CURSO B31.3 (GRISES)

1

ASME B31.3 Código para Tuberías ASME B31.3 Código para Tuberías

de Proceso para Facilidades, de Proceso para Facilidades,

Refinerías y Plantas PetroquímicasRefinerías y Plantas Petroquímicas

Presentado por:

Ing. Fernando Dávila T., MBA

ASME Authorized Global Instructor

[email protected]

201111

Normas ASME de TuberíasNormas ASME de Tuberías

� B31.1 Power Piping

� B31.3 Process Piping

� B31.4 Pipeline Transportation Systems for

Liquid Hydrocarbons and Other Liquids

� B31.5 Refrigeration Piping

� B31.8 Gas Transmission and Distribution

Piping Systems

� B31.9 Building Services Piping

� B31.11 Slurry Transportation Piping

Systems 22

2

Normas ASME de TuberíasNormas ASME de Tuberías

� B31.12 Hydrogen Piping and Pipelines

� B31.Q Pipeline Personnel Qualification

� B31.E Standard for the Seismic Design and

Retrofit of Above-Ground Piping Systems

� B31.G Manual for Determining the

Remaining Strength of Corroded Pipelines

� B31.J Standard Test Method for

Determining Stress Intensification Factors

� B31.T Standard Toughness Requirements

for Piping33

Otras Normas ASMEOtras Normas ASME

� BPE-1 Bioprocessing Equipment

� PVHO-1 Pressure Vessels for Human

Occupancy

� HPS High Pressure Systems

� BPVC Section IX Welding and

Brazing Qualifications

44

3

55

Sistema de TuberíasSistema de Tuberías

Tuberías

Accesorios (codos, reducciones, conexiones

a ramales, etc.)

Bridas, empaques, espárragos

Válvulas

Soportes de tubería

66

La ASME B31.3La ASME B31.3

Suministra los requisitos para:

- Diseño

- Erección

- Materiales

- Inspección

- Fabricación

- Pruebas

4

77


Se aplica en plantas de proceso incluyendo:

- Refinerías

- Plantas de papel

- Plantas químicas

- Plantas de semiconductores

- Plantas farmacéuticas

- Fábricas textiles

- Plantas criogénicas

88


El alcance de la B31.3 son todas las tuberías

con sus componentes, para todos los fluidos:

Materia prima, intermedios, y productos químicos

terminados

Productos del petróleo

Gas, vapor, aire, y agua

Sólidos disueltos en un fluido

Refrigerantes

Fluidos criogénicos

5

99


Interconexiones dentro de equipos en

paquete

Exclusiones especificadas en el alcance:

1. Sistemas de tuberías con presión mayor a 0 psi y menor

a 15 psi (105 kPa), asegurando que el fluido manipulado

no es toxico, no es inflamable, y no afecta a los

humanos al contacto y su temperatura de diseño está

entre – 20ºF y 366ºF (-29ºC y 186ºC).

2. Calderos de potencia de acuerdo al Código BPV Section

I y tuberías externas a los calderos que se requiere

cumpla con la B31.1;

1010


3. Tubos, cabezales de tubos, cruces, y múltiples de

calentadores de fuego, que son internos en el cuerpo del

calentador.

4. Recipientes de presión, intercambiadores de calor,

bombas, compresores, y otros equipos de fluidos o de

proceso, incluyendo las tuberías internas y las

conexiones a tuberías externas.

6

1111


1212


También se excluyen:

- Sistemas de protección contra incendios

- Sistemas sanitarios y de aguas lluvias

- Plomería

- Tuberías de transporte (B31.4, B31.8, y

B31.11)

- Tuberías de calderos (Sección I, BPVC)

7

1313


Son opcionales:

� Tuberías de vapor de un caldero que no

estén incluidas en el ASME BPVC, Section I

� Tuberías de refrigeración que son parte de

un sistema compacto

1414

La ASME B31.3La ASME B31.3Apéndice Título

A Esfuerzos Permisibles y Factores de Calidad para Tubería Metálica y Materiales de

Pernos

B Tablas de Esfuerzos y de Presión Admisible para No-metálicos

C Propiedades Físicas de Materiales de Tuberías

D Factores de Flexibilidad y de Intensificación de Esfuerzos

E Estándares de Referencia

F Consideraciones de Precaución

G Salvaguardas

H Cálculos de Muestra para Refuerzos de Ramales

J Nomenclatura

K Esfuerzos Admisibles para Tubería de Alta Presión

L Bridas de Aleaciones de Aluminio para Tubería

M Guía para Clasificar los Servicios de Tubería

P Reglas Alternativas para Evaluar el Rango de Esfuerzos

Q Programa de Sistema de Calidad

S Ejemplos de Análisis de Esfuerzos de Sistemas de Tuberías

V Variaciones Permisibles en Servicio de Temperatura Elevada

X Juntas de Expansión Metálica de Fuelle

Z Preparación de Consultas Técnicas

8

1515


La ASME B31.3 suministra el mínimo de

requisitos para seguridad.

