TRABAJO TEORICO NORMA ASME DISEÑO MECANICO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

PRESENTADO A: Profesor OMAR ARMANDO GÉLVEZ A.

PRESENTADO POR: Hugo Alberto Acosta Pidiache

Ángel Efran Caballero Pérez Rafael Andrés Carrero Chaparro

Félix Villamizar Morantes Camilo Andrés Sierra

Gabriel de Jesús Suarez Núñez Roa

Grupo D3

Subgrupo 4

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS

INGENIERIA MECANICA TRANSFERENCIA DE CALOR APLICADA

BUCARAMANGA 2010

TRABAJO TEORICO NORMA ASME DISEÑO MECANICO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CASCO Y TUBOS

1. ¿PORQUE SE CREO LA NECESIDAD DE DESARROLLAR EL CÓDIGO ASME?

Desde los inicios de la industrialización, ASME y muchas otras organizaciones de desarrollo de normas han trabajado para satisfacer la cada vez mayor necesidad de normas en el mundo de hoy.  A través de un proceso voluntario de consenso, las normas de ASME son desarrolladas para proteger la salud y el bienestar del público.  Además de desarrollar estas normas, ASME proporciona procesos de evaluaciones de conformidad que ayudan a garantizar que los fabricantes sean capaces de cumplir las normas relevantes y que el personal esté apropiadamente calificado.

ASME publica sus normas, acredita a los usuarios de normas para garantizar que sean capaces de fabricar productos que cumplan con dichas normas, y proporciona sellos que los fabricantes autorizados colocan en sus productos, que indican la certificación del fabricante de que un producto fue fabricado siguiendo una norma. 

A fin de 1700, sobresale el uso de calderas y la necesidad de proteger al personal de fallas catastróficas. Las calderas para generación de vapor con presiones mayores a la atmosférica. El descuido y la negligencia de los operadores, las fallas de diseño en las válvulas de seguridad, inspecciones inadecuadas producen muchas fallas y explosiones de calderas en los Estados Unidos y Europa.

En junio de 1817, el comité del consejo de Filadelfia expone las explosiones de calderas de barcos. Este comité recomienda que se establezca un Instituto Legislador y se reglamenten las capacidades de presión, Instalación adecuada a la válvula de alivio e inspección mensual.

En 1911, debido a la falta de uniformidad para la fabricación de calderas, los fabricantes y usuarios de calderas y recipientes a presión recurrieron al consejo de la A.S.M.E., para corregir está situación.

En respuesta a las necesidades obvias de diseño y estandarización, numerosas sociedades fueron formadas entre 1911 y 1921, tales como la A.S.A. (Asociación Americana de Estándares) ahora ANSI (Instituto Americano de Estándares Nacionales) el A.I.S.C. (Instituto Americano del Acero de Construcción) y la A.W.S. (Sociedad Americana de Soldadura).

Los códigos estándares fueron establecidos para proporcionar métodos de fabricación, registros y reportar datos de diseño.

Cronología de códigos y normas 

Año Evento

1884 Código de conducta de las pruebas de calderas a vapor - Primer código de prueba de desempeño

1886-87 Norma para el diámetro y dimensiones generales de tuberías y sus terminaciones enroscadas

1889-91 Comité para la creación de una comisión federal para recomendar normas y una agencia para su mantenimiento

1890 Creación de un Comité de Métodos Estándares de Prueba de Locomotoras

1891-92 Método para realizar pruebas de carga de motores de bombeo

1892 Comité formado para preparar una Norma propuesta para divergencias en el diámetro de bridas

1893 Método estándar para realizar pruebas de eficiencia de locomotoras

1899 Norma para divergencias en el diámetro de bridas

1899 Creación de un Comité de Normas para un Conjunto Generador de Conexión Directa

1901-02 Norma para las uniones de tuberías

1901-02 Norma propuesta para tamaños de roscas de tornillos mecánicos

1901 Norma para un conjunto generador de conexión directa

1905 Propuestas estándares para tornillos mecánicos

1911 Creación de un comité para proponer un Código para Calderas

1913 Nuevo Comité para revisar el Código para Calderas

1914-15 Primera publicación del Código para Calderas

1915 Normas para la especificación y construcción de calderas y otros recipientes de contención en los cuales se contiene presión alta

