Tres formas de usar acoplamientos ranurados para acomodar el movimiento térmico en tuberías ascendentes

May 13, 2023

Objetivos de aprendizaje

Cuando se somete a variaciones de temperatura, la tubería experimentará una expansión o contracción lineal. La clave para acomodar eficazmente este movimiento térmico en las tuberías ascendentes de un edificio es permitir el movimiento predecible y controlado de las tuberías.

Hay otros métodos para acomodar este tipo de movimiento. Sin embargo, los componentes de tuberías ranuradas ofrecen tres formas distintas de adaptarse a este movimiento térmico de tuberías, lo que permite al diseñador del sistema elegir el método que sea mejor para cada aplicación específica.

Ranurado para tubería ascendente

Cuando se instalan teniendo en cuenta las consideraciones de diseño, los acoplamientos mecánicos ranurados son capaces de adaptarse al movimiento térmico de las tuberías. Esto significa que para lograr este beneficio adicional, los diseñadores de sistemas deben reconocer esta característica crítica al especificar sistemas de unión de tuberías ranuradas. Los acoplamientos mecánicos ranurados están disponibles en diseños rígidos y flexibles:

En un acoplamiento de tubería flexible, las dimensiones de la llave de acoplamiento son más estrechas que la ranura de la tubería, lo que proporciona espacio para que la llave de acoplamiento se mueva dentro de la ranura de la tubería. Además, el ancho de la carcasa del acoplamiento de tubería flexible permite la separación de los extremos de la tubería, dejando espacio para el movimiento lineal y angular controlado. El acoplamiento de tubería flexible sigue siendo una junta autorrestringida, y el diseño de la junta sensible a la presión proporciona un sellado positivo incluso durante el movimiento del sistema de tuberías.

Hay tres métodos estándar para emplear acoplamientos mecánicos ranurados para acomodar el movimiento térmico de las tuberías (expansión y contracción) en un elevador de edificios:

Método 1: utilice la capacidad de deflexión angular de los acoplamientos de tubería flexible para acomodar el movimiento en la parte superior del tubo ascendente.

Método 2: Utilice la capacidad de movimiento lineal de los acoplamientos de tubería flexible para acomodar el movimiento en cada unión.

Método 3: Utilice la capacidad de movimiento lineal para acomodar el movimiento en un compensador de expansión ranurado en línea.

La selección de una metodología específica dependerá de los parámetros del proyecto, así como de la preferencia del diseñador.

Método 1: flotación libre

El primer método para acomodar la expansión o contracción térmica en un elevador con acoplamientos ranurados es construir un sistema de flotación libre en el que el movimiento se dirija a la parte superior del elevador con un ancla de base y guías. Los acoplamientos de tubería ranurada que unen las secciones de tubería ascendente son rígidos, mientras que los que se encuentran en la parte superior de la primera tubería horizontal son flexibles, como se muestra en la Figura 2. Esta disposición de acoplamiento rígido y flexible hace uso de las capacidades de deflexión angular de los acoplamientos de tubería flexible. en la parte superior del elevador. Para calcular la longitud de tubería horizontal requerida, divida la cantidad anticipada de movimiento térmico por la capacidad de deflexión desde la línea central del acoplamiento, teniendo en cuenta los factores de diseño requeridos.

Además de los acoplamientos ranurados flexibles en la parte superior del tubo ascendente, también se deben usar acoplamientos flexibles en la tubería del ramal para permitir la deflexión de las conexiones del ramal a medida que el tubo ascendente se expande o se contrae. Se requieren al menos dos acoplamientos flexibles de tubería ranurada en cada ramal para compensar el desplazamiento vertical. La longitud de la tubería entre los acoplamientos de tubería flexible en las conexiones de derivación debe ser lo suficientemente larga para que nunca se exceda la deflexión angular máxima de los acoplamientos y para que se adapten al movimiento anticipado del tubo ascendente. Con este método, la cantidad de movimiento de la tubería de derivación aumenta desde el primer piso hasta el último piso.

