Codigo Asme Seccion Viii Division 1

DISEÑO Y CALCULO DE RECIPIENTES A PRESION BAJO ESPECIFICACIONES DEL CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1 ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE AN INTERNATIONAL CODE

Sección VIII REGLAS PARA LA CONSTRUCCION DE RECIPIENTES A PRESION ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

Partes de un recipiente a presión Anillos Atiesadores

Soportes

Cabezal Cuerpo o envolvente

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Inicio

Análisis de datos de diseño

Análisis de espesores mínimos requeridos

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESION

Análisis de rigidez del tanque

No Espesores mínimos cumplen con la condición de diseño

Si Elaboración de planos

Procura materiales

Fabricación

Prueba hidrostática

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UG-16: General. Diseño Con algunas excepciones, el mínimo espesor permitido para cuerpos y cabezales luego de formado e independientemente de la forma es 1/16 pulg (1.5mm), excluido el espesor por corrosión  El espesor mínimo no se aplica a laminas de transferencia de calor o intercambiadores tipo placas.  El espesor mínimo no aplica al tubo interno de intercambiadores de calor tubos concéntricos ni tampoco a intercambiadores de tubo y coraza, donde la tubería pertenece NPS 6 (DN 150). • El mínimo espesor para corazas y cabezales para calderas de vapor deberá ser ¼ pulg (6mm), excluyendo el espesor por corrosión. • El mínimo espesor para corazas y cabezales para servicio de aire comprimido, servicio de vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23 debe ser 3/32 pulg (2.4mm), excluyendo el espesor por corrosión. • •

El mínimo espesor para corazas y cabezales para calderas de vapor deberá ser ¼ pulg (6mm), excluyendo el espesor por corrosión. El mínimo espesor para corazas y cabezales para servicio de aire comprimido, servicio de vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23 debe ser 3/32 pulg (2.4mm), excluyendo el espesor por corrosión. ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

La división solo indica las ecuaciones necesarias para el calculo del espesor requerido de componentes básicos (cilindros, esferas, fondos, etc.) sometidos a presión interna o externa y deja completa libertad al diseñador para escoger procedimientos en busca de determinar los esfuerzos causados por otras cargas (peso propio, contenido, viento, terremotos, soportes).

UG-17: Métodos de fabricación en conjunto Un recipiente puede ser diseñado y construido combinando métodos de fabricación previstos en esta división (UB, UF, UW). El recipiente esta limitado al servicio permitido por el método de fabricación que tenga los requerimientos mas restrictivos.

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UG-20: Temperatura de diseño 1.

2.

Máxima: la temperatura máxima utilizada , no debe ser menor que la temperatura media a través del espesor (salvo excepciones en UW-2 y apéndice 3-2) Esta temperatura puede ser determinada por calculo o mediciones de equipos en sirvió en condiciones de operación equivalente. Temperaturas de diseño mayores a las establecidas en las tablas UG-23 (máximos valores de esfuerzos admisibles Sección II), no son admitidas. Para recipientes sometidos a presión externa no debe superar se 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 C del código, métodos sugeridos para obtener la temperatura de operación de paredes de recipientes en servicio. Mínima: La temperatura mínima a usar en el diseño debe ser la mas baja en servicio, excepto cuando se permiten temperaturas menores en UCS66 y/o UCS-160 Para la determinación de esta temperatura debe tenerse en cuenta lo indicado para temperatura máxima y también la mas baja de operación, posibles desvíos en la operación, auto refrigeración, temperatura atmosférica y cualquier otro factor externo. ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

UG-22: Cargas Las cargas para ser consideradas en el diseño deben incluir las siguientes:

de recipiente

Presión interna o externa de diseño Peso del recipiente y contenido, en operación y ensayo (incluye la presión por la columna del liquido) Cargas estáticas de reacción por peso de equipos (motores, maquinaria, recipientes, tubería, revestimientos y aislamiento) • • • •

Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a presión, variaciones térmicas o por equipos montados en el recipiente y cargas mecánicas. Viento, nieve y reacciones sísmicas . Reacciones de impactos como las causadas por choque de fluido. Gradientes de temperatura y expansión térmica. ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

UG-23: Máximos valores de esfuerzo. Máximos valores de tensión/esfuerzo admisible para diseño a tracción en distintos materiales son provistos en la subparte 1-Seccion II-Parte D.

