por la disciplina de instrumentación.
27
2.9 CONSIDERACIONES SOBRE DISPOSICIÓN GENERAL En la disposición y arreglo de sistemas de tubería para refinerías, deberán tomarse en consideración los siguientes requerimientos: [4] •
Facilidad de operación: Los puntos de operación y control tales como aquellos donde están instalados válvulas, bridas, instrumentos, toma-muestras y drenajes, deberán ser ubicados de modo que esas partes del sistema puedan ser operadas con mínima dificultad.
•
Accesibilidad para mantenimiento: El sistema de tubería deberá ser proyectado de manera tal que cada porción del sistema pueda ser reparado o reemplazado con mínima dificultad. Deben proveerse espacios libres, como por ejemplo, en los cabezales o extremos de los intercambiadores de calor, carcasa y tubos, para permitir la remoción del haz tubular.
•
Economía: Deben llevarse a cabo estudios de ruta de las tuberías, para determinar el trazado económico del sistema. Existe una tendencia frecuente de parte de algunos diseñadores a prever excesiva flexibilidad en los sistemas de tuberías. Esto puede incrementar los costos de material de fabricación más de lo necesario y algunas veces puede conducir a vibraciones excesivas en el sistema.
•
Requerimientos especiales de proceso: Para algunos sistemas de tubería la presión disponible es crítica, de modo que las pérdidas de presión por flujo debido a codos y otros accesorios en la línea deben ser minimizadas. Ampliaciones futuras.
•
Apariencia: El sistema de tubería nuevo deberá proyectarse de forma que armonice físicamente con los sistemas de tuberías existentes, con los equipos y los elementos de infraestructura de la refinería, tales como calles, edificios, etc.
•
Minimizar los extremos: Los extremos muertos y bolsillos en las partes bajas de los sistemas de tubería deben ser evitados en lo posible. Esas partes ocasionan dificultades en el drenaje de los sistemas de tubería. Todos los extremos muertos y bolsillos en las partes bajas del sistema, así como los puntos altos, deben ser provistos de drenajes adecuados.
28
•
Maximizar el uso de soportes existentes: Donde sea posible, la tubería debe tenderse sobre soportes existentes o extendidos de soportes existentes, con el fin de reducir costos de soportería. La capacidad de carga de los soportes existentes debe ser evaluada, para asegurarse de que puede soportar la carga adicional de las tuberías nuevas.
•
Separaciones para expansión térmica: Debe preverse la separación suficiente, entre tuberías adyacentes y entre una tubería y obstrucciones estructurales adyacentes, para tomar en cuenta la libre expansión térmica de la tubería. Las separaciones requeridas deben basarse en las máximas expansiones térmicas diferenciales aun bajo condiciones anormales.
•
Espacios: La Tabla 2.2 indica las separaciones mínimas verticales recomendadas, entre la rasante acabada o parte superior de la placa de piso y el fondo de la tubería, aislamiento o viga de apoyo.
Tabla 2.2: Separaciones Mínimas Verticales Separación Mínima Ubicación Pies/Pulg. mm Sobre vías principales abiertas al tránsito libre (tales como la periferia de los límites del área de unidades de 20 pies 6100 proceso) Dentro de las áreas de unidades de proceso: encima de vías internas provistas para el acceso de equipo de 16 pies 4880 mantenimiento y contra incendio. Debajo de puentes de tubería donde el acceso es: 12 pies 3650 • Requerido para equipos vehiculares • Requerido solamente para equipo de servicio 10 pies 3050 portátil (temporal) Encima de pasarelas y plataformas elevadas
6 pies 9 pulg.
2050
1 pie
300
Debajo de cualquier tubería a bajo nivel y sobre áreas pavimentadas o sin pavimentar
2.10 LINEAMIENTOS ESPECÍFICOS DE ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD Y SOPORTERÍA [1] •
Las líneas aisladas por conservación de calor deben ir sobre zapatas. Diámetros menores de acuerdo a los criterios del proyecto.
29
•
Líneas de aceros aleados, inoxidables o que lleven tratamientos térmicos para alivio de esfuerzos deben utilizar zapatas con abrazaderas.
•
Se deberán dejar al menos 25 mm entre la parte inferior del aislamiento y el punto de apoyo de la zapata, para líneas calientes. Ver tabla de alturas de zapatas del proyecto.
•
Todas las líneas sin aislamiento de diámetro igual o mayor a 18", deberán ser verificadas por aplastamiento y en caso de fallar, se les deberá soldar un refuerzo (bearing plate) o un saddle. Generalmente existen criterios preestablecidos para estas consideraciones.
•
Las tuberías de acero inoxidable no deben hacer contacto con acero al carbono ni con acero galvanizado.
•
Siempre que se tenga una válvula de alivio deberá calcularse la carga. Para la selección de los soportes a utilizar en válvulas de alivio se usará el Manual de Soportes Normalizados de Tuberías, si la carga sobrepasa la permisible del manual se solicitará el soporte a la Disciplina Civil.
•
Los brackets se deben seleccionar del Manual de Soportes Normalizados de Tubería. Para los brackets soldados a equipos se debe llenar el formato normalizado de transmisión de información para la colocación de las placas de distribución por la Disciplina de Equipos. Cada equipo debe tener su propia hoja. Aquellos brackets especiales que no se encuentren en el manual, se reportarán a la Disciplina de Equipos para su diseño.
•
Las líneas de diámetro igual o menor a 2” no serán soportadas en planos de planta, ya que esto será responsabilidad del contratista en campo, a excepción de los casos listados a continuación, en donde los soportes que requieran las líneas serán responsabilidad del grupo de flexibilidad y soportería: 1. Líneas conectadas a torres o que requieran clips en equipos. 2. Líneas criogénicas. 3. Líneas de material plástico. 4. Líneas con altas temperaturas de operación o flexibilidad (400 °C o más). 5. Stops y guías requeridos en pipe-racks.
30
6. Líneas que tengan análisis de flexibilidad o que hayan sido consideradas como críticas (líneas que hayan sido conectadas a intercambiadores con grandes desplazamientos). Sin embargo, aun cuando la soportería de las líneas menores sea responsabilidad del contratista, el grupo de flexibilidad debe verificar la soportabilidad de las mismas. Esto significa que si están a más de un metro del piso, deben estar lo suficientemente cerca de una estructura o de una línea de mayor diámetro, de tal manera que puedan soportarse adecuadamente. En aquellos casos en donde el apoyo de la tubería sea con resortes y la carga de prueba hidrostática sea mayor o igual a 2.5 veces la carga de operación del resorte, debe especificarse en el plano de planta un “Soporte temporal para prueba hidrostática”, así como la carga y su diseño, la construcción e instalación será responsabilidad del contratista en campo. En aquellos casos en los que el desplazamiento vertical de un resorte sea menor o igual a 3 mm, el mismo se debe reemplazar por un soporte ajustable, a excepción de líneas conectadas a compresores u otras líneas consideradas como críticas dentro del proyecto. Se debe verificar que la longitud de la zapata es suficiente para que, una vez que la línea se desplace en operación, permanezca apoyada en el soporte. Esto es especialmente importante en líneas a bajas o altas temperaturas en puentes de tuberías o sobre durmientes. 2.11 ESTÁNDARES DE SOPORTERÍA Un estándar es un documento técnico generado por el grupo de flexibilidad de un proyecto determinado, en el cual se especifican los criterios de soportería, materiales que se usarán en la fabricación de soportes, nomenclatura usada, detalles típicos, etc.
31
Generalmente este documento se subdivide en dos partes. Una parte se refiere a Small Bore, es decir, tuberías menores o iguales a dos (2) pulgadas de diámetro nominal, y la otra parte a Large Bore ó tuberías mayores de dos (2) pulgadas de diámetro nominal. La causa de esta subdivisión radica en que las tuberías small bore generalmente son construidas en campo, mientras que los spools de large bore son prefabricados en talleres distantes al sitio de instalación. Esta especificación indica las aplicaciones de diseño, presentación de dibujo y detalles de fabricación de los soportes de tuberías. La soportería se hará de acuerdo al Manual de Soportes Normalizados de Tubería del proyecto. En caso de estar fuera del rango establecido en el soporte, se podrán hacer los cálculos pertinentes y se incluirá en la Copia Maestra del Manual de Soportes Normalizados de Tubería del Proyecto. Aquellos soportes que no se encuentren en el Manual de Soportes Normalizados de Tuberías se nombrarán de acuerdo al código establecido en el mismo y se incluirán con su respectivo respaldo. En el caso de que un soporte requerido se salga del estándar, bien sea por su configuración, elevadas cargas o grandes dimensiones, el mismo deberá ser requerido a la Disciplina Civil. 2.12 DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERÍAS 2.12.1 CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO DE SOPORTES Los criterios generales de diseño de soportes para sistemas de tuberías se especifican en la norma PDVSA # HG-251
[5]
, donde se hace referencia a materiales de
construcción, soportes de resortes, durmientes y muelles de soporte a nivel de suelo. De igual modo, se proporcionan ciertos lineamientos relacionados con la construcción en el área de trabajo. 2.12.2 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
32
soportes. El diseño no será completo si el ingeniero no tiene la oportunidad de revisar la siguiente información: •
Especificación del soporte, cuando sea disponible
•
Un señalamiento completo de tuberías
•
Un señalamiento completo de estructuras
•
Una especificación apropiada de tuberías y datos que incluyan: tamaño de la tubería, material, espesor de pared, temperaturas y presiones de diseño y 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.
2.12.3 LOCALIZACIÓN INICIAL DE SOPORTES 2.12.3.1
Consieraciones generales:
Para la localización inicial de los soportes, en los distintos sistemas de tuberías, se deben tomar en cuenta las siguientes indicaciones: •
Los soportes de tubería deben ser instalados lo más cercano posible a cargas concentradas como válvulas, bridas, etc.
•
La localización de soportes no debe interferir con los requerimientos de mantenimiento. Desde el punto de vista de esfuerzos en tuberías y por economía, el mejor lugar para colocar un soporte es instalándolo directamente en el equipo; sin embargo esta localización puede ofrecer dificultades por las restricciones causadas a los componentes del equipo, restricciones en su configuración, los requerimientos del fabricante del equipo o necesidades de espacio para su operación o mantenimiento.
•
Tanto para el ruteo de las tuberías como para la localización de sus soportes, se debe tomar en cuenta o consultar toda la información disponible y planos generados por las demás disciplinas, para evitar interferencias con los 33
requerimientos de espacio de electricidad, instrumentación y control, equipos mecánicos y de estructuras futuras o existentes. •
Cuando exista un cambio de dirección en el plano horizontal, se puede utilizar ¾ del espaciamiento mostrado en las tablas de espaciamiento entre apoyos (tablas de span), esto promueve la estabilidad y reduce las cargas excéntricas. También se pueden usar como referencia los valores mostrados en la norma PDVSA, de acuerdo a la configuración de la tubería. [6]
•
Los espaciamientos entre apoyos no aplican en secciones verticales de tubería porque ningún momento y casi ningún esfuerzo se desarrollará por la gravedad. La norma PDVSA trata los espaciamientos en líneas verticales (ver Tabla 2.3). [7] Tabla 2.3: Espaciamiento entre guías para tuberías verticales.
Distancias en metros Espesor máximo de 2 ½ pulgadas.
•
La localización de los soportes y su número dependen del largo de la tubería y la distribución del peso de la tubería en las estructuras de soporte en los distintos niveles de altura. Es recomendable que al menos un soporte que sostenga a la tubería sea colocado en la mitad superior de la sección vertical para tuberías largas, esto es para prevenir el pandeo por las fuerzas de compresión y evitar la inestabilidad resultante que pueda provocar el volcamiento de la tubería por su propio peso. 34
•
Para las líneas horizontales, las guías deben colocarse en secciones largas de tuberías para evitar grandes deformaciones y los movimientos excesivos de la tubería por efectos como los del viento (ver tabla 2.4). [8] Tabla 2.4: Espaciamiento entre Racks.
