El soporte de la tubería es un elemento estructural que protege la tubería de daños en el punto de contacto con la estructura de soporte y sirve para mantener la tubería en la posición de diseño. Los soportes sirven para absorber las cargas que actúan sobre la tubería y transferirlas a las estructuras de los edificios. En algunos casos, los soportes se utilizan para eliminar vibraciones y regular fuerzas y tensiones en la tubería [1] .
Para designar el tema de este artículo, la mayoría de las fuentes operan con el término "soporte". Otros [2] [3] aplican el término "soporte", utilizando el término " soporte " para definir la estructura del edificio desde los cimientos hasta la tubería. En este artículo, el término "soporte" significa un elemento estructural de la tubería, determinado por los requisitos de GOST 22130-86.
De acuerdo con el propósito, los soportes se dividen con mayor frecuencia en móviles [4] y fijos [5] , pero muchos tipos de soportes estructurales se utilizan para la fijación tanto móvil como fija de la tubería [6] .
Los soportes fijos generalmente se entienden como soportes fijos en bisagras y absolutamente inmóviles ("muertos"). Los primeros evitan los movimientos lineales de la tubería, los segundos, lineales y angulares [1] .
El soporte móvil proporciona la posición de diseño de la tubería y el movimiento calculado en relación con la estructura de soporte con las características de movilidad dadas (ver más abajo ). La suspensión de tuberías es un soporte de suspensión con un lugar de unión a la estructura de soporte, ubicado sobre el eje de la tubería.
Los nombres abreviados se utilizan para designar tipos estructurales de soportes. Las designaciones más comunes:
Las aplicaciones, el diseño y las características de los soportes están regulados por documentos reglamentarios.
| Documento reglamentario | Área de aplicación | Tipos de soporte |
|---|---|---|
| GOST 14911-82 (no válido en la Federación Rusa) | Soportes móviles de acero de tuberías tecnológicas de acero para diversos fines con un diámetro exterior de 18 a 1620 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de 0 a más 450 ° C y una presión de hasta 10 MPa. | OPP1, OPP2, OPP3, OPP1, OPP2, OPP3, OPB1, OPB2 |
| GOST 16127-78 (no válido en la Federación Rusa) | Suspensiones de tuberías de acero para diversos fines con diámetro nominal de 25 a 500 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de 0 a 450 °C y una presión de hasta 100 kg/cm2. | PG, PM, PM2sh, PG2u, PM2u, PGV, PMV |
| OST 108.275.24-80 | Soportes de tubería TPP y NPP hechos de tubos sin soldadura y electrosoldados hechos de aceros de diferentes grados con un diámetro exterior de 57 a 1420 mm, operando a una presión de 0.98-37.3 MPa con una temperatura media de trabajo de 145-560 ° C; de . | Todos los tipos |
| BSO 24.125.154-01 | Soportes deslizantes para tuberías de centrales térmicas y centrales nucleares fabricados con aceros al cromo-molibdeno-vanadio con un diámetro exterior de 57 a 920 mm con una temperatura media de trabajo de hasta 560 ° C; de aceros al carbono y al silicio-manganeso con un diámetro exterior de 57 a 820 mm con una temperatura media de trabajo de hasta 440°C; de aceros austeníticos con un diámetro exterior de 57 a 325 mm con una temperatura media de trabajo de hasta 440°C. | Soportes de abrazadera sin distinción de tipos |
| BSO 36 94-83 | Soportes móviles de acero de tuberías tecnológicas de acero para diversos fines con un diámetro exterior de 18 a 1620 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de 0 a más 450 ° C y una presión de hasta 10 MPa. | Lo mismo que en GOST 14911-82 |
| BSO 36 104-83 | Soportes móviles de acero de tuberías frías de acero con un diámetro exterior de 133 a 760 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de menos 70°С a más 10°С y una presión de hasta 9,81 MPa. | Soportes de abrazadera sin distinción de tipos |
| BSO 36-146-88 | Soportes móviles y fijos de tuberías tecnológicas de acero en Ru hasta 10 MPa (a excepción de tuberías con refrigerantes y refrigerantes, tuberías de centrales eléctricas, así como tuberías colocadas en permafrost y suelos agitados) [6] . | TP, TH, KP, KH, TP, ShP, UP, HB, TO, VP, KN |
