Analisis de Flexibilidad en Tuberiasfinal

7/27/2019 Analisis de Flexibilidad en Tuberiasfinal

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

ANTONIO JOS DE SUCRE VICE-RECTORADO LUIS CABALLERO MEJIASDIRECCIN DE INVESTIGACIN Y POSTGRADO

CARACAS

TRABAJO DE DISEO DE TUBERIA

ANLISIS DE FLEXIBILIDAD YVIBRACIONES EN TUBERIAS

AUTORES:

FELIX R OLIVERO SRONALD GALEA

JULIO-2003


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DISEO DE TUBERAANLISIS DE FLEXIBILIDAD

Y VIBRACIONES EN TUBERIAS

Numero Tema Pg.1 Introduccin 31.1 Definicin de tubera 31.2 Nomenclatura y componentes del sistema 41.3 Actas, cdigos y normas 61.4 Tablas Designacin de tubera 72 Cdigos y Normas 82.1 ASME B.31 92.2 NEPA/NFPA 112.3 CSA 122.4 MSS 12

2.5 API 132.6 ASTM 143 Documentos Suplementarios 153.1 Especificaciones y Documentos del cliente 153.2 Normas y documentos del contratista 154 Diseo de tubera 164.1 Mecanismos de falla 164.2 Otras consideraciones para el diseo 174.3 Seleccin de material 265 Anlisis de Flexibilidad 335.1 Tensiones generadas por deformacin debido al cambio de

temperatura

33

5.2 Mtodos de proporcionar flexibilidad 345.3 Calculo de la longitud del ramal del lazo 355.4 Demasiada flexibilidad 365.5 Criterio para el anlisis de flexibilidad 375.6 Soluciones con juntas de expansin 435.7 Programas para calcular flexibilidad 505.8 Ejemplo de clculo de flexibilidad 53

TABLAS Y ANEXOSTABLA I 5TABLA II 12TABLA III 18
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1,0 Introduccin

1.1 Definicin de tubera

La tubera es un cilindroa presin usado paratransportar un lquido opara transportar un gasa presin,ordinariamente latubera en especificadaen los materiales. Losmateriales sealadoscomo tubo o tubera enlas especificaciones se

tratan como tubera cuando estn previstos para el servicio a presin.La instalacin de los componentes de tuberas son usadas para transportar,distribuir, mezclar, separar, descargar, los fluidos, as como medirlos ycontrolarlos. La instalacin tambin incluye elementos de tubera- como soportepero no incluye las estructuras tales como marcos del edificio, las fundaciones,o ningn equipo excluido del cdigo ANSI/ASME B 31.Los accesorios de las tuberas son elementos mecnicos convenientes paraensamblar o desarmar los sistemas de tuberas -que contienen lquidos o gases.Los componentes incluyen la tubera, protecciones, rebordes, juntas, de unin,

vlvulas y los dispositivos tales como juntas de dilatacin o expansin,empalmes flexibles, mangueras de presin, trampas, tamices, lneas deinstrumentos y separadores.


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1.2 Nomenclatura de tuberas, Componentes

El grfico ilustra los componentes del sistema

Tubera principal Montante o ramal Vlvula Unin Junta de dilatacin Lazo de expansin Soporte de tubera Reduccin Codo


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TABLA IPartes esenciales del sistema de tubera:

Tuberaprincipal

Lnea de tubera principal

Tuberasecundaria

Tubera ramal que proviene de la tubera principal

Tees Conexin reductora entre la tubera principal y lasecundaria

Codos Conexin para cambiar la direccin de la tubera.

NPS Dimetro nominal de la tubera

Soporte de latubera

Apoyes, elementos que sirven para mantener laintegridad estructural del sistema.

Soporte tiporesorte

Apoyo tipo resorte

Juntas deexpansin

Uniones flexibles que permiten movimientos axiales yflexibilidad a la tubera

Categora D Dentro de la referencia de B31.3, una clasificacin del

servicio

Categora M Dentro de la referencia de B31.3, una clasificacin del

servicioFluidoexpansible

Cualquier vapor o sustancia gaseosa, cualquier lquidobajo tal presin y temperatura tales que cuando la presinse reduce a la atmosfrica, cambiar a un gas

Pruebahidrulica

Prueba de presin = 1,5 x MAWP (tiempo definido)

MAWP Presin de funcionamiento mxima permitida

MDMT Temperatura mnima del metal de diseo

Dureza Medido tpicamente por CVN (nmero de Charpy V) en

MDMT


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1.3 Actas regulatorias, Cdigos y Normas

CdigosLos cdigos son reglas para el diseo de los sistemas prescritos que se dan lafuerza de la ley estadal y de la legislacin federal. En Canad, el gobierno tienela responsabilidad de la seguridad pblica que incluye estas instalaciones, entreotras:

Tubera de alta presin Recipientes de presin Calderas Tuberas

Sistemas de tuberas Tubera de gas

Normas de seguridad y cdigos en CANADA

Los siguientes son aplicables a las primeras cuatro instalaciones enumeradasarriba.Calderas y recipientes de presin

Prescribe los requisitos para el registro de los recipientes depresin, de las calderas, de la tubera de la presin y de guarniciones

Diseo, construccin e instalacin de calderas y de regulaciones de losrecipientes de presin

Cdigos y las normas CSA B51, Calderas y recipiente de presin Cdigo Mecnico de Refrigeracin Norma CSA B52 Sistemas Tubera de Gas Norma CAN/CSA Z184

Caldera de y Cdigo de Recipiente a Presin, ASME Cdigos Tuberas a Presin de ASME B31 Tubera B31.1 Tubera de proceso B31.3 Sistemas lquidos del transporte B31.4 para los hidrocarburos, el

gas licuado de petrleo, el amonaco anhidro y los alcoholes Tubera de Refrigeracin B31.5


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Requisitos de seguridad del ANSI K61.1 para el almacenaje y ladireccin del amonaco anhidro

Estndar de NFPA 58 para el almacenaje y la conduccin de losgases licuados del petrleo Regulaciones del PUNTO del departamento del transporte que

gobierna el transporte de materiales peligrosos en vehculos de motoren tanque

Sistema de la marca del estndar del SP 25 del MSS para lasvlvulas, las conexiones, los juntas y las uniones

Estndares de TEMA de la Asociacin de los fabricantes delintercambiador de tubos

Normas para Tuberas

Cita los requisitos mnimos para el diseo, construccin, prueba, operacin,mantenimiento y la reparacin de tuberas:

Sistemas Oleoducto Norma CAN/CSA Z183 Sistemas Tubera de Gas Norma CAN/CSA Z184 Tuberas de aluminio Norma CSA Z169 y sistemas a presin Prctica recomendada asociacin canadiense del petrleo para la

prevencin y la deteccin lquidas del escape de la tubera del petrleo enla provincia de Alberta

En los E.E.U.U.:

Como en Canad, algunas instalaciones son gobernadas por regulacionesfederales. Las instalaciones de un estado a otro de la tubera son definidas por:

Cdigo de regulaciones federales, ttulo 49 Transporte de gas natural por tuberas Estndares de

Seguridad Federales Mnimos parte 192 Parte 193 Instalaciones de Gas Natural licuado

Transporte de lquidos peligrosos por tuberas parte 195

Otros cdigos de tuberas a presin incluyen:

ASME B31.4 Sistemas del transporte por tubera para loshidrocarburos lquidos y otros lquidos

Sistemas de transmisin y de distribucin del gas de ASME B31.8


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1,4 Normas y regulaciones en CanadEl gobierno de Canad solicita "el diseo, construccin y la instalacin de lascalderas y recipientes de presin" que requiere que la construccin de unsistema de tuberas a presin que deba incluir los dibujos, de lasespecificaciones y la otra informacin que incluira es :(a) diagramas del flujo o de lnea que demuestran el arreglo general de todas lascalderas, recipientes de presin, sistemas de la presin y protecciones tuberas(2 copias)(b) la identificacin de la tubera enumerada, indicando las presiones y lastemperaturas mximas para cada sistema de tubera (2 copias)(c) una lista de los dispositivos de sobrepresion, incluyendo la presin delsistema (2 copias)

(d) especificaciones materiales, tamao, Schedule y tipo de servicio de toda latubera y protecciones (2 copias)

(e) el nmero de registro del procedimiento de soldadura

(f) el mtodo de prueba de la tubera a presin que contenga el tipo, el mtodo,usado, los medios de prueba, presin de la prueba, temperatura de la prueba, laduracin y las medidas de seguridad (1 copia)(g) un formato, aprobado por administrador de la obra, y llenado por el diseador

o el contratista de ingeniera que se relaciona con los requisitos generales de laingeniera para la construccin, diseo e puesta en marcha de los sistemas detuberas a presin (AB 96)(h) otra informaciones pueden ser solicitadas si es necesario por un oficial delgobierno con el fin de examinar el diseo y determinarse si es conveniente parala aprobacin y el registro


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2,0 Cdigos y estndares

Los cdigos siguientes se utilizan para el diseo, la construccin y la inspeccinde sistemas de tuberas en Norteamrica.

