ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 1 de 55
Parte 3: Diseño; General. TABLA DE CONTENIDOS
General ........................................................................................................................................ 2 Temperatura máxima y mínima de diseño .................................................................................. 4 UG-21: Presión de Diseño........................................................................................................... 5 UG-22 Cargas.............................................................................................................................. 5 UG-23 Máximos valores de esfuerzo / tensión de diseño. .......................................................... 6 UG-25 Corrosión ......................................................................................................................... 6 Diseño a Presión interna.............................................................................................................. 7 UG-27 Espesores en el cuerpo bajo presión interna ................................................................ 7 Cuerpos cilíndricos............................................................................................................ 7 Cuerpos esféricos. ................................................................................................................ 8 Tubos utilizados como Cuerpo. .......................................................................................... 9 Cabezales y secciones Conformadas. (Presión del lado concavo)........................................... 9 Tipos de cabezales.............................................................................................................. 10 UG-32 (d) 2:1 Cabezales Elípticos .................................................................................... 11 G-32(e) Cabezales Torisfericos.......................................................................................... 12 UG-32(f) Cabezales Hemisféricos ..................................................................................... 13 UG-32(g) Cabezales Cónicos (sin transición curva).......................................................... 14 UG-32(h) Cabezales y Secciones toricónicas. ................................................................... 14 UG 32 (l) Transición de Chaflán........................................................................................ 15 UG-34 Tapas planas sin arriostra y Cubiertas................................................................... 16 Diseño a Presión Externa........................................................................................................... 20 Diseño por tensiones de compresión ..................................................................................... 20 Diseño de Esféricos bajo Presión Externa.(UG-28) .............................................................. 20 Diseño de Cuerpos Cilíndricos bajo Presión Externa. (UG-28.) ........................................... 23 Diseño de Anillos de Rigidización. (UG-29)......................................................................... 29 Diseño de Cuerpos Esfericos bajo Presión Externa. (UG-28.d) ........................................... 31 Diseño de Cuerpos Cónicos bajo Presión Externa. (UG-33.f) .............................................. 31 Diseño de otros Cabezales Conformados, bajo Presión Externa. (UG-33.c, d, e, f) ............. 32 Diseño de Aberturas. ................................................................................................................. 33 Introducción. .......................................................................................................................... 33 Refuerzos ............................................................................................................................... 35 UG-37 Refuerzos ................................................................................................................... 36 UG-43 Métodos de fijación de conexiones a la pared del recipiente .................................... 46 UG-45 Espesor del cuello de la conexión.............................................................................. 49 UG-46 Conexiones de Inspección ......................................................................................... 50 UG-47 Superficies arriostradas y Braced .............................................................................. 52
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General El diseño de Recipientes a Presión y Partes debe responder a los requisitos generales contenidos en la parte UG y a los requerimientos específicos contenidos en las partes aplicables de las subsecciones B y C UG-16(a).
UG-16(b): Mínimo espesor de pared de componentes retenedores de presión. •
Con algunas excepciones, el mínimo espesor permitido para cuerpos y cabezales después de conformado e independientemente de la forma del producto es de 1/16 in. (1.5mm) (excluido el sobreespesor para corrosión). Excepciones: El espesor mínimo no
aplica a planchas de transferencia de calor de los
intercambiadores tipo plancha.
El espesor mínimo no aplica al tubo interno de intercambiadores de calor de doble tubo ni tampoco a los tubos no mayores de NPS 6 (DN150) de intercambiadores de calor de cuerpo y tubo.
(todas las otras partes del
intercambiador deben cumplir con el requerimiento de espesor mínimo)
El mínimo espesor para cuerpos y cabezales de calderas de fuego no directo que debe ser ¼ in (6mm) (excluido el sobreespesor para corrosión).
El mínimo espesor para cuerpos y cabezales para servicio de compresión de aire, servicio a vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23 debe ser 3/32 in (2.5mm). excluido el sobreespesor para corrosión).
Este mínimo espesor no aplica a tubos en Intercambiadores enfriados por aires y torres de enfriamiento, si: los tubos no son usados para servicios letales (UW2), están protegidos con aletas o a través de otros medios mecánicos, el diámetro exterior es mínimo 3/8 in (10mm). y máximo 11/2 in (38mm). y el espesor no es menor que el calculado por las fórmulas de UG-27 (o apéndice 1; 1.1)
•
Tolerancias por debajo del espesor nominal en planchas (Mill Undertolerance ó tolerancia de fabricación)
Las planchas no podrán se ordenadas mas delgadas que el espesor de diseño.
Planchas con una tolerancias de espesor en menos no mayor al menor valor entre 0.01 pulgada ó 6% pueden ser ordenadas de acuerdo a su espesor
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 3 de 55 nominal y utilizadas a la presión correspondiente a ese espesor. (Nota del autor. No es requerido reducir la presión aunque la plancha tenga un espesor menor que el nominal considerad en los cálculos, debido a esa tolerancia de fabricación en tanto que esta no sea mayor a la indicada arriba). Si la especificación permite una tolerancia mayor el espesor a ordenar, debe incrementarse lo suficiente de tal forma que el mínimo espesor real permitido no sea menor a 0.01 pulgada o 6% (el menor) por debajo del espesor de diseño. •
Tolerancias por debajo del espesor nominal en tuberías (Pipe Under Tolerance)
Si se ordenan los tubos por su espesor nominal, las tolerancias de espesor en menos deben ser consideradas. (excepto para refuerzo de conexiones de acuerdo a UG-37 y UG-40) (Nota del autor: Al seleccionar el schedule o espesor comercial nominal de los tubos debe considerarse la tolerancia de fabricación, de forma tal que el espesor mínimo permitido por la especificación del tubo no sea menor que el utilizado en los cálculos)
•
Sobreespesor por Corrosión.
A menos que se indique lo contrario los distintos símbolos de espesores (t) usados en las formulas de diseño del Código están en condición corroída. (sin incluir sobreespesor por corrosión).
UG-17 Combinación de métodos de fabricación. •
Un Recipiente puede ser construido combinando los métodos de fabricación previstos en esta división (UB, UF, UW) y el Recipiente está limitado al servicio permitido por el método de fabricación que tenga los requerimientos más restrictivos.
UG-18 Combinación de materiales
Excepto que esté expresamente prohibido, los Recipientes pueden ser diseñados y construidos con cualquier combinación de materiales permitidos en la subsección C.
Las distintas reglas aplicables deben ser cumplidas.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 4 de 55 Los requerimientos de soldadura de la sección IX para soldadura de materiales
disímiles deben ser cumplidos. Los requerimientos del metal base, zona afectada por el calor y metal de
soldadura de materiales disímiles deben aplicarse a cada uno según ASME VIII Div.1. Ejemplo: Si se une un acero al carbono con un material de alta aleación con material de soldadura de níquel; los requisitos son: UCS aplica al material base de acero al carbono y a su Zona afectada por el calor; UHA aplica al material base de alta aleación y a su zona afectada por el calor y la parte UNF al metal de soldadura.
UG-19 Construcciones especiales Cuando un recipiente tiene más de una cámara de presión independiente que
operan a igual o distinta presión, cada cámara de presión alcanzada por esta división (U-1) debe ser diseñada y construida para soportar la combinación de presión y temperatura simultaneas más severa que se espera en servicio normal. Recipientes que no sean cilíndricos o esféricos o para los cuales no existan
reglas de diseño en esta división pueden ser diseñados de acuerdo con U-2. Cuando no existan reglas de diseño, y la resistencia de los recipientes o partes
no puede ser calculado, la Máxima Presión de Trabajo Admisible (MAWP debe ser establecida de acuerdo a UG-101.
