THE DESIGN OF PIPE HANGERS

INTRODUCCION

Para evitar confusiones, es necesario definir  los  términos de suspensión de  tuberías y soportes de 

tuberías y aclarar  la diferencia entre  los dos. Ganchos de tubería son generalmente considerados como  los 

elementos metálicos que llevan el peso desde arriba con los miembros de soporte siendo principalmente en 

tensión. Soportes de tuberías son considerados como  los elementos que soportan el peso de abajo con  los 

miembros de soporte siendo principalmente en compresión.  

 

Se ha convertido en ampliamente reconocido que la selección y el diseño de perchas de tubo es una 

parte  importante  del  estudio  de  ingeniería  de  cualquier moderna  de  producción  de  vapor  o  proceso  de 

instalación. Los problemas de diseño de la tubería para alta temperatura, instalaciones de alta presión se han 

convertido en crítico a un punto donde es imperativo que tales aspectos de diseño como el efecto de las cargas 

concentradas de suspensión en  la estructura de edificio, peso de cargas de tubería sobre conexiones de  los 

equipos, y las distancias físicas de la percha componentes con tubería y la estructura de tenerse en cuenta en 

las etapas tempranas del diseño de un proyecto.  

 

Ingenieros especializados en el diseño de soportes de tubería han establecido métodos eficientes de 

llevar a cabo el trabajo necesario para llegar a diseños de suspensión adecuados. Sin embargo, el ingeniero que 

dedica diferentes partes de  su  tiempo  al diseño de  soportes de  tuberías  a menudo  tiene  que  reunir una 

cantidad considerable de datos de referencia peculiares sólo a  los cálculos de suspensión para su proyecto 

actual. 

 

   Es el propósito de este artículo es presentar una recopilación de toda la información necesaria para el 

diseño de soportes, incluyendo una sección técnica dedicada a la inclusión de material de las tuberías, los pesos 

y los datos de dilatación térmica. Además, los debates sobre los diferentes pasos a seguir en el diseño de los 

soportes , que aquí se presentan en su secuencia correcta , debe servir como una buena fuente de referencia 

para el ingeniero que hace sólo ocasionalmente implicada en los aspectos esenciales del diseño de suspensión. 

 

   El primero de estos pasos es la de determinar y obtener la cantidad necesaria de información básica 

antes de proceder con los cálculos y el detalle de los soportes del tubo. Ningún diseño es completo a menos 

que el ingeniero ha tenido la oportunidad de revisar el equivalente de los siguientes datos del proyecto: 

 

• La especificación de soporte de tuberías, cuando esté disponible (Una especificación típica percha 

se  muestra en las páginas 21 y 22). 

• Un conjunto completo de dibujos de tuberías. 

• Un conjunto completo de acero y planos estructurales, incluyendo bases de equipos y detalles de la 

estructura de la caldera. 

• Un conjunto completo de dibujos que muestran la ubicación de los conductos de ventilación, 

bandejas eléctricas, bombas, tanques, etc. 

• Las especificaciones y datos de tuberías adecuadas, que incluirán tamaños de tubos y de 

identificación de la composición, espesores de pared y temperaturas de operación. 

• Una copia de las especificaciones de aislamiento con densidades. 

• Válvula y listas de accesorios especiales, que indicará pesos. 

• Los movimientos de todas las conexiones de los equipos críticos , como los encabezados de 

calderas , cilindros de vapor , conexiones de turbinas , etc. 

• Los resultados del cálculo de la tensión , la flexibilidad y el movimiento realizado para los sistemas 

críticos tales como vapor principal , de alta temperatura de recalentamiento, etc. 

Los pasos en los que el ingeniero se aplica esta información son: 

(1) Determinar ubicaciones de suspensión. 

(2) Calcular las cargas de suspensión. 

(3) Determinar el movimiento térmico de la tubería en cada ubicación de percha. 

(4) Seleccione los tipos de suspensión: montaje de la primavera, ya sea apoyo constante de resorte 

variable conjunto rígido, etc. 

(5) Compruebe la holgura entre los componentes de suspensión y cerca de tuberías, bandejas de 

cables eléctricos, conductos, los conductos de ventilación y equipo. 

 

   El último paso no será discutido en gran medida. Este aspecto del diseño se rige únicamente por las 

necesidades y los diseños del trabajo individual. En su lugar, se prestará atención a los pasos 1 a 4, donde el 

ámbito  de  las  buenas  prácticas  de  suspensión  se  puede  definir  generalmente  para  cualquier  instalación. 

 

   Reconociendo que cada nuevo diseño de tuberías presenta nuevos retos para el ingeniero, no se hace 

ningún intento de establecer reglas fijas y límites aplicables a cada diseño de percha. Más bien, la intención es 

para ilustrar las ideas que servirán como una guía para una solución simple, práctico para cualquier problema 

de soporte de la tubería. 

 

ACCESORIOS INTEGRAL 

   Adjuntos Integral se fabrican de manera que el archivo adjunto es una parte integral del componente 

de tubería. Ejemplos de accesorios integrales incluyen los oídos, zapatos, cajones, archivos adjuntos cilíndricos, 

anillos y faldas. Adjuntos integrales se utilizan en conjunción con las restricciones o los apoyos que se requiere 

la restricción multiaxial en un solo miembro.  

   De  particular  importancia  son  las  tensiones  localizadas  inducidas  en  la  tubería  o  componente  de 

tuberías por las fijaciones integrales. Varios métodos para determinar la locales tensiones están disponibles, 

incluyendo  cálculos  relativamente  simples de  la mano  /  libro de  cocina proporcionados  en  el Consejo  de 

Investigación de soldadura (WRC) Boletines 107, 198, y 297, Código ASME Casos N‐ 318 y N ‐392, o a través de 

un análisis de elementos finitos detallada. Sección 121 de ASME B31.1 discute consideraciones adicionales para 

accesorios  integrales. 

 

TRAMOS SUSPENSIÓN 

   Ubicaciones  de  apoyo  son  dependientes  de  tamaño  de  la  tubería,  la  tubería  de  configuración,  la 

ubicación de las válvulas y accesorios pesados, y la estructura que está disponible para el apoyo de la tubería. 

No existen reglas firmes o límites que fijará de manera positiva la ubicación de cada soporte en un sistema de 

tuberías. En su lugar, el ingeniero debe ejercer su propio juicio en cada caso para determinar la ubicación de 

suspensión apropiada. 

   Los  alcances máximos  sugeridos  entre  soportes  indicados  en  la  tabla  a  continuación  reflejan  los 

aspectos prácticos  involucrados en  la determinación de distancias de apoyo en tramos rectos de tubería de 

pared estándar. Se utilizan normalmente para las distancias de apoyo de los sistemas críticos. 

 

  Los tramos de  la tabla están en conformidad con  la práctica estándar MSS SP‐ 69. No se aplican  los 

coeficientes de ponderación concentrados tales como válvulas o accesorios pesados o donde los cambios en 

la dirección del sistema de  tuberías se producen entre perchas. Para cargas concentradas, soportes deben 

colocarse lo más cerca posible de la carga con el fin de minimizar las tensiones de flexión. Cuando los cambios 

de dirección de las tuberías de cualquier sistema crítico se produce entre perchas, que se considera una buena 

práctica para mantener  la  longitud  total de  la  tubería entre  los  soportes de menos de 3/4 de  los  tramos 

completos en la tabla a continuación. Cuando sea práctico, una percha debe estar ubicado inmediatamente 

adyacente a cualquier cambio en la dirección de la tubería.  

PROBLEMA DE LA MUESTRA 

  En el problema de la muestra (Figura1) siete soportes se muestran en la línea de 12 pulgadas, y dos en 

la tubería de 6 pulgadas. Tenga en cuenta que el sustentador H ‐ 1 ha sido colocado adyacente a la válvula de 

ocho concentraciones. La proximidad de la percha a la válvula es útil para mantener la carga en la conexión del 

terminal de A a un mínimo. Además, los esfuerzos de flexión inducidas en el tubo por el peso de la válvula se 

mantienen a un mínimo. La selección de la ubicación para la percha de H ‐ 2 implica un cambio en la dirección 

de la tubería entre dos perchas. 

   Con el fin de evitar  la excesiva pendiente de  la tubería entre perchas H‐ 1 y H‐ 2 ,  la  longitud de  la 

tubería entre estas suspensiones se hace menos de tres cuartos de los sugeridos máxima se muestra en la tabla 

de la página anterior . Al examinar la sección vertical de la tubería en la que se muestran H ‐ 3 y H ‐ 4, en primer 

lugar hay que señalar que esta sección de la tubería podría ser apoyada por un gancho en lugar de dos como 

se indica. Dos perchas sin duda proporcionarán una mayor estabilidad que será una sola percha.  

  Otro factor decisivo en cuanto a si un gancho o un múltiplo de perchas deben utilizarse es la fuerza de 

los  elementos  de  acero  de  soporte  de  la  estructura.  El  uso  de  dos  perchas  permitirá  que  el  peso  total 

ascendente a ser proporcional a dos elevaciones de la estructura, evitando la concentración de toda la carga 

vertical en un edificio elevación. Las ubicaciones para perchas H ‐ 5 y H ‐ 6 se rigen por el lapso máximo sugerido 

, así como la posición de la peso válvula de concentrado . 