•
Los soportes deben ser localizados cerca de estructuras existentes de acero para maximizar la facilidad de diseño y construcción, y minimizar las cantidades suplementarias de acero, necesario para transmitir las cargas a las estructuras metálicas nuevas y al piso. En el ruteo de la tubería se debe considerar este punto.
•
Sistemas de tuberías de vapor que van a ser sometidos a pruebas hidrostáticas deben ser chequeados con el peso del agua para ver si se necesitan más soportes adicionales (temporales o en el peor de los casos, permanentes) de los que se requieren con el peso del vapor.
•
Casi siempre es preferible reducir el espaciamiento entre soportes donde sea necesario simplificar el diseño y utilizar las estructuras de soporte disponibles (por ejemplo en un pipe-rack), que tomar plena ventaja del espaciamiento máximo permisible y verse forzado a adicionar nuevas estructuras de soporte a las estructuras civiles y de acero, disponibles o existentes.
35
•
La localización de soportes se debe hacer con cuidado, ya que una vez que el análisis de la tubería haya sido completado, ningún soporte podrá ser reubicado 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
2.12.3.2
Consideraciones particulares
Las consideraciones básicas al momento de diseñar los arreglos y la soportería de las líneas de un equipo o recipiente son: mantener los momentos y las fuerzas en la boquilla por debajo de los admisibles; facilitar la instalación, la alineación y el mantenimiento del equipo. El arreglo de líneas y soportes debe poder acomodarse o absorber las expansiones y/o contracciones de los equipos o recipientes a los cuales está conectado; y por último el diseño debe ser lo más ordenado y simple posible. [1] •
Equipos Rotativos Centrífugos
a) Bombas: Se recomienda colocar resortes lo más cerca posible de la boquilla y a una distancia no mayor de la mostrada en la Tabla 2.5. Los resortes podrán sustituirse por soportes ajustables cuando el desplazamiento vertical sea menor o igual a 3 mm, dependiendo de la criticidad del equipo o de requerimientos específicos del proyecto. Tabla 2.5: Distancia Máxima entre Boquilla y Primer Soporte.
DIÁMETRO 2" 3" 4" 6" 8" 10" 12" 14" 16" 18" 20" 24"
DISTANCIA (mm) 300 450 500 650 700 800 850 900 950 1000 1100 1200
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b) Requerimientos de soportes en turbinas de vapor: Debido a las altas temperaturas de trabajo de estos equipos, usualmente se utilizan resortes en la línea de entrada, salida y extracciones de vapor, para reducir las fuerzas en las boquillas y permitir los movimientos térmicos de éstas, manteniendo las cargas por debajo de los admisibles. Para la realización del estudio flexibilidad con un software se deben calcular previamente todos los movimientos de las conexiones de la turbina. Frecuentemente en turbinas de vapor de gran tamaño el vendedor provee un resorte directamente debajo de la válvula de entrada al gobernador; en otros casos hacen referencia a ese resorte pero no lo suplen, por lo que es responsabilidad del grupo de diseño la colocación de dicho resorte. Se deben colocar stops en las líneas de suministro y descarga de vapor para eliminar la transmisión de movimientos de las tuberías. Usualmente la soportería de las turbinas de vapor es similar a las de las bombas centrífugas que operan a altas temperaturas. c) Requerimientos de soportes en compresores: Cada línea debe tener un stop en el punto donde la diferencia de expansión térmica con el compresor sea la mínima (puede coincidir con el punto de anclaje del compresor), pero no tiene que ser necesariamente un apoyo. Este stop debe ser colocado después de que la tubería ha sido conectada al compresor y esto debe ser indicado en una nota en el plano de soportería. Los primeros dos soportes más cercanos al compresor deberán ser resortes, no sólo para compensar expansiones térmicas, sino para facilitar la alineación de la tubería del compresor. El resorte más alejado de la boquilla podrá sustituirse por un soporte ajustable, en los casos en los que el desplazamiento sea menor o igual a 3 mm, y no exista otro requerimiento especial en el proyecto.
37
•
Equipos Rotativos Reciprocantes.
Por lo particular de su diseño y fabricación los arreglos de tuberías y soportería se deben hacer con mucho cuidado, siguiendo las recomendaciones de los fabricantes y de las normas de fabricación aplicables, o en su defecto, de la norma API correspondiente. Una consideración especial para estos equipos es el estudio de los efectos dinámicos que las vibraciones o las pulsaciones pueden tener sobre el sistema de tuberías. a) Recipientes Horizontales y Verticales: El grupo de flexibilidad es el responsable de la ubicación de soportes y guías de las líneas en equipos horizontales y verticales. El grupo de recipientes es el responsable del diseño de los clips y/o planchas, pero en base a las cargas y a la definición del tipo de soporte hecho por el grupo de flexibilidad. Los clips y planchas son los accesorios soldados al recipiente a los cuales se les sueldan o apernan los soportes. Esto con el fin de evitar que el soporte sea soldado directamente al cuerpo del equipo y no afectar la garantía del fabricante o estampe ASME. Los soportes para equipos deben ser seleccionados del Estándar del Proyecto a menos que se supere la capacidad de los mismos. La elevación requerida de los soportes y cualquier elemento estructural especial necesario debe ser anotado junto con la denominación estándar del soporte. Si el soporte estándar no es aplicable debido a su capacidad para la carga, entonces debe ser un soporte especial, el cual debe ser definido para sus cargas, con la elevación, las dimensiones y nombres de sus perfiles y estructuras. Los soportes de las líneas deben ser ubicados lo más cerca posible de la boquilla del equipo, de manera de minimizar los esfuerzos y reacciones en la misma. Esta ubicación puede estar definida por la separación entre la línea de soldadura y el clip o plancha requerido para el soporte, o por la configuración de la tubería, como puede ser la existencia de un codo, o por la ubicación posible del trunnion, cartela o zapata en la tubería. En la configuración de la tubería y los soportes se deben chequear sus posibles interferencias tanto con las demás instalaciones y plataformas, como con los otros clips o planchas, plataformas, soldaduras del recipiente o accesorios, etc. En caso de líneas calientes con aislamiento, éste será cortado para dejar libre el bracket. En caso de las líneas frías no se permite el corte del aislamiento. 38
La información requerida por el grupo encargado del diseño de recipientes puede ser suministrada a equipos utilizando un formato normalizado para tal fin que incluya: Cargas Sobre Boquillas de Equipos y Ubicación de Cargas Sobre Soportes. 2.12.4 CÁLCULOS MOVIMIENTOS TÉRMICOS DE LA TUBERÍA El primer paso en el diseño de soportes de tuberías involucra el cálculo de la expansión térmica de la tubería en cada soporte localizado. La manera más económica de seleccionar el tipo de soporte apropiado es tomar como criterios de diseño la cantidad de movimiento y la carga que se requiera soportar. El cálculo de deflexiones y expansiones (desplazamientos) en tuberías se puede realizar manualmente o con el uso de herramientas computacionales destinadas para tal fin. Realizar estos cálculos manualmente implica un estudio altamente complicado del sistema, conllevando a su vez a un gasto de tiempo innecesario si se cuentan con sistemas computarizados que puedan calcularlas eficientemente. Los cálculos de movimientos en tuberías se sugiere sean hechos con apoyo del sistema CAESAR II®; el cual con un alto grado de precisión, determina los desplazamientos y rotaciones que se generan en el sistema, producto de expansiones térmicas o esfuerzos de presión. Después de establecer los puntos de anclajes y soportes de la tubería, se simulan los puntos de soportes en una "corrida" del programa CAESAR II®. Los desplazamientos calculados por el sistema CAESAR II® serán utilizados para seleccionar el tipo de soporte a utilizar en cada punto de sustentación. 2.12.5 CÁLCULOS DE CARGAS EN LOS SOPORTES Las expansiones térmicas de tubería en instalaciones modernas con altas presiones y temperaturas de operación, hacen necesario para el diseñador, especificar soportes flexibles, para lo cual se requiere un cálculo preciso para determinar la carga a considerar para el soporte. Un sistema de suspensión bien balanceado dará como resultado valores aproximadamente iguales de las cargas en los hangers y soportes, siempre y cuando toda
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la tubería sea del mismo tamaño y no hayan cargas altamente concentradas ubicadas cerca de un soporte o colgante. Donde hayan cargas concentradas dentro del sistema, las cargas en los soportes y hangers adyacentes serán correspondientemente mayores. Las siguientes cargas deben ser consideradas en los cálculos de diseño para soportes: •
Peso de la tubería y el aislamiento, sólo donde sea especificado.
•
Peso de los fluidos contenidos en la línea, basado en agua o el fluido contenido; el que sea mayor. Cuando las líneas no son probadas hidrostáticamente, el peso del contenido de la línea puede ser basado sólo en los fluidos contenidos.
•
Las cargas laterales ocasionadas por el movimiento de la línea o soportes. El cálculo de las cargas de diseño para soportes puede determinarse por los
métodos usuales de la estática. Obviamente, esto requiere que primero se seleccionen todas las ubicaciones de los soportes para la línea en consideración. Hay métodos de cálculo con calculadoras manuales, sin embargo, son tediosos cuando involucran configuraciones complejas de tubería. Cuando se presenta esta situación o para el caso de una tubería pegada a un equipo capaz de absorber cargas, se sugiere usar los programas de computación de flexibilidad en tuberías que existen, para determinar todas las reacciones de carga en los soportes. El sistema CAESAR II® proporciona la herramienta necesaria para calcular las cargas estáticas que actúan en todas las direcciones en un punto especificado en el sistema de tuberías; por lo tanto, se pueden determinar con un alto grado de exactitud las cargas que se presenten en los puntos de soporte. Las cargas sobre los soportes calculados y mostrados por el sistema CAESAR II® serán utilizadas para determinar la capacidad y la dimensión de los soportes a seleccionar.
40
2.13
SELECCIÓN Y TIPOS DE SOPORTES
2.13.1 SOPORTES FLEXIBLES Cuando una tubería lineal se desplaza verticalmente como resultado de la expansión térmica, es necesario proveer soportes flexibles. Los soportes flexibles se subdividen en dos tipos: de carga constante y de carga variable. [9] a. Soportes flexibles de carga constante: Proveen una fuerza constante de apoyo, aunque el mismo esté al máximo rango de la expansión y contracción vertical. Esto es logrado con el uso de un resorte helicoidal trabajando en conjunto con un codo de palanca, de tal manera que la fuerza del resorte, multiplicada por la distancia del brazo pivote se iguale siempre a la carga de la tubería multiplicada por la distancia a la palanca pivote. Debido a que su efecto de soporte es constante, éstos son usados donde se desea prevenir transferencia de cargas de peso a equipos conectados o a soportes adyacentes. En consecuencia, generalmente se usan para soportar sistemas de tuberías críticas. En las Figuras 2.1 y 2.2 se puede observar el mecanismo de funcionamiento de este tipo de soportes además de otros modelos.
Figura 2.1: Idea básica del mecanismo de un soporte flexible de carga constante.
Figura 2.2: Soportes colgantes de carga constante.
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b. Soportes flexibles de carga variable: Son usados para tuberías sujetas a movimientos verticales donde los soportes flexibles de carga constante no aplican. La característica inherente de un soporte de carga variable es que la fuerza sustentadora varía con la deflexión del resorte y con la escala del mismo, por lo tanto, la expansión vertical de la tubería causa una correspondiente tracción o compresión en el resorte y causará un cambio en el efecto de sustentación actual del soporte. La variación de la carga es igual al producto de la deflexión vertical y la constante del resorte. Puesto que el peso de la tubería es el mismo durante cualquier condición, en frío o en operación, la variación en la carga conlleva a la transferencia del peso de la tubería a equipos y soportes adyacentes y por consecuencia se generan esfuerzos adicionales en el sistema de tuberías. Cuando un soporte flexible de carga variable es usado, el efecto de esta variación debe se considerado. Los soportes flexibles de carga variable son para uso general, en sistemas de tuberías no críticas y donde el movimiento vertical es de pequeña magnitud con respecto a la criticidad del sistema. Se considera práctico limitar la variación de la fuerza sustentadora a un 25% para sistemas críticos sobre tuberías horizontales (ver Figura 2.3).