| TU 1468-002-92040088-2011 | Soportes, sistemas de suspensión y estructuras modulares de bloques para tuberías tecnológicas, principales y de campo con diámetros de 18 a 1620 mm con una presión de trabajo de hasta 32 MPa | Soportes para tubería de compresores de gas, tuberías principales, tuberías tecnológicas. |
| TU 1468-012-04698606-14 (en lugar de la TU 3680-001-04698606-04 caducada) | Soportes móviles de acero de tuberías tecnológicas de acero para diversos fines con un diámetro exterior de 18 a 1620 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de 0 a más 450°C y una presión de hasta 10 MPa a una temperatura ambiente de hasta menos 70°C. | Lo mismo que en OST 36-146-88, GOST 14911-82, OST 36 94-83, Serie 4.903-10 Números 4 y 5 |
| TU 1468-001-00151756-2015 | Unidades de cojinetes deslizantes de baja fricción para tuberías tecnológicas, tuberías de vapor y agua caliente con un diámetro nominal de 100 a 1400 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de 0 a más 450 ° C y una presión de hasta 10 MPa a un ambiente temperatura de hasta menos 70 ° C con un coeficiente de fricción: no más de 0.06. | Lo mismo que en OST 36-146-88, OST 24.125.154-156 |
| Serie 4.903-10 Edición 4 | Soportes fijos para tuberías de redes de calefacción con un diámetro exterior de 57 a 1420 mm. | T3-T12, T44, T46 |
| Serie 4.903-10 Edición 5 | Soportes móviles (deslizantes, de rodillos y de bolas) para tuberías de redes de calefacción con un diámetro exterior de 32 a 1420 mm. | T13-T21, T43 |
| Serie 4.903-10 Edición 6 | Soportes suspendidos (rígidos y de resorte) para tuberías de redes de calefacción con un diámetro exterior de 32 a 1420 mm. | T22-T29, T41, T42 |
| T-MM-26-99 | Soportes móviles, fijos y suspendidos para tuberías de acero con un diámetro nominal de 15 a 1000 mm, que transportan un medio de trabajo con una temperatura de 0 a menos 150°C y una presión de hasta 10 MPa a una temperatura ambiente de al menos menos 50 ºC | OSS, ONS, PS |
| NTS 65-06 | Soportes móviles y de guiado para canalizaciones de redes térmicas de tendido de canales de diámetro nominal de 100 a 1000 mm en aislamiento de espuma de poliuretano con funda de polietileno. | Software, ONG |
Casi todos los tipos estructurales de soportes de tuberías permiten su uso como fijos. Las excepciones son los rodamientos de rodillos, de bolas, las unidades de soporte según TU 1468-001-00151756-2015 y los rodamientos móviles verticalmente. Varias soluciones de diseño en varios documentos normativos son similares a la indistinguibilidad. En documentos reglamentarios posteriores, se introdujeron muchos tipos de soportes estructurales "nuevos" sin hacer referencia a los RTD anteriores. [7] .
Las piezas de apoyo móviles deben realizar varias funciones al mismo tiempo. En primer lugar, transfieren las fuerzas de la reacción de soporte de la tubería a la estructura de soporte. Es deseable que el lugar de aplicación del componente vertical de la reacción de soporte no cambie. De lo contrario, es necesario complicar la solución de la estructura de soporte. Además, el diseño de la pieza de apoyo debe garantizar que la tubería esté apoyada de tal forma que los esfuerzos en las paredes de esta sean mínimos [8] .
La necesidad de movilidad de los soportes está provocada por el movimiento de la tubería bajo la acción de la dilatación térmica . Los soportes fijos transfieren las cargas longitudinales de la tubería a las estructuras portantes de anclaje. Los soportes móviles se instalan en estructuras de soporte intermedias diseñadas para transferir cargas verticales. Las cargas horizontales sobre las estructuras de soporte intermedias son proporcionales al coeficiente de fricción en los soportes móviles de la tubería.
Los soportes móviles longitudinalmente (rodillo y guías deslizantes) proporcionan el movimiento de la tubería a lo largo del eje. Los rodamientos de bolas y deslizantes proporcionan movilidad tanto en dirección longitudinal como transversal al eje de la tubería.
