metodología de calculo para la selecció de una válvula

7/24/2019 metodologa de calculo para la selecci de una vlvula

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Instituto Politcnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Unidad Azcapotzalco.

Metodologa de Diseo para una Vlvula de Compuerta de Acero Fundido API 600

de 10 NPS Clase 150

Tesis profesional que para obtener el ttulo de:

Ingeniero Mecnico

Presenta:

Yonatan Romn Meza

Mxico DF, 2013


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AGRADECIMIENTOS

A MIS PADRES:

Mi gratitud por todo el apoyo que me han otorgado a lo largo de estos aos. La culminacin

de este proyecto, mis conceptos y valores morales se los debo a ustedes porque cada da he

encontrado motivacin, aliento y apoyo en los momentos difciles, de desnimo y desaliento, y esto

para m constituye el legado ms grande que pueda recibir y que sin su ayuda no hubiera sido

posible, por lo que les estar agradecido eternamente.

Gracias por su ejemplo de superacin inalcanzable, por su comprensin y confianza, por

su amor y amistad incondicional; por colocar en m la inquietud de ser cada da mejor. Mi ms

sincero agradecimiento por mi oportunidad de existir, porque gracias a su cario, gua y apoyo he

llegado a realizar uno de los anhelos ms grandes de mi vida, fruto de inmenso apoyo y confianza

que en mi depositan, por todos tus desvelos, por su tolerancia y todos sus anhelos.

A MIS HERMANOS:

Quiero expresar mi profundo agradecimiento a mis hermanos por su apoyo, ayuda,

comprensin y amistad incondicional que en tiempos difciles y felices de mi vida me han brindado.

Muchas gracias por los juegos realizados, las risas compartidas y todas las peleas que tuvimos y

que tendremos, pero que sin duda, siempre seremos hermanos.

A MIS SOBRINOS:

Porque gracias a ellos he tenido una fuente de inspiracin que me motiv a dar cada paso

hasta llegar a la culminacin de este proyecto.

AL INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Por darme la oportunidad de formar parte de esta renombrada institucin y por permitirme

estudiar y formar en m un profesionista que llevar en alto el nombre de la institucin. Mi ms

sincero agradecimiento al IPN por abrirme las puertas y darme la posibilidad de ser formado y

moldeado con grandes principios ticos y morales porque estn formando en mi habilidad,

destrezas y actitudes que formaran parte de mi vida diaria.

A todos los que han estado presentes a m lado a lo largo de este tiempo y de los cuales

he aprendido demasiado

A todos ustedes, muchas gracias.


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ndice.

2.3.6 Asiento de cuerpo..18

2.3.7 Unin Cuerpo-Bonete19

2.4 Bonete..21

2.4.1 Espesor de la pared del bonete...21

2.4.2 Dimensiones del Bonete...222.5 Compuerta (disco u obturador)22

2.5.1 Tipos de configuracin..22

2.5.2 Guas23

2.5.3 Superficies del sello...24

2.5.4 Vida til24

2.6 Yugo.24

2.7 Vstago y Tuerca de Vstago..25

2.7.1 Dimetro mnimo252.7.2 Diseo del vstago.25

2.7.3 Diseo del la tuerca del vstago..26

2.8 Empaques y caja de empaques..27

2.8.1 Empaques27

2.8.2 Caja de empaques.27

2.8.3 Presaestopas y brida prensaestopas..27

2.8.4 Buje linterna28

2.9 Tornillera.282.9.1 Unin cuerpo-bonete.28

2.9.2 Unin Bonete-Yugo29

2.9.3 Tornillera para prensaestopas29

2.10 Accionamiento29

2.10.1 Volante.29

2.10.2 Otros medios de accionamiento..30

2.11 By-pass y otras conexiones..30

Captulo 3 Memoria de Clculo Vlvula de Compuerta de 10 NPS clase 15031

3.1 Introduccin.31

3.2 Normas de Referencia..31

3.3 Alcance (Descripcin de la Vlvula)31

3.4 Diseo Preliminar...32


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Metodologa de Diseo para una Vlvula de Compuerta de Acero

Fundido API 600 de 10 NPS Clase 150

3.4.1 Dimensiones de Norma.32

3.5 Memoria de Clculo...33

3.5.1 Empuje Estimado...33

3.5.2 Conexin de Vstago333.5.3 Conexin Disco..34

3.5.4 Anlisis de Falla Externa..34

3.5.5 Anlisis de Falla Interna35

3.5.7 Anlisis de Fuerzas35

3.5.8 Brazos del Yugo.36

3.5.9 Espesor del Disco..36

3.5.10 Tornillos de Ojo..37

3.5.11 Diseo de Brida de Cuello Soldable...383.6 Planos..39

3.6.1 Ensamble.39

3.6.2 Cuerpo.40

3.6.3 Bonete..41

3.6.4 Yugo.42

3.6.5 Disco.43

3.6.6 Vstago44

3.6.7 Casquillo..453.6.8 Empaques46

3.6.9 Buje Prensaestopas...47

3.6.10 Brida Prensaestopas.48

3.6.11 Tuerca de Vstago.49

3.6.12 Volante.50

Conclusin.

Bibliografa.

Anexos


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Objetivos.

Establecer la metodologa de diseo para la fabricacin de vlvulas de

compuerta bajo la norma API 600. Describir el tipo de operacin y uso que se da a estas vlvulas.

Describir las partes que componen este tipo de vlvulas.

Justificacin.

Hoy en da es indispensable contar con procedimientos y normas de diseo para

cualquier tipo de producto a fabricar. Por esta razn en este trabajo se establecen

una metodologa de diseo adaptada al proceso de fabricacin de vlvulas en

particular para vlvulas de compuerta diseadas bajo el estndar internacional API

600.

Introduccin.

Dentro de los diferentes procesos qumicos e industriales existe la necesidad de

transportar fluidos (lquidos y gases) de un lugar a otro utilizando para ello ductos

o canales. Este movimiento se logra por medio de una transferencia de energa.

Adems de transportar los fluidos existe la necesidad de poder controlar este

abastecimiento de fluido.

Las vlvulas son unos de los instrumentos de control ms esenciales en la

industria. Debido a su diseo y materiales, las vlvulas pueden abrir y cerrar,

conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y

gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos. Sus tamaos

van desde una fraccin de pulgada hasta 30 ft (9 m) o ms de dimetro. Pueden

trabajar con presiones que van desde el vaci hasta ms de 20000 lb/in (140

Mpa) y temperaturas desde las criognicas hasta 1500 F (815 C). En algunas

instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos

no tienen importancia.


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Objetivos.

La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero tambin significa para

nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una seccin de terminada

de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de

fluido que circula por una seccin determinada del conducto en la unidad de

tiempo.

Debido a las diferentes variables, no puede haber una vlvula universal; por tanto,

para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado

innumerables diseos y variantes con el paso de los aos, conforme se han

desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de vlvulas recaen en nueve

categoras: vlvulas de compuerta, vlvulas de globo, vlvulas de bola, vlvulas de

mariposa, vlvulas de apriete, vlvulas de diafragma, vlvulas de macho, vlvulas

de retencin y vlvulas de desahogo (alivio).

Estas categoras bsicas se describen a continuacin. Sera imposible mencionar

todas las caractersticas de cada tipo de vlvula que se fabrica y no se ha

intentado hacerlo. Ms bien se presenta una descripcin general de cada tipo en

un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas,

desventajas y otra informacin til para el lector.

Alcance y Limi taciones.

Alcance.

El presente trabajo est realizado con el propsito de establecer la metodologa de

diseo para una vlvula de compuerta de acero fundido de 10 NPS y clase 300,

utilizando como estndar de diseo los requerimientos de la norma API 600,

adems que pueda ser utilizada como gua para el diseo de vlvulas del mismo

tipo en las diversas medidas y clases que refiere dicha norma.


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Limitaciones.

La metodologa aqu dispuesta nicamente puede ser utilizada como referencia

para el diseo de vlvulas de tipo compuerta de acero fundido regidas bajo loscriterios de aceptacin de la norma API 600.


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CAPTULO 1. Antecedentes.

1.1. Conceptos Generales.

Norma o Estndar.Es una especificacin que reglamenta procesos y productos para garantizar lainteroperabilidad.

API.Instituto Americano del Petrleo (en ingles, American Petroleum Institute). Es laprincipal asociacin comercial de los Estados Unidos de Norteamrica,representando cerca de 400 corporaciones implicadas en la produccin,refinamiento, la distribucin y muchos otros aspectos de la industria del petrolero ydel gas natural. Esta asociacin se refiere a menudo como AOI (en ingles , The

American Oil Industry) o Industria de Petrleo Americana. Las principalesfunciones de la asociacin a nombre de la industria incluyen la defensa,negociacin con las agencias gubernamentales, asuntos legales, y negociacincon organismos reguladores; investigacin de efectos econmicos, toxicolgicos yambientales; establecimiento y certificacin de los estndares de la industria, yprogramas de acercamiento a la comunidad a travs de la educacin.

