caÑerÍas y recipientes a presiÓn
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CAÑERÍAS Y RECIPIENTES A PRESIÓN
DISEÑO
Diseño de cañerías: Programa. Caños y tubos Materiales Métodos de fabricación Dimensiones Medios de unión Accesorios de cañerías
según Normas ASME B36.10-19, B16.1-3-4-5-9-11-15.
Bridas Válvulas
Códigos de diseño: ASME B 31.1-3-4-5-8-9-11.
Especificaciones y planos
Diseño hidráulico Diseño por presión Diseño por
temperatura Soportes, aislantes Protección catódica
Diseño de Recipientes: Programa.
Alcance del Código ASME VIII-División 1
Materiales Diseño general Soldadura: cálculo Tratamientos
térmicos.
Ensayos de impacto.
Inspección y pruebas de presión
Válvulas de seguridad
Estampado ASME del símbolo del código
Diseño de cañerías: Caños y tubos Caño: Conduce y resiste estructuralmente
con o sin costura (aunque en general a partir de chapa cilindrada-calandrada- y soldadura longitudinal). Negro o galvanizado que se compra por su diámetro nominal en pulgadas y cuyo espesor se define a partir de su schedule. Hasta 42”
Tubo: son sin costura y se identifican de otra manera. Se usan en calderas, intercambiadores, industria petrolera etc. Hasta 6”. Uso habitual 2”.Tolerancia estricta
Diseño de cañerías: Caños Caños: Diámetro nominal o NPS
(nominal pipe size): hasta 12” el diámetro nominal no coincide con el diámetro exterior.
A partir de 14” coinciden. Su espesor se define por la Serie o
Schedule = 1000.P/S P presión [psi] S Tensión admisible del material [psi]
Diseño de cañerías: Tubos
Diámetro nominal coincide con diámetro exterior.
Espesor: número de calibre o gage BWG (Birmingham Wire Gage). Ejemplo BWG 12 espesor 0.109”
Diseño de cañerías: Sistema Métrico para caños
DN (diámetro nominal) es adimensional e indica el tamaño standard.
Por ejemplo DN 50 es equivalente al NPS 2. Hay tablas de equivalencia entre NPS y DN.
Diseño de cañerías:colores Rojo: vapor en general, vapor
saturado. Rojo blanco rojo en franjas: vapor
recalentado Rojo verde rojo: Vapor de escape Verde: Agua en general y
potable(salvo de emergencia que es rojo)
Verde blanco verde: agua caliente
Diseño de cañerías: colores de identificación
Verde rojo verde: agua a presión o alimentación
Verde negro verde: Agua salada o aguas de desagüe
Azul Aire en general y aire comprimido
Azul rojo azul: aire alta presión Amarillo gas en general, natural,
licuado.
Diseño de cañerías: colores de identificación
Amarillo blanco amarillo: acetileno Rosado: aceites en general Gris tubo con vacío (depresión)
Diseño de cañerías: Materiales
Código ASME B 31.1: Cañerías de potencia (Centrales eléctricas; Plantas industriales)
Código ASME B 31.3: Cañerías de proceso (Refinerías de petróleo)
Código ASME B 31.4:Sistemas de transporte de hidrocarburos líquidos (entre plantas)
Diseño de cañerías: Materiales Código ASME B 31.5:Cañerías de
refrigeración (líquidos refrigerantes) Código ASME B 31.8: Sistemas de
transporte y distribución de gas(entre fuentes y terminales)
Código ASME B 31.9:Servicio en Edificios
Código ASME B 31.11:Mezclas acuosas de barro, cemento,etc
Diseño de cañerías: Materiales
Si el ASME B 31 no dice nada en contrario las normas adoptadas por el código para especificar materiales son ASTM (American Society for Testing and Materials).
Si usa otra lo indica por ejemplo API (American Petroleum Institute).
Diseño de cañerías: Materiales Aceros al carbono más habituales:
ASTM A 53 Grado A-B-C ASTM A 106 Grado A-B-C API 5 L Grado A-B
Distintos usos de presión y temperatura. Para el Código ASME son todos de la familia “P Nº: 1”. Veremos esto para los requisitos de impacto y otros.
