En el ámbito del diseño de sistemas de tuberías para plantas industriales, los soportes y guías constituyen un elemento clave para garantizar la integridad mecánica, la operabilidad y la vida útil del sistema.
El diseño de soportes no debe entenderse como una disciplina aislada, sino como una parte fundamental del análisis de flexibilidad del sistema. Los soportes de tuberías tienen como objetivo principal transmitir de forma segura las cargas del sistema hacia estructuras, equipos o fundaciones.
El diseño de tuberías va más allá la selección de diámetros y materiales, ya que un soporte adecuado es esencial para la seguridad y eficiencia. Un sistema de soporte mal diseñado puede conducir a fallos operativos, accidentes y costos elevados.
Qué es un estándar de soportes para tuberías
Desde el punto de vista de la ingeniería de tuberías, los soportes pueden clasificarse según distintos criterios.
Otra clasificación relevante se basa en su construcción: soportes estándar, disponibles comercialmente con cargas admisibles tabuladas; soportes especiales, diseñados para aplicaciones concretas; y soportes estructurales, como pórticos o pipe-racks, que requieren un diseño específico por parte de especialistas estructurales.
Los códigos y estándares como el MSS-SP proporcionan directrices para iniciar el diseño de soportes de tubería. Asimismo, normas como ASME B31.1 proporcionan tablas orientativas para el espaciamiento máximo entre soportes en función del diámetro, el fluido y las condiciones de operación.
Estas reglas son el punto de partida para diseñar un soporte efectivo. Cada sistema de tubería tiene requisitos únicos, dependiendo de su uso y ambiente operativo.
Funciones principales de los soportes
Los soportes de tuberías tienen como objetivo principal transmitir de forma segura las cargas del sistema hacia estructuras, equipos o fundaciones.
- Transmitir el peso de la tubería, el fluido, el aislamiento y los accesorios hacia la estructura.
- Controlar los desplazamientos producidos por la expansión térmica.
- Mantener la estabilidad de la línea durante la operación y las condiciones transitorias.
- Limitar vibraciones y movimientos no deseados.
- Evitar la sobrecarga de boquillas, equipos y conexiones sensibles.
- Facilitar la expansión por calor.
Una de las funciones más críticas es el control de desplazamientos térmicos.
Establecer unas reglas básicas de soportado de tuberías evita sobrecargas y, además, facilita la expansión por calor.
Clasificación funcional de los soportes
Soportes rígidos
Los soportes rígidos son aquellos que restringen uno o varios grados de libertad de la tubería, impidiendo desplazamientos en la dirección de trabajo.
Anclajes
Especial atención merecen los anclajes.
El anclaje direccional impide el desplazamiento axial pero permite rotaciones, mientras que el anclaje total bloquea todos los movimientos y rotaciones, convirtiéndose en uno de los puntos más críticos del sistema.
Guías
Las guías juegan un papel esencial en la distribución controlada de los desplazamientos por expansión térmica.
En la práctica industrial, las guías suelen materializarse mediante zapatas con topes laterales o soportes deslizantes con restricción transversal.
Un error frecuente es sobre restringir la línea, convirtiendo una guía en un anclaje no deseado, lo que puede aumentar significativamente los esfuerzos térmicos.
Soportes deslizantes
Los soportes móviles se instalan entre los soportes fijos para permitir el desplazamiento de la tubería durante la expansión térmica.
Las piezas de fijación deslizantes para dilatación (modelo 72196)permiten los movimientos de translación de la abrazadera para seguir y soportar el movimiento de dilatación de las tuberías.
Estas piezas pueden montarse en horizontal, en suspensión o fijarse directamente a la estructura del edificio mediante carriles.
Soportes de suspensión
Los soportes de suspensión se utilizan para la instalación sobre el suelo en viaductos con tramos, suspendiendo una tubería sobre otra, en tramos de auto-compensación o al instalar compensadores en forma de U.