El API traza su origen desde la primera guerra mundial, cuando el congreso y laindustria del petrleo nacional y el gas natural trabajaron juntos para el ayudar alesfuerzo de la guerra.

El API fue creado el 20 de marzo de 1919:

Para proporcionar un medio de cooperacin con el gobierno en todos losasuntos de inters nacional.

Fomentar el comercio exterior e interior de productos petrolferos deAmrica.

Promover, en general, los intereses de la industria del petrleo en todas susramas.

Promover la mejora mutua de sus miembros y el estudio de las artes y lasciencias relacionadas con la industria del petrleo y el gas natural.

Las oficinas del API se establecieron en Nueva York, y la organizacin centro susesfuerzos en varias reas especficas. Desde finales de 1969, el API tomo ladecisin de trasladar sus oficinas a Washington, DC, donde permanecen hastahoy.

El segundo esfuerzo fue la normalizacin de los equipos de campos petroleros.Durante la primera guerra mundial, existi un gran retraso en la perforacin decampos resultado de la escasez de equipos en los sitios de perforacin, y la


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Captulo1.Antecedentes.

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industria trato de superar este problema mediante el uso de equipos comunes. Elprograma reporto fallas debido a que no exista uniformidad de tamaos detuberas, roscas y acoplamientos. Por lo tanto, la asociacin asumi el reto dedesarrollar estndares industriales y las primeras normas fueron publicadas en1924.

Hoy en da, API mantiene ms de 500 normas y prcticas recomendadas quecubren todos los segmentos de la industria del petrleo y el gas para promover eluso de equipos de seguridad, intercambiables y prcticas de ingeniera probadas.

ASMESociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (en ingles, American Society ofMechanical Engineers). Es una organizacin de membreca sin fines de lucro quepermite la colaboracin, el intercambio de conocimientos, el enriquecimientoprofesional, y desarrollo de habilidades en todas las disciplinas de ingeniera,hacia una meta de ayudar a la comunidad global de ingeniera desarrollar

soluciones en beneficio de las vidas y medios de subsistencia. Fundada en 1880por un pequeo grupo de los principales industriales, ASME ha crecido a travs delas dcadas para incluir a ms de 120.000 miembros en ms de 150 pases entodo el mundo.De los estudiantes universitarios e ingenieros de inicio de su carrera a losdirectores de proyectos, ejecutivos de empresas, investigadores y lderesacadmicos, miembros de ASME son tan diversos como la comunidad deingeniera en s. ASME sirve a esta comunidad tcnica de gran alcance a travsde programas de calidad en la educacin continua, capacitacin y desarrolloprofesional, cdigos y normas, investigacin, conferencias y publicaciones,relaciones gubernamentales y otras formas de difusin.

ASME fue fundada en 1880 para proporcionar un entorno para los ingenieros paradiscutir las preocupaciones presentadas por el surgimiento de la industrializacin yla mecanizacin. Los fundadores de la Sociedad fueron algunos de los fabricantesde maquinaria ms importante e innovadores de tcnicas de finales del siglo XIX,dirigido por el ingeniero prominente de acero Alexander Lyman Holley, HenryRossiter Worthington y John Edison Sweet. Holley presidi la primera reunin, quese celebr en las oficinas editoriales de Nueva York de la American Machinist, el16 de febrero, con una treintena de personas que asistieron. A partir de estafecha, la sociedad empez con reuniones formales para discutir el desarrollo deherramientas y piezas de mquinas estndar, as como prcticas uniformes detrabajo. Sin embargo, no fue hasta 1905 que un importante punto de inflexin diouna nueva definicin para fines de ASME y su impacto en la vida civil.El vapor alimentado fue la tecnologa del siglo XIX. A pesar de su poder, lascalderas y recipientes a presin son temperamentales, lo que requiere unaatencin y mantenimiento constante. Aunque hubo numerosas explosiones decalderas en todo el siglo XIX, no existan los cdigos legales para calderas, encualquier estado de la Unin. Sin lugar a dudas uno de los incidentes msimportantes que han demostrado la necesidad de desarrollar las leyes de lacaldera fue el desastre de fbrica de zapatos Grover en Brockton, Massachusettsel 10 de marzo de 1905.


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Una caldera vieja, que se utilizaba durante el mantenimiento de un modelo nuevo,explot, disparando a travs de tres pisos y el techo del edificio. Dejandoatrapados entre vigas rotas y maquinaria pesada a muchos trabajadores quesobrevivieron a la explosin inicial y al derrumbe. Carbones encendidos arrojados

desde la caldera aterrizaron sobre las ruinas de la superestructura, dieron paso alinicio de incendios alimentados por las lneas de gas rotas. La explosin resulto en58 muerto y 117 heridos.

Fue esta catstrofe la que impulso a Massachusetts establecer un consejo decinco hombres para establecer las reglas de la caldera, cuyo cargo fue escribir laley de la caldera para el estado, este consejo public sus leyes en el ao de 1908.

Una vez establecido el cdigo de prueba de la caldera en 1884, un comit deASME estableci el cdigo de calderas en el ao 1911 que dio lugar al Cdigo deCalderas y Recipientes a Presin (BPVC, en ingles Boiler & Pressure VesselCode)

Publicado en 1915. Este cdigo se incorporo a las leyes en la mayora de losestados de EE.UU. y sus territorios y provincias canadienses.

Recipiente.Parte de la vlvula capaz de contener y por el cual puede transcurrir el fluido(Cuerpo-Bonete).

Obturador.Es el elemento que hace que la seccin de paso vare, regulando el caudal y portanto la prdida de presin (Disco).

AccionamientoEs la parte de la vlvula que hace de motor para que el obturador se site en unaposicin concreta abierta o cerrada (Vstago y Volante).

MaterialesDependiendo del material utilizado en el cuerpo de la vlvula, se denominan comovlvulas de:

acero al carbono (fundido o forjado)

acero inoxidable (fundido o forjado) acero aleado

hierro

bronce


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Presin NominalPara estandarizar las vlvulas se estipula diferentes presiones mximas a las quepueden trabajar. Se denomina con la sigla PN -valor establecido en bar- y seencuentra, generalmente, impreso en la vlvula.

ClaseEs una designacin alfanumrica utilizada para referenciarla relacinpresin/temperatura de la vlvula, tomando en cuenta las propiedades mecnicasdel material de fabricacin. La clase de una vlvula est dada por un numeroentero dimensionales. Este nmero no representa un valor medible y por esto nopuede ser usado para propsitos de clculo. La presin admitida para una vlvuladepender del material de fabricacin y de la temperatura aplicada a esta, y estadeber ser tomada de las tablas de presin/temperatura. El valor de la clase soloser utilizado para la designacin NPS (tamao nominal de tubera, por sus siglasen ingles)

DN (dimetro nominal)Es una designacin alfanumrica de tamao que es de uso comn en sistemasde tuberas, nicamente es usada como referencia, es un numero adimensionalindirectamente relacionado con el dimetro interior o exterior de la conexin final,el valor DN solo puede ser utilizado cuando se utilice la designacin PN (presinnominal, por sus siglas en ingles)

NPS (tamao nominal de la tubera)Es una designacin alfanumrica de tamao que es de uso comn en sistemasde tuberas, nicamente es usada como referencia, es un numero adimensionalindirectamente relacionado con el dimetro interior o exterior de la conexin final.

El numero adimensional puede ser usado para identificar el tamao de la vlvula.Este nmero no representa un valor medible, por tal motivo no puede ser usadocon propsitos de clculo. El valor NPS solo ser utilizado para la designacin dela clase.

Trim (Arreglo).El trim refiere al material del cual estn compuestos los elementos internos de lavlvula que se encuentran en contacto con el fluido, as como las areas de sello.El trim est compuesto por las siguientes partes:a) Vstago.

b) Cara de sello del asiento.

c) Cara de sello del disco.

d) Casquillo o depsito de soldadura, para el sello posterior (backseat) y barrenode gua del vstago.

e) Pequeas partes internas que se encuentran en contacto con el fluido,excluyendo el vstago (este debe ser fabricado en Acero Inoxidable Autentico).


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1.2.

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Se utilizan cuando se pretende mantener a presin una tubera en servicio y poneren descarga la alimentacin. El flujo del fluido que se dirige desde el orificio deentrada hacia el de utilizacin tiene el paso libre, mientras que en el sentidoopuesto se encuentra bloqueado. Tambin se las suele llamar vlvulasunidireccionales.

Las vlvulas anti-retorno son ampliamente utilizadas en tuberas conectadas asistemas de bombeo para evitar golpes de ariete, principalmente en la lnea dedescarga de la bomba.

1.3.2. Vlvula de Compuerta.La vlvula de compuerta es una vlvula que abre mediante el levantamiento deuna compuerta o cuchilla (la cul puede ser redonda o rectangular) permitiendoas el paso del fluido.