Figura 2.3: Soportes flexibles de carga variable.
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2.13.2 SOPORTES RÍGIDOS Son normalmente usados en puntos donde no ocurren movimientos verticales de la tubería. Las consideraciones de diseño para un soporte rígido son: la temperatura de la tubería, para seleccionar el material de la abrazadera y la carga para seleccionar los componentes adecuados para el peso de la tubería implicada. En algunas instancias, el soporte rígido además de ser usado como soporte del peso de la tubería, es también adecuado como una restricción del movimiento vertical de la tubería. En estos casos el ingeniero debe ejecutar con sumo cuidado la localización de los soportes rígidos y la carga de diseño que se use para seleccionar los componentes adecuados.
Figura 2.4: Montajes típicos de soportes rígidos.
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La instalación indiscriminada de algún restrictor sobre un sistema de tubería, podría alterar los esfuerzos y reacciones en la tubería de manera severa, cambiando el diseño del sistema a uno en el cual se exceden los límites de un buen diseño. Es por ello que se deben revisar los valores generados por la instalación de estos soportes durante el cálculo de los esfuerzos y reacciones, para que no sobrepasen los permisibles recomendados por los códigos ANSI/ASME para el diseño de tuberías. Varios tipos de arreglos catalogados como soportes rígidos son mostrados en la Figura 2.4. Trunnion: Se coloca cuando existe la posibilidad de apoyar la tubería en dos puntos, es un soporte soldado que fija la tubería (ver Figuras 2.5 y 2.6). En la mayoría de los casos, los trunnions no van anclados o apernados al piso o estructuras, algunas excepciones a esta regla son: 1. Líneas sometidas a vibraciones o servicios pulsantes. 2. Cuando el trunnion sea un anclaje por requerimientos del análisis de flexibilidad. 3. Uno de los trunnions en las estaciones de control o en pequeñas bombas en línea deban estar ancladas para mantener las tuberías en su lugar. 4. Un trunnion vertical que soporta una línea descargando a la atmósfera, como por ejemplo una línea de venteo.
Figura 2.5: Soporte tipo Trunnion.
Figura 2.6: Trunnion en codo.
Del mismo modo, los componentes de fijación de un soporte o de cualquier montaje para restricción son dispositivos que usualmente introducen esfuerzos en la pared de la
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tubería como resultado de las cargas estructurales que los mismos transmiten y de las pérdidas de calor localizadas y los gradientes térmicos que las causan. Los sistemas de tuberías son inherentemente susceptibles a los cambios de posición y distorsiones, de manera que los fijadores deben proveer un margen de espacio y resistencia mayor al rango normal de diseño para componentes lateralmente cargados. Estos elementos de sujeción se clasifican en dos grandes grupos: fijadores o arreglos integrales y no integrales. Los fijadores no integrales incluyen los tipos de detalles a través de los cuales las reacciones entre la tubería y la estructura del soporte es distribuida por contacto. En algunos casos son usados en conjunto en configuraciones de cargas críticas. En la Figura 2.7 se muestra una serie de dispositivos que conforman este grupo y entre los cuales sobresalen las abrazaderas (clamps), los asientos o sillas (cradles o saddles) y las abrazaderas de horquilla o de anillo (clevises y slings, respectivamente). Para líneas verticales el clamp resulta apropiado, aún así, frecuentemente es necesario soldarlo, tener proyecciones en la tubería o localizarlo bajo bridas para prevenir desprendimiento. Por su parte, los asientos son usados como soportes sobre los que descansa la tubería y siempre que estén dispuestos con un contacto mayor o igual a 180° contribuirán a minimizar los esfuerzos de flexión. La ventaja de este tipo de elementos es que su fabricación y obtención es totalmente independiente de la tubería y la simplificación de los detalles del sistema y reducción de costos son consecuencias de la libertad de su localización. En cambio, su inconveniente es que en aplicaciones que incluyen el soporte de tuberías verticales y en restricciones, no pueden mantener su efectividad a elevadas temperaturas puesto que la compresión inicial disminuye rápidamente.
45
Figura 2.7: Arreglos típicos no integrales.
Los fijadores o arreglos integrales suelen ser usados en líneas que operan a altas temperaturas y cargas relativamente grandes y como restricciones dependiendo de la configuración dispuesta. El recurso más simple de integración es el uso de puntos o filetes soldados en el borde de las abrazaderas o asientos. Sin embargo tales soldaduras pueden estar sujetas a fallas a menos que las partes posean características de expansión similares, sean fuertemente unidas y soldadas adecuadamente. A este grupo pertenecen las orejas (ears o lugs), las zapatas (shoes), los trunnions y aquellos elementos mostrados en la Figura 2.8. Las orejas están perpendicularmente dispuestas sobre la superficie del tubo por lo que transmiten gran cantidad de flexión a la pared del mismo, sin embargo, cuando son ubicadas en el eje vertical de un codo una componente razonable de la carga es tangencial a su superficie. Están limitadas a cargas unidireccionales, pero pueden ser diseñadas para cargas laterales en su plano.
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Figura 2.8: Arreglos típicos integrales.
Al no estar la tubería fuertemente aislada, los arreglos de orejas de secciones planas quedan sujetos a distorsiones bajo altas temperaturas de servicios, lo que obliga a no disponer de los mismos. Las zapatas transmiten cargas a través de una o más planchas de alma que a menudo son soldadas intermitentemente o sólo al final. Los demás soportes de este tipo, entre ellos los Skirts, ofrecen la mejor aproximación para la introducción de carga axial en la tubería puesto que se logra su distribución alrededor de toda la circunferencia. Igualmente, cuando los soportes estructurales sean localizados sobre recipientes u otros equipos donde se puedan producir cambios dimensionales debido a la expansión, los mismos deben ser diseñados tomando en consideración dicha expansión, con el propósito de evitar restricciones innecesarias y los esfuerzos que éstas generan. En efecto, la Figura 2.9a muestra un miembro en voladizo unido a un recipiente por medio de un clip de suficiente longitud de modo que la carga sea distribuida en la mayor parte de la superficie.
47
(a)
(b)
(c)
Figura 2.9 Soportes tipo repisa (bracket) para apoyar la tubería de un recipiente.
Para cargas más pesadas se añade un brazo inclinado de la misma forma que en el arreglo anterior para obtener la configuración mostrada en la Figura 2.9b, la cual es recomendada para temperaturas de operación que no sobrepasen los 650°F. Para temperaturas más elevadas se emplea el soporte de la Figura 2.9c.
Figura 2.10: Estructuras de soporte o columnas.
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Las estructuras de soporte individual elevadas son simples columnas que se usan para sostener múltiples líneas (tal como se observa en la Figura 2.10), pero en la mayoría de los casos pueden estar limitadas a tuberías de pequeño diámetro. Generalmente son de concreto y de simple durmiente o de contorno de silla. 2.13.3 SOPORTES COLGANTES Se usan para soportar el peso de sistemas de tuberías además de alguna carga vertical extra o sobrepuesta. Si se encuentran colocados por encima (suspendidos de alguna estructura) se denominan colgantes y si están por debajo se denominan soportes. Los colgantes o soportes a su vez se clasifican en: [4] •
Colgantes rígidos: Principalmente usados en puntos libres de desplazamiento vertical. Eliminan la fricción entre la tubería y el soporte, son limitados en el rango de movimiento en proporción a su longitud y requieren armaduras de apoyo más grandes. En la Figura 2.11 se ilustran varios modelos de colgantes.
Figura 2.11: Soportes colgantes.
•
Amortiguadores de resorte: Se recomiendan para puntos con desplazamientos menores a 2" (50.8 mm) en servicios no críticos (ver Figura 2.12).
49
Figura 2.12: Soportes colgantes con amortiguador.
•
Colgantes de carga variable: Son ideales para sitios con desplazamientos mayores a 2" (50.8 mm). Soportes de este tipo se observan en la Figura 2.13.
Figura 2.13: Soportes colgantes de carga variable.
•
Colgantes o soportes de carga constante: Para puntos con desplazamiento vertical en servicios críticos.
2.13.4 RESTRICCIONES Para restringir o limitar el movimiento de sistemas de tuberías debido a expansión térmica. Las restricciones se clasifican en: •
Anclajes: Para fijar completamente la tubería en ciertos puntos. Es de notar que se pueden controlar los esfuerzos producidos por la expansión térmica mediante la adición de anclajes intermedios. De igual forma, existen casos en los que la completa fijación podría resultar innecesaria (como cuando se quiere limitar el desplazamiento en algún punto en una dirección determinada), si esto sucede es recomendable el uso de juntas de expansión para hacer más flexible el sistema.
•
Stops: Garantizan la rotación pero previenen el movimiento de traslación en al menos una dirección a lo largo del eje deseado. Si el movimiento es restringido en 50
ambas direcciones a lo largo del mismo eje, se prefiere usar el término stop doble actuante para nombrarlo. Algunos soportes tipo stop se pueden observar en la Figura 2.14.
Figura 2.14: Soportes deslizantes tipo stops.
•
Stops de dos ejes: A diferencia del anterior, previene el movimiento de traslación en una sola dirección en dos ejes. Asimismo, el stop de dos ejes doble actuante evita el movimiento en el plano de los ejes en cuestión, permitiéndolo en el eje perpendicular a dicho plano; un claro ejemplo lo constituye el arreglo mostrado en la Figura 2.15.
Figura 2.15: Dispositivo que funciona como guía y como stop de dos ejes doble-actuante.
51
•
Stop límite: Evita que la tubería se corra una cantidad limitada en una dirección de un eje determinado.
•
Guías: Para permitir desplazamientos en una dirección específica. En algunos casos también son usadas para impedir la rotación alrededor de un eje determinado debido a momentos torsionales.
•
Amortiguadores: Para limitar el movimiento de la tubería debido a fuerzas diferentes al peso y a la expansión térmica. a. Controladores de vibraciones: Para prevenir o disminuir vibraciones. b. Amortiguadores hidráulicos o mecánicos: Para suprimir el movimiento debido a terremotos o golpes de ariete, sin restringir la expansión térmica, como el de la Figura 2.16.
Figura 2.16: Soporte de rodillo con amortiguador.
En la Figura 2.17 se muestra una serie de arreglos básicos de restricciones los cuales son usadas como restricciones simple-actuante (barras de tensión o tie rods) y dobleactuante (apoyos articulados o jointed struts), siempre y cuando que se disponga de espacio suficiente para proporcionar una longitud de brazo adecuada de manera que no ocurra una mala fijación. Son de baja resistencia de contacto y sólo es conveniente emplearlas como restricciones cuando en un punto existe una carga constante.
52
Figura 2.17: Stops típicos con barras de tensión y apoyos articulados.
Por otra parte, se puede obtener un soporte de carga constante con el simple uso de un contrapeso; de hecho, resulta práctico usar un peso equivalente al peso de la tubería en conjunto con un mecanismo que permita tanto multiplicar como invertir la fuerza debida al peso. Existen dos diseños bastante prácticos: el tipo palanca-polea (en la parte superior de la Figura 2.18) y el tipo cable (en la parte inferior de la misma figura). Son usados principalmente para cargas grandes o aplicaciones de carrera larga. El tipo cable permite mayor libertad al momento de colocar el contrapeso con relación al tipo polea debido a la eliminación de la viga, sin embargo involucra un mantenimiento ligeramente más profundo.
53
Figura 2.18: Contrapesos.