Temperatura máxima y mínima de diseño. (UG-20) o
Máxima
La temperatura máxima utilizada de diseño, no debe ser menor que la temperatura media a través del espesor (salvo excepciones en UW-2 y apéndice 3-2) Esta temperatura puede ser determinada por cálculo o mediciones de equipos en servio en condiciones de operación equivalentes. Temperaturas de diseño mayores a las establecidas en las tablas referenciadas en UG-23 (Máximos valores de tensión admisible indicados en sección II D), no son admitidas.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 5 de 55 Para recipientes sometidos a presión externa no debe superarse la temperatura dada en las cartas de presión externa (sección II D. Diferentes zonas de un recipiente pueden tener distintas temperaturas de diseño. En el apéndice no obligatorio C del Código,
contiene
métodos sugeridos para
obtener la temperatura de operación de paredes de recipientes en servicio. o
Mínima
La temperatura mínima del metal (MDMT) a usar en el
diseño debe ser la
temperatura más baja esperada 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 debe considerarse la temperatura más baja de operación, posibles desvíos en la operación, auto-refrigeración, temperatura atmosférica y cualquier otra fuente de enfriamiento. La MDMT a estampar en la placa de identificación debe corresponderse con la MAWP coincidente. Cuando hay múltiples MAWP, debe utilizarse el valor más alto para establecer la MDMT a marcar en la placa de identificación. Varias MDMT con sus correspondientes MAWP pueden marcarse sobre la placa de identificación. UG-20.f contiene excepciones generales a ensayo de impacto. En el material de este curso están incluidas en la parte 5.
UG-21: Presión de Diseño. Los recipientes cubiertos por esta división deben diseñarse a menos para la condición más severa de presión y temperatura coincidentes esperada en operación normal. Para esta condición y para condiciones de ensayo, la máxima diferencia entre la presión interior y exterior del recipiente (o entre cámaras) debe ser considerada. (Ver UG-98, UG-99 y 3-2)
UG-22 Cargas. Las cargas a considerar en el diseño del recipiente deben incluir:
Presión interna o externa.
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Peso del recipiente y contenido en operación y ensayo. (Esto incluye presión adicional debida a la columna estática de líquido)
Cargas estáticas de reacción por peso de equipos. (motores. Maquinaria, otros recipientes, tubería, revestimientos y aislación)
Internos (apéndice D), faldas, polleras, soportes, etc. (apéndice G)
Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a presión, variaciones térmicas o por equipos montados en el recipiente y cargas mecánicas.
Viento, nieve y reacciones sísmicas según sea requerido.
Reacciones de impacto tales como las debidas a choques del fluido.
Gradientes de temperatura y expansión térmica diferencial.
Presión anormal.
UG-23 Máximos valores de esfuerzo / tensión de diseño. Máximos valores de tensión/esfuerzo admisible para diseño a tracción, para
distintos
materiales son provistos en la subparte 1 de la sección II Parte D. Un listado de estos materiales se da en las tablas: UCS-23, UNF-23, UHA-23, UCI-23, UCD23, UHT-23 y ULT-23. La determinación del máximo valor de tensiones longitudinales de compresión a utilizar en el diseño de cuerpos cilíndricos y tubos sin costura o con costura a tope deberá ser el menor de los valores indicados arriba o el valor del factor B como se indica más adelante para el diseño de Cilindros sometidos a Compresión Axial. UCS-23 Valores máximo de esfuerzos permitidos •
Para recipientes diseñados a temperaturas menores a -20°F (-29°C) no debe exceder los indicados en las Tablas 3 y 1A en la sección II, parte D para 100°F (40°C).
UG-25 Corrosión
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El usuario o su agente designado deberá especificar el sobreespesor para prever futura corrosión. Si no se especifica sobreespesor para corrosión, esto debe ser indicado en el “Data Report”
•
Debe preverse un sobreespesor suficiente para toda la vida útil planificada para recipientes sometidos a pérdida de espesor por corrosión, erosión o abrasión mecánica. O utilizarse algún método de protección adecuado.
•
El sobreespesor para corrosión no necesita ser igual en todas las partes del recipiente si se prevén velocidades de corrosión distintas.
•
Agujeros testigo: Pueden utilizarse si proveen indicación positiva de que el espesor a sido reducido a un nivel peligroso. (No deben utilizarse en recipientes para sustancias letales y con excepciones para ULW) Su diámetro debe ser de 1/16” (1,6mm) a 3/16” (4,8mm) y su profundidad no debe ser menor al 80% del espesor requerido. Para un cuerpo sin costura. Deben realizarse desde la superficie opuesta al cual se espera el daño. (para clad ver UCL-25.b en el Código)
•
Un recipiente sujeto a corrosión se le deberá proveer con un drenaje en la parte mas baja posible.
Diseño a Presión interna. UG-27 Espesores en el cuerpo bajo presión interna •
Esfuerzos: Para cuerpos cilíndricos de pared delgada sometidos a presión, los esfuerzos circunferenciales (debidos a presión) 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 de UG-27, basadas en el esfuerzo circunferencial, gobiernan el espesor requerido sobre las formulas basadas en los esfuerzos longitudinales.
Cuerpos cilíndricos. Esfuerzos circunferenciales (Juntas Longitudinal) Ing. Rubén E Rollino,
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En términos de radio interno; ( t ≤
t =
PR SE − 0.6P
En
términos
de
ri o P ≤ 0.385SE ) 2 SEt R + 0.6t
o
P=
radio
externo
UG – 27(c)(1)
(Apéndice
1);
(t ≤
ri 2
o
P ≤ 0.385SE )
t =
PRo SE + 0.4P
P =
o
SEt Ro − 0.4t
1-1 (a)(1)
Esfuerzos Longitudinales (Juntas Circunferenciales) En términos de radio interno; ( t ≤
t =
PR 2SE + 0.4P
o
ri o P ≤ 1.25SE ) 2
P=
2SEt R − 0.4t
UG – 27(c)(2)
Cuerpos esféricos. En términos de radio interno;
t =
PR 2SE − 0.2P
o
P=
2SEt 2R + 0.2t
UG – 27(d)
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 9 de 55 En términos de radio externo;
t =
PRo 2SE + 0.8P
o
P =
2SEt Ro − 0.8t
1-1 (a)(2)
NOMENCLATURA:
t= P= R= Ro = S=
Espesor mínimo requerido del cuerpo, Presión de Diseño Interna, psi, Radio Interno, Radio Externo Valor de Esfuerzo Máximo permitido, psi (Ver tabla de los valores de esfuerzo aplicable en la subsección C)
E=
Eficiencia de la Junta soldada (Ver UW-12) en cuerpo cilíndrico o esférico, o eficiencia de ligamento entre aberturas. (El que sea menor)
Tubos utilizados como Cuerpo o Tubos. (UG-31 9) •
El espesor requerido para cuerpos construidos con tubos debe determinarse de acuerdo con las fórmulas de UG-27 cuando están sometidos a presión interna de acuerdo a UG-28 (tratado más adelante) cuando estén sometidos a presión externa.
•
El espesor así determinado debe ser incrementado cuando: a) los extremos serán roscados en una cantidad igual a 0.8/n in (20/n mm) donde n es el número de pasos por pulgada; b) Se
espera corrosión, erosión o desgaste o c) para prevenir
debilitamiento por ejemplo por expandido de tubos en placas tubo.
UCS-27 Cuerpos de tubería •
Los cuerpos podrán ser realizados de:
Tubos sin costura, siempre que el material sea fabricado por el proceso de Hogar abierto, por Oxigeno Básico u Horno Eléctrico.