Un listado de estos materiales se da en las tablas: UCS-23, UNF-23, UHA-23, UCI-23, UCD23, UHT-23 y ULT-23.

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UG-25: Corrosión Se debe prever un sobreespesor suficiente para toda la vida útil planificada para recipientes sometidos a perdida de espesor por corrosión, erosión o abrasión mecánica. El espesor, para la corrosión, no requiere ser igual en todas las partes del recipiente dependiendo de zonas mas propensas. 



Los recipientes sometidos a corrosión deberán tener una abertura de drenaje, en el punto mas bajo posible del recipiente o una tubería inferior que llegue hasta 6 mm del punto mas bajo Cuando el espesor se ha reducido a un grado peligroso puede aplicarse los agujeros testigo (prohibidos en recipientes de servicios letales). Los agujeros testigo deberán tener un diámetro entre 1.6-4.8 mm y una profundidad no menor del 80% del espesor requerido de una virola sin soldadura de las misma dimensiones y deberán situarse en la superficie opuesta a donde se espera la corrosión. ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

UG-27: Espesor de recipientes bajo presión interna. Diseño. Para cuerpos cilíndricos de pared delgada y sin costura sometidos a presión, los esfuerzos circunferenciales son aproximadamente el doble de los esfuerzos longitudinales debidos a la misma solicitación.

•

En la mayoría de los casos el espesor requerido por las formulas del UG-27, basadas en el esfuerzo circunferencial gobiernan el espesor requerido sobre las formulas basadas en los esfuerzos longitudinales. Símbolos

Datos

t

Espesor mínimo de la coraza. pulg (mm)

P

Presión interna de diseño. psi (kPa)

R

Radio interno del recipiente. pulg (mm)

S

Esfuerzo máximo admisible. psi (kPa)

E

Eficiencia de junta para recipiente cilíndrico o esférico.

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Recipientes Cilíndricos Esfuerzos Circunferenciales: cuando el espesor no excede ½ del radio interno (0.5R), o P no supera 0.385SE, se debe aplicar las siguientes formulas.

t 

PR SE  0.6 P

P 

SEt R  0.6t

Esfuerzos longitudinales: Cuando el espesor del recipiente no supera ½ del radio interno o la presión (P) no es mayor que 1.25SE, se debe aplicar las siguientes ecuaciones. 2 SEt PR P  t  R  0.4t 2SE  0.4 P

Recipientes Esféricos Para diseñar un recipiente cilíndrico, el espesor no debe ser mayor que 0.356R o la presión no debe superar 0.665SE por medio de las siguientes formulas.

t 

PR 2SE  0.2 P

P 

2 SEt R  0.2t

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UG-27: Espesor de recipientes bajo presión externa. Diseño. 1.

Recipientes cilíndrico (Do/t>10):

•

Paso 1 Asumir un valor para t y determine la relación de L/Do y Do/t

•

Paso 2 Ingrese a la figura G en la Subparte 3-Seccion II, Parte D en el valor de L/Do determinado en el paso 1. Para valores de L/Do mayores que 50 ingrese al cuadro de L/Do=50. Para valores de L/Do menores que 0.05 ingrese el ciadro en un valor de L/Do=0.005. Paso 3 Muévase horizontalmente a la línea por el valor Do/t determinado en el Paso 1. La interpolación puede usarse para valores intermedios de Do/t. Desde dicho punto de la intersección muévase verticalmente (hacia abajo) para determinar el valor del Factor A.

•

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•

Paso 4 Usando el valor A, ingresar al cuadro de materiales aplicables en Subparte 3-Seccion II-Parte D. Muévase verticalmente hacia la intersección con la línea (material-temperatura) En casos donde el valor de A cae a la derecha de la línea (material/temperatura), asumir una intersección con la proyección horizontal. Para valores A que caen a la izquierda de la línea (materialtemperatura) observe el Paso 7 •

Paso 5 De la intersección obtenida en el paso 4, muévase horizontalmente a la derecha y observe el valor del factor B.