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CAPÍTULO 3
ELABORACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTES Para llevar a cabo la ejecución del estándar de soportes de las Empresas Y&V se siguieron los pasos descritos a continuación: 3.1
Recopilación de información Fue el paso inicial hacia la consecución del objetivo propuesto y consistió en
hacer una revisión de todos los documentos existentes relacionados con el tema estudiado de los cuales se obtuvo la mayoría de los conceptos básicos asociados así como también el procedimiento de elaboración del trabajo (ver Figura 3.1). También fueron estudiados otros estándares entre los cuales sobresalen los de las empresas Snamprogetti, Fluor y CPO (Consorcio Petro Orinoco), con el objeto de analizar las ventajas y desventajas de los mismos e identificar los diseños típicos de soportes y detalles de tuberías. De igual forma, se consultaron las normas PDVSA, principal cliente de la empresa, y las normas ANSI/ASME sobre el análisis de flexibilidad y soportería en sistemas de tuberías para establecer los parámetros de diseño, fabricación y uso de los soportes. 3.2
Unificación de estándares Luego de revisar y compilar la documentación disponible se procedió a la
elaboración del estándar: •
En primer lugar, se tomaron los soportes de proyectos realizados por la empresa con anterioridad, se les hizo las modificaciones necesarias en cuanto a materiales de fabricación y cumplimiento de especificaciones y se llevaron al formato de la empresa. 55
Metodología para la elaboración de Estándares de Soportería Inicio
Revisar alcance y documentos existentes del proyecto -Materiales -Fabricación -Campo Incluir notas generales en concordancia a especificaciones y normas Tipos: -Apoyo simple -Anclajes -Guías -Stops -Antivibratorio -Zapatas -Espárragos U -Slite Plates ó Placa deslizante -Trunions (horizontales y verticales) -Resortes -Cristos -Ajustables -Barras, etc.
- Documentos de referencia -Criterios de diseño apra tuberías -Lineamientos y criterios de flexiblilidad -Especificaciones de diseño -Manual de soportes normalizados -Especificación de manuales de tubería
Presentación de: -Aplicaciones de diseño - Presentación de dibujo - Detalles de fabricación
Cálculo de cargas admisibles en soportes
Definir responsabilidades de fabricación de soportes
-Contratista -Cliente -Vendedor
Aplicar lista de chequeo C-MT-14L
Fin
Figura 3.1: Flujograma de elaboración de Estándares de Soportería.
•
Los soportes de otros estándares fueron debidamente revisados y se les agregó y/o eliminó ciertas notas y comentarios con el propósito de facilitar su comprensión. 56
Los mismos fueron dibujados en el formato de Y&V haciendo uso del software AutoCad® 2006.[11] •
Posteriormente se clasificaron en grupos de acuerdo a su configuración y utilidad y se procedió al cálculo de las cargas nominales o admisibles de dichos soportes a través del uso de diversos métodos de análisis producto de la gran variedad de configuraciones y arreglos. Cabe destacar que por políticas de la empresa el cálculo de la carga en soportes es realizado por la Disciplina de Estructuras, sin embargo el ingeniero mecánico debe estar al tanto del diseño de los mismos debido a la interacción directa entre tubería y soporte. En el apéndice A se muestran varios ejemplos de estos cálculos de carga admisible en soportes realizados específicamente para complementar este trabajo.
3.3
Estructuración y características del estándar El estándar se ordenó por grupos constituidos por soportes de características
similares como por ejemplo: anclajes, guías, zapatas, entre otros. Al principio de cada grupo se colocó una hoja que contiene todos los soportes que lo conforman, así como el rango de diámetros de tuberías para los cuales se recomiendan o aplican; igualmente aparece una serie de notas generales que aplican para todos los soportes del grupo como nomenclatura, representación del soporte en los isométricos, etc. En la Figura 3.2 se puede apreciar un ejemplo representativo del modelo de las hojas iniciales de cada grupo. Por otra parte, la hoja del soporte contiene el dibujo debidamente acotado y con la información necesaria para su fabricación, además de una tabla con la descripción de los elementos que lo conforman, la carga máxima permisible en la dirección de mayor interés y una lista de acotaciones específicas del soporte. De igual forma, la hoja indica el tipo de perfil con que se está trabajando, es decir, si se está usando un perfil europeo, nacional o americano (ver Figura 3.3).
57
Figura 3.2: Hoja inicial del grupo de soportes de anclajes direccionales.
58
Figura 3.3: Anclaje direccional DAS2
En la Figura 3.1 se pudo observar en forma resumida la metodología empleada en la elaboración del estándar de soportería. La Lista de Chequeo a la cual se hace referencia al final del flujograma, está constituida por una serie de requisitos que debe cumplir un documento para ser aprobado por la empresa, en las páginas siguientes se
59
encuentra la versión actualizada de la lista de chequeo que rige la elaboración de estándares de soportería en esta empresa (ver tabla 3.1). Tabla 3.1: Lista de Chequeo.
LISTA DE CHEQUEO ESTÁNDARES DE SOPORTERÍA DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA: PUNTOS DE VERIFICACION
ITEM
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4
PROYECTO Nº:
Contenido. Formato normalizado según requerimientos del proyecto, (logos, Nombre del proyecto, Nº del Proyecto, Revisión, Páginas) Título del Documento. Número de Documento. Control de revisiones (descripción del cambio, iniciales, firmas y fechas correspondientes a la elaboración, revisión y aprobación) Documentos de Referencia. Documentos Anexos. Nombre del cliente. Nombre del archivo electrónico. Índice o Tabla de Contenido. Todas las páginas están numeradas. Objetivo del documento. Alcance del documento. Aspectos Técnicos. Verificación contra Criterios de Diseño para Tuberías. Verificación contra Criterios de Flexibilidad Verificación contra Especificaciones de Diseño
Verificación contra Lineamientos de Flexibilidad 60
SI
NO N/A
PUNTOS DE VERIFICACION
ITEM
SI
NO N/A
Requerimientos del cliente
2.5
Fabricación de soportes (Contratista, Cliente, Vendedor)
2.6
Aplicación de Diseño, Presentación de Dibujo y detalles de Fabricación de: (Apoyos simples, Anclajes, Guías, Stops, Soportes Antivibratorios, Zapatas, Espárragos U)
2.7
OBSERVACIONES:
NOTAS: 1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado. 2. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítem. 3. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos verificados. REVISADO POR: APROBADO POR: Nombre: Nombre: Firma:
3.4
Fecha:
Firma:
Fecha:
Resultados Se llevó a cabo una amplia recopilación de información producto de la revisión
bibliográfica de documentos y estándares, a partir de los cuales se logró reunir una variada gama de soportes, 138 en total. Estos fueron clasificados en 23 grupos y se les calculó la carga admisible a un total de 28 soportes pertenecientes en su mayoría a guías y anclajes.
61
Estos grupos se especifican a continuación: •
Anclajes.
•
Anclajes tipo base y anclajes base direccionales.
•
Guías base.
•
Abrazadera apernada.
•
Soportes base.
•
Anclajes Direccionales.
•
Soportes Dummy.
•
Soportes Flange.
•
Soportes Estructurales y Ajustables.
•
Guías Horizontales y Guías de Pernos-U.
•
Soportes para tuberías de fibra de vidrio.
•
Soportes Gusset.
•
Soportes Colgantes.
•
Planchas protectoras (Pads).
•
Soportes Pick-up.
•
Zapatas.
•
Planchas rigidizadoras.
•
Soportes Trunions y abrazaderas.
•
Placa deslizante.
•
Guías Bracket.
•
Soportes Bracket (para apoyar de equipos).
•
Agarraderos soldadas.
•
Extensiones de válvulas. En el apéndice B se muestra parte del Estándar de las Empresas Y&V, en éste
aparece específicamente un grupo de soportes que no requiere cálculo de cargas, es decir, aquellos que están totalmente terminados como lo son los anclajes y en el mismo se podrá observar con mayor detalle la versión final del catálogo y cómo está estructurado y ordenado.
62
CAPÍTULO 4
APLICACIÓN DEL ESTÁNDAR DE SOPORTES En este capítulo se describe una breve metodología para el cálculo y selección de soportes para apoyar líneas de sistemas de tuberías considerando solamente el peso propio de la línea llena de agua. Esto ofrece una gran ventaja al momento de que las empresas hacen la oferta de un determinado proyecto y constituye el método de ejecución de dicho proyecto en la fase de ingeniería básica en la que sólo se quiere tener un estimado del costo del trabajo que se va a realizar y de las horas hombre requeridas. El siguiente ejemplo constituye un ejercicio real de soporte de líneas perteneciente a un proyecto de Empresas Y&V. Inicialmente, en el Apéndice D se dispone del isométrico de la línea a soportar, en el plano se encuentra toda la información necesaria para llevar a cabo el soporte del tramo de tubería, es decir, temperatura y presión de diseño, diámetros, schedule, tipos de bridas y válvulas, material aislante (en caso de que sea tubería aislada), etc. El primer paso para apoyar la línea es ubicar los soportes donde el ingeniero de flexibilidad lo considere necesario luego de una inspección visual de la misma. Antes de esto se debe tener noción de la ruta de la tubería, es decir, debe haber un conocimiento previo del espacio por el que atraviesa la tubería para saber dónde se puede apoyar y/o descansar (ver Figura 4.1). De igual forma, se debe tener en cuenta la configuración de espaciamientos entre soportes o tabla de spans la cual puede ser obtenida del software PipeData-PRO® [10], tal y como se hizo en el cálculo de carga admisible para la guía (ver apéndice A), para no sobrepasar la distancia máxima requerida entre soportes (ver planos anexos en el apéndice D). 63
Inicio de la línea Pos. 2
Pos. 4
Pos. 3
Figura 4.1: Vista posterior de la línea.
Para este caso en particular, solo se va a considerar como carga actuante el peso de la tubería llena de agua W, por lo que el siguiente paso lo constituye el cálculo de la carga para seleccionar los soportes. Para ello se multiplica el peso de la tubería llena de agua por su longitud y se distribuye la carga entre los soportes que se hayan colocado. Luego con esta carga y dependiendo del espacio disponible se entra al estándar y se seleccionan los soportes. En caso de que el soporte requerido se salga del estándar, bien sea por su configuración, elevadas cargas o grandes dimensiones, el mismo deberá ser requerido a la Disciplina de Civil. A continuación se realizan los cálculos de carga para seleccionar los soportes. Las longitudes de los tramos de tubería se pueden obtener de los isométricos de la línea analizada que se encuentran en el Apéndice D.
Posición #1: W = (229 + 985 +
394 + 1702 47 )⋅ = 106 kgf = 1043 N 2 1000
Longitudes
Peso W
64
Posición #2: W = (
394 + 3489 + 715 + 1214 47 )⋅ = 137 kgf = 1340 N 2 1000
1787 + 715 + 4543 47 Posición #3: W = ( )⋅ = 166 kgf = 1625 N 2 1000
Posición #4: W = (
3329 + 1181 47 + 2615) ⋅ = 229 kgf = 2245 N 2 1000
Posición #5: W = (1315 +
1300 + 859 + 1000 47 )⋅ = 136 kgf = 1333 N 2 1000
Posición #6: W = (2615 + 859 + 1905 + 417) ⋅
47 = 273 kgf = 2680 N 1000
Pos. 3
Pos. 2 Pos. 1
Inicio de la línea
Figura 4.2: Vista frontal de la línea.
65
Para el soporte que ocupa la posición #6 se debe considerar todo el peso de ese tramo ya que el soporte de abajo es una guía y no aguanta ningún porcentaje del peso de dicho tramo. Por otra parte, para seleccionar los soportes se utilizó el estándar de la empresa Snamprogetti (puesto que así lo dispuso el cliente). Las distancias de los tramos de la línea a las vigas existentes (necesarias para la selección del soporte) se pueden obtener del modelo de la planta para lo cual se utilizó el software AutoPlant® (ver Figura 4.2), debido a que las mismas no vienen indicadas en el isométrico (al final del ejemplo se pueden observar cada uno de los soportes seleccionados en las Figuras 4.5 y 4.6). Posición #1: W = 1043 N; L = 166 mm
P-11 Tipo B.
Posición #2: W = 1340 N; L = 166 mm
P-12 Tipo B.
Posición #3: W = 1625 N;
H = 3284 mm;
BOP = 3200 mm;
My = BOP . Fy = 1570 Nm
Fy = 0.3 W = 490 N;
P-01 Tipo C.
Posición #4: W = 2245 N;
L = 280 mm
P-11 Tipo D y C-26.