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Tubos con costura soldados por resistencia eléctrica con diámetros de hasta 30 in (760mm), siempre que el material haya sido fabricado por el proceso de Hogar abierto, por Oxigeno Básico o en un Horno Eléctrico. Ver UG-16 (d).
Cabezales y secciones Conformadas. (Presión del lado cóncavo) UG- 32 •
El mínimo espesor requerido en el punto más delgado (después de conformado) para cabezales conformados (elipsoidal, torisféricos, hemisféricos y toricónicos) debe ser calculado de acuerdo a las fórmulas de este parágrafo (excepto que en el apéndice 32 se admita otra cosa).
•
Es usual usar planchas de mas espesor para compensar posible reducción de espesor durante el proceso de conformado.
•
El espesor de un cabezal elipsoidal o torisférico sin rigidizadores, en ningún caso ser menor que el espesor requerido para un cabezal sin costura hemisférico dividido por la eficiencia de la junta soldada de unión de cuerpo-cabezal.
Tipos de cabezales •
Hemisféricos
•
Elipticos (Elipsoidal)
•
Torisféricos
•
Cónicos
•
Toricónicos ( Cono con radio de transición a la parte cilíndrica)
•
Cabezales Planos
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UG-32 (d) 2:1 Cabezales Elípticos •
Si la relación del radio interior del cabezal y su profundidad interior es 2:1: D/2h = 2; (k=1)
•
El espesor mínimo requerido o la MAWP, puede calcularse (UG 32 (d)) de acuerdo a las siguientes fórmulas (t:
t =
PD 2SE − 0.2P
O
P=
2SEt D + 0.2t
(Dimensiones orientativas de un cabezal elíptico 2:1 son: radio de acuerdo entre la corona (zona esférica) y la parte cilíndrica de 0.17D y un radio de la zona esférica (crown) de 0.90D, (UG-32(d)). D = Diámetro interior de la falda (cilíndrica). Los restantes términos coinciden con lo indicado para cuerpos cilíndricos Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 12 de 55 Para otras relaciones distintas a D/2h=2, en la fórmula, se reemplaza D por el producto D*K
•
Los cabezales elípticos con K > 1.0 construidos con materiales que tienen una resistencia a la tracción mínima especificada que exceda 70.000psi (482 MPa) deben diseñarse usando el esfuerzo permitido S igual a 20,000psi (138 MPa) a temperatura ambiente y reducir proporcionalmente los valores del esfuerzo máximo permitido a temperaturas mayores.
UG-32(e) Cabezales Torisféricos El espesor requerido para un cabezal torisférico en el que el radio de acuerdo (knuckle) entre la corona o parte esférica (crown) y la cilíndrica es igual al 6% del radio interno de la corona y el radio interno de la corona es igual al diámetro externo de la falda/pollera o parte cilíndrica del cabezal, r = 6% L (Radio interior de la corona) L= Do (diámetro exterior de la falda/pollera o parte cilíndrica) Debe ser determinado de acuerdo a la siguiente fórmula:
t=
•
0.885PL SE − 0.1P
o
P=
SEt 0.885L + 0.1t
Para otras proporciones se utiliza la siguiente fórmula del apéndice 1.Las formulas para otras proporciones son suministradas en el Apéndice 1: 1-4(d)
:
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 13 de 55 t =
•
PLM 2SE - 0.2P
o
P =
2SEt LM + 0.2t
Cabezales torisféricos construidos con materiales que tienen una resistencia a la tracción mínima especificada que excede 70.000psi (482 MPa) deben diseñarse usando el esfuerzo permitido
S
igual
a
20,000psi
(138
MPa)
a
temperatura
ambiente
y
reducir
proporcionalmente los valores del esfuerzo máximo permitido a temperaturas mayores.
Nota: Las fórmulas indicadas para cabezales elípticos y torisféricos con presión del lado cóncavo, son válidas para t/L > 0.002. Para otras relaciones el apéndice 1 posee consideraciones específicas (Para cabezales elípticos tomar L=D*K1 (para K1 ver tabla UG-37).
UG-32(f) Cabezales Hemisféricos •
Cuando el espesor del cabezal hemisférico no exceda 0.356L o P no excede 0.665E:
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t =
PL 2SE − 0.2P
o
P =2
SEt L + 0.2t
•
L = Radio interior de la semiesfera.
•
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.
UG-32(g) Cabezales Cónicos (Sin radio de transición entre parte curva y cilíndrica) •
El espesor requerido para cabezales y cuerpos cónicos sin radio de transición con un ángulo α (α es la mitad del ángulo del cono. Ver figura 1) no mayor a 30° debe calcularse con las siguientes fórmulas:
t =
PD 2 cos α (SE − 0.6P )
o
P =2
SEt D + 1.2t cos α
Notas: Cuando es requerido por las reglas del apéndice 1 (1-5.d) puede ser necesario agregar un anillo de refuerzo en la unión del cono al cilindro. Cabezales cónicos sin radio de transición y ángulo α mayor a 30° deben cumplir con las fórmulas anteriores y además el diseño debe basarse en lo descrito en el apéndice 1(1-5.g.)
UG-32(h) Cabezales y Secciones toricónicas. El espesor de la parte cónica cuando el radio de transición cono-cilindro (knuckle) no es ni menor al 6% del diámetro exterior de la falda del cabezal, ni menor a tres veces el espesor en la zona del radio de transición debe calcularse de acuerdo a las fórmulas indicadas en
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 15 de 55 UG-32(g), utilizando Di en lugar de D. (Di= Diámetro interno del cabezal toricónico en el punto de tangencia con el radio de transición). Di=D-2r(1-cos α) El espesor requerido para el radio de transición (knuckle) puede calcularse con la misma fórmula aplicable para cabezales hemisféricos, utilizando L de acuerdo a la siguiente fórmula:
Los cabezales o secciones toricónicas pueden ser utilizados cuando el ángulo α< 30° pero su uso es obligatorio para ángulos mayores a menos que se cumpla lo especificado en el apéndice 1 (1.5.G)
UG-32(i) •
“Cuando un cabezal elipsoidal, torisférico, hemisférico, cónico o toricónico es de espesor menor que el requerido por las reglas de este párrafo, deber de ser rigidizado (arriostrado) como de acuerdo a las reglas de UG-47 para tapas planas.
UG-32(j) •
Para un cabezal no arriostrado, el radio interno de bombeo no deberá ser mayor que el diámetro exterior de la falda.
•
Para cabezales torisféricos el radio de transición entre la corona y la parte cilíndrica (knucke), no debe ser menor del 6% del diámetro exterior de la falda y en ningún caso menor de tres veces el espesor del cabezal.
UG 32 (l) Transición de Chaflán •
Todos los cabezales más gruesos que el cuerpo, con presión del lado cóncavo y para soldar a tope, deben tener una falda cilíndrica de suficiente longitud para Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 16 de 55 permitir la transición entre espesores de acuerdo a lo indicado en la figura UW-13.1. No se requiere falda cilíndrica cuando el espesor del cabezal es igual o menor que el del cuerpo. Si de todas formas se provee una falda esta debe ser de espesor al menos igual que el que corresponde a un cuerpo sin costura de igual diámetro interior.
UG-34 Tapas planas sin arriostrar •
•
Estos requerimientos aplican a:
Tapas planas sin arriostrar, cubiertas y bridas ciegas.
Cabezales Circulares y no circulares.
Método de fijación: Soldados y apernados (atornillados).
