exposicion-de-recipientes a presión
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Apuntes acerca de cálculo y montaje de recipientes a presión de acuerdo a código ASMETRANSCRIPT
Sección VIIISección VIIIREGLAS PARA LA CONSTRUCCION DE RECIPIENTES A PRESION
ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE AN INTERNATIONAL CODE
Partes de un recipiente Partes de un recipiente a presión a presión
Coraza o Casco
Anillos Atiesadores
CabezalSoportes
Análisis de datos de diseño
Análisis de espesores mínimos requeridos
Análisis de rigidez del tanque
Espesores mínimos cumplen con la condición
de diseño
Inicio
Elaboración de planos Procura materiales
Fabricación Prueba hidrostática
No
Si
PROCEDIMIENTO DE PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE DISEÑO DE RECIPIENTES A RECIPIENTES A PRESIONPRESION
UG-16: General. DiseñoUG-16: General. Diseño
El espesor mínimo no se aplica a laminas de transferencia de calor o intercambiadores tipo placas.
El espesor mínimo no aplica al tubo interno de intercambiadores de calor tubos concéntricos ni tampoco a intercambiadores de tubo y coraza, donde la tubería pertenece NPS 6 (DN 150).
Con algunas excepciones, el mínimo espesor permitido para cuerpos y cabezales luego de formado e independientemente de la forma es 1/16 pulg (1.5mm), excluido el espesor por corrosión
• El mínimo espesor para corazas y cabezales para calderas de vapor deberá ser ¼ pulg (6mm), excluyendo el espesor por corrosión.
• El mínimo espesor para corazas y cabezales para servicio de aire comprimido, servicio de vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23 debe ser 3/32 pulg (2.4mm), excluyendo el espesor por corrosión.
• El mínimo espesor para corazas y cabezales para calderas de vapor deberá ser ¼ pulg (6mm), excluyendo el espesor por corrosión.
• El mínimo espesor para corazas y cabezales para servicio de aire comprimido, servicio de vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23 debe ser 3/32 pulg (2.4mm), excluyendo el espesor por corrosión.
UG-17: Métodos de fabricación en conjuntoUG-17: Métodos de fabricación en conjuntoUn recipiente puede ser diseñado y construido combinando métodos de fabricación previstos en esta división (UB, UF, UW). El recipiente esta limitado al servicio permitido por el método de fabricación que tenga los requerimientos mas restrictivos.
La división solo indica las ecuaciones necesarias para el calculo del espesor requerido de componentes básicos (cilindros, esferas, fondos, etc.) sometidos a presión interna o externa y deja completa libertad al diseñador para escoger procedimientos en busca de determinar los esfuerzos causados por otras cargas (peso propio, contenido, viento, terremotos, soportes).
UG-20: Temperatura de diseñoUG-20: Temperatura de diseño
1. Máxima: la temperatura máxima utilizada , no debe ser menor que la temperatura media a través del espesor (salvo excepciones en UW-2 y apéndice 3-2)
Temperaturas de diseño mayores a las establecidas en las tablas UG-23 (máximos valores de esfuerzos admisibles Sección II), no son admitidas.
Esta temperatura puede ser determinada por calculo o mediciones de equipos en sirvió en condiciones de operación equivalente.
Par a recipientes sometidos a presión externa no debe superar se la temperatura dada en las cartas de presión externa (Sección II D).
2. Mínima: La temperatura mínima a usar en el diseño debe ser la mas baja en servicio, excepto cuando se permiten temperaturas menores en UCS-66 y/o UCS-160
Para la determinación de esta temperatura debe tenerse en cuenta lo indicado para temperatura máxima y también la mas baja de operación, posibles desvíos en la operación, auto refrigeración, temperatura atmosférica y cualquier otro factor externo.
Diferentes zonas de un recipiente pueden tener distintas temperaturas de diseño. En el Apéndice C del código, métodos sugeridos para obtener la temperatura de operación de paredes de recipientes en servicio.
UG-22: CargasUG-22: Cargas
Presión interna o externa de diseño Peso del recipiente y contenido, en operación y ensayo (incluye la presión
por la columna del liquido) Cargas estáticas de reacción por peso de equipos (motores, maquinaria,
recipientes, tubería, revestimientos y aislamiento)• Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a presión, variaciones térmicas o
por equipos montados en el recipiente y cargas mecánicas.• Viento, nieve y reacciones sísmicas .• Reacciones de impactos como las causadas por choque de fluido.• Gradientes de temperatura y expansión térmica.
Las cargas para ser consideradas en el diseño de recipiente deben incluir las siguientes:
UG-23: Máximos valores de esfuerzo. UG-23: Máximos valores de esfuerzo.
Máximos valores de tensión/esfuerzo admisible para diseño a tracción en distintos materiales son provistos en la subparte 1-Seccion II-Parte D.
Un listado de estos materiales se da en las tablas: UCS-23, UNF-23, UHA-23, UCI-23, UCD-23, UHT-23 y ULT-23.
UG-25: CorrosiónUG-25: Corrosión
Se debe prever un sobreespesor suficiente para toda la vida útil planificada para recipientes sometidos a perdida de espesor por corrosión, erosión o abrasión mecánica.
El espesor, para la corrosión, no requiere ser igual en todas las partes del recipiente dependiendo de zonas mas propensas.
Los recipientes sometidos a corrosión deberán tener una abertura de drenaje, en el punto mas bajo posible del recipiente o una tubería inferior que llegue hasta 6 mm del punto mas bajo
Cuando el espesor se ha reducido a un grado peligroso puede aplicarse los agujeros testigo (prohibidos en recipientes de servicios letales). Los agujeros testigo deberán tener un diámetro entre 1.6-4.8 mm y una profundidad no menor del 80% del espesor requerido de una virola sin soldadura de las misma dimensiones y deberán situarse en la superficie opuesta a donde se espera la corrosión.
UG-27: Espesor de recipientes bajo presión interna. Diseño.UG-27: Espesor de recipientes bajo presión interna. Diseño. Para cuerpos cilíndricos de pared delgada y sin costura sometidos a presión, los
esfuerzos circunferenciales son aproximadamente el doble de los esfuerzos longitudinales debidos a la misma solicitación.