La fuerza de fricción calculada de una tubería a lo largo del soporte se determina multiplicando la carga vertical calculada de esta tubería por el coeficiente de fricción, tomado igual a en las partes de soporte [9] :
Estudios detallados de las fuerzas de resistencia al movimiento en cojinetes deslizantes "acero sobre acero" mostraron que el valor promedio del coeficiente de fricción está en el rango de 0.5–0.6, y el valor máximo puede exceder 0.7. Durante la prueba, se observó que el zapato descansa sobre la lámina base de manera extremadamente desigual; esto da lugar a la aparición de grandes tensiones de contacto, lo que provoca rayaduras, rozaduras del metal y, por supuesto, aumenta considerablemente la resistencia al corte [10] .
Experimentos especialmente diseñados mostraron que en la posición de diseño del rodillo, el valor del coeficiente de fricción es de 0,01 a 0,03, que es un orden de magnitud inferior al valor normalizado (0,1). La oxidación y la obstrucción de la hoja de soporte con arena conducen a un aumento en el coeficiente de fricción hasta 0,04–0,08. La inclinación y el énfasis en las guías no detienen el rodillo ni lo giran en su lugar; el rodillo continúa moviéndose en relación con la lámina base, pero el coeficiente de fricción aumenta a 0,1–0,17 [11] .
El coeficiente de fricción del PTFE- 4 emparejado con un contracuerpo sólido varía desde valores muy pequeños hasta 0,3. El valor del coeficiente de fricción aumenta con el aumento de la velocidad de deslizamiento, la disminución de la presión y la disminución de la temperatura. A una velocidad de deslizamiento de no más de 1 mm/s, una presión en el rango de 100 a 400 kg/cm2 y un rango de temperatura de menos 60 °C a 40 °C, la literatura indica un rango de valores del coeficiente de fricción de 0,008–0,15 [12] . TU 1468-001-00151756-2015 limita el coeficiente de fricción en unidades de rodamientos deslizantes de baja fricción (LLSS) a 0,06 para cualquier carga operativa.
En los sistemas tecnológicos de tuberías, que se caracterizan no solo por la disposición horizontal, sino también por la disposición vertical de las tuberías, la expansión térmica conduce a movimientos de la tubería en dirección vertical. La movilidad vertical es proporcionada por soportes elásticos de resorte de fuerza variable y soportes de fuerza constante.
Los resortes de los soportes elásticos se ajustan para que en el estado de funcionamiento de la tubería, los soportes asuman el propio peso de la tubería (con aislamiento y producto). En la práctica, este requisito se reduce a garantizar cero deflexiones debidas al peso en una tubería caliente [13] . En los apoyos elásticos, la fuerza vertical cambia en proporción al movimiento de la parte portante.
El elemento principal de uno de los tipos comunes de soportes de fuerza constante es un mecanismo de resorte de palanca, que proporciona un ligero cambio en la cantidad de compresión del resorte en un cierto rango de desplazamientos [14] . Otras soluciones constructivas para soportes de fuerza constante se basan en el uso de resortes adicionales que actúan sobre la parte portante a través de levas y palancas con superficies curvas. La acción adicional conduce a la alineación de la característica lineal del resorte principal: la fuerza de carga en un cierto rango de desplazamiento de la parte de carga se vuelve constante.
En 2019, científicos rusos del Instituto de Geología y Geofísica del Petróleo (INGG) de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia desarrollaron una tecnología que permite monitorear el estado de los soportes de las tuberías mediante el estudio del ruido acústico . Este método también es adecuado para evaluar la fiabilidad de los soportes de puentes y vigas de construcción [15] . El estudio del ruido acústico tomado de las paredes de la tubería permite monitorear el posible debilitamiento de las estructuras de soporte a lo largo de las cuales se tiende la tubería y prevenir posibles accidentes de manera oportuna. El método desarrollado por científicos rusos permite determinar la disminución de la estabilidad de los soportes en una etapa muy temprana [16] . El método se basa en la medición de las características acústicas en tramos de tubería utilizando un geófono vertical y registradores digitales de un solo canal. La técnica de análisis es simple, barata y no requiere un poder computacional significativo [17] .