Lo que distingue a las vlvulas de este tipo

es el sello, el cual se hace mediante elasiento del disco en dos reas distribuidasen los contornos de ambas caras del disco.Las caras del disco pueden ser paralelas oen forma de cua. Las vlvulas decompuerta no son empleadas pararegulacin.

Ventajas

Alta capacidad. Cierre hermtico. Bajo costo. Diseo y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulacin.

Desventajas

Control deficiente de la circulacin. Se requiere mucha fuerza para

accionarla. Produce cavitacin con baja cada de

presin. Debe estar cubierta o cerrada por

completo. La posicin para estrangulacin

producir erosin del asiento y del disco.


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1.3.3. Vlvula de BolaUna vlvula de bola, conocida tambincomo de "esfera", es un mecanismo dellave de paso que sirve para regular el

flujo de un fluido canalizado y secaracteriza porque el mecanismoregulador situado en el interior tieneforma de esfera perforada.

Se abre mediante el giro del eje unido ala esfera o bola perforada, de tal formaque permite el paso del fluido cuandoest alineada la perforacin con laentrada y la salida de la vlvula. Cuandola vlvula est cerrada, el agujero estar

perpendicular a la entrada y a la salida.La posicin de la manilla de actuacin indica el estado de la vlvula (abierta ocerrada).

Este tipo de vlvulas no ofrecen una regulacin precisa al ser de de vuelta. Suventaja es que la bola perforada permite la circulacin directa en la posicinabierta con una prdida de carga bastante ms reducida que las de asiento, ycorta el paso cuando se gira la maneta 90 y cierra el conducto.

Las vlvulas de bola manuales pueden cerrarse rpidamente, lo que puedeproducir un golpe de ariete. Por ello y para evitar la accin humana pueden estar

equipadas con un servomotor ya sea neumtico, hidrulico o motorizado.

Atendiendo al nmero de conexiones que posee la vlvula, puede ser de dos otres vas.

Las vlvulas con cuerpo de una sola pieza son siempre de pequea dimensin ypaso reducido. Este tipo de construccin hace que la vlvula tenga un precioreducido.

Las vlvulas con cuerpo de dos piezas suelen ser de paso estndar.

Las vlvulas de tres piezas permiten desmontar fcilmente la bola, el asiento o elvstago ya que estn situados en la pieza central. Esto facilita la limpieza desedimentos y remplazo de partes deterioradas sin tener que desmontar loselementos que conectan con la vlvula.


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1.3.4.Vlvula de Seguridad o de Alivio de Presin

Las vlvulas de alivio de presin, tambin llamadas vlvulasde seguridad o vlvulas de alivio, estn diseadas para liberarun fluido cuando la presin interna de un sistema que lo

contiene supere el lmite establecido (presin de tarado). Sumisin es evitar una explosin, el fallo de un equipo o tuberapor un exceso de presin. Existen tambin las vlvulas dealivio que liberan el fluido cuando la temperatura supera unlmite establecido. Estas vlvulas son llamadas vlvulas dealivio de presin y temperatura.

1.3.5.Vlvula de Globo (o de asiento).Es una vlvula que consiste en un agujero,generalmente redondo u oval, y un tapncnico, por lo general en forma de disco,colocado en el extremo de una varilla, tambinllamado "vstago de la vlvula". El vstago guaa la vlvula a travs de una gua de la vlvula.Sirve tanto para regular el paso de un elementocomo para la funcin de todo o nada.

El elemento de cierre apoya sobre un anillo deasiento, de seccin circular. A medida que elelemento de cierre se aproxima al asiento, laseccin de paso se reduce y por tanto aumentala prdida de carga disminuyendo el caudal. Enalgunas aplicaciones, la diferencia de presinayuda a cerrar la vlvula, y en otra ayuda aabrirla.


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1.4 Partes de la Vlvula de Compuerta.

15. Disco

16. Asiento.

17. Cuerpo

18. Extremos Cara Realzada.

19. Extremos Soldables a Tope.

20. Puerto de la Vlvula.

21. Tornillera Prensa Empaques.22. Tornillo de Ojo y Tuerca.

Partes: 23. Tornillera Yugo.

1. Tuerca Volante. 8. Buje Linterna 24. Yugo.

2. Volante. 9. Tapn.

3. Tuerca de Vstago. 10. Empaques de Vstago.

4. Vstago. 11. Casquillo.

5. Brida Prensaestopas. 12. Bonete.

6. Prensaestopas. 13. Junta

7. Empaques. 14. Tornillera Bonete.


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1.5. Normas Aplicadas al Diseo de Vlvulas de Compuerta.

ASME/ANSI B16.5 Tubos Bridados y Accesorios Bridados NPS 1/2 hasta NPS 24Mtricas/Pulgadas.

ASME/ANSI B16.10 Dimensiones de Vlvulas de Cara a Cara y de Extremo aExtremo.

ASME/ANSI B16.25 Extremos Soldables a Tope.

ASME/ANSI B16.34 Vlvulas Extremos Bridados, Roscados y Soldables a Tope.

MSS SP-45

API 600 Vlvulas de Compuerta de Acero Extremos Bridados y ExtremosSoldables a Tope, Bonete Birlado.


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CAPTULO 2. Desarrollo de Diseo.

En este punto se establecer la metodologa a seguir para poder desarrollar el

diseo de la vlvula.

2.1. Metodologa de Diseo.

A continuacin se describen los pasos a seguir para el desarrollo del diseo de

cualquier vlvula diseada bajo los lineamientos establecidos en API 600. El

diseo de la vlvula depender directamente de las especificaciones del usuario

final.

2.2. Anlisis de la informacin.

La informacin que debe especificar el usuario final se encuentra en el Anexo A de

la norma API 600.

1.- Requisitos especiales a los especificados en esta norma debern ser aadidos

en la orden de compra.

2.- Si no existen requisitos especiales, en la orden de compra solo deber referirse

a API 600 y especificar los datos marcados en la siguiente lista con un asterisco(*). Los puntos de la lista sin asterisco son datos opcionales que pueden o no ser

especificados.

a) tamao de la vlvula *;

b) clase *;

c) extremos bridados, incluyendo el acabado de la cara de la brida; o extremos

soldar, incluyendo el puerto *;

d) conexiones auxiliares y apertura:

e) orientacin de la vlvula;

f) caras duras adicionadas en el cuerpo y/o guas del disco;


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Captulo2.DesarrollodeDiseo

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g) junta del cuerpo-bonete y/o tipo de unin de brida del cuerpo-bonete;

h) aperturas roscadas;

i) disco de cua o doble disco, tipo de cua, si es necesario *;

j) anillo linterna;

k) conjunto de polea y cadena;

l) operador de engranes, incluye tipo y arreglo, y la presin diferencial mxima de

diseo de la vlvula;

m) alimentacin de operacin, incluye tipo de alimentacin y unidad de potencia, y

la presin diferencial mxima de diseo de la vlvula;

n) bypass- especificar el tipo de conexin de la vlvula del bypass, ya sea de

bonete bridado o bonete soldado;

o) material del casco de la vlvula (cuerpo-bonete) *;

p) material nominal del arreglo interior (trim) *;

q) cualquier requisito permitido por el fabricante (por ejempl NACE MR 0103);

r) volante;

s) sobre espesor de seguridad;

t) arreglo de poleas y cables de seguridad, si se suministra como equipo original;

u) material alternativo para el empaque de vstago;

v) material de la tornillera de unin cuerpo-bonete;

w) inspeccin por el comprador;

x) prueba de alta presin de cierre;

y) pruebas e inspecciones suplementarias;


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z) empaque para exportacin.

Para el ejemplo, la informacin es: vlvula de compuerta de acero fundido

diseada contra API 600, de tamao 10 NPS y clase 150

La norma API 600, es un estndar internacional establecido por el Instituto

Americano del Petrleo (API) donde se establecen los lineamentos bsicos con los

que deben cumplir las vlvulas de compuerta de acero, con extremos bridados y

soldables a tope, y bonete bridado.

Para generar la metodologa de este diseo se tomo como referencia la 20ma

edicin de este estndar que entro en vigor a partir del mes de marzo del 2009 y

cuenta con una errata del mes de noviembre del mismo ao.

2.3 Diseo y Partes que Integran la Vlvula.

Los requerimientos mnimos para el diseo estn dados en el punto 5 del API 600.

2.3.1 Cuerpo.

Para el diseo del cuerpo se deber tomar en cuenta los siguientes puntos:

a) Espesor mnimo de pared del cuerpo.

b) Dimensiones del cuerpo.

c) Unin cuerpo-bonete.


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2.3.1.1. Partes del cuerpo.

En la siguiente figura se muestra de forma esquemtica el cuerpo de una vlvula.

Figura 1 Identificacin de las partes del cuerpo

Partes:

1.- Unin entre el cuello y el largo del cuerpo.

