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8/11/2019 CURSO PARA DISEO DE RECIPIENTES A PRESIN.ppt

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CURSO PARA DISEO DE RECIPIENTES A PRESIN


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OBJETIVO

El objetivo del presente curso es dar las nociones bsicas que sedeben tomar en cuenta para el diseo de recipientes a Presin, ascomo tambin metodologas, estndares y cdigos para el diseo.

A fin de estar en capacidad de disear recipientes a presin tpicospara cualquier instalacin industrial o de procesos.


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INDICE

Especificaciones Y Estndares De Diseo Filosofa Del Diseo Criterios De Diseo Tipos De Recipientes Tipos De Cabezales Concepto Y Definiciones Bsicas Diseo Bsico Diseo Para Cargas Ssmicas Y De Viento

Diseo De Recipientes Horizontales Diseos Especiales Ejemplos Prcticos Ejemplos De Tarea


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ESPECIFICACIONES Y ESTANDARES DE DISEO Especificaciones

Recipiente A Presin DIC-131-E01

Dimensionamiento Y Diseo DeRecipientes Sometidos A PresinInterna De Acuerdo Al Cdigo AsmeSeccin Viii Divisin 1

DIC-130-G02
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Tolerancias Para Recipientes Horizontales Y Verticales DIC-131-S01 Tanques Atmosfricos DIC-131-E02 Proyeccin Externa De Boquillas DIC-131-S02 Cajetn De Anclaje Para Recipiente Vertical DIC-131-S03 Patas Soportes Para Recipientes Verticales DIC-131-S04 Aberturas En Faldn Y Orejas En Puesta A Tierra DIC-131-S05 Pescante De Boca De Visita Horizontal DIC-131-S06 Pescante Para Boca De Visita Vertical DIC-131-S07 Bisabras Para Boca De Visita De 150#, 300# Y 600# DIC-131-S08

Sillas De Soportes Para Recipiente Horizontal EIntercambiadores DIC-131-S09

Oreja De Levantamiento Y Oreja De Coleo Recipiente Vertical DIC-131-S10 Soporte Aislamiento Y Proteccin Contra Fuego DIC-131-S11

Estndares
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PerfilSoportes De Aislamiento Recipiente Horizontal DIC-131-S12 Detalles Pesacnte Para Columnas DIC-131-S13 Escaleras Internas Para Recipiente Horizontal Y Vertical DIC-131-S14 Detalle Rompe Vrtices DIC-131-S15 Soportes Para Tubera Interna DIC-131-S16 Soportes Oara Internos De Columnas DIC-131-S17

Detalle Soporte De Mister DIC-131-S18 Plataformas Y Escaleras DIC-131-S19 Detalles De Escaleras DIC-131-S20 Detalles De Plataformas DIC-131-S21

Deflector De Alimentacin Y Salida De Vapor DIC-131-S22 Revestimiento En Boquillas DIC-131-S23 Soporte Para Recipientes Verticales DIC-131-S24 Formato Tpico Para Recipientes A Presin DIC-131-S25
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En general los recipientes a presin diseados de acuerdo con el cdigo ASME Secc. VIII Div. 1. son diseados por reglas que no requieren unaevaluacin detallada de todos los esfuerzos. Se reconoce que existenesfuerzos secundarios elevados flexionantes pero al admitir un factor elevadode seguridad y las reglas del diseo, estos esfuerzos sern compensadoscomo regla general cuando se realiza un anlisis mas detallado de esfuerzospermiten considerar esfuerzos admisibles mayores en lugar de usar un factorde seguridad elevado como el utilizado en el cdigo. Un factor de seguridad

elevado refleja una falta de conocimiento de los esfuerzos reales.

El diseador debe de familiarizarse con los diversos tipos de esfuerzos ycargas para lograr un diseo econmico y seguro.

FILOSOFIA DE DISEO


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CRITERIOS DE DISEO EN RECIPIENTES

Las unidades de equipo de proceso pueden fallar en servicio por diversasrazones. Las consideraciones por tipo de falla que pueda presentarse esuno de los criterios que deben usarse en el diseo de equipo. La fallapuede ser el resultado de una inestabilidad plstica excesiva o portermofluncia (creep). Como un resultado de tal deformacin el equipopuede fallar al no realizar su funcin especifica sin llegar a la ruptura.

Las fallas pueden clasificarse:

Inestabilidad plstica,Ruptura por fragilidad,TermoflunciaFatiga


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El criterio de mayor uso para el diseo de equipo es aquel que mantiene losesfuerzos inducidos dentro de la regin elstica del material de construccincon el fin de evitar la deformacin plstica como resultado de exceder elpunto de cedensia.

Inestabilidad plstica

Fragilidad

En los recipientes se producen cambios crticos en las propiedades fsicas

del material del recipiente durante el servicio; uno de estos con frecuenciaencontrado es el hidrogeno el cual bajo la accin de elevada presin y/oelevada temperatura produce dos efectos:


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1.- Una difusin es el material produciendo una combinacin en su forma

molecular dentro del metal de manera que al estar el recipiente sometido aelevadas presiones la superficie se combina se producen ampollas.

2.- Una perdida de carbono, este ataque es ocasionado por la formacin demetano resultando en la creacin de fisuras con la consecuente prdida deresistencia y dureza, con lo que se aumenta la ductibilidad del metal,presentndose una falla por fragilidad.

Esto es ms frecuente en aceros con mayor nivel de resistencia, lo mismo

que con la presencia de boquillas u otras fuentes de concentracin deesfuerzos. Los aceros ms usados para este tipo de servicios son los acerosal cromo - molibdeno.


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PerfilTermofluencia

Nos indica que a temperaturas elevadas la deformacin inelstica del

material en funcin del tiempo es definida como la CREEP. El cromo,molibdeno y el nquel son los elementos adecuados de aleacin paraservicios de alta temperatura.