1915 Normas para planos de ingeniería

1916 Código de normas de seguridad para grúas

1917 Código de normas de seguridad para escaleras industriales

1918 Se formó el Comité Estadounidense de Normas de Ingeniería (que luego se conocerá como ANSI)

1919 Normas de desempeño de carburadores

1919 Formulación del Comité sobre Códigos de Prueba de Energía

1921 Se emitió el primer código para ascensores

1922 Código para el reemplazo de compresores y sopladores

1922 Código de prueba para plantas de energía hidráulica y sus equipos

1923 Código de prueba para locomotoras (preliminar)

1923 Código de prueba para motores de combustión interna

1924 Códigos de ASME para recipientes a presión no expuestos al fuego

1925 ASME publica dos normas del Comité Estadounidense de Normas para Ingenieros - Ejes de máquinas y ejes de transmisión

1926 Norma propuesta para engranaje cilíndrico en forma de dientes

1926 Norma tentativa estadounidense para bridas de tuberías y ajustes con bridas de acero

1927 Normas tentativas para pernos de cabeza redonda sin ranura

1928 Comité de Normas para Bridas Forjadas Integralmente para Unidades Hidroeléctricas

1928 Comité Estadounidense de Normas Nacionales reorganizado como Asociación Estadounidense de Normas (conocida como el Instituto Nacional Estadounidense de Normas, ANSI, desde 1969)

1929 Código de prueba para combustibles líquidos

1930 Código de prueba completas de plantas de energía a vapor-eléctricas

1931 Norma propuesta por ASME para bridas forjadas integralmente para unidades hidroeléctricas

1931 Código estadounidense de seguridad de normas para ascensores, segunda revisión

1933 Nuevas normas para materiales de engranaje y tapas ciegas, ejes y llaves

1939 Normas para generadores de turbina

1946 Interpretaciones de los códigos de seguridad para ascensores

1946 Modificaciones aprobadas por el código de seguridad para ascensores

1947 Se formó la Organización Internacional para la Normalización (ISO)

1947 La ISO adopta la primera norma - Roscas de tornillos (ASME)

1948 Se incorpora la Asociación Estadounidense de Normas (ahora ANSI)

1949 ASME y la Asociación Estadounidense de Salud Pública llaman a un Código Nacional Unificado de Plomería (en la actualidad, existen cinco códigos diferentes)

1949 Revisión propuesta para el código de seguridad para ascensores

1956 Comité establecido para el código de recipientes a presión de ASME para la edad nuclear

1963 Sección III propuesta (energía nuclear) del Comité de Calderas y Recipientes a Presión de ASME

1968 Código de prueba de desempeño propuesto para el combustible del reactor nuclear

1969 Primera tubería enviada que es certificada por una compañía acreditada según el Código de tuberías de energía nuclear

1969 La ISO adopta puntos de clasificación uniformes a nivel mundial para turbinas de gas que usan el Código de prueba de desempeño de turbinas de gas de ASME

1972 ASME amplió su programa de acreditación de América del Norte al resto del mundo

1983 Código para Calderas y Recipientes a Presión de ASME publicado en unidades convencionales y métricas

1986 ASME comenzó con los programas de acreditación para los institutos de certificación de inspectores de ascensores

1989 Código para Calderas y Recipientes a Vapor publicado en CD-ROM

1991 Criterios y exámenes validados completos de ASME para operadores de instalaciones de recursos de certificación

1993 ASME es reconocido por certificadores nacionales e internacionales como registro de ISO 9000

1996 ASME creó programas de certificación para operadores de instalaciones de recuperación de recursos e incineradores de desechos peligrosos

2. ¿QUÉ SECCIONES CUBRE EL CÓDIGO ASME?

Sección I Calderas de PotenciaSección II Especificación de MaterialesSección III Requisitos generales para División 1 y División 2Sección IV Calderas para CalefacciónSección V Pruebas no DestructivasSección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación deLas Calderas de CalefacciónSección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de PotenciaSección VIII Recipientes a PresiónSección IX Calificación de SoldaduraSección X Recipientes a Presión de Plástico reforzado en fibra de VidrioSección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares

3. ¿QUE SECCIÓN ESPECIFICA SE UTILIZA PARA EL DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CASCO Y TUBOS?