2.- Extremo bridado del cuerpo.

3.- Dimetro de paso del cuerpo.

4.- Eje del cuello del cuerpo.

5.- Brida de unin del cuerpo con el bonete.

6.- Cuello del cuerpo.

7.- Eje del largo del cuerpo.

8.- Extremo soldable a tope del cuerpo.

9.- Largo del cuerpo.


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2.3.2. Espesor Mnimo de Pared.

Del punto 5.1.1 de la norma se tiene que, el espesor mnimo de pared del cuerpo,

tm,no ser menor a lo establecido en la tabla 1 de API 600 (ver anexo A tabla 1),despus de ser maquinado el cuerpo, a excepcin de lo establecido en el punto

5.1.2 para vlvulas con extremos soldables a tope. Los sobre espesores de pared

necesarios sern determinados por cada uno de los fabricantes.

El punto 5.1.2 de API 600 para extremos soldables a tope, restringe que, el

espesor de pared del cuerpo no deber ser menor a lo establecido en la tabla 1

(ver anexo A tabla 1).

2.3.3. Dimensiones del Cuerpo.

En cuanto a las dimensiones restantes del cuerpo se tomara en cuenta lo

establecido en el punto 5.3 de la norma API 600.

2.3.4. Extremos Bridados.

2.3.4.1 Bridas.

Los extremos bridados del cuerpo debern cumplir con los requerimientosdimensionales de ASME B16.5 (Tubos y Accesorios Bridados desde 1/2 NPS

hasta 24 NPS Sistema Mtrico/Sistema Ingles) (ver anexo A, figura 1 y de la tabla

7 a tabla 11).

Esta norma restringir las dimensiones principales de la primera y segunda brida

(los extremos a lo largo del cuerpo). Las dimensiones bsicas en esta norma son

las siguientes:

- Dimetro Exterior de la Brida.

- Dimetro de Centro de Barrenos.

- Dimetro de Barrenos.

- Numero de Barrenos.


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- Dimetro de Realce de la Cara extremos con Cara Realzada CR (RF

Raiced Face).

- Realce de la Cara para CR (espesor).

- Dimetro de la Cara para Extremos Unin Junta Anillo JA (RTJ Ring

Type Joint).

- Realce de la cara para JA.

- Dimensiones de la Muesca para la Junta Anillo.

- Espesor de la Brida.

- Dimetro de Puerto.

2.3.4.2 Distancia entre Caras para Extremos Bridados.

La distancia de cara a cara deber estar de acuerdo a ASME B16.10

(Dimensiones de Cara a Cara y Extremo a Extremo de Vlvulas) o ISO 5752

(Dimensiones de Cara a Cara y del Centro a Cara para Vlvulas de Metal

Bridadas para su uso en Sistemas de Tuberas).

ASME B16.10 cuenta con una serie de tablas que van desde la tabla 1 hasta la

tabla 10 estas tablas manejan nicamente las dimensiones en el sistema mtrico

pero dentro de la norma se encuentra un Apndice I, donde manejan las mismas

tablas con la preposicin I- con las dimensiones dadas en el sistema ingls.

La tabla 1 y la tabla I-1 (ver anexo A tabla 12) es aplicable para determinar las

dimensiones de cara a cara y de extremo de extremo de:

Vlvulas bridadas de hierro fundido para clase 125 y vlvulas bridadas y extremos

soldables a tope de acero para clase 150.

La tabla 2 y la tabla I-2 es aplicable para determinar las dimensiones de cara acara y de extremo de extremo de:

Vlvulas bridadas de hierro fundido para clase 250 y vlvulas bridadas y extremos

soldables a tope de acero para clase 300.


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La tabla 3 y la tabla I-3 es aplicable para determinar las dimensiones de cara a

cara y de extremo de extremo de:

Vlvulas bridadas y extremos soldables a tope de acero para clase 600.












Vlvulas de tipo wafer de hierro fundido para clase 125 y 250 y de acero para

clase de 150 a 2500.



Vlvulas de tipo mariposa de hierro fundido para clase de 25 y 125 de acero para

clase de 150 a 600.

La tabla 9 y la tabla I-9 determinan las dimensiones de cara a cara y de extremo a

extremos para vlvulas bridadas que tienen varias tipos de realces.


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Y la tabla 10 sirve para determinar las dimensiones de cara a cara para vlvulas

que tienen un realce de tipo junta anillo JA.

Para esta metodologa de diseo se utiliza nicamente la Tabla I-1 (dimensiones

de cara a cara para vlvulas de hierro fundido clase 125 y vlvulas de acero clase150) (ver anexo A tabla 12) y la tabla I-10 (dimensiones de cara a cara para

vlvulas de acero con realce tipo junta anillo JA) (ver anexo A tabla 13).

Las bridas de los extremos (primera y segunda brida), as como la brida de unin

del cuerpo/bonete (tercer brida) debern ser fundidas o forjadas integrales al

cuerpo. Sin embargo, las bridas pueden ser soldadas al cuerpo si es que el cliente

as lo aprueba.

2.3.5. Extremos Soldables a Tope.

Extremos soldables para vlvulas mayores a 2 NPS debern cumplir con los

requerimientos de ASME B16.25 (Extremos Soldables a Tope) para paso (bore)

especfico para uso sin anillo respaldo. Conversiones de extremos bridados a

extremos soldables a tope no son permitidos a menos que exista un acuerdo entre

el cliente y el fabricante.

2.3.5.1 Distancia entre Extremos para Extremos Soldables a Tope.

La distancia entre extremos (fin a fin) deber estar de acuerdo a ASME B16.10

(Dimensiones de Cara a Cara y Extremo a Extremo de Vlvulas) (ver anexo A

tabla 12), a menos que se especifique lo contrario por el cliente.

2.3.6. Asientos del Cuerpo.

El dimetro interior de la abertura del asiento no deber ser inferior a laespecificada en el anexo A de ASME B16.34 (Vlvulas Extremos Bridados,

Roscados y Soldados) para el tamao nominal de la tubera y la presin de la

clase.


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El anexo A de ASME B16.34 (ver anexo A, tabla 14) habla acerca de la relacin

entre el tamao nominal de tubera de la vlvula (NPS) y el dimetro de paso

(dimetro interno) de esta.

Se pueden disear dos tipos de asientos el primero es un asiento integral al

cuerpo cuando el material de fabricacin de la vlvula sea de acero inoxidable

austenitico y el segundo es un asiento separado del cuerpo, el cual puede ser

roscado o soldado al cuerpo para su fijacin.

El asiento deber contar con un rea adecuada de sello, adems de que sus

esquinas debern contar con un radio o un chafln para evitar algn dao en el

disco cuando este sea operado con presin.

Con estos datos se puede ir trazando un esquema de lo que sera el cuerpo de la

vlvula, o cuando menos el largo de este, ya que contamos con el dimetro

interno, con el espesor mnimo de pared, la distancia entre extremos y las

dimensiones de la primera y segunda brida.

2.3.7. Unin Cuerpo-Bonete

La unin entre el cuerpo-bonete deber ser del tipo bridado y unido por medio de

algn tipo de junta.

Para clases 150, la unin del cuerpo-bonete deber ser de alguna de las

siguientes tipos ilustrados en ASME B16.5 (ver anexo A figura 1).

Cara Plana (Flat Face).

Cara Realzada (Raised Face) RC (RF).

Macho y Hembra (Tongue and Groove).

Saliente y Receso (Spigot and Recess).

Junta Anillo (Ring Joint).


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Para vlvulas que tienen una clase designada mayor a 150, la unin entre el

cuerpo-bonete deber ser igual que el prrafo anterior (API 600 5.5.2), excepto la

unin cara plana, esta no es permitida.

La junta para la unin cuerpo-bonete deber ser adecuada para un rango detemperatura de -20F (-29 C) a 1000 F (538 C) y ser uno de los siguientes:

Metal Solido, ondulado o plano;

Un encamisado de metal, ondulado o plano;

Junta anillo metlica;

Junta metlica enrollada en espiral con un relleno y un anillo de

centrado/compresin;

Junta metlica enrollada en espiral con un relleno, para ser utilizado solo

cuando la unin cuerpo-bonete es diseada para proporcionar un control de

compresin de la junta.

Para la clase 150, las siguientes tambin son aceptables:

Insertos de metal corrugado con revestimientos de grafito;

Cuando sea aprobado por el comprador, hojas de grafito flexible, reforzado

con acero inoxidable plano, perforado, lengeta o insertos corrugados

equipado con anillo contenedores.

Excepto para vlvulas de clase 150 y presin nominal 16 y vlvulas en dimetros

de tubera (NPS) 2.5 (dimetro nominal DN 65) y menores, la brida cuerpo-bonete

deber ser circular.

El bonete y la cara de la tuerca debern ser paralelos hasta 1. Un Spot face o

back-face es requerido para cumplir el paralelismo deber ser de acuerdo con

ASME B16.5.