Los cálculos para cabezales planos y cubiertas, son: Cabezales circulares planos soldados sin arriostrar:
t =d
CP SE
Cabezales circulares planos apernados(atornillados):
t =d
CP 1.9WhG + SE SEd 3
Cabezales No circulares planos soldados:
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t =d
Donde;
Z = 3.4 − 2.4
ZCP SE
d ≤ 2 .5 D
Cabezales no circulares planos apernados (atornillados):
t =d
•
ZCP 6WhG + SE SELd 3
Definición de los símbolos:
d =
Diámetro o longitud menor. ( Como se indica en la figura UG-34.)
C=
Factor que considera el método de fijación (fig. UG 34). También incluye un aumento en el esfuerzo permitido para el doblez (bending) hasta 1.5S para planchas soldadas solamente.
P=
Presión de Diseño
S=
Esfuerzo máximo permitido, de las tablas de esfuerzos.
E=
Eficiencia de la junta, de la tabla UW-12, para cualquier categoría A como se define en UW-3(a)
Z =
Factor para cabezales no circulares
W =
Carga total de los pernos como se determina del Apéndice 2
hG =
Momento de la junta (empacadura)
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L=
Perímetro del cabezal no circular apernado medido a través del centro de los huecos de los pernos.
ts= Espesor nominal del cuerpo tr: Espesor requerido para cuerpo sin costura (E=1)
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Diseño a Presión Externa. Diseño por tensiones de compresión. Las tensiones admisibles a compresión no deben exceder los valores admisibles para tracción. Las tensiones admisibles de compresión dependen no solo de las propiedades del material, sino también de la geometría. El espesor requerido no puede ser calculado por una simple formula. El espesor y si es requerido otros parámetros geométricos deben ser asumidos y verificados por medio de un proceso iterativo. La eficiencia de junta soldada, no se aplica a las tensiones admisibles a compresión. El diseño de acuerdo a código no toma crédito debido a la presión interna. Diseño de Cilindros y Esferas Sometidos a Presión Externa. a) Esferas (UG-28.d) La compresión axial puede ser debida a carga axial (Carga muerta) o momentos debidos a causas como vientos y sismo. El código no brinda crédito por anillos de rigidización. A pesar de que los anillos ayudan a reducir imperfecciones y mejoran la capacidad de soportar tensiones de compresión. Seguir los siguientes pasos para determinar los espesores requeridos para los siguientes pasos para determinar los siguientes pasos para determinar el espesor requerido debido a compresión axial: Asumir un espesor de envolvente.
Calcular el parámetro geométrico, A
A=
0.125 ( Ro / t )
Ro = Radio exterior.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 21 de 55 Utilizando el valor de “A”, entrar en el gráfico aplicable al material de la sección II, Parte D (La curva apropiada para un material en particular se determina de acuerdo la las tablas de tensión admisible) Moverse verticalmente hasta interceptar la curva correspondiente a la temperatura de diseño. (Puede interpolarse entre distintas temperaturas) Luego moverse horizontalmente y leer el valor de “B”. Este es la máxima tensión admisible a la compresión. El valor de la máxima Presión admisible Pa puede calcularse utilizando la siguiente fórmula:
Pa =
B ( Ro / t )
Si el valor de A cae a la izquierda de la curva del material, la siguiente ecuación correspondiente a la parte recta de las curvas, debe utilizarse:
Pa=
0.0625 E ( Ro / t ) 2
Utilizar el valor de “E” (módulo de elasticidad) indicado en la curva del material (sumarte 3, sección II parte D) para la temperatura de diseño. Si el valor de “A” cae a la derecha de la curva del material, el valor de “B” es el valor que corresponde a la parte superior de la curva. No extrapolar.
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Diseño de Cuerpos Cilíndricos bajo Presión Externa. (UG-28.c) Cada panel del recipiente (Longitud entre líneas adyacentes de soporte) debe ser verificado. Pandeo de columna no está contemplado por el código. Si embargo en recipientes esbeltos pueden controlar el diseño. La combinación de tensiones axiales de compresión y tensiones locales de compresión deben ser consideradas. Si embargo el código no contiene reglas para esto. El caso Código 2286, es un documento mas actualizado y cubre parte de estos tópicos. Lo siguiente puede considerarse línea de soporte: Una línea circunferencial a un tercio de la profundidad de un cabezal (De cualquier cabezal) Un anillo de refuerzo. Una camisa o un recipiente encamisado que cumpla ciertas condiciones. Una unión de un cono a un cilindro que cumpla los requerimientos del Código referidos a momento de inercia. Cualquier elemento interno fijado a la envolvente que cumpla los requerimientos del Código referidos a momento de inercia. Existen tres parámetros geométricos significantes: Do = Diámetro exterior. t = Espesor. L = Distancia entre líneas soporte. Usualmente el diámetro es conocido, pero “t” y “L” deben ser asumidos. Se realiza un balance entre aumentar “t” o reducir “L” (agregando rigidizadores). Debe encontrarse el punto de equilibrio más económico mediante iteraciones.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 26 de 55 Agregando rigidizadores, se reduce el volumen total de material (reducción de costo de material) pero se incrementa el costo de fabricación. Cuando se incrementa el espesor, puede ser necesario realizar PWTH (post-weld heat treatment), no obstante esto puede ser más económico que agregar rigidizadores. Un recipiente que es diseñado para presión interna y que también requiere ser diseñado y estampado a presión externa que no exceda 15psi, no requiere ser diseñado de acuerdo a las reglas del Código, a menos que el propietario requiera el estampado para la presión externa. En este material se presenta el procedimiento para determinar el mínimo espesor requerido para cada panel de un cilindro que tenga una relación Do/t igual o mayor a 10: Asumir un espesor t. Si se desea un cuerpo rigidizado, asumir la cantidad y localización de rigidizadores. Calcular “L” para cada panel Calcular las relaciones L/Do y Do/t. Entrar en la Figura. G de Sección II-D con el valor L/Do y moverse horizontalmente hasta la curva correspondiente al valor Do/t. Desde este punto de intersección moverse verticalmente hacia abajo y determinar la constante geométrica “A” (No depende del material) La interpolación entre curvas está permitida, pero no la extrapolación. Para valores de L/D o mayores a 50, entre en el gráfico con un valor de 50. Para valores de L/Do menores que 0.05, entre en el gráfico con un valor de 0.05. El Código no tiene reglas para valores de Do/t mayores a 1000. El Caso código 2286 permite relaciones hasta 2500. Usando el valor de “A” calculado arriba, entrar en el gráfico aplicable para presión externa para el material (Gráficos de Sección II-D). Moverse verticalmente hasta la intersección con la línea de presióntemperatura de diseño (No extrapolar más allá de la máxima temperatura. La interpolación está permitida. Moverse horizontalmente y leer “B”. Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 27 de 55 La máxima presión externa admisible es:
P= a
4B 3( D / t ) 0
Para valores de “A” que caen a la izquierda del gráfico,
P= a
2 AE 3( D / t ) o
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Para valores de "A" que caen a la derecha del gráfico utilizar el máximo valor de "B" para la curva de temperatura. Si Pa es menor que el valor especificado para presión externa, incrementar “t” o agregar rigidizadores para disminuir “L” Para cilindros con una relación Do/t menor a 10, ver UG-28.(c)(2)
Diseño de Anillos de Rigidización. (UG-29) Para calificar como una línea de soporte, deben cumplirse ciertos requerimientos referidos a momentos de inercia. El Código ofrece dos posibilidades: 1)
El momento de inercia agregado, debe ser al menos igual a Is
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I s = [ Do Ls (t + As / Ls ) A ] / 14 2
2) El momento de inercia de la combinación de la sección agregada y la parte efectiva del cuerpo debe ser al menos igual a Is’.