2,1 Los Cdigos de tuberas de ASME B31

Los cdigos para tuberas fueron creados por la Sociedad Americana deIngenieros MecnicosB31.1 Tuberas para plantas industriales

Instalacin de tuberas que se encuentran tpicamente en plantas degeneracin de energa elctrica, en plantas industriales y edificacionesinstitucionales, los sistemas de calefaccin y centrales de calefaccin

urbana y las instalaciones de aire acondicionado

B31.3 Tubera de proceso

Instalaciones de tuberas que se encuentran tpicamente en refineras depetrleo, petroqumicas, laboratorios farmacuticos, empresas textiles yde semiconductores, plantas criognicas e empresas relacionados.

B31.4 Sistemas del transporte por tubera para los hidrocarburos lquidos y otroslquidos

Instalaciones de tuberas que transportan productos que sonpredominantemente lquidos entre las plantas y dentro de los terminales,bombeando, regulndolos, y con estaciones de medicin.

B31.5 Tubera de Refrigeracin

Instalaciones de tuberas para el transporte de los lquidos refrigerantes ylos lquidos refrigerantes secundarios.

B31.8 Sistemas de tuberas de transporte y distribucin del gas

Instalaciones de tuberas que transportan los productos que sonpredominantemente gas entre las fuentes y terminales incluyendo elcompresor, regulador y las estaciones de medicin.

B31.9 Tubera para edificaciones

Instalaciones de tuberas encontradas tpicamente en edificiosindustriales, institucionales, comerciales y pblicos y en residencias


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multifamiliares que no requiere la gama de tamaos, de presiones y detemperaturas que cubre la norma B31.11

B31.11 Sistemas de tuberas para el transporte de mezcla

Instalaciones de tubos transportando mezclas acuosas entre las plantas ylos terminales ,dentro de las estaciones y de los terminales, incluyebombeo y regulacin.

Los cdigos siguientes se utilizan para especificar la geometra, el material y la presinde la tubera y de los componentes:

Cdigos Dimensionales de ASME B16

Componentes de tuberas Norma ASME B16Los cdigos para tuberas fueron creados por la Sociedad Americana deIngenieros Mecnicos y del American National Standards Institute (ANSI)B16.1 Flanges de la tubera del hierro fundido y flanges ensanchadosB16.3 Conexiones roscadas del hierro maleable, clase 150 y 300B16.4 Conexiones roscadas del hierro fundido, clases 125 y 250B16.5 Flanges de la tubera y flanges ensanchadosB16.9 Fabricado con conexiones de acero aleadoB16.10 Cara a cara y tope a tope de dimensiones de vlvulas

B16.11 Conexiones forjadas, soldadas y roscadaB16.12 Conexiones Roscadas de drenaje en Hierro fundidoB16.14 Tapas de hierro y las tuercas de fijacin roscadasB16.15 Conexiones roscadas de bronce 125 y 250B16.18 Conexiones Soldadas de la aleacin de cobre moldeadaB16.20 Empacaduras y sellos para las conexionesB16.21 Empacaduras y sellos para las conexiones de la tuberaB16.22 Conexiones Soldadas de la aleacin de cobre y aleacin de cobreB16.23 Conexiones Roscadas de drenaje de cobre y aleacin de cobreB16.24 Conexiones y fittings 150, 300, 400.600, 900, 1500 y 2500 de la de

aleacin de cobre

B16.25 Conexiones soldadasB16.26 Conexiones ligeras de aleacin de cobreB16.28 Codos cortos y curvas del radio de soldadasB16.29 Cobre y conexiones de drenaje soldadas de cobreB16.34 Vlvulas, roscado y soldaduraB16.36 Conexiones de aceroB16.37 Prueba hidrosttica de las vlvulas de control


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B16.38 Vlvulas metlicas grandes para la distribucin del gas (manual, de NPS 2 a mximo de 12, 125 psig)

B16.39 Uniones roscadas de la tubera del hierro maleable, clases 1150,250 y 300

B16.40 Manually Operated Thermoplastic Gs Shutoffs and Valves in GasDistribution Systems

B16.42 Ductile Iron Pipe Flanges and Flanged Fittings, Class 150 and 300B16.47 Large Diameter Steel Flanges (NPS 26 through NPS 60)

ASME B36 Piping Component StandardsLos cdigos para tuberas fueron creados por la Sociedad Americana deIngenieros Mecnicos y del American National Standards Institute (ANSI)

B36.10 Welded and Seamless Wrought Steel PipeB36.19 Stainless Steel Pipe

Otras normas ASME or ANSIB73.1 Horizontal, End Suction Centrifugal PumpsB73.2 Vertical In-line Centrifugal PumpsB133.2 Basic Gas Turbine

2.2 NEPA CodesNational Electrical Protection Association (Asociacin Nacional de proteccinelctrica)

Tuberas cubiertas por sistemas de proteccin contra incendios por agua,dixido de carbono, halgeno, espuma, polvo qumico seco y productosqumicos hmedos

NFC - NFPA Codes

National Fire Code / National Fire Protection Association Asociacin Nacional deproteccion contra incendios.NFPA 99 Health Care Facilities (Hospitales o centros de salud)

Piping for medical and laboratory gas systems.


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2.3 CSA Standards NORMAS CANADIENSECanadian Standards Association

CSA Z662 - 94 Oil & Gas Pipeline SystemsThis standard supercedes these standards:

CAN/CSA Z183 Oil Pipeline Systems CAN/CSA Z184 Gas Pipeline Systems CAN/CSA Z187 Offshore Pipelines

Other CSA Piping and Component Codes:

B 51 Boilers and Pressure Vessels

B 53 Identification of Piping SystemsB 52 Mechanical Refrigeration CodeB 63 Welded and Seamless Steel PipeB 137.3 Rigid Poly-Vinyl Chloride (PVC) PipeB 137.4 Polyethylene Piping Systems for Gas ServiceW 48.1 Mild Steel Covered Arc-Welding ElectrodesW 48.3 Low-Alloy Steel Arc-Welding ElectrodesZ 245.1 Steel Line PipeZ 245.11 Steel FittingsZ 245.12 Steel FlangesZ 245.15 Steel Valves

Z 245.20 External Fusion Bond Epoxy Coating for Steel PipeZ 245.21 External Polyethylene Coating for PipeZ 276 LNG - Production, Storage and Handling

2.4 MSS Standard Practices Normas MSS ( Sociedad de normas de

fabricantes)

Tuberas y componentes desarrollados por la Sociedad de normas defabricantes : Las normas MSS estn dirigidas a aplicaciones en la industria engeneral.

SP-6 Standard Finishes for Contact Faces Pipe Flanges and ConnectingEnd Flanges of Valves and Fittings

SP-25 Standard Marking System for Valves, Fittings, Flanges and Union

SP-44 Steel Pipeline Flanges

SP-53 Quality Standards for Steel Castings and Forgings for Valves,Flanges and Fittings and Other Piping Components - MagneticParticle


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SP-54 Quality Standards for Steel Castings and for Valves, Flanges andFittings and Other Piping Components - Radiographic

SP-55 Quality Standards for Steel Castings and for Valves, Flanges andFittings and Other Piping Components - Visual

SP-58 Pipe Hangers and Supports - Material, Design and ManufactureSP-61 Pressure Testing of Steel Valves

SP-69 Pipe Hangers and Supports - Selection and Application

SP-75 High Test Wrought Butt Welding Fittings

SP-82 Valve Pressure Testing Methods

SP-89 Pipe Hangers and Supports - Fabrication and Installation Practices

2.5 Normas API

American Petroleum Institute ( Instituto Americano del petrleo)

Las normas API estn dirigidas a la produccin de petrleo, refinacin ydistribucin. Las especificaciones para estos equipos son superiores que en laindustria en general.Spec. 5L Line PipeSpec. 6D Pipeline ValvesSpec. 6FA Fire Test for ValvesSpec. 12D Field Welded Tanks for Storage of Production LiquidsSpec. 12F Shop Welded Tanks for Storage of Production LiquidsSpec. 12J Oil and Gas Separators

Spec. 12K Indirect Type Oil Field HeatersStd. 594 Wafer and Wafer-Lug Check ValvesStd. 598 Valve Inspection and TestingStd. 599 Metal Plug Valves - Flanged and Butt-Welding EndsStd. 600 Steel Gate Valves-Flanged and Butt-Welding EndsStd. 602 Compact Steel Gate Valves-Flanged Threaded, Welding, and

Extended-Body EndsStd. 603 Class 150, Cast, Corrosion-Resistant, Flanged-End Gate ValvesStd. 607 Fire Test for Soft-Seated Quarter-Turn ValvesStd. 608 Metal Ball Valves-Flanged and Butt-Welding Ends

Std. 609 Lug-and Wafer-Type Butterfly ValvesStd. 610 Centrifugal Pumps For Petroleum, Heavy Duty Chemical and GasIndustry Services

Std. 611 General Purpose Steam Turbines for Refinery ServicesStd. 612 Special Purpose Steam Turbines for Refinery ServicesStd. 613 Special Purpose Gear Units for Refinery ServicesStd. 614 Lubrication, Shaft-Sealing and Control Oil Systems for Special

Purpose Application


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Std. 615 Sound Control of Mechanical Equipment for Refinery ServicesStd. 616 Gas Turbines for Refinery ServicesStd. 617 Centrifugal Compressors for General Refinery ServicesStd. 618 Reciprocating Compressors for General Refinery ServicesStd. 619 Rotary-Type Positive Displacement Compressors for General

Refinery ServicesStd. 620 Design and Construction of Large, Welded, Low Pressure Storage

TanksStd. 630 Tube and Header Dimensions for Fired Heaters for Refinery

ServiceStd. 650 Welded Steel Tanks for Oil StorageStd. 660 Heat Exchangers for General Refinery ServiceStd. 661 Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery ServiceStd. 670 Vibrations, Axial Position, and Bearing-Temperature Monitoring

SystemsStd. 671 Special Purpose Couplings for Refinery Service

Std. 674 Positive Displacement Pumps-ReciprocatingStd. 675 Positive Displacement Pumps-Controlled VolumeStd. 676 Positive Displacement Pumps-RotaryStd. 677 General Purpose Gear Units for Refineries Services

Std. 678 Accelerometer-Base Vibration Monitoring SystemStd. 1104 Welding Pipelines and Related FacilitiesStd. 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks - Non-

Refrigerated and RefrigeratedRP 530 Calculation for Heater Tube Thickness in Petroleum RefineriesRP 560 Fired Heater for General Refinery Services

RP 682 Shaft Sealing System for Centrifugal and Rotary PumpsRP 1110 Pressure Testing of Liquid Petroleum PipelinesPubl. 941 Steel for Hydrogen Service at Elevated Temperature and Pressures

in Petroleum Refineries and Petrochemical PlantsPubl. 2009 Safe Welding and Cutting Practices in RefineriesPubl. 2015 Safe Entry and Cleaning of Petroleum Storage Tanks


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2.6 ASTMLas normas ASTM estn dirigidas a las normas dimensionales, materiales yensayos de materiales.