Posición #5: W = 1333 N;
L = 250 mm
P-11 Tipo A y G-28.
Posición #6: W = 2750 N;
L = 200 mm
H-08
Generalmente los diseñadores tratan de rutear la tubería por espacios donde es posible colocar soportes, sin embargo, cuando no es posible seleccionar un soporte del estándar del proyecto existen dos alternativas: 1. se puede cambiar la trayectoria de la línea o 2. diseñar soportes especiales. Las figuras 4.3 y 4.4 muestran varias vistas del trazado de la línea y de las estructuras existentes sobre las que se puede apoyar; en las mismas se señalan las posiciones en las cuales se decidió colocar los soportes.
66
Inicio de la línea
Final de la línea
Pos. 5
Pos. 3 Figura 4.3: Vista superior de la línea.
Final de la línea
Pos. 6 Pos. 5
Pos. 4 Figura 4.4: Vista del tramo vertical de la línea.
67
Soportes usados en el apoyo de la tubería:
Figura 4.5: Soportes usados en el ejemplo anterior.
68
Figura 4.6: Soportes estructurales usados en el ejemplo anterior.
69
CONCLUSIONES •
Se logró reunir una variedad de soportes producto de la minuciosa revisión de documentos y catálogos relacionados con el proyecto. Los mismos fueron debidamente clasificados de acuerdo a su configuración y características.
•
Se identificaron los diseños típicos de soportes y detalles de tuberías al mismo tiempo que se proporcionaron los rasgos y lineamientos para el diseño y uso de los mismos.
•
Se obtuvo una visión general de los procedimientos usados en materia de flexibilidad y soportería en los distintos proyectos de la empresa y se establecieron criterios claros de para la elaboración de Estándares de Soportería.
•
La gran variedad de arreglos de soportes existentes constituyó el punto de partida para inferir la diversidad de análisis requeridos en el cálculo de cargas permisibles de los mismos.
70
RECOMENDACIONES
•
Solicitar apoyo a la Disciplina de Estructuras para llevar a cabo el cálculo de los soportes que faltan con el objeto de completar el Estándar de Soportes.
•
Anexar al estándar los soportes especiales que se vayan generando en los proyectos futuros en una sección denominada soportes especiales para ampliar el rango del aplicación del estándar.
•
Incluir como anexo un documento con la simbología de los diversos tipos de soldaduras empleados en la instalación de los soportes soldados para que los ingenieros de piping se familiaricen con éstos y constituya una herramienta al momento de la selección de soportes
•
Crear una base de datos para cada soporte de manera que el ingeniero de flexibilidad pueda evaluar en forma rápida la aplicación de un determinado soporte sin tener que reportarlo a la Disciplina de Estructuras.
71
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]
García, E. “Criterios generales de flexibilidad y soportería”, Empresas Y&V, Enero
2004. [2]
Graciano, C. y Goncalves, R. “Análisis de Flexibilidad de Sistemas de Tuberías”,
Caracas 2004. [3]
American Society Of Mechanical Engineers, “Process Piping” ASME B31.3, New
York 2002. [4]
Gotera, E. “Diseño de Tuberías. Consideraciones generales y criterios de diseño”,
disponible
en
la
página:
http://www.monografias.com/trabajos25/disenio-
tuberias/disenio-tuberias.shtml, en Junio de 2006. [5]
Norma PDVSA # HG-251, “Criterios de diseño de soportes para tuberías”. Junio
1993. [6]
Norma PDVSA # 10606.1.203, “Longitud máxima recomendada para tramos de
tuberías”. Noviembre 1993. [7]
Norma PDVSA # 10606.1.204, “Espaciamiento máximo sugerido entre guías para
tuberías verticales para recipientes verticales”. Noviembre 1993. [8]
Norma PDVSA # 10606.1.206, “Espaciamiento sugerido entre guías para tuberías
sobre bastidor horizontal”. Noviembre 1993. [9]
Design of Piping Systems (formerly the M. W. Kellogg Company), Capítulo 8.
[10]
PipeData-PRO®, disponible en la página:http://www.pipedata.com/01_pdp/intro.html
en Junio de 2006. [11]
AutoCad® 2006, disponible en la página:http://www.autodesk.com en Junio de 2006.
[12]
CAESAR II®, disponible en la página:
http://www.coade.com/product_overview.asp?varflag=CAESARII en Junio de 2006.
72
.
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA AVALLONE, Eugene y BAUMEISTER, Theodore. Manual del Ingeniero Mecánico, Tomo I. Mc Graw Hill, 9na edición (1995). Design of Piping Systems; Pullman Power Products (formerly the M. W. Kellogg Company). SMITH, Paul R. y VAN LAAN, Thomas J. Piping and Pipe Support Systems (Design and Engineering). McGraw-Hill Book Company. SHIGLEY, Joseph y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería Mecánica. Mc Graw Hill, 6ta edición (2002). MARTÍNEZ, Aquiles. Criterios fundamentales para resolver problemas de resistencia de materiales volumen II. Ediciones Equinoccio, Caracas (1998). The American Society of Mechanical Engineers (2002). Process Piping. “ASME Code for Pressure Piping, B31.3”. PDVSA. “Manual de Diseño de Ingeniería”, Volúmenes 13 II y 13 III. Noviembre 1993. SNAMPROGETTI. Standards for the Design of Piping Supports. Julio 2001. FLUOR. Specification for Piping Standard Details. Abril 2005. CPO. Pipe Supports. Julio 2000. ANVIL. Pipe Hangers and Supports. 2004.
73
APÉNDICE A
EJEMPLO DE CÁLCULO DE CARGA ADMISIBLE EN SOPORTES
74
En la Figura A.1 se aprecia la configuración de la guía tipo G1 para tuberías de 2” y menores. De igual forma, tanto en la Figura A.1 como en la A.2 se pueden observar los sitios por donde va soldada y la dirección de la carga a la que están sometidas este tipo de guías, también se muestran la dimensiones del perfil utilizado para su diseño. El siguiente ejemplo muestra el cálculo de la carga máxima admisible en un tipo de soporte, puesto que esto constituye uno de los pasos para la elaboración de un Estándar de Soportes y además es dato fundamental al instante de direccionar los desplazamientos térmicos de un determinado sistema de tuberías.
Datos de soldadura: Altura del cordón de soldadura: ts1 = ts2 = 5 mm Fu = 4900 kg/cm2 Longitud del cordón: Ls = 28 mm Datos del perfil: Espesor: tf = 6 mm e = 12 mm a = 40 mm Inercia: I = 5.33 cm4 Fy = 2350 kg/cm2 Figura A.1: Guía tipo G1.
75
Figura A.2: Diagrama de la guía tipo G1
a.
Esfuerzo cortante en la garganta (τ) para ts2:
τ ≤ 0.3Fu Pt ≤ 0.3 ⋅ Fu → 2 ⋅ (0.707 ⋅ ts 2 ) ⋅ (2 ⋅ Ls )
τ≡
b.
Pt 2 ≤ 6984 kgf
Esfuerzo de flexión para ts1:
τ′ ≡
τ ′′ ≡
F Pt ≡ ≡ 1.01 ⋅ Pt A 0.707 ⋅ ts1 ⋅ Ls ) M ⋅c 2.54 ⋅ Pt ⋅ 1.4 ≡ ≡ 6.67 ⋅ Pt 3 I 0.707 ⋅ ts1 ⋅ ( Ls ) 12
donde: M ≡ Pt ⋅ h
76
→
τ ≡ τ ′ + τ ′′ ≡ 7.68 ⋅ Pt ≤ 0.3 ⋅ Fu
→
Pt 3 ≤ 192kgf
a) Con respecto al metal base:
σ ≡
M ⋅ c 2.54 ⋅ Pt ⋅ 1.4 ≤ 2350 kg / cm 2 ≡ I 5.33
→
Pt 4 ≤ 2900kgf
Donde: M es el momento producido por la fuerza Pt en el cordón de soldadura ts1. c es la distancia al punto más alejado del eje neutro. La Pt admisible es la menor de todas: Ptadm = 192 kgf. Para tener una idea de lo que representa este valor, se muestra a continuación el cálculo del valor aproximado de la carga máxima que puede producir una tubería de dos pulgadas de diámetro nominal. Del software PipeData-PRO® se puede obtener una tabla de las distancias máximas entre soportes para diferentes configuraciones de diseño, al igual que el espesor y peso de la tubería tanto vacía como llena de agua, factores que varían dependiendo del schedule con el que se esté trabajando (ver Figura A.3).
77
Figura A.3: Espaciamiento entre soportes
De este modo, si se escoge la configuración más desfavorable de la tabla de span, en este caso la primera, y se multiplica la longitud por el peso de la tubería llena de agua se puede estimar la carga máxima que ejerce sobre el soporte. Dado que para el caso escogido el tramo de tubería es de 5 m y su peso es de 9 kg por metro de tubería (indicado en la Figura A.4), se obtiene una carga máxima de 54 kg, lo que quiere decir que el soporte es apto para tal configuración luego de comparar esta carga con la máxima admisible por la guía (Ptadm = 192 kgf) . De no resistir, se puede diseñar el soporte con un perfil más resistente.
78
Figura A.4: Peso de la tubería.
Cabe destacar que por más crítica que sea la configuración, es difícil que desarrolle una carga lateral equivalente al peso de la tubería con agua, por lo que se puede garantizar que el soporte es adecuado para el sistema. También hay que recalcar que para obtener este valor admisible de 192 kgf sólo se consideró el cordón de soldadura ts1, aspecto que con mucha más razón permite corroborar la aseveración anterior.
Anclaje tipo A1
El siguiente ejemplo constituye el cálculo de carga admisible en un anclaje tipo A1 utilizado comúnmente para tuberías de 2” de diámetro y menores. Este tipo de soporte consta de dos planchas soldadas perpendicularmente entre sí e igualmente soldado a la tubería tal como se aprecia en la Figura A.5.
79
Figura A.5: Anclaje tipo A1.
En la Tabla A.1 se proporcionan los datos necesarios para realizar el análisis de este tipo de soportes tanto de la soldadura como de las planchas que lo conforman. Tabla A.1: Datos del ejemplo. DATOS DE LAS PLANCHAS Plancha 1
5x25x150 Plancha 2
5x13x150
ancho (Lp1) (mm)
25.00
ancho (Lp2) (mm)
13.00
espesor (tp1) (mm) Fy (kg/cm²)
5.00 2350.00
espesor (tp2) (mm)
5.00
DATOS DE SOLDADURA Espesor ts1 (mm) ls = 2 x 40mm Fu (kg/cm²)
5.00 80.00 4900.00
Espesor ts2 (mm) ls = 2 x 40mm
3.00 80.00
En la Figura A.6 se observa el diagrama correspondiente a este tipo de soporte y en el mismo se indica la dirección de las cargas de interés. El hecho de que las cargas que se reflejan en la figura estén divididas entre dos se debe a que tanto la carga longitudinal como la carga transversal desarrollada por la tubería están igualmente repartidas entre los anclajes a cada lado de la tubería.
80
Pt /2 (h + tp 1 )/b ts 2
Pt /2
PLANCHA 2 : Espesor tp 2 , Longitud Lp 2 h = Lp 2 – tp 1 + ts 2 /2 ts 1
ts 1
Pt /2
Pt /2 (h + tp 1 )/b PLANCHA 1 : Espesor tp 1 , Longitud Lp 1
b = Lp 1 + tp 2 + ts 1 /2
Figura A.6: Diagrama del Anclaje A1.