Cuando se utilizan compensadores en forma de U, se recomienda instalar soportes de guía a una distancia de 40*DN.
Soportes de rodillos
Los soportes de rodillos se utilizan para tuberías con un diámetro DN > 200 mm cuando se instalan en soportes bajos y altos, de pie separados, a lo largo de las paredes de los edificios y en túneles en marcos y soportes.
Para la instalación sobre el suelo de tuberías en viaductos con estructuras de tramos, se utilizan tanto soportes deslizantes como de rodillos para diámetros nominales DN > 200 mm.
Muelles de carga variable
Cuando los desplazamientos verticales por expansión térmica son significativos, los soportes rígidos dejan de ser una solución viable.
Los muelles de carga variable se utilizan cuando la variación de carga entre el estado frío y caliente no supera el 25 % y los desplazamientos son moderados.
Muelles de carga constante
Por su parte, los muelles de carga constante mantienen prácticamente constante la fuerza aplicada a la tubería a lo largo de todo su recorrido.
Se reservan para tuberías críticas, de alta temperatura y grandes desplazamientos, o cuando es necesario proteger conexiones sensibles.
| Tipo de soporte | Función o aplicación |
|---|---|
| Soporte rígido | Restringe uno o varios grados de libertad |
| Anclaje direccional | Impide el desplazamiento axial pero permite rotaciones |
| Anclaje total | Bloquea todos los movimientos y rotaciones |
| Soporte deslizante | Permite el desplazamiento de la tubería durante la expansión térmica |
| Muelles de carga variable | Variación de carga entre el estado frío y caliente no superior al 25 % |
| Muelles de carga constante | Mantienen prácticamente constante la fuerza aplicada |
| Soportes de rodillos | Tuberías con un diámetro DN > 200 mm |
Secuencia de diseño de los soportes
Recomendamos seguir una secuencia de diseño ordenada, considerando primero las cargas sostenidas, luego las condiciones de prueba, las cargas térmicas y finalmente las acciones ocasionales como viento, sismo o vibraciones.
- Evaluar las cargas sostenidas.
- Comprobar las condiciones de prueba.
- Analizar las cargas térmicas y los desplazamientos por expansión.
- Considerar las acciones ocasionales como viento, sismo o vibraciones.
- Definir la combinación de soportes fijos y móviles.
- Comprobar la transferencia de cargas hacia estructuras, equipos o fundaciones.
- Revisar la compatibilidad de las restricciones con el análisis de flexibilidad.
La disposición y combinación de soportes móviles y fijos durante el diseño de la instalación de tuberías son críticas para garantizar la estabilidad, eficiencia y durabilidad del sistema.
La colocación de los soportes fijos depende de las características esquemáticas de las redes de calefacción.
Separación y aplicación según el diámetro
Soportes deslizantes: se utilizan para tuberías de diámetro DN25 a DN150 en todas las variantes de instalación de redes de calefacción.
Cuando se utilizan compensadores en forma de U, se recomienda instalar soportes de guía a una distancia de 40*DN.
Soportes de rodillos: se utilizan para tuberías con un diámetro DN > 200 mm cuando se instalan en soportes bajos y altos, de pie separados, a lo largo de las paredes de los edificios y en túneles en marcos y soportes.
Elementos de fijación de tuberías
Abarcones
La función del abarcón es fijar el tubo a la estructura que lo rodea mediante un soporte en la pared, el techo y el suelo.
Se trata de una buena alternativa para las tuberías de carga ligera y que no vibran o vibran muy poco.
Puede servir, asimismo, de guía o brida en algunas redes de tuberías.
Los abarcones Béné Inox incluyen las 2 tuercas.
Modelos de abarcones
- Abarcón para tubo metálico | modelos 72112.
- Abarcón para tubo cuadrado | modelos 72110.
- Abarcón para tubo ISO (modelo 72111).
- Abarcón roscado largo para tubo ISO (modelo 72105).
- Abarcón roscado largo para tubo métrico (modelo 72106).