′ 2 I s = [ Do Ls (t + As / Ls ) A ] / 10.9
La sección efectiva es una longitud del cuerpo a cada lado del rigidizador, igual a:
0.55 D t o
Seleccionar un miembro a utilizar como anillo de rigidización y determine su sección transversal As
Calcular el factor B,
3 PD ) B= ( 4 t+ A /L o
s
s
Calcular el “A" trabajando" en forma inversa en el gráfico de presión externa, aplicable. Calcular el momento de inercia, ya sea Is o Is’. Ls es la longitud del cuerpo entre centro de luces de los paneles contiguos.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 31 de 55 Compare ya sea Is con el momento de inercia del rigidizador agregado o Is’ con el momento de inercia de la sección combinada. Si uno de los dos requerimientos se cumple, el rigidizador es adecuado.
Diseño de Cuerpos Esféricos bajo Presión Externa. (UG-28.d) El espesor mínimo requerido para un cuerpo esférico se determina de acuerdo al siguiente procedimiento: Asumir un valor de t Calcular el factor geométrico, A.
A=
0.125 (R / t) o
Usando el valor “A”, determinar “B” utilizando el gráfico de presión externa aplicable. Calcular la máxima presión exterior admisible: Pa = B/(Ro/t) Para valores de "A" que caen a la izquierda de la carta, la presión externa admisible es:
P= a
0.0625 E (R / t) o
Si Pa es menor que la presión especificada, incrementar el espesor. El Código no contiene reglas para esferas rigidizadas.
Diseño de Cuerpos Cónicos bajo Presión Externa. (UG-33.f)
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 32 de 55 El procedimiento de diseño para cuerpos cónicos con un medio-ángulo no mayor a 60 grados es el mismo que para cuerpos cilíndricos, excepto que: La longitud equivalente del cono Le es igual a (L/2)(1+Ds/Dl), Donde Ds y DL son los diámetros exteriores del cuerpo en el extremo menor y mayor respectivamente. Para conos con un medio-ángulo mayor a 60º utilizar las fórmulas para cabezales planos no rigidizados de UG-34.
Diseño de otros Cabezales Conformados, bajo Presión Externa. (UG-33.c, d, e, f) Para cabezales normales con la presión del lado convexo. (Ver UG-33) Para cabezales semiesféricos, utilizar el mismo procedimiento que para esferas. Para cabezales elípticos el mínimo espesor requerido debe ser el mayor de los siguientes: 1) El espesor requerido para un cabezal sometido a presión interna igual a 1,67 veces la presión externa.
2) El espesor requerido por el siguiente procedimiento: Asumir t. Utilizar el mismo procedimiento que para una esfera, excepto que en lugar del radio externo debe utilizarse RoKo, donde Ko es obtenido de la tabla UG-33.1
Para cabezales torisféricos, utilizar el mismo procedimiento que para cabezales elípticos excepto que para radio exterior hay que utilizar el radio exterior de la corona. Para cabezales cónicos debe utilizarse el mismo procedimiento que para cuerpos cónicos.
Requisitos para aceros de alta aleación. UHA-23 Valores de esfuerzo permitido máximo Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 33 de 55 •
Para los pernos, Tablas 3 y para otras materiales, Tabla 1B de la Sección II Parte D provee los valores de los esfuerzos máximos permitidos a la temperatura indicada para los materiales que conforman la especificación listada en esta división.
•
El cuerpo de un recipiente puede ser fabricado de tubería soldada o tubos listados en la Tabla UHA-23.
•
Para recipientes designados a operar por debajo de -20°F, el valor del esfuerzo permitido ha ser usado en el diseño no deberá exceder aquellas dadas en la Tabla 1A o 3 de la sección II, Parte D para temperaturas de -20°F hasta 100°F.
UHA-28 Espesor de cuerpo bajo presión externa •
El espesor del cuerpo cilíndrico y esférico bajo presión externa deberá ser diseñado por UG-28, figuras en subparte 3 de la sección II, parte D y los limites de temperatura de UG-20(c)
UHA-31 cabezales conformados con presión del lado convexo •
Cabezales elipsoidales, torisféricos, hemisféricos y cónicos deberán ser diseñados según UG-33, usando aceros de altas aleación o según la figura CS-2 en la Subparte 3 de la sección II, parte D.
Diseño de Aberturas. Introducción. Las reglas para el diseño de abertura, están contenidas en UG-36 A UG-46. En este material se resumen los requerimientos aplicables a las aberturas más comunes. En el apéndice 1, parte 1-7 existen fórmulas suplementarias para grandes aberturas en cuerpos cilíndricos. Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 34 de 55 La regla básica es “área de reemplazo”. Esto es antiguo y conservativo. Se requiere que el área eliminada sea reemplazada. El reemplazo de área puede realizarse mediante una combinación de áreas existentes en la construcción y/o agregado de elementos de refuerzo. El Código posee reglas que consideran únicamente las solicitaciones debidas a la presión. Otras cargas, si existen, deben considerarse, pero el diseñador debe establecer el método. Para conexiones con cargas externas se usa comúnmente los boletines 107 y 109 de WRC.
Las aberturas en cuerpos deben ser redondas, elípticas o de alguna forma redondeada. Otros perfiles de abertura, son admitidos pero requieren un análisis o prueba. Aberturas sometidas únicamente a presión externa requieren el reemplazo de solo la mitad del área (UG 37.d). Recipientes sometidos alternadamente a presión interna y externa, deben cumplir con los requerimientos de refuerzo para ambas presiones.
Si el diámetro supera lo contemplado por estas reglas, la abertura debería someterse a las reglas del apéndice 1-7.
UG-36 Forma de las aberturas •
Las aberturas en partes cilíndricas, cónicas o en un cabezal conformado deberán ser preferiblemente circular, elíptico u oblongo.
. •
Cuando la relación de dimensiones de una abertura oblonga o elíptica excede 2:1 el refuerzo a través de la dimensión más corta deberá ser aumentado para prevenir excesiva distorsión debido al momento por torsión.
•
Las aberturas pueden tener otra forma y las esquinas deben tener un radio adecuado. Cuando no es posible computar los esfuerzos con certeza deben ser sometidas a una prueba hidrostática de verificación de acuerdo a lo indicado en el código en UG 101.
UG-36(b) Tamaño de las aberturas
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 35 de 55 •
Las aberturas adecuadamente reforzadas en cuerpos cilíndricos no están limitadas a su tamaño, excepto con las siguientes provisiones para el diseño: 1. Deben satisfacerse las reglas de diseño de UG-36 hasta UG- 43. 2. En recipientes con un ID. no mayor a 60 pulgadas (1500mm) , la abertura no deberá exceder
½
el diámetro del recipiente ni ser mayor a 20 pulgadas
(500mm). 3. En recipientes con un ID. mayor de 60 pulgadas (1500mm), la abertura no deberá exceder 1/3 del diámetro del recipiente ni ser mayor a 40 pulgadas (1000mm). 4. Para las aberturas que excedan estos limites, las reglas suplementarias del Apéndice 1-7 deberán ser satisfechas adicionalmente a las reglas de UG-36 hasta UG- 43. 5. Aberturas adecuadamente reforzadas en cabezales conformados y en cuerpos esféricos no están limitadas en tamaño. Cuando una abertura se encuentra en extremo de cierre y es mayor que ½ diámetro interno del cuerpo, una de las alternativas dadas en UG-36 a) a d) puede utilizarse (ver detalles en el código)
Refuerzos UG-36 (c) (1) •
Todas las dimensiones utilizadas corresponden a materiales a los que se les ha quitado el sobreespesor por corrosión. (estado corroído). El sobreespesor por corrosión no debe considerarse como que contribuye al refuerzo.
