Suportes de tubulação: desafios e soluções

Nov 05, 2023

1 de outubro de 2020 | Por Scott Feller, AMG Inc.

Os suportes de tubos em plantas de processos industriais costumam ser mais complicados do que comumente se pensa. Apresentamos aqui alguns dos desafios que podem surgir e como enfrentá-los

Em um nível, o tópico de suportes de tubos parece ser simples: apoiar o tubo. E às vezes é simples assim, mas na maioria das vezes não é. Em plantas de processamento industrial, independentemente do processo ou utilidade, há uma infinidade de considerações quando se trata de suportes de tubos. Preocupações como o vão máximo admissível para tensão, deflexão, vibração, harmônicos e crescimento térmico precisam ser abordadas, bem como a interação entre o tubo, seus suportes e as estruturas que suportam esses suportes. O que acontece quando tubos de vários materiais de construção, com diferentes tensões admissíveis e operando em diferentes temperaturas compartilham um rack de tubos comum? Quando essas condições são cuidadosamente consideradas, os suportes de tubos adequados podem se tornar mais complicados.

Este artigo discute vários desafios de suporte de tubulação e algumas maneiras de superá-los. Ele também apontará exemplos de suportes que são ineficazes na maneira como são utilizados ou muito mais caros de instalar do que uma abordagem mais simples.

Situações envolvendo expansão térmica e contrações de tubulação são muito comuns em sistemas de vapor e condensado, água gelada e aplicações criogênicas, e em muitos outros sistemas de tubulação de processo. Esses trechos de tubos podem apresentar vários desafios, incluindo altas cargas de ancoragem, cargas de bicos no equipamento, geometria do circuito de expansão ou seleção e colocação de juntas de expansão. O truque é escolher os pontos de ancoragem com sabedoria. Muitas vezes, é necessário criar ancoragens próximas (a cerca de 20 pés) de equipamentos de conexão, como tanques ou bombas, para que a expansão ou contração térmica entre a ancoragem e o equipamento possa ser minimizada e mais facilmente controlada com suportes flexíveis pernas, articulações flexíveis, molas e assim por diante. Os trechos mais longos entre essas âncoras de extremidade podem ser desafiadores, principalmente em racks de tubos congestionados. Se loops de expansão forem necessários, eles podem bloquear o roteamento de linhas adjacentes. O uso de um loop ascendente pode resolver esse problema, mas também pode impedir a drenagem do tubo, exigir purgadores de vapor adicionais ou interferir em outras tubulações, dutos ou passagens elétricas acima. Juntas de expansão lineares ou axiais podem ser uma opção, mas deve-se tomar cuidado para lidar com o empuxo induzido por pressão que pode ocorrer. Juntas de expansão com pressão balanceada (ou compensada) são uma boa opção, mas podem ser caras. Idealmente, se o trecho de tubo tiver mudanças de direção, eles podem ser utilizados como pernas flexíveis para permitir o crescimento ou contração, conforme ilustrado na Figura 1. A distância de expansão ou contração deve ser determinada para espaçar adequadamente os tubos adjacentes.

Figura 1. Tubos longos podem ser complicados pela expansão e contração térmica, e as distâncias devem ser determinadas

Equipamentos de processo, particularmente dispositivos com componentes rotativos, como bombas e compressores, são sensíveis às forças aplicadas pela tubulação. A redução da vida útil do selo e o desgaste prematuro do rolamento podem resultar de grandes forças aplicadas aos bicos. Tanques atmosféricos e vasos de pressão também têm limites de carga. Cargas devido à gravidade de tubulações de diâmetro pequeno geralmente não são uma grande preocupação, mas cargas induzidas por expansão térmica podem ser enormes. Existem várias estratégias para reduzir essas cargas de bico:

1. Crie mudanças de direção no projeto da tubulação para permitir flexibilidade e reduzir forças

2. Considere projetar mola fria na tubulação durante a instalação

3. Avalie o uso de ganchos ou suportes de mola para reduzir cargas térmicas e de gravidade em diferentes casos de carga

4. Considere a montagem flexível do equipamento de processo. Freqüentemente, altas forças podem ocorrer na sucção de uma bomba - por exemplo, quando ela está diretamente conectada a um tanque com um pedaço reto de tubo. Enquanto o crescimento térmico ou contração do segmento de tubo pode ser apenas uma pequena fração de polegada, a força necessária para resistir à força gerada pela expansão pode ser de dezenas de milhares de libras. Permitir que a bomba flutue 1/16 de polegada pode reduzir a reação a um nível insignificante. Isso pode ser conseguido montando a bomba em montagens de mola, em uma base deslizante ou em hastes roscadas, permitindo que elas se dobrem.