•

Paso 6 Usando el valor B, calcular la presión externa máxima de trabajo (Pa)

•

Paso 7 Para valores de A que caen a la izquierda de la línea (material y temperatura), el valor Pa puede ser calculado mediante

4B Pa  3(Do / t ) 2 AE Pa  3(Do / t )

Figura G, usado con los valores t, L D ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

2. Recipientes Esféricos: El espesor mínimo de una coraza esférica se determinara mediante el siguiente procedimiento. •

•

0.125 Paso 1 se asume un valor para A t y calcule el factor A, usando la ( Ro / t ) siguiente formula. Paso 2 utilizando el valor de A, entrar al grafico aplicable para el material de la Sección II, parte D (curva apropiad para un material en particular se determina de acuerdo a las tablas de tensión admisible.

En casos donde el valor de A finaliza a la derecha de la línea (material/temperatura), asumir una intersección con la proyección horizontal ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

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•

Paso 3 De la intersección obtenida en el paso 2, muévase horizontalmente a la derecha y observe el valor del factor B.

•

Paso 4 Usando el valor B, calcule el valor máximo de la presión de trabajo (P) usando la siguiente formula

B Pa  (Ro / t )

•

Paso 5 Para valores de A, que caen a la derecha de la línea (material, temperatura), el valor de P puede calcularse mediante

0.0625E Pa  (Ro / t)2

•

Paso 6 Compare Pa obtenido en el Paso 4-5. Si Pa es mas pequeño que P, seleccione un valor mayor para t y repita el procedimiento de diseño hasta que se obtenga un nuevo valor Pa que sea mayor o igual que P. ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

La máxima presión de diseño o la presión externa máxima de trabajo no debe ser menor que la diferencia esperada máxima de la presión de operación que podría existir entre la zona externa e interna del recipiente en cualquier momento. Recipientes para operar bajo presiones de trabajo externas (15 psi) y menores) podrían adoptar el Simbolo Codigo asegurando una titulación con las reglas de presión externa Cuando hay una junta lap longitudinal en una corza cilíndrica o coraza cilíndrica bajo presión externa, el espesor de la coraza debe determinarse por las mismas reglas propuesta, a excepción que 2P se use en vez de Pe los cálculos para el espesor necesario.

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UG-30: Anillos Atiesadores Para calcular las dimensiones adecuadas de los anillos de refuerzo se puede utilizar la Formula Levy para el calculo de colapso de un anillo de sección circular sometido a una presión externa uniforme.

I 

 Do2 Ls t  Pc Do         12 E 2 t    

Sin embargo, Los anillos atiesadores pueden estar ubicados al interior o exterior de un recipiente. Además, debe ser atado al casco por soldadura o brazing. Variables

  D Ls A s Momento requerido de la sección del anillo Is   (t  )A   Ls  14  Momento de inercia existente 2 o

Área de la sección del anillo de refuerzo

  D Ls A Factores determinado s  I   ( t  ) A  Ls  10.9 Mitad de la distancia entre el centro de la   ' s

2 o

Is I As A, B

sección del anillo y la próxima línea de soporte ______________________________________________________________________________ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME AZCAPOTZALCO Academia de Proyecto Por: Ing. Francisco Rodríguez Lezama

Ls

La idoneidad del momento de inercia para que se considere que actúa como refuerzo se detalla a continuación: •

Conocido Do, Ls, t; seleccionar un anillo de refuerzo calcular el área de sección As. Luego calcular B mediante: B

•

   PDo  3   4 As  t L s  

Con B, ingresar a la figura (material del anillo) realizar un desplazamiento horizontal, considerando la temperatura de diseño. Luego, descendemos verticalmente hasta el obtener el valor A. Para valores de B menores de los indicados en el grafico, considerar A=2B/E.

• •

Calcular los momentos Is e I’s, mediante las ecuaciones previas Calcular los momentos I e I’, mediante las ecuaciones previas

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•

Obtenido los cálculos, compararemos y determinares su validez Símbolo Si I>Is

El anillo es idóneo

Si II’s

El anillo junto al casco (x-refuerzo) es adecuado

Si I’