   Por consiguiente, H ‐ 6 se ha situado adyacente a la válvula, y H ‐ 5 en una ubicación conveniente entre 

la válvula y el tubo de subida 12 pulgadas. La ubicación del sustentador H ‐ 7 será determinado por el cálculo 

para satisfacer la condición de que ningún tubo de carga se va a aplicar a la conexión de terminal C. Es obvio 

que al mover la percha a lo largo de la sección de 12 pies de tubería, la cantidad de carga en conexión C variará. 

Una  ubicación  de  apoyo  donde  existe  toda  la  sección  será  "equilibrada“,  y  la  carga  en  C  igual  a 

cero. Los cálculos para determinar la ubicación exacta de H ‐ 7 se muestran en la sección titulada " Cálculo de 

Carga en suspensión” 

  Consideremos ahora la sección 6 pulgadas de la tubería en la que se muestran H‐8 y H‐9. Uno de los 

requisitos para este problema percha es que  la carga en  la conexión del terminal B será cero. Mediante  la 

colocación de H‐9 directamente a través de la conexión B, podemos asegurar fácilmente que esta carga será 

cero. Además, esta ubicación percha elimina  cualquier  tensiones de  flexión en  la  tubería que pudiera  ser 

causada por el peso de la válvula y el tubo vertical en el punto B. Si H‐9 no pudieron ser localizados en este 

punto debido a las limitaciones estructurales, sería deseable colocar lo más cerca posible de la sección vertical 

de la tubería para mantener el efecto voladizo a un mínimo.  

  Percha H‐8 se encuentra a una distancia conveniente entre H‐9 y la intersección de la 6 pulgadas y 12 

pulgadas tuberías. En este ejemplo, la ubicación de la estructura de edificio adecuado se determinar la posición 

de suspensión. Los métodos  implicados en  la  localización de perchas para este problema son típicas de  las 

empleadas por el  ingeniero percha en el diseño de  los soportes de tuberías. Aunque  las configuraciones de 

tuberías  individuales  y  el  diseño de  la  estructura  variarán  en  casi  todos  los  casos,  los métodos  generales 

descritos anteriormente se aplicarán para cualquier crítico sistema de tuberías .Cálculos de carga.  

NOTA: 

La carga admisible en la conexión A es de 500 

lb. 

La carga admisible en la conexión B y C es igual 

a cero. 

Todas las curvas son 5 codos de diámetro. 

Todos los codos son L.R. Ells. 

Temperatura de servicio es 1050 ° F. 

Todas las tuberías es Sch. 160 A 335 P12. 

SUSPENSIÓN 

 

   La expansión térmica de las tuberías en  las instalaciones de temperatura de alta presión y moderno 

hace que sea necesario que el diseñador especificar soportes flexibles, lo que requiere considerable atención 

al cálculo de cargas de suspensión. Turbina y la caldera fabricantes están especialmente preocupados por el 

peso de la tubería en su equipo y, a menudo especifican que las cargas en las conexiones de tuberías deberán 

ser cero.  

  El diseñador de suspensión debe estar seguro de que las cargas en las conexiones de los equipos de un 

sistema de  tuberías no excedan de  los  límites especificados por  los  fabricantes de equipos. La mayoría de 

soportes para un sistema de alta temperatura son del tipo de resorte.  

  El diseñador debe  trabajar a un alto grado de precisión en  la determinación de  la  fuerza de apoyo 

requerido en cada ubicación de suspensión para asegurar un apoyo equilibrado, con el fin de seleccionar el 

tamaño y el tipo apropiado de soporte de muelle.  

Hemos preparado un problema de la muestra (Figura 1), en la que todas las perchas excepto H ‐ 7 han sido 

localizados. Esta ilustración se limita a unos pocos como secciones de tubo como sea posible, pero incorpora 

la mayoría de los problemas encontrados en los cálculos de carga de suspensión. El cálculo de las cargas para 

perchas  consiste en dividir el  sistema en  secciones  convenientes y aislar  cada  sección para el estudio. Un 

diagrama de cuerpo libre de cada sección debe extraerse para facilitar los cálculos para cada carga percha. La 

mayor parte de los diagramas de cuerpo libre presentan aquí incluyen tan grande una sección del sistema de 

tuberías como es práctica para una solución aritmética simple para el problema.  

  La siguiente solución no está destinado a ilustrar la única solución aceptable. Más bien, se muestra un 

material  compuesto  de  varios métodos  aceptados  que,  para  el  problema  en  consideración,  producen  un 

sistema bien equilibrado. De los enfoques que se podrían hacer a la solución de cualquier problema, habrá un 

método que va a producir el mejor sistema equilibrado. Aunque las cargas individuales pueden variar, el total 

de todas las cargas de suspensión sería el mismo en todos los casos. 

 

 

 

 

 

 

 

El primer paso en la solución de un problema de carga 

de suspensión es preparar una tabla de pesos. La tabla 

para nuestro problema de la muestra (Figura 1) es: 

 

  Dibuje un diagrama de cuerpo libre de la tubería entre el punto A y H‐2, que muestra todas las fuerzas de apoyo y todos los pesos de la válvula y la tubería (Fig. 2). Tendremos en cuenta las cargas y fuerzas de apoyo entre A, H‐1 y H‐2 que actúa sobre el eje xx 'y y‐y', y aplicar las tres ecuaciones:  ΣMx‐x' = 0 ΣMy‐y' = 0 ΣV=0. 

 

 

  Tenga en cuenta que el valor para H‐2 en esta 

sección del sistema de tuberías representa sólo una 

parte de  la  fuerza  total de  suspensión en H‐2. Para 

mayor claridad, hemos llamado a esta fuerza de H‐2'. 

En  los  cálculos de  la  siguiente  sección de  tubería a 

partir  de  las  H‐2,  vamos  a  llamar  a  la  fuerza  de 

suspensión en este punto H‐2". 

 

 

Además, tenga en cuenta que hemos considerado el peso de  la curva de 90 ° actúa en el centro de 

gravedad de la curva. La distancia B se determina a partir de la Tabla de la página 10, que ha sido elaborado 

por conveniencia: 

B = Radio x .637, o 5 ft. x .637 = 3.185 ft. 

 

PASO 1 ‐ TOMANDO MOMENTOS alrededor del eje Y‐ Y ' (figura 2), 

ΣMy‐y' = 0, 1.81 (1418) + 8(1 084) ‐ 11(H‐2') = 0 2,567 + 8,672 = 11(H‐2') H‐2' = 1,022 Ib. 

 PASO II ‐ TOMANDO MOMENTOS alrededor del eje XX '(figura 2),  

ΣMx‐x'= 0, 1.81 (1418) + 6.5 (542) ‐ 7(H‐1) + 9.5 (3,533) ‐ 11(A)=0 2,567 + 3,523 + 33,564 = 7(H‐1) + 11(A) 39,564 = 7(H‐1) + 11(A) 

 

PASO III ‐ AGREGAR FUERZAS ΣV = 0, 

A + H‐1 + H‐2' ‐ 3,533 ‐ 542 ‐ 1,418 ‐ 1,084 = 0 A + H‐1+ H‐2' = 6,577 Ib. 

Sustituyendo el valor de H ‐ 2 ', calculado como 1,022 Ib. en el paso I, A + H‐1 + 1,022 = 6,577 lb. A = 5,555 ‐ H‐1 

PASO IV ‐ RESOLUCIÓN DE LAS TRES ECUACIONES 

 

(1) H ‐2 ' = 1022                                 Paso I 

(2) = 39 654 7 (H ‐ 1) 11 (A)             Paso II 

(3) A = 5,555 ‐ (H ‐ 1)                        Paso III 

Resolviendo la ecuación (2) por sustitución para A = 5,555 ‐ H ‐ 1, 

   39654 = 7 (H ‐ 1) 11 (5555 ‐ H ‐ 1) 

   H‐ 1 = 5363 Ib. 

Sustituyendo H ‐ 1 en la Ecuación 3, 

   A = 5555 Ib. ‐ 5363 Ib. 

   A = 192 lb, lo cual está por debajo de la carga admisible en A de 500 Ib. 

 

  A continuación, examinar la sección de tubería entre H‐2 y H‐3 para determinar la distribución del peso, 

entre  estos  dos  puntos,  de  4  pies.  Sección  de  la  tubería  y  la  curva  cinco  diámetro. 

    

ΣMH ‐ 2 " = 0 , 2 ( 723 ) 7,19 ( 1,418 ) ‐9 ( H ‐ 3' ) = 0 

     H‐ 3 ' = 1293 Ib. 

   ΣMH ‐ 3 ' = 0 , 1.81 ( 1418 ) 7 ( 723 ) ‐9 ( H ‐ 2" ) = 0 

     H‐ 2" = 848 Ib. 

     H‐2 = H‐2´ + H‐2" = 1.022 lb. + 848 lb. = 1870 Ib. 