• En la mayoría de los casos el espesor requerido por las formulas del UG-27, basadas en el esfuerzo circunferencial gobiernan el espesor requerido sobre las formulas basadas en los esfuerzos longitudinales.
Símbolos Datost Espesor mínimo de la coraza. pulg (mm)
P Presión interna de diseño. psi (kPa)
R Radio interno del recipiente. pulg (mm)
S Esfuerzo máximo admisible. psi (kPa)
E Eficiencia de junta para recipiente cilíndrico o esférico.
PSE
PRt
60.
tR
SEtP
60.
PSE
PRt
402 .
tR
SEtP
40
2
.
PSE
PRt
202 .
tR
SEtP
20
2
.
Recipientes CilíndricosRecipientes Cilíndricos
Esfuerzos Circunferenciales: cuando el espesor no excede ½ del radio interno (0.5R), o P no supera 0.385SE, se debe aplicar las siguientes formulas.
Esfuerzos longitudinales: Cuando el espesor del recipiente no supera ½ del radio interno o la presión (P) no es mayor que 1.25SE, se debe aplicar las siguientes ecuaciones.
Para diseñar un recipiente cilíndrico, el espesor no debe ser mayor que 0.356R o la presión no debe superar 0.665SE por medio de las siguientes formulas.
Recipientes EsféricosRecipientes Esféricos
UG-27: Espesor de recipientes bajo presión externa. Diseño.UG-27: Espesor de recipientes bajo presión externa. Diseño.
1. Recipientes cilíndrico (Do/t>10):
• Paso 1 Asumir un valor para t y determine la relación de L/Do y Do/t
• Paso 2 Ingrese a la figura G en la Subparte 3-Seccion II, Parte D en el valor de L/Do determinado en el paso 1. Para valores de L/Do mayores que 50 ingrese al cuadro de L/Do=50. Para valores de L/Do menores que 0.05 ingrese el ciadro en un valor de L/Do=0.005.
• Paso 3 Muévase horizontalmente a la línea por el valor Do/t determinado en el Paso 1. La interpolación puede usarse para valores intermedios de Do/t. Desde dicho punto de la intersección muévase verticalmente (hacia abajo) para determinar el valor del Factor A.
• Paso 5 De la intersección obtenida en el paso 4, muévase horizontalmente a la derecha y observe el valor del factor B.
• Paso 6 Usando el valor B, calcular la presión externa máxima de trabajo (Pa)
)/( tD
BP
oa 3
4
• Paso 7 Para valores de A que caen a la izquierda de la línea (material y temperatura), el valor Pa puede ser calculado mediante
)/( tD
AEP
oa 3
2
En casos donde el valor de A cae a la derecha de la línea (material/temperatura), asumir una intersección con la proyección horizontal. Para valores A que caen a la izquierda de la línea (material-temperatura) observe el Paso 7
• Paso 4 Usando el valor A, ingresar al cuadro de materiales aplicables en Subparte 3-Seccion II-Parte D. Muévase verticalmente hacia la intersección con la línea (material-temperatura)
Figura G, usado con los valores t, L DFigura G, usado con los valores t, L D
2. Recipientes Esféricos: El espesor mínimo de una coraza esférica se determinara mediante el siguiente procedimiento.
• Paso 1 se asume un valor para t y calcule el factor A, usando la siguiente formula. )/(
.tR
Ao
1250
• Paso 2 utilizando el valor de A, entrar al grafico aplicable para el material de la Sección II, parte D (curva apropiad para un material en particular se determina de acuerdo a las tablas de tensión admisible.
En casos donde el valor de A finaliza a la derecha de la línea (material/temperatura), asumir una intersección con la proyección horizontal
• Paso 3 De la intersección obtenida en el paso 2, muévase horizontalmente a la derecha y observe el valor del factor B.
• Paso 4 Usando el valor B, calcule el valor máximo de la presión de trabajo (P) usando la siguiente formula
)/( tR
BP
oa
• Paso 5 Para valores de A, que caen a la derecha de la línea (material, temperatura), el valor de P puede calcularse mediante
2
06250
)/(.
tR
EP
oa
• Paso 6 Compare Pa obtenido en el Paso 4-5. Si Pa es mas pequeño que P, seleccione un valor mayor para t y repita el procedimiento de diseño hasta que se obtenga un nuevo valor Pa que sea mayor o igual que P.
La máxima presión de diseño o la presión externa máxima de trabajo no debe ser menor que la diferencia esperada máxima de la presión de operación que podría existir entre la zona externa e interna del recipiente en cualquier momento.
Cuando hay una junta lap longitudinal en una corza cilíndrica o coraza cilíndrica bajo presión externa, el espesor de la coraza debe determinarse por las mismas reglas propuesta, a excepción que 2P se use en vez de Pe los cálculos para el espesor necesario.
Recipientes para operar bajo presiones de trabajo externas (15 psi) y menores) podrían adoptar el Simbolo Codigo asegurando una titulación con las reglas de presión externa
UG-30: Anillos AtiesadoresUG-30: Anillos Atiesadores
Sin embargo, Los anillos atiesadores pueden estar ubicados al interior o exterior de un recipiente. Además, debe ser atado al casco por soldadura o brazing.
Para calcular las dimensiones adecuadas de los anillos de refuerzo se puede utilizar la Formula Levy para el calculo de colapso de un anillo de sección circular sometido a una presión externa uniforme.
tDP
EtLD
I ocso
212
2
Variables
Momento requerido de la sección del anillo Is
Momento de inercia existente I
Área de la sección del anillo de refuerzo As
Factores determinado A , B
Mitad de la distancia entre el centro de la sección del anillo y la próxima línea de soporte
Ls
ALAt
LDI
s
ssos )(
14
2
ALAt
LDI
s
ssos )(
.'
910
2
La idoneidad del momento de inercia para que se considere que actúa como refuerzo se detalla a continuación:
• Conocido Do, Ls, t; seleccionar un anillo de refuerzo calcular el área de sección As. Luego calcular B mediante:
• Con B, ingresar a la figura (material del anillo) realizar un desplazamiento horizontal, considerando la temperatura de diseño. Luego, descendemos verticalmente hasta el obtener el valor A.
s
s
o
LAt
PDB 4
3
Para valores de B menores de los indicados en el grafico, considerar A=2B/E.