Algunas de estas normas son ::

A 36 Specification for Structural Steel

A 53 Specification for Pipe, Steel, Black and Hot Dipped, Zinc CoatedWelded and Seamless

A 105 Specification for Forgings, Carbon Steel, for Piping Components

A 106 Specification for Seamless Carbon Steel Pipe for High TemperatureService

A 181 Specification for Forgings, Carbon Steel for General Purpose

Piping

A 182 Specification for Forged or Rolled Alloy Steel Pipe Flanges, ForgedFittings, and Valves and Parts for High Temperature Service

A 193 Specification for Alloy Steel and Stainless Steel Bolting Materials

for High Temperature Service

A 194 Specification for Carbon and Alloy Steel Nuts for Bolts for High

Pressure and High Temperature Service

A 234 Specification for Piping Fittings of Wrought Carbon Steel and AlloySteel for Moderate and Elevated Temperatures

A 333 Specification for Seamless and Welded Steel Pipe for Low

Temperature Service

A 350 Specification for Forgings, Carbon and Low Alloy Steel RequiringNotch Toughness Testing for Piping Components

A 352 Specification for Steel Castings, Ferritic and Martensitic forPressure Containing Parts Suitable for Low Temperature Service

A 420 Specification for Piping Fittings of Wrought Carbon Steel and Alloy

Steel for Low Temperature Service

A 694 Specification for Forgings, carbon and Alloy Steel for Pipe Flanges,Fittings, Valves and Parts for High Pressure Transmission Service


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A 707 Specification for Flanges, Forged, Carbon and Alloy Steel for Low

Temperature Service

3.0 Documentos suplementarios3.1 Especificaciones del cliente y documentos

Las especificaciones tpicamente cubren los requisitos de las normas.

3.2 Especificaciones del contratistaEl ingeniero contratista puede ser llamado para que suministre los detalles de unproyecto si el cliente no esta de acuerdo o tiene sus propias normas.

4.0 Diseo de tuberaEl diseo de tubera comprende:

Anlisis de esfuerzos Seleccin de materiales Plano general y en detalles Instalacin Inspeccin de especificaciones

Especificacin de componentes .

4.1 Mecanismo de fallas

Las tuberas y los componentes pueden fallar por diseo inadecuado y por otrosmecanismos. Estas fallas en la mayora de los casos tienen que ver con lascargas y los desplazamientos. Algunas fallas son :. Tubera fracturada por sobrepresin

Tubera pandeada entre soportes Codo agrietado despus de 10 aos de servicio, con 5000 ciclos de

calor a 500 grados Fahrenheit Tubera fracturada por fatiga Tubera agrietada por tenso corrosin.


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4.2 Consideracin de la norma para disear

El diseo de las tuberas esta regido por las normas. Todas las normas tienen untema en comn, Estas estan hechas para cubrir los requerimientos de ingenieranecesarios para disear con seguridad las instalaciones de tuberas y suinstalacin.Las normas no se pueden aplicar a la operacin, inspeccin, pruebas,mantenimiento y reparacin de las tuberas colocadas en servicio. .

Condiciones de diseoLas condiciones de diseo se refieren a las presiones y temperaturas de

operacin del sistema de tuberas.

Normas de diseo para temperatura y presin

Code Temperatura Presion

B31.1 La tubera deber ser diseada para unatemperatura mxima esperada enservicio. La temperatura de diseodeber ser asumida para ser la mismatemperatura del fluido y no debe ser

menor que el promedio de temperaturadel fluido y la temperatura superficial dela pared externa de la tubera.

La tubera deber ser diseadapara una presin mxima esperadaen servicio (MSOP).

B31.3 La tubera deber ser diseada para unatemperatura mxima esperada enservicio para cada componente. Esrequerido el mayor espesor segn laparte 301.2

La presin de diseo de cadacomponente deber ser no menorque la mxima presin encondiciones extremas, excepto lasprovistas en la parte 302.2.4.

B31.4 La tubera deber ser diseada para unatemperatura esperada en servicio o

operacin normal. No es necesario variarel esfuerzo de diseo para lastemperaturas entre 20 F y 250 F.

La presin de diseo de uncomponente o la tubera deber

ser no menor que la presininterna de diseo y mayor a lapresin esttica.

B31.8 No se disea por temperatura. El cdigosolo menciona temperatura ambiente otemperatura del terreno (1975)

La presin de diseo es la mximapresin permitida por el cdigocomo determinada por el diseo.

Z662 Se toma la diferencia de temperatura La presin de diseo de cualquier


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para tuberas fijas entre la mximatemperatura del metal y del fluido.

localizacin deber serespecificada por el diseador y nodeber ser menor que la presinde operacin..

Diseo de tuberas segn B31.1B31.1 esencialmente limita la presin de diseo a tres pasos :Espesor mnimo por presin :

tmin =

( )

)(2 PYSE

DoP

+

+ A , or

t = )(2

22

PPySE

yPASEdP

+

++

El limite esta basado en el limite del esfuerzo que deber ser menor que elmximo esfuerzo a la temperatura. Este limite esta basado en el esfuerzo defluencia del material.Mximo esfuerzo longitudinal por cargas sostenidas (SL ):

SL Sh ; Esfuerzo longitudinal deber ser menor que el esfuerzo mximo a latemperatura. Este limite Este limite esta basado en el fuerza de fluencia delmaterial.

Slp= tn

DoP

4

Esfuerzo por desplazamiento calculado SE :SE Sa = f(1.25 Sc + 0.25 Sh).

Donde

Sh = Esfuerzo en calienteSc = Esfuerzo en friSa = Esfuerzo admisiblef = Factor por fatiga


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SE esfuerzos causados por desplazamiento trmico por contraccin o asociado aexpansin por elevacin de la temperatura. El limite esta basado enconsideraciones de fatigaDonde la suma de los esfuerzos longitudinales deber ser menor que elesfuerzo a la mxima temperatura Sh, la diferencia puede ser usada como unaexpansin trmica adicional.

SE = tbSS

22

4+

Z

ooiiMiMi

Sb

22

+

=

El factor f es un factor de reduccin por fatiga, ver tabla 2:

TABLA 2Factor f

Numero de ciclos Factor, f

7,000 y menos 1.0> 7,000 to 14,000 0.9>14,000 to 22,000 0.8> 22,000 to 45,000 0.7> 45,000 to 100,000 0.6> 100,000 to 200,000 0.5> 200,000 to 700,000 0.4> 700,000 to 2,000,000 0.3


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Diseo de tuberas segn B31.3

B31.3 esencialmente limita la presin de diseo a tres pasos :Espesor mximo por presin :

t = )(2 PYSE

DP

+

or t = SE

DP

2

or t = 2

D

+

PSE

PSE1(

(Ecuacion de Lam)El limite esta basado en el limite del esfuerzo que deber ser menor que elmximo esfuerzo a la temperatura. Este limite esta basado en el esfuerzo defluencia del material.

Mximo esfuerzo longitudinal por cargas sostenidas (SL ):SL Sh ; Esfuerzo longitudinal deber ser menor que el esfuerzo mximo a latemperatura. Este limite Este limite esta basado en el fuerza de fluencia delmaterial.Esfuerzo por desplazamiento calculado SE :SE Sa = f(1.25 Sc + 0.25 Sh).

Donde

Sh = Esfuerzo en calienteSc = Esfuerzo en friSa = Esfuerzo admisiblef = Factor por fatiga

SE esfuerzos causados por desplazamiento trmico por contraccin o asociado aexpansin por elevacin de la temperatura. El limite esta basado enconsideraciones de fatigaDonde la suma de los esfuerzos longitudinales deber ser menor que el

esfuerzo a la mxima temperatura Sh, la diferencia puede ser usada como unaexpansin trmica adicional.


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B31.4 esencialmente limita la presin de diseo a tres pasos :Espesor mximo por presin :

t = S

DPi

2

El limite esta basado en el limite del esfuerzo que deber ser menor que elmximo esfuerzo a la temperatura. Este limite esta basado en el esfuerzo defluencia del material.