 

 

 

 

El siguiente diagrama de cuerpo libre (Figura 4) considerar la sección vertical de 

65 pies del sistema de tuberías para determinar las fuerzas de apoyo para H‐3 "y H‐4 '. Es 

evidente que las fuerzas combinadas H‐3" y H 4 'es igual a 65 pies x 180.7 lb. /ft. Además, 

ambos H‐3 "y H‐4 'podría ser cualquier valor, siempre y cuando la relación H‐3" + H‐4' = 

11,746  lb.  Se  mantiene.  No  se  recomienda,  sin  embargo,  para  seleccionar  valores 

arbitrarios para estas dos fuerzas, en su lugar, la carga para cada suspensión debe ser tal 

que la elevación de la tubería de unión está por encima del punto medio de la longitud de 

la tubería con el apoyo de la percha. Por lo tanto, el apoyo se encuentra por encima del 

punto en el que se podría considerar el peso de la columna de acción tubería, evitando de 

este modo  una  condición  en  la  que  la  ubicación  del  apoyo  se  presta  a  la  tendencia 

"inflexión" de la tubería cuando el soporte se encuentra por debajo de este punto.  

  Puesto que hay 10 pies de tubería vertical por encima de H‐3 "y 40 pies de tubería 

entre H‐3" y H‐4 ', vamos a H‐3 "de soporte 10 pies más 30 pies de tubería de carga: 

  H‐3" = (10 ft. + 30 ft.)(180.7 Ibs/ft.) = 7,228 Ib. 

    Desde H‐3 = H‐3' + H‐3"  y  H‐3' = 1293 lb. (Véase Figure 3), 

        H‐3=1,293 lb. + 7,228 Ib. = 8,521 Ib.         H‐4' = (10 ft. + 15 ft.)(18O.7 Ib. /ft.) = 4518 Ib. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Es obvio que una parte del peso de la tubería de 6 pulgadas entre la línea de 12 cm y H‐8 debe ser apoyada por 

H‐5 y H‐6. Por lo tanto, antes de proceder a la H‐5 y H‐6, el cálculo de este tubo de peso R1 carga, e introducirlo en el 

diagrama de cuerpo libre para H‐5 y H‐6. 

ΣMy‐y'=0 .07 (33) + 2.34 (341) + 4.81 (70)+5(2,031) ‐ 5(H‐9) = 0 H‐9 = 2,258 Ib. 

ΣMx‐x''=0 19(70) + 2.66 (341) + 5.03 (33) ‐ 9(H‐8) + 12.78 (849) + 20.73 (70) ‐ 21R1=0 13,387 = 9(H‐8)21 (R1) 

ΣV=0, R1 + H‐8 + H‐9 ‐ 2,031‐ 70 ‐ 341 ‐ 33 ‐ 849 ‐ 70 = 0 R1 + H‐8 + H‐9 = 3,394 Ib. 

Desde H‐9 se ha calculado como 2,258 Ib. 

  R1 + H‐8 = 3,394 lb. ‐ 2,258 lb. = 1,136 Ib.   H‐8 = 1,136 lb. ‐ R1 

 

 

Considere la tubería entre H‐4 'y H‐5 para determinar la 

distribución del peso de la curva 5” de diámetro y 5 pies 

de tubería horizontal: 

ΣMH‐4" = 0   1.81 (1,418) + 7.5 (904)‐10(H‐5') = 0   H‐5' = 935 Ib. ΣMH‐5' = 0   2 .5 (904) + 8.1 9(148)‐10(H‐4") = 0   H‐4"=1,387 Ib.   H‐4 = H‐4' + H‐4"= 4518 lb. +1,387 lb. = 5,905 Ib. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  El diagrama de cuerpo libre se muestra en la Figura 8 se extiende a 

partir de H‐5 a través del codo de 12”, 90°. Con ello se pretende ilustrar que 

el peso del codo 90 ° puede ser considerado como soportado en un haz que 

pasa a través del centro de gravedad del codo y se apoya en las extensiones 

de las tangentes, como se muestra en la Figura 9. 

En la figura 8, 

ΣMH‐5" = 0.2 (449) + 5(1.807) + 11.5 (4,813) ‐ 15(H‐6)   + 15.75 (994) +18.91 (218) = 0   H‐6 = 5,671 Ib. ΣMH‐6 =0, 3.5 (4,813) + 10(1,807) + 13(449) ‐ .75 (994)   ‐ 3.91 (218) ‐ 15(H‐5") = 0   H‐5"= 2,610 Ib.   H‐5= H‐5'+H‐5"= 935 lb. + 2,610 Ib. = 3,545 Ib. 

Sustituyendo este valor de H‐8 en la ecuación

13,387= 9(H‐8) + 21R1 13,387 = 9(1,136 lb. ‐ R1) + 21(R1) R1 =264 Ib. H‐8 = 1,136 ‐ R1= 1136 lb. ‐ 264 Ib. = 872 Ib. 

El diagrama de la Figura 10 muestra un método para llegar 

a  la  ubicación  de  H‐7  que  permite  la  carga  cero  en  la 

conexión C. El valor de H‐7 es igual al peso de la sección de 

tubería: 

H‐7= 218 lb. + 1,626 lb. + 436 lb. + 1,235 Ib. = 3,515 Ib. 

Despejando distancia X: 

ΣMC = 0,   .54 (436) ‐ X (H‐7) + 6(1,626) + 10.91 (218) = 0   X (H‐7)= 12,369   X (3515)= 12,369   X = 3.52 ft. 

  Como paso  final, asegúrese de que el peso de 

todo el sistema de tuberías es igual a las fuerzas de apoyo 

totales de las perchas más el peso de la tubería de carga 

para ser compatibles con las conexiones de los equipos: 

 

 

 

CÁLCULOS DE MOVIMIENTO TERMICOS. 

MOVIMIENTOS TÉRMICOS 

  El siguiente paso en el diseño de soportes de tuberías implica el cálculo de los movimientos térmicos de la tubería en cada ubicación de suspensión. Sobre la base de la cantidad de movimiento vertical y la fuerza de apoyo es necesario, el ingeniero puede seleccionar económicamente más la percha tipo adecuado (es decir, de apoyo constante, Primavera variable o conjunto rígido).  

  La determinación de  los movimientos de tuberías a un alto grado de precisión requiere un estudio altamente complicada del sistema de tuberías. El método simplificado se muestra aquí es uno que da aproximaciones satisfactorias de los movimientos de tuberías. Siempre que se producen diferencias entre las aproximaciones y movimientos reales, la aproximación del movimiento será siempre la mayor cantidad. 

 

PASO 1 ‐ TABLA DE MOVIMIENTOS VERTICALES 

  Dibuje el sistema de tuberías de la figura 1 y muestra todos los movimientos verticales conocidas de la tubería de su frío a caliente o en funcionamiento, la posición (ver figura 11). Estos movimientos incluyen los suministrados por los fabricantes  de  equipos  para  las  conexiones  de  los  puntos  terminales.  Para  el  problema  se  ilustra,  los  siguientes movimientos verticales son conocidos: 

Punto A ‐ 2 pulgadas plano, frío a caliente Punto B ‐ 1/16 pulg. Plano, frío a caliente Punto C ‐ 1/8 de pulgada abajo, frío a caliente H‐4 ‐ 0 pulg, frío a caliente  La temperatura de funcionamiento del sistema se da como 1050 ° C. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Haciendo referencia a  la tabla de expansión térmica (página 63), el coeficiente de expansión para el acero de bajo cromo en 1050 ° F es 0,0946 pulgadas. 

  Calcular los movimientos en los puntos D y E multiplicando el coeficiente de la expansión por la distancia vertical de cada punto de la posición de movimiento cero en el DE elevador: 

55 pies x 0.0946 in. / Ft. = 5.2 in. hacia D 20 pies x 0.0946 in. / Ft. = 1.89 in. hacia abajo en E 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PASO 2 ‐ SECCIÓN A‐D. 

Hacer  un  dibujo  simple  de  la  tubería  entre  dos  puntos adyacentes del movimiento conocido, la ampliación de la tubería  en un  solo plano,  como  se muestra en  la parte entre A y D. 

El movimiento  vertical  en  cualquier  ubicación  percha será proporcional a su distancia desde los puntos finales: 

Δ1 = 4.31 x 3.20 = 0.41 pulg  El movimiento vertical en H‐1 = 0,41 pulg + 2 pulg  Δ H‐1 = 2.41 pulg arriba. Δ2 = 22/31 = 3,20 x 2.27in.  El movimiento vertical en H‐2 = 2,27 pulg + 2 pulg  Δ H‐2 = 4.27 pulg arriba. 

PASO 3 ‐ MOVIMIENTO EN H‐3. 

Para  calcular  el  movimiento  vertical  en  H‐3, 

multiplique  su  distancia  a  partir  de  H‐4  por  el 

coeficiente de expansión.  

ΔH‐3 =40 ft. x .0946 in./ft. = 3.78 in. Arriba (Up). 

ΔH‐3 = 3.78 in. Arriba (Up). 