La unin cuerpo-bonete deber ser asegurado por un mnimo de 4 esprragos de

cuerda corrida. El dimetro mnimo de cuerda de los esprragos para cada

tamao de vlvula ser como sigue:


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De 3/8 o M10 cuando 1NPS2 1/2 (25DN65);

De 1/2 o M12 cuando 3NPS8 (80DN200);

De 5/8 o M16 cuando 10NPS (250DN);

El total de rea de seccin transversal de los tornillos en la unin cuerpo-bonete

deber estar de acuerdo a los requerimientos de ASME B16.34, prrafo 6.4.

Al ensamblar, la superficie de contacto con la junta deber ser libre de

componentes sellantes. Un recubrimiento ligero de un lubricante, no ms pesado

al keroseno, puede ser aplicado si es necesario para el ensamble apropiado de la

junta.

2.4. Bonete

Para el diseo del bonete se tomara en cuenta los siguientes puntos de la norma

API 600:

a) Espesor de Pared del Bonete.

b) Dimensiones del Bonete.

c) Unin cuerpo-bonete.

2.4.1. Espesor de Pared del bonete

El mnimo espesor de pared del bonete al momento de fabricar, excepto por el

cuello extendido que contiene los empaques, ser como lo mostrado para tmde la

tabla 1 (ver anexo A, tabla 1). Para el cuello extendido, el espesor mnimo de

pared local deber estar basado en el dimetro local, por ejemplo el dimetro de

paso del vstago o la caja de empaques de vstago, y deber estar de acuerdocon la tabla 2 (ver anexo A, tabla 2).


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2.4.2. Dimensiones del Bonete

Cuando se disea el vstago, el buje prensaestopas, el buje linterna (de ser

necesario) y el sello posterior (backseat) el fabricante deber tomar en cuenta la

gua del vstago y la prevencin de extrusin del empaque.

El bonete deber incluir un sello posterior (backseat) cnico en una de las

siguientes formas:

un casquillo positivamente asegurado que no se suelte, que no

dependa de la friccin;

una superficie integral en el caso de un acero inoxidable austenitico;

un deposito de soldadura de una cara dura o un acero inoxidableaustenitico con un mnimo de 0.06 in (1.6mm) espesor.

El bonete deber ser de una sola pieza fundida o forjada. Sin embargo, el bonete

podr ser fijado con soldadura cuando lo apruebe el cliente y ser sujeto a las

mismas excepciones y requerimientos que especfica el punto 5.3.1.2.1 de la

norma API 600.

Los tornillos del prensaestopas no debern ser anclados al bonete o al yugoatreves de una unin soldada o pernos esprragos soldados. El diseo del anclaje

no incluye barrenos ovalados o soportes que no retengan los tornillos del

prensaestopas durante el re-empaque.

2.5. Compuerta (Disco u Obturador).

Los requisitos para el diseo del disco se encuentran en el apartado 5.6 de API

600 y dice:

2.5.1. Tipos de Configuracin.

La configuracin de la compuerta es categorizada como se ilustra en la figura 2.


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Figura 2 Tipos de Compuertas

Se proporcionar compuerta slida de una sola pieza o flexible de una sola pieza,

a menos que otra cosa sea especificada por el comprador.

Compuertas de disco divido en dos piezas y doble disco paralelo sern

proporcionados solo cuando lo especifique el cliente. El disco divido consiste en

dos partes de asientos separados que se ajustan a los asientos del cuerpo cuando

se cierra. Una compuerta de doble disco paralelo cuenta con un mecanismo que

fuerza a los dos discos paralelos a los asientos del cuerpo cuando se cierra.

Excepto para discos dobles paralelos, en la posicin abierta, la compuerta deber

dejar libre completamente el paso del ducto de la vlvula.

2.5.2. Guas

El cuerpo deber tener superficies de gua para minimizar el desgaste de los

asientos durante la operacin de la vlvula, para posicionar con precisin la

compuerta a lo largo de la distancia recorrida a los asientos del cuerpo, y para

alinear la compuerta y el vstago en toda orientacin evitando que la compuerta

se atore o excorie. Las guas del disco y/o cuerpo no necesitan de una cara dura

(hardfaced) amenos de que lo especifique la orden de compra, o cuando sea

necesario para la correcta operacin en cualquier orientacin, incluyendo defectos

de desgaste o excoriacin.

Slido

Una Sola Pieza

Flexible

Una Sola Pieza

Disco

Dividido

Doble Disco

Paralelo


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2.5.3. Superficies de Sello

Las superficies de sello de la compuerta debern ser integrales o una cara de

metal soldada. A menos que se especifique las superficies duras (hardfaced) no

son requeridas. El espesor final de cualquier tipo de material no deber ser menora 0.06 in (1.6mm).

2.5.4. Vida til.

La compuerta deber ser diseada tomando en cuenta el desgaste de la superficie

de sello. La dimensin que fija la posicin del sello del disco relativa a los asientos

del cuerpo debern ser tal que el disco, como nuevo, puede, como resultado de

desgaste del asiento, moverse en los asientos por una distancia, h, definida comovida til. La vida til es una direccin paralela al vstago de la vlvula. La vida til

mnima vara con el tamao de la vlvula de acuerdo a la tabla 4 de API 600.

2.6. Yugo

Los requisitos para el diseo del yugo se encuentran en el apartado 5.7 de la

norma y son los siguientes:

El yugo puede ser una parte integral del bonete o una parte separada. El yugo

retendr la tuerca del vstago que une al volante con el vstago.

El diseo del montaje del yugo y la tuerca de vstago deber permitir la

eliminacin de esta ltima cuando la vlvula est bajo presin y en sello posterior

(backseat).

Cuando se disee el yugo como parte separada del bonete, la superficie de

contacto entre ambos deber ser maquinada con el fin de proporcionar unensamble correcto.

La superficie de contacto entre el yugo y la tuerca de vstago deber ser

maquinada plana y paralela. Un accesorio para lubricar deber ser previsto para la

superficie de contacto.


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2.7. Vstago y Tuerca de Vstago.

El diseo del vstago y de la tuerca de vstago se encuentra en el punto 5.8 de la

norma API 600.

2.7.1. Dimetro Mnimo.

El dimetro mnimo del vstago, ds, es el indicado en la tabla 5 (ver anexo A, tabla

4). Para permitir el uso de barras estndar una tolerancia es permitida de acuerdo

a la tabla 5 (ver anexo A, tabla 5). El dimetro mnimo del vstago aplica a lo

largo de la superficie en contacto con los empaques y al dimetro mayor de la

cuerda trapezoidal. Sin embargo, el dimetro mayor de la cuerda del vstago

puede ser reducido, a eleccin del fabricante, pero no ms de 0.06 in (1.6 mm). La

superficie del vstago en contacto con el vstago deber tener un acabado

superficial Ra de 32in (0.8m) o ms suave.

2.7.2. Diseo del Vstago.

El vstago deber contar con medio de fijacin a la compuerta en un extremo del

vstago y del otro una rosca de tipo trapezoidal. La tuerca de vstago ser usada

para fijar el volante y para impulsar la rosca del vstago.

La rosca del vstago y de la tuerca de vstago debern ser de forma trapezoidal

como especifica ASME B1.5 (ACME SCREW THREADS) o ASME B1.8 (STUB

ACME SCREW THREADS), con variaciones nominales permitidas. La cuerda del

vstago deber ser de entrada izquierda de modo que al momento de operar el

volante rotndolo en sentido de las manecillas del reloj cierre la vlvula.

El vstago deber ser fabricado de una sola pieza de material forjado. No se

permiten vstago de fabricacin soldada o roscada.

Fuera de rectitud de toda la longitud del vstago no deber exceder 0.001in/in

(0.0254mm/mm).


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El extremo del vstago que conecta con el disco deber ser de forma de T,

excepto para vlvulas de doble disco, la conexin ser roscada.

La conexin del vstago ser diseada para evitar que se gire y/o se desenganche

de la compuerta cuando este en operacin la vlvula.

El vstago deber ser diseado de modo que la resistencia en la conexin con la

compuerta y la resistencia en la parte del vstago que se encuentra en la zona de

presin de la vlvula, bajo carga axial, exceda el esfuerzo en la raz de la rosca de

operacin del vstago.

El vstago deber incluir una superficie cnica o esfrica que har sello en el

backseat del bonete cuando la compuerta se encuentre en posicincompletamente abierta. Un sello posterior (backseat) entre el vstago y el bonete

es un requerimiento de esta norma internacional y, como tal, no pretende ser una

recomendacin del fabricante para que se use con el propsito de adicionar o

reemplazar los empaques cuando la vlvula se encuentra bajo presin.

2.7.3. Diseo de la Tuerca de Vstago.

La tuerca de vstago deber ser diseada de tal manera que permita remover el

volante mientras se mantiene el vstago (y disco) en una posicin fija.