Diseño de cañerías: Uniones
Vinculan secciones de caños entre sí y también caños con accesorios, válvulas y equipos:
1. Roscadas (Screwed joints)2. Soldadas (Welded joints)3. Bridadas (Flanged joints)4. Enchufe (Socket welded joints)
Diseño de cañerías: selección de uniones
Costo Operatividad Seguridad Presión de trabajo Temperatura de trabajo Fluido Diámetro
Diseño de cañerías: Uniones roscadas
Bajo costo y fácil ejecución. Hasta 4” Instalaciones secundarias de baja
presión (condensado, aire, agua) Domiciliarias (agua, gas) Riesgo de pérdidas y baja resistencia
mecánica de las uniones
Diseño de cañerías: uniones roscadas
ASME B 31 exige roscas cónicas y recomienda que se efectúen soldaduras de sellos si hay fluidos inflamables.
Utilizadas en caños galvanizadosVictaulic? Se usan muy poco en inoxidables y no
ferrosos por los espesores finos Schedule 80 como mínimo
Diseño de cañerías: uniones soldadas
A tope: butt weld De enchufe: socket weld
VENTAJAS:1. Alta resistencia mecánica2. Estanqueidad3. Bajo mantenimiento y fácil aislación y
pintura.
Diseño de cañerías: uniones soldadas
DESVENTAJAS
1. Dificultad en el montaje de cañerías2. Mano de obra especializada3. Continuidad?
Uniones soldadas a tope: (x=3/16” al carbono ó 1/8” austenítico)
Diseño de cañerías: uniones soldadas a tope
A tope:1. Es la más usada2. Se aplica a toda la gama de
presiones y temperatura3. Requiere bisel o chaflán4. Para diámetros mayores a 20” se usa
respaldo que queda incluido en la soldadura
Diseño de cañerías: Soldadura de enchufe (socket)
Diámetros menores a 2” con accesorio de acoplamiento y soldadura de filete
Diseño de cañerías: Soldadura de enchufe (socket)
Socket
Diseño de cañerías: Accesorios Te: Derivación a otra línea o inyección.
Diámetros constantes o reducción. Codos: cambio de dirección. Radio largo
90° (1.5 veces el diámetro) y radio corto 90° (1 vez el diámetro; más compacto pero altera el flujo con pérdidas y erosión).
Codo 45° Codo reducción.
Diseño de cañerías: Accesorios
Casquetes: utilizados en los extremos de las líneas o colectores.
Reducciones: para realizar cambios de diámetro, concéntricas o excéntricas
Todos los accesorios se normalizan por material y tipo de unión.
Diseño de cañerías: Normas aplicables para Accesorios
ASME B 36.10M: acero conformado con y sin costura
ASME B 36.19M: aceros inoxidables ASME B 16.1: Bridas y accesorios
bridados de acero fundido ASME B 16.11: acero forjado roscado
y de enchufe ASME B 16.15: Latón y bronce
fundidos roscados
Diseño de cañerías: Normas aplicables para Accesorios
ASME B 16.22-16.18: Latón y bronce conformados
ASME B 16.3 Fundición maleable ASME B 16.4: Acero fundido roscado ASME B 16.5: Acero forjado y
aleaciones de níquel bridadas ASME B 16.9: Acero conformado
soldados a tope
Diseño de cañerías: Bridas y accesorios bridados
Las BRIDAS (flanges) son un medio de unión dentro de un sistema de cañerías. Es un conjunto compuesto por dos bridas, una junta, pernos y tuercas.
Existen varios tipos dependiendo de su forma y de las condiciones de trabajo de las cañerías.
Accesorios tipo tee
Diseño de cañerías: Bridas y accesorios bridados
La ASME B 16.5 las clasifica en Series de acuerdo a cada rango de Presión-Temperatura:
Series 150 , 300 , 450 , 600 , 900 , 1500 y 2500.
Los rangos de Presión-Temperatura dependen del material del accesorio.
Diseño de cañerías: Bridas y accesorios bridados
VÁLVULAS CONTROL RETENCIÓN ALIVIO BLOQUEO1. GLOBO2. ESFERICA 3. MARIPOSA4. ESCLUSA
VÁLVULAS DE CONTROL
Son válvulas de accionamiento automático y constituyen y el último elemento de un lazo de control.
Se comporta como un orificio cuya sección de paso varía continuamente para controlar el caudal.