PASO 4 ‐ SECCIÓN E‐J  

  La  siguiente  sección  con  dos  puntos  de movimiento conocido es la longitud de EJ. Movimiento en E se calcula como 1,89 cm hacia abajo. Movimiento en J es igual al movimiento en el punto C terminal (1/8 de pulgada hacia abajo) más la cantidad de expansión de la pierna C‐J: 

ΔJ = .125in. + (3.5ft. x 0946in./ft) 

= .46in. down 

Δ7 = 3.5/42 x 1.43= 0.12 in 

ΔH‐7= 0.12 in + 0.46in. =0.58 in (Abajo) down 

Δ6 = 17/42 x 1.43 = 0.58in 

ΔH‐6= 0.58 in + 0.46in. = 1.04 in (Abajo) down. 

Δf = 30/42 x 1.43 = 1.02in. ΔF =1.02in. + 0.46in. = 1.48in. (Abajo) down Δ5 = 32/42 x 1.43 = 1.09in. ΔH‐5=1.09in.+ 0.46in.= 1.55in. (Abajo) down 

PASÓ 5

Dibuje el sector G‐H. El movimiento en 

G es igual al movimiento en F menos la 

expansión de la pierna GF: 

ΔG = 1.48in. down ‐ (4ft. x .0946in./ft) ΔG = 1.10in. down

El movimiento en H es igual al movimiento

del punto terminal B (1/16 pulgadas hasta) 

además de la expansión de la pierna BH: 

ΔH = .0625in. up + (9ft. x .0946in./ft) 

ΔH = 0.91in.up

Desde H‐9 se encuentra en el punto H, 

ΔH‐9= ΔH = 0.91in.up ΔY =12/23.1 x 2.01in. = 1.04in. ΔH‐8 = 1.10in. ‐ 1.04in. = .06in. down

Después de calcular el movimiento en cada ubicación de percha a menudo es útil, para una fácil referencia cuando se selecciona el tipo apropiado de suspensión, para hacer una tabla simple de los movimientos de la suspensión, como la que se muestra a la derecha. 

 

 

 

SELECCIÓN DE LA SUSPENSIÓN ADECUADO 

 

  Selección  de  la  percha  tipo  apropiado  para  cualquier aplicación  dada  se  rige  por  la  configuración  de  la  tubería individual  y  requisitos  de  trabajo.  Las  especificaciones  de trabajo que cubren los tipos de suspensión, sin embargo, son de necesidad escrito en términos generales, y algunos se hace hincapié en el buen  juicio del  ingeniero de suspensión para asegurar una satisfactoria, con todo económica, del sistema. 

El  tipo  de  los  conjuntos  de  suspensión  generalmente  se clasifican de la siguiente manera: 

  (1) perchas flexibles, que incluyen suspensiones del apoyo constante y tipos de amortiguadores variables. 

  (2) suspensiones rígidas, tales como ganchos de varilla y puntales. 

  (3) Rodillos 

  La ubicación de los anclajes y sistemas de retención no se considera generalmente como una responsabilidad del diseñador percha. Puesto que es necesario para determinar la ubicación de los anclajes y sistemas de retención antes de que sea posible un análisis preciso y definitivo de estrés, se consideran parte del diseño de tuberías. 

GANCHOS FLEXIBLES 

  Cuando una línea de tubería se expande verticalmente como resultado de la expansión térmica es necesario para proporcionar  soportes  de  tuberías  flexibles  que  se  aplican  fuerza  de  apoyo  durante  todo  el  ciclo  de  expansión  y contracción del sistema. 

Hay dos tipos de perchas flexibles: 

• Primavera Variable 

• Apoyo constante. 

  Perchas constante apoyo proporcionan fuerza de apoyo constante para la tubería a lo largo de toda su gama de expansión  vertical  y  contracción.  Esto  se  logra mediante  el  uso  de  un  resorte  de  bobina  helicoidal  que  trabaja  en conjunción con una palanca de leva acodada de tal manera que los tiempos de fuerzas de resorte su distancia al eje de la palanca es siempre igual a la carga del tubo veces su distancia al pivote de la palanca . 

 

  Debido a su constancia en el efecto de soporte de la percha de soporte constante se utiliza donde es deseable para evitar tubo de transferencia de carga de peso a los equipos conectados o perchas adyacentes. En consecuencia, se utilizan generalmente para el apoyo de  sistemas de  tuberías  críticas. Perchas de  resorte  variable  se utilizan para  sostener  la tubería objeto de un movimiento vertical en la que no se requieren apoyos constantes. La característica inherente de una primavera variable es tal que su fuerza de apoyo varía con la flexión del muelle y la escala de la primavera. Por lo tanto, la expansión vertical de la tubería provoca una extensión correspondiente o la compresión del resorte y causará un cambio en el efecto de apoyo real de la percha. La variación en el apoyo de la fuerza es igual al producto de la cantidad de expansión vertical y la balanza de resorte de la percha. 

 Dado  que  el  peso  de  la  tubería  es  la  misma  durante  cualquier  condición,  frío  o  de funcionamiento, la variación en el apoyo a la fuerza de los resultados en la transferencia de 

peso  de  la  tubería  a  los  equipos  y  perchas  adyacentes  y,  en  consecuencia  tensiones  adicionales  en  el sistema de tuberías. Cuando se utilizan suspensiones de resorte variable, el efecto de esta variación debe ser considerado. Perchas de resorte variable se recomiendan para su uso general en los sistemas de tuberías que no son críticos y donde el movimiento vertical es de pequeña magnitud en los sistemas críticos.  

  La práctica aceptada es  la de  limitar  la cantidad de variación de  la  fuerza de apoyo de 25 % para  los críticos aplicaciones de  sistemas de  tuberías horizontales. Para  ilustrar  la diferencia en el efecto del uso de un resorte variable en comparación con un gancho de un apoyo constante, se refieren al problema de ejemplo mostrado en la Figura 1, página 5. La carga de Hanger H‐ 1 se calcula como 5.363  Ib. El movimiento vertical en H  ‐ 1 se calcula como 2,41 cm hasta, del frío a la posición caliente de la tubería. Si un soporte variable se utiliza en H ‐ 1, el efecto de la variación en el apoyo a la fuerza tendría que ser  considerado.  La  cantidad  de  variación  se  puede  determinar multiplicando  la escala de primavera en lbs. / Pulg. Por la cantidad de expansión vertical en pulgadas. 

  Por ejemplo, si se considera la variable de enganche del resorte de yunque Figura B ‐ 268, el tamaño adecuado de primavera sería el número 16 que tiene una balanza de resorte de 1,500 libras. / Pulg. (Para mayor comodidad, hemos dejado de lado el peso de las tuercas de la abrazadera del tubo, varilla y hexagonales. 

  En el diseño de perchas para un problema real, el peso de los componentes debe ser añadido a la carga calculada. ) La cantidad de variación es 1.500 Ib / pulg. X 2,41 pulg = 3615  Ib  . La práctica estándar es calibrar  la percha de tal manera que cuando  la tubería está en su posición caliente  la fuerza de soporte de  la percha es igual a la carga calculada de la tubería. 

  Esto significa que la variación máxima en el apoyo de la fuerza se produce cuando la tubería está en su posición de frío, cuando las tensiones añaden a la tubería como consecuencia de variaciones en el apoyo de las fuerzas son menos críticos. La carga de calor para la variable de primavera, entonces es 5363 Ib. Como la dirección del movimiento del frío al calor es hacia arriba, la carga de frío es £ 5,363 + 3,615 Ib., O 8978 Ib. La figura 18 muestra el tubo y el resorte tanto en el estado frío y caliente. 

  El propósito de las consideraciones dadas a la variación en el efecto de apoyo es evidente cuando se recuerda que el peso de la tubería no cambia a lo largo de su ciclo de frío a caliente, mientras que la fuerza de apoyo varía. En la Figura 18 (condición caliente), la fuerza de soporte es igual al peso de la tubería. Sin embargo, en el estado frío, la fuerza de apoyo es £ 8.978, mientras que el peso de la tubería es 5363 Ib. La percha ejercería una fuerza desequilibrada en el tubo igual a la cantidad de variación, o 3615 Ib.  

  La mayor parte de esta fuerza se impondría directamente en la conexión A, donde se establecen los límites de la fuerza que se puede aplicar. Además, el diseño de tuberías de seguridad debe basarse en el estrés total de la tubería que incluye  la  flexión,  torsión,  cizallamiento,  longitudinal  y  tensiones  circunferenciales.  La  adición  de  grandes  fuerzas resultantes de las variaciones de resorte puede causar tensiones que reducirá en gran medida el factor de seguridad de todo el sistema de resorte.   

  Es posible reducir la cantidad de variabilidad mediante el uso de un resorte variable que tiene una balanza de resorte más pequeño, como un yunque Figura 98 (variable resorte de la suspensión). El # 16 Fig. 98 tiene una balanza de 

 

resorte de 750 Ib/pulg. La mitad que la de B268. La cantidad de la variabilidad se reduciría a la mitad, o 2,41 x 750 = 1808 Ib. Sin embargo, debería ser obvio que incluso este cambio en el apoyo de la fuerza es demasiado grande para la ubicación crítica en H‐1. El tipo de suspensión adecuada para H‐1 es una percha de soporte constante. Esta percha se calibrará en función del peso de la tubería calculada. Se aplicaría una fuerza de apoyo constante, asegurando el apoyo completo de la tubería a lo largo de la expansión de la tubería. Es decir, su fuerza de apoyo sería £ 5363 cuando la tubería se encontraba en su posición de frío, y £ 5363 también cuando la tubería se encontraba en su posición caliente.   