Ejemplo: un elevador de 200 pies construido con 6 pulgadas. tubería de acero al carbono (valor de expansión: 0,75 pulg. por 100 pies por 100 °F ΔT). El elevador se instala a 60 °F, que también es la temperatura más baja, y tiene una temperatura máxima de funcionamiento de 180 °F.

0,172 pulg. por pie de tubería Deflexión de acoplamiento desde la línea central en tubería ranurada por laminación, incluido el factor de reducción de diseño

Movimiento térmico de tubería de 1,8 in basado en 120 °F ΔT

Longitud mínima de tubería horizontal de 10,5 pies en la parte superior del elevador.

Método 2: Movimiento acomodado en cada acoplamiento ranurado flexible

El segundo método que usa acoplamientos mecánicos ranurados para acomodar el movimiento térmico en un tubo ascendente es usar todos los acoplamientos de tubería flexibles para unir las secciones de tubería del tubo ascendente. Usando la capacidad de movimiento lineal de los acoplamientos ranurados flexibles, la expansión o contracción se acomoda dentro de cada acoplamiento.

Durante la instalación, los espacios entre los extremos de las tuberías deben establecerse dentro de los acoplamientos ranurados de manera proporcional a los requisitos de movimiento (totalmente separados solo para expansión, completamente a tope solo para contracción) para acomodar el movimiento esperado del tubo ascendente. El tubo ascendente debe anclarse en la parte superior e inferior y la tubería debe guiarse para evitar la deflexión en las juntas ("serpenteo" de la línea) y dirigir el movimiento hacia los acoplamientos ranurados y flexibles de la tubería.

Para calcular el número de acoples de tubería flexible necesarios para acomodar la expansión o contracción esperada, divida el cambio anticipado en la longitud de la tubería por la capacidad de movimiento lineal (incluido cualquier factor de diseño) del tipo y tamaño del acople que se instalará.

Aunque aumentan los requisitos de guiado, este método minimiza el movimiento de las ramas en comparación con el método de flotación libre.

Ejemplo: un elevador de 200 pies construido con 6 pulgadas. tubería de acero al carbono. El elevador se instala a 60 °F, también la temperatura más baja, y tiene una temperatura máxima de funcionamiento de 180 °F.

0,097 pulg. Capacidad de movimiento lineal del acoplamiento en tubería ranurada por laminación, incluido el factor de reducción

Movimiento térmico de tubería de 1,8 in basado en 120 °F ΔT

19 Número necesario de acoplamientos.

En este ejemplo, el uso de una T reductora ranurada para conexiones de derivación en cada piso proporcionaría la cantidad requerida de acoplamientos flexibles. Si la cantidad requerida de acoplamientos calculada es mayor que la cantidad de acoplamientos necesarios para instalar la tubería ascendente, se necesitarán acoplamientos flexibles adicionales espaciados uniformemente a lo largo de la tubería ascendente.

Método 3: Compensador de expansión hecho de acoplamientos mecánicos ranurados

El tercer método para usar acoplamientos ranurados para acomodar la expansión y contracción térmica es emplear un compensador de expansión ranurado en línea construido a partir de acoplamientos mecánicos flexibles. Este método implica el uso de todos los acoplamientos rígidos en las uniones de la tubería ascendente con el movimiento dirigido hacia el compensador de expansión ranurado.

Las juntas de expansión ranuradas, o compensadores, admiten hasta varias pulgadas de movimiento axial. Consisten en una serie de acoplamientos de tubería flexibles y boquillas de tubería especialmente ranuradas para adaptarse a una variedad de requisitos de movimiento, según la cantidad de acoplamientos en el dispositivo. Un compensador de expansión ranurado debe dimensionarse y preajustarse según los requisitos del diseñador para acomodar el movimiento anticipado: completamente expandido, completamente comprimido o en una posición proporcional a la temperatura de instalación y los extremos de temperatura del sistema.