Fatiga

La falla a la fatiga se presenta por la aplicacin repetida de pequeascargas, las cuales por si mismas son incapaces de producir deformacinplstica que pueda detectarse con el tiempo, estas cargas hacen que sehabr una grieta y que se propague a travs de la pieza; ocurre laintensificacin de los esfuerzos y por ultimo, resulta una fractura frgil yrepentina. Los metales ferrosos y sus aleaciones tienen un valor lmite deesfuerzos repentinos, los cuales pueden aplicarse e invertirse para un grannmero no definido de ciclos sin que se causen fallas. Este esfuerzo sellama lmite de fatiga.


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TIPOS DE RECIPIENTES

Existen numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas

industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad dealmacenar sustancias que se dirigen o convergen de algn proceso, estetipo de recipientes son llamados en general tanques. Los diferentes tiposde recipientes que existen, se clasifican de la siguiente manera:


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PerfilPor Su Uso

Los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientesde procesos. Los primeros nos sirven nicamente para almacenarfluidos a presin y de acuerdo con sus servicios son conocidos comotanques de almacenamiento, tanques de da, tanques acumuladores,etc.


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PerfilPor Su Forma

Los recipientes a presin pueden ser cilndricos o esfricos. Los primerosson horizontales o verticales y pueden tener en algunos casos, chaquetaspara incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos segn sea elcaso.


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Perfil

Los esfricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y

se recomiendan para almacenar grandes volmenes esfricos a altaspresiones. Puesto que la forma esfrica es la forma natural que toman loscuerpos al ser sometidos a presin interna esta sera la forma mseconmica para almacenar fluidos a presin sin embargo en la fabricacinde estos es mucho ms cara a comparacin de los recipientes cilndricos.

Los tipos ms comunes de recipientes pueden ser clasificados de acuerdo asu geometra como:1.- Recipientes Abiertos.2.- Recipientes Cerrados.2.1 Recipientes cilndricos horizontales y verticales con cabezas formadas.2.2 Recipientes esfricos.Indicaremos algunas de las generalidades en el uso de los tipos mscomunes de recipientes:


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PerfilRecipientes Abiertos

Los recipientes abiertos son comnmente utilizados como tanque igualador ode oscilacin como tinas para dosificar operaciones donde los materialespueden ser decantados como: desecadores, reactores qumicos, depsitos,etc.


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Recipientes Cerrados

Fluidos combustibles o txicos o gases finos deben ser almacenados enrecipientes cerrados. Sustancias qumicas peligrosas, tales como cidoso sosa custica son menos peligrosas si son almacenadas en recipientescerrados.


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Recipientes Cilndricos Horizontales Y Verticales Con Cabezales Formados

Son usados cuando la presin de vapor del lquido manejado puede determinarun diseo ms resistente. Varios cdigos han sido desarrollados o por medio delos esfuerzos del API y el ASME para gobernar el diseo de tales recipientes.

Una gran variedad de cabezas formadas son usadas para cerrar los extremosde los recipientes cilndricos. Las cabezas formadas incluyen la semiesfrica,elptica, toriesfrica, cabeza estndar comn y toricoidal.

Para propsitos especiales de placas planas son usadas para cerrar unrecipiente abierto. Sin embargo las cabezas planas son raramente usadas enrecipientes grandes.


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Recipientes Esfricos

El almacenamiento de grandes volmenes bajo presiones materiales sonnormalmente de los recipientes esfricos. Las capacidades y presionesutilizadas varan grandemente. Para los recipientes mayores el rango decapacidad es de 1000 hasta 25000 Psi (70.31 - 1757.75 Kg/cm).


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Tipos De Cabezales De Recipientes Bajo Presion Interna

Los recipientes sometidos a presin pueden estar construidos por diferentestipos de tapas o cabezas. Cada una de estas es ms recomendable aciertas condiciones de operacin y costo.


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Cabezales Planos

Se utilizan para recipientes sujetos a presin atmosfrica, generalmente,aunque en algunos casos se usan tambin en recipientes a presin. Sucosto entre las tapas es el ms bajo. Se utilizan tambin como fondos detanques de almacenamiento de grandes dimensiones.


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Cabezales Toriesfericos

Son las de mayor aceptacin en la industria, debido a su bajo costo y aque soportan grandes presiones manomtricas, su caractersticaprincipal es que el radio del abombado es aproximadamente igual aldimetro. Se pueden fabricar en dimetros desde 0.3 hasta 6 mts. (11.8- 236.22 pulgs.).


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Cabezales Semielipticos

Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesfrica esrelativamente alto, ya que las tapas semielpticas soportan mayores

presiones que las toriesfricas. El proceso de fabricacin de estastapas es troquelado, su silueta describe una elipse relacin 2:1, sucosto es alto y se fabrican hasta un dimetro mximo de 3 mts. Enalgunos pases.


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Cabezales Semiesfricos

Utilizadas exclusivamente para soportar presiones crticas, como su

nombre lo indica, su silueta describe una media circunferencia perfecta,su costo es alto y no hay lmite dimensional para su fabricacin


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Cabezales Cnicos

Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulacin deslidos y como transiciones en cambios de dimetro de recipientescilndricos. Su uso es muy comn en torres fraccionadoras o de destilacin,no hay lmites en cuanto a dimensiones para su fabricacin y su nicalimitacin consiste en que el ngulo de vrtice no deber de ser calculado

como tapa plana.

Cabezales Toriconicos

A diferencia de las tapas cnicas, este tipo de tapas tienen en su dimetro,

mayor radio de transicin que no deber ser menor al 6% del dimetromayor 3 veces el espesor. Tiene las mismas restricciones que las cnicasa excepcin de que en Mxico no se pueden fabricar con un dimetro mayorde 6 mas.


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CONCEPTOS Y DEFINICIONES BASICAS

Presin De Diseo Temperatura De Diseo

Mxima Presin De Trabajo Permitida (Mawp) Resistencia Y Propiedades De Materiales Cargas De Diseo Categora De Esfuerzos Esfuerzos De Diseo

Categoras Y Tipos De Fallas


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Presin De Diseo

Es la presin que se toma de la condicin ms severa de presin ytemperatura coincidentes esperadas en servicio. Se debe tomar la diferenciamxima entre las presiones internas y externas. Es recomendable tener unmargen por encima de la presin normal de operacin para permitir posiblespicos de presin en el recipiente, hasta el valor de ajuste de las vlvulas de

seguridad.

