Para un desempeño adecuado y seguro de una junta de expansión, es esencial entender que se trata de un producto altamente especializado que requiere un cuidado especial en el diseño, instalación y operación. La mayoría de las aplicaciones de juntas de dilatación antes de determinar cuál es el tipo, materiales y otros componentes, es necesario que un análisis cuidadoso del sistema. A continuación se enumeran las principales variables que deben ser consideradas en el diseño de una junta de dilatación.

1. Dimensiones

El diámetro de las dimensiones de la tubería y la longitud total de la influencia conjunta su diseño, limitando su presión de trabajo y la capacidad de absorber ciertos movimientos.

2. Tipo de fluído

Los productos que están en contacto con la junta de dilatación deben ser analizados. Algunos productos pueden causar erosión o corrosión del material de la junta. Si la tubería se vacía periódicamente, el líquido de lavado también debe especificarse.

3. Presión

La presión es una de las variables más importantes en el diseño de una junta de expansión. Las presiones de prueba máximos, mínimos y deben ser considerados. Si hay una posibilidad de presión transitoria, sus consecuencias deben ser evaluados.

4. Temperatura

La temperatura de funcionamiento afecta a las tensiones admisibles de presión máxima, vida útil y la especificación del tipo de material. La definición correcta de la temperatura es importante, ya que los valores muy altos pueden requerir materiales especiales o al ser bajas, pueden causar una falla prematura en la junta.

5. Movimientos

La determinación de los movimientos para ser absorbida es esencial para la especificación correcta de una junta de expansión. Ellos deben comprobarse además de los movimientos de origen térmico, las otras fuentes, tales como vibraciones y desalineaciones. Movimientos absorbidos por una junta de expansión pueden ser:

* El movimiento de torsión provoca alta tensión en el compensador y debe ser evitado. Las juntas de expansión sometidos a esfuerzos de torsión deben ser diseñados específicamente para este propósito.

6. Fuerzas

Estructuras, anclajes y soportes de las tuberías, conductos y equipos donde se instalan las juntas de dilatación deben soportar más allá de las fuerzas normales en sistemas de este tipo, dos fuerzas adicionales derivados de las juntas de dilatación:

6.1. Fuerza de resorte

Es la fuerza requerida para desviar una junta de expansión. El fuelle de una junta de dilatación se comportan como si fueran un resorte, los anclajes deben estar diseñados para soportar esta fuerza. La magnitud de la fuerza del resorte (Figura 6) se determina multiplicando el valor de la constante del resorte por el movimiento absorvido. As constantes de mola são axial, lateral e angular. Las constantes elásticas son axiales, laterales y angulares. Por ejemplo, si una junta de tubería de un diámetro nominal de 10 pulgadas tiene un resorte axial constante 13 kgf / mm y la absorción de un movimiento de compresión axial de 25 mm, se puede calcular la fuerza del resorte:

F_m = movimiento x constante de resorte
F_m = 25 x 13 = 325 kgf

6.2. Fuerza de presión

La fuerza de presión es una condición creada por la instalación de un elemento flexible, la junta de expansión, en una tubería rígida presurizada. Es una función de la presión del sistema, el diámetro del fuelle y la altura de la corruga. La Figura 7 (abajo) muestra el efecto de la presión de fuelle: presiones positivas tienden a extender el fuelle y negativas a comprimir.La amplitud de la fuerza de presión puede ser muy alta, superando todas las demás fuerzas combinadas. Calcular la magnitud de la fuerza de presión multiplicando el área efectiva del fuelle por la presión del sistema. El área efectiva es una función del diámetro medio de los fuelles que se determina por la altura de la corruga. El diámetro medio es normalmente mayor que el diámetro de la tubería.

Por ejemplo, utilizando la misma junta del ejemplo anterior y cuya área efectiva es 590cm2 a una presión de 10 kgf / cm 2 (150 psi), podemos calcular la fuerza de presión:

F_p = área efectiva x presión
F_p = 590 x 10 = 5900 kgf

Instabilidad de Columna e Instabilidade de Plano

Un fuelle que se somete a la presión interna se asemeja a una columna sometida a un esfuerzo de compresión; es decir, hay un valor máximo de compresión que, si se supera, provocará que la columna presente un pandeo hacia delante. De forma análoga, existe um limite de presión interna del fluido que una vez  que es alcanzado y/o sobrepasado genera una inestabilidad en el fuelle. Esta inestabilidad se caracteriza por la tendencia del fuelle a asumir una forma de “S”. Se llama llama de “Inestabilidad de Columna” o pandeo. La tendencia a «La inestabilidad de la columna» es inversamente proporcional a la cantidad de ondulaciones que existen en una articulación.

Existe otra causa de la inestabilidad, el exceso de presión interna en el fuelle, llamado «Inestabilidad de Plano». Se caracteriza por la alteración de paralelismo entre los lados de dos o más ondulaciones consecutivas. Por lo general, el «Inestabilidad de Plano» se produce a presiones superiores a la «inestabilidad de la columna». Se debe asegurar que los valores de presión de «Inestabilidad de Columna» y «Inestabilidad de Plano» son siempre mayor que la presión de diseño y prueba de la articulación.