No es un manual de diseño

Es aplicable sólo con tubería nueva.

Tubería que ha estado en servicio no está en

el alcance del Código.

Utilice el API 570, Piping Inspection Code, para tubería que ha sido puesta ya en

servicio

1616


La ASME B31.3 no da directivas para

operación o mantenimiento de sistemas de

tubería.

Los requerimientos del Código son

suficientes para un diseño adecuadamente

seguro.

Puede haber elementos que no están

aprobados ni prohibidos, pueden ser

utilizados si se prueba que califican.

9

1717


En casos especiales se pueden aplicar requisitos mas rigurosos

Métodos mas rigurosos de análisis pueden ser utilizados cuando el caso lo amerite, como elementos finitos, pero deberán justificarse.

Se pueden también usar otros tratamientos térmicos, se puede recalificar elementos, y las temperaturas de esfuerzos admisibles pueden ser excedidas.

1818


En Europa la ASME B31.3 ha sido referenciada por la ISO 15649.

Para facilitar el uso internacional de esta norma, se aprobó la Norma ISO/WD 15649, Petroleum and natural gas industries –piping

Esta Norma ISO suministra requisitos técnicos adicionales, tales como provisiones para tuberías enterradas.

10

1919

2020

Esfuerzos en las TuberíasEsfuerzos en las Tuberías

11

2121

Organización de la ASME B31.3Organización de la ASME B31.3

El Código incluye tres categorías de servicio de

los fluidos de acuerdo a la peligrosidad:

� Fluidos de baja peligrosidad “Categoría D” que no son

tóxicos, no son inflamables, no son peligrosos al contacto

humano, y están con presiones menores a 150 psi (1035

kPa) y temperaturas entre -20º F y 366º F (-29º C a 186º C).

� Fluidos potencialmente peligrosos, “Categoría M”, son los

que una pequeña cantidad de un fluido tóxico, causado por

una fuga, pueda producir daños serios e irreversibles a una

persona al respirar o en contacto con la piel, incluso cuando

se toman medidas rápidas de corrección.

2222


Fluidos con servicio a alta presión considerados para diseño y construcción en exceso de la Clase 2500 (> 6,200 psi @ 150º F).

Servicio normal de fluidos, aquellos fluidos que no están limitados por las reglas de Categoría D, Categoría M, o por alta presión, son la mayoría de los considerados en el Código.

12

2323


2424


13

2525


2626

Organización de la ASME B31.3Organización de la ASME B31.3RATINGS FOR GROUP (PARA GRUPO) 1.4

Forgings (Forjados) Plates (Chapas) (1)

C-Si A 515 Gr 60 (1)

C-Mn-Si A 350 Gr LF1,Cl. 1 (1) A 515 Gr 60 (1)

For tº>800º F See ASME B 16.5

Para tº>800º F Ver ASME B 16.5

WORKING PRESSURES BY CLASSES (PRESIONES DE TRABAJO POR CLASE), psig

Class

tº ºF 150 300 400 600 900 1500 2500

-20-200 235 620 825 1235 1850 3085 5145

200 215 560 750 1125 1685 2810 4680

300 210 550 730 1095 1640 2735 4560

400 200 530 705 1060 1585 2645 4405

500 170 500 665 995 1495 2490 4150

600 140 455 610 915 1370 2285 3805

650 125 450 600 895 1345 2245 3740

700 110 450 600 895 1345 2245 3740750 95 445 590 885 1325 2210 3685

800 80 370 495 740 1110 1850 3085

850 65 270 355 535 805 1340 2230900 50 170 230 345 515 860 1430

950 35 105 140 205 310 515 860

1000 20 50 70 105 155 260 430

14

2727

Organización de la ASME B31.3

Componentes Listados ASMEComponentes Listados ASME

� B16.1 – Bridas de Hierro Fundido

� B16.3 – Accesorios Roscados de Hierro Maleable

� B16.5 – Bridas para Tubería y Accesorios Bridados

� B16.9 – Accesorios de Acero para Suelda a Tope

� B16.11 – Accesorios Forjados, Boquillas Roscadas y

Para Soldar

� B16.20 – Empaques Metálicos

� B16.22 – Accesorios Soldables de Cobre

� B16.24 – Válvulas Bridadas, Roscadas y para Soldar

2828

15

Componentes Listados Componentes Listados -- OtrosOtros

� MSS SP – 80 Válvulas de Bronce

� MSS SP – 97 Accesorios de Salida de Ramales

� API 602 Válvulas de Compuerta Compactas

de Acero

� API 608 Válvulas de Bola Metálicas

� ASTM A53 Tubería de Acero

� ASTM A312 Tubería de Acero Inoxidable

� AWWA C110 Accesorios de Hierro Gris y Dúctil

� AWWA C151 Tubería de Hierro Dúctil

2929

Resistencia al FuegoResistencia al Fuego

� Los componentes deben mantener la

integridad de la línea después de haber

estado sometidos a temperaturas de 1200ºF

(650ºC) por 30 minutos

3030

16

3131

Salvaguardas de la ASME B31.3Salvaguardas de la ASME B31.3

Condiciones donde se necesitan salvaguarda:

El uso de tubería ASTM A-134 fabricada con planchas

ASTM A-285 y tubos A-139 para servicio de fluidos otro

que no sea categoría D

Uso de bridas que no sean “welding neck” para

condiciones cíclicas severas

Uso de juntas de expansión con fluidos tóxicos o irritantes

Uso de juntas estañadas o de suelda suave en servicios de

fluidos que son inflamables, tóxicos, o irritantes.

Uso de uniones de campana bajo condiciones cíclicas

severas

3232


Uso de uniones roscadas mayores a NPS 2

cuando el fluido es tóxico, inflamable o

irritante.

Uso de uniones roscadas bajo condiciones

cíclicas severas cuando la junta está sujeta

a momentos de cargas externas

Uso de accesorios de compresión,

expandidos, u otros de cañerías (tubing), en

servicio normal, cuando están sujetas a

condiciones cíclicas severas.

17

3333


Uso de hierro fundido en lugar de hierro dúctil

Uso de materiales no metálicos con elevadas temperaturas, golpes, vibración, o abuso.

Uso de termoplásticos con otros fluidos que no sean de categoría D.

Uso de mortero plástico reforzado (RPM) en

otros servicios fuera de categoría D

Uso de tubería de resina reforzada termo formada

(RTR) con servicios de fluidos tóxicos o

inflamables.

3434

Condiciones y Criterios de DiseñoCondiciones y Criterios de Diseño

Las condiciones de diseño de la ASME B31.3 son

específicas para sistemas presurizados

Hay que definir las presiones, temperaturas, y fuerzas aplicables al diseño de la tubería.

Siempre se utiliza la condición mas desfavorable que prevalezca, a no ser que se den dos o mas condiciones extremas al mismo tiempo.

Para determinar la presión de diseño, todas las condiciones

de presión interna deben considerarse.

Se debe incluir la expansión térmica de fluidos atrapados

en el interior, variaciones, y fallas de los aparatos de

control.

18

3535


La determinación de la presión de diseño puede verse

afectada por los medios utilizados para proteger la tubería

por sobre presión.

Para establecer la temperatura de diseño nos interesa la

temperatura del metal.

Esta no coincide necesariamente con la temperatura de

proceso.

Se debe considerar también las temperaturas ambientales,

radiación solar, y temperatura máxima del sistema de

calentamiento.

La temperatura del metal se calcula o se mide por

muestreo.

3636


Para establecer la temperatura mínima, se debe considerar

la temperatura mas baja que se puede tener bajo cualquier

condición en servicio.

Se necesita determinar la temperatura mínima de diseño

para establecer los rangos de las pruebas de impacto

requeridos por la ASME B31.3.

La tubería debe ser diseñada para contener la máxima

presión posible de forma segura.

Para los controles de alivio de presión por expansión

térmica, se puede establecer un rango del 120% sin

necesidad de aprobación o justificación.

Se puede permitir válvulas de bloqueo en las líneas que

conectan a las válvulas de alivio, bajo ciertas limitaciones

19

Esfuerzos de DiseñoEsfuerzos de Diseño

1. El valor menor de un tercio del Mínimo Esfuerzo de Tensión

Especificado a temperatura de proceso y un tercio del

esfuerzo de tensión a temperatura ambiente.

2. El menor de dos tercios del Esfuerzo Mínimo de Fluencia

Especificado y dos tercios del esfuerzo de fluencia a

temperatura ambiente.

3. Con aceros inoxidables austeníticos y aleaciones de níquel, el

menor de dos tercios del Esfuerzo de Fluencia Mínimo

Especificado y 90% del esfuerzo de fluencia a temperatura

ambiente.

4. 100% del esfuerzo promedio para una rata de deformación de

0.01% por 1,000 h.

5. 67% del esfuerzo promedio de ruptura al final de 100,000 h.

3737

Esfuerzos de DiseñoEsfuerzos de Diseño

6. 80% del esfuerzo mínimo para ruptura al final de 100,000 h.

7. Para materiales de grado estructural, el esfuerzo permisible

básico será de 0.92 veces el valor mas bajo determinado.

El esfuerzo de fluencia a temperatura de proceso se usa