Temperatura De Diseo

Es la temperatura a la cual debe seleccionarse el admisible del material, nodebe exceder la mxima temperatura listada en las tablas referenciadas enUG-23. Para presin externa las temperaturas de diseo no deben excederla mxima temperatura dada en las curvas de presin externa.


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Mxima Presin Admisible De Trabajo (MAWP)

Es la presin mxima permisible de trabajo del equipo en condicionesnormales de operacin a la presin y temperatura de diseo, y con espesorcomercial.

Resistencia Y Propiedades De Materiales

Los aceros al carbn y de baja aleacin son usualmente usados donde lascondiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran utilidad deestos aceros.

En la etapa de diseo de recipientes a presin, la seleccin de losmateriales de construccin es de relevante importancia, para lo cualnecesitamos definir una secuencia lgica para la seleccin de estos.


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Clases De Materiales

El cdigo ASME indica la forma de suministro de los materiales ms utilizados,lo cual va implcita en su especificacin. A continuacin se dan algunosejemplos de materiales, su especificacin y forma de suministro. Ver tablaUSC-23. As pues es necesario una explicacin ms amplia acerca del criteriode la seleccin de los materiales que pueden aplicarse a los recipientes como:

Aceros Al Carbn Aceros De Alta Aleacin Aceros De Baja Aleacin Materiales No Ferrosos


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Propiedades Que Deben Tener Los Materiales Para SatisfacerLas Condiciones De Servicio

Al considerar las propiedades mecnicas del material es deseable que tengabuena resistencia a la tensin, alto nivel de cedencia, por cierto dealargamiento alto y mnima reduccin de rea. Con estas propiedadesprincipales se establecen los esfuerzos de diseo para el material encuestin.

Propiedades Mecnicas


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En este tipo de propiedades se buscar que el material deseado tengacoeficiente de dilatacin trmica.

Propiedades Fsicas


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La principal propiedad qumica que debemos considerar en el material queutilizaremos en la fabricacin de recipientes a presin es su resistencia a lacorrosin. Este factor es de muchsima importancia ya que un material malseleccionado nos causar muchos problemas, las consecuencias que sederivan de ello son:Reposicin del equipo corrodo. Un material que no sea resistente al ataquecorrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio.

Propiedades Qumicas


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Los materiales usados para fabricar recipientes a presin deben tenerbuenas propiedades de soldabilidad, dado que la mayora de loscomponentes son de construccin soldada. Para el caso en que se tenganque soldar materiales diferentes entre l, estos debern ser compatibles enlo que a soldabilidad se refiere. Un material, cuando ms elementoscontenga, mayores precauciones debern tomarse durante losprocedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven lascaractersticas que proporcionan los elementos de aleacin.

Soldabilidad


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Vida estimada de la planta Duracin estimada del material

Confiabilidad del material Disponibilidad y tiempo de entrega del material Costo del material Costo de mantenimiento e inspeccin

Evaluacin De Los Materiales Sugeridos


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Para espesores mayores de 51 mm llevarn relevado de esfuerzos.Para temperaturas de -20 F llevar relevado de esfuerzos.


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Se deben considerar el efecto de las siguientes cargas como mnimo:Presin interna o externa.Peso propio del recipiente y su contenido.Elementos externos: equipos, tuberas, etc.Elementos agregados: bandejas, internos, etc.Reacciones a cargas cclicas y dinmicas.Reacciones en los soportes: cargas de viento, sismo, etc.Impacto. Gradientes de temperatura y expansiones trmicas diferencialesPresiones anormales tales como las causadas por combustin sbita oespontnea (deflagracin)

Cargas De Diseo


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Una vez que se calculan los diferentes esfuerzos de un componente, debencombinarse: el resultado final se compara con un esfuerzo admisible (vasetabla 1). Las clases combinadas de esfuerzo debido a una combinacin decargas que actan en un mismo momento son categoras de esfuerzo.

Categoras De Esfuerzos


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El cdigo ASME Seccin VIII Div. 1 nicamente reconoce dos categoras deesfuerzos: el esfuerzo primario en la membrana y el esfuerzo primario deflexin

Esfuerzos De Diseo


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a.- Esfuerzo circunferencial y longitudinal debido a la presin.b.- Esfuerzos axiales compresivos y de tensin debido al viento

c.- Esfuerzo longitudinal debido a la flexin del recipiente horizontal sobrelas silletas

d.- Esfuerzo en la membrana en el centro del cabezal plano.e.- Esfuerzo en la membrana en la pared de la boquilla dentro del rea de

refuerzo debido a presin de cargas externas.

f.- Compresin Axial debida al peso.

Esfuerzos primarios en la membrana


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a.- Esfuerzo circunferencial y longitudinal debido a la presin.b.- Esfuerzos axiales compresivos y de tensin debido al viento

c.- Esfuerzo longitudinal debido a la flexin del recipiente horizontal sobrelas silletas

d.- Esfuerzo en la membrana en el centro del cabezal plano.e.- Esfuerzo en la membrana en la pared de la boquilla dentro del rea de

refuerzo debido a presin de cargas externas.

f.- Compresin Axial debida al peso.

Esfuerzos primarios en la membrana


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a.- Esfuerzo de flexin en el centro de un cabezal plano o la corona de uncabezal en forma de plato

b.- Esfuerzo de flexin en un cabezal cnico poco profundo.c.- Esfuerzo de flexin en los ligamentos de las aberturas con poca

separacin.