Elección del abarcón
La elección de un soporte de tuberías como un abarcón se basa en varios criterios.
En primer lugar, son la norma (ISO ou métrica) y la forma (cuadrado o redondo) las que orientan la decisión.
En segundo lugar, hay que fijarse en el material.
- El entorno en el cual se fijará es crucial.
- El material del tubo que estará en contacto directo con el abarcón.
- La compatibilidad entre los materiales para evitar la corrosión galvánica.
Para adaptarse al medio de implantación, Béné Inox propone en su gama A2 y A4 (para medios marino o químicos) y zincado.
La corrosión galvánica aparece al entrar en contacto dos metales diferentes.
Este fenómeno es el resultado de la diferencia de potencial entre los dos metales.
El metal menos noble se degradará y creará corrosión galvánica.
Otros factores pueden generar este fenómeno, como la humedad, la temperatura, etc.
Sistemas de fijación para abarcones
Existen diferentes sistemas de fijación para los abarcones.
Pueden atornillarse a un carril o un soporte mural.
Existe también la placa para abarcón.
Alternativas al abarcón
El soporte omega | modelo 72090: Se trata de una buena alternativa.
Posee orificios que permiten fijarlo directamente en el hormigón mediante pernos de anclaje.
El soporte omega puede asociarse también a los tornillos de soporte (modelo 72129 y modelo 72184) que permiten ajustarlo al carril de manera rápida y accesible.
Posee las mismas funciones que el abarcón, aunque el montaje se efectúa en una superficie mayor.
Abarcón de fijación para carril en viga IPN | modelo 72204: Montaje estándar de un abarcón en una viga IPN.
Para una fijación sólida sin taladrar ni soldar en las construcciones de acero y metálicas.
Abrazaderas
La función de la abrazadera es fijar el tubo a la estructura que la rodea o al soporte.
Se propone con numerosas alternativas: cierre mediante un solo tornillo (y una articulación) y/o doble tornillo, con o sin barra de fijación, de forma redonda o hexagonal.
Las posibilidades de montaje son múltiples.
Tipos de abrazaderas
- Abrazadera hexagonal (modelo 72117), para conservar el aspecto exterior pulido del tubo y evitar zonas de retención, principalmente en el sector alimentario.
- Abrazadera redonda (modelo 72113), estándar de los soportes, recomendado para los entornos industriales o redes “utilities”.
- Abrazadera redonda o hexagonal con barra de fijación (modelo 72115).
- Abrazadera con 2 tornillos (modelo 72140) que facilita la instalación de las tuberías.
Criterios para seleccionar una abrazadera
Temperatura del fluido
La temperatura del fluido es uno de los criterios principales de selección.
Las abrazaderas estándar con aislamiento (EPDM) toleran una temperatura de fluido comprendida entre -30 °C y +120 °C.
Cuando el rango de temperatura es inferior o superior, es más adecuado utilizar abrazaderas específicas.
Béné Inox propone varios modelos de abrazaderas específicas para el frío con inserciones aislantes de espuma en mousse hasta -180°C (modelo 72177 y modelo 72178) y para el calor hasta 200 °C | modelo 72175.
Carga máxima admisible
La carga máxima admisible se define por el peso de las tuberías que la abrazadera va a soportar.
En función del peso de las tuberías, deberá equiparse con abrazaderas de la serie pesada (modelo 72125) para las cargas pesadas o de la serie ligera y el modelo 72113 para las cargas más ligeras.
El ancho y espesor de la abrazadera son distintivas de las dos series.
Material y dimensiones del tubo
El material es un aspecto importante.
Los dos materiales en contacto deben ser compatibles para no generar una corrosión galvánica.
Por ejemplo, si el acero inoxidable está en contacto con el acero zincado, se generará corrosión a largo plazo.
Ocurre lo mismo cuando el acero inoxidable está en contacto con el aluminio.