Para el diseño de intercambiadores de calor de castos y tubos en el código ASME utilizamos:

ASME SECCIÓN VIII RECIPIENTES A PRESIÓN

Adicionalmente se pueden tener en cuenta en el diseño las siguientes: SECCIÓN II MATERIALESSECCIÓN V PRUEBAS NO DESTRUCTIVASSECCIÓN IX CALIFICACIÓN DE SOLDADURA

4. ¿QUE DIFERENCIA HAY ENTRE LAS REGLAMENTACIONES DE LA SECCIÓN VIII DEL CÓDIGO ASME DADAS EN LA DIVISIÓN 1 Y LAS DADAS EN LA DIVISIÓN 2?

Division 1 –Basic Pressure Vessels (Maintenance/Enhancements)Division 2 –Engineered Pressure Vessels (New Code)

DIVISIÓN 1

Es un compendio de normas de diseño para las partes constitutivas de los recipientes sometidos a presión, las cuales están basadas en la teoría de membrana. Las fórmulas mandatorias que determinan los espesores en todas las partes sujetas a presión, obedecen a los esfuerzos directos permisibles, basados en 1/4 de Ft (Esfuerzo último a la tensión). Los criterios anteriores, se contemplan para equipos, cuya presión no exceda 3,000 Lb/pulg2.

DIVISIÓN 2

Esta división cubre solamente a los recipientes que son instalados en una localización determinada y para un servicio específico, donde exista un estricto control de los materiales, operación, construcción y mantenimiento. En relación a la División 1, ésta es más restrictiva en la selección de los materiales y aunque el valor de la intensidad de los esfuerzos permisibles, se basa en 1/3 de Ft, exige una evaluación de esfuerzos en todos los elementos que constituyen el equipo, siendo aplicable esta División para aquellos cuya presión es 3,000 Lb/pulg2 o mayor.

LIMITACIONES DE LA DIVISIÓN 1

La presión deberá ser menor a 3000 psi. Calentadores tubulares sujetos a fuego. Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas

de tubería. Sistemas de tuberías. Componentes de tubería. Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de

agua, que utilizan aire como elemento originador de presión. Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes características: Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h) Temperatura del agua de 99° c (210°f). Capacidad de 454.3 lt (120 galones). Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm²

(15psi). Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.

5. ¿CUANTAS SUBSECCIONES Y APÉNDICES TIENE LA SECCIÓN VIII DEL CÓDIGO ASME Y DE QUE TRATA EN GENERAL CADA UNA?

DIVISIÓN 1

a) Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales como exámenes y pruebas, fabricación, entre otros para el diseño de todos los recipientes a presión.

b) Subsección B. Requerimientos de fabricación Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura,

refuerzos y factores de eficiencia.

Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado

Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"

c) Subsección C. Requerimientos de materiales Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja

aleación.

Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos. Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido. Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con

recubrimiento tipo "lining". Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil. Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades

de tensión mejoradas por tratamiento térmico. Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicanas. Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos

permisibles mas altos a bajas temperaturas. ASME Sección VIII, Div. 2, Apéndice 4 ASME Sección VIII, Div. 2, Apéndice 5 ASME Sección VIII, Div. 2, Articulo 4-9 Esfuerzos en placas tubulares ASME Sección VIII, Div. 1, Apéndice 2 ASME Sección VIII, Div. 1, Apéndice BFJ (propuesto) ASME Sección VIII, Div. 1, Apéndice A Cálculo de esfuerzos en Tubos y Placa

Tubular

6. DEFINA Y EJEMPLARICE LOS SIGUIENTES CONCEPTOS RESPECTO A LA PRESIÓN

Que es presión de operación de un recipienteEs identificada como la presión de trabajo y es la presión manométrica a la que esta sometido el equipo en condiciones de operación normal. También conocida como presión de trabajo. Se define como la presión manométrica a la cual está sometido un equipo en condiciones normales de operación. Debemos tener presente que en el caso de los cambiadores de calor, se manejan dos presiones de operación, una por el lado de tubos y la otra por el lado de la coraza.

Que es presión máxima de operaciónEs la presión máxima para la cual un equipo fue diseñado y construido, de acuerdo a los principios establecidos por ASME. Se establece un margen de seguridad entre la presión de diseño y la presión de trabajo máxima permisible,

Que es presión de diseño y como se calculaEs el valor de la presión que se considera durante el diseño de los elementos de los equipos a presión.

