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CONSORCIO SANTOSCMIMECHANICAL ENGINEERING

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO DE PIPERACKS DE TUBERIASEl procedimiento recomendado para el clculo y el diseo de Soportes de Tuberas es el siguiente: 1.- Seleccionar el tipo y la configuracin geomtrica del soporte que ha de ser utilizado Para esto, previamente ya se debe tener una idea clara de cuantas tuberas van a ser sostenidas con el soporte, sus dimensiones, las cargas adicionales a ser soportadas, caractersticas que vienen determinadas en los planos de implantacin de tuberas. 1.1- Seleccin del Tipo de soporte Con los datos de espaciamiento, elevaciones y ancho de lo soportes de tuberas, se debe seleccionar el tipo de soporte que resulte ms rgido, seguro, econmico y que cumpla con los cdigos y restricciones locales. Para esto se deben tomar en cuenta los siguientes factores: 1.1.1.- La Estructura del soporte es Arriostrada o no Es preferible disear que el soporte de tuberas sea una estructura arriostrada en vez de un marco rgido, ya que las conexiones de una estructura arriostrada son ms fciles de disear y construir que en un marco rgido, adems que el anlisis estructural tambin resulta ms fcil. Un marco rgido se usa cuando los espacios entre columnas son bastante grandes. 1.1.2.- La Estructura del soporte ser completamente soldada o empernada Idealmente resulta deseable el tener una estructura completamente soldada en taller y que tenga conexiones empernadas a ser ajustadas en campo. Sin embargo, en la mayora de los casos esto no es posible debido a las dimensiones de los soportes, al peso y posibilidades de manipuleo en obra, a la necesidad de ejecutar el proceso de galvanizado en el caso en donde se lo requiera, etc. Por ello, ser una decisin de cada proyecto en particular, seleccionar el tipo de conexiones a ser ejecutadas, tomando en cuenta que una junta soldada en campo generalmente es ms cara y que adems una unin soldada no es desmontable. 1.1.3.- Instalacin de Correas Longitudinales y Sujetadores Es necesario instalar correas longitudinales entre columnas de un piperack cuando existen fuerzas longitudinales actuando en los soportes de tuberas para darles mayor rigidez. Si no existieran fuerzas longitudinales, como medida de precuacin, se podra instalar correas longitudinales de sujecin a intervalos de 60 m mximo. Adems de los factores mencionados, se deben tomar en cuenta las expansiones futuras de la planta, ya que generalmente esto implica agregar nuevas vigas en los soportes ya diseados o existentes, y entonces el diseo de los soportes debe permitir esa expansin utilizando los mismos perfiles. 1.2- Seleccin de la Configuracin Geomtrica Un soporte de tuberas puede tener un infinito nmero de configuraciones geomtricas, sin embargo, en forma general, se puede decir que un soporte de tuberas puede tener una configuracin geomtrica de acuerdo a la siguiente clasificacin: Clase 1: Soportes de tubera de una sola columna Clase 2: Soportes de tubera de doble columna Clase 3: Soportes de tubera de mltiples columnas Los tipos de soportes de tuberas ms comnmente utilizados se muestran en el siguiente grfico:

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1.2.1.-Orientacin de Columnas La orientacin de columnas depende de la geometra de la estructura, de las magnitudes relativas de las fuerzas longitudinales y transversales, las limitaciones en los arriostramientos y el tipo de conexiones terminales, entonces, la suma de todos esos factores determinarn la orientacin final de las columnas. 2.- Evaluar y calcular las cargas de diseo que actuarn en los soportes de tuberas En el diseo de soportes de tuberas las cargas ms comunes a ser utilizadas son las cargas debidas al peso muerto de la estructura y la carga de viento. Sin embargo, existen otras cargas que se tomarn en cuenta para el diseo de los soportes, en diseos particulares. Dichas cargas son: cargas de temperatura, cargas ssmicas. 2.1.- Cargas debido al peso muerto Para evaluar los efectos de las cargas debidas al peso muerto de las tuberas, se aproximan todas las cargas puntuales actuantes en el soporte a una carga equivalente distribuida uniformente, para lo cual