Para evitarlo, puede utilizarse una abrazadera con protección, que puede estar en contacto con otro material sin que exista riesgo de corrosión.
Las dimensiones del diámetro interior de la abrazadera y el diámetro exterior del tubo deben corresponder para efectuar un ajuste correcto de la abrazadera.
Entorno de instalación
Debe conocerse el entorno del proceso, es decir, si las tuberías se encuentran en el interior o en el exterior, para determinar si el medio es agresivo o no.
El entorno en el cual se fijará es crucial, especialmente en ambientes agresivos, como los entornos marinos o químicos, para los que se preconiza el uso de inox A4.
Al igual que en la elección del abarcón, el material del tubo debe tenerse en cuenta para no generar corrosión entre los dos materiales en contacto.
Exigencias particulares
Algunas abrazaderas se adaptan a exigencias específicas.
- Cuando las tuberías presentan muchas vibraciones, podemos orientarnos hacia las abrazaderas antivibración en función de la carga (modelo 72114 serie ligera | modelo 72126 serie pesada).
- Cuando las tuberías presentan vibraciones y mucho ruido, se recomiendan las abrazaderas isofónicas (modelo 72172 doble tornillo, modelo 72175 con tornillo).
- Para reducir las vibraciones y los ruidos, resistir a los productos químicos, las inclemencias del tiempo y los UV, las abrazaderas de polipropileno (modelo 72121 sin placa | modelo 72122 con placa) se adaptan perfectamente a todas esas restricciones.
- Para realizar redes antiincendios Sprinkler, se recomienda el modelo 72179 (o abrazadera tipo pera) y puede asociarse al modelo 72176 que posee la particularidad de haber sido probado contra incendios.
Tipos de fijación de las abrazaderas
Abrazaderas para atornillar
Las abrazaderas para atornillar se asocian a una varilla roscada (modelo de 304: 214650 y 316: 414650) gracias al roscado hasta el carril o el soporte mural y dispuestas contra un muro, en el suelo, en el techo.
Abrazaderas sin varilla
Las abrazaderas sin varilla pueden soldarse directamente a un soporte, como un carril de fijación, una consola o una pletina/perfil de ángulo.
Los diferentes tipos de fijación incluyen la utilización de una escuadra.
También puede utilizarse una pletina para las abrazaderas de polipropileno o de poliamida para soldar.
Abrazaderas con varilla para soldar
Las abrazaderas con varilla para soldar se utilizan para desplazar la abrazadera respecto al soporte.
Componentes del sistema de soporte
Existen numerosos elementos para componer su soporte de tuberías.
Antes, debe verificarse el tipo de perfil asociado al soporte, perfil strut o perfil C, y también el material: inox 316 L, acero ultraprotect, acero zincado o galvanizado en caliente.
Carriles de fijación
El carril de fijación perfil Strut (modelo 72127) y el carril de fijación perfil C (modelo 72198) constituyen la base de la instalación.
Se fijan en paralelo al muro o al techo mediante tornillos para hormigón/tacos.
El carril se asocia a una consola mural para prolongar la línea de soporte y constituye la base de la instalación.
Béné Inox propone 3 tipos de perfiles C que caracterizan la sección: WM0, WM1 y WM2.
Consolas murales
La consola mural perfil Strut (modelo 72131) y la consola mural perfil C (modelo 72200) forman también parte de la base de la instalación.
La consola se fija perpendicular al muro mediante tornillos para hormigón o tacos.
Tuercas deslizantes
La tuerca deslizante perfil Strut | modelo 72119 permite conectar rápidamente al carril la barra roscada, que está conectada a la abrazadera.
Conexiones, escuadras y estribos
Las conexiones en U para carril perfil Strut (modelo 72187), las piezas de ensamblaje en T o X (modelo 72188), las escuadras de fijación perfil C (modelo 72003), las escuadras de fijación perfil Strut (modelo 72203) y los estribos de carril perfil Strut (modelo 72190) permiten realizar diferentes montajes.
