Fuerzas de presión

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Todas las tuberías sometidas a presión están expuestas a fuerzas longitudinales, que tienden a separar los componentes de la tubería.

Fuerzas de presión longitudinales que actúan sobre un extremo sin perforar:

Consideremos el caso de la presión que actúa sobre un extremo ciego situado aguas abajo de un acoplamiento flexible. La fuerza (F) necesaria para evitar la separación de la tubería viene dada por: –

F = \frac{p\,\pi\,d^{2}}{4}

Donde d = diámetro exterior de la tubería
p = presión interna.

Ejemplo:

d = 508 mm de diámetro exterior.
p = 16 bar = 1,6^N/mm²

Entonces, F =

F = \frac{1.6 \times \pi \times 508^{2}}{4} = 324293\ \text{N} = 324.3\ \text{kN} = 33.07\ \text{tonnes}

Es importante tener en cuenta la magnitud de los empujes axiales que pueden derivarse de la presión interna en una tubería. Estas fuerzas longitudinales son especialmente importantes en tuberías con uniones flexibles, como las que se unen con productos flexibles de Viking Johnson (por ejemplo, Dedicated, QuickFit, MaxiFit y MegaFit). El diseñador de la tubería debe tener muy en cuenta no solo la magnitud de estas fuerzas, sino también los medios para contrarrestarlas y evitar así el fallo de la tubería.

Se generarán fuerzas de empuje en todos los cambios de dirección —por ejemplo, en codo, en T, etc.—, así como en los extremos ciegos, las válvulas y los reductores. A menos que estas fuerzas de empuje se contengan localmente en el punto en el que se generan, los componentes de la tubería pueden desplazarse bajo la carga, lo que provocaría un fallo.

Fuerzas de presión longitudinales que actúan en un codo:

En un codo, actúa una fuerza (R) que tiende a empujar el codo hacia fuera, por lo que debe haber un anclaje suficiente para resistir la fuerza resultante (R).

R = \frac{p\,\pi\,d^{2}}{2}\sin\frac{\text{ø}}{2}

donde d = diámetro exterior de la tubería
p = presión interna

y ø = ángulo de la curva

NOTA: Se puede utilizar cualquier sistema de unidades que sea coherente.

En un sistema enterrado, se puede utilizar un bloque de empuje para contrarrestar la fuerza (R).

Bloque de empuje de hormigón para resistir las fuerzas en un codo y evitar que la tubería se salga de los acoplamientos flexibles A:

Uso de acoplamientos restringidos B en un codo para transferir la fuerza F al tramo recto de la tubería, lo que elimina la necesidad de un bloque de empuje:

Como alternativa al uso de un bloque de empuje, los acoplamientos flexibles «A» pueden sustituirse por accesorios de sujeción «B» que transferirán la fuerza «F» desde el codo al tramo recto de la tubería. Siempre que los tramos rectos de tubería, o los accesorios, etc., de estas secciones puedan soportar la fuerza «F», se puede prescindir del bloque de empuje.

Incluso las tuberías de pequeño diámetro pueden salirse de los acoplamientos a presiones moderadas si no se dispone de una sujeción externa adecuada, especialmente si el sistema de tuberías está sometido a fluctuaciones de temperatura o presión, vibraciones o cargas externas.

En el caso de las tuberías en superficie o aéreas, suele ser necesario tener plenamente en cuenta los empujes generados por las presiones internas y contrarrestarlos mediante bloques de empuje, anclajes o tirantes.

NOTA: Los acoplamientos flexibles y los acoplamientos reductores o escalonados de Viking Johnson no resisten cargas de empuje longitudinales, por lo que se producirá el desprendimiento de la tubería a menos que dichas cargas se contengan por otros medios

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