Para el correcto funcionamiento del compensador de expansión ranurado, el riser debe estar correctamente anclado y guiado. El compensador de expansión ranurado se instala entre anclajes opuestos, lo que dirige el movimiento hacia el dispositivo y evita que la junta se abra a su longitud máxima expandida al presurizar el sistema por la fuerza de empuje de la presión.

El tubo debe guiarse a ambos lados del compensador de expansión ranurado para evitar la desviación de la unidad. La desviación reducirá el movimiento axial disponible y puede causar daños, según el tipo de dispositivo utilizado. Cuando las condiciones del sistema lo permitan, las guías de un lado del compensador de expansión pueden eliminarse ubicando la unidad junto a un anclaje.

El tubo ascendente puede requerir varios compensadores de expansión en función de la altura del tubo ascendente, la cantidad de movimiento térmico de la tubería y la desviación permitida de los ramales. En este caso, el riser requeriría anclajes principales en la parte inferior y por encima del compensador de expansión superior. El uso de anclajes intermedios se determinaría según el método de soporte de la tubería vertical utilizado.

Los compensadores de expansión ranurados no requieren mantenimiento. Por lo general, se construyen con el mismo material de tubería y espesor de pared que la tubería ascendente en sí. Esto da como resultado una junta de expansión más confiable y duradera, evitando así los problemas de inspección y mantenimiento a largo plazo que requieren otros diseños de juntas de expansión.

Ejemplo: un elevador de 200 pies construido con 6 pulgadas. tubería de acero al carbono. El elevador se instala a 60 °F, también la temperatura más baja, y tiene una temperatura máxima de funcionamiento de 180 °F.

Movimiento térmico de tubería de 1,8 in basado en 120 °F ΔT

3 pulg. Movimiento lineal máximo acomodado por compensador de expansión ranurado

1 Número de compensadores de expansión necesarios.

Independientemente del método seleccionado, la especificación de acoplamientos mecánicos ranurados para tuberías ascendentes de un edificio ofrece varias ventajas adicionales.

La tradición dicta que se requieren métodos separados para unir la tubería y acomodar el movimiento térmico, pero este no es el caso. Los acoplamientos mecánicos ranurados unen la tubería y acomodan el movimiento térmico dentro de la capacidad de diseño del acoplamiento.

Los acoplamientos ranurados también son mucho más rápidos de instalar que otros métodos de unión, lo que puede ayudar a que los proyectos acelerados finalicen a tiempo o incluso antes de lo previsto. Los acoplamientos ranurados estándar se pueden instalar hasta cinco veces más rápido que las uniones soldadas, mientras que los acoplamientos "listos para instalar" pueden duplicar ese ahorro de tiempo.

Los acoplamientos mecánicos ranurados eliminan los bucles de expansión soldados que ocupan mucho espacio y que, en los estrechos confines de un eje ascendente, generalmente no son realistas. Los acoplamientos mecánicos ranurados permiten acomodar el movimiento de las tuberías en espacios más pequeños con menores tensiones generales del sistema.

La conclusión es que los ingenieros necesitan un método confiable para acomodar el movimiento térmico en las tuberías ascendentes de un edificio. El uso exitoso a largo plazo de tuberías ranuradas en sistemas de tuberías de servicios de construcción en todo el mundo respalda la viabilidad del método en estas aplicaciones. Los ingenieros y los propietarios de edificios pueden confiar en la especificación de tuberías mecánicas ranuradas como una forma más eficiente y segura de unir tuberías, además de adaptarse a la expansión y contracción térmica.

Dave Hudson es ingeniero sénior en Victaulic, un fabricante de sistemas mecánicos de unión de tuberías y protección contra incendios. Hudson es un ingeniero mecánico en ejercicio con más de 34 años de experiencia.

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