Se define como la presión que será utilizada en el diseño del cambiador de calor. Para servicios a “vacío” se debe especificar una presión externa de diseño de 15 Lb / Pu lg2 (vacío total). Para una presión de operación arriba de la atmosférica, la presión de diseño será:

Pd = Po + 30Lb / pu lg2 si Po ≤ 300Lb / pu lg2 óPd = 1,1Po si Po > 300Lb / pu lg2

Que es presión de prueba

Prueba a que deben ser sometidos los equipos a presión. Es una prueba de hermeticidad y resistencia. Se realiza por medio de una bomba manual de presión de agua. Los equipos a presión son probados hidrostáticamente a 1.5 veces la presión máxima de trabajo permisible.

Normalmente conocida como presión hidrostática de prueba, la cual es llevada cabo una vez que ha sido fabricado el cambiador de calor, fundamentalmente consiste en el llenado del equipo con agua, al mismo tiempo que se le somete a presión, su valor se cuantificará por medio de la siguiente ecuación:

Pp = 1.5Pd(Sta / Std)Donde:Sta = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura ambienteStd = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura de diseño

Que significa el concepto RATING de presión. Para que elementos de un recipiente a presión se utiliza principalmente y anexe tablas de ratingLas clases de presión (pressure classes o rating, en inglés) se expresan en libras por pulgada cuadrada (lb / in2 o, simplemente, el símbolo #). una relación a partir de la cuál se puede obtener una curva según la resistencia al efecto conjunto presión-temperatura.

7. ¿QUE SIGNIFICA LA CATEGORÍA DE UNA JUNTA SOLDADA Y COMO LA MANEJA ESPECÍFICAMENTE EL CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII?

Define la ubicación de una junta en un recipiente, pero no el tipo de junta. Se especifican los requerimientos especiales al respecto a tipo de junta y grado de inspección para ciertas juntas soldadas sometidas a presión.

Este tema se trata en la seccion VIII División 1 Parte UW: REQUERIMIENTOS PARA RECIPIENTES A PRESIÓN CONSTRUIDOS POR SOLDADURA

Categoria A: Juntas soldadas longitudinales dentro de la envolvente principal, cámaras, comunicantes, transiciones en diametro o boquillas; cualquier juntas soldada dentro de una esfera, dentro de una tapa, formada o plana o dentro de placas laterales de un recipiente de lados planos.

Categoria B: Juntas soldads circuferenciales dentro de la envolvente principal, cámaras comunicantes, boquillas, o transiciones en diámetro que incluyen junas

entre la transición y un cilindro ya sea en el extremo grande o pequeño; juntas soldadas circuferenciales que conectan tapas formadas diferentes de las semiesfericas a envolventes principales, a transiciones en diámetro, con boquillas o cámaras comunicantes.

Categoria C: juntas soldadas que conectan bridas, traslapes de Van Stone, espejos de tupos o tapas planas con envolvente principal, con tapas formadas, con

transiciones de diámetro, con boquillas o con cámaras comunicantes cualquier junta soldada que conecta una placa lateral con otra placa lateral de un recipiente de lados planos.

Categoria D: Juntas soldadas que conectan cámaras comunicantes o boquillas con envolventes principales, con esferas, con transiciones en diámetro, con tapas o con recipientes de lados planos y aquellas juntas que conectan boquillas con cámaras cominicantes (para boquillas en el extremo menor de una transicion en diámetro, vea categoria B)

FIG. UW-3 ILUSTRA EL TIPO DE SOLDADURA LOCAL Y LA CATEGORIA: A, B, C, AND D

8. Que tipos de juntas soldadas considera el código ASME sección VIII

a. Tipos permisibles: los tipos e juntas soldadas permitidos en procesos de soldadura con arco y gas se especifican junto con el espesor limitante de placa para cada tipo. Las juntas de tipo a tope sólo son permitidas con procesos de soldar por presión.

b. Juntas con solapa: para juntas con solapa, el recubrimiento superficial no será menor de cuatro veces el espesor de la placa interna excepto como se estipula de otro modo para las tapas.

c. Juntas soldadas sujetas a esfuerzos de Flexión: se agregarán soldaduras con filetes en donde sea necesario reducir concentración de esfuerzos. Las juntas de esquina, con soldaduras con filete solamente, no se utilizarán a menos que las placas que forman la esquina sean soportadas en forma apropiada independientemente de tales soldaduras.

d. Ranuras para soldar: Las dimensiones y el perfil de las orillas que se van a unir serán de tal forma para permitir fusión completa y penetración de junta completa.

e. Transiciones ahusadas: Una transición que tenga una longitud no menor que tres veces el desbaste entre otras superficies adyacentes de secciones que termina una con otra, será provista en secciones que difieren en espesor por mas de un cuarto del espesor de la sección más delgada, ó por más de un octavo de pulgada, cualquiera que sea menor. La transición puede ser formada p por cualquier proceso que provea un ahusamiento uniforme. Cuando la transición es formadas por remoción de material de la sección más gruesa, el espesor mínimo de esa sección después de que el material es rebajado no será menor que aquel requerido.