  El soporte H‐2 tiene una carga calculada de 1,870 Ib. El movimiento vertical en este lugar es 4.27in. Plano, frío a caliente. Aunque  la carga puede ser considerada  leve,  la magnitud del movimiento vertical es grande, y una cantidad considerable de apoyo al cambio vigente ocurriría si se utilizara un resorte variable.  

  Por ejemplo, la variable tamaño apropiado de primavera es un # 12 Figura 98 (el 4,27 pulgadas de viaje está más allá  de  la  capacidad  de  desplazamiento  de  la.  Figura  B‐268),  que  tiene  una  balanza  de  resorte  de    225  lbs.  /pulg  La cantidad de variación es igual a 4.21 pulgadas x 225 lbs/in, o 947 Ib.  

Esta variación, expresada como un porcentaje, es: 

947 lb. /1,870 lb. X 100, o mayor que 50%. 

  A menos que el ingeniero percha estaban dispuestos a realizar algunos cálculos de estrés en vez elaborados para determinar el efecto de esta variación, sería más seguro para aplicar la regla aceptada que limita la variabilidad de 25% para los sistemas críticos, y descarta la selección de un resorte variable en favor de la Constante de tipo de soporte de suspensión.   

  El movimiento vertical de la tubería en H‐3 se calculó como 3,78 cm, y la carga AS8, 521 Ib. En la selección de la forma de muelle para el montaje de suspensión, se debe reconocer que cualquier variación en el apoyo de la fuerza no producirá esfuerzos de flexión en el sistema de tuberías. Como las fuerzas de apoyo de H‐3 y H‐4 son concurrentes, sin flexión se produce como resultado de la variación en la primavera H‐3. Más bien, cualquier variación de la fuerza de apoyo se limita a resultar en un cambio de carga correspondiente en el cuelgue rígido H‐4. 

  El tipo de percha para H‐3 puede ser del tipo de resorte variable. Sólo es necesario que la variable de la primavera tiene una capacidad de viaje que es mayor que el movimiento de la tubería calculado de 3,78 pulg Tal percha variable es la figura. 98, que tiene un rango de recorrido de trabajo de 5 pulgadas. Como este conjunto es de tipo riser "trapecio", se utilizan dos unidades de la primavera, cada uno apoyando la mitad de la carga total de 8,521 Ib, o 4261 Ib. La percha de tamaño adecuado es un # 15 Fig. 98 con una balanza de resorte de 540 Ib. pulgadas. 

  La cantidad de variación por resorte es de 3,78 pulgadas x 540 libras. / Pulg., O 2041 Ib. El ajuste de cada percha carga caliente es igual a 1/2 de la carga calculada, o 4261 Ib. Como la dirección del movimiento, frío a caliente, es hacia arriba, el ajuste de carga en frío será £ 4261 + £ 2041 = 6302 Ib. 

  La figura 19 muestra las fuerzas que apoyan a H‐3 y H‐4 cuando el tubo está en su frío y su posición caliente. El peso de las abrazaderas verticales, barras, etc, no están incluidos, por conveniencia. 

  La carga de diseño de H‐ 3 debe permitir una carga en frío calculada de £ 6,302 x 2 = 12 604 Ib . La carga a la cuelgue rígido H‐ 4 es £ 1,823 frío, £ 5.905 caliente. Todos los componentes de  la suspensión deben estar diseñados para  la  carga  más  grande.  Variación  en  el  apoyo  a  las fuerzas en perchas de H‐ 5  , H‐ 6  , H  ‐7 y H‐ 9 producirá reacciones  en  las  conexiones  B  y  C.  Como  uno  de  los requisitos  del  problema  en  estudio  es  que  las  cargas  de peso en B y C estarán cero , estas perchas deben ser del tipo de  soporte  constante  .  Aunque  es  cierto  que  en  H  ‐  8 cualquier  variación  de  la  fuerza  de  suspensión  causará cargas de peso en B y C , la carga y el movimiento en esta ubicación percha son tan  leves que el efecto de variación de primavera puede considerarse insignificante . La carga se calculó como 872 Ib , el movimiento como 0.06 pulg abajo .  

  La variabilidad de un # 8 fig. B ‐268 es 0,06 pulgadas x 150 Ib / pulg. Ó 9 Ib . A efectos prácticos, un cambio £ 9 en el apoyo a la fuerza podría ser descuidado y un resorte de la variable seleccionada para Hanger H‐ 8 . La selección de los tipos de suspensión para apoya H ‐1 a H ‐9 en el problema de ejemplo ilustra las muchas consideraciones que se deben dar  en  la  selección  de  la  percha  flexibilidad  apropiada  en  cada  lugar  de  apoyo  para  cualquier  sistema  de  tuberías principales. 

 

En la selección de los tipos de suspensión flexibles el ingeniero debe considerar que:  

  • Siempre que se utilizan perchas de apoyo constante, la fuerza de apoyo es igual al peso de la tubería a lo largo   de todo su ciclo de expansión, y no hay reacciones peso de la tubería se imponen en las conexiones de los equipos   y las anclas.  

  • Siempre que se utilizan soportes de carga variable, el  ingeniero debe comprobar para asegurarse de que  la   variación total en efecto de soporte no da lugar a tensiones y fuerzas nocivas en el sistema de tuberías.  

  • Cuando se conocen  las tensiones de tuberías y reacciones para estar cerca permisible, el más simple y, a  la   larga, el tipo más económico de soporte flexible es, obviamente, la suspensión de la ayuda constante.  

  • Cuando se conocen las tensiones de tuberías y las reacciones extremas a ser baja, perchas variable se puede   utilizar de forma satisfactoria para  la mayoría de apoyo no crítico de tuberías, y por el apoyo de  los sistemas   críticos donde los movimientos verticales son de magnitud pequeña. 

GANCHOS RIGIDOS  

  Perchas  rígidas  se utilizan normalmente  en  los  lugares donde  se  produce ningún movimiento  vertical de  la tubería. Las consideraciones de diseño para un cuelgue rígido son temperatura de la tubería, para la selección de material abrazadera adecuada, y la carga, para la selección de los componentes adecuados para los pesos de tuberías involucradas. 

  Material de la abrazadera de tubo suele ser de acero al carbono para temperaturas de hasta 750 ° F, y de acero aleado para temperaturas superiores a 750 ° F. Abrazaderas de tubo de hierro maleable se pueden utilizar a temperaturas de hasta 450 ° F.   

  Para los sistemas de tuberías de baja temperatura de funcionamiento, donde la expansión vertical por lo general no es un factor, se seleccionan los componentes del conjunto de suspensión rígidos y diseñados sobre la base de las cargas calculadas o aproximados. En algunos casos, sin embargo, el cuelgue rígido se utiliza de una manera en que lo hace más que simplemente apoyar el peso de  la tubería, sino que actúa como un sistema de retención contra  los movimientos verticales de tuberías. Es en estos casos que el ingeniero debe tener cuidado en la ubicación de la percha rígida y la carga de diseño se utiliza en la selección de componentes. La ubicación y el efecto de cualquier restricción, guía o ancla en un sistema  de  alta  temperatura  y  alta presión  es necesariamente una  función del  analista de  la  tensión.  La  colocación indiscriminada de un dispositivo de retención en un sistema de tuberías podría alterar las tensiones de tuberías y poner fin a las reacciones a un grado grave, el cambio de un sistema conservadoramente diseñado en una que supera los límites de las buenas prácticas de diseño.   

  El  ingeniero de  la suspensión, aunque no tan bien  informado de  la  imagen  total del estrés de un sistema de tuberías que es el analista de estrés, por  lo general debe decidir si el problema es de esta naturaleza "crítica", o si el sistema en estudio es tal que el efecto de la adición de un sistema de retención para la conveniencia será insignificante. La decisión se basa en los factores de temperatura de funcionamiento, la presión de funcionamiento, y la configuración del sistema. Reconociendo que el diseño de la tubería se basa en la tensión total de la tubería, se debe determinar si las tensiones producidas por la adición de un cuelgue rígido o restricción vertical, son críticos. 

  Este artículo no tiene la intención de presentar un método de acceso directo para el análisis de la tensión de un sistema de tuberías. En cualquier caso en que no sea evidente para un ingeniero que está tratando con un caso no crítico, el problema debe ser revisada , ya sea formalmente desde un punto de vista de estrés total, o sea la decisión de utilizar un gancho rígido debe ser cambiado y un soporte flexible ser utilizado. 

  Este  artículo  tiene  por  objeto  proporcionar  al ingeniero  con  un método  sencillo  y  rápido  de  decidir cómo se puede tratar económicamente más movimiento térmico vertical en una sección  larga, horizontal de un sistema de tuberías no crítica. 