SMYSES = 72.0 ,

Donde SMYS es el mnimo esfuerzo de fluencia especificado del materialMximo esfuerzo longitudinal por cargas sostenidas (SL ):

SL 0.75 SA

donde SA = SMYS72.0

SL, Esfuerzo de la carga sostenida que deber ser menor que 0,75 por elesfuerzo disponible, y Sa a la temperatura de trabajo.

Esfuerzo por desplazamiento calculado SE :Para lneas restringidas:

SL = hSvaE SMYS9.0

Para lneas libres :SE

SA


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B31.8 (1975) esencialmente limita la presin de diseo a tres pasos :Presin de diseo:

P = D

tS2

F E TF = Factor del tipo de construccin (incluye el factor de ubicacin)E = Factor de unin longitudinalT = Factor de temperatura

SMYSS = ,

Donde SMYS es el mnimo esfuerzo de fluencia especificado del materialEsfuerzo total combinado :La suma total no debe exceder S:

a) Esfuerzos combinados por expansinb) Esfuerzo por presin longitudinalc) Esfuerzo de flexin longitudinal mas carga interna y externa

Adems,

La suma de (b) + (c) 0.75 S F T

Esfuerzo por desplazamiento calculado SE :B31.8 se aplica para tuberas enterradas sometidas a expansin y flexibilidad atemperaturas de 450 F.

Para lneas sin restringir:

SE 0.72 S


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Diseo de tuberas Norma CSA Z662Z662 limita el diseo a las siguientes consideraciones :Presin de Diseo:

P = D

TJLFtS 1023

; unidades mtricasF = Factor de diseo = 0.8L = Factor de localizacin Tabla 4.1J = Factor de junta longitudinalT = Factor de elevacin de temperaturaS = Mnimo esfuerzo de fluencia especificado del material

Mximo esfuerzo longitudinal por cargas sostenidas (SL ):Para lneas restringidas (enterradas):

Sh - SL + SB 0.90 S T ; Donde, SL = aESv h (enterradas)

Sh - SL + SB S T ; (superficial, segmentos libres)

Esfuerzo por desplazamiento calculado SE :

Para lneas restringidas (enterradas):SE 0.72 S T


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Diseo de tuberas

Diseo por esfuerzo continuo

Norma Norma +

Mtodo de clculo

Sencillo Complejo

Respuesta de calidad

Conservador Preciso

Esfuerzo

Menor Mayor


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Cargas de diseo

Las normas indican lasreglas para lascondiciones de esfuerzosy alerta al diseadorsobre las cargas queactan sobre lossistemas. En suma a lascargas anteriormentemencionadas, la mayorade las normas especificanlas cargas listadas acontinuacin :

Cargas ocasionales tales como viento y terremoto Preston external

La norma tambin le indica al diseador que considere otras cargas que puedenafectar el estado de esfuerzos del sistema:

Cargas de impacto (golpe de ariete, vaci en la tubera,cargas pulsantes, etc)

Congelacin de la tubera, variaciones de la temperatura por el clima Vibracin Reacciones durante la descarga

Gradientes de temperatura Conexiones vi metlicas Efecto de soporte y restricciones Efectos cclicos

La norma no es explicita en cuanto a las cargas que pueden causar fallas en lossistemas de tuberas incluyendo ::

Pander (laminas & columnas) Carga en las conexiones a los equipos tales como

Bombas, compresores, motores, turbinas Recipientes a presion Equipos de generacin de vapor Calentadores Intercambiadores de calor

Cargas sobre equipos conectados a la lnea tales comoflanges, vlvulas, filtros, trampas.


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4.3 Seleccin de Material

Consideraciones Especificaciones de Materiales Composicin Qumica Propiedades Mecnicas Ensayo de fractura frgil Carbono equivalente Inspeccin Procedimiento de reparacin de soldadura

Seleccin de Materiales Especificaciones para sistemas de acero alcarbono

Facilidad B31.1 B31.3 B31.4

Tubera ASTM A 106 ASTM A 53

API 5L

ASTM A 53

API 5L

API 5LU

Tuber TempBaja ASTM A 333 Gr.6 ASTM A 333 Gr.6 ASTM A 333 Gr.6

Tuber Temp Alta ASTM A 106 ASTM A 106 ASTM A 106

Tornilleria ASTM A 193 B7 ASTM A 193 B7

ASTM A 320

ASTM A 193 B7

ASTM A 320

Tuercas ASTM A 194 2H ASTM A 194 2H ASTM A 194 2H

Fittings ASTM A 234 WPB ASTM A 234 WPB

Fittings Temp

baja

ASTM A 420

WPL6

ASTM A 420

WPL6

ASTM A 420

WPL6Fittings Temp

AlraASTM A 234 WPB

ASTM A 216 WCB

ASTM A 234 WPB

ASTM A 216 WCB

ASTM A 234 WPB

Flanges ASTM A 105

ASTM A 181

ASME B16.5

ASTM A 105

ASTM A 181

ASME B16.5

ASTM A 105

ASTM A 181

ASME B16.5


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Flanges LowTemp

ASTM A 350 LF2

ASTM A 352 LCB

ASTM A 350 LF2

ASTM A 352 LCB

ASTM A 350 LF2

Flanges High

Temp

ASTM A 105

ASTM A 181ASTM A 216 WCB

ASTM A 105

ASTM A 181ASTM A 216 WCB

ASTM A 105

ASTM A 216 WCB

Valvulas ASTM A 105

ASME B16.34

ASTM A 105

API 600

API 6D

API 600

Valvulas Tempbaja

ASTM A 350 LF2

ASTM A 352 LCB

ASTM A 350 LF2

ASTM A 352 LCB

Valvilas Tempalta

ASTM A 216 WCB ASTM A 216 WCB

Tal como puede ser observado en la tabla, la seleccin de materiales puede serhecha de las normas internacionales tales como ASTM y API.


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Seleccin de Materiales Especificaciones para sistemas de acero alcarbono

Facilidad B31.8 CSA Z662

Tubera ASTM A 53

API 5L

CSA Z 245.1

Tuber Tempbaja

ASTM A 333 Gr.6 CSA Z 245.1

Tuber Temp Alta ASTM A 106

Tornilleria ASTM A 193 B7ASTM A 354

ASTM A 449

CSA Z 245.

Tuercas ASTM A 194 2H

Fittings MSS SP-75 CSA Z 245.11

Fittings Tempbaja

CSA Z 245.11

Fittings TempAlta

Flanges ASTM A 105

ASTM A 372

MSS SP-44

CSA Z 245.12

Flanges Tempbaja

CSA Z 245.12

Flanges Tempalta

Valvulas ASTM A 105

API 6D

ASME B16.34

ASME B16.38

CSA Z 245.15

Valvulas Tempbaja

CSA Z 245.15

Valvulas Temp


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Alta


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Fractura Fragil

Fractura frgil es a veces una falla catastrfica del material cuando se

somete a esfuerzos a una temperatura baja para la cual el material no estadiseado porque trabaja a elevadas temperaturas.

Una Temperatura de transicin puede ser definida por 13.5, 20, 27 Joule(10, 15, 20 libra-pie) nivel de energa.Resultados del ensayo de Charpy obtenidos de la falla del barco Libertyrevelaron que las planchas nunca soportaron temperaturas mayores que20-Joule (15 libras-pie) temperatura de transicin.

Temperaturas de transicinEsta es la temperatura en la cual el material se fragiliza.

Ensayo de Charpy

Este ensayo de impacto establece la capacidad del material a deformarse acierta temperatura y con cierta carga. En este ensayo se mide la energaabsorbida por el espcimen. .

Valores mnimos del ensayo de Charpy V Notch Impact (B31.3-1999)

Tension minimaespecificada

Numero deEspecimenes

Energia

AceroscompletamenteDesoxididados

Otros aceroscompletamenteDesoxididados

Joules Ft-lbf Joules Ft-lbf

(a) Carbon &

Low Alloy Steels

Promedio de 3especimensMnimo de 1espcimen

SMTS 65 ksi

1816

1310

1410

107

65 ksi < SMTS 75 ksi

2016

1512

1814

1310

75 ksi > SMTS < 27 20


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95 ksi 20 15 Expansion Lateral

96 ksi < SMTS Minimo de 3especimenes

0.015 in

(b) Steels in P-Nos. 6, 7, 8

Minimo de 3especimenes

0.015 in


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Excepcin del ensayo de impacto por temperatura B31.3

Referido a la Figura 323.2.2 en la norma.

Esta figura provee una correlacin entre el grupo del material, el espesor dereferencia y la temperatura..


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5.- ANALISIS DE FLEXIBILIDAD EN TUBERAS

Uno de los requisitos principales en diseo de la tubera es que esta debeproporcionar la flexibilidad adecuada para absorber la deformacin del metal por

cambio de temperaturas, presin o fuerzas externas como viento, terremoto, etc.Con el crecimiento de la ingeniera y la disponibilidad de los programas decomputadora para calcular y hacer anlisis de flexibilidad en tuberas, existe lanecesidad de repasar los principios bsicos.

Este trabajo esta dirigido a tres campos fundamentales de la flexibilidad detuberas: las fuerzas y las tensiones creadas por las diferencias termicas,problemas asociados con demasiada flexibilidad y los problemas de campo.