9. ¿QUE TIPOS DE INSPECCIÓN SOBRE LA CALIDAD DE UNA JUNTA SOLDADA, SE HACEN?

a. Radiografía Completa: de prueban radiográficamente en su longitud completa a:

Todas las soldaduras a topes en la envolvente y tapas de recipientes destinados para contener sustancias letales.

Todas las soldaduras a topes en los recipientes con espesor superior a 1 ½ de pulgada, entre otras.

Soldaduras de Categoria A Y B. Soldaduras de categoría B ó C Soldaduras a tope de Categoria A y D. Entre otras.

b. Radiografía de Puntos: las juntas soldadas a tope hechas de acuerdo con el tipo 1 ó el tipo 2 de la tabla UW12, que no requieren ser radiografiadas completamente.

c. Sin radiografía: no se requiere radiografía cuando el recipiente se diseña solo para presión externa o cuando el diseño cumple con la UW-12(C).

d. Prueba ultrasónica: para las soldaduras en materiales ferriticos con cualquier paso sencillo mayor a 1 ½ de pulgada y soldaduras de electroescoria se probara ultrasónicamente seguido de un tratamiento de refinación de grano (austenización) o tratamiento térmico posterior a la soldadura.

Además de los requerimientos de a y b todas las soldaduras hechas por proceso de haz de electrones serán probadas ultrasónicamente por toda su longitud.

10. ¿QUE SIGNIFICA EFICIENCIA DE UNA JUNTA SOLDADA Y EN QUE SUBSECCION Y PARÁGRAFO DEL CÓDIGO ASME SE ENCUENTRAN SUS VALORES?Se define como el grado de confiabilidad de las juntas soldadas en relación al grado de inspección y se establece como un porcentaje Se encuentran en la sección VIII División I, la Parte UW: REQUERIMIENTOS PARA RECIPIENTES A PRESIÓN CONSTRUIDOS POR SOLDADURA en el parágrafo UW12 EFICIENCIA DE JUNTAS (Tabla mostrada anteriormente).

Tabla UW-12 da la E eficiencia conjunta para ser utilizados en las fórmulas de esta División para las articulaciones, completada con un proceso de gas o soldadura por arco. Salvo que alguna de UW-11 (una) (5), un conjunto de eficiencia depende sólo del tipo de conjunto y sobre el grado de exploración de la articulación y no depende del grado de examen de cualquier otra articulación. El Usuario o su designado agente [véase U-2 (a)] deberá establecer el tipo de unión y el grado de examen cuando las normas de esta División no establecer requisitos específicos. Reglas para la determinación de la aplicabilidad de las eficiencias se encuentran en los diferentes puntos que abarca fórmulas de diseño [por ejemplo, ver UG-24 (a) y UG-27]. Para mayor orientación, véase el Apéndice L.

11. HAGA UN RESUMEN DE LAS FORMULAS ESPECIFICADAS POR EL CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII PARA EL CALCULO DE ESPESORES DE LAS PARTES CILÍNDRICAS Y LAS HEADS (TAPAS FORMADAS) DE UNA RECIPIENTE A PRESIÓN POR PRESIÓN INTERNAEl Código ASME VIII, Div. 1, establece las siguientes ecuaciones para el cálculo del espesor de un cascarón (head) esférico sujeto a presión interna (ASME UG-27)

t - Espesor mínimo requerido sin tolerancia a la corrosión, eligiendo el mayor de los resultados obtenidos, pulg.P - Presión de diseño en el interior de tubos, Lb/pulg2.R = Radio interior del casquete en condiciones corroídas, pulg.S - Esfuerzo máximo permitido del material empleado a la temperatura de diseño (ASME VIII, Subsección C), Lb/pulg2.