La sujecin entre el volante y la tuerca de vstago deber ser de una interfaz

hexagonal, una interfaz redonda con un cuero u otro medio con una resistencia

equivalente.

Cuando la tuerca de vstago es retenida en el yugo por medio de un buje roscado,

el buje deber ser asegurado en el lugar ya sea usando una soldadura de bloqueo

o algn otro bloqueo mecnico positivo. Bloqueos por perturbacin simple de

metal como granallado o replanteo no est permitido.

En posicin cerrada la proyeccin de rosca del vstago sobre la tuerca de vstago

en una vlvula nueva deber ser una distancia mnima igual a la vida til del disco


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y un mximo de cinco veces la vida til para vlvulas de tamao NPS 6 (DN

150), y tres veces la vida til para vlvulas de tamao NPS > 6 (DN > 150) (ver

anexo A, tabla 3).

Vlvulas de tamaos NPS 6 (DN 150) con clase de presin 600, la tuerca de

vstago deber ser equipada con rodamientos de bolas o rodillos.

2.8. Empaques y Caja de Empaques.

2.8.1. Empaques

Los empaques debern ser de seccin transversal cuadrada, rectangular o

trapezoidal. El ancho nominal radial del empaque deber estar de acuerdo a la

tabla 6 (ver anexo A, tabla 6).

2.8.2. Caja de Empaques

La profundidad nominal de la caja de empaques tendr en cuenta un mnimo de

cinco anillos de empaque sin comprimir. A menos que el cliente especifique lo

contrario, la superficie de contacto entre la caja de empaques y los empaques

deber tener un acabado superficial, Ra, de 175 in (4.5 m) o ms suave.

El dimetro nominal interno de la caja de empaques deber ser la suma de el

dimetro nominal de vstago mas dos veces el ancho nominal del empaque mas

el claro de la caja de empaques, igual a dn+2w+y (ver anexo A, tabla 6 para los

valores requeridos).

2.8.3. Prensaestopas y Brida prensaestopas.

Un prensaestopas y una brida prensaestopas deber ser provista para la

compresin de los empaques. La brida prensaestopas deber contemplar dos

barrenos para recibir los tornillos prensaestopas. Ranuras para los tornillos de la

brida prensaestopas no pueden ser usado. El prensaestopas y la brida

prensaestopas debern ser auto-alineables. El prensaestopas deber contar con


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un hombro en su borde exterior que impida la entrada completa del prensaestopas

en la caja de empaques.

El claro entre el dimetro interno de la caja de empaques y el dimetro exterior del

prensaestopas deber ser menor al claro entre el dimetro interior delprensaestopas y el dimetro del vstago.

2.8.4. Buje Linterna

Un buje linterna deber ser proporcionado solo cuando se especificado por el

cliente. Con el fin de acomodar el buje linterna, la profundidad de la caja de

empaques deber ser igual a un mnimo de tres anillos sin comprimir antes del

buje linterna y tres anillos sin comprimir despus del buje ms la longitud del bujelinterna.

2.9. Tornillera.

La tornillera deber ser estndar en sistema ingles, excepto cuando el cliente

especifique que sea tornillera milimtrica.

Tornillos con dimetros de 1in (25mm) y menores debern ser de rosca gruesa

(UNC) o la rosca milimtrica ms cercana. Tornillos con dimetro mayor a 1in

(25mm) debern ser de rosca de serie de 8 hilos (8UN) o la rosca milimtrica ms

cercana. Los tornillos debern ser de clase 2A y las tuercas de clase 2B, de

acuerdo con ASME B1.1. Los tornillos del prensaestopas debern usar un ajuste

de interferencia clase 5 de acuerdo con ASME B1.12. Cuando se usen tornillos

milimtricos debern tener una tolerancia clase 6g y tuercas con tolerancia 6H de

acuerdo con ASME B1.13M.

2.9.1. Unin Cuerpo-Bonete.

Debern ser esprragos con cuerda corrida con tuercas hexagonales pesadas y

semi-terminadas ests de acuerdo con ASME B18.22 o ASME B18.2.4.6M.


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2.9.2. Unin Bonete-Yugo.

Debern ser esprragos de cuerda corrida o tornillos de cabeza con tuercas

hexagonales.

2.9.3. Tornillera para Prensaestopas.

Debern ser tornillos de ojo articulados, tornillos de cabeza, pernos o esprragos.

Adems usar tuercas hexagonales.

2.10. Accionamiento.

A menos que se especifique lo contrario por el comprador, la vlvula sesuministrar con un volante de accionamiento directo que se abre la vlvula

cuando este se gira en sentido contrario al sentido de las manecillas del reloj.

2.10.1. Volante

El volante deber ser de un tipo de aro con radios, con un mximo de seis rayos y

deber ser libre de rebabas y de bordes filosos. A menos que se especifique otra

cosa, el volante deber ser de una sola pieza fundida o forjada, o de mltiples

piezas fabricado de acero al carbn esto incluye otras formas de acero al carbn.

Los volantes fabricados debern tener la resistencia y tenacidad comparada con

los volantes hechos de una sola pieza fundida o forjada.

El volante deber tener marcada la palabra ABIERTO u OPEN y una flecha que

indique la direccin de apertura, excepto que el tamao del volante haga imposible

dicha marca.

El volante deber ser retenido en la tuerca de vstago por una tuerca de volante

roscada.


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2.10.2. Otros Medios de Accionamiento.

Si el accionamiento de la vlvula ser por medio de engrane y cadena, operador

de engranes (caja de engranes) o un actuador de potencia (elctrico, neumtico,

hidrulico, electro-neumtico, etc.), el comprador deber especificar lo siguiente,segn corresponda:

- Para engrane y cadena, la dimensin de la lnea de centro del vstago de la

vlvula a la parte inferior de la cadena;

- La posicin del volante accionador relativa al eje de la tubera.

- El tipo de actuador, elctrico, hidrulico, neumtico u otro.

- Temperatura mxima de servicio y diferencial mxima de presin a travs

del disco de la vlvula.

- Atributos de la fuente de alimentacin para el actuador.

Vlvulas con operador de engranes o actuadores de potencia las dimensiones de

la brida de acoplamiento debern ser de acuerdo a ISO 5210 o deber cumplir con

las especificaciones del comprador.

2.11. By-pass y Otras Conexiones Auxiliares.

Conexiones auxiliares en el cuerpo y/o el bonete, tales como desages (drains)

sern suministrados solo si lo especifica la orden de compra. El diseo y la

construccin de la unin y la conexin de tubera auxiliar debern estar de

acuerdo a los requerimientos de ASME B16.34. Cuando se requiera para vlvulas

de NPS 2 y mayores, el tamao y la localizacin de las conexiones auxiliares

debern estar sujetos a ASME B16.34. El tamao y la localizacin de las

conexiones auxiliares debern ser indicadas en la orden de compra.


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Captulo 3 Memoria de Clculo Vlvu la de Compuerta de 10 NPS clase 150.

3.1 Introduccin.Establecer los requerimientos mnimos principales bajo los cuales las vlvulas de tipocompuerta OS&Y (OutsideScrew and Yokevalve) son diseados.

En general este tipo de vlvulas opera mediante un obturador (cua o disco) que semueve perpendicularmente al paso del flujo, terminando por alojarse en medio de dosanillos, para de esta forma impedir el paso del fluido.

La funcin primordial de esta vlvula es permitir u obturar el paso del fluido a travs deuna tubera. Por la configuracin del interior de la vlvula la cada de presin que sepresenta durante el paso de un fluido a travs de la misma es mnima.

Como se mencion con anterioridad esta vlvula funciona totalmente abierta o totalmentecerrada, su funcin no es el de regular el paso del fluido. Ya que en cualquier posicinintermedia de la compuerta, el fluido acta contra los sellos erosionndolos y ocasionandocon esto la perdida de la capacidad de sello de la vlvula.

El uso de esta vlvula es para servicios de fluidos lquidos, gaseosos o una combinacinde ellos, a una temperatura de -29C a 38C (-20F a 100F).

Las partes principales de estas vlvulas son definidas en tres grupos:

Contenedores de presin: Cuerpo y Bonete.Trim (Interiores): Asiento, Disco y Vastago.

Miscelneos: Brida Prensa Estopas, Tuerca de Vastago y Volante.

3.2 Normas de Referencia.

ASME B16.5 Tuberas y Accesorios Bridados.

B16.10 Dimensionesde Caraa Caray Extremoa ExtremoparaVlvulas.

B16.25 Extremos Soldablesa Tope

API 600 Vlvulasde Acero Extremo Bridadosy Soldablesa Tope, Bonete Birlado

3.3 Alcance (Descripcin de laVlvula)

1.- Tamao Nominal: 10 in

2.- Clase: 1503.- Extremos: Cara Plana (FF), Tipo Junta Anillo

(RTJ), Cara Realzada (RF) yExtremos Soldables (WE)

4.- Tipo: OS&Y (OutsideScrew and Yoke)

5.- Material: Acero al Carbn Fundido

6.-Operacin: Manual (Volante)

7.- PresinMximadeOperacin: 285psi 20Kg/cm

8.- RangodeTemperaturadePresin: -29C a 38C (-20F a 100F)

9.- Normade Diseo: API 600


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Captulo3.Memoria de Clculo Vlvula de Compuerta de 10 NPS clase 150.