• Calcular los momentos Is e I’s, mediante las ecuaciones previas
• Calcular los momentos I e I’, mediante las ecuaciones previas
Símbolo
Si I>Is El anillo es idóneo
Si I<Is Considerar la virola como refuerzo
Si I’>I’s El anillo junto al casco (x-refuerzo) es adecuado
Si I’<I’s Aumentar la sección del anillo y repetir calculo
• Obtenido los cálculos, compararemos y determinares su validez
La soldadura para los anillos atiesadores debe dimensionarse para soportar la carga radial total que se da en el casco (distribuido en los atiesadores) y para compartir las cargas que actúan radialmente a través del anillo causado por cargas externas de diseño.
• La carga radial de la presión del casco, lb/pulg (N/m) es igual a PLs
• La carga radial es igual a 0.01PLsDo
• P, L y Do son definidos en UG-29
• Mínima medida de las soldaduras; la medida del filete no debe ser menor que el mas pequeño
¼ pulg. (6 mm)Espesor de recipiente en la zona de soldadura
Espesor de anillo en zona de soldadura
UG-32: Cabezales y Secciones formadas UG-32: Cabezales y Secciones formadas
El espesor requerido en las paredes más delgadas para cabezales conformados de
Es usual usar planchas de mas espesor para compensar posible reducción de espesor durante el proceso conformado.
• Hemisféricos• Elípticos• Torisfericos
• Cónicos• Toriconicos (cono con
radio de transición a la parte cilíndrica).
• Cabezales planos
Tipos de cabezales
Símbolo
t Espesor mínimo de cabezal, in (mm)
P Presión interna de diseño, psi (kPa)
D Diámetro interno de cabezal
Di Diámetro interno de la porción cónica de la cabeza toriconico. Equivale=D-2r(1-Cosα )
r Radio interno, in (mm)
S Esfuerzo máximo , psi (kPa) según Tablas UG-23
E Eficiencia de alguna junta en el cabezal
L Radio esférico interior, in (mm)
α Mitad de ángulo del cono
1. Cabezales elipsoidal: El espesor requerido para un cabezal de forma semielipsoidal, en la que la mitad del eje menor es igual a ¼ del diámetro interno del cabezal , debe determinarse por medio de las siguientes fórmulas.
Una aproximación considerable de un cabezal elipsoidal de 2:1 es aquel con un radio pequeños de 0.17D y un radio esférico de 0.90D PSE
PDt
202 ,
tD
SEtP
20
2
,
2. Cabezales Torisféricos: El espesor requerido para este tipo de cabezal en el cual el radio (r) es igual al 6% de radio interno. Y el radio interno equivale al diámetro externo de la falda.
Los cabezales torisfericos fabricados con materiales que poseen esfuerzos de tensión que superan los 70000 psi (483 Mpa) deben diseñarse usando el valor S que equivale a 20000 psi (138000 kPa) a temperatura del recinto. Y reducirse en proporción
PSE
PLt
10
8850
..
tLSEt
P108850 ..
3. Cabezales hemisféricos: cuando el espesor del cabezal hemisférico no exceda 0.356L, o P no exceda 0.665SE.20
PSE
PLt
202 .
tL
SEtP
20
2
.
• Para cabezales esféricos de mayor espesor, ver formulas en el Apéndice 1-3.
• Usualmente, el espesor del cabezal hemisférico es aproximadamente igual a la mitad del espesor de un cuerpo cilíndrico
4. Cabezales cónicos: El espesor requerido para cabezales y cuerpos cónicos, sin radio de transición , con α (α es la mitad del ángulo del cono) que a su vez no debe ser mayor de 30º debe calcularse así:
).( PSECosPD
t602
tCosD
SEtP
212.
5. Cabezales Toriconicos: El espesor requerido para la zona cónica de una cabezal toriconico, cual radio knuckle tampoco es menor que el 6% del diámetro externo de la falda del cabezal ni menor que 3 veces el espesor del knuckle, debe determinarse con las formulas anteriores, usando Di por D.
Cos
DL i
2
UG-75: Generalidades. FabricaciónUG-75: Generalidades. Fabricación
La fabricación de los recipientes a presión o de alguna de sus partes deberá cumplir con los requisitos generales aquí indicados y con los requisitos específicos indicados en las subsecciones B y C
UG-76: Corte de Chapas y otros materiales de UG-76: Corte de Chapas y otros materiales de almacénalmacén
Las chapas, los bordes los fondos y demás partes podrán ser cortadas por medios mecánicos tales como el mecanizado, amolado, aserrado o por arco. Luego del corte por arco , toda la escoria y material fundido debe ser retirado por medios mecánicos antes de continuarse la fabricación.
UG-80: Ovalidad permitida en corazas cilíndricas, UG-80: Ovalidad permitida en corazas cilíndricas, cónicas y esféricas.cónicas y esféricas.
Bajo presión inferior: Bajo presión inferior: Al finalizar la fabricación, la diferencia entre el diámetro exterior e interior en cualquier sección no deberá exceder el 1% del diámetro nominal de dicha sección
Bajo presión exterior: Bajo presión exterior: Al finalizar la fabricación, la diferencia entre el diámetro exterior e interior en cualquier sección no deberá exceder de la desviación máxima permitida según la figura.
UG-84: Ensayo de impacto CharpyUG-84: Ensayo de impacto Charpy
La tenacidad de los materiales es su capacidad de absorber energía durante su deformación plástica. Luego para que un material tenga una tenacidad alta deberá poseer una alta resistencia a la traccion y una alta deformabilidad.
Esta prueba de impacto se debe realizar sobre las soldaduras y a todos los materiales que se empleen en la construcción (partes).
Para la prueba (ensayo y maquina) se deberá contar con la especificación americana SA-370. La temperatura de la probeta no debe ser superior a la temperatura mínima de diseño
UG-98: Presión máxima de trabajoUG-98: Presión máxima de trabajo
La presión máxima de trabajo en un recipiente es la que máxima que puede soportar en la parte superior del recipiente en su posición de operación y a la temperatura especificada para dicha presión.