5.1 Tensiones generadas por deformacin debido al cambio de temperatura

El trabajo de comprobar la flexibilidad de tuberas perteneca a los ingenieros muyespecializados. Hoy, con la ayuda de las computadoras, los ingenieros con poco onada de fundamentos en flexibilidad de tuberas estn haciendo el anlisismatemtico.

Muchos de estos trabajos del diseo no se hacen correctamente. Es importanteque los ingenieros que se asocian a la flexibilidad de tuberas conocer algunosprincipios bsicos.

Mientras que los cambios de temperatura de la tubera de la instalacincondicionan el funcionamiento, cuando se ampla o contrae. Esto se llamadeformacin trmica. La deformacin trmica de la tubera tiene el potencial degenerar fuerzas enormes y tensiones en el sistema.

Sin embargo, si la tubera es bastante flexible, la extensin puede ser absorbidasin crear la fuerza indebida o tensin. El proporcionar la flexibilidad adecuada esuna de las tareas principales en diseo de tuberas del sistema.

Es obvio que una tubera ms corta requiere menos gastos en inversin de capitalque otra ms larga. La disposicin ms corta tambin reduce los gastos demantenimiento debido a una presin ms pequea. Sin embargo, la disposicinms corta directa no es generalmente aceptable para absorber las cargastrmicas.

La Fig. 1 ilustra la fuerza de la cargas trmicas. Si solamente un extremo de latubera est conectado y el otro extremo esta libre, el extremo libre crece o slonga una cantidad igual a la ecuacin siguiente:


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q = e l (1)

donde:

q = cargas trmicas internas,

e = Alargamiento de la tubera

L = longitud de la tubera.

Sin embargo, porque el otro extremo no esta libre, la elongacin es absorbida porla tubera. Esto es equivalente a comprimir la tubera para mover hacia atrs elextremo la distancia de q. Esta cantidad de compresin crea una tensin de:

S = E (q/l) = E e (2)

donde:S = tensin axial, PSI;

E = mdulo de la elasticidad, PSI.

La fuerza requerida para comprimir esta cantidad es:

F = A S = A E e (3)

donde:

Figura 1 Fuerzas de Expansion Termica

l q

F


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A = rea transversal de la tubera,

;F = fuerza axial, libra-fuerza.

Por ejemplo, un aumento de la temperatura de 6 pulgadas en una tubera estndardel acero de carbono en la pared de 70 F temperatura ambiente y funciona en300F crea una tensin axial 42.300 PSI y una fuerza axial de 236.000 libras en latubera.

stos son valores excesivos aunque la temperatura es solamente 300F. Laelongacin lineal de esta tubera no es aceptable. Por lo tanto, la flexibilidad tieneque ser proporcionada.

5.2.- Mtodos de proporcionar flexibilidad

La flexibilidad en tuberas se puede proporcionar de diversas maneras. Las curvasy los apoyos necesarios para que opere la tubera a partir de un punto a otroproporcionan una cierta flexibilidad por s mismos. Esta flexibilidad inherentepuede o puede no ser suficiente dependiendo de los casos individuales. Laflexibilidad adicional puede ser proporcionada agregando lazos de expansin o las

juntas flexibles.

En la tubera del ejercicio anterior, la tensin se puede reducir por un lazoinstalado (Fig. 2) haciendo que la tubera se desplace perpendiculares a ladireccin del alargamiento. De esta manera, a cuando la tubera se ampla, doblael ramal del lazo primero antes de transmitir cualquier carga al equipo o anclaje.

Expansin

Lazo

Figura 2 Lazo de expansin


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Cuanto ms longitud tenga la rama del lazo, menos ser la fuerza creada. Lafuerza creada es inversamente proporcional al cubo de la longitud del lazo, y latensin generada es tambin inversamente proporcional al cuadrado de la longitud

del lazo. Por lo tanto, la flexibilidad de la tubera vendr determinada ms o menospor la longitud de las ramas del lazo que son perpendiculares a la direccin de laelongacin.

5.3 Calculo de la longitud del ramal del lazo

La longitud requerida del ramal se puede estimar por una viga en voladizo. Elmtodo es explicado usando una viga en cantilever, dada en la Fig. 3 comoejemplo.

A cuando el sistema de tuberas (extensin libre), los puntos B y C se mover B 'y C ', respectivamente, debido a las cargas trmicas. El diferencia dx de losmovimientos del punto final C y las cantidades dy, respectivamente, en direccionesde X y de Y, pero ninguna fuerza o tensin interna se genera sin la compresin..

B B

dxdy

y

x

a) Fuerza de expansin

l

dx

A B

C

b) Expansin

Figura 3 Aproximacin por viga en cantiliver


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Sin embargo, en el caso real, los extremos de la tubera son siempre forzados porla elongacin (Fig. 3). Esto es equivalente a mover el extremo libre C ' de nuevo alpunto original C, forzando el punto B para moverse a B ' '.

La deformacin de cada ramal se puede asumir siguiendo el comportamiento de la

viga en voladizo. Esto es conservador porque no se toma en cuenta la rotacinfinal.

La fuerza y la tensin de cada ramal se pueden ahora estimar por la frmula deuna viga en voladizo. El ramal AB es una deformacin conforme aldesplazamiento dy, y el CB del ramal es una deformacin conforme aldesplazamiento dx.

De la teora bsica de la viga, la relacin del momento y del desplazamiento estadada por la ecuacin 4 y 5:

M = 6 E I q/l2 (4)

F = 2M/l (5)

donde:

M = momento de flexin en libras-pulgadas

I = momento de la inercia de la tubera, en pulg

4

.Para las tuberas de pared delgada, la ecuacin 4 puede ser reducida ms a fondo

Substituyendo I = r3 t y S = M/(r2 t) para obtener la ecuacin 6:

S = 6Erq/l2 Edq/48L2 (6)

donde:

t = Espesor de pared de la tubera pulgadas

S = tensin de la cargas trmicas, PSI;

r = radio de la tubera, pulgadas

l = longitud de rama perpendicular a q, pulgadas

L = longitud de la rama, pie;


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D = dimetro exterior de la tubera, pulgadas

La ecuacin 6 es un frmula conveniente para la valoracin rpida de la tensin dela elongacin. Preestableciendo E = 29,0 x 10 6 PSI y S = 20.000 PSI, la ecuacin6 reduce a la ecuacin 7 para encontrar la longitud de la rama requerida para las

tuberas de acero:L = 5,5 Dq (7)

Otra frmula que se puede utilizar para un cheque rpido es la dada por el cdigode tuberas de ASME/ANSI B31 (ecuacin 8) como medida de flexibilidadadecuada, conforme a otros requisitos del cdigo:

Dy/(L-U)2 (8)

donde:

y = resultado de la deformacin total que es absorbida, pulgadas

L = longitud desarrollada en el lazo, pie;

U = distancia entre el lazo, pie de la lnea recta.

Las ecuaciones 7 y 8 son prcticamente equivalentes. Si (L-u) se considera comola longitud perpendicular, la ecuacin 8 se puede convertir a la ecuacin 7 con una

constante de 5,77.

5.4 Demasiada flexibilidad

Los ingenieros tienen una tendencia a proporcionar ms flexibilidad que larequerida. De hecho, se cree que proporcionar ms flexibilidad, es bueno yconservador para el diseo. Esto es realmente una idea falsa.

Hoy, es seguro decir que ms problemas han sido creados por flexibilidadexcesiva que los creados por flexibilidad escasa.

Una consecuencia obvia de la flexibilidad en tuberas excesiva es adicional elcoste de la tubera y la prdida de propiedades.

Adems aqul obvio, hay muchos problemas menos obvios. Por ejemplo, unsistema flexible es ms dbil cuando es atacado por el viento, terremoto y otrascargas ocasionales. Es tambin propenso a la vibracin. Aunque algunos


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dispositivos o elementos compensadores se pueden utilizar para aumentar laresistencia a las cargas ocasionales, el costo agregado puede ser substancial.

El problema ms grande asociado a flexibilidad excesiva es el cambio patronesinternos del flujo y la cambio de presin excesiva (Fig. 4). Esto no es apreciada

generalmente por los ingenieros diseadores.Para reducir la carga de la tubera aplicada a la bomba, muchos lazos se utilizanmuy a menudo en la tubera de la bomba. Mientras que esto pudo habersolucionado el problema del cargamento de la bomba en el papel, en realidadpuede hacer el sistema totalmente inoperable.

Para asegurar una operacin eficiente de la bomba, cierta cantidad mnima de laSuccin neta positiva (NPSH) debe ser mantenida. Si no, vaporizacin y lacapitacin pudieron ocurrir en el lado de la succin. Esto puede reducirgrandemente la capacidad de la bomba, as como eficiencia de la bomba.

La implosin de burbujas de vapor puede generar enormes fuerzas de impactoque pueden daar las piezas internas de una bomba. Porque muchas bombas,tales como : bombas de agua de alimentacin del condensado y de la caldera,estn funcionando en una temperatura cercana a la de saturacin del lquido, esmuy difcil proporcionar el NPSH requerido.

Muy a menudo, los tanques de almacenaje en el lado de la succin tienen que serelevados a la porcin superior del edificio. En la disposicin de una planta qumica,los ingenieros no tienen generalmente el lujo de elevar un tanque de almacenajetan arriba como se requiere.

Cambio del patrn del flujo. El flujo del liquido para el diseo de una tubera esun flujo laminar. Despus de agregar muchos codos, se cambia el flujo asolamente turbulento. . Este cambio del patrn del flujo puede reducirgrandemente la capacidad de la bomba y eficacia.

