diseño de bridas

BRIDAS:Parte escencial en recipientes a presión, intercambiadores de calor y tanques de almacenamiento pues permiten el desarme y remoción o limpieza de partes internas. Estas también son utilizadas para hacer uniones entre tuberías y otras conexiones.

DISEÑO MECANICO

NORMAS SOBRE BRIDAS

• ANSI B16.5, Bridas para tuberías de acero y conexiones bridadas.

• MSS SP-44, Bridas empleadas en líneas de alta presión de 26” a 36”.

• API 605, Bridas en acero al carbono de gran diámetro para presiones de 75, 150 y 300psi.

• AWWA 207-55, Bridas de tamaños de 6” a 96”.

TIPOS DE BRIDAS• BRIDA TIPO INTEGRAL:

Son las bridas que son soldadas a la pared de la tubería o del recipiente, esto hace que se consideren como el equivalente a una estructura continua Cuando la pendiente del cuerpo excede 1:3,

utilice detalles 1 y 2

Empaque

Pendiente

1

Espesor uniforme

Soldadura

TIPOS DE BRIDAS

COTA SIGNIFICADOgo Espesor de la pared del

cuerpo en el extremo dediámetro inferior. Paracalculos se considera igual alespesor de la pared de latubería o recipiente (tn).

h Distancia hasta la cual lapendiente de la brida cambiaa 0

B Diámetro interno

• BRIDA TIPO INTEGRAL 2

Pendiente

Soldadura

TIPOS DE BRIDAS• BRIDA TIPO SUELTO:

– Las bridas que no tienen unión directa con el recipiente o tubo.

– Ejemplos de estas bridas: Slip on, Bridas roscadas y las tipo casquillo.

COTA RECOMENDACIONgo Valores mayores a 1,5*tnh Mayor que go

Empaque

La carga se considera en el punto medio del contacto entre la brida y el apoyo sin importar la localización del empaque

TIPOS DE BRIDAS• BRIDA TIPO OPCIONAL:

Este tipo de brida cubre los diseños en donde la unión de la brida al recipiente o a la pared del tubo es de tal forma que el ensamble se considera como una unidad, en la cual el tubo o recipiente actúa como el cuerpo de la brida.

Estos valores no se deben excederCOTA RECOMENDACIONES

go 5/8 pulgadasB/go 300

CONDICIONES DE OPERACIONPresión 300 psiTemp. 700ºF – 357ºC

B (Tipo Suelto)B (Tipo Integral)

Los nombres de las cotas son iguales que en las bridas anteriores, asimismo como la localización de las cargas

CARGA POR PERNOS Y REACCION DEL EMPAQUE

• En el montaje entre bridas apernadas, la carga del perno está balanceada solo por la reacción del empaque.

• Cuando se encuentra en operación, la carga está blanceada por la reacción del empaque y la fuerza hidrostática debida a la presión.

Condición de asentamiento o instalación

Condición de operación

EMPAQUES Son los elementos que impiden las fugas en las

uniones entre bridas. Están caracterizados por dos constantes:

y : Esfuerzo de deformación. m : Factor de empaque. que dependen del material y la forma del

empaque; se usan para los cálculos de las condiciones de asentamiento y operación.

DETERMINACION DE LAS CARGAS DE APRIETE

En la condición de operación:

La carga requerida en el perno Wm1 deberá se tal que después de aplicar la presión hidrostática P, el empaque quede sometido a una presión remanente mínima 2mP.

GmPbPGHpHWm 24

21

LETRA SIGNIFICADOmy

Constantes por material yforma.

b Ancho de asentamientoefectivo

En la condición de asentamiento:

Para que un empaque funcione adecuadamente debe someterse a una presión de deformación mínima y (psi) que le permita adaptarse a la rugosidad de la cara de la brida.

GybWm 2

Para pares de bridas utilizados en intercambiadores de calor o aplicaciones similares donde las bridas y/o empaques no son iguales; Wm2 será el más alto de los valores obtenidos en las 2 fórmulas anteriores, calculadas individualmente para cada brida y empaque.


• Ejemplo:Determinar la fuerza de apriete de una brida, cuyo empaque es de fibra vegetal y que tiene G=20” de diámetro medio y un ancho efectivo de b=0.5”.