Dicha presión es el menor de los valores de la presión máxima de trabajo calculados para cada una de las parte esenciales del recipiente, teniendo en cuenta las posibles presiones estáticas (columnas de agua) entre la parte considerada y la parte superior del recipiente.
La presión máxima de trabajo admisible para una parte determinada de un recipiente a presión, es la máxima interna o externa incluyendo la presión de la columna del liquido existente, determinada por las ecuaciones de esta división y considerando también las posibles cargas alternas (UG-22).
UG-99: Prueba Hidrostática StandardUG-99: Prueba Hidrostática Standard
Una prueba hidrostática debe dirigirse en todos los recipientes luego de:
• Haber concluido la fabricación, excepto por operaciones que no pudieron efectuarse previo a la prueba como culminación de la soldadura, etc sobre
• Realizarse todas las examinaciones, excepto por aquellas obligadas luego de la prueba.
Cualquier liquido no-peligroso (a cualquier temperatura) podría usarse para la prueba hidrostática si esta por debajo de su punto de ebullición. Los líquidos que tienen un punto de inflamación menor que 110 ºF (43ºC) ,como los destilados de petróleo, podría usarse solo para pruebas a temperaturas atmosféricas.
Excepto lo permitido anteriormente, los recipientes diseñados para presión interna deben estar sujetas a la presión para pruebas hidrostáticas cuales en cada punto de la superficie es igual a 1.3 veces la presión máxima de trabajo
Dicho intervalo se requiere para reducir el riego de fractura (Vease UG-20 y UCS-66.2)
La presión no debe aplicarse hasta que el recipiente y su contenido estén bajo la misma temperatura. Si la temperatura excede lo permitido 120ºF solo se tendrá que esperar que la temperatura disminuya.
Los respiraderos deberán instalarse en los puntos altos del recipiente el cual sea para purgar posibles bolsas de aire mientras que el recipiente es llenado.
Se recomienda que la temperatura del metal durante las prueba se mantenga al menos a 30ºF (17ºC) por encima de la temperatura mínima de diseño pero sin exceder 120ºF (48ºC).
UG-100: Prueba NeumáticaUG-100: Prueba Neumática
Podrá realizarse esta prueba en sustitución a la hidráulica, siempre cuando:
• Que estén diseñado y/o soportados para no soportar el peso del agua durante la prueba.
• Que no puedan ser fácilmente secados y que restos de fluidos sean inadmisibles en el funcionamiento posterior del recipiente
Para minimizar riesgos de rotura, se recomienda que la temperatura del metal se mantenga 17 ºC por encima de la temperatura mínima de diseño del metal.La presión se incrementa gradualmente hasta alcanzar la mitad de la presión de prueba. Luego, será aumentada a escalones a relación de 1/10Se realizara por medio de inspección visual y solo se tolerara fugas excepto en las uniones temporales que serán luego soldadas.
UG-103: Ensayo No-destructivosUG-103: Ensayo No-destructivosEste código, UG, presenta dos tipos de ensayos no destructivos:
•Examinación de partículas magnéticas APPENDIX 6
•Examinación de liquido penetrante APPENDIX 8
Cada recipiente a presión debe marcarse con lo siguiente:
•El símbolo oficial U mostrado sobre los recipientes inspeccionados con la relación a lo expuesto en UG-90 •El símbolo oficial UM mostrado sobre los recipientes construidos con relación a lo previsto en U-1 (j)
•Presión máxima de trabajo•Temperatura mínima de diseño
•Numero serie del fabricante
•Año de construcción
•Nombre del fabricante del recipiente
UG-116: Marcas RequeridasUG-116: Marcas Requeridas
Forma de Estampa
Nombre de constructor
Presión máxima de trabajo
Temperatura mínima de diseño
Numero de serie del fabricante
Año de construcciónTipo de construcción
Tipo de Construcción Letras
Arc or gas welded W
Pressure welded P
Brazed B
Resistance welded RES
El tipo de construcción usado para el recipiente debe indicarse directamente bajo Símbolo mediante la letra apropiada: los recipientes que tienen Categoría A ,B o C
Los recipientes que poseen mas de un tipo de construcción deben marcarse para indicar los métodos usados.Cuando un recipiente es destinado para un trabajo y los requerimientos especiales han sido correctamente completados. La codificación apropiada debe ser aplicada como se muestra
Tipo de Construcción Letras
Servicio letal L
UB
DF
Cuando un recipiente ha sido radiografiado de acuerdo a lo expuesto en UW-11, la marcación debe aplicarse bajo los siguientes códigos:
Simbolo Caracteristicas
RT1
RT2
RT3
UG-118: Métodos de Marcación
Cuando la marcación requerida (UG-116) se aplica directamente al recipiente, se debe estampar con letras y figuras con una altura mínima de 5/16pulg (8mm)
Cuando el recipiente a presión es de pequeño diámetro el tamaño de los caracteres podrá ser menor de acuerdo al cuadro.
Sin embargo, no se hará este marcado cuando el espesor sea menor de 6 mm, pero si el material no es ferroso entonces el espesor mínimo será 13 mm
UG-119: Placa de FabricanteLas placas deben usarse sobre recipientes a excepción cuando las marcas cuando se aplican directamente junto con UG-118. Placas requeridas deben localizarse en un lugar sobresaliente sobre el recipiente (UG-116, j)El espesor de la placa debe ser lo suficiente para resistir la distorsión causada por la instalación de la misma y compatible con el método de atadura. El espesor nominal de la placa no debe ser menor que 0.02 pulg (0.5mm).
Los caracteres deberán tener una altura mínima de 4 mm y deberán de sobre salir o tener una profundidad de al menos 0.1mm
Soportes para Recipientes
Hay varios métodos que son usados para las estructuras de los recipientes a presión, y los presentamos a continuación:
•Tipo Falda•Tipo Poste o “pierna”•Tipo Caballete•Tipo Agarradera
Tipo Falda: Uno de los soportes más comunes para sostener recipientes verticales. Este método de apoyo minimiza las tensiones locales al punto de atadura, y la carga es uniformemente distribuida encima de la circunferencia.
El uso de faldas cónicas es más caro desde el punto de vista de fabricación, e innecesario para la mayoría de situaciones de diseño.