Formacin de vapor. Con todos los codos agregados y las tuberas, la cota depresin del sistema puede ser estimado muchas veces ms arriba queoriginalmente. Por lo tanto, no slo es posible crear la capitacin en la succin dela bomba, sino que la vaporizacin puede ocurrir realmente en la seccinhorizontal media de la tubera. Esta vaporizacin crea espacios localesintermitentes de vapor a lo largo de la tubera. Este tipo de flujo de liquidovaporizado produce fuerzas enormes de flujo en los codos, haciendo que elsistema de tuberas falle por vibracin..

Adems, el vapor puede generar otro problema adicional cuando fluye a la porcinms baja del sistema, generando el golpe de ariete que se transmite a travs delsistema entero.


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Los beneficios del programa de computacin Despus de notar las limitaciones deprogramas de computacin, tambin debe decirse que la computadora es rpida,exacta y barata.

Un sistema muy simple puede tomar un medio da de trabajo usando los clculos

a mano de plano y escritorio.El mismo sistema puede hacerse por unos minutos por la computadora con laayuda de un paquete del software que cuesta tan barato como 500 dlares.

Adems, el software puede ocuparse de casi cualquier complejidad del sistema, yel clculo de la mano slo es prctico para los sistemas muy simples.

Las frmulas como las Ecuaciones 7 y 8 son buenos al ayudar al desarrollointuitivos de un ingeniero y sentido comn pero demorando en el dominio declculo manual.

Ms paquetes de software de flexibilidad precisos y disponibles son capaces dehacer mucho ms que un anlisis de flexibilidad.

Ellos se llaman a menudo programa para anlisis de tensin de tuberas e incluyems que el anlisis de flexibilidad. Ellos pueden manejar temperatura, el peso,terremoto, viento, presin y muchas otras cargas. Ellos no slo verifican la tubera,si no tambin el equipo que esta une, como las bombas, turbinas, compresores ytanques. Ellos tambin pueden seleccionar los ganchos, soportes, los flanges ycalculan las cargas de apoyo.

Hay todava algunas cosas bsicas que no hacen muchos de los paquetes. Losiguiente son algunos ejemplos:

o El rango de tensin F o el anlisis de flexibilidad, el cdigorequiere que la diferencia de tensin entre las condiciones queopera incluso el cierre tiene que ser evaluado. Este rango detensin l normalmente no se calcula por los paquetes.

o Tensin admisible. Cada categora de tensin cdigo-admisible esfija para algunos programas., Todava la mayora de los paquetescomparan la tensin aceptable con slo una sola condicin de carga.

o Los Ganchos o soportes colgantes. Algunos de los paquetes han

simplificado el clculo para los apoyos. Esto ha llevado a lasconclusiones malas sobre la necesidad de soportes colganteso Friccin del apoyo. Muchos de los paquetes no calculan la friccin

de apoyo propiamente.


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INSPECTION REQUIREMENTSProject No. Project Name Requisition No. Page 1 of 1

Equipment / Material Rev. No.Large Bore Flanges & Fittings 0

DOCUMENTATION: In addition to the copies required in Section III, one copy of the Documents marked (X) mustprovided by the Vendor to the Inspector w hen he/she visits the Shop.

ASME Code Report Burst Test

Material Certificates (Mech. and Chem. Test Reports)

Charpy Impact Tests

Postw eld Heat Treatment

Hardness Test

Performance Test Curves

Nameplate Rubbings or Fascimile

Certificate of Compliance

Certificate of Compliance (Batch Tests)

Union Label (Describe)

Valve Manufacturer's Certificate

Surface Preparation and Coating Reports

Calibration Certificates for Manufacturer's Equipment

PROCEDURES : The procedures and qualifications checked below are subject to approval byengineering prior to fabrication.

High Pot Test Procedures Tube Rolling Procedures

Motor Test Procedures Tube Cleaning and Installation Procedure

Machining Procedures Quality Control Procedures

Welding Procedures (WPS and PQR) Surface Preparation, Painting & Coating Procedures

Welding Repair Procedures (WPS and PQR) Preparation f or Shipment Procedure

Noise Test Procedures Performance Test Procedure

Routine Electrical Procedures Material Hardness Test Procedures

NDT Procedures QC Inspection and Test Plan

Heat Treatment Procedure Calibration Procedure

Casting Repair Procedure

Hydrotest Procedure

INSPECTION CHECKLIST: The Inspector may check (C), review (R), approve (A) and/or w itness (W) the

follow ing items marked (X) below .Welder's Qualif ications (R) Sandblast, Painting, Coating and Galvanizing (A)

Draw ing and Procedures (R) Mechanical/Electrical/Pneumatic Run Test (W & A)

Material Test Reports (C, R, & A) Nameplates, Tagging (C); Marking

Hydrotest (C) Machining Tolerances (C)

Performance Test (W on one pump per model) Tube Cleaning and Installation Procedure (R)

Complete Train Test (W & A) Tube Bundle Insertion (W & A)

NPSH Test ( A) One per pump model Shop Fit Up Prior to Assembly (W)

Sound Level Test Compliance w ith Specif ications (C)

Dimensional Check (C ) Cleanliness Prior to Shipment (C)

NDT (R) Electrical and Mechanical Runout (C)

Charts (C) Wiring Continuity/High Pot Test (C)

Rotor Balancing (R) Flange Face Finish (C)

Compliance wi th Dimensional Outline Drawing (C) Final Equipment Inspection (A)

Compliance w ith Vendor's P&ID (C) Final Packaging Inspection (W & A)Coupling Type and Size (R) Seal Pressure Test (C)

Coupling Hub Contact

Notes: 1) The Contractor's inspector or designate shall have access to Vendor 's premises for the purpose of documentatioauditing or source inspection.

Note: Mark all revisions in column "R" w ith revision number


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5.5 Criterio para el anlisis de flexibilidad

El Criterio para el anlisis de esfuerzo establece el procedimiento paraanalizar un sistema por flexibilidad tal como sigue :

Casos a ser analizados: Todas las tuberas conectadas a bombas, compresores,

turbinas y otros equipos rotativos

Todas las tuberas conectadas a compresores reciprocantes

Todas las tuberas conectadas a vlvulas de alivio de presin

Todas las categorias M

Todas las tuberas sobre racks (con discrecin)

Todas las tuberas para aire acondicionado

Todas las tuberas de vaci

Todas las tuberas con aislamiento

Todas las tuberous enterradas

Todas las tuberas no metlicas

Todas las tuberas que manejan vapor

Todas las tuberas con dimetro de 16 pulgadas o mayores

Todas las tuberas con dimetro de 6 pulgadas y

temperatura mayores a 500 F Todas las tuberas con temperatura mayores a 750 F

Todas las tuberas requeridas por el departamento dediseo.

Todas las tuberas requeridas por el cliente.

5.6.- SOLUCIONES CON JUNTAS DE EXPANSION

MOVIMIENTOS AXIALES

EJEMPLO 1


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En este primer ejemplo, una tubera recta larga, anclado en los bordes, debeestirarse por calor. Una sola junta de expansin de tipo se usa con las guas detubera en un punto intermedio. En la practica, la junta de expansin localizadacerca del anclaje, en este caso adyacente al codo, impide que este anclaje sufradeformacin. La primera gua debe localizarse cerca de la junta de expansin,

para que la desviacin se limite a la direccin axial esperada. La segunda gua selocaliza relativamente cerca del primer apoyo para prevenir cualquier arqueo de latubera. ,El espacio de las guas restantes debe seguir las recomendaciones de lasnormas de EJMA..

EJEMPLO 2

Si la longitud recta de tubera es muy larga, se recomienda que la tubera seadividida en los segmentos menores con un anclaje intermedio. En esta manera, elmovimiento de la tubera y direccin de movimiento es ms controlado. Una juntade expansin se pone entre cada uno de los anclajes, para absorber el diferencialtrmico de esa seccin de tubera. Las muestras del diagrama anterior estearreglo y el las guas recomendadas que es consistente con la discusin enEjemplo 1.

EJEMPLO 3


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En este ejemplo, la misma lneacontiene un reductor, y por consiguiente, la longitud de la tuberaconsiste en dos dimetros diferentes.Desde que la presin empuja en los

anclajes principales es una funcin dela presin medir el rea de las juntasde expansin, si slo una junta deexpansin de cualquier tamao de latubera fuera usada, una porcin de lapresin empujada existira en la pared

de la tubera como una fuerza de condensacin, mientras tendiendo a arquear latubera. Localizando un anclaje principal en el reductor, la dilatacin trmica decada pedazo de tubo se confina a ese pedazo de tubo, y una junta de expansinse mantiene en cada seccin. En este caso, las juntas de expansin se localizanadelante del reductor que satisface la necesidad de localizarlo cerca de un anclaje.

EJEMPLO 4

Cuando una tubera principal tiene dos ramales fuera de una seccin larga detubera recta, la configuracin mostrada sobre utiliza el Ejemplo 2 arreglo para elpedazo de tubo principal; sin embargo, en lugar de un anclaje intermedio, unanclaje principal debe usarse en la tee. Este anclaje principal resiste la presinde la lnea del ramal. De nuevo, todas las juntas de expansin se localizan cerca

del anclaje, y l con guas en todas las tuberas.