UG-36 (c) (3) Excepciones •
Las siguientes aberturas pueden exceptuarse de los requerimientos de refuerzo indicados en UG 37:
Conexiones soldados,
fijadas por "brazing" y conexiones abocardadas no
mayores que
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 36 de 55 a. - 3 ½ pulgadas (89mm) de diámetro en cuerpos o cabezales de espesor 3/8 pulgadas (10m), o menor. b. -
2 3/8 pulgadas (60mm) de diámetro en cuerpos o cabezales de espesor
mayor a 3/8 pulgadas (10mm).
Conexiones roscadas o expandidas en la cual el agujero realizado en el cabezal o cuerpo no es mayor de 2/3 pulgadas(60mm) de diámetro.
Ningún par de aberturas no reforzadas como las indicadas en a y b. deben tener sus centros más cercanos que la suma de sus diámetros.
No mas de dos conexiones no reforzadas pertenecientes a grupos de tres o más conexiones como las indicadas en a. ó b agrupadas no deben tener sus centros más cerca que lo siguiente:
1. Para cuerpos cilíndricos y cónicos.
(1 + 1.5 cosθ )(d1 + d 2 ) 2. Para cuerpos o cabezales con doble curvatura
2.5(d1 + d 2 ) θ = ángulo entre la línea que une el centro de las conexiones y el eje longitudinal del recipiente. d1 y d2 diámetro del agujero terminado de dos aberturas adyacentes.
UG-36 (d) •
Las conexiones sobre juntas soldadas deben cumplir además los requerimientos de UW-14.
UG-37 Refuerzos de aberturas en cuerpo y cabezales conformados. •
Fuentes de los refuerzos: 1. Exceso de espesor en el cuerpo. 2. Exceso de espesor en la proyección hacia afuera de la conexión. 3. Espesor en la proyección hacia adentro de la conexión. 4. Área disponible en las soldaduras 5. Elemento de refuerzo agregado.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 37 de 55 Calculo de refuerzo •
Cuando se calculan los refuerzos se debe:
Determinar el área total de refuerzo requerida.
Determinar los limites del refuerzo (UG-40)
Determinar las áreas de refuerzo disponibles.
Determinar el área de refuerzo a agregar o agregado según corresponda a cálculo o verificación.
El área requerida del refuerzo se encuentra en UG-37 (UG-37.1). En el mismo párrafo se encuentran las fórmulas para cálculo de áreas de refuerzo disponibles y a agregar incluyéndose además definiciones y símbolos.
Términos utilizados en las fórmulas y ejemplos contenidos en el material: A= Area de refuerzo requerido en el plano bajo consideración (ver en figura UG 37.1 las distintas áreas de refuerzo) A1 = Area disponible para refuerzo por exceso de espesor en la pared del recipiente. A2= Area disponible para refuerzo por exceso de espesor en la pared de la conexión (exterior al recipiente. A3= Area disponible para refuerzo cuando la conexión penetra dentro del recipiente. A41, 42 y 43= Area transversal de las diversas soldaduras disponibles para refuerzo. A5= Area transversal del elemento agregado para refuerzo. fr = Máximo 1. (Recomendado utilizar material del elemento de refuerzo agregado con esfuerzo/tensión admisible igual o mayor que el de la pared del recipiente. Si esto no es posible puede utilizarse un material de menor resistencia pero incrementando el área requerida en proporción inversa a la relación de esfuerzos/tensiones admisibles de ambos materiales. (para mayores detalles ver UG 41.1en el código) fr1 = Sn/Sv para conexiones insertadas a través de la pared del recipiente. fr1=1 para conexiones que no penetran en el interior del recipiente y figuras UG-40; j, k, n y o. fr2 = Sn/Sv. fr3 = El menor de (Sp ó Sn)/Sv fr4 = Sp/Sv Sn = Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material de la conexión. Sv= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material del recipiente. Sp= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material del elemento de refuerzo agregado. t= Espesor especificado para la pared del recipiente (Sin incluir Sobreespesores por formado ni corrosión. En caso de tubos quitar tolerancia de fabricación en menos) Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 38 de 55 tn = es el espesor especificado para el cuello de la conexión menos el sobreespesor de corrosión y tolerancia de espesor en menos para el caso de tubos. te = Espesor o altura del elemento de refuerzo. ti= Espesor de pared de la proyección interior de la conexión. tr= Espesor requerido para un cuerpo sin costura basado en esfuerzos circunferenciales o de un cabezal conformado, usando E=1 (aplican excepciones cuando la abertura está ubicada en la parte esférica de un cabezal torisférico, en un cono o en un cabezal elíptico dentro de un círculo de diámetro 80% del diámetro del cuerpo con sus centros coincidentes) trn= Espesor requerido para una conexión sin costura. Rn= Radio interno corroído de la conexión bajo consideración. d= diámetro interior de una abertura circular terminada o dimensión de una abertura no radial en el plano en consideración. (Ver figuras UG 37.1 y UG 40 y mayores detalles en UG 37)) D y R = Diámetro y Radios interiores del cuerpo (corroídos) Dp= Diámetro exterior del elemento agregado para refuerzo. (puede excederse el máximo permitido pero no puede tomarse esto como crédito en el cómputo de áreas de refuerzo) W= Carga total soportada por las soldaduras de fijación E= 1 (según definición para tr y trn) E1= 1 Cuando la abertura está sobre la plancha o junta categoría B o igual a la eficiencia de junta de la tabla UW-12 cuando la abertura intercepta otro tipo de junta. F= Factor de compensación por variación de esfuerzos por presión interior en diferentes planos respecto del eje del recipiente. F=1 para todas las configuraciones. Figura UG 37 puede utilizarse para aberturas integralmente reforzadas en cilindros y conos. h= Altura de la proyección de la conexión en el interior del recipiente. (límites se establecen en UG 40)
•
El área de refuerzo requerido para cualquier plano a través de la abertura o cabezal formado no debe ser menor del calculado con la siguiente fórmula:(Ver en la figura UG 37.1 las fórmulas aplicables para determinación de áreas de refuerzos):
A = dt r F + 2t n t r F (1 − f r 1 )
La
figura UG 37.1 ilustra configuraciones comunes de conexiones. No implica que
prohibición de otras configuraciones permitidas por el código. La figura muestra a la derecha una conexión insertada en el cuerpo del recipiente y a la izquierda una conexión que apoya en la parte exterior del mismo (abutting) Las reglas de este parágrafo aplican a todas las aberturas excepto: 1) Aberturas pequeñas cubiertas por UG 36(c)(3) 2) Aberturas en cabezales planos cubiertas por UG 39. Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 39 de 55 3) Aberturas diseñadas como una reducción de sección cubiertas por UG 36(b)(2) (no tratadas en este material) 4) Grandes aberturas en cabezales conformados y cuerpos esféricos cubiertas por UG 36(b)(2) (No cubiertas en este material) 5) Agujeros para tubos que conformen las reglas de ligamentos dadas en UG 53. No menos de la mitad del área de refuerzo requerida debe estar a cada lado de la conexión. Refuerzos de planchas, monturas, sillas o similares, fijados al lado exterior del recipiente deben estar provistos con al menos un agujero testigo de tamaño máximo NPS ¼ (DN 8). Puede ser utilizado para presurizar el espacio entre el elemento de refuerzo y el recipiente de forma de probar la hermeticidad de las soldaduras que sellan el interior del recipiente. Estos agujeros testigos pueden quedar abiertos o ser sellados. Si se sellan, el material que se utiliza para sello no debe ser capaz de soportar la presión que pueda generarse en el espacio entre el recipiente y el elemento de refuerzo.