Esfuerzo primario de Flexin


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Las fallas en los recipientes pueden agruparse en cuatro categorasprincipales, que describen el por qu sucede una falla en el recipiente

Categoras Y Tipos De Fallas


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a.- Material. Seleccin incorrecta del material; defectos en el material.b.- Diseo. Informacin incorrecta para el diseo; mtodos de diseo no

precisos o incorrectos; pruebas no adecuadas en el taller.c.- Fabricacin. Mal control de Calidad; procedimientos de fabricacin que

llevan soldadura no apropiados o insuficientes; mtodos de tratamiento oformado.

d.- Servicio. Cambio en las condiciones de servicio por parte del cliente; faltade experiencia en el personal de operacin. Ciertos tipos de servicio querequieren atencin especial tanto para la seleccin de material, detallesde diseo y mtodos de fabricacin son los siguientes:

- Letal - Contenido del recipiente

- Fatiga (cclica) - Hidrogeno- Quebradizo (baja temperatura) - Amoniaco- Alta Temperatura - Aire comprimido- Golpe Fuerte o vibracin - Sosa custica- Cloruros

Categoras de fallas


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Deformacin Elstica. Inestabilidad elstica o pandeo elstico.Fractura por Fragilidad. Puede suceder a temperaturas bajas o intermedias.Deformacin Plstica excesiva. La intencin de los lmites del esfuerzoprimario, como lo seala el Cdigo ASME Secc. VIII Div. I.

Ruptura por esfuerzo. La deformacin pulatina resultado de la fatiga es

decir una fractura progresiva.Inestabilidad Plstica. Incremento del aplastamiento.Corrosin por esfuerzo. Es muy bien conocidos que los cloruros causangrietas por corrosin por esfuerzo en los aceros inoxidables, al igual que unservicio custico puede producir grietas por corrosin por esfuerzo en los

aceros al carbono.Fatiga por corrosin. Sucede cuando se presentan simultneamente losefectos de la corrosin y de la fatiga.

Tipo de fallas


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Notacin:P = Presin Interna, psiDi, Do = Dimetro Interno y externo, inS = Esfuerzo Calculado o admisible, psiE = Eficiencia de Junta

L = Radio de Cabezal, inRi,Ro = Radio interno y externo, inK,M = coeficientes

x =Esfuerzo longitudinal, psi =Esfuerzo circunferencial, psi

Rm = Radio medio del cuerpo, inT = Espesor requerido de cuerpo,

cabezal o cono, in

Diseo Bsico


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Ar = cross-sectional area of composite ring stiffener, in2 Af = projected area of vessel, ft2E = joint efficiencyE1 = modulus of elasticity, psiCh = seismic factor (see Procedure 3-3)Cf = shapefactor = 0.8

qz = wind pressure, psfDe = effective vessel diameter, ftI1 = moment of inertia of ring stiffener, in.4tw = thickness of wear plate, in.ts = thickness of shell, in.

th = thickness of head, in.Q = total load per saddle (including piping loads, wind or seismic reactions,platforms, operating liquid, etc.) lb


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Wo = operating weight of vessel, lb

M1 = longitudinal bending moment at saddles, in.-lbM2 = longitudinal bending moment at midspan, in.-lbS = allowable stress, tension, psiSe = allowable stress, compression, psiS1-14 = shell, head, and ring stresses, psi

K1-9 = coefficientsFL = longitudinal force due to wind, seismic, expansion, contraction, etc., lbFT = transverse force, wind or seismic, lb

= longitudinal stress, internal pressure, psi= circuniferential stress, internal pressure, psi

= longitudinal stress, external pressure, psi= circnniferential stress in stiffening ring, psi= latitudinal stress in head due to internal pressure, psi

x

0

s

h


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Fy = mnimum yield stress, shell, psiP = internal pressure, psiPe = external pressure, psiG = gust factor, windKz = velocity pressure coefficient

I = importance factor, 1.0-L25 for vesselsV = basic v\nd speed, mphK2 = pier spring rate, 46

= friction coefficienty = pier deflection, in.

.in

lbs


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Notas:Estas formulas son validas para:a.- Presiones < 3000 psib.- Cuerpos cilndricos en donde t


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(a) Determinar lo siguiente:Categora de la estructura, (Ver tabla 2.7).Categora de exposicin, (Ver tabla 2.8).Velocidad del viento.Dimetro efectivo, D. (Ver tabla 2.9).Factor de forma, Cf = 0.9.Factor de importancia, I=1.15.Coeficiente de amortiguamiento, B .Frecuencia del modo fundamental, f.

(b) Calcular la esbeltez de la estructura:.(c) Determinar si la estructura se debe considerar rgida o flexible.

Procedimiento de diseo


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Clculo De Cargas Ssmicas Segn (UBC, 1997: Captulo16, Divisin 1).

Procedimiento de diseo


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(a) Determinar lo siguiente:Peso del equipo, W.Factor de importancia, I.Perfil de suelo. (Ver tabla 2.13).Factor de zona ssmica.Coeficiente numrico, R.Solo para zona 4:Tipo de fuente de sismo.Distancia para falla.Factor de cercana.(b) Determinar los coeficientes ssmicos:

aC

V C

(Ver tabla 2.15).

(Ver tabla 2.14).


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(c ) Determinar el perodo de vibracin de la estructura, T.(d) Calcular la fuerza cortante en la base: pero no mayor que21 ........... V V yV V 3V

.

IW C V a56.01

RT IW C

V V 2

2.64

2.65

R IW C V a5.23 2.66

Para la zona 4, se debe tomar en cuenta un requerimiento adicional parala fuerza de corte4V

R IWo ZN V V 6.14 2.67


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(e ) La fuerza de corte de diseo, ser la mayor de las anteriores reducidaen un factor de 1.4.

4.1nV V 2.68

(f) Determinar si algn porcentaje de la fuerza de corte debe ser aplicadoen el tope de la chimenea.

Si T


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Diseo de Recipientes Horizontales soportados porasientos en dos puntos.


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Procedimiento para la colocacin de Asientos

1. Se calculan las cargas por sismo (UBC Proc. 3-3) y viento (ASCE 7-95) yreacciones sobre el recipiente.

oS L W C F

z f f L qGC A F

Reacciones Totales sobre el Recipiente:

LongitudinalS

Lo

L B F W

Q

21

TransversalS

T o

L B F W

Q 3

22

2. Se asigna un valor inicial a la distancia A. (A=0.5 R).3. Se calculan los esfuerzos individualmente (Principales y por Presin) y se

comparan con el admisible en cada caso.4. Se calculan los estados de esfuerzos combinados y se comparan con el

admisible en cada caso.


