INTRODUCCION AL ANALISIS DE ESFUERZOS DE TUBERIAS Traduccion de: “ Introduction to pipe stress analysis “
Sam Kannappan, P.E. Ingeniero Tennessee Valley Authority Knoxville, Tennessee Revisión 1 (Abril 2014)
Realizado por: Benjamín Serratos ( Agosto 2008 )
Nota importante: El propósito de esta traducción es proporcionar una herramienta que considero importante a los proyectistas e ingenieros de diseño de tuberías. Se realizó usando los
modismos y palabras que se usan regularmente en México, y en algunas partes el libro original no es legible por lo que espero comentarios en la dirección mail
[email protected]. Para realizar una fe de erratas en el original.
CONTENIDO 1
Análisis de esfuerzo de tubería. 5
1.1
Fuerzas y momentos en un sistema de tuberías 5 Cargas estáticas y dinámicas
1.2 8 1.3
Especificación de tubería. 10
1.4 tubería 1.5
Explicación de términos relacionados a soportes de 12 El método de cantiléver guiado 14
1.6
2 2.1
Comparación de métodos simplificados de análisis 15 Diseño de componentes de presión 21 Calculo de grosor mínimo de pared de tubería 21
2.2
Refuerzo de conexiones de ramales soldados 27
3
Calculo del claro de tuberías 33
3.1 33 3.2 34 3.3 36 3.4
Limitaciones del claro Frecuencia natural Drenaje Guía de espaciado para cargas de viento 41 Reglas de diseño para soportes de tubería 43
3.5
4 4.1 4.2 de petróleo
Códigos de tubería ANSI y códigos ASME 44 Presión interna y esfuerzos longitudinales 44 Requerimientos del código de tuberías para refinarías para un análisis formal
47 4.3
Momentos flexores en y fuera de plano 49
4.4
Factores de intensificación de esfuerzo 50
4.5 Efecto de la presión en los factores de intensificación de esfuerzos y flexibilidad 59 4.6 Esfuerzos en sistemas de tuberías 63 4.7 Resorte frio 66
5
Espiras y juntas de expansión 72
5.1 72 5.2 75 5.3 81 5.4 83 5.5 85
Espiras de expansión
6 90 6.1 90 6.2 91 6.3
Juntas bridadas
7
Tuberías conectadas a equipo no rotatorio 96 Calculo de esfuerzos locales usando el boletín WRC 107 96 Tasa de resorte rotacional para recipientes 102
7.1 7.2 cilíndricos 8
Esfuerzos y cargas en espiras Juntas de expansión Tipos de juntas de expansión Fuerzas de empuje de presión
Nomenclatura Momentos externos Comparación de momentos reales y permisibles 92
Tuberías conectadas a equipos rotatorios 106
8.1
Tuberías conectadas a turbinas de vapor 106 Tuberías conectadas a compresores centrífugos 110 Tuberías conectadas a bombas centrifugas 110 Método de cedencia en tuberías 113
8.2 8.3 8.4
9
Tópicos especiales 116
9.1 Válvulas 116 9.2 Análisis debido a fuerzas de reacción para válvulas de descarga 120 9.3 Tuberías de aluminio 122 9.4 Tuberías de aleación de cobre 123 9.5 Tuberías subterráneas 126 9.6 Diseño para presiones externas 131 9.7 Recipientes bajo presión externa 137 9.8 Sistema de tubería enchaquetada a presión 138 9.9 Unidades métricas 139 9.10 Comportamiento del material a temperaturas elevadas 141 9.11 Recubrimiento refractario 143
10
Código de componentes nucleares, ASME sección III 147 10.1 Cargas de diseño y limites de servicio 147 10.2 Flexibilidad y factores de intensificación de esfuerzos 147 10.3 Análisis para la evaluación de esfuerzos para tuberías clase 2 152 10.4 Frecuencia natural 154 10.5 Sistemas de tuberías a ser analizadas 155 10.6 Sugerencias útiles en diseño de tuberías 156 10.7 Modelaje por computadora 157 10.8 Anclaje inicial y movimientos de soportes 158 10.9 Modelaje de elementos de tubería 160 Apéndices 170 A1 Expansión térmica total para metales 171-180 A2 Módulos de elasticidad para metales 181-184 A3 Esfuerzos permisibles en tensión para materiales 187-198 A4 Propiedades y pesos de tubería 199-203 A5 Cálculos muestra para refuerzo de ramales 204
Anexos Problemas resueltos 205 Índice 210