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 40 de 55
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 41 de 55
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 42 de 55
UG-39 Refuerzo requerido para aberturas en tapas planas 1. Las reglas en este párrafo aplican a las aberturas que no excede los límites en UG36(c)(3) y no exceden ¼ del diámetro del cabezal o dimensión menor. 2. El área del refuerzo de una tapa plana que tenga una conexión simple con un diámetro que no exceda la mitad del diámetro del cabezal o la dimensión menor (definida en el código en UG-34), no debe ser menor que la determinada de acuerdo a las siguiente fórmula:
A = 0.5dt + tt n (1 − f r1 ) Donde: d, tn y fr1: están definidos en UG 37. t: de acuerdo a UG 34.
3. Aberturas múltiples en las que el diámetro de ninguna de ellas excede la mitad del diámetro del cabezal, y ningún par de estas aberturas tienen su promedio de diámetros que supere ¼ del diámetro del cabezal, pueden reforzarse individualmente de acuerdo a los requerimientos indicados arriba en 2) cuando el espaciado entre cualquier par de aberturas es igual o mayor al doble del promedio de sus diámetros. Si el espaciado es menor a esto pero igual o mayor a 1.25 veces el diámetro promedio del par considerado el refuerzo requerido para cada una de las aberturas puede ser determinado de acuerdo a lo indicado arriba en 2). Las dos áreas de refuerzo deben ser sumadas y distribuidas de tal forma que el 50% del área total requerida esté distribuida entre las dos aberturas. Para espaciados menores a 1.25 veces el diámetro promedio el fabricante, sujeto a la aprobación del inspector debe proveer detalles de diseño y construcción que sean al menos tan seguros como los provistos por las reglas de esta división. Nota: Otros detalles contenidos en UG 39 no han sido considerados en este material.
UG-40 Limites de refuerzo Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 43 de 55 •
Medido paralelo a la pared del recipiente, debe ser igual o mayor al mayor de los siguientes valores (ver definiciones en UG 37):
•
d
Rn + t + tn
Medido perpendicular a la pared del recipiente, debe ser igual o menor al menor de los siguientes valores (ver definiciones en UG 37)::
2,5 veces el espesor (t) del recipiente.
2,5 veces el espesor de pared de la conexión (tn) + te
• Las partes correspondientes a exceso de material del recipiente y proyección de conexión hacia fuera, la parte de la proyección de la conexión hacia adentro, las soldaduras y el elemento agregado como refuerzo, deben considerarse de acuerdo a las fórmulas contenidas en UG 37.
Material del elemento de refuerzo •
El material utilizado para reforzar debe tener un esfuerzo/tensión máxima admisible igual o mayor que el material de la pared del recipiente. Si no puede disponerse de un material de estas características puede utilizarse un material de menor esfuerzo/tensión admisible pero el área de refuerzo deberá ser aumentada en proporción inversa a la relación de esfuerzos admisibles.
•
Si el material utilizado como refuerzo tiene un valor del esfuerzo admisible mayor que el del material del recipiente, no se permite utilizar esa diferencia como crédito.
UG-42 Aberturas múltiples. 1) Cuando dos aberturas están a una distancia menor de dos veces su diámetro promedio, y los límites de sus refuerzos se superponen (ver figura UG 42 dibujo a), deben ser reforzadas de acuerdo a los requerimientos de UG 37, UG 38, UG 40 y UG 41(según apliquen) con un Ing. Rubén E Rollino,
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 44 de 55 refuerzo combinado en el plano que une sus centros con un área no menor que la suma de las áreas de refuerzo requeridas para cada abertura. Ninguna parte del refuerzo, debe considerarse como que contribuye con el refuerzo de más de una abertura. El área disponible en el cuerpo o cabezal en la zona entre las aberturas debe ser proporcionada de acuerdo a la relación de sus diámetros. Si el área de refuerzo entre las dos aberturas es menor que el 50% del total requerido para las dos aberturas debe aplicarse las reglas suplementarias del apéndice 1. (1-7.a y c) 2) Cuando más de dos aberturas están a una distancia menor de dos veces su diámetro promedio (Figura UG 42 dibujo b) y se les aplica un refuerzo combinado la distancia mínima entre aberturas debe ser 1,33 veces su diámetro promedio y el área de refuerzo entre cualquier par de aberturas debe ser al menos el 50% del requerido para ese par de aberturas. Si la distancia es menor a 1.33 veces su diámetro promedio no se permite considerar el refuerzo disponible por exceso de material entre ellas (cuerpo o cabezal) y deben reforzarse como se indica a continuación. 3) Alternativamente el Código da la opción de tratar una cantidad de aberturas adyacentes como una única abertura con un diámetro igual al del círculo que las envuelve a todas. (Límites de refuerzo de acuerdo a UG 40.b.1 y c.1). El material de la pared de las conexiones no debe considerarse como que colabora con el refuerzo. La consideración para determinar si deben aplicarse las reglas suplementarias del apéndice 1 para grandes aberturas debe realizarse en base al diámetro asumido. 4) Cuando un grupo de aberturas es reforzada por una sección más gruesa que el cuerpo o cabezal y soldada a tope a estos, los extremos de esa parte de mayor espesor debe tener transición entre espesores de acuerdo a lo requerido en UW 9.c. 5) Cuando una serie de dos o más aberturas en un cuerpo cilíndrico están separadas de acuerdo a un patrón rectangular entre ellas, el refuerzo puede ser realizado de acuerdo a las reglas de ligamentos (UG 53)
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 45 de 55
UW-15 Conexiones soldadas Las conexiones y sus refuerzos deben ser fijadas al recipiente mediante soldadura de arco o gas. Las soldaduras deben soportar los esfuerzos de las partes de refuerzo que describe UG 41. La resistencia de las soldaduras con bisel debe basarse en el área sujeta a corte o a tracción. La resistencia de las soldaduras de filete debe basarse en el área sujeta a corte. (Considerando el cateto menor para el área y el diámetro interior para la longitud) La tensión/esfuerzo máximo admisible en porcentaje de los correspondientes a los materiales (que se utilizan para cálculo en UG 41) son los siguientes: Juntas de bisel – tracción: 74% Juntas de bisel – Corte:
60%
Juntas de filete – Corte:
49%
La ubicación y tamaño mínimo de soldaduras deben conformar los requerimientos de UW 16 además de los de UW 15
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 46 de 55 Las siguientes definiciones aplican a los símbolos utilizados en las figuras UW 16.1 y UW 16.2. Do:Diámetro exterior de la conexión cuando la fijación es únicamente desde el interior del recipiente. G: Distancia radial entre el agujero en el recipiente y el exterior del tubo. Radius: 1/8in (3mm) r1: mínimo radio. El menor entre ¼ t ó ¾ in (19mm) t: Espesor nominal del cuerpo o cabezal tn: Espesor nominal de la conexión. tw: Dimensión de las soldaduras de fijación, medida como se indica en la figura UW 16.1 te: Espesor de la plancha de refuerzo. tmin: El menor de 3/4in (19mm) o el espesor de la parte más delgada unidas por un filete o junta de simple bisel o simple bisel en J.
Excepciones a los cálculos de esfuerzo de la soldadura Puede exceptuarse del cálculo de esfuerzos a las siguientes soldaduras:
•
Según UW-15(b), el cálculo de esfuerzo de las soldaduras de fijación de la conexión que son retenedoras de presión, no es requerido para conexiones fijadas según la figura Fig. UW-16.1 (Ver figuras en la parte 4 del material) esquemas (a), (b), (c), (d), (e), (f-1), (f-2), (f-3), (f-4). (g), (x-1), (y-1) y (z-1) (para aceros UHT ver en el código figura UHT 18.1 y .2 y L7.1 y.2).