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Ejercicio Practico 1

(21Ft)

Di = 6400mm

hx = 134,83

t = 15,8 (0,622) w = 1,68 W = 3Wplato

43059 (141,26)

hx = 123 Ft

t = 15,8 (0,622) w = 1,68 W = 2Wplato

39130 (128,4)

hx = 100 Ft

t = 15,8 (0,622) w = 1,68 W = 7Wplato

34254 (112,4)

hx = 84,39 Ft

t = 18 (0,7) w = 1,89 W = 4Wplato

26940 (88,38)

hx = 76,39

t = 19 (0,75) w = 2,02 W = 1Wplato

24502 (80,4)

hx = 72,38

t = 21 (0,82) w = 2,22 W = 1Wplato

22064 (72,38)

hx = 60,38

t = 23 (0,905) w = 2,44 W = 2Wplato

19626 (64,38)


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t = 25 (0,98) w = 2,65

W = 0

17188 (56,39)

Paquete

t = 27 (1,06) w = 2,86 W = 0

14750 (48,4)

hx = 46,6

t = 30 (1,18) w = 3,19 W = 240 kip/Ft

13649 (44,8)

t = 73 (2,87)

w = 7,81 W = 0

11216

(36,79)

t = 71 (2,795) w = 7,61 W =

9926 (32,5)

t = 73 (2,87) w = 7,81 W = 0

7493 (24,6)

t = 38 (1,5) Di = 7553mmm

(24,78 Ft)

6350 (20,83) w = 4,06 W = 0


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10001

2112

214

490 22t

P w a

22 36,346214

ft Aplato

Vpaquete = Aplatox = 4015.8ft3Wplato = Aplato x 23 lb/ft2 = 7,96 kipWpaquete = Vpaquete x 60 lb/ft = 240 kip/ft

t D

w w H

3

2

10

4100

1373,04126,1 2 x

Hz f s 649,32739,0

Procedimiento del pressure vessel desing manual


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Tabla Calculo del periodo

Clculos de EspesoresEspesor de los cabezales (UG 32/33)

P = 50 psiD = 21 Ft = 252 inE = 1

Materiales (UG-18): SA S16-70S@ toper = 24000CA = 0,25 inK = L

CAP SE

PDK t

2,02

28,0276,025,0502,01240002

125250 t in

x x x x x

t
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/leonardo/tabla%20c%C3%A1lculo%20del%20per%C3%ADodo.xlshttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/leonardo/tabla%20c%C3%A1lculo%20del%20per%C3%ADodo.xlshttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/leonardo/tabla%20c%C3%A1lculo%20del%20per%C3%ADodo.xlshttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/leonardo/tabla%20c%C3%A1lculo%20del%20per%C3%ADodo.xls


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Espesor en el cuerpo cilndrico: UG-27/28 (sin anillos) Pe = 7,6 psi

Do = 254 int = 1 in (asumido)L = 1521,6Material (UG-18): SA-S16-70

6Do

L 254t

Do

psi AE

B At Doy Do

L 8702

;00006,0

Presin admisible:

fallaPext P

t Do

BP aa 6,4

3

4


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Espesor en el cuerpo cilndrico: UG-27/28 (con anillos) Pe = 7,6 psi

Do = 253,24t = 0,622 in (plano)L = 70 inMaterial (UG-18):SA-s16-70

276,0Do

L 408t

Do 0007,0 A

cs - B = 10000 psi

t Do

BP a

3

4

eaa P P x

P

95,16

622,024,2533

100004


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Presin Mxima de Trabajo Permitida (MAWP)

inmmt Planocomercial 625,08,15 t R P m

Psi ES 000.24

Psi inPsi

t R t SE

R i

i 713,118625,06,098,125624,024000

6.0

Verificar: < 0,9 Sy = 34.200 Psi.t R P mo 3,1

inR m 29.1262625,098,12598,125

OK Psio .200.3453,183.31625,029,1267131,1183,1

UG-99/100


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Verificacin de vientos por ASCE-7

16,3 Hz f Vessel es rgido 85,0G (factor de rfaga)

El perfil de fuerza en funcin de la altura se escribe:

GfCfAf qF z Donde qz = 0,00256 Kz IV2

Cf = 0,8 (figura 6-19)I = 1,15 (exposicin C) F = 19,07 KzAfV = 145 km/h = 90 mph Kz tabla 6-3

Af = rea proyectada

Nota: la carga se debe aplicar en el C.G de la seccin. (hcg)

Cargas en la baseFbase = 67430 lbMbase = 5035479 lb-ft


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CARGAS DE VIENTO POR ASCE-7

Hmax hcg(ft) t (in) Af (ft^2) kz f (lb) M (lb*ft)

141,26 134,8 0,622 271,4 1,36 7039 949019

128,4 120,4 0,622 337,7 1,34 8628 1038867

112,4 100,4 0,622 506,9 1,29 12470 1251877

88,38 84,4 0,7 168,5 1,24 3985 336273

80,4 76,4 0,75 169,4 1,21 3909 298637

72,38 68,4 0,82 169,1 1,17 3773 25798464,38 60,4 0,905 169,0 1,15 3706 223796

56,39 52,4 0,98 169,1 1,11 3579 187540

48,4 46,6 1,06 76,2 1,09 1585 73845

44,8 40,8 1,18 169,8 1,07 3464 141332

36,79 34,6 2,87 92,1 0,98 1722 59659

32,5 28,6 2,795 169,6 0,98 3169 90481

24,6 22,7 2,87 81,0 0,94 1452 32971

0 0,0 0,0 67430 5035479


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Cargas Ssmicas Segn UBC (Zona 3). Espesores del Plano

Factor de Importancia: I = 1,25Perfil del Suelo: Sc.Factor de Zona Ssmica: 3 (Z=0,3)Coeficiente Rw = 2,9. (Vessel in Skirt)Ca = 0,33 (Sc y Z = 0,3).Cr = 0,45 (Sc y Z = 0,3).

T = 0,2739 s.Wo = 902.749 lb.