Para la soldadura de unión entre las dos planchas suponiendo el extremo de la plancha 1 anclado y la carga Pt/2 aplicada en el centroide del condón de soldadura ts2 se tiene: Momento al centro de gravedad de la soldadura ts1: M = Pt ⋅ h 2 h = Lp 2 +
σ ≤ 0.6 Fy
ts 2 ts − tp1 − 1 2 2
(Controla la tensión admisible de tracción en el metal base) Pt
2
A
+
M⋅y ≤ 0.6 Fy I
A = 0.707 ⋅ Ls ⋅ ts1 I=
1 3 Ls ⋅ (0.707 ⋅ ts1 ) 12
81
y=
0.707 ⋅ ts1 2
(Distancia del punto más alejado del centroide de la garganta de la soldadura) Pt
2
0.707 ⋅ Ls ⋅ ts1
+
6 ⋅ Pt 2 ⋅ h Ls ⋅ (0.707 ⋅ ts1 )
2
≤ 0.6 Fy
Pt adm1 = 620 kgf Soldadura en la plancha 1 (ts1):
Corte producido por Pt/2 y Pl/2: ((Pt/2)2+(Pl/2)2)1/2 /(0.707 * ts1 * Ls) < 0.3 Fu ((Pt/2)2+(Pl/2)2)1/2 adm = 0.707 * ts1 * Ls1 * 0.3 Fu ((Pt/2)2+(Pl/2)2)1/2 adm = 4160 kgf Tracción por Pt/2* (h + tp1)/b: (Pt/2 (h + tp1)/b) / (0.707 *ts1 * Ls) < 0.6 Fy Pt adm2 = (2 * 0.707 * ts1 * Ls * 0.6 Fy) / (h + tp1)/b) Pt adm2 = 16500 kgf Soldadura en la plancha 2 (ts2):
Tracción por Pt/2: Pt adm3 = 2 * 0.707 * ts2 * Ls * 0.6 Fy Pt adm3 = 4785 kgf
82
Corte por Pl/2 y Pt/2 (h + tp1)/b: ((Pl/2)2+( Pt/2 (h + tp1)/b)2)1/2 adm = 0.707 * ts2 * Ls * 0.3 Fu ((Pl/2)2+( Pt/2 (h + tp1)/b)2)1/2 adm = 2494 kgf
Las cargas finales son las menores para los distintos análisis realizados: Pt adm = 620 kgf
Pl adm = 2480 kgf
Donde Pt…………es la carga transversal Pl…………es la carga longitudinal Lp2……….longitud de la plancha 2 tp2………..espesor de la plancha 2 Lp1…….....longitud de la plancha 1 tp1………..espesor de la plancha 1 ts2………..altura del cordón de soldadura 2 ts1………..altura del cordón de soldadura 1 Ls…….…..longitud del cordón de soldadura (todos tienen la misma longitud) I………….inercia de la garganta de la soldadura A…………área de la garganta de la soldadura Fy..............Esfuerzo de fluencia de las planchas Fu..............Esfuerzo de fluencia de la soldadura
83
APÉNDICE B
ESTÁNDAR DE SOPORTES DE EMPRESAS Y&V
84
APÉNDICE C
NORMA PDVSA HG-251 “CRITERIOS DE DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERÍAS”
85
APÉNDICE D
Isométricos para el ejemplo de aplicación del Estándar de Soportes
86
Figura D.1: Isométrico de la línea (hoja 1).
87
Figura D.2: Isométrico de la línea (hoja 2).
88
PDVSA MANUAL DE INGENIERIA DE DISEÑO VOLUMEN 13 II ESPECIFICACION DE INGENIERIA
PDVSA N°
HG–251
0
JUN.93
REV.
FECHA
TITULO
CRITERIOS DE DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERIAS
APROBADO
APROB. Eliecer Jiménez
PDVSA, 1983
17 DESCRIPCION FECHA MAY.93
PAG. APROB. Alejandro Newski
L.T. REV.
APROB. APROB. FECHA JUN.93
ESPECIALISTAS
ESPECIFICACION DE INGENIERIA
PDVSA
CRITERIOS DE DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERIAS
PDVSA HG–251 REVISION
FECHA
0
JUN.93
Página 1 .Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Indice 1 GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 1.2 1.3 1.4
2
Propósito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reglamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2 3 3
2 CRITERIOS DE DISEÑO PARA TODOS LOS SOPORTES . . . . . .
4
3 MATERIALES DE CONSTRUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
4 ZAPATAS DE TUBERIAS, CUNAS Y ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . .
11
5 ANEXOS PARA LA CONSTRUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
6 SOPORTES DE RESORTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
7 DURMIENTES Y MUELLES DE SOPORTE A NIVEL DE SUELO
16
8 CONSTRUCCION EN AREA DE TRABAJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
ESPECIFICACION DE INGENIERIA
PDVSA
CRITERIOS DE DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERIAS
PDVSA HG–251 REVISION
FECHA
0
JUN.93
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1
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
GENERAL 1.1
Propósito Esta especificación contiene los criterios básicos usados en el diseño, procura y entrega de los componentes de soporte terminados al lugar de la obra.
1.2
Alcance
1.2.1
Todas las tuberías de 3” y mayores, deberán tener soportes elaborados y requeridos por el departamento de Ingeniería de la Filial.
1.2.2
La Filial elaborará y solicitará soportes para tubería de diámetros pequeños (2” y menores) solamente donde apliquen las siguientes condiciones:
a.
La temperatura de la tubería sea 230
C o mayor
b.
Para una distancia adecuada a lo largo de la tubería conectada a otra tubería de línea, operando a 230 C o mayor y/o equipo, donde el movimiento térmico en la conexión exceda a 40 mm.
c.
El primer soporte en la tubería de succión y descarga de bombas y turbinas que operen a temperaturas menores de 230 C.
d.
Un soporte o componente de anclaje es requerido para ser soldado a la tubería de acero inoxidable.
e.
Tuberías de línea que tengan un flujo medio bifásico.
f.
Tuberías de proceso conectada a compresores reciprocantes.
g.
Tuberías que requieran soporte en los recipientes.
h.
Todos los anclajes y zapatas especiales, guías o cunas para tuberías en los soportes de tubería.
i.
Tuberías en servicio que requieran bridas de una Clase 900 o mayor.
j.
Líneas de plástico que carguen líquido de proceso.
k.
Tuberías de línea en servicio de refrigeración, (R) 0C o por debajo, que requieran soportes para aislamiento en frío.
l.
Excepto por las condiciones descritas anteriormente, el personal de la obra diseñará y fabricará todos los soportes de tuberías pequeñas, que no estén ubicados por dimensiones en los planos de ingeniería.
1.2.3
Estos soportes fabricados serán identificados y ubicados por un número específico marcado sobre la isometría de la tubería.
1.2.4
Estos soportes serán fabricados por un proveedor de acuerdo a sus especificaciones.
ESPECIFICACION DE INGENIERIA
PDVSA
CRITERIOS DE DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERIAS
PDVSA HG–251 REVISION
FECHA
0
JUN.93
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Indice manual
Indice volumen
Indice norma
1.2.5
Cuando un subcontratista es empleado para suplir, fabricar y eregir soportes de tuberías, estos deben tener especificaciones de fabricación reconocidas.
1.2.6
El personal de la obra proveerá soportes adecuados para las tuberías subterráneas de acuerdo con los planos y datos de Ingeniería de PDVSA.
1.2.7
Todas los resortes y amortiguadores serán solicitados por el Departamento de Ingeniería de la Filial, a menos que un subcontratista sea empleado para suplir, fabricar y eregir soportes de tuberías.
1.2.8
Cuando un subcontratista es empleado para suplir, fabricar y eregir soportes de tuberías, los soportes no serán solicitados.
1.3
Reglamentos Esta especificación requiere cumplimiento con todas las leyes y reglamentos Venezolanos que puedan aplicar.
1.4
Referencias Los siguientes códigos, normas y especificaciones, incluyendo los anexos aplicables, con efecto desde la última edición, formarán parte de esta especificación. Instituto Americano de Construcción de Acero. (American Institute of Steel Construction AISC) Manual de Construcción de Acero. (Manual of Steel Construcction). Instituto Nacional Americano de Normas. (American National Standard Institute ANSI) Tuberías para Plantas Químicas y Refinerías Petroleras, incluyendo anexos ANSI/ASME B31.3. (ANSI/ASME B31.3, Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping, including addenda ANSI/ASME B31.3a). Sociedad de Normalización de Fabricantes de Industria de Válvulas y Accesorios (Manufacturer’s Standardization Society o the Valve and Fitting Industry MSS) MSS–SP–58, Soporte de Suspensión y Soporte de Tuberías. Materiales, diseño y fabricación. (MSS–SP–58, Pipe Hanger and Support Materials, Design and Manufacture)
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CRITERIOS DE DISEÑO PARA TODOS LOS SOPORTES 2.1
El acero estructural misceláneo será diseñado de acuerdo con el “Manual de Construcción de Acero” AISC.
2.2
Todos los otros componentes de los soportes de tuberías deben cumplir con los requerimientos de los anexos ANSI B31.3 y MSS–SP–58.
2.3
Los soportes de tuberías deben ser diseñados para satisfacer todas las condiciones operacionales a las cuales las tuberías y/o equipos puedan estar sujetas. Ejm. sismos y/o carga de viento donde sea aplicable, cargas hidrostática, etc. viento, terremotos, y factor de forma según sea requerido.
2.3.1
Las tensiones deben permanecer dentro de los valores permitidos según las normas aplicables.
2.4
Los sistemas de soporte deberán ser de previsión y control, sujeto a los requerimientos de la configuración de las tuberías, los movimientos libres o limitados debido a la expansión térmica o contracción de las tuberías y equipo conectado.
2.5
El diseño del sistema de soporte debe aprovechar los componentes de soportes colgantes para ser probados y clasificados para carga comercial.
2.6
Todos los soportes requerimientos:
serán
diseñados
para
satisfacer
los
siguientes
2.6.1
Poder ser ajustados en el lugar de trabajo.
2.6.2
Poder ser instalados inmediatamente con personal y equipos ordinarios.
2.6.3
Todos los ajustes enroscados o equivalentes deberán tener un dispositivo o cerrojo de seguridad apropiado.
2.6.4
Todos los componentes serán fabricados y eregidos de forma tal que no se puedan desenganchar por movimiento del soporte de tubería.
2.6.5
Las bases de soporte de emergencia serán construidas debajo de tuberías principales suspendidas por varillas y sistemas de horquilla. El servicio crítico incluirá hidrocarburos, químicos, hidrógeno, y líneas de servicio que caen dentro de una o mas de las siguientes categorías:
a.
Líneas que manejen materiales a una temperatura que pueda causar incendio de materiales si entran en contacto con el aire.
b.
Líneas ubicadas cerca de hornos u otras fuentes de ignición que pudiera representar peligro en caso de derrame de líquido o falla mecánica.
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c.
Líneas cuya corrosión máxima estimada por año sea igual al 20% en la corrosión inicial permitida.
d.
Líneas que puedan experimentar 45.000 ó más ciclos térmicos o mecánicos, durante su tiempo de servicio.
e.
Líneas trabajando con hidrógeno a cualquier temperatura.
2.7
Para optimizar la distribución y balancear el peso, se seleccionarán los puntos de soportes, tomando en consideración las estructuras disponibles a las cuales los soportes pueden ser fijados fácilmente.
2.8
Cuando se calculen cargas de peso por encima de 1000 kg, el Departamento de Ingeniería Civil debe ser informado para que éste proceda a revisar las estructuras.
2.9
La longitud máxima de los tramos de tubería será limitada para que el esfuerzo longitudinal de la tubería debida a cargas de peso, no exceda el 50% del esfuerzo permitido en la tubería a su temperatura de operación.
2.9.1
Cuando se calcule el tamaño de los tramos, se debe tomar en consideración las cargas concentradas debido a válvulas, bridas, ramales, etc.
2.9.2
Para tuberías de 24” o menores, los espacios seleccionados entre soportes no debe permitir una deflexión superior a 15 mm.
2.10
Una de las líneas de las estaciones de control de válvula debe ser fijada con anclaje o guías, mientras que las líneas de entrada y salida a la estación serán lo suficientemente flexibles sin exceder los esfuerzos térmicos permitidos en la tubería.
2.11
Los accesorios estructurales fijados al acero, deben tener suficiente apoyo y soldadura de metal para soportar adecuadamente la carga máxima calculada, incluyendo cargas de prueba hidrostática.