Para fibra vegetal m=1.75 y = 1100 psi

CASO H(lb) HP (lb) Wm1(lb) Wm2(lb) Wm (lb) HG(lb)50psi 15708 5497 21205 34557 34557 18849300psi 94248 32987 127235 34557 127235 32987

Caso 1: P= 50psi Caso 2: P= 300psi

lbpsiH 1570850"204

2

lbpsiGybWm 345571100"20"5,02

lbpsiH 94248300"204

2

lb psi Gy b Wm34557 1100 " 20 "5, 0 2

lbpsiHp 549750"2075.1"5,02 lbpsiHp 32987300"2075,1"5,02

HpHWm 1HpHWm 1


CONCEPTO DEL ANCHO DEL EMPAQUE

• Físico (N): Este es el ancho medible.• Básico (b0): Se halla por tablas;

depende de las condiciones de asentamiento y de la cara de la brida.

• Efectivo (b): Es el ancho que se introduce en las fórmulas de fuerza de apriete.

Si b0 es menor a 1/4”, entonces b=b0. Si bo es mayor a 1/4”, entonces:

2obb

N

EMPAQUES AUTO ENERGIZANTES

Se consideran auto energizantes aquellos empaques que necesitan una cantidad insignificante de fuerza de apriete en los pernos para producir el sello. Para calcular el apriete de los pernos, no se considera la acción del empaque.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL NUMERO DE PERNOS

• DETERMINACION DEL AREA APERNADA:

SaWmó

SbWmAb 21 Donde:

Sb= esfuerzo admisible en el perno a la temperatura de operación.

Sa= esfuerzo admisible en el perno a la temperatura ambiente.

AiAbNper

• DETERMINACION DEL NUMERO DE PERNOS: Donde:

Ai= Area de raíz del perno

• DETERMINACION DEL CIRCULO DE PERNOS: RgBC 22 11

pernos entre mínimo Espacio

2

NperC

Se trabaja con el Ab que dé mayor

El diseño es óptimo cuando los dos valores sean aproximadamente iguales

g1=(2 a 2,5)*g0

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL NUMERO DE PERNOS

• EJEMPLO:

21625000400000 in

psilb

SbWmAb

98,52302,016

2

2

inin

AiAbNper

"25,29"8112"12"2522 11 RgBC

"19,31"4

3156BSmin2

NperC

g1=(2 a 2,5)*g0=2*1/2”=1”

Db R Ai(in2) Ab(in2) Nper Nperx4 BSmin BSmax C1(in) C2(in) BS1¾” 11/8” 0,302 16 52,98 56 13/4” 9,5” 29,25 31,19 1,65”7/8” 11/4” 0,419 16 38,18 40 21/16” 9,75” 29,5 26,26 2,32”1” 13/8” 0,551 16 29,03 32 21/4” 10” 29,75 22,9 2,92”

Determinar el círculo de pernos óptimo para una brida cuyo diámetro interno es B=25” y espesor de t=3”, el espesor de la tubería es de go=1/2”, tiene un empaque de fibra vegetal con m=1.75.

Tipo de pernos A193-B7 Sb=Sa= 25000psi

Fuerza de apriete W=400000lb

CALCULO TIPO:

"5,95.075.1

3"6"4/325.0

t62

m

DbBSmax

DETERMINACION DE LOS BRAZOS DE MOMENTO EN LAS BRIDAS

Las múltiples cargas axiales en la brida producen momentos flectores. El brazo de acción de estos momentos es determinado por la posición relativa del círculo de pernos con respecto a la posición de la carga que produce el momento.


• Bridas tipo Integral: En las condiciones de operación, los

momentos se calculan así:

CARGAS BRAZOS DE PALANCA MOMENTOSHD=0.7854B2P hD=R+g1/2 MD=HDhDHT=H-HD hT=(R+g1+hG)/2 MT=HThTHG=W-H hG=(C-G)/2 MG=HGhG

GTDO MMMM Así que el momento total en la condición de operación será:

Para el momento en la condición de asentamiento se usa: 2

)( GCWM A


• Bridas tipo Suelto: La fuerza HD se considera que

actúa en el diámetro interno de la brida y la carga del empaque en la línea central de su cara.

CARGAS BRAZOS DE PALANCA MOMENTOSHD=0.7854B2P hD=(C-B)/2 MD=HDhDHT=H-HD hT=(hD+ hG)/2 MT=HThTHG=W-H hG=(C-G)/2 MG=HGhG

Las ecuaciones del momento de operación y el de asentamiento son iguales a las del tipo Integral.

Las bridas tipo opcional tienen los mismos brazos de palanca cuando se diseñan como tipo suelto. Sin embargo, en el caso de la brida lap-joint, el brazo de palanca hT y hG se consideran iguales y la fórmula que los rige es la de hG.

CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA

Los esfuerzos en la brida deben ser determinados para la condición de operación y asentamiento; En los cálculos se utiliza un momento modificado MFA o FO para tener en cuenta un mayor valor de la separación mínima entre pernos. El momento modificado que se introduce en las fórmulas de esfuerzos se halla con las siguientes relaciones:

BCM

M fAFA

BCM

M fOFO

Para la condición

de operación

Para la condición de asentamiento

Donde:B: Diámetro interno de la brida

MO: Momento en operaciónMA: Momento de asentamiento

pernos entre normal Espacio pernos entre real Espacio

fC

t)(2dpernos entre normal Espacio


• Factores geométricos involucados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:

T

BAK

A: Diámetro externo de la brida

B: Diámetro interno de la bridaZ

Y

U

f

0gBh

h: Longitud del cuerpo o cubo

FL

0

1gg

0gBh

VL

0gBh

0

1gg

0

1gg

V

0gBh

F

0gBh

0

1gg

0

1gg


• Factores geométricos involucados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:

1 et

t: Espesor de la brida 134

et

T

dt3

ogBFe

2oo ggB

VUd


• BRIDAS TIPO INTEGRAL: Los esfuerzos en las bridas de este tipo se calculan de la

siguiente forma:

21g

MfS FOH

Esfuerzo longitudinal:

El factor f es utilizado cuando se calculan bridas de espesor variable en el cuerpo; para bridas de espesor uniforme este valor es 1.

Esfuerzo radial: Esfuerzo tangencial:

2tMS FO

R

R

FOT SZ

tMYS 2


• BRIDAS TIPO SUELTO:

Los esfuerzos en las bridas de este tipo se calculan de la siguiente forma:

0HS

Esfuerzo longitudinal: Esfuerzo radial: Esfuerzo tangencial:

0RS 2tMYS FO

T

Los esfuerzos en la condición de asentamiento se consiguen reemplazando a MFO por MFA,esto es aplicable para los dos tipos de bridas.

SELECCIÓN DEL EMPAQUE• Empaque tipo soft steel jacket asbestos filled• 625 mm OD X 599 mm ID X 3• Partición intermedia de 10 mm de ancho

625

599

10

13N = 13 mm

bo = 6.5 mm

b = 6.425 mm

m = 3.75

y = 52.4 MPa

G = OD - 2b = 612.15 mm

ESPECIFICACIONES DEL DISEÑOINTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE

• Tipo de intercambiador TEMA AJS• Clase TEMA R• Presión de diseño lado casco 2000 KPa• Presión de diseño lado tubos 500 KPa• Temperatura de diseño lado casco 100 ºC• Temperatura de diseño lado tubos 15 ºC• Corrosión permitida lado casco 3 mm• Corrosión permitida lado tubos 3 mm• Diámetro interior del casco 635 mm• Diámetro interior de canal 635 mm• Tamaño nominal de tubo boquilla de entrada lado casco 203 mm• Tamaño nominal de tubo boquillas (2) de salida lado casco 152 mm• Tamaño nominal de tubo boquilla de entrada lado tubos 305 mm• Tamaño nominal de tubo boquilla de salida lado tubos 305 mm• Número de tubos 468• Diámetro exterior de tubos 19.05 mm• Espesor de pared de tubos (14 BWG) 2.11 mm• Longitud de tubo 4060 mm • Paso de tubo 23.812 mm• Patrón de tubo (definido por TEMA R-2.4) 30º• Número de pasos de tubo 4• Número de bafles9• Espacio entre bafles 380 mm• Corte de bafle 25 %• Protección contra impactos Ninguna• Examen de soldadura Tintas

ESPECIFICACIONES DE MATERIALESINTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE

Acero al carbón es usado en todas partes, excepto en los pernos, los cuales son de acero de baja aleación.

Componente Forma EspecificaciónCasco Lámina SA-515-70Canal Lámina SA-515-70Cubierta del canal Lámina SA-515-70Cubierta cilíndrica del casco Lámina SA-515-70Extremo formado cubierta casco Lámina SA-515-70Bridas del casco Forjadas SA-105Brida cubierta cabezal flotante y Lámina SA-515-70extremo formadoPlatos de partición de paso Lámina SA-515-70Portatubos Lámina SA-515-70Tubos Tubo enterizo (tube) SA-210-A1Boquillas lado casco Tubo (pipe) SA-106-BBoquillas lado tubo Tubo (pipe) SA-106-BPernos Barra SA-193-B7

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