7. Anclajes, soportes y guías

Al diseñar un sistema con juntas de expansión es necesario tener en cuenta la mejor ubicación de la tubería de soporte. Estos elementos se definen de la siguiente forma:

7.1. Anclaje Principal

Un anclaje principal debe estar diseñado para soportar las fuerzas y momentos de cada ramal de tubería anclado a ella. Habiendo juntas de expansión en el sistema, este anclaje tiene que soportar fuerzas de presión y fuerzas de resorte procedentes de la circulación de fluido en la tubería (fuerza de inercia), esfuerzos provocados p fricción en las guías, soportes y peso de la tubería. Inciertas situaciones también deben ser considerados otras fuerzas como, por ejemplo, carga de viento.

En un sistema de juntas de expansión con el ancla primaria puede ser instalado como se muestra en los siguientes ejemplos:

7.2. Anclaje intermedio

El anclaje intermedio está diseñado para resistir todos los esfuerzos, excepto la fuerza de presión de cada ramal de tubería anclado a ella. La fuerza de presión es absorbida por el ancla principal o los accesorios de expansión conjuntas tales como tirantes, bisagras, anillos cardánicos, etc.

7.3. Guias y soportes

La alineación correcta de un tubo cerca de una junta de expansión, es de suma importancia para su perfecto funcionamiento. Se necesitan guías y soportes para asegurar que la junta de expansión ejecutar el movimiento previsto y evitar el pandeo de la tubería.

El pandeo es causado por la flexibilidad de la junta de expansión y la fuerza de presión que hacen que el tubo se comporta como una columna cargada.

7.4. Tipos de guías

• 7.4.1 Unidireccional

• Permite el movimiento en una dirección, como se muestra en la Figura:

• 7.4.2 Bidireccional

• Permite el movimiento en un plano (dos direcciones), como se muestra en la Figura:

7.5. Localización de las guias

Mediante la colocación de guías para aplicaciones con sólo el movimiento axial se suele recomendar que la junta de expansión se instala cerca de un ancla. La primera lengüeta debe estar a una distancia máxima del fuelle hasta 4 veces el diámetro de la tubería, la segunda pestaña a una distancia de la primera guía hasta 14 veces el diámetro de la tubería, como se muestra en la figura.

La separación máxima (E) de las otras fichas se muestran en la tabla de abajo

7.6. Soportes

Un tubo de soporte permite el libre movimiento de la misma soportar el peso de la tubería y accesorios tales como válvulas, aislamiento, y el peso del fluido. Los soportes no sustituyen a los guías y anclajes. Un soporte de muestra se muestra en la Figura 15.

8. Vida cíclica

Un ciclo se define como un movimiento completo de la tubería desde la posición inicial a la posición de trabajo, volviendo de nuevo a la posición inicial. La vida cíclica se define como el número total de ciclos previstos para la articulación de resistir, en ensayos realizados a temperatura ambiente y las condiciones de funcionamiento simuladas.

El ciclo de vida depende de la amplitud de la variación de los esfuerzos a los que está sometido el fuelle. El fuelle de acero inoxidable austenítico, la operación de conformación provoca el endurecimiento del material, aumentando su resistencia a la fatiga. Por lo tanto, no se considera beneficioso para el recocido o aliviar el estrés después de la conformación de los fuelles. A menos que se solicite lo contrario, todos Juntas de expansión Termatic no sufre ningún tratamiento térmico antes, durante o después de la fabricación.

Tabla – Separación Máxima entre Guias – E

Influencia de las variables en el desempeño del proyecto

El diseño de una junta de expansión es una tarea compleja que debe cumplir con requisitos, en la mayoría de los casos, contradictorias. Por ejemplo, presiones altas requieren mayores espesores de los fuelles mediante la reducción de la capacidad de absorción de movimiento.

La elección de un diseño adecuado también es complicado por el gran número de variables a considerar, tales como: diámetro de los movimientos del fuelle para ser absorbida, la presión de trabajo y la temperatura, la influencia del medio ambiente, caudal, tipo de fluido, etc.

La presión máxima de trabajo se puede aumentar con el uso de anillos de refuerzo, aumentando el número de capas o el espesor de los fuelles. Sin embargo, el aumento del grosor reduce significativamente la capacidad de absorber los movimientos y la vida cíclica de la junta.

La fuerza de mola se puede reducir mediante el aumento de la altura de las ondulaciones y / o reducir el espesor de los fuelles. En ambos casos también se reduce la presión de trabajo. La presión de trabajo también puede causar la deformación del fuelle, como se explica en la página 11, en la vida cíclica. La siguiente tabla muestra cómo las distintas variables de diseño se relacionan entre sí:

Variables del Fuelle

Leyenda: = indica que no hay cambio. | + Indica un aumento en los valores. | – Indica que hay una disminución de los valores.

Ejemplo:
Considerando que tenemos dos fuelles iguales con espesores de láminas diferentes, el movimento lateral, del fuelle con espesor mayor, será menor.