  A menudo, el problema se puede expresar en los términos  simples  de  si  va  a  ser  capaz  de  utilizar  una percha  rígida  en  lugar  de  una  percha  flexible,  sin producir  tensiones  obviamente  perjudiciales  en  el sistema. Considere un ejemplo simple, se muestra en la Figura 20, donde el ingeniero de suspensión se enfrenta con el problema de  cómo  tratar mejor el movimiento vertical resultante de la expansión térmica de la columna ascendente.  Las  secciones  horizontales  en  la  parte superior y la parte inferior del tubo de subida son de las perchas de H‐ 2  , H‐ 3  , H‐ 4 , etc.  , debe ser perchas y que será perchas rígidos ( restricciones verticales en este caso ) . La solución debe satisfacer una condición de que la tensión de flexión producida por la acción de sujeción de  la  percha  no  es  mayor  que  una  cierta  cantidad 

aceptable, por ejemplo, en este caso, 10.000 psi. 

  Para una temperatura de funcionamiento de 300 ° F, la expansión de la tubería de acero al carbono es 0,0182 pulg por pie. Δ = 40 pies. X .0182in./ft. = 0.728 pulg hacia abajo. (Vea "Cálculos movimiento térmico", página 11.)  

  A partir de la tabla de la página 67 utilizando los valores de 6 pulg de tubería y una desviación de 3/4 de pulgada, lea 17.5 pies Esta es la distancia mínima desde el elevador en el que el primero cuelgue rígido se puede colocar para este problema.  

  Si se fijan las ubicaciones de los soportes, ya que son para este caso, entonces H‐2 debe ser un montaje de percha, ya que está situado a sólo 12 metros del elevador. Por lo tanto, el cuelgue rígido cercano será sustentador H‐3, que se encuentra 29 pies desde el elevador. 

  La  cantidad  de  movimiento  vertical  en  el sustentador H‐2 será proporcional a su distancia entre H‐3 y  el  tubo  ascendente,  y  se  puede  aproximar  como  se muestra en la Figura 21: 

  Por  lo  tanto,  H‐  2  sería  seleccionado  como  una percha de  resorte variable para 0,43 pulg de movimiento vertical hacia abajo, y H‐ 3 se ha diseñado como una percha rígida.  En  el  problema  anterior  se  fijaron  los  lugares  de suspensión. Si este no fuera el caso, y  las perchas pueden ser colocadas en cualquier lugar conveniente con sujeción a los límites habituales abarcan la suspensión, entonces H ‐ 2 se colocaría a cualquier distancia 17.5 pies o más de la tarjeta vertical. Esto respondería a la condición de que un esfuerzo de  flexión máximo de 10.000 psi  sería el  resultado de  los efectos  limitadores de  la percha. Si el efecto admisible  se administra como una tensión más alta, a continuación, la percha se puede colocar más cerca de la tubería de retorno; si es inferior, el cuelgue rígido más cercano se colocaría una mayor distancia de la columna ascendente. 

Si la percha se encuentra más cerca de la columna ascendente, una mayor fuerza de retención se aplica a la tubería por la percha. Como se cambia la ubicación a una mayor distancia de la columna ascendente, se requiere una fuerza menor. Como se ilustra en el siguiente problema de ejemplo, esta fuerza puede ser un factor importante en la carga de diseño de la percha. 

 

 

 

PROBLEMA 

Dada  10  in  Sch.  40  pipa  y  esfuerzo  de  flexión  permisible  de 10,000  psi producido  por  el  efecto  restrictivo  de  las perchas, Buscar: 

(1)  L‐  1  y  L‐  2  las  distancias  a  las  suspensiones  rígidas más cercanas H ‐ 1 y H ‐ 3, ver Figura 22. 

(2) Las  fuerzas que  las perchas deben aplicar a  la tubería para permitir  que  el  1/4  y  1/  2  pulg  deflexiones  resultantes  de  la expansión térmica de la tubería vertical. 

Solución: 

  A partir de la Tabla de la página 67 utilizando los valores de 1/2 pulgada deflexión y 10 pulgadas de tubo, leen L ‐ 1, como 18,5 ft, la distancia desde el elevador a la rígida sustentador H ‐ 1. Por lo tanto, a una distancia de 18,5 pies, la percha ejercerá suficiente  fuerza  para  desviar  la  tubería  de  1/2  pulgada, produciendo 10.000 psi esfuerzo de flexión. (Ver. Fig. 23). 

   

  Utilice la Tabla de la página 69 para encontrar el valor de la fuerza P. Para un tamaño  de  tubería  de  10  pulgadas  y  un  lapso  de  18.5  ft.  ,  Lea  P  ya  que aproximadamente 2.700 Ibs. Esta fuerza es aplicada por el soporte de tuberías H ‐ 1, y, por lo tanto, debe incluirse en la carga de diseño para H ‐ 1. En este ejemplo, donde el movimiento de la tubería es en la dirección hacia abajo, se añade la fuerza P a la peso de la tubería para ser apoyado por sustentador H ‐ 1. Si el peso de la tubería para H ‐ 1 se calcula como  2.000 lbs, entonces la carga de diseño de los componentes de la suspensión es 2.000 lbs + 2.700 Ibs, O 4.700 lbs, como se muestra en la Figura 24.  

   

  Para  solucionar  para  la  L‐  2  se refieren  a  la  Tabla de  la página 67  y, utilizando valores de 1 /4 de pulgada y 10  pulgadas  de  desviación.  Tubería, leer L ‐ 2 como 13 pies, la distancia a la 

percha  rígida  propuesta  H  ‐  3.  Como  se  discutió  para  H1  de  este  problema, sustentador  H  ‐  3  debe  aplicar  la  fuerza  suficiente  para  restringir  el  tubo  en posición vertical contra la fuerza resultante de la expansión térmica de la tubería vertical por encima de H  ‐ 2. La  fuerza P que  se  requiere en el H‐ 3  se puede determinar a partir de la Tabla de la página 69. El uso de valores de l0 cm de tubo y un palmo de 13 pies, P es de aproximadamente 3.800  Ibs. Desde esta  fuerza restringe el movimiento hacia arriba de la tubería, se debe comprobar en contra de  la carga de peso tubería para asegurar que el conjunto de soporte colgante puede ejercer una fuerza igual a la diferencia de la fuerza P y la carga de peso de la tubería. 

 

 

 

 

 

 

  Para ilustrar, supongamos que la carga de tubo en H‐3 se calculó como 5,000 Ibs, La diferencia entre el peso de la tubería y la fuerza P sería igual a 5.000 lbs ‐ 3.800 lbs = 1.200 lbs, como se muestra en la Figura 26. 

 La carga de proyecto utilizada para la percha de H‐  3  debe  ser  igual  a  5,000  Ib  ,  o  peso  de  la tubería sólo en este caso. Cuando el movimiento vertical  es  en  la  dirección  hacia  arriba  ,  y  la fuerza P  se aproxima a  la  carga de peso de  la tubería  , el cuelgue rígido tenderá a descargar. Esto es , como el tubo se expande hacia arriba la fuerza  neta  aplicada  a  la  tubería  por  la suspensión se vuelve menos  . Si  la  fuerza P se hace  mayor  que  el  peso  de  la  tubería  en  la percha , la fuerza neta sobre el soporte colgante se  convierte  en  compresión  en  lugar  de  a  la 

tracción . Cuando el sistema ha ampliado su cantidad completa, el tubo tenderá a levantar de la percha, y el efecto de soporte de la percha será cero .  

  Si el peso de la tubería para el problema de la muestra se había calculado como £ 3.000 , entonces la fuerza neta es £ 3000 ‐ £ 3800 , o 8,00 Ib . hacia arriba , como se muestra en la Figura 27 . La percha , en este caso , no sería considerado como un soporte para el tubo , pero una restricción vertical contra el movimiento hacia arriba , Por lo tanto , ya sea un lapso mayor se debe utilizar con el fin de reducir la fuerza P , o un gancho de resorte debe ser utilizado si L ‐ 2 se mantiene como 13 pies , en fin de proporcionar apoyo y permitir que la tubería se mueva hacia arriba en este lugar percha. Usando los valores de L ‐ 1 y L ‐ 2 , tal como se determina en el problema original , el P fuerzas en cada percha son como se muestra en la Figura 28. Las fuerzas en el H‐ 1 y H‐ 3 se han discutido en detalle, sino que también deben tenerse en cuenta que la carga de diseño de H‐ 2 debe incluir estas fuerzas también. Para este ejemplo, la carga de diseño de H‐ 2 es igual al peso de la tubería , más £ 3.800 , menos de 2,700 Ib , o carga de diseño = peso de la tubería de carga + 1 100 Ib .  

En  los problemas anteriores  , el esfuerzo de flexión permisible debido al efecto de restricción de la percha fue dado como 10.000 psi . Este esfuerzo admisible será, por supuesto , variará con el caso individual .  

  Cuando el estrés es otra de 10.000 psi , utilice la Tabla de la página 67 para leer el span mínimo , y multiplicar el lapso en los pies por el factor indicado en la tabla de abajo para el estrés específico. 

Teniendo  en  cuenta:  

4 pulgadas. Sch. 40 pipa, Δ = 3 pulgadas., Y 3.000 psi máximo esfuerzo de  flexión a  través del efecto de alejamiento de  la primera cuelgue rígido. 