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3.4 Diseo PreliminarASME/ANSI B16.5Dimetro Exterior de Brida

Dimetro al Centro de BarrenosDimetro de Barrenos

Numero de BarrenosEspesor Mnimo de BridaDimetro de Puerto

B16.10 Distancia entre Caras

B16.34 Presin de Operacin

Dimetro de Conexiones AuxiliaresDimetro de Puerto

API-600 Espesor Mnimo de Pared

Dimetro Mnimo de Vastago

Ancho Nominal Radial de Empaque

Vida til Mnima de la Cua

3.4.1 Dimensiones de Norma

VALVULA COMPUERTA 10-150

API 600

Espesor Mnimo de Pared 0.56

Sobre Espesor de Pared +1/8 -0

Vida til Mnima 0.25

Dimetro Mnimo del Vastago 1.375

Proyeccin del Vastago 0,250/0,750

Dimetro de Caja de Empaques 2 1/32Ancho Nominal de Empaques 7/16

B 16.10

Distancia Cara a Cara 13 1/16

Distancia Extremo a Extremos 18 1/16

B 16.5

Dimetro Exterior de la Brida 16

Dimetro de Centro de Barrenos 14.25

Dimetro de Barrenos 1

Nmero de Barrenos 12Altura de Cara Realzada 1/16

Dimetro de Cara Realzada 12.75

Espesor de la Brida 1.187

Dimetro del Puerto 10

B 16.34

Dimetro y Altura de Conexiones Auxiliares 7-2 1/8-3/16


42/86

Metodologa de Diseo para una Vlvula de Compuerta de AceroFundido API 600 de 10 NPS Clase 150

33

3.5 Memoria de Clculo

3.5.1Empuje Estimado:

Mxima Presin de Operacin

=285psi

Dimetro de Puerto =10inAngulo Total del Disco =10Angulo de Friccin =11.33Dimetro de Vastago =1.375inCarga de Empaque =1500.00LbsFuerza Aplicada por la Lnea de Presin tan =6981.41LbsFuerza Aplicada al Sello sin =585.26LbsEmpuje de Vastago =9066.68Lbs3.5.2 Conexin de Vastago

Dimetro de Vastago d=1.375inCuerda ACME Izquierda, Clase 2GDimetro Nominal Hilos por Pulgada = 1 3/8in / 4Paso =0.25

Avance a =0.50inDimetro Mayor Mximo =1.36inDimetro de Paso Mximo =1.24inDimetro de Paso Mnimo =1.22inDimetro Menor Mximo =1.11inDimetro Menor Mnimo

=1.07in

Longitud de Agarre en la Tuerca de Vastago =2.84inEspesor Mnimo de Cuello de Vastago =1.02in

Ancho Mnimo de Cuello de Vastago =1.75inEspesor Mnimo de Labios de Vastago =0.69inLongitud Mnimo de Labios de Vastago =2.19inEspesor Mximo de Cabeza de Vastago =1.83inDimetro Mnimo de Tuerca de Vastago =2.50inEspesor Mnimo de Brida de Tuerca de Vastago =0.50in


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Dimetro Mayor Mnimo de Tuerca de Vastago =1.36inRadio Mayor Mnimo de Tuerca de Vastago =0.68in

rea Resistencia de Vastago =1.03in2

Nmero de Hilos de Agarre en la Tuerca de Vastago =11.34Radio Mnimo de Vastago = 0.54inEspesor de un hilo del Vastago =0.13in

Ancho de Labios de Vastago = 0.41in3.5.3 Conexin de Disco

Espesor Mnimo de Orejas del Disco 1.2=0.86inrea Mnimo de Orejas del Disco 0.125=1.42inrea Mnimo de Orejas del Disco =1.22 in2Distancia Mnima entre Orejas del Disco 0.0625=1.11inLongitud Mxima de Ranura del Disco 1.025 =1.92inEspesor de Contacto de Oreja del Disco = 0.41inAncho de rea Resistente de Oreja del Disco 1.05= 6.78in

rea Resistente a Tensin de Oreja del Disco = 9.60in2Centro de Gravedad de Orejas del Disco =3.39in

rea Resistente a Momento de Flexin en la Oreja = 36.79in3.5.4 Anlisis de Falla Externa

Vastago:Resistencia a la Tensin Mnima del Material Terica = 94000psiResistencia a la Tensin Mnima del Material Real =100000psiResistencia a la Tensin Mxima del Material Real =104000psiResistencia al Corte Mnimo 0.6 = 60000psiFalla a la Tensin Terica en el Hilo del Vastago = 84825.47LbsFalla a la Tensin Real en el Hilo del Vastago = 103012.63LbsFuerza al Corte en la Cuerda del Vastago 2 =286403.59LbsFuerza a la Tensin en la Zona Pulida del Vastago =148489.34LbsFuerza de la Falla a la Tensin en la Cuerda del Vastago = 107133.14Lbs


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Tuerca de Vastago:Resistencia a la Tensin Mnima del Material Real = 58000psiResistencia al Corte del Material 0.6 = 34800psiFuerza de Corte en la Tuerca de Vastago 2 = 210141.52LbsFuerza de Corte en la Brida de la Tuerca de Vastago

= 136659.28Lbs

3.5.5 Anlisis de Falla Interna

Vastago:Mdulo de Elasticidad = 30000000psiFuerza de Tensin en el rea del Cuello del Vastago = 177393.60LbsFuerza de Corte en los Labios del Vastago 2 = 181691.52LbsFuerza de Flexin en los Labios del Vastago = 172045.06LbsMxima Flexin en los Labios del Vastago

= 0.0004in

Disco:Resistencia a Tensin Mnima del Material Terica = 90000psiResistencia a Corte Mnima del Material Terica 0.6 = 90000psiFuerza de Corte en las Orejas del Disco 2 = 54000psiFuerza de Flexin en los Labios del Disco

= 131365.15Lbs

Mxima Flexin en los Labios del Disco

= 0.0003in

Esfuerzos Combinados en las Orejas

= 413494.53Lbs

3.5.7 Anlisis de Fuerzas

Relacin entre la Falla Externa y la Falla Terica

1.2 1.214

Relacin entre la Falla Interna y la Falla Real Mxima

1.2 min , , , , , min , , ,

1.2 1.275

Relacin entre la Falla Interna y la Falla Terica 1.2 1.548


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36

3.5.8 Brazos de Yugo

Geometra de Brazo del Yugo (MIN) = 2.21inGeometra de Brazo del Yugo (MIN) = 0.45inGeometra de Brazo del Yugo (MIN) = 0.41inGeometra de Brazo del Yugo (MIN) = 0.41in

rea Mnima el Brazo del Yugo 2 = 2.48in2Esfuerzo de Tensin Mximo Permisible

= 9066.68Lbs

Esfuerzo Mximo Permisible = 17500psiPorcentaje de Esfuerzo Mximo Calculado % 100 = 21%3.5.9 Espesor de Disco

rea del Paso 0.7854 = 78.54in2

Carga en el Disco = 22383.85LbsEspesor Mnimo el Disco . = 0.55 inEspesor Final del Disco = 1.92 inEsfuerzo de Tensin en el Disco 0.24= 2370.55psiMximo Esfuerzo Permisible =17500psiFactor de Seguridad Resistencia del Material 1.5 = 33750psi


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Porcentaje del Esfuerzo Cortante Calculado % 100 =7%Longitud Mnima de Agarre de la Gua 0.66= 7.13in

Ancho Mnimo de la Gua en el Cuerpo = 0.80inEsfuerzo Cortante en las Guas

= 1963.50psi

Resistencia al Corte en las Guas 0.6 = 10500psiPorcentaje del Esfuerzo Cortante Calculado % 100 =19%3.5.10 Tornillos de Ojo

Dimetro de Caja de Empaques = 2.04 inrea de los Empaques = 1.78in2Fuerza en el Tornillo de Ojo = 506.51LbsTamao del Tornillo T=5/8-11UNCDimetro Menor Mnimo del Tornillo = 0.51in

rea Menor Mnima del Tornillo = 0.21in2Esfuerzo en el Tornillo = 1230.54psiResistencia a la Tensin = 7500psiPorcentaje de Esfuerzo en el Tornillo % 100

=16%


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38

3.5.11 Diseo de Brida de Cuello Soldable

1,- DESIGN CONDITIONS GASKET FACE N =

DesignPressure, P=

285OVAL

FLANGE0.2500 PFD = 421.818 b = 0

DesignTemperature

=

-20 to 100F 0.2500 0.2500 Empuje = 9066.678292 ae =

Bolting Material = A 193 Gr. B7(PB)/(4go)

=1399.091

Diam. Ext.Jta.