Estos elementos permiten la conexión de la barra roscada al carril, la conexión de dos carriles u otras configuraciones.
Conexión con vigas y estructuras
El abarcón (modelo 72192) y la garra (modelo 72193 y modelo 72194) tienen la función de conectar un carril a una viga metálica u otro soporte de cimientos/fijación.
La mordaza de fijación (modelo 72181) se conecta mediante una placa de seguridad.
Diversos montajes son posibles:
- Carril y viga metálica.
- Viga metálica, varilla roscada y abrazadera.
La placa de seguridad se asociará a una mordaza de fijación para viga metálica (modelo 72182).
Se recomienda montar las mordazas de fijación para vigas con una placa de seguridad, obligatoria para las tuberías > Ø 65 mm según la norma alemana VdS.
Soportes Yéti® o Bigfoot
El soporte Yéti® ou Bigfoot perfil Strut (modelos 72206 y 72207) permite montar un carril vertical u horizontalmente.
Su función es disminuir las vibraciones y repartir las cargas.
Es antiderrapante.
Materiales y prevención de la corrosión
La selección del material debe considerar el ambiente, el material del tubo y la naturaleza de la estructura de soporte.
Atención a los ambientes agresivos, como los entornos marinos o químicos, para los que se preconiza el uso de inox A4.
Para adaptarse al medio de implantación, Béné Inox propone en su gama A2 y A4 y zincado.
La corrosión galvánica aparece al entrar en contacto dos metales diferentes.
Este fenómeno es el resultado de la diferencia de potencial entre los dos metales.
El metal menos noble se degradará y creará corrosión galvánica.
Por ejemplo, si el acero inoxidable está en contacto con el acero zincado, se generará corrosión a largo plazo.
Ocurre lo mismo cuando el acero inoxidable está en contacto con el aluminio.
Para evitarlo, puede utilizarse una abrazadera con protección, que puede estar en contacto con otro material sin que exista riesgo de corrosión.
Otros factores pueden generar este fenómeno, como la humedad, la temperatura, etc.
Soportación en función de las condiciones de servicio
Los soportes y guías en sistemas de tuberías no son simples elementos auxiliares, sino componentes estructurales fundamentales para el correcto funcionamiento de una planta industrial.
La disposición y combinación de soportes móviles y fijos durante el diseño de la instalación de tuberías son críticas para garantizar la estabilidad, eficiencia y durabilidad del sistema.
Cuando los desplazamientos verticales por expansión térmica son significativos, los soportes rígidos dejan de ser una solución viable.
Los muelles de carga variable se utilizan cuando la variación de carga entre el estado frío y caliente no supera el 25 % y los desplazamientos son moderados.
Los muelles de carga constante mantienen prácticamente constante la fuerza aplicada a la tubería a lo largo de todo su recorrido.
Se reservan para tuberías críticas, de alta temperatura y grandes desplazamientos, o cuando es necesario proteger conexiones sensibles.
Cuando las tuberías presentan muchas vibraciones, podemos orientarnos hacia las abrazaderas antivibración en función de la carga.
Cuando las tuberías presentan vibraciones y mucho ruido, se recomiendan las abrazaderas isofónicas.
Herramientas y mantenimiento
El diseño y selección de soportes se apoya en principios de resistencia de materiales y en estándares internacionales ampliamente aceptados.
Herramientas de software especializado, como Autopipe, permiten análisis y ajustes precisos.
En Arveng consideramos que la suportación debe abordarse de forma integral desde las primeras fases del proyecto, entendiendo el comportamiento global del sistema y materializando correctamente las restricciones definidas.
Es esencial revisar y mantener los soportes regularmente para confirmar que el sistema sigue operando de forma óptima, de forma que conocer bien las prácticas de soportado garantiza sistemas duraderos.
Cómo revisar soportes y arriostramiento de la Red Contra Incendios
Cada sistema de tubería tiene requisitos únicos, dependiendo de su uso y ambiente operativo.