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se debe dar un valor apropiado a la "Intensidad de Carga actuante en la tubera" p (lbf/pies). Este valor depende del espesor de pared de la tubera, de la gravedad especfica del contenido y del tipo de aislamiento trmico, si lo hubiere. Para calcular el peso total por unidad de longitud de una tubera, se utiliza la siguiente frmula: Wt = We + Wi + Ww*G Donde: Wt = peso total de la tubera por unidad de longitud We = peso de la tubera vaca por unidad de longitud Wi = peso del aislamiento trmico por unidad de longitud Ww = peso del fluido contenido en la tubera por unidad de longitud G = gravedad especfica del fluido que circula por la tubera Nota: Los valores de stos trminos para tuberas de diferentes espesores de pared y que estn llenos de agua, estn dados en la tabla 1 adjunta en la hoja correspondiente a tablas. Las frmulas para el clculo de la Intensidad de Carga actuante en la tubera para los casos ms comnmente encontrados en los soportes de tuberas son las siguientes: 2.1.1.- Rack lleno de tuberas del mismo dimetro e igualmente espaciadas a) Si las tuberas contenidas en el rack de tuberas son de dimetro menor o igual a 12", se usa la siguiente frmula: p = 12*Wt / x Donde: p = Intensidad de carga actuante en la tubera (lbf/pies) Wt = peso total de la tubera por unidad de longitud (lbf/pies) x = distancia entre centros de tuberas (pulg) b) Si las tuberas contenidas en el rack de tuberas son de dimetro mayor a 12", se calcula el soporte de tuberas con la aplicacin de cargas concentradas. 2.1.2.- Rack lleno de tuberas de diferentes dimetros a) Si las tuberas contenidas en el rack de tuberas son de dimetro menor o igual a 12", se usa la siguiente frmula: p = Sum (Wt) / B Donde: p = Intensidad de carga actuante en la tubera (lbf/pies) Wt = peso total de la tubera por unidad de longitud (lbf/pies) B = ancho del soporte de tuberas (pies) b) Si las tuberas contenidas en el rack de tuberas son de dimetro mayor a 12", se calcula el soporte de tuberas con la aplicacin de cargas concentradas. 2.1.3.- Rack lleno de tuberas pequeas de diferentes dimetros, excepto una o dos de gran dimetro En este caso, se debe seguir el siguiente procedimiento: Paso 1: Para las tuberas contenidas en el rack de tuberas de dimetro menor o igual a 12", se usa la siguiente frmula: p = Sum (Wt) / B Donde: p = Intensidad de carga actuante en la tubera (lbf/pies) Wt = peso total de la tubera por unidad de longitud (lbf/pies) B = ancho del soporte de tuberas (pies)

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Paso 2: Calcular las cargas concentradas correspondientes a las tuberas contenidas en el rack de tuberas de dimetro mayor a 12". Paso 3: Superponer los efectos de las dos cargas 2.1.4.- Rack generalmente vaco, con muy pocas tuberas a) Si las tuberas contenidas en el rack de tuberas son de dimetro menor o igual a 12", se asigna un valor de p = 35 (lbf/pies) b) Si las tuberas contenidas en el rack de tuberas son de dimetro mayor a 12", se calcula el soporte de tuberas con la aplicacin de cargas concentradas. Los criterios para la asignacin de valores para la Intensidad de carga actuante en la tubera, se resumen en la siguiente tabla:

Caso 1: a) Si D 12": las otras 12": Use cargas concentradas

B

P1

P2

P3

P4

2.2.- Carga de Viento Existen algunas formulaciones desarrolladas para evaluar el efecto del viento en cdigos y estndares de construccin, sin embargo, las estructuras de los soportes de tuberas no caen en ningn caso especfico y el mtodo que se detalla a continuacin, es un desarrollo especial nicamente para soportes de tuberas. Las cargas de viento son calculadas usando un rea plana equivalente basada en una franja de altura de viento y, segn se muestra en la siguiente figura:

El procedimiento para obtener el valor de la carga de viento actuante sobre un soporte de tuberas es el siguiente: Paso 1: Seleccionar un valor para la presin de viento (q), para una superficie plana basada en la localizacin geogrfica y zona de altura de cdigos o estndares aplicables. Paso 2: Seleccionar un valor para la franja de altura de viento (y), para el ancho del soporte de tuberas

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dado (B) y para la altura entre vigas (h). Paso 3: Calcular la carga de viento a ser aplicada en cada viga o nivel, usando la siguiente frmula: Pw = q*s*y Donde: Pw = carga de viento (lbf) q = presin del viento y = franja de altura de viento Nota: Las tablas para la seleccin de valores para la presin del viento (q) y para la franja de altura de viento (y) se muestran en la hoja de clculo "TABLAS" anexa. 2.3.- Cargas de Temperatura Las cargas de temperatura son aquellas cargas que se producen por la friccin entre el soporte y la superfiicie de las tuberas, como consecuencia de las expansiones o contracciones que se dan en las tuberas causadas por cambios de temperatura. Estas cargas son despreciables cuando las tuberas en las que se dan los cambios de temperatura son de pequeo dimetro, mientras que el resto de tuberas del soporte, permanecen a temperatura ambiente. En cambio, son significativas cuando los cambios de temperatura ocurren en tuberas de gran dimetro, ya que los movimientos involucrados son severos. El procedimiento de clculo para obtener una estimacin conservativa de estas fuerzas, es el siguiente: Paso 1: Calcular el mximo movimiento debido a la temperatura usando la frmula:Movim. Mximo temperatura = coef. Expansin lineal*espaciamiento-soportes*cambio mx. temperatura

Paso 2: Calcular la fuerza requerida para deformar la columna del soporte un valor igual al movimiento mximo de temperatura, con la frmula: Pc = (3*E*I*mov. Temperatura)/ h Donde: Pc = fuerza reque