Criterio V1


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Plano 128,4

Plano 112,4

ft lb M x .904.1834,12883,134601.28

ft lb M x .160.3764,1124,120302.244.12883.134601.28

Plano 0 ft lb M xBASE .970.437.1

Verificacin Ssmica para t=0,5 in, en todo el Vessel (Zona 4)

Para un Vessel de seccin constante, se utiliza:

t DW

D H

T

261065,7

Donde:H = Altura total del Vessel = 141,26 ft.D = Dimetro externo = Di + 2t = ft ft ft 0834,21

12

5,0221


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t = Espesor del Vessel = 0,5 in = 0,04167ft.

W=Densidad de Masa =

ft lb ft ft lb

A 63,3349.1210834,214

490 2223

sT 2837,004167,00834,2163,1349

0834,21

26,1411065,7

2

6

Wo =658.720 lb ; lbW I C V oa 997.16556,01

lbT RW I C

V w

ov 938.152.12 ; lb R

W I C V

w

oa 538.2555,2

3

lb R

W I N Z V

w

ov 687.2316,1

4 ; basen V lb

V V 527.182

4,13


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La fuerza lateral aplicada en cada seccin es: x x x x

t x hW hW

F V F

x x x x x x F hW hW F 004304,0208.289.4014,527.182

i x x x hh F M ; ft lb M xBASE .639.169.14

Cargas Ssmicas segn UBC (Zona 4)Factor de Importancia: I =1,25Perfil de Suelo: SEFactor de Zona Ssmica: 4 (Z=0,4)Coeficiente Rw = 2,9 (Vessel on Skirt)Zona 4 ; Na = 1,0 ; Nv = 1,2.Ca =Cv =T = 0,2739 s. Wo = 902.749 lb.

36,036,0 a N 152,196,0 v N


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321 V V V ;w

ov

RW I N Z

V 6,1

Cortante en la Base:

lbW I C V oa 493.22756,01 ; lbT RW I C

V w

ov 588.636.12

lb R

W I C V

w

oa 204.3505,2

3 ; lb

RW I N Z

V w

ov 841.2986,1

4

lbV

V n 146.2504,13

x x x x x x x x

t x hW F W ft lb

lbhW

hW F V

F 005,0.356.163.49

146.250

ft lb M base .573.064.19

lbV base 204.350


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Verificacin de Esfuerzos (Moss-2004)Pi = 50 PsiPe = 7,54 PsiD = 252 in.Tension:

t DW

t D M

t D P h xi

xt 2

48

4

Compresin:t D

W t D

M t D P h xe

ct 2

48

4

Caso 1: (t = 0,5 in) lbW hTOTAL 720.658 ft lb M xTOTAL .639.169.14;

inininin f t lb

in

ininlb

xt 5,0252

720.658

5,0252

.639.169.1448

5,04

25250

2

2

Psi xt 24,454.111,16643,818.66300

Psict 44,94321,16643,818.65,0425254,7


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Verificacin de esfuerzos (espesores finales con anillos)

M(lb-ft) Tensin Adm Tensin Resultado Tensin Compresin A B Resultad Compresin 4134080 6571 24000 PASA 3170 0,000614 10000 PASA

7235970 7684 24000 PASA 4457 0,000614 7000 PASA

12076890 9361 24000 PASA 6525 0,000614 7000 PASA

13747991 8808 24000 PASA 6457 0,000691 6500 PASA

14454432 8407 24000 PASA 6294 0,000740 6500 PASA

15055033 7826 24000 PASA 5972 0,000808 7000 PASA

15701704 7213 24000 PASA 5633 0,000891 8000 PASA

15992368 6705 24000 PASA 5300 0,000965 5500 PASA

16104456 6212 24000 PASA 4938 0,001043 5500 PASA

18314403 5747 25680 PASA 5171 0,001160 5500 PASA

18515725 2365 25680 PASA 2158 0,002784 5500 PASA

18769707 2338 25680 PASA 2187 0,002808 5500 PASA

19010511 2338 25680 PASA 2268 0,002784 5500 PASA

19064573 4398 25680 PASA 4431 0,001471 5500 PASA


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Verificacin de esfuerzos (t=0,5, con anillos)

t (in) Wo (lb) M(lb-ft) Tensin Adm Tensin Resultado Tensin Compresin A B Resultad Compresin

0,5 41236 3226446 7748 24000 PASA 3496 0,000450 6000 PASA

0,5 78750 5567006 8780 24000 PASA 4717 0,003800 5500 PASA

0,5 166888 9390117 10397 24000 PASA 6780 0,000270 4000 FALLA

0,5 209499 10696187 10918 24000 PASA 7516 0,000270 4000 FALLA

0,5 228283 11167961 11097 24000 PASA 7790 0,000270 4000 FALLA

0,5 247040 11545441 11232 24000 PASA 8019 0,000270 217,5 FALLA

0,5 273743 11964524 11366 24000 PASA 8288 0,000015 217,5 FALLA

0,5 284527 12091937 11400 24000 PASA 8377 0,000070 1015 FALLA

0,5 289385 12137348 11409 24000 PASA 8411 0,000070 1015 FALLA

0,5 540196 13933867 11640 25680 PASA 9909 0,000070 1015 FALLA

0,5 545986 13963778 11640 25680 PASA 9938 0,000070 1015 FALLA

0,5 556648 14001183 11631 25680 PASA 9983 0,000070 1015 FALLA

0,5 625572 14154179 11531 25680 PASA 10231 0,000070 1015 FALLA

0,5 658720 14169639 11454 25680 PASA 10322 0,000070 1015 FALLA


82/106

Clculo de Factores B para t = 0,5 s. ( )in Do 253

Material del Fondo: SA-387-Gr. 11-C/2 CS-3. (Temp = 160

C = 320

F)

3

11 r n Rigidizaci L L Cabezal inferior hasta el anillo de referencia #1.

in Linmm L L r cI ereior CabezalInf 9,4386,1950031500.1 1

73,11

o

r

D

L ;00007,0506 At

Do(Est a la izquierda en CS-3)

Psi E A

B 015.12

Material SA-516-70 CS-2 (T = 320 F)

Nota: Las longitudes sern de anillo a anillo8,075,202 22

o

r r D

L L ; 000015,0500 A

t Do (Est a la izq. en CS-2)


83/106

5,2172

1029000015,0

2

6 E A B

45,017,114 33 o

r r D

L L ; 00027,0500 A

t Do CS-2. 320 F. Psi B 000.4

Psi B D L

Lo

r r 000.4451,017,114

44

Psi B Lr 000.417,1145

Psi B D L

Lo

r r 200.442,029,106

66

Psi B Lr 000.41147

Psi B Lr 200.41068

Psi B A D L

Lo

r r 500.500038,033,064,84

99

Psi B A D L

Lo

r

erior CabezalSupr 000.600045,027,0704,25

200.2

3

167 1010


84/106

Conclusin: Para un espesor constante de 0,5 in en todo el Vessel, fallan a

compresin 12 de 14 secciones del Vessel (las 12 inferiores), tomando comolongitudes rigidizadas las existentes entre los anillos rigidizadores del plano.