• Tipo Caballete: tanques y recipientes horizontales están bancos, “caballetes”. El uso de más de dos caballetes es innecesario y debe evitarse
El Código de ASME especifica que el mínimo ángulo de arco (el ángulo del contacto) es 120º. Las sillas de montar pueden ser acero u hormigón. Normalmente un extremo del recipiente es sujetado y el otro superpuesto. Con el fin de evitar expansiones por variación térmica.
• Tipo Poste: Las piernas deben espaciarse igualmente alrededor de la circunferencia. Las abrazaderas de la oscilación son los miembros diagonales que transfieren cargas horizontales, pero las abrazaderas de la cruz, ellos operan solo en tensión .
PROBLEMAS DE LA PROBLEMAS DE LA SECCION VIIISECCION VIII
Estimación de espesor para recipiente de presión internaEstimación de espesor para recipiente de presión interna
Datos de diseño Valores
Diámetro interno (Di) 24 pulg
Altura de recipiente (H) 43 pies
Presión interna de diseño (P) 200 psi
Temperatura (T) 200 ºF
Valor de esfuerzo (S) 13800 psi
Peso de recipiente 3200 lb
Densidad de contenido (g) 70 lb/pie3
Peso de contenido (Wc) 9500 lb
Eficiencia de junta (S circunferen.)
0.85
Eficiencia de junta (S longitudin.) 0.65
Momento causado por el viento 665000 lb.pulg
Material
Aplicando lo expuesto en UG-27 (c)
Para dar inicio a diseño del recipiente, se debe considerar 3 casos para determinar el mínimo espesor.
Esfuerzos circunferenciales: La siguiente ecuación contabiliza los esfuerzos causados por la presión interna y la carga estática del contenido en el recipiente
14460
144
60 HgSE
RHg
PSE
PRt
..
14470436085013800
121447043
2006085013800
12200xx
xx
xx
xt
....
pulg ... 228002102070 t
Esfuerzos longitudinales: La forma general de la ecuación para espesor debido al esfuerzo longitudinal.
DSE
WW
SER
M
PSE
PRt c
2402 .
650211380024
3200
650211380012
665000
2004065021138002
122002 .).(.).(..).( xxxx
xt
pulg .... 2440004013701110 t
Para el caso mas severo, la máxima carga se presentara cuando el recipiente se encuentre completamente lleno .
Según UG23-d
Esfuerzos de compresión: Esta ecuación es similar a la mostrada anteriormente para longitudinales; sin embargo, el caso critico ocurre sin presión y con el recipiente totalmente lleno. Según:
002480
24402941212501250
0
.
..
..
tR
A
Según UG23-d
1380015500 B
DSE
W
SER
Mt
2
1211380024
3200
1211380012
6650002 xxxx
t).().(
pulg ... 092000300890 t
Según UG23-b
Usando 13800x1.2=16560 (Según UG 23-d)
El espesor requerido (excluyendo de corrosión) será equivalente a 0.244 pulg. Donde prima los esfuerzos
longitudinales
Diseño de anillo atiesador para un recipiente a presión externaDiseño de anillo atiesador para un recipiente a presión externa
Para ilustrar el procedimiento
Datos de diseño Valores
Diámetro externo (Do) 169 pulg
Espesor de recipiente (t) 0.3125 pulg
Distancia entre soportes (Ls) 40 pulg
Presión externa (P) 15 psi
Temperatura (T) 700 ºF
Material Casco (SA285), anillo (SA36)
Aplicando lo expuesto en UG-29 (a)
312501691111 ... xtDo pulg 8
• Usando el valor determinado, el momento de inercia en conjunto es aproximadamente 8 pulg4.
El factor B será:
s
s
o
LAt
PDB 4
3 5107
4039231250
1691543
..
xB
• Ingresar al lado derecho de la tabla (CS-2) y luego trasladar horizontalmente a la izquierda de la línea de los materiales (a 700ºF). Luego, descender y hallar el valor A=0.0004
910
2
.)(' ALAtLD
I sssos
42
6115910
00040403923125040169pul
xxI s .
..)/..('
• Este valor del momento de inercia es mucho mayor que el provisto por la sección previamente seleccionada. Además, una nueva forma debe seleccionarse o el método de atadura al recipiente debe ser cambiado. Para nuestro propósito, se escoge una barra rectangular (2pulgx3.75pulg). Asi, proporciona un As=7.5 pulg2 y Is=16.57 pulg4.
Hallando B, remplazando con los nuevos valores:
3803
405731250
1691543
..
xB
• Hallando B, remplazando con los nuevos valores:
42
2516910
00031040573125040169pul
xxI s .
..)/..('
Como el momento de inercia requerido de 16.25 pulg2 es menor que el existente 16.57 pulg2, el anillo de refuerzo es
el indicado.
Recipiente cilíndrico bajo presión externaRecipiente cilíndrico bajo presión externa
Una torre de destilación fraccionada con 14 pies (4267.2 mm) de diámetro interior y 21 pies (6400.8 mm) de longitud y con bandejas de fraccionamiento apoyadas en anillos soldados al casco cilíndrico separados por 39 pulg.
La presión de diseño es de 15 psi (103.4 kPa) y temperatura de diseño a 700 ºF (371 ºC). Usando material acero al carbono SA-285. Determine el espesor requerido para la operación.
Variables
Diámetro interno (Di) 14 pies
Espesor de recipiente (t) 0.3125 pulg
Distancia de soportes (Ls) 39 pulg
Presión externa (P) 15 psi
Temperatura (T) 700 ºF
Material Casco (SA285)
Aplicando lo expuesto en UG-29 (a)
2310625168
39.
,
oD
L540
31250
62168
.,
t
Do
• Asumir un espesor, t=0.3125 pulg. Además, ya asumido, el Diámetro externo es Do=168,625
• Ingresar a la Figura G, observando el valor 0.231 trasladarse horizontalmente hacia la línea Do/t.
• Ingresar a la Figura CS-2 en el valor de A y moverse verticalmente a la línea del material (a 700ºF)
A=0.0005
Do/t
L/Do
B=6100
A=0.0005
psitD
BP
oa 115
5403
61004
3
4.
