Análisis de Flexibilidad de Tuberías
El análisis de flexibilidad de tuberías consiste en determinar el comportamiento de una tubería, al esfuerzo y deformación, por transportar un fluido a temperatura caliente, criogénica o que la misma tubería sea de una gran longitud. De este estudio de análisis de flexibilidad resulta el diseño de los soportes a la misma tubería para permitir el desplazamiento de expansión o de contracción de la tubería.
- Líneas de tuberías de vapor (calientes).
- Líneas de nitrógeno (criogénicas)
- Ductos calientes
- Soportes para tuberías
- Cálculos de esfuerzos
- Estaciones de bombeo y de válvulas
- Sistema de venteo
- Análisis térmico
- Cambios de temperatura
- Análisis de Flexibilidad en Sistemas de Tuberías
- Consideraciones Generales
Para determinar los efectos de expansión y esfuerzos en un sistema de tuberías, es necesario conocer:
- Qué código se aplica al sistema.
- Las condiciones de presión y temperatura de diseño.
- Las especificaciones del material.
- El diámetro de tubería y el espesor de pared de cada componente del sistema.
- El esquema del sistema incluyendo dimensiones y movimientos en cualquier punto.
- Limitaciones de reacciones finales en los puntos, tales como las establecidas por los fabricantes de equipos.
Teniendo determinadas las bases del problema, el código aplicable podría establecer los requerimientos mínimos de seguridad para el material a las condiciones de presión y temperatura de diseño. Algunos códigos especifican los factores de expansión térmica y el módulo de elasticidad para materiales comúnmente usados en tuberías, así como también proporcionan las fórmulas para determinar los factores de intensificación de esfuerzos y los factores de flexibilidad para los componentes del sistema.
El análisis de flexibilidad de tuberías consiste en determinar si una línea posee la suficiente capacidad para absorber las cargas que inciden sobre ella tales como el propio peso de la tubería, la expansión térmica, las fuerzas producidas por la presión del fluido, vibraciones, terremotos y otras. Uno de los factores que pueden aumentar o disminuir la flexibilidad de una tubería es su configuración geométrica.
Los sistemas de tuberías deben poseer la flexibilidad suficiente de manera que la expansión o la contracción térmica, así como los movimientos de soportes y equipos, no conduzcan a:
- Falla de la tubería o de los soportes por esfuerzos excesivos o fatiga.
- Fugas en las juntas.
- Falla de las boquillas de los equipos conectados (recipientes a presión, bombas, turbinas.), por reacciones excesivas.
En las tuberías, así como en otras estructuras, el análisis de los esfuerzos puede llevarse a cabo con diferentes grados de precisión. En un extremo está la sencilla comparación con arreglos similares, que han cumplido satisfactoriamente con los requerimientos del servicio; en el otro extremo, están los métodos del cálculo, que envuelven largos y complicados procedimientos y que son relativamente costosos para un grupo de ingeniería. Por esta razón debe asegurarse que se cumplan los siguientes requerimientos como mínimo:
- El rango de esfuerzos en cualquier punto debido a desplazamientos en el sistema no debe exceder el rango de esfuerzos permisibles establecido en la sección de esfuerzos admisibles.
- Las fuerzas de reacción no deben perjudicar a los soportes o equipos conectados
- Los movimientos de la tubería deben estar dentro de los límites establecidos.
Existen dos modalidades de análisis de flexibilidad:
El análisis de flexibilidad informal y el análisis de flexibilidad formal.
En este aspecto, el código ASME B31.3 identifica ciertas condiciones, para las cuales no se requiere el análisis formal para confirmar la aceptabilidad de la tubería, desde el punto de vista de su flexibilidad. Estas condiciones son:
- El sistema es similar a otro que ha funcionado con récord exitoso de servicio productivo.
- El sistema puede ser juzgado rápidamente por comparación con otros sistemas similares analizados previamente.
- El sistema es de tamaño uniforme, no tiene más de dos puntos de fijación sin apoyos ni restricciones intermedias.