Clculo de B con los espesores del plano. Di = 252 in

Nota: Las longitudes son las que estn entre los anillos o entre el anillo y loscabezales. Nota: En las longitudes que tengan varios espesores, se tomar el menos para elclculo de B.

Material: SA-387-Gr. 11-C/2 CS-3

72,19,0239,438 11 o

r r D

Linmmt in L ; 282

t Do ; 00015,0 A


85/106

Material: SA-516-7 CS-2

8,083,0217,202 22 o

r r D

Linmmt in L 305t

Do ; 00032,0 A Psi B 500.5; ;

45,075,0197,114 33 o

r r D

Linmmt in L 337

t Do 00054,0 A Psi B 8000; ; ;

45,07,01817,114 24 o

r r D

Linmmt in L 361

t Do 0005,0 A Psi B 7000; ; ;

45,062,08.157,114 55 o

r

r D

Linmmt in L 408

t

Do 0004,0 A Psi B 500.6; ; ;

41,062,08.157,29,106 26 o

r r D

Linmmt in L 408

t Do 00045,0 A Psi B 500.6; ; ;

Psi Bmmt in Lr 60008,157,1147

Psi Bmmt in Lr 65008,1529,1068

33,08.1564,84 6

9 or

r D L

mmt in L 408t Do

0005,0 A Psi B 7000; ; ;

276,062,070 1010 o

r r D

Lint in L 408

t Do 0007,0 A Psi B 10000; ; ;


86/106

Clculo de Pernos

Datos: Mb = 19.064.573 lb.ft. = 228.774.876 lb.in.Wb = 902.479 lb.

Solucin:Fs = 12.600 Psi. (SA-306) ; Fc = 1.200 Psi. ; R = 10 ; ind 3425.32

4.258500

r = 171 in.

Proceso Iterativo

49,01

1

c

s

F R

F k Cc = 2 ; Ct = 2 ; J = 0,785 ; Z = 0,393

Kips

ininlbinlb

d J d Z W M

T d b 400342785,0

342393,0749.902.876.774.228


87/106

6,48#73,992171600.12

342000.400 2 Pernos R A

inin Psi

in PsiC r F d T

Aa

b

t sb

52# Pernos 099,0342

049,252 d

R N t a

s;

OK PsiC r t

T F

t s

s 600.12814.11

749.302.1 bW T C ; 5,295217199,0099,05749.302.1

c s sc C r t nt W

C F

49,0353,0

5,29510600.121

1

1

1

c

s

F n F k


88/106

Seleccionamos: K=0,4 Cc = 1,765 ; Ct = 2,224 ; J = 0,784 ;Z = 0,416

lbinlbinlbT 220.374342784,0

342416,0749.902.876.774.228

99,40#9,83224,2171600.12

342220.374 2 Pernos R A

inin Psi

in PsiC r F d T

Aa

b

t sb

44# Pernos 0839,0342049,244

d R N

t a

s

;

;OK Psi

C r t T

F t s

s 600.12726.11

.969.276.1749.902220.374 lbW T C b

168,735765,1171839,00839,05969.276.1

c s sc C r t nt W

C F

4,036,0

168,73510

600.121

1

1

1

c

s

F n F

k


89/106


90/106

Diseo mecnico de un recipiente horizontal con la siguiente geometra y datos decarga de viento y sismo dados a continuacin:- Condiciones de diseo:

Pd 174/2,5 priTd 203 F

- Geometra del EquipoDi = 192 inLT/T = 64 ft

- Material:SA-516-GR70

- Datos de Viento y Sismo:Velec. Viento (mph) = 70

Zona ssmica = 2Suelo SDCod. Dis. ASCE7702/UBC-97

Ejercicio Practico 2


91/106

Calculo de espesores por presin interna

Cuerpo: (UG-27)

"965,0"125,0"84,01742,0120000

)"125,0"06,96(1746,02

)(min

pri x x prix

P SE CARi Pd

T

Tcom = 1

Cabezal 2:1 (UG-32)

"97,0"125,0"84,01742,01200002

)"25,0"192(1742,02

)2(min

pri x x x prix

P SE CARi Pd

T

Tcom = 1


92/106

Calculo de espesores por presin externa: (UG-28)

9,3DoL 202t

Do

A = 0,00012

pri X X X

t Do AE

Pa 12"1

19438

102900012,02

3

2 6

Pext < PaPaso por presin externa

Nota: con estos espesores se comienza el calculo sin rigizadores, habiendouna posibilidad de que vaya rigidizado, de lo contrario comenzar enprocedimiento con rigizadores.