)()(
)/(
• La máxima presión de trabajo para el espesor asumido (0.3125 pulg) es
A causa que Pa es mayor que la presión de diseño P (15 psi), el espesor asumido se estima correcto
Cabezal SemiesféricoCabezal Semiesférico
Datos de diseño Valores
Diámetro interno (Di) 14 pies
Espesor de recipiente (t) 0.3125 pulg
Distancia de soportes (Ls) 40 pulg
Presión externa (P) 15 psi
Temperatura (T) 700 ºF
Material Casco (SA285)
Aplicando lo expuesto en UG-33 (c)
000460
3125058412501250
.).
.(
.
)(
.
tR
Ao
• Ingresar a la Figura CS-2 con el valor A y trasladarse verticalmente por la línea de temperatura
• Moverse horizontalmente hacia la derecha y leer el valor de B (5200)
• Asumir el espesor de cabezal t (0.3125 pulg). Y calcular el valor del factor A:
A=0.00046
B=5200
• La máxima presión externa de trabajo para el cabezal asumido es:
psi
tRB
Po
a 231931250
5845200 .
)..()(
A causa que Pa (19.23) es mayor que la presión externa de diseño P (15 psi), el espesor asumido-0.3125pulg- se
estima correcto
UW 2UW 2
•Las categorías B y C deberá ser el número (1) o (2) •Juntas de la categoría D plena penetración se extiende a través de todo el espesor de la pared del cuerpo o en la pared de la boquilla.
La categoría B serán de tipo Nº (1) o Nº (2)
Todas las juntas de la categoría Nº A Tipo (1)
las juntas de la categoría C serán soldaduras de penetración completa
Todas las uniones soldadas a tope serán plenamente de radiografiadas
prueba hidrostática y prueba neumática de acuerdo con las especificaciones del material de aplicación
examen de ultrasonido o no destructivo debe ser de sensibilidad suficiente para detectar la superficie muescas de calibración en cualquier dirección
uniones soldadas en la categoría A se hará de conformidad con el Nº (1) de la tabla UW-12
las juntas soldadas en la Categoría B, cuando el espesor es superior a 5 / 8 de pulgada ( 16 mm), se hará de conformidad con el tipo Nº (1) o Nº (2) de la tabla UW-12
UW 3UW 3requisitos especiales, que se basan en el
servicio, el material y el grosor, no se aplican a todas las juntas soldadas, sólo las juntas a las que se aplican requisitos especiales se incluyen en las categorías A, B, C y D.
Categoría A. longitudinal de uniones soldadas en el cuerpo principal, transiciones de diámetro, o boquillas, uniones circunferenciales soldadas las cabezas hemisféricas de los depósitos principales
Categoría B. uniones soldadas circunferenciales en el depósito principal, transiciones de diámetro, incluyendo las juntas entre la transición y el cilindro, uniones soldadas circunferenciales conectadas que forman la tapa hemisférica de los depósitos, las transiciones de diámetro, a las boquillas.
Categoría C, Uniones soldadas las bridas, placas tubulares.
Categoría D. Las juntas soldadas uniendo boquillas al cuerpo principal, a las esferas, a las transiciones de diámetro, a los tapas.
*el ángulo α no será superior a 30 grados
UW 5UW 5Los materiales utilizados para partes a presión
deberán demostrar la calidad de soldar.
Las piezas no sometidas a presión deberá ser probada la calidad soldable
De conformidad con UG-10, UG-11, UG-15, o UG-93
El procedimiento de soldadura sólo debe ser calificado una vez por un análisis químico o mecánico para materiales no especificados no permitidas en esta División.
Para materiales que no se puede identificar puede ser demostrada su calidad soldable mediante la elaboración de pruebas de soldadura para cada pieza de material no identificado que vaya a ser utilizado.
Dos materiales de especificaciones diferentes se pueden unir mediante soldadura si se cumplen los requerimientos de la Sección IX, QW-250.
Materiales ferríticos y los aceros austeníticos tipo SA-240 Tipo 304, 304L, 316 y 316, SA-182 F304, F304L, F316, y F316L, SA-351 CF3, CF3A, CF3M, CF8, CF8A y CF8M podrán ser soldados por ELECTROSLAG o ELECTROGAS
UW 9 UW 9 Diseño de uniones soldadas Diseño de uniones soldadas Los tipos de uniones soldadas permitidas
en los procesos de soldadura por arco y gas están listados en la Tabla UW-12, junto con el espesor de la placa limitante permitidos para cada tipo.
Las dimensiones y la forma de los bordes a unir deberán ser tales que permitan la fusión completa y la penetración conjunta completa
Transiciones cónicas. Una transición cónica que tiene una longitud no inferior a tres veces el desplazamiento entre las superficies adyacentes de las secciones colindantes, como se muestra en la figura. UW-9. La soldadura a tope puede ser parcial o totalmente en la sección cónica o adyacentes a ella.
Las soldaduras de filete se añadirán donde sea necesario para reducir la concentración de esfuerzos.
Los tanques compuestos por dos o más placas tendrán los centros de las uniones soldadas longitudinales adyacentes escalonadas o separados por una distancia de por lo menos cinco veces el espesor de la placa más gruesa.
Para las juntas espaciadas, la superficie de superposición no será inferior a cuatro veces el espesor de la placa interna.
UW 11 Exámenes radiográficosUW 11 Exámenes radiográficostodas las soldaduras a tope en los
tanques en los que el espesor nominal en la unión soldada excede 1 1/2 pulgadas (38 mm).
categorías B y C de soldadura a tope en las boquillas no excedan 1 1/8 pulgadas (29 mm) de espesor de pared no requieren un examen radiológico.
Categoría A y B soldaduras de conexión entre las partes tanque o tapas
Categoría de soldaduras B o C que se intersecan con soldaduras de Categoría A.
Examen ultrasónico se puede sustituir la radiografía de la costura de un recipiente a presión si la construcción del tanque no permite interpretar radiografías de conformidad con los requisitos
No se requiere examen radiográfico de uniones soldadas cuando la parte tanque o recipiente está diseñada para una presión externa solamente, o cuando el diseño conjunto cumple con la UW-12
Soldaduras de materiales ferríticos con cualquier paso mayor que 1 1/2 pulgadas (38 mm) será examinado por ultrasonido en toda su longitud
Para el examen radiográfico y ultrasonidos de soldaduras a tope, la definición de espesor nominal de la junta soldada en cuenta será el espesor nominal de la más delgada de las dos partes unidas.