E - Eficiencia de la junta soldada (ASME, UG-12) en %.C - Corrosión permisible (frecuentemente se considera 1/8" (3.2 mm) en acero al carbono) pulg.

CORAZAS (shells) SOMETIDAS A PRESIÓN INTERNA (UG-27)El espesor mínimo requerido por presión interna para un elemento cilíndrico, podrá determinarse por medio de las siguientes ecuaciones:a) En función del radio interior.

b) En función del radio exterior.

Siendo:T = Espesor mínimo requerido por presión, sin corrosión pulg.P = Presión interna de diseño, Lb/pulg2.R = Radio interior de la coraza en condiciones corroídas pulg.Ro = Radio exterior de la coraza, pulg.S = Esfuerzo máximo permisible del material a la temperatura de diseño, Lb/pulg2.E = Eficiencia de la junta soldada, %C = Corrosión permisible, pulg.

12. HAGA UN RESUMEN DE LAS FORMULAS ESPECIFICADAS POR EL CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII PARA EL CALCULO DE ESPESORES DE LAS PARTES CILÍNDRICAS Y LAS HEADS (TAPAS FORMADAS) DE UNA RECIPIENTE A PRESIÓN POR PRESIÓN EXTERNA

El espesor mínimo requerido de un cascarón esférico bajo presión externa, ya sea sin costura o de construcción armada con juntas o tope, debe determinarse mediante el siguiente procedimiento:

PASO 1. Suponga un valor inicial de “t” y calcule el valor del factor “A” empleando la ecuación siguiente

Donde:Ro – Radio exterior del cascarón en condiciones corroídas.t – Espesor supuesto

PASO 2. Utilizando el valor de “A” calculado en el paso 1, entre a la gráfica correspondiente en el apéndice y del Código ASME SECCIÓN VIII, División 1 para el material bajo consideración (ver ejemplo Fig. III.15 para acero al carbono y baja aleación). Trace una línea imaginaria verticalmente hacia arriba hasta interceptar a la curva material / temperatura (utilice la temperatura de diseño).En casos donde el valor de “A” se localice a la izquierda de la curva material/temperatura, ver el paso 5.

PASO 3. De la intersección obtenida en el paso 2, trace una línea horizontal imaginaria hacia la derecha y lea el valor del factor “B”.

PASO 4. Utilizando el factor “B”, calcule el valor de la presión externa máxima permisible “Pa” (Lb/pulg). Mediante la siguiente ecuación:

PASO 5. Para valores de” “A” localizados a la izquierda de la curva material/temperatura, el valor de “Pa” (Lb/pulg), puede calcularse por:

Donde:E = Módulo de elasticidad del material a la temperatura de diseño.

PASO 6. Compare “Pa” obtenida en los paso 4 y 5 con “p” (presión de diseño lado coraza). Si Pa<P suponga un valor de “t” mayor al supuesto inicialmente y repita el procedimiento anterior hasta conseguir que sea Pa ≥ P.

CORAZAS (shells) SOMETIDAS A PRESIÓN EXTERNA (UG-28)

El espesor de pared mínimo requerido por presión externa deberá ser calculado de acuerdo al párrafo UG-28 y a las gráficas del apéndice V del Código ASME.Los símbolos utilizados para este procedimiento son los siguientes:A = Factor determinado por la figura UGO-28.0 en el apéndice V.B = Factor determinado por las gráficas del apéndice V.Do = Diámetro exterior de la coraza cilíndrica.E = Módulo de elasticidad del material a la temperatura de diseño.L = Longitud de la sección considerada del recipiente.P = Presión de diseño externa.

Pa = Presión máxima permisibleT = Espesor mínimo de paredEl procedimiento para el cálculo del espesor de pared por presión externa es el siguiente:Para cilindros que tienen relaciones de Do/t > 10 (Ver Figura III.14).PASO 1. Considere un valor t y determine las relaciones L/Do y Do/t.PASO 2. Entrar a la Figura III.14 UGO-28.0 con el valor L/Do determinado en el primer paso. Para valores de L/Do mayores que 50, entrar a la misma gráfica con un valor de L/Do = 50.PASO 3. Usando el valor de A, calculado en el paso anterior, entrar a la gráfica para el material y temperatura requeridos del mismo apéndice V, trace una línea perpendicular hacia arriba e intercepté la curva material temperatura a la temperatura de diseño.En caso de que el valor de A se localice a la izquierda de la curva antes mencionada, ver el paso 7.PASO 5. De la intersección obtenida en el paso 4, trazar una línea horizontal a la derecha y leer el valor de B.PASO 6. Usando este valor de B, calcular el valor de Pa, presión máxima admisible, empleando la siguiente fórmula:

PASO 7. Para valores de A que se localicen a la izquierda de la curva material – temperatura, el valor de Pa, puede calcularse mediante la expresión siguiente:

PASO 8. Comparar el valor calculado de Pa, obtenido en los pasos 6 y 7 con la presión de diseño externa. Si Pa ≥ P, el espesor “t” supuesto es el correcto; si Pa<P, suponer un nuevo valor para t y repetir el procedimiento anterior.

13. HAGA UN RESUMEN DE LAS FORMULAS ESPECIFICADAS POR EL CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII Y EN QUE APÉNDICE SE ENCUENTRAN PARA EL CALCULO DE JUNTAS BRIDADAS

La Sección VIII del Código de Calderas y Recipientes de Presión de ASME, establece los criterios para el diseño de las bridas y sugiere los valores de “m” (factor de la junta de sellado) y “Y” (tensión mínima del asentamiento de la junta de sellado) tal como son aplicados para las juntas de sellado. Para la mayor parte, los valores definidos han probado tener éxito en las aplicaciones reales. Sin embargo, existe mucha confusión en relación con estos valores, principalmente debido a un malentendido sobre las definiciones de los términos y sus significados en las aplicaciones prácticas. El Apéndice II Obligatorio, en la Sección VIII del Código de Calderas, requiere que en el diseño de una conexión de brida unida con pernos, deberán ser realizados cálculos completos para dos conjuntos de condiciones separadas e independientes.

Condiciones de Operación

La condición uno (1) requiere que sea determinada una carga mínima de acuerdo con la ecuación siguiente:

Esta ecuación establece la carga del perno mínima requerida para las condiciones de operación, y es la suma de la fuerza hidrostática del extremo, más una carga residual de la junta de sellado sobre el área de contacto multiplicada por un factor multiplicada por la presión interna. Expresado de otra manera, esta ecuación requiere que la carga mínima del perno sea de tal forma que ésta mantendrá una carga compresiva unitaria residual sobre el área de la junta de sellado que es mayor que la presión interna cuando la carga total es reducida por medio de la fuerza hidrostática del extremo.

Asentamiento de la Junta de Sellado

Se determina una carga mínima del perno para asentar la junta de sellado sin importar la presión interna y utiliza una fórmula:

El término “b” en esta fórmula está definido como el ancho efectivo de la junta de sellado y el término “Y” está definido como la tensión de asentamiento mínima en psi. La Sección VIII del Código de Calderas sugiere un valor de “Y” mínimo para una junta de sellado enrollada en espiral de 10,000 psi. Estos valores de diseño son sugeridos y no son obligatorios. El término “b” está definido como:

b = bo cuando bo ±1/4" b = 0.5 bo cuando bo > 1/4"

Después de que Wm1 y Wm2 sean determinados, el área del perno mínima requerida Am es determinada de la manera siguiente:

Am2 = Wm2 en dónde Sb es la tensión permisible del perno a la temperatura de operación, y Sb.Am2 = Wm2 en dónde Sa es la tensión permisible del perno a la presión atmosférica, Sa.

Entonces Am es igual al término mayor de Am1 ó Am2. Los pernos son seleccionados posteriormente de tal manera que el área del perno real, Ab, es igual o mayor que Am.

En este punto, es importante realizar que la junta de sellado tiene que ser capaz de transportar la fuerza

Tensión “Y” del Asentamiento de la Junta de Sellado

Definida como la tensión aplicada requerida para asentar a la junta de sellado sobre las caras de la brida. La tensión de asentamiento requerida real es una función del acabado de la superficie de la brida, de los materiales de la junta de sellado, de la densidad, del espesor, de los fluidos que serán sellados y de la tasa de escape permisible.

Que tipo generales de juntas bridadas considera el código

Como se caracteriza un empaque desde el punto de vista de su comportamiento, que significa el esfuerzo de deformación y el factor de un empaque. Muestre la tabla del código donde se encuentran

Los empaques llamados enchaquetados, deben tener buena plasticidad para que al ser comprimidos, puedan deformarse y fluir hasta llenar todos los huecos existentes en las caras de asentamiento, evitando así cualquier fuga. El metal que recubre el asbesto deberá seleccionarse para resistir el ataque corrosivo del fluido que se maneja, por lo que, generalmente se adopta un metal igual o de las mismas características electroquímicas que las de los elementos en que se asienta, para evitar que se genere la corrosión galvánica

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.