13.5 y =

CorrosionAllowance=

N/A 4.- LOAD AND BOLT CALCULATIONS m =

AllowableStresses

Flange

DesignTemp.Sfo =

17500 Wm2 =20248.546

Am = 1.394

Atm. Temp.,Sfa =

17500 Hp =10094.157

Ab = 3.2371

Bolting

DesignTemp.Sb =

25000 H =24764.331

W = 57893.350

Atm. Temp.,Sa =

25000 Wm1 = 34858.488 Note: Ab>Am

CONDITION LOAD LEVER ARM = MOMET ai=

Operating

HD = 21741.261 hD = 0.72967 MD = 15863.873 ao=

HG = 10094.157 hG = 0.938 MG = 9468.319 ae=

HT = 3023.071 hT = 1.063 MT = 3213.524 bi=

Mo = 28574.842 bo=

Seating HG = W = 57893.350 hG1 = 0.938 MG = 54303.963 be=

8 Allowable Stress STRESS CALCULATION-Operating K AND HUB FACTORS

1.5 Sfa = Long. Hub, SH = 6359.8009 K = A/B = 1.250 h/ho = 0

Sfa = Radial Flg., SR = 5457.579119 T = 1.82 F

Sfa = Tang., Flg., ST = 461.3203 Z = 4.59 V 0

Sfa = .5(SH + SR) or .5(...) 5908.6900 Y = 8.83 f

9 Allowable Stress STRESS CALCULATION-Seating U = 9.7 e = F/ho = 0

1.5 Sfa = Long. Hub, SH = 10826.4821 g1/g0 = 1.227 d = U/V(hogo)= 3Sfa = Radial Flg., SR = 10371.6471 ho = (Bgo) = 3.047

Sfa = Tang., Flg., ST = 876.6985 STRESS FORMULA FACTORS

Sfa = .5(SH + SR) or .5(...) 10599.0646 t = 0.937 IfboltspacingExceed

= 1.268 BoltSpacing Aprox.

= 1.357 a = Dia. Nom. Bolts

= 0.696 NumberBolt

= 0.022 Dia. Sqd min Bolt

= 0.718

mo=Mo/B=Oper. 2536.625

mG=MG/B=Seat. 4820.632


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39

3.6 Planos3.6.1 Ensamble


49/86


40

3.6.2 Cuerpo


50/86



41

3.6.3 Bonete


51/86


42

3.6.4 Yugo


52/86



43

3.6.5 Disco


53/86


44

3.6.6 Vstago


54/86



45

3.6.7 Casquillo


55/86


46

3.6.8 Empaque


56/86



47

3.6.9 Buje Prensa Empaques


57/86


48

3.6.10 Brida Prensa Empaques


58/86



49

3.6.11 Tuerca de Vstago


59/86


50

3.6.12 Volante


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Conclusiones.

Quiero hacer referencia a dos puntos importantes dentro del diseo y la

fabricacin de productos de alta calidad:

1. La importancia de la normalizacin y

2. La importancia de contar con metodologas como esta.

La normalizacin es un aspecto de vital importancia dentro del diseo y

la fabricacin de productos, debido a los diversas normas existentes un

diseador puede verificar sus prototipos, dentro del mercado como

manufacturero te da la oportunidad de ser competitivo y como

consumidor da la seguridad de que el producto se encuentra en lascondiciones optimas para ser usado, adems de la posibilidad de elegir

entre las diversas marcas existentes, ya que por el hecho de ser

normadas deben de cumplir con ciertos lineamientos y/o requisitos

establecidos que permiten la flexibilidad del intercambio de productos.

El contar con metodologas como la aqu presentada da la oportunidad

de:

a) Poder certificar un proceso de diseo (requisitos de normas como

ISO 9001).

b) Hacer revisiones rpidas a tus productos.

c) Poder dar capacitacin a nuevos diseadores.


61/86



Bibliografa

-Steel Gate Valves-Flanged and Butt-welding Ends, Bolted Bonnets

API Standard 600

Twelfth Edition, March 2009

Effective Date: September 1, 2009

Errata 1, November 2009

-Pipe Flanges and Flanged Fittings NPS Through NPS 24 Metric/Inch Standard

ASME B16.5-2009 (Revision of ASME B16.5-2003)

June 30, 2009

-Face to Face and End to End Dimensions of Valves


October 28, 2009

-Valves- Flanged, Threaded and Welding End


September 30, 2009

-Modern Flange Design

Bulletin 502

Taylor Forge


62/86



Anexo A

Tabla 1 Espesor Mnimo de Pared

Tabla 1 API 600 20ma Ed. Pg. 4


63/86

AnexoA.TablasyFiguras

Tabla 2 Espesor de Pared Para Extensiones de Cuello del Bonete


Tabla3 Vida Mnima de Desgaste



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Tabla 4 Dimetro Mnimo de Vstago

Tabla 5 API 600 20ma. Ed.Pg. 10

Tabla 5 Tolerancia Permi tida

Tabla 5A API 600 20ma Ed. Pg. 10


65/86


Tabla 6 Ancho Nominal del Empaque



66/86



Figure 1 Extremos Bridados y Relacin entre Dimensiones de Espesor de laBrida y del Centro al Extremo y de Extremo a Extremo

Figura II-7 ASME B16.5-2009 Pg. 107


67/86


Tabla 7 Dimensiones de Caras

(Diferente a Junta Anillo, Todos los Rangos de Presin)

ASME B16.5-2009 Pg. 155


68/86



Tabla 8 Dimensiones de Cara Junta Anillo (Todos los Rangos de Presin)

Tabla II-5 ASME B16.5-2009 Pg. 156


69/86


Tabla 8 Dimensiones de Cara Junta Anillo (Todos los Rangos de Presin)(Continuacin)

Tabla II-5 (Contd) ASME B16.5-2009 Pag. 157


70/86




Tabla II-5 (Contd) ASME B16.5-2009 Pg. 158


71/86



Tabla II-5 (Contd) ASME B16.5-2009 Pg. 159


72/86



Tabla 9 Plantilla para Barrenado de Bridas de Tubera y Accesor ios BridadosClase 150



73/86


Tabla 10 Dimensiones de Bridas Clase 150



74/86



Tabla10 11Dimensiones de Bridas Clase 150 (Continuacin)

Tabla II-8 (Contd) ASME B16.5-2009 Pg. 163 y 164


75/86


Tabla 11 Dimensiones de Accesor ios Bridados de Clase 150



76/86



Tabla 11 Dimensiones de Accesorios Bridados de Clase 150 (Continuacin)Tabla II-9 (Contd) ASME B16.5-2009 Pg. 166


77/86


Tabla11 Dimensiones de Accesorios Bridados Clase 150 (Continuacin)



78/86



Tabla 11 Dimensiones de Accesorios Br idados Clase 150 (Continuacin)

Tabla II-9 ASME B16.5-2009 Pg. 168 y 169


79/86


Fig. 2 Extremos de Bridas y sus Relaciones

Fig. 1 ASME B16.10-2009 Pg. 5


80/86



Fig. 3 Extremos Soldables

Fig. 2 ASME B16.10-2009 Pg. 6


81/86


Tabla 12 Distanc ia Entre Caras y Entre Extremos para Vlvulas Bridadas yExtremos Soldables para Vlvu las de Hierro Fundido Clase 125 y Acero

Fundido Clase 150

Tabla I-1 ASME B16.10-2009 Pg. 26


82/86



Tabla 12 Distanc ia Entre Caras y Entre Extremos para Vlvulas Bridadas yExtremos Soldables para Vlvu las de Hierro Fundido Clase 125 y Acero

Fundido Clase 150 (Cont inuacin)

Tabla I-1 ASME B16.10-2009 Pg. 27


83/86


Notas para la Tabla 12 Distancia Entre Caras y Entre Extremos para Vlvulas

Bridadas y Extremos Soldables para Vlvulas de Hierro Fundido Clase 125 yAcero Fundido Clase 150 (Cont inuac in)

Tabla I-1 ASME B16.10-2009 Pg. 28


84/86



Tabla 13 Distancia Entre Extremos para Vlvulas Br idadas con ExtremosJunta Anillo Clase 150 a 2500

Tabla I-10 ASME B16.10-2009 Pg. 40


85/86


Notas para la Tabla 13 Distancia Entre Extremos para Vlvulas Bridadas conExtremos Junta Anil lo Clase 150 a 2500 (Cont inuacin)

Tabla I-10 ASME B16.10-2009 Pg. 41


86/86



Tabla 14 Dimetro de Paso Mnimo dependiendo del Tamao Nominal de laTubera y la Clase de Trabajo.

Appendix A ASME B16.34-2009 Relat ionship Between Nominal Pipe Size andInside Diameter Pg. 183

metodología de calculo para la selecció de una válvula

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