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EJEMPLO 5

En este ejemplo la tubera toma un cambio en la direccin con un codo. Ladilatacin trmica axial de la tubera horizontal est absorta con una presinque equilibr la junta de expansin de codo, para que una ancla principal nose requiera al codo. Una ancla intermedia se localiza al codo tal que lapierna vertical no necesita igualar se resiste las fuerzas de la primavera dela junta de expansin cuando desva. Con la presin las juntas deexpansin equilibraron, la pared de la tubera est en la tensin, desde queel empujn de presin es equilibrado dentro de la tubera y junta deexpansin. Como resultado, l guiando extenso con tal de que para losejemplos anteriores puede eliminarse. Normalmente, es la prctica buena.

EJEMPLOS QUE USAN GANCHOS DE SUSPENSIN Y JUNTAS DEEXPANSIN COMO BISAGRAS

Cuando la dilatacin trmica u otros movimientos pueden doblar una tubera parabajar las tensiones, un punto de deformacin controlado puede agregarse con unabisagra o junta de expansin, La junta de expansin limitar la torsin a slo unplano, y los ganchos de suspensin permitirn la torsin en todos los planos. Latubera siempre est en tensin porque la presin se contiene dentro del sistema,y la presin principal de empuje no requiere anclar la tubera. Generalmente, senecesitan slo guas y los anclajes intermedios, como es mostrado en losejemplos..

EJEMPLO 6


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Dos juntas de expansin de tipo bisagra en toda la longitud de la tubera recta

permitirn la desviacin lateral de la tubera, as como una expansin general. Sinembargo, el crecimiento termal axial no se absorber dentro de las juntas deexpansin. Este ejemplo usa un pedazo de tubo recto flexible entre dos codos queaceptan la dilatacin trmica.

EJEMPLO 7

En este ejemplo un favorablemente la vuelta del tubo flexible se crea con un juego

doble del arreglo mostrado en Ejemplo 6. El tope del lazo es anclada con unaanclaje intermedio, y cada lado opera independientemente del otro.

EJEMPLO 8


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Un reemplazo muy eficaz para un lazo de la tubera rgida se muestra aqu contres juntas de expansin tipo bisagra. Deben usarse las guas de la tubera cercade las juntas de expansin exteriores. Se necesitan slo anclajes intermedios.

EJEMPLO 9

El sistema mostrado en este ejemplo acepta las desviaciones en todas lasdirecciones y opera de la misma manera como el lazo mostrada en Ejemplo 8.Porque el movimiento de cada lazo es controlado, y limitado a slo doblar, es unode los arreglos ms fiables para la tubera grande y desviaciones del deposito.Cuando se usan las juntas de expansin de bisagra, los movimientos se confinana un solo plano. Cuando por lo menos se usan dos juntas de expansin, losmovimientos aceptados pueden estar en todas las direcciones y en cualquierplano.

EJEMPLOS DE MOVIMIENTOS LATERALES Y ANGULARES

A menudo el arreglo de tuberas tiene limitaciones de fuerza, el nmero de ciclosde operacin, ya que las desviaciones no pueden ser en los movimientos axialessimples como descritas anteriormente, pero sern movimientos laterales,angulares o combinaciones de todos estos. Los siguientes ejemplos muestrancmo se resuelven los problemas con los tipos diferentes de juntas de expansin,mientras fijando y guiando los arreglos.

EJEMPLO 10


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En este ejemplo, si la presin y desviaciones son bajas, una sola juntas deexpansin pueden absorber la dilatacin trmica de ambos tramos de la tubera enque la juntas de expansin se localizan, y la tubera perpendicular. El crecimientode la tubera perpendicular produce la desviacin lateral en la juntas de expansin,mientras la desviacin axial absorbe el crecimiento de la longitud horizontal. Deesta combinacin de movimientos por consiguiente, se ocupa con una sola juntasde expansin. La presin no puede ser resistida por la juntas de expansin y unanclaje direccional debe proporcionarse al codo para permitir que el codo sedesvi verticalmente.

EJEMPLO 11

Como en Ejemplo anterior, una sola juntas de expansin absorben la desviacinlateral y la dilatacin trmica de la tubera horizontal larga.


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5.7.- Programas para calcular flexibilidad

Nombre del producto:

CAESAR II

Compaia que lo fabrica:Mecnica:Flexibilidad de Tuberas, esttico y dinmico

CAESAR II El programa lder en el anlisis deesfuerzos en tuberas. La herramienta preferidapor los profesionales del rea por su fcil uso,exactitud y reconocida aceptacin mundial.

Pentium, Win 95+/ NT, 32Mb, 60Mb disco

CAESAR II es el programa para anlisis de esfuerzos en tuberas preferido por losprofesionales del rea por su fcil uso, exactitud y reconocida aceptacin mundial.CAESAR II hace del modelaje de redes de tuberas sujetas a cargas dinmicas, peso,presin, temperatura, ssmicas y otras cargas estticas, una tarea sencilla.

CAESAR II es un programa totalmente interactivo, utilizado para el anlisis esttico ydinmico de redes de tuberas, as como tambin el trabajo de acero. Sus extraordinariascaractersticas incluyen una capacidad virtualmente ilimitada de resolucin de problemas(ms de 3000 elementos).


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Entre las capacidades de anlisis esttico del CAESAR II se incluyen:

Anlisis de cargas generados automticamente especificados por el usuario Posibilidad de visualizar simultneamente modelos estructurales y de tuberas, de

forma tal que se puede observar el efecto no lineal estructura-tubera, grfica ynumricamente

Chequeo automtico de errores

Generacin de carga por vientos segn la ASCE

Consideraciones especiales de deformaciones de las tuberas a altas temperaturas

(thermal bowing)

Evaluacin de esfuerzos en recipientes y boquillas segn las normas: WRC 297,WRC 107 y ASME seccin VIII divisin 2.


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En el anlisis dinmico, CAESAR II lo gua a travs del proceso de especificaciny adquisicin de los datos necesarios para el anlisis dinmico. Las capacidadesde anlisis dinmico incluyen:

Anlisis modal y clculo de frecuencias naturales Evaluacin de excitaciones por fuerzas armnicas y desplazamientos

Animacin de la respuesta dinmica del sistema

Combinacin de cargas dinmica y esttica

Anlisis de cargas por impacto

Anlisis de espectro para carga de impacto, sismos, y excitaciones pormovimientos independientes de los soportes

Clculos de cargas por empuje y aumento de presiones por vlvulas de alivio

Interfase con programas de clculos hidrulicos (LIQT, PIPENET)

CAESAR II opera con una gran cantidad de cdigos de tuberas: americanos(B31.1, B31.2,B31.3, B31.4, B31.5, B31.8, ASME seccin III clase 2&3),canadienses, britnicos, franceses, noruegos, holandeses y alemanes.


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Nombre del producto:

ARROW

Compaia que lo fabrica:

Hidrulica : gases

La herramienta, de bajo costo y fcil uso, que laindustria requiere para el modelaje de redes defluidos compresibles (gases)

Win 3.1+, 32Mb, VGA, 5Mb disco.

Con AFT Arrow, podr modelar el flujo de gases reales involucrados en procesos reales con gran exactitud. AFT Arrow va ms all y calcula las nmero de Match como parte de su metodologa de solucin, lo que le permitir estudiar el efecto de altas velocidades de flujo y posibles efectos sn

AFT Arrow le permite olvidarse de las poco conservadores suposiciones de flujo den redes hidrulicas. Es una herramienta confiable que no toma atajos. Usa todas las erigurosas simultneamente para brindarle confiabilidad a su ingeniera.


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Capacidades tcnicas de AFTArrow:

Modela tanto sistemas conbajas velocidades como conaltas velocidades de flujo

Determina la distribucin delflujo de gas y resuelve losesenciales balances de energaen las redes de tuberas degases simulatneamente

Modela ramificaciones, lazos,sistemas abiertos y cerrados

Modelaje de redes de hasta1000 tuberas y 315 uniones

Modela mltiplescompresores en el sistema

Modela las vlvulas de control deflujo

Contiene una base de datos conlas prdidas de carga para msde 400 componentes

Clculo automtico de losfactores de friccin usando elalgoritmo de Colebrook-White

Modelos estndares deexpansin, contraccin, tes,codos, vlvulas, placas orificio yvisualizadores

Correlaciones para calculardinmicamente las prdidas decarga en tes y conexiones

Preparacin del listado demateriales

FACIL USOFACIL USO

ECONMICOEXACTO

Olvdese de los costosossobredimensionamientos!


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AFT Arrow, es su mejor eleccin para realizar anlisis y diseos de redes de gases, suscaractersticas le permiten llegar a modelar hidrulicamente sistemas de alimentacinpropulsin de aeronaves.


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5.8.- Ejemplo de calculo de flexibilidad.Este ejemplo consiste en calcular la expansin trmica de una tubera yposteriormente si es necesario colocar lazos de expansin, guas y anclajes olimit stop (tope limite)

El problema consiste en una tubera que pasa por un rack con una longitud de500 pies, con dos cambios de direccin como se muestra en la figura siguiente .