2.12
Los elementos de relleno usados en el campo para lograr un apoyo completo entre la tubería y/o accesorios de tubería y acero estructural y/o pilote a nivel de suelo, deben disponer de suficiente área para llevar la carga al componente estructural.
2.12.1
Después de ser eregido, los elementos de relleno deben ser soldados al acero estructural para prevenir su deslizamiento causado por el movimiento de la tubería mientras ésta se encuentre en operación.
2.12.2
A menos que se indique que el soporte sea de anclaje (fijo), los elementos no serán soldados a los accesorios de la tubería.
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2.12.3
Los elementos de relleno o planchas a ser soldadas a las zapatas de tuberías se deben extender a todo lo largo y ancho de la zapata.
2.12.4
Los elementos que no excedan al ancho de la viga estructural de soporte serán soldados solamente a la viga de soporte.
2.13
El mínimo espacio de techo de la proyección más baja del soporte colgante o colgador será limitada a la establecida en la Especificación de Ingeniería, “Requerimientos de Diseño de Tuberías de Proceso y de Servicios”, Apéndice I, PDVSA H–251.
2.14
El término “Resortes Fríos”, (corto o largo), indica que la tubería deberá ser fabricada más corta o más larga que el largo nominal respectivo a la cantidad indicada en el plano.
2.14.1
Donde los “Resortes Fríos” sean usados para reducir reacciones o momentos, los espacios de las dimensiones dadas deben permanecer abiertos o la línea solapada respectivamente durante la erección de la misma.
2.14.2
La concexión final debe ser realizada en el punto especificado después que los anclajes, guías y zapatas de línea sean instalados y las conexiones de equipos ajustadas.
2.15
Los anclajes requeridos para las juntas de expansión, sin dispositivos de chaveta o universal tendrán suficiente capacidad para soportar presión interna mas la fuerza del resorte de junta.
2.15.1
La fuerza de presión interna deberá ser calculada igual que la presión hidrostática y la máxima área interna de la junta.
2.15.2
Las guías para juntas de expansión deben dirigir el movimiento de las tuberías dentro de la junta entre los límites de desalineamientos laterales y angulares permitidos por el fabricante.
2.16
Se debe dar especial atención a la base del soporte de las tuberías de entrada y salida del equipo rotativo.
2.16.1
Cuando se anticipe un asentamiento diferencial en las instalaciones exteriores, no se usarán soportes rígidos en bombas, turbinas, extensores u otro equipo sensitivo que utilice una columna base que descanse directamente sobre la loza de concreto.
a.
Las bases de los soportes deberían descansar sobre un pedestal vaciado integralmente con la fundación de la bomba, o si ésto no es factible, la base debería vaciarse en suelo firme.
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b.
Como una alternativa, la tubería podría ser soportada mediante un soporte de resorte desde la parte superior de una estructura de acero.
2.16.2
En un edificio cerrado o con calefacción, se usarán soportes rígidos cuando la columna descanse directamente sobre la loza del piso.
a.
En cualquier caso, cuando un soporte rígido sea especificado, la ubicación del punto de fijación de la tubería debe evitar el movimiento vertical diferencial entre el anclaje del equipo y el punto de apoyo.
2.17 2.17.1
2.18
2.18.1
2.19 2.19.1
2.20 2.20.1
2.21 2.21.1
El diseño de los anclajes, soportes y guías serán diseñadas para prevenir la trasmisión de calor excesivo, al acero de construcción o a la viga de concreto. La temperatura de diseño para determinar esfuerzos permisibles sobre los componentes de soporte, serán basadas sobre un factor de reducción de 40C por cada 25 mm de superficie externa de tubería considerando todas las partes en contacto directo o soldadas a la tubería. En casos donde el sistema de tubería esté sujeto frecuentemente a cargas o choque crítico, los soportes serán suplementados por un equipo mejorado de control de choque de diseño aprobado. Este equipo sera diseñado para controlar movimiento de la tubería no deseados, que resulten de la carga de choque, sin interferir con el movimiento normal (expansión térmica, de ocurrencia lenta). Se usará un amortiguador de choque mecánico aprobado. Las tuberías horizontales o verticales serán preferiblemente soportadas en el punto de menor movimiento vertical. Los soportes de sujeción tipo perno–u serán limitados a líneas verticales frías, de 2 pulgadas o menores. Cuando el movimiento axial horizontal de la tubería exceda de 125 mm, se sugiere una revisión de la longitud de la zapata de tubería que está en uso. Es obligatorio el uso de zapatas tan largas como sea necesario para que éstas permanezcan sobre el acero de soporte aún cuando ocurra el movimiento máximo anticipado de la línea. En los puntos de soporte sujetos a movimientos horizontales, la oscilación de los soportes de barra de suspensión será limitada a un máximo de 4, del vertical. Debe hacerse un esfuerzo razonable para mantener las barras en una posición vertical durante las condiciones normales de operación.
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2.21.2
Para esto será necesario desajustar la prensa de sujeción y/o los anexos de la tubería que sean indicados en los Planos Detallados de Ingeniería.
2.21.3
Se debe suministrar un mínimo de 400 mm de barra por cada 25 mm de movimiento horizontal anticipado en la tubería soportada.
2.21.4
Las barras de suspensión serán diseñadas con un factor mínimo de seguridad de cinco, basado en la calidad del material.
2.21.5
Las barras de suspensión deberán ser calculadas para sostener la tubería “antes y después de la tensión fría” así como también proporcionar por lo menos 50 mm de ajuste de barra subsecuente a la erección del soporte.
2.22
Las líneas en una condición de flujo mixto (líneas de escape de calderas, etc.) serán apoyadas sobre soportes rígidos, a menos que los movimientos térmicos dicten otra forma.
2.23
Las líneas pequeñas que usen durmientes de patio como soporte, serán tendidas tan cerca de las líneas de columnas como sea posible o cerca de tuberías grandes para que el soporte de acero intermedio pueda ser sostenido al mínimo.
2.24
El diseño de las tuberías de compresores reciprocantes propensos a vibraciones, deben permitir soportes de durmientes a nivel del suelo, cuando sea más práctico.
2.25
Cuando sea práctico, la tubería vertical será soportada independientemente de la tubería horizontal conectada.
2.26
Podría considerarse algunos de los siguientes accesorios para instalar soportes a tuberías verticales:
2.26.1
Accesorios de tubería soldados a un amortiguador (muñones u orejas) con suficiente área para prevenir una concentración de esfuerzo excesivo en las paredes de las tuberías verticales, y con suficiente refuerzo radial para prevenir distorsión de la tubería por la carga suspendida.
2.26.2
Prensas de sujeción de tubería vertical como se indica en el plano detallado.
2.27
Cuando la prensa de sujeción es usada para soportar cargas, se dispondrán agarraderas de corte apropiadas indicándolas como un anexo a la tubería.
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2.28
Las prensas de sujeción cuando se usen en tuberías aisladas deben tener sus pernos de carga ubicados fuera del aislante.
2.29
Las cargas de diseño para los soportes verticales rígidos serán la máxima carga a la temperatura operativa o carga hidrostática, cualquiera sea la mayor.
2.30
Las guías de las líneas calientes aisladas en las torres, deben ser construidas entre las aletas soldadas a la tubería y los miembros estructurales en pinzas de la torre.
2.30.1
Las láminas de las aletas deben ser proyectadas por encima del aislante y con una separación mínima de 50 mm de la superficie exterior de la tubería.
2.30.2
Para líneas agrupadas y calentadas con vapor, use el aislante requerido para la tubería de tamaño inmediato superior.
2.31
El espacio entre los soportes será como se especifica a continuación: TABLA 1. ESPACIOS ENTRE SOPORTES ESPACIO MAXIMO ENTRE LOS SOPORTES DE TUBERIA TAMAÑO DE TUBERIA
ESPACIO DEL SOPORTE
1” A 2”
4,5 M
3”
7,6 M
4” A 12”
9,0 M
SOBRE 12”
*
* Considerado espacio aumentado.
2.32
Los soportes serán apropiados para transportar el peso de las tuberías llenas de agua durante la prueba de presión hidrostática, excepto cuando:
2.32.1
La prueba neumática haya sido aprobada por el ingeniero de la filial.
2.32.2
La gravedad específica (densidad relativa) del fluido de proceso exceda 1,0.
2.33
Los soportes de tubería excluida en los subpárrafo 2.32.1 y 2.32.2 serán diseñados para transportar el peso de las tuberías que existan durante operación del procesos.
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Para refuerzos de tuberías, use la siguiente tabla: Diámetro de Tubería
Diámetro/Espesor (1) D/t
Refuerzo Mínimo Requerido
D < 20 pulg. (500 mm)
Todos
Ninguno
20 pulg. (500 mm) v
D/t < 95
Almohadilla o Tipo Silla
(2) (3) (4)
Dv 40 pulg. (1000 mm)
D/t > 95
Tipo Silla
(3)
D > 40 pulg. (1000 mm)
Todos
Tipo Silla
(3)
NOTAS:
2.35
3
(1)
D = diámetro externo. t = espesor mínimo de pared para condición de corrosión total.
(2)
Las almohadillas serán instaladas con soldadura continua, deben tener un espesor igual al de la pared de la tubería, colocada alrededor de 1/3 de la circunferencia de la tubería, tener un orificio de ventilación de 3 mm tapado con un sellador, y una longitud mínima de 300 mm.
(3)
Las sillas serán diseñadas considerando la distribución de esfuerzos en los puntos de soporte, y en caso de necesitarse serán usados anillos rigidizadores para distribuir los esfuerzos en el punto de soporte alrededor de la circunferencia de la tubería.
(4)
Las sillas son requeridas para luces entre soporte mayores de 12 m.
Las restricciones de las tuberías destinadas a limitar fuerzas y momentos del equipo rotativo, deben ser diseñadas para minimizar desviaciones bajo carga. el esfuerzo permisible en doblaje para componentes de acero de tal restricción, es 140 kg/cm2.
MATERIALES DE CONSTRUCCION 3.1
Para una descripción de los materiales usados para los soportes de tubería, refiérase a la Especificación de ingeniería correspondiente.
3.1.1
No se deben usar soportes de hierro colado, hierro dúctil o hierro maleable.
3.1.2
Para fabricar los soportes use planchas de 3/8 de pulgadas como mínimo.
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ZAPATAS DE TUBERIAS, CUNAS Y ANEXOS 4.1
La zapata estándar será una Te de acero o una abrazadera ancha fabricada de acuerdo con el estándar aplicable PDVSA.
4.1.1
La máxima temperatura de operación para zapatas tipo abrazadera de acero al carbono es de 400C en tubería de acero al carbono o de cromo molibdeno, y 260C en las tuberías de acero inoxidable austenítico.
4.1.2
Las zapatas tipo abrazadera de acero inoxidable austenítico serán usadas cuando la temperatura de operación de la tubería de acero inoxidable sea mayor que 260C pero que no exceda 670C.
4.1.3
Las zapatas tipo abrazadera de acero cromado serán usadas cuando la temperatura de operación de la tubería de cromo molibdeno o acero al carbono sea mayor de 400C y no exceda 565C.
4.1.4
Los soportes tipo abrazadera no deben ser usados en materiales cuyo límite de temperatura esté por encima de las mencionadas anteriormente.
4.1.5
Para materiales cuya limitación de temperatura sea mayor a la indicada arriba, usarán accesorios integrales con soldadura de penetración completa.
4.2
Las tuberías aisladas del calor, de 2” o más grandes que pasen por encima de acero estructural o soportes de vigas de concreto, serán instaladas con una zapata.
4.2.1
Cuando el espesor del aislante sea igual o menor de 90 mm, la parte inferior de la tubería debe mantenerse a 100 mm por encima de la superficie del soporte.
4.2.2
Cuando el espesor del aislante sea mayor de 90 mm, la parte inferior de la tubería debe mantenerse a 150 mm por encima de la superficie del soporte.
4.2.3
Las zapatas serán lo suficientemente altas para evitar que el área de contacto exceda de 120C en los soportes de vigas de concreto o de 400C en soportes de vigas de acero estructural.