Buscar: 

L, la distancia desde el elevador a la primera soporte rígido. 

 

 

 

 

 

 

  A partir de  la Tabla de  la página 67 utilizando  los valores  de  4  pulgadas  y  3  pulgadas  de  tubería  de desviación ,  leer un  lapso de 29 pies Este  lapso se basa en un esfuerzo de 10.000 psi , y , para corregir para 3000 psi , consulte el factor de corrección cuadro de la página anterior.  Para  una  carga  de  3000  psi  ,  el  factor  de corrección para tramos es de 1.83 . Multiplicando 29 pies por  1,83  ,  el  lapso  de  4  pulgadas  con  tubería  de  3 pulgadas deflexión en 3000 psi es de 29 x 1,83 , o 53 pies Por lo tanto , L, la distancia mínima a la primera cuelgue rígido  ,  es  de  53  pies  La  primera  cuelgue  rígido  en  el 

problema anterior será H‐ 5  , que se encuentra 60 pies desde el elevador  . La fuerza necesaria para sujetar  la tubería vertical P se puede determinar a partir de la Tabla de la página 69 como aproximadamente £ 83 , con valores de 4 pulgadas de tubo y una envergadura de 60 pies El efecto de esta  fuerza se considerará  insignificante para este problema  . Los movimientos verticales en lugares de suspensión entre H ‐ 5 y el tubo ascendente son como se muestra en la Figura 30 . Los resultados anteriores se basan en un análisis aproximado pero conservador . Cada vez se utilizan las cartas apropiadas , los valores enumerados deben ayudar al ingeniero para llegar a un diseño económico y seguro para cualquier montaje de suspensión rígida. Los ejemplos que se describen representan situaciones que no se encuentran con frecuencia en el diseño de soporte de la tubería , pero señalan que el acciones aplicables . 

 

RODILLOS 

 

  El  accesorio  de  tubería  y  el  accesorio  estructural  de  un conjunto de soporte colgante deben ser tales que permitirán la varilla de suspensión para hacer pivotar para permitir el movimiento lateral de  la tubería donde se prevé expansión de  la tubería horizontal . En algunos casos , donde la expansión de la tubería es ligero y varillas de suspensión son largas , la oscilación permitida por el pivota miento de la varilla en las conexiones superior e inferior es suficiente , como se muestra en la Figura 31. 

  En otros casos  la angularidad causado por  los movimientos de  tuberías horizontales puede afectar apreciablemente  la posición del sistema de tuberías, y puede causar fuerzas horizontales nocivas dentro del sistema de tuberías.  

   

 

 

 

 

En la Figura 32, nótese que, debido al movimiento gran tuberías axial  y  varilla  de  suspensión  corta,  el  tubo  se  tira  de  3/4  in elevación cuando se expande 6 pulgadas horizontalmente. 

 

 

 

  La condición mostrada en la Figura 32 también coloca una componente de fuerza horizontal en el sistema de tuberías. Por ejemplo, asumir un peso de la tubería de 1.000 lbs para el soporte de arriba, como en la Figura 33. 

 

 

  El  258  lbs  fuerza  horizontal  por  sí mismo  no  puede  ser  de  gran importancia, pero donde hay una serie de perchas situadas en la misma sección larga de la tubería, el efecto de la fuerza horizontal total puede ser grave. (Ver Figura 34). 

Fuerza horizontal total = 86 + 172 + 258 + 344=860 Ibs 

  Ciertamente , para cualquier sistema de sujeción a la expansión horizontal  ,  la angularidad varilla de  la vertical dará lugar a una componente de fuerza horizontal . El punto donde esta angulosidad se vuelve crítica no puede ser definido para cada caso , pero la práctica aceptada es la de limitar la oscilación de la vertical de 4 ° . Cuando este ángulo es mayor de 4 ° , un rodillo de tubería debe ser considerado. 

Soportes de rodillos de tubo son de dos tipos básicos : las que se adhieren a la estructura de la cabeza, y los que se colocan debajo de la tubería como soportes de base (véase la Figura 35 ) .  

  Cabe  señalar  que,  cuando  se  requieren  rodillos  ,  las temperaturas  de  funcionamiento  del  tubo  por  lo  general  son suficientemente alta para que el aislamiento de tuberías se usa para reducir la pérdida de calor y para la protección del personal . En estos casos una silla de montar de protección que cubre la tubería  debe  ser  usado  en  conjunción  con  los  rodillos  para mantener el aislamiento de trituración . 

  Cuando  no  está  aislado  de  la  tubería  ,  la  tubería  se descansar directamente  sobre el  rodillo  . Esta es una práctica común para el apoyo de  las  líneas de transmisión  largas en  las que el gas o el fluido transportado no es de altas temperaturas de operación  ,  pero  en  el  que  el  recorrido  de  la  tubería  está sujeto a algún cambio en la temperatura ambiente , a partir del verano a  las variaciones de  invierno. Por ejemplo  , un tema de larga línea de tubería de 300 pies a los cambios ambientales de 70 ° F a 110 ° F expande only.00306 in. / Ft . de la baja a la alta temperatura  .  Multiplicado  por  300  pies  ,  sin  embargo,  la expansión axial total es de 300 pies x 0,00306 i n . / Ft. , O 0.918 pulg En casos de esta naturaleza, se utilizará rodillos, pero el tubo que cubre las sillas de montar de protección no será requerida . 

  Para la economía en el apoyo de baja presión, sistemas de baja temperatura, y las largas líneas de transmisión al aire libre, luces  colgantes pueden estar basadas en  las  tensiones  totales admisibles  de  la  tubería  y  la  cantidad  de  deflexión  admisible entre apoyos. 

 

  En  las  líneas de vapor con grandes  luces de  la desviación causada  por  theweight  de  la  tubería  puede  ser  lo  suficientemente  grande  como  para  causar  una  acumulación  de condensado  en  los  puntos  bajos  de  la  línea. 

Las líneas de agua, a menos que drena adecuadamente, pueden ser dañadas por congelación. Estas condiciones se pueden evitar mediante la construcción de la línea con un paso hacia abajo de tal manera que los apoyos sucesivos son más bajos que los puntos de flexión máxima en tramos anterior como se muestra en la Figura 36 . 

  Las tensiones que se indican en la Tabla de la página 65 y la Tabla de la página 66 se doblan las tensiones  resultantes del peso de  la  tubería entre apoyos. Debe  tenerse en  cuenta que esta  tensión debe ser considerado con otros  factores de estrés en las tuberías , tales como las debidas a la presión del  fluido  dentro  de  la  tubería  ,  la  flexión  y  los esfuerzos  de  torsión  resultantes  de  la  expansión térmica , etc , con el fin de diseñar el sistema de para la tensión total permitida. 

  Las tensiones y deformaciones que se indican en las tablas de las páginas 64, 65 y 66 se basan en un solo tramo de tubería con extremos libres, y no hacen provisiones para cargas concentradas de válvulas , bridas, etc , entre perchas. 

  Los valores de tensión y de desviación se muestran en  las tablas de  las páginas 64, 65 y 66 se basan en una fórmula viga extremo libre y reflejan un análisis conservador de la tubería. En realidad, la línea de tubería es una estructura continua parcialmente  restringida por  los soportes de  tubería, y  los verdaderos valores del esfuerzo y  la deflexión se encuentran entre las calculadas para el haz de extremo libre y una estructura completamente contenida. 

  Las  desviaciones  y  los  valores  del  esfuerzo  de  flexión  indicados  representan  valores  seguros  para  cualquier tubería horario de Sch . 10 a XS tubería. Para fluidos distintos del agua, el esfuerzo de flexión se puede encontrar mediante la búsqueda primero el estrés añadido causada por el agua de las tablas de las páginas 65 y 66 y se multiplicará por el peso  específico  del  fluido.  Esto,  unido  al  valor  de  la  tensión  de  la  tubería  vacía.  Para  las  líneas  que  están  aislados densamente, encontrar la deflexión o esfuerzo de flexión resultante de la peso de la tubería al descubierto y se multiplica por una relación del peso de  la tubería por pie más aislamiento para el peso de  la tubería al descubierto por pie. Para ilustrar el uso de las listas de desviación y de estrés, considere los siguientes ejemplos: 

 

(1) PROBLEMA: 

  Buscar:  La  separación  máxima  percha  económico  para  una  línea  de transmisión  de  10  pulgadas  de  vapor  sin  aislamiento,  1.200  pies  de  largo,  que proporcionará suficiente drenaje con deflexión mínima dentro de un límite de esfuerzo de  flexión permisible de 10.000 psi. La diferencia máxima en  las elevaciones de  los extremos de la línea es de 5 ft. 

 

SOLUCIÓN:  Pendiente máxima = (5 ft. x l2 in./ft.) = 1in./20ft.                                                       1,200ft. 

  A partir de la Tabla de la página 64 encontrará la intersección de la curva de 1 pulgada en 20 pies y 10 pulgadas de tamaño nominal de la tubería. Lee se fue a buscar el lapso admisible de los tubos de 40 pies de la Tabla de la página 65, el esfuerzo de flexión de 10 pulgadas de tubo con una distancia entre apoyos de 40 pies es de 3250 psi, que es inferior a la permitida 10.000 psi. 