93/106

Calculo de cargas de viento y sismo: (proa 3-10moss)

- Carga lateral (UBC)Fl = Cs x WoCs = factor sismico de la tabla (3-15)Wo = pro en operacinFl = Cs x WoFl = 0,138 x 182207,72 lb = 25144,6 lbf

- Carga transversal (UBC)Ft = Fl x 0,5 = 12572,33 lbf

- Carga lateral ASCE7-02Fl = Af x Cf x Gf x qz

22

4ft

TTxDe Af rea proyectada De = tabla 3-22


94/106

Cf = 0,6 factor de formaGf = 0,85 factor de rfagas

qz = 0,00256 x Kz x V2 x I presin de vientoKz = de la tabla 3-23I = 1,15V = 70 mph

222

3,2804)'1618,1(14,3

4)18,1(14,3

ft x x xD x

Af

qz = 0,00256 x 0,9 (70mph)2 x 1,15 = 12,9priFl = 280,28 iu2 x 0,6 x 0,85 x 12,9 x 1,15 = 2120 lbfCarga transversal:Ft = (Af x Cf x Gf x qz) x 0,5

Af = (De (L + 2H) Af = 1,18 x 16tf x (64 + 2(16)) = 1812 ft2Ft = 1812,5 x 0,6 x 0,85 x 12,9 x 0,5 = 5962,15 lbf


95/106

Carga transversal:Ft = (Af x Cf x Gf x qz) x 0,5

Af = (De (L + 2H) Af = 1,18 x 16tf x (64 + 2(16)) = 1812 ft2Ft = 1812,5 x 0,6 x 0,85 x 12,9 x 0,5 = 5962,15 lbfCarga total en silletas (Q) (proc moss)Q > Q1, Q2Q1 = carga longitudinalQ2 = carga transversalCarga longitudinal en silletas Q1

lblbx

LsFlxBWo

Q 5,94964'56

'6,8251442

72,18220721

Ls = 64 8 = 56Carga transversal en silletas Q2

lb x x

Ls xFtxBWo

Q 5,94964'16

'6,81257232

72,182207322


96/106

Chequeo de esfuerzo (anlisis de zick)Primera separacion A < 0,5R

A = 4 R = 8 L = 64 M = 4 Momento longitudinal (M1)

M LM R A AM

QM 43

33486

222

1

"484"7683)"48(3)"96(3)"48(6"48"488)111376(6222

1 x x x x LBM

M1 = 6 (111376 lb) 4,6iu = 3084258 lb x iuM1 = 3084258 lb x iu Momento transversal (M2)

H L AH ALH R L

QM 43

16126633

222

2


97/106

"484"7683"48"4816"768)48(12)'48(6)"96(6)"768(3

)111376(622

2 x x x x x x x

LBM

M2 = 3 X 111376 lb X 533 iu = 178090224 lb x iuM2 = 178090224 lb x iu Esfuerzos Longitudinales S1-S4

221

11 1000"1"96335,0

3084258)(

mlb

x x lbxiu

xTs xr K

M S

pri x x

lbxiu

xTs xr K

M S 555)(

"1)"96(603,0

3084258)(

227

12

pri

x TTx

lbxiu

xTsTTxr

M S 110)(

"1)"96(

3084258)(

221

3

pri x TTx

lbxiu

xTsTTxr

M S 6154)(

"1)"96(

178090224)(

222

4


98/106

Esfuerzos tangenciales S5-S8 (no son combinables)

L < 8R pasa pri

x lb x

rxt xQK

S 85,09,1020"1"96

11137688,0

3

37

pasa pri x

lb x rxtcob

xQK S 85,09,1020

"1"9611137688,03

8

Esfuerzos circunferenciales S9-S10 (no son combinables) 210 )"1(768

"1921113760175,012"1"19256,1"12"14

1113761256,14 x

x x x x x x

lbLxts

xkgxQxR rxtstslb

QS

)30000(55,15018)(10 pri pri S

Esfuerzos adicionales en cabezales S11 pri

x lb x

rxthead xQK

S 5,429"54,0"192

111376401,0411


99/106

Esfuerzos de compresin en cuerpo fondo S12 (no se combina)

pasa x Fy pri x x

lb x rxtsTslb

xQK S )380005,0(5,02658"1"19256,1"12"96,0

111376760,056,1

512

Esfuerzos por presin interna ( )0 x

pri X X

xTSPxRm

x 8352"12"96174

2

pri TS

PxRm174000

Esfuerzos por presin interna ( )

pri x x

xTSRmP x 125

"12"965,2

2


100/106

Esfuerzos combinados

x

x

h

Tensin Compresin

Esfuerzos Admisibles Esfuerzos Admisibles

S1 + 9735,3 SE = 20000 -S2 - -700 Se = 1740S4 + 15114 SE = 20000 -S4 - -6279 Se = 1740

S11 + 17829 1,25SE = 25000

9,3'12"192

768 x Do

L

1941

"194t

Do

Fig. G A = 0,00012 Fig cs-1


101/106

Cae detrs de la curva X

pri x x AE

Se 17402

102900012,02

6

Se propone un anillo rigidizador en el Lt/t/2

3842

768L

97,1"194

384Do

L

1941

"194t

Do

A = 0,00025 B = 3500pri

-S4 - = 6279 Sc = 3500Falla por presin externa

A = 48


102/106

L = 336 L/Do = 1,7 Do/t = 194 A = 0,0003B = 4500

S3 + = 8810 < SE = 20000-S3 - = -806 < B = 4500-S4 - = -6279 < B = 4500Se colocaron dos anillos ms cada uno en el plano de cada silla.

A = 96

L = 288 L/Do = 1,5 A = 0,00035 B = 5000

x

c

c

lbxiu x x x

LBM 5,19122402)"48(4)"768(3

)"48(3)"96(3)"96(6"48"968)111376(6

222

1

lbxiu x x x x

LBM 1141175632496

489616768"96121810944)111376(32

B pri S 34415557

402'122'19)(2

B pri S 394128952

114117563)(4


103/106

Tarea 1: Clculo De Recipiente Vertical.

Realizar el diseo mecnico y la verificacin de esfuerzos de un recipientevertical, verificando cargas ssmicas y de viento. Las cargas de viento se debenevaluar utilizando ASCE-7 mientras que las ssmicas se deben evaluarmediante UBC-1997. Todos los datos necesarios se presentan continuacin:


104/106


105/106

Tarea 2: Clculo De Recipiente Horizontal

Realizar el diseo mecnico y la verificacin de esfuerzos de un recipientehorizontal, verificando cargas ssmicas y de viento. Las cargas de viento se debenevaluar utilizando ASCE-7 mientras que las ssmicas se deben evaluar medianteUBC-1997. Todos los datos necesarios se presentan continuacin:


106/106

curso para diseÑo de recipientes a presiÓn.ppt

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