Calculadora de dilatación térmica y brazos de compensación de tuberías

¿Por qué se dilatan las tuberías?

Los materiales se dilatan al calentarse. En una línea, la dilatación se acumula a lo largo de la longitud: ΔL = α × L × ΔT, donde α es el coeficiente de dilatación lineal del material, L la longitud entre dos anclajes y ΔT la diferencia entre las temperaturas de instalación y servicio.

Las tuberías plásticas se dilatan mucho más que las metálicas. Los mismos 10 metros, al calentarse 50 °C, se alargan unos 6 mm en acero, 8,5 mm en cobre y 75 mm en PP-R. Por eso es obligatorio prever la absorción de la dilatación en el diseño de sistemas plásticos de agua caliente.

Ejemplo

Una línea principal de agua caliente de acero de 50 m se instala a 20 °C y funcionará a 120 °C. La dilatación es 0,012 mm/(m·K) × 50 m × 100 K = 60 mm. Si la línea está anclada en ambos extremos, esos 60 mm deben absorberse en un brazo o una lira de compensación, o la tubería y los anclajes quedarán sometidos a fuerzas elevadas.

¿Cómo se calcula un brazo de compensación?

El brazo situado tras un cambio de dirección absorbe la dilatación flexionándose lateralmente. Cuanto más largo es, más fácilmente se flexiona.

Para tuberías metálicas se usa la aproximación de voladizo guiado: L = √(3 × E × D × δ / σ_A). E es el módulo de elasticidad, D el diámetro exterior, δ el movimiento que debe absorber el brazo y σ_A el intervalo admisible de esfuerzos.

Para tuberías plásticas, los fabricantes dan la misma relación con una constante del material: L = C × √(D × δ). Por ejemplo, para una tubería de PVC-U de 20 mm con una dilatación de 46,8 mm y C = 33,5, el brazo es 33,5 × √(20 × 46,8) = 1025 mm.

Liras en U

En tramos rectos largos sin codos se construye una lira en U a mitad de longitud. Los dos brazos reparten la dilatación que llega de ambos lados y cada uno absorbe la mitad. Por tanto, el brazo mide 1 / √2 de la longitud de un brazo único, aproximadamente el 71 %.

Límites

Estas relaciones sirven para cálculos preliminares aproximados. Los coeficientes de dilatación y las constantes del material indicados son aproximados. Especialmente en tuberías plásticas, rige el manual del fabricante. La posición y las fuerzas de los anclajes, la separación entre guías y el análisis de esfuerzos de líneas a alta temperatura requieren un estudio de ingeniería aparte.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la dilatación térmica de una tubería de acero?

Por ejemplo, una tubería de acero al carbono de 50 m calentada de 20 °C a 120 °C se dilata aproximadamente 60 mm. Este resultado preliminar multiplica la longitud, la variación de temperatura y un coeficiente aproximado de dilatación. No incluye fuerzas en anclajes, separación entre soportes ni análisis de esfuerzos de tuberías.

Calcular con estos valores