Datos de la tubera :

1. Material : Acero tipo A52 GrB

2. Dimetro Nominal : 8 pulg

3. Temperatura de diseo : 750 F

Fig 1 Esquema para el anlisis de la tuberia

tubera

500 pies


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4. Presin de diseo : 350 PSI

5. Producto o fluido : Vapor de agua

6. Aislante : Lana Mineral

7. Coeficiente de friccin 0,3

8. Coeficiente de corrosin : 0,05 pulg

:CALCULOS REALIZADOS :

1.- Primero se debe ubicar el coeficiente de expansin trmico lineal (e). Usandoel valor de la temperatura de 750 F en la tabla C-1, Anexo 1. Para este acero seobtiene un e = 0,0616 pulgadas/pie.

2.- Luego se calculo la expansin total en la direccin Este . Oeste

= e * L = 0,0616 pulgadas/pie * 500 pie = 30, 5 pulgadas

La practica recomienda que esta expansin no debe ser mayor que 12 pulgadas,por lo tanto se requiere de lazos de expansin :

3.- Se determina el numero de lazos de expansin dividiendo la expansin totalentre la mxima expansin permitida

Numero de lazos = / mxima expansin permitida

Numero de lazos = 30, 5 pulgadas/12 pulgadas = 2,57 ~ 2 Lazos de expansin

4.- Colocacin de los soportes :

Se asume el span (distancia entre soporte o luz) sabiendo que la tubera pasapor un piperack , a una distancia de 20 pies.

5.- Se recomienda colocar los anclajes a una distancia mnima aproximada igual aun 1/3 de la longitud total. Partiendo del medio se colocan los anclajes a unadistancia de 180 pies.

6.- Posteriormente se calcula la nueva expansin absorbida por el lazoconsiderando la distancia a la cual se ubican los anclajes :


7.- Una vez calculada la expansin se dimensiona el lazo


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a.- Se determina el coeficiente de esfuerzo K

K = Mximo esfuerzo admisible en los anclajes / Expansin adsorbida por el lazo

K = 20.000/11.09 = 1.903,42 PSICon el dimetro nominal de la tubera (DN = 8 ) y el espesor de paredcorrespondiente ( t= 0,375 ), se fija l numero de curva (NC =8), Ver anexo 2Coeficiente de esfuerzo K.

b.- Con el Coeficiente de esfuerzo K, se busca la interseccin con l numero decurva (NC =8), y se lee en la horizontal la longitud mnima requerida H = 23 pies,Ver anexo 2 Coeficiente de esfuerzo K.

Para el dimensionamiento del lazo, se lee el ancho del lazo W= 20 pies, as comolas guas A= 20 pies, que corresponden a tuberas entre 3 y 20 y B=2 quecorresponden a tuberas entre 3 a 8-

8.- Determinacin de las fuerzas trmicas en los anclajes del lazo.

a.- Con l numero de curva ( NC) y la longitud mnima requerida H, se determinael Coeficiente de Fuerza C, leyndose del C = 66 libras/pulgadas, Ver anexo 3Coeficiente de fuerza C

b.- Fuerza trmica (Ft)

Ft = . Coeficiente de fuerza C* Expansin absorbida por el lazo

Ft = 66 * 11,09 = 731,94 libras-

9.- Localizacin de las guas de la direccin Norte-Sur

a.- Se determina la expansin en el cambio de direccin


Con esto se garantiza una expansin menor de 6 en los cambios de direccin,parmetro este considerado como aceptable.

b.- Usando el Esfuerzo admisible bsico de los anclajes igual a 20.000 PSI y laexpansin en el cambio de direccin = 4, 31 pulgadas, con la ayuda delnomograma B, Ver anexo 4, se determina la longitud mnima requerida para lalocalizacin de la gua, obtenindose un valor de 57 pies. Se coloca la gua a 70pies.


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10.- Localizacin de las guas de la direccin Oeste-Este

a.- Se determina la expansin en el cambio de direccin


b.- Usando el Esfuerzo admisible bsico de los anclajes igual a 20.000 PSI y laexpansin en el cambio de direccin = 5,54 pulgadas, con la ayuda delnomograma B, Ver anexo 4, se determina la longitud mnima requerida para lalocalizacin de la gua, obtenindose un valor de 60 pies. Se coloca la gua a 60pies.

11.- Fuerzas trmicas en los anclajes debido a las guas de direccin Norte Sur.

a.- Con la ayuda del nomograma A, ver anexo 5, se ubica en la escalacorrespondiente, el dimetro nominal de la tubera. En caso de que el schedule dela tubera sea diferente al peso Standard, se usa la escala.

Momento de inercia de la tubera. Y sobre la escala Longitud de tubera selocaliza la longitud L =70 pies.

b.- Al interceptar estos dos puntos, se obtiene sobre la escala de Pvot line elpunto correspondiente.

c.- Luego con la expansin trmica que se produce en el cambio de direccin =5,54 pulgadas, se determina sobre la escala Force, el valor de la fuerza trmicaen los anclajes. Obteniendo una Ft < 200 libras.

12.- Fuerzas de friccin en los anclajes del lazo.

a.- Se calcula el peso total de la tubera por unidad de rea . Tabla de pesos ypropiedades . Ver anexo 6.

Peso de la tubera : 28,56 libras/pies

Peso del fluido : 21,68 libras/pies

Peso del aislante : 7,4 libras/pies

Total 57,64 libras/pies

13.- Fuerza de friccin en el anclaje 1 :

a- Lado Este


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Ft1 = Coeficiente de friccin * Peso total * longitud

Ft1 = 0,3*57,04 lb/pie*70 pie = 1210,44 libras

b.- Lado OesteFt 2= Coeficiente de friccin * Peso total * longitud

Ft2 = 0,3*57,04 lb/pie*(80 + 23/2) pie = 1582,22 libras

14.- Determinacin de las fuerzas Desbalanceadoras

Fd = ( Ft1 + Ft2) = (731,94 + 1582,22) (200 + 1210,44) =903,72 libras

15.- Curvatura o pandeo en la mitad y en la base del lazo

a.- Se determina la expansin entre los anclajes del lazo

= e * L = 0,0616 pulgadas/pie * 180 pie = 11,09 pulgadas

b.- Se determina la distancia entre las guas del lazo :

L = 60 pies W = 20 pies y H =23 pies

c.- Se calculan las relaciones W/H y L/W

W/H = 20/23 = 0,87

L/W = 60/20= 3

d.- Para determinar la expansin de la mitad del lazo se hace uso de la graficapara la determinacin de la deflexin . Anexo 12 de TECNOFLUOR. En la figura 1con el valor de W/H y L/W, se determina en la horizontal el valor de delta b/delta L= 0,55

Luego :

Delta b = 0,55 *11,09 = 0,09 pulgadas

Indicando as la curvatura en la parte superior del lazo.


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e.- Para la deflexin de las bases del lazo se utiliza la figura 2 con el valor de W/Hy L/W, se determina en la horizontal el valor de delta a/delta L = 0

Delta a = 0 *11,09 = 0 pulgadas

16.- Expansin NODO 60 Direccin x

= e * L = 0,0616 pulgadas/pie * 70 pie = 4,31 pulgadas = 109,5 milmetros

17.- Expansin NODO 60 Direccin z

= e * L = 0,0616 pulgadas/pie * 90 pie = 5,544 pulgadas = 140,8 milmetros

18.- Esfuerzo admisible bsico

Sh = 13.000 PSI

Se toma del cdigo ANSI/ASME B31,3 segn la temperatura de diseo y el tipo dematerial19.- Intensificadores de Esfuerzos

h = T-R/r22 = 0,224

R1 = 1,5 * DN = 1m5 * 8 = 12

T = 0,322

R2= OD-T/2 = 8,625-0,032/2 = 4,15

I0= 0,75/h2/3 = 0,75/0,2242/3 = 2,03

I1= 0,9/h2/3 = 0,9/0,2242/3 = 2,67

20.- Esfuerzos longitudinales debido a presin

S1p = P*D/4(tm-c) = 350 *8,625/4*0,322 = 2343,75 PSI

21.- Esfuerzos Admisible de expansin

Sa = f (1,25 ( Sc + Sh)-Sl) = 1( 1,23 *( 20000 +13000) -2343,75 ) = 38.906,25 PSI

22.- Esfuerzos de flexin :

Lado Direccin Sentido Longitud L3 (pie3) Expansion


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(pulgs)L1 Z + 90 729000 5,54L2 X + 70 343000 4,31

Kx= Ec*D*Dx/48* Ly3+* Lz3) = 29,5 x 106 *8,625*4,31/48*729000= 31,25

Kz= Ec*D*Dz/48* Lx3+* Ly3) = 29,5 x 106 *8,625*5,54/48*343000= 85,67

a.- Tensiones mximas

L1 = S1 = Kz* L1 = 31.35 * 90 = 2821,5 psiL2 = S2 = Kz* L2 = 85,67 * 70 = 5996,9 psi

b.- Momentos flectores mximos

M1 = C* S1 = 0,503* 2821,5 psi = 1418,21 libra-pie

M2 = C* S2 = 0,503* 5996,9 psi = 3016,44 libra-pie


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..
http://216.239.37.104/translate_c?hl=es&u=http://www.engineer.ca/&prev=/search%3Fq%3Dtutorial%2Bpiping%2Bdesign%26num%3D100%26hl%3Des%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26oe%3DUTF-8%26sa%3DGhttp://216.239.37.104/translate_c?hl=es&u=http://www.engineer.ca/&prev=/search%3Fq%3Dtutorial%2Bpiping%2Bdesign%26num%3D100%26hl%3Des%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26oe%3DUTF-8%26sa%3DG

Analisis de Flexibilidad en Tuberiasfinal

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