•
Soldaduras de aberturas diseñadas de acuerdo a las reglas de ligamentos (UG 53)
•
Conexiones que estén exceptuadas de los cálculos de refuerzo según UG-36(c)(3). (Ver interpretación VIII-1-89-196R).
UG-43 Métodos de fijación de conexiones a la pared del recipiente •
Podrán ser fijadas por cualquiera de los siguientes métodos, excepto que existan limitaciones en UG 36.
•
Conexiones fijadas por Soldadas: Deben cumplir con UW-15 y UW-16
•
Conexiones fijadas por “Brazing”: Deben cumplir con UB-17 y UB-19
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 47 de 55 •
Conexiones Roscadas: Tuberías, tubos y otras conexiones que respondan a los estándares de roscas ANSI/ASME pueden ser roscadas dentro de un agujero roscado en la pared del recipiente siempre que rosque al menos la cantidad mínima de vueltas indicada en la tabla UG 43 a partir de que termina la curvatura del recipiente. La rosca debe ser cónica. Si se usa rosca cilíndrica debe utilizarse otro medio de sello. (Ver en UG en el código limitaciones de diámetro)
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 48 de 55
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ASME VIII Div 1: Parte 3; Diseño; General. R 8 Página 50 de 55 UG-45 Espesor del cuello de la conexión •
Los requerimientos del UG-45 son usados para determinar el espesor de la pared de la conexión.
•
El espesor mínimo no debe ser menor al determinado de acuerdo a lo indicado más abajo en a) y b)
•
a) El espesor calculado para las cargas indicadas en UG-22 más el sobreespesor para corrosión.
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b) Adicionalmente el espesor de la boquilla no debe ser menor que el menor de los siguientes. (UG 45 b1,2,3): -
1) El espesor requerido del cuerpo o cabezal donde se colocara a la conexión más la corrosión permitida. Nota: Utilizando E=1 (pero no menor que los espesores mínimos indicados en UG-16.b)
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4) El espesor mínimo correspondiente a un Tubo estándar (STD) (en todos los casos tener en cuenta que a los espesores nominales comerciales listados en tablas debe descontársele la tolerancia de fabricación. (12.5% o la que corresponda de acuerdo a la norma de fabricación el tubo)
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2 y 3) Para recipientes sometidos a presión exterior ver UG-45 b2 y b3.
UG-46 Conexiones de Inspección •
Todos los Recipientes a ser usados con aire comprimido (ver definición en UG 46), corrosión interna o erosión o abrasión mecánica, deben (a menos que se admita otra cosa) poseer una entrada de mano, de hombre u otro tipo de abertura para inspección y limpieza.
•
Las aberturas pueden se omitidas en los casos permitidos por UG 46..b. Por ejemplo recipientes (sujetos solo a corrosión) con agujeros testigos con diámetro de recipiente que no exceda 36in ID (914cm). Debe haber al menos un agujero por 10 sqft (0.9 m2) de superficie interior y en la zona que se espera corrosión. (esto no aplica a servicio de aire comprimido).
•
Cuando las conexiones de inspección sean omitidas, el “Reporte de Datos del Fabricante” deberá incluir una de las siguientes anotaciones: 1. “UG-46 (b)”: Cuando se usan los agujeros en vez de la conexión de Inspección.
Ing. Rubén E Rollino,
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“UG-46 (a)“: Cuando la conexión de inspección es omitida en una placa tubular fija y en un Intercambiador.
3. “UG-46 (c)”, “UG-46 (d)” ó “UG-46 (e)”, Cuando las provisiones para inspección se realizan de acuerdo con uno de esos párrafos. 4. La declaración “para servicios no corrosivos” •
Recipientes a presión con aire de ID. mayor a 12 pulgadas (305 mm), que también contiene otras sustancias que previenen la corrosión, no necesitan conexión para inspección, siempre que el recipiente contenga una conexión adecuada del cual se pueda realizar inspección y que esa conexión en tamaño y numero para recipientes que requieran conexiones de acceso o de inspección.
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Recipientes de ID menor o igual a 12 pulgadas, (305 mm): las conexiones para inspección podrán ser omitidas si existen al menos dos conexiones de tubería removibles no menores de 3/4 in. NPS (DN 20).
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Recipientes con ID menor a 16 in (406 mm) y mayor a 12 in (305 mm), deben tener por lo menos dos pasa mano o dos conexiones de inspección roscadas de no menos de NPS 1½ (DN40) (ver excepciones en el código)
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Recipientes que requieren conexiones de acceso o de inspección deberán estar equipadas como sigue:
Recipientes < 18 in (450 mm) y > 12 in ID (30 mm); al menos dos pasa manos o al menos dos conexiones de inspección de tapón, roscadas no menores a NPS 1 ½ in (NPS 40).
Recipientes con ID desde 18 in (450 mm) hasta 36 pulgadas (900mm):; un pasa hombre o por lo menos dos pasa manos o dos conexiones de inspección de tapón, roscadas y no menos de NPS 2 in (DN 50).
Todos los recipientes con ID mayores a 36 in (900mm) deben tener un pasa hombre, excepto aquellos que por su uso o configuración los haga imprácticos. En este caso deberán tener dos pasa manos 4 in X 6 in (100 mm X 150 mm) o dos conexiones iguales de área equivalente.
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Cuando los pasa manos o las conexiones roscadas sean permitidas como conexiones de inspección en lugar de pasa hombres, un pasa mano (o tubo) debe existir en cada cabezal o en el cuerpo cerca de cada cabezal.
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Conexiones con cabezales removibles o tapas cubiertas con la intención de otros propósitos podrán ser usadas en vez de las conexiones de inspección siempre que sean iguales al tamaño de la conexión de inspección requerida. Ing. Rubén E Rollino,
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Una conexión sencilla con cabezal removible o cubierta podrá ser usada en lugar de todas las conexiones de inspección pequeña siempre que sea de tal tamaño y localización que permita por lo menos la misma visión al interior.
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Conexiones bridadas y/o roscadas, para instrumentos o similares que puedan ser quitados pueden ser usados en lugar de la conexión de inspección requerida, siempre que:
La conexión se igual en tamaño de la conexión requerida, y
La conexión es dimensionada y localizada que permita por lo menos la misma visión al interior que la de la conexión de inspección requerida.
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Cuando las conexiones de inspección o de acceso son requeridas, deben cumplir por lo menos con: 1. Un pasa hombre elíptico u oblongo mínimo de 12 in x 16 in (300x400mm), o 10 in x 16 in (250x400mm). 2. Un pasa manos circular no debe ser menor a 16 in (400mm) de ID.
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Ver requerimientos adicionales en el código.
UG-47 Superficies planas con tensores (Braced and Stayed) El espesor mínimo y la máxima presión de placas planas con tensores o barras roscadas de diámetro uniforme y espaciadas simétricamente, deben calcularse de acuerdo a la siguientes fórmulas:
t =P
P SC
Donde:
p=
P= S= C=
El espacio (pitch) máximo entre barras/pernos. Presión de Diseño interior Tensión o Esfuerzo máximo admisible. Factor que varía entre 2.1 y 3.2 en función de la forma de fijación de los tensores. (ver código).
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UG 48 a UG 50 proveen detalles referidos a los tensores incluyendo localización y dimensiones.
Ligamentos. El diseño de aberturas múltiples como regla general, puede ser realizado mediante el cálculo de ligamentos en lugar de por el cálculo del área de reemplazo. (El método no está desarrollado en este material. Ver UG-53 en el Código) Este método aplica entre otros a agujeros realizados en el recipiente (o placas) distribuidos con un paso o módulo regular que puede ser paralelo o normal a las filas de agujeros y también en diagonal.
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