Dilatación térmica en las tuberías. (II)

Segundo capítulo del artículo publicado en la revista de Foncalor.

3. CONCEPTOS BÁSICOS.

Para la fácil comprensión de las dilataciones térmicas es necesario introducir y explicar previamente dos conceptos. Tensión y deformación. Ambos pueden estar presentes en una tubería, pero la existencia de uno no conlleva la existencia del otro. La deformación es algo visible a simple vista y de reconocimiento habitual para todo el mundo. Uno de sus ejemplos más claros y que todos hemos usado en algún momento de nuestra vida es el termómetro. En su interior hay una pequeña cantidad de mercurio que al sufrir un calentamiento se prolonga por el tubo y nos permite comprobar si estamos o no enfermos. Estamos rodeados de los efectos que ocasionan las deformaciones térmicas. En la foto pueden observarse las consecuencias en la medianera de la carretera que enlaza el campus universitario de Vigo con la ciudad.

Dilatacion térmica tuberías

En realidad siempre que un determinado material sufre un aumento o disminución de la temperatura sufre una modificación en sus dimensiones. Cada material de una manera distinta y en relación a un determinado coeficiente matemático que se verá más adelante. Es importante incidir en como la deformación térmica no tiene por qué suponer ningún problema. Pensemos un ejemplo, un tubo de acero de 10 m de largo que calentamos por cualquier medio 100 ºC; si estamos a 20 ºC le subiríamos la temperatura hasta 120 ºC. Esto haría que la dimensión final del tubo haya aumentado 1,17 cm. No pasa nada más, el tubo ahora es más largo. El problema surge cuando queremos utilizar ese tubo y meterlo en un hueco que mida solo 10 m. Lógicamente para conseguirlo tendríamos que apretar un poco el tubo (comprimirlo). La presión que tenemos que ejercer es la tensión que se generará en el tubo. La tensión es por lo tanto la fuerza que el tubo va a realizar sobre sus anclajes o puntos fijos. La deformación es la causa y la tensión es el efecto. La tensión es equivalente a una presión y sus unidades son las mismas. Se puede calcular fácilmente la fuerza resultante teniendo en cuenta el área de acción. Dicha fuerza es la que puede ocasionar efectos como el que se puede observar en la foto 1.

Por lo tanto los dos conceptos básicos, deformación y fuerza no tienen que estar siempre unidos. Las fuerzas solo aparecen cuando no se permiten las deformaciones. Si éstas últimas se permiten no pasa absolutamente nada.

Una de mis experiencias profesionales, a modo de anécdota, me condujo hasta una nave industrial situada en los alrededores de Vigo. En ella se había montado una tubería por el techo de 100 m de largo aproximadamente para la conducción de vapor (lo que influye en que el aumento de temperatura es muy superior al habitual en una instalación de agua caliente), al final de la tubería se instaló un codo de 90º y 2-3 m más hasta la conexión a un aparato consumidor. Se había conformado una L en la que el palo corto bajaba pegado a una pared. Realizando los cálculos como en el ejemplo anterior, la dilatación que se observaría en la tubería sería 10 veces superior, 11,7 cm. El resultado fue el derrumbe de la pared. Sirva el ejemplo para darse cuenta de que el problema surge cuando no se tienen en cuenta las deformaciones que ocurrirán en las tuberías.

4. CÁLCULO DE LA DILATACIÓN.

La norma UNE 100156 establece la fórmula que se debe utilizar para el cálculo de las deformaciones térmicas [3].

∆L=c×(TM – Tm )×L (Fórmula 1)

Siendo:

  • AL – Deformación del objeto, cm.
  • c – Coeficiente de dilatación de acuerdo con el material, ver tabla 1, ºC-1
  • TM –  Temperatura máxima que se alcanzará, ºC.
  • Tm – Temperatura mínima, ºC.
  • L – Longitud  del objeto, cm.
Acero – 11,70 · 10E-6
Cobre – 16,74 · 10E-6
PVC – 70,00 · 10E-6
PE-X – 150,00 · 10E-6
PP-X – 150,00 · 10E-6
PB – 130,00 · 10E-6

                    Tabla 1. Coeficientes de dilatación térmica.

Nótese como los coeficientes de los plásticos son muy superiores. Para una tubería de 100 m, similar a la del ejemplo anterior, la deformación térmica sería de 150 cm si se hubiera construido en polipropileno.

[3]. UNE 100156:2004. Climatización. Dilatadores. Criterios de diseño.

Parte I. Parte II. Parte III.

Anuncios

2 comentarios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s