Como se caracteriza geométricamente un empaque. Como se calcula el ancho efectivo del empaque

Como se calcula la fuerza con que se debe apretar una junta bridada

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.

m= Constantes por el material y forma.b = Ancho de asentamiento efectivo.

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.

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.

Wm1=H+Hp=π4G2P+2bπ GmP

Wm2=bπ Gy

Que materiales son comúnmente usados para la construcción de las bridas y los pernos de las bridas

Los materiales usados normalmente son (según designación ASME):

SA-A105: Especificación de Acero al Carbono de forja empleada en sistemas de tuberías

SA-A266: Especificación de Acero al Carbono de forja para elementos dentro de caldera y recipientes a presión.

[]

SA-A182: Especificación para forja de bridas de acero de baja aleación para tuberías en servicios de alta temperatura.

Como se calcula el diámetro y el número de los tornillos de una junta bridada. Que cuidado se debe tener en la sección del diámetro de los tornillos para obtener el mínimo diámetro del circulo de tornillos.

DETERMINACION DEL AREA APERNADA:

Donde:

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

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

Se trabaja con el Ab que dé mayor

DETERMINACION DEL NUMERO DE PERNOS:

Donde:

Ai= Area de raíz del perno

DETERMINACION DEL CIRCULO DE PERNOS:

El diseño es óptimo cuando los dos valores sean aproximadamente iguale.

g1=(2 a 2,5)*g0

Ab=Wm1

SbóWm2

Sa

Nper= AbAi

C1=B+2 g1+2 R

C2≃Nper∗Espacio mínimo entre pernos

π

En el caso en que la separación circunferencial de los tornillos exceda sustancialmente el mínimo valor aceptado como afecta esto al diseño de la brida.

Hay un error de tolerancia que va afectar originalmente el montaje.

Qué criterio toma el código para la distribución de las fuerzas que afectan el diseño de una junta bridada tipo integral y una tipo suelto. Dibuje la distribución de las fuerzas

Las bridas integrales son empleadas preferentemente a cualquier otro tipo de bridas, por la transición de esfuerzos que proporcionan en su extensión o cuello, ya que cualquier cambio brusco en la geometría del cuerpo del cambiador, ocasiona concentraciones de esfuerzos, como ocurriría al instalar bridas tipo anillo

Brida tipo Integral

Brida tipo Suelto

Como se calcula el momento para el diseño de 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:

CARGA BRAZO DE PALANCA MOMENTOS

HD=0.7854B2P hD=R+g1/2 MD=HDhD

HT=H-HD hT=(R+g1+hG)/2 MT=HThT

HG=W-H hG=(C-G)/2 MG=HGhG

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

Para el momento en la condición de asentamiento se usa:

MO=M D+MT+MG

M A=W(C−G )

2

• 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.

CARGA BRAZO DE PALANCA MOMENTOS

HD=0.7854B2P hD=(C-B)/2 MD=HDhD

HT=H-HD hT=(hD+ hG)/2 MT=HThT

HG=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.

Que factores geométricos se aplican para la determinación del espesor de una brida integral

Factores geométricos involucrados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:

A: Diámetro externo de la brida

B: Diámetro interno de la brida

h: Longitud del cuerpo o cubo

Que esfuerzos se consideran como críticos para la determinación del espesor de una brida tipo integral

T

B

AK Z

YU

FL

0

1

g

g

0gB

h

VL

0gB

h

0

1

g

g

f

0gB

h

0

1

g

g

1 et

t: Espesor de la brida

13

4 et

T

dt3

ogBFe

2oo ggB

V

Ud

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 M 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:

Para la condición de operación

Para la condición de asentamiento

• BRIDAS TIPO INTEGRAL:

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

Esfuerzo longitudinal

Esfuerzo radial:

Esfuerzo tangencial

MFO=MO∗C f

B

MFA=M A∗C f

B

SH=f∗MFO

λ∗g12

SR=β∗MFO

λ∗t2

ST=Y∗MFO

t2−Z∗S R

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

f

0gB

h

0

1

g

g