RESPUESTA:  Separación (Span) = 40 ft . 

 

(2) PROBLEMA:    Encontrar : El espacio económico máximo para proporcionar un drenaje suficiente para una línea de 8 pulgadas de agua 

llena de 600 pies de largo . El esfuerzo de flexión permisible es de 6.000 psi , y la diferencia de alturas entre los extremos de la tubería es de 5 pies  SOLUCIÓN:  Pendiente máxima = ( 5 pies x l2 in. / Ft . ) = 1in./10ft . 600 pies    A partir de la Tabla de la página 64, encontrará la intersección de la curva de 1 pulgada en 10 pies y 8 pulgadas de tubo , y leer de izquierda a un lapso de 43 pies de la Tabla de la página 66 , para un 8 de pulgada de agua llena línea con una distancia entre apoyos de 43 pies , la tensión de flexión es 8.300 psi , que es mayor que la permitida 6000 psi . Por lo tanto , el espacio máximo debería basarse en el esfuerzo de flexión permisible de 6000 psi .  Al referirse a la Tabla de la página 66 , el lapso máximo de 8 pulgadas de tubo y un esfuerzo de flexión permisible de 6,000 psi es de 37 pies  RESPUESTA: 

 Span = 37 pies   (3) PROBLEMA: 

 Buscar : La separación máxima y la pendiente de la línea 6 pulg llena de agua , donde el esfuerzo de flexión permisible es de 10.000 psi. La diferencia en las elevaciones de los extremos del sistema no se limita .  A partir de la Tabla de la página 66 , la duración máxima de un 6 pulgadas línea de agua lleno de un esfuerzo de flexión permisible de 10,000 psi es de 42 pies  En la Tabla de la página 64 leer desde el valor de intervalo de 42 pies a la 6 pulgadas . curva de la tubería. La interpolación entre las curvas de pendiente 1 pulg en 10 pies y 1 pulgada en 5 pies , leer la pendiente de 1 pulgada en 6 pies  RESPUESTA: 

 Span = 42 pies  Pipe está inclinada a 1 pulgada de 6 pies (A diferencia de altura de 7 cm entre soportes.                   

 

TÍPICO ESPECIFICACIONES PIPE HANGER 

1. ALCANCE  

  Esta especificación se aplicará para el diseño y  la  fabricación de todas  las perchas, soportes, anclajes y guías. Cuando el diseño de  tuberías es  tal que  las excepciones a esta especificación son necesarias, el sistema particular se identificó, y las excepciones enumeradas claramente a través de una adición que se hizo una parte de la especificación.  

2. DISEÑO  

  (A)  Todos  los  soportes  y  las partes deben  cumplir  con  los últimos  requisitos del Código ASME para B31.1.0   Tuberías a Presión, y MSS Norma Práctica SP‐58, SP‐69, SP‐89 y SP‐90 excepto como han sido completados o   modificados por el requisitos de esta especificación.  

  (B) Los diseños generalmente aceptados como ejemplo de buena práctica de la ingeniería, con acciones o partes   de producción, se utiliza siempre que sea posible. 

(C) se efectuarán los cálculos de balance de peso precisos para determinar la fuerza de apoyo requerido en cada ubicación de percha y la carga de peso de la tubería en cada equipo conexión.  

(D) Ganchos de  tubería deberán  ser  capaces de  soportar  la  tubería en  todas  las  condiciones de operación. Deberán permitir la expansión libre y contracción de la tubería, y evitar el exceso de estrés derivadas de peso transferido ser introducido en el equipo o conectados.  

(E) Siempre que sea posible, los accesorios de tubería para tuberías horizontales serán abrazaderas.  

(F) En el caso de  tuberías de alta temperatura crítica, en  los  lugares de suspensión en el que el movimiento vertical de la tubería es de 1/2 pulgada o más, o en los que es necesario para evitar la transferencia de carga a perchas adyacentes o el equipo conectado, soportes de tuberías se ser un diseño constante apoyo aprobado, como Anvil fig. 80‐V y Fig.81‐H Donde la transferencia de la carga a perchas o equipos adyacentes no es crítica, y donde el movimiento vertical de  la  tubería es  inferior a 1/2 pulgadas, perchas de  resorte variable pueden utilizarse siempre que la variación en efecto de la propuesta no supere el 25% de la carga de la tubería calculada a través de su recorrido vertical total.  

(G) El recorrido total de perchas de apoyo constante será igual al recorrido real más un 20%. En ningún caso la diferencia entre el recorrido real y total del ser inferior a 1 pulgada La percha constante apoyo tendrá escalas de su viaje en ambos lados de la estructura de soporte para dar cabida a las inspecciones.  

(H) Cada suspensión constante apoyo debe ser calibrado individualmente antes del envío para soportar las cargas exactas especificadas. El registro de calibración de cada soporte constante se mantendrá por un período de 20 años para ayudar al cliente en cualquier rediseño del sistema de tuberías. Marcas testigo se estamparán en la Escala de ajuste de carga para establecer el punto de referencia de calibración de  fábrica.  (I) Además de  los requisitos de  la norma ASTM A‐125 todos  los resortes de aleación se granallado y examinados por partículas magnéticas.  La  tolerancia de  tarado de  los muelles  será de ± 5%.  Los  tres parámetros  críticos  (altura  libre, primavera tasa y altura cargado) de muelles se deben comprar con un CMTR y ser de fabricación nacional.  

(J) soportes constantes deben tener una amplia gama de ajuste de carga. No menos de 10% de esta capacidad de ajuste debe ser proporcionado a cada lado de la carga calibrada para más o menos de ajuste de campo. Escala de  ajuste  de  carga  se proporciona para  ayudar  al  campo  en  el  ajuste preciso  de  cargas. Por  otra parte,  el constante  apoyo  debe  diseñarse  de manera  que  los  ajustes  de  carga  se  pueden  hacer  sin  necesidad  de herramientas especiales y no tendrá un impacto en la capacidad de desplazamiento de los soportes.  

(K) los apoyos constantes se proporciona a los topes de carrera que deberán evitar el movimiento ascendente y descendente de  la percha. Los topes de carrera estarán  instalados de fábrica para que el nivel de suspensión está en la posición "frío". Los topes de carrera serán de un diseño tal que permita un futuro nuevo compromiso, incluso en el caso de que  la palanca está en una posición que no  sea  "fría",  sin  tener que hacer ajustes de suspensión.  

(I) Para los sistemas no críticos, de baja temperatura, donde los movimientos verticales de hasta 2 pulgadas se anticipan, un diseño de resorte aprobado pre comprimido variables similares a Anvil fig. B268 se puede utilizar. Cuando el movimiento vertical es mayor que 2 cm, una percha de resorte variable similar a la figura yunque. 98 

Puede haber movimientos used.Where son de pequeña magnitud, perchas similares a Anvil fig. 82 puede ser utilizado.  

(M) Cada primavera variables se calibra individualmente en fábrica y amueblado con topes de carrera. Muelles deben ser cuadrados dentro de 1 ° para asegurar una alineación correcta. Cada bobina de primavera debe ser comprado con un CMTR y ser de fabricación nacional.  

(N) Todos los ganchos de varilla rígida deberán proporcionar un medio de ajuste vertical después de la erección.   (O) Cuando el sistema de tuberías está sujeta a las cargas de impacto, tales como disturbios o golpes impuestas por  el  accionamiento  de  las  válvulas  de  seguridad  sísmica,  diseño  percha  incluirá  disposiciones  sobre restricciones rígidas o dispositivos de absorción de choque del diseño aprobado, tales como shock Anvil Fig.200 y se mecen supresor.  

(P) La selección de los dispositivos de control de oscilación no deberá formar parte del contrato de suspensión estándar. Si se produce  la vibración después de que el sistema de  tuberías está en  funcionamiento, se debe instalar el equipo de control de vibración apropiado.  

(Q) varillas de suspensión estarán sujetos a una carga de tracción única  (véase  la Tabla  III, página 37). En  los lugares de suspensión donde se anticipa el movimiento  lateral o axial, se facilitará una articulación adecuada para permitir la oscilación. 

(R) Cuando los movimientos de tuberías horizontales son mayores de 1/2 pulgada y en tanto que la angulosidad varilla de suspensión de la vertical es menor o igual a 4 ° del frío a la posición caliente de la tubería, la tubería de suspensión y accesorios estructurales deberá ser compensada de tal forma que la varilla es vertical en la posición caliente. Cuando la angulosidad varilla de suspensión es mayor de 4 º de la vertical, entonces el apego estructural se verá compensado por lo que en ningún momento se la angulosidad varilla superar los 4 ° de la vertical. 

(S) Perchas estarán espaciadas de acuerdo con las tablas I y II (abajo). 

(T) Cuando sea práctico, la tubería de subida debe ser apoyada de forma independiente de la tubería horizontal conectado. Apoyo Pipe anexos a  la tubería de subida serán orejetas de sujeción verticales. Adjuntos soldadas serán de material comparable a la de la tubería, y diseñados de acuerdo con los códigos de gobierno.