VÁLVULAS DE CONTROL
VÁLVULAS DE RETENCIÓN
Están destinadas a evitar una inversión de la circulación.
Las más comunes consisten en una compuerta o clapeta vasculante que se cierra al retroceder el flujo.
VÁLVULAS DE RETENCIÓN
VÁLVULAS DE ALIVIO
Regulación automática de la presión. Fluidos no comprimibles. Apertura lenta conforme aumenta la
presión. No son válvulas de seguridad.
VÁLVULAS DE SEGURIDAD Se abre con rapidez con un salto para
descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos compresibles.
Se instalan de acuerdo a disposiciones del ASME VIII o B 31 según sea recipiente o cañería.
Se calibran a un 10% o 3 psi (la que sea mayor) arriba de la presión de diseño.
VÁLVULAS DE ALIVIO
UG 125 ASME VIII DIV. 1 322.6.3 ASME B 31.3 843.44 ASME B 31.8 Fácil acceso para inspección,
mantenimiento y calibración.
VÁLVULAS DE ALIVIO
CÁLCULO FLUIDODINÁMICO DEL DIÁMETRO DE LA CAÑERÍA
CAUDAL DIFERENCIA DE COTAS PRESIONES VELOCIDADES ADMISIBLES PÉRDIDAS DE CARGA ADMISIBLES PROPIEDADES DEL FLUIDO MATERIAL DEL CAÑO
CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA CAÑERÍA: OTROS FACTORES
LÍNEAS DE POCA LONGITUD ENTRE EQUIPOS: MANDA EL DIÁMETRO DE LAS BRIDAS DE LOS EQUIPOS POR SIMPLICIDAD Y ECONOMÍA DE ACCESORIOS.
CÁLCULO POR DEBAJO DE 2”: SE SOBREDIMENSIONA PARA
ECONOMIZAR SOPORTES Y FUNDACIONES.
PÉRDIDA DE ENERGÍA DEL FLUIDO
RESISTENCIA AL FLUJO QUE SE DISIPA COMO CALOR.
1. EXTERNAS: ROCE CON PAREDES DE LA CAÑERÍA, ACELERACIONES, CAMBIOS DE DIRECCIÓN CON TURBULENCIA ASOCIADA.
2. VISCOSIDAD: ROCE ENTRE LAS MOLÉCULAS DEL FLUIDO.
RESISTENCIAS EXTERNAS E INTERNAS
Externas: crecen con la velocidad del fluido y con la rugosidad. También aumentan con la disminución del diámetro.
Internas: crecen con la velocidad y la viscosidad del fluido.
DIMENSIONADO
La pérdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Velocidades razonables: adecuadas para el servicio, sin ser exageradamente elevadas para producir elevadas caídas de presión.
LISTA DE VELOCIDADES RAZONABLES
FLUIDO/SERVICIO1. Agua alimentación
calderas2. Vapor saturado
para servicio general.
3. Vapor sobrecalentado para turbinas
VELOCIDAD MEDIA1. 150-200 m/min
2. 2000 a 3000 m/min
3. 3000 a 5000 m/min
CÁLCULO DE DIÁMETROS
Líquidosd= 4.95x(Q/V)1/2
Gasd= 2.28x(q.T/P.V)1/2
Vapor d= 1.75x(W.Ve/V)1/2
CÁLCULO DE DIÁMETROS d: diámetro interno en
pulgadas Q: caudal líquido en
galones por minuto q: caudal de gas en
pie cúbico por minuto a 1 bar y 20°C
W: caudal de vapor en libra por hora
P: presión absoluta en psi
T: temperatura absoluta en Rankine
V: velocidad del fluido en pie por segundo
Ve: volumen específico de vapor en pie cúbico por libra
PÉRDIDA DE CARGA EN CAÑERÍAS
ΔP: Fórmula de Darcy Número de Reynolds Factor de fricción en función del
número de Reynolds y el diámetro de cañería.
ASME B 31: diseño por presión interna.
ASME B 31.1 - Cañerías de potenciaPara diámetro externo:t= P x D + A 2(S.E +P.y)
P: presión interna ; E: eficiencia juntaD: diámetro externo; y: f(temperatura)S: tensión admisible; A: sobreespesor