4.3 4.3.1
Las tuberías aisladas del calor, de 1 1/2 pulgadas y más pequeñas, serán soportadas sobre blindajes aislantes de protección. Cuando el área de contacto exceda 120 C en soportes de concreto o 400C en la viga de acero estructural, las tuberías serán provistas de zapatas lo suficientemente altas para que la temperatura del área de contacto no exceda las limitaciones arriba mencionadas.
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4.4
Las tuberías desnudas pueden descansar en los soportes directamente si la temperatura en el área de contacto no excede 120C en las vigas de soporte de concreto o 400C en las vigas de soporte de acero estructural, de otra forma se instalarán zapatas de suficiente altura para evitar que la temperatura en el área de contacto exceda las limitaciones.
4.5
Para determinar la altura de las zapatas y reducir la temperatura de contacto del soporte, se considerará un factor de reducción de 40C por cada 25 mm de la altura de la zapata partiendo de la superficie externa de la tubería.
4.6
En todas las aleaciones, el acero al carbono con alivio de esfuerzo, líneas forradas o desnudas y tuberías bridadas, y todas las líneas calentadas con vapor se usarán zapatas estándares tipo abrazadera.
4.7
Para proteger el aislamiento contra daños durante las maniobras de izamiento y operación, los puntos de soporte de de las tuberías que requieran aislante Tipo “R” (refrigeración) 0C o más baja, se protegerá con inserción de poliuretano moldeado de alta densidad y cunas de acero.
4.8
Para los puntos de soporte de tubería que requieran aislante tipo “R” (refrigeración), por encima de 0C, se seguirá el siguiente procedimiento:
4.8.1
Para tuberías iguales o menores de 1–1/2 pulgadas, un forro de protección aislante protegerá al aislamiento especificado.
4.8.2
Para tuberías de 2 o más pulgadas se usará una zapata tipo abrazadera de acero al carbono.
4.9
Cuando sea posible, los muñones u orejas soldadas deben ser del mismo material de la tubería, y ser soldados a la tubería por el mismo fabricante.
4.9.1
La soldadura se hará de acuerdo a las normas vigentes de fabricación de tuberías.
4.9.2
Para las tuberías con alivio de esfuerzo, los anexos deben ser soldados antes de aliviar la tensión.
4.10
5
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Las zapatas de acero soldados, zapatas tipo prensa y cunas con planchas de acero serán tabuladas en una lista de resumen.
ANEXOS PARA LA CONSTRUCCION 5.1
Los soportes de tuberías tendidas dentro o cerca de edificios prefabricados, deben ser independientes a la estructura suministrada por el Vendedor del edificio, a menos que el fabricante especifique por escrito que el acero prefabricado de construcción puede soportar las cargas de tuberías o si la carga anticipada ha sido incorporada dentro del diseño del edificio prefabricado.
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5.2
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Para los accesorios fijados al concreto, pueden usarse pernos Hilti Kwik o equivalente.
5.2.1
No se deben usar pernos de expansión de plomo.
5.2.2
Use por lo menos 2 sujetadores para fijar cada accesorio
5.2.3
Las cizallas serán preferiblemente aseguradas con sujetadores de concreto.
5.3
6
Indice manual
Esta especificación no cubre las previsiones necesarias para control de vibración en la estructura del edificio.
SOPORTES DE RESORTES 6.1
Se seleccionarán soportes rígidos cuando su uso no cause sobretensión en la configuración de la tubería.
6.2
Use resortes de diseño apropiado en los puntos de soporte, sujetos a movimiento verticales, evitando que la variación del efecto de soporte exceda los porcentajes permisibles de la carga de tubería calculada a través de su movimiento vertical total.
6.2.1
Para calcular la proporción de variación tolerada, se considera el efecto de doblaje, control de elevación de tuberías, cargas terminales permitidas, etc.
6.2.2
En general, la variación en el efecto de soporte será limitado a más o menos 10% de la carga calculada para sistemas críticos como conexiones de vapor que terminen en turbinas y tuberías conectadas a equipos rotativos, los cuales tienen un rango bajo de reacciones permitido.
6.2.3
Para sistemas no críticos, la variación en el efecto de soporte será limitada a 25% de la carga de tubería calculada a través de su movimiento vertical total.
6.2.4
Para todos los sistemas, se permitirá un porcentaje mayor de carga cuando la variación en el efecto de soporte sea transferida directamente a un soporte rígido o conexión terminal diseñada especialmente para las condiciones de carga resultantes.
6.3
Los cálculos de variación de esfuerzo del soporte se basará en la siguiente formula: Variación, % +
6.4
(recorrido) x (constante de resorte) x 100 (carga operativa)
Donde se especifiquen soportes de resortes, estos serán inicialmente pre–ajustados en la posición de carga fría, carga de instalación (CI.) para que el
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sistema de tubería resulte soportado totalmente durante condiciones normales de operación.
6.5
Soportes de suspensión constantes deben ser de construcción firme, con resortes y partes que puedan moverse apropiadamente cubiertas o protegidas.
6.5.1
Cada unidad debe ser individualmente calibrada en el taller para sostener la carga de operación especificada con posibilidad de ajustes en campo igual a 10% de la carga operativa.
6.5.2
La desviación de carga no debe exceder de 6% del rango total de recorrido.
6.6 6.6.1
Los soportes de resortes ensamblados serán diseñados para soportar tuberías bajo condiciones normales de operación. Todos los componentes del soporte deben tener capacidad para soportar adecuadamente las tuberías durante pruebas hidrostáticas, de lo contrario se suministrarán otros medios de apoyo que soporten cargas de pruebas hidrostáticas.
6.7
Se colocará el pesó balanceado excepto para determinar la fuerza de soporte en cada punto de resorte y carga de peso de tubería en cada conexión de equipo rotativo.
6.8
El peso balanceado en todos los soportes de resorte incluirán el peso de la tubería, válvulas y piezas especiales, peso del medio transportado, peso del material aislante usado, peso de los soportes de suspensión ensamblados y accesorios de tuberías.
6.9
Se usarán resortes variables para cualquier cantidad de expansión, hasta alcanzar el rango de trabajo recomendado del resorte, cuando ésta esté soportando una porción de tubería vertical de tubería que también tenga un soporte sólido rígido.
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6.10 6.10.1
6.11
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El recorrido total para los soportes de suspensión, serán diseñados con el mismo recorrido más 20%. En ningún caso, la diferencia entre el recorrido real y total será menor de 25 mm. Los soportes de resortes constantes y variables serán instalados con limitadores.
6.11.1
Los limitadores de recorrido serán instalados en la fabrica donde el resorte será pre–ajustado a una carga específica.
6.11.2
Los limitadores de recorrido serán lo suficientemente fuertes para resistir la carga de prueba hidrostática de la unidad.
6.11.3
Los limitadores de recorrido serán reusables y cuando no estén en uso serán guardados provisionalmente en un estuche anexo o mantenidos permanentemente en la caja de ballestas.
6.12
Se podrán usar resortes variables pre–comprimidas aprobadas en sistemas no críticos que no excedan los siguientes anticipados.
6.12.1
Fig. Grinnel B–268 o igual, para movimientos que no excedan 25 mm.
6.12.2
Fig. Grinnel 98 o igual, para movimientos que no excedan 50 mm.
6.12.3
Fig. Grinnel 82 o igual, para movimientos que no excedan 6 mm.
6.12.4
Los resortes Grinnel Triple o igual, para movimientos que no excedan 75 mm.
6.13
6.13.1
Los resortes para todos los sistemas de tuberías simultaneas que operan a presiones mayores a 40 kg/cm2 (manométrica) y temperaturas mayores de 400C, deben usar soportes de resortes constantes cuando el movimiento vertical exceda 50 mm, o cuando sea necesario limitar la transferencia de la carga a los soportes adyacentes del equipo terminal. Sólo se aceptarán excepciones aprobadas por el Ingeniero de Soporte de Tubería responsable.
6.14
Para seleccionar un soporte de resortes tipo Grinnel “G”, los diseñadores deben especificar la dimensión centro a centro de las cabillas, la carga local y la carga de cada resorte.
6.15
El rango de recorrido de cada resorte seleccionado debe ser revisado para verificar si una temperatura interrumpida o condición de limpieza con vapor puede ser satisfecha dentro de los limites del rango de trabajo del resorte.
6.16
Cuando las líneas de tuberías hayan sido analizadas por el Ingeniero Analista de Esfuerzo y los movimientos de línea estén disponibles en los reportes computarizados, el diseñador usará estos movimientos para calcular los resortes.
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6.17
Todos los soportes de resortes deben ser ajustados en el campo, después del arranque de la unidad, de acuerdo con las instrucciones del fabricante. La placa del fabricante debe indicar los puntos de ajuste de calor y frío.
6.18
Los soportes de resortes variables serán proporcionados con una escala indicando el rango de carga de trabajo e instrumento de ajuste.
7
DURMIENTES Y MUELLES DE SOPORTE A NIVEL DE SUELO 7.1
Los soportes de base corrediza con cargas de tubería menores de 1000 kg descansarán directamente sobre una placa de soporte.
7.1.1
En áreas pavimentadas, la parte inferior de la placa base con anillo ajustable, descansará sobre una placa de soporte la cual a su vez se apoyará directamente sobre un anclaje sobre del pavimento.
7.1.2
En áreas no pavimentadas, la parte inferior de la placa de base no ajustable, descansará sobre una placa de soporte anclada al muelle de concreto con tuercas ajustables sobre los pernos.
7.2
En áreas pavimentadas, los soportes de base anclados con anillos ajustables y cargas de tuberías que no excedan 700 kg.m serán anclados directamente encima del pavimento.
7.3
En áreas no pavimentadas, los soportes de base ancladas con placas de base no ajustables y cargas de tuberías que menores de 700 kg.m, serán anclados al muelle de concreto con tuercas ajustables sobre los pernos.
7.4
Cuando se especifiquen anclajes y/o limitadores de dirección en durmientes o bases de los muelles, las reacciones calculadas en estos puntos serán suministradas al Grupo de Ingenieros Civiles.
7.4.1
El Grupo de Ingenieros Civiles diseñará la fundaciones apropiadas para resistir las reacciones.
7.5
El número de soportes necesarios en la base del muelle puede ser determinado por los detalles indicados en los planos para soporte de tuberías de PDVSA.
7.6
Los siguientes coeficientes de fricción estática deben ser usados para determinar las fuerzas en las superficies corredizas. Teflón sobre Teflón Acero sobre Acero
.................. 0,10 .................. 0,40
ESPECIFICACION DE INGENIERIA
PDVSA
CRITERIOS DE DISEÑO DE SOPORTES PARA TUBERIAS
PDVSA HG–251 REVISION
FECHA
0
JUN.93
Página 17 .Menú Principal
Indice manual
Acero sobre Concreto
8
Indice volumen
Indice norma
.................. 0,45
CONSTRUCCION EN AREA DE TRABAJO 8.1
Cuando sea aprobado, los siguientes detalles de soportes de tuberías de ingeniería podrán ser asignados al área de trabajo para su fabricación:
8.1.1
Secciones de acero estructural de corte simple, como ángulos de columnas o soporte de canal y ángulos de guía.
8.1.2
Los soportes cuyo diámetro de las cabillas no sea mayor de 25 mm.
8.2
La ubicación de todos los soportes fabricados y/o puntos de soporte serán indicados en la isometría de la línea o en el plano de arreglo de tubería aparece.
8.3
Se asignará un número de marca a cada soporte de tubería a menos que el soporte sea una zapata estándar que descanse sobre acero existente.
8.4
Las zapatas estándares serán indicadas en los planos con un solo símbolo.
8.5
Las extensiones terminales de tuberías no serán usadas para sustituir soportes falsos de tubería, o miembros estructurales equivalentes, para extender la distancia de los tramos de tuberías a la estructura de soporte más cercana. Los soportes falsos de tubería, serán provistos con un orificio de drenaje. El orificio de drenaje será ubicado cerca del punto anexo al componente de la tubería.