UW12UW12Tabla UW-12 da la eficiencia (E) conjunta
para ser utilizados en las fórmulas de la División de las juntas
La calidad de las soldaduras, usada en los tanques o sus partes deberán probarse como sigue: Las probetas deberán ser representativas de la soldadura de producción, por cada tanque.
Pueden ser retirados del cuerpo en sí mismo o de una prolongación de la cáscara incluida la junta longitudinal, o, en el caso de los tanques que no incluya una junta longitudinal, se realizará una prueba del mismo material y grosor que el tanque
UW 13UW 13
th =espesor nominal de la cabeza, pulg (mm) tp = distancia mínima de la superficie exterior
de la cabeza plana al borde de la preparación de la soldadura medido como se muestra en la figura. UW-13.2 pulgadas (mm)
ts = espesor nominal del cuerpo pulgadas (mm)
La soldadura a tope y soldadura de filete deberán estar diseñados para tener cortante de 1.5 veces el diferencial máxima de presión que puede existir. El valor de tensión admisible para la soldadura a tope será del 70% del valor de la tensión para el material del depósito y para filete de 55%.
Para los anillos guías de las bridas la suma de a y b no será inferior a tres veces el espesor nominal de pared adyacente sometida a presión.
Para las placas tubulares de apoyo: a + b no menos de 2ts, c no menos de 0.7ts o 1.4tr, el que sea menor.
Para las placas de tubos sin apoyo: a + b no menos de 3ts, c no menos de ts o 2tr, el que sea menor.
La dimensión b es producida por la preparación de la soldadura y se verificará después de encajar y antes de la soldadura.
Para otros componentes, la suma de a y b no será inferior a dos veces el espesor nominal de la parte sometida a presión.
UW 15UW 15La fuerza de soldaduras de ranura se
basará en la superficie sometida a cortante o tensión. La fuerza de las soldaduras de filete se basará en la superficie sometida a cortante
Porcentajes de los valores de tensión para el material del tanque
la tensión de ranura 74%corte de ranura 60% corte en el filete 49%
UW16UW16boquillas, conexiones, refuerzo forman
una categoría D unión soldada entre la boquilla (o en otra unidad ) y la casco, la tapa, etc
Do = diámetro exterior del cuello o tubo conectado mediante soldadura en el interior de la casco del tanque, pulg (mm)
G = juego radial entre el agujero en la pared del recipiente y el diámetro exterior del cuello de la boquilla o el tubo, pulg (mm)
Radio = 1 / 8 de pulgada (3,2 mm) como mínimo radio
r1 = mínimo dentro de radio de la esquina, el menor de 1/4T o 3 / 4 pulgadas (19 mm)
t = espesor nominal del recipiente o tapa, in (mm)
tn = espesor nominal de pared de la boquilla, pulg (mm)
tw = dimensión de las soldaduras (filete de un solo bisel, o simple-J), medido como se muestra en la figura 16.1
te = espesor de la placa de refuerzotmin = el menor entre 3/4 pulgadas (19 mm)
o el espesor de la más fina de las partes unidas por un filete de un solo bisel o simple-J de soldadura, pulg (mm)
tc = no será inferior al menor entre 1/4 de pulgada (6 mm) ó 0.7 tmin
* t1 o t2= no menos que el más pequeño entre 1/4 de pulgada (6 mm) ó 0.7tmin.
Boquillas unidas a una pared del tanque se unen por soldadura de penetración completa.(a, b, c, d y e)
Placas de refuerzo en el casco serán adosadas al casco por penetración completa Véase la figura. UW-16.1 bocetos (a), (b), (c), (d), (e), (f-1), (f-2), (f-3), (f-4), (g ), (x-1), (y-1), y (z-1)
La dimensión tw no podrá ser inferior a tn ni menos que 1 / 4 "Ver la figura. UW-16.1 bocetos (t) y (u).
Cuando aparece radio, disponer un radio mínimo de 1/8 pulgadas (3,2 mm).
Cuando el cuello o el tubo se conecta desde el interior solamente, la profundidad de la ranura de la soldadura o la garganta de la soldadura de filete deberá ser al menos igual a 1 ¼ tmin.
Accesorios: Rosca interna, rosca externa, Toma soldadas o soldadas a tope. La unión de los accesorios deberán cumplir los siguientes requisitos.
Fijará por una ranura de penetración completa soldadura o por una o dos filete de soldadura de penetración parcial, un en cada cara de la pared del casco. Las dimensiones mínimas serán de soldadura como se muestra en la figura. UW-16.1 bocetos (x), (y), (z),
Para las soldaduras de penetración parcial o soldaduras de filete, t2 o t1 no será inferior al menor valor entre 3/32 pulg (2.4 mm) o 0.7tmin.
Brida: máximo espesor de la pared no excederá de 3 / 8 de pulgada (10 mm).
La presión máxima de diseño no excederá de 350 psi (2410 kPa).
tf mínima es de 3 / 32 pulg (2.4 mm).
La apertura en la pared del casco, no podrá ser superior al diámetro exterior del tamaño nominal de la tubería más 3/4 de pulgada
UW 17UW 17
Deberán estar debidamente separados para tener la carga en proporción, pero no se considerará que toman más del 30% de la carga total a transmitir.
los agujeros de conexiones deberán tener un diámetro no menor que t + 1 / 4 de pulgada (6 mm) y no más de 2t + 1 / 4 de pulgada (6 mm), donde t es el espesor en pulgadas de la placa o parte adjunta en la que el agujero se hace.
los agujeros de las conexiones deberán estar completamente llena con metal de soldadura cuando el espesor de la placa es de 5 / 16 "(8 mm) o menos, en placas más gruesas se llenarán con una profundidad de por lo menos la mitad del espesor placa o 5/16”, el mayor valor, pero en ningún caso será inferior a 5 / 16 pulgadas
La carga de trabajo admisible de soldadura, ya sea en corte o tensión se calculará por la siguiente fórmula:
P = carga total de trabajo admisible en la soldadura lb (kN)
d = el diámetro del agujero en el que se hace la soldadura, pulg (mm)
S = valor máximo de tensión admisible para el material en el que se hace la soldadura, psi (kPa)
REQUISITOS PARA RECIPIENTES A PRESION CONSTRUIDOS DE ACERO AL CARBONO Y DE BAJA ALEACION
MATERIALESACEROS AL CARBONO Y
DE BAJA ALEACION
Se limitan a la tabla UCS-23 (Salvo UG-10 y
UG-11)
Contenido mayor de 0.35% no se utilizara
para la soldadura
Las piezas pequeñas conforme a ug-11((a)(2)) serán de calidad
soldable
Especificación en la SECC. II
MATERIALESMATERIALES
Todos los materiales se rigen por la TABLA UCS-23 ,salvo se especifique alguna otra tabla
Los tensiones admisibles en función a la temperatura se indican en la TABLA 1 A de la sección II , parte D, salvo se especifique otras tablas
MATERIALES (TABLA UCS-23)
PLACAS DE ACEROPLACAS DE ACERO• Planchas de acero según el SA-36, SA/CSAG40.21 38W,
y SA-283 grados A, B, C y D puede utilizarse para las partes a presión en recipientes a presión
• Requisitos1. Los recipientes no se utilizan para contener
sustancias letales, ya sea líquido o gaseoso.
2. Con la excepción de las bridas, tapas planas o empernadas y anillos rigidezadores , el espesor de las placas en que se aplica la fuerza de soldadura no exceda del 5 / 8 pulgadas (16 mm).
CASCOS FABRICADOS CON TUBERIA (UCS-CASCOS FABRICADOS CON TUBERIA (UCS-27)27)• Especificaciones en la Tabla UCS-23• Fabricacion
1. Por horno de hogar abierto2. Por horno de oxigeno basico3. Horno Eléctrico
TUBERIAS SIN COSTURATUBERIAS ELECTRO SOLDADA ( Hasta diámetros nominales de 762 )
PERNOS, TUERCAS Y ARANDELASPERNOS, TUERCAS Y ARANDELASPERNOS• .La tabulación de los valores de esfuerzo admisible a
diferentes se dan en la tabla 3 de la Sección II, Parte D.• Los pernos de aleación no ferrosos y de acero,
esparragos, y tuercas se puede utilizar. Deberán ajustarse a los requisitos de la Parte UNF o
UHA, según corresponda
• TUERCAS Y ARANDELAS(a SA-194, SA-563)
CRITERIO DE SELECCIÓN DE CRITERIO DE SELECCIÓN DE TUERCAS Y ARANDELASTUERCAS Y ARANDELAS
(1) Las tuercas de acero al carbono y arandelas de acero al carbono se pueden usar con pernos de acero al carbono o espárragos.
(2) Las tuercas de acero al carbono o aleación de acero y arandelas de acero al carbono o de aleaciones de acero de aproximadamente la misma dureza que las tuercas se pueden utilizar con pernos de aleación de acero
(para las temperaturas no superiores a 900 ° F (482 ° C)). (3) Tuercas de aleación de acero se utilizan con espárragos de aleación de acero o
pernos de aleación de acero
(A temperaturas superiores a 900 ° F (482 ° C).) (4) Tuercas y arandelas no ferrosos se pueden utilizar con Pernos ferrosos y
Espárragos
Se tendrá en cuenta a las diferencias de expansión térmica y la posible corrosión resultante de la combinación de metales diferentes. tuercas y arandelas no ferrosos se ajustarán a los requisitos de la UNF-13.
REQUISITOS PARA TRATAMIENTO TERMICO REQUISITOS PARA TRATAMIENTO TERMICO POSTERIOR A LA SOLDADURA (UCS-56)POSTERIOR A LA SOLDADURA (UCS-56)
(1) La temperatura del horno no será superior a 800 ° F(427 º C) en el momento que el recipiente o una parte se coloca en el mismo.
(2) Por encima de 800 ° F (427 ° C), la velocidad de calentamiento no debe ser mayor de 400 ° F / h (222 ° C / h) dividido por el espesor maximo del metal de la placa del casco o de la cabeza en pulgadas, pero en ningún caso más de 400 ° / hr (222 ° C / hr). Durante el período de calentamiento no debe haber una mayor variación de temperatura en toda parte del recipiente de 250 ° F (139 ° C) dentro de 15 pies (4,6 m) intervalo de longitud.
(3) El recipiente o parte del recipiente se llevará a cabo en o por encima de la temperatura especificada en la tabla UCS-56 o la tabla UCS-56.1 para el período de tiempo especificado en las tablas. Durante el período de tenencia, no habrá una diferencia mayor de 150 ° F (83 ° C) entre la temperatura máxima y mínima en toda la parte del buque que se calienta, salvo cuando el rango es más limitado en la tabla UCS-56
REQUISITOS PARA EL TRATAMIENTO TERMICO REQUISITOS PARA EL TRATAMIENTO TERMICO POSTERIOR A LA SOLDADURA POSTERIOR A LA SOLDADURA
(4). Durante el periodos de calentamiento y estancia, la atmósfera del horno deberá estar controlada para evitar excesiva oxidación de la superficie del recipiente. El horno deberá ser diseñado tal que evite el directo choque de la llama en el recipiente.
(5) Por encima de 800 ° F (427 ° C), el enfriamiento se llevará a cabo en un horno cerrado o cámara de enfriamiento no a una velocidad superior a 500 ° F / h dividido por el espesor máximo de la placa de metal del casco o de la cabeza en pulgadas, pero en ningún caso más de 500 ° F / h (278 ° C). A partir de 800 ° F(427 ° C) el buque se puede enfriado al aire en calma.
REQUISITOS PARA EL TRATAMIENTO TERMICO POSTERIOR REQUISITOS PARA EL TRATAMIENTO TERMICO POSTERIOR A LA SOLDADURA A LA SOLDADURA
EXAMEN RADIOGRAFICO (UCS-57)EXAMEN RADIOGRAFICO (UCS-57)
UW-11 ( Requisitos indicados)
Examen radiográfico al 100% a cada unión de soldadura a tope en la que la placa mas delgada o los espesores de pared del recipiente en la unión,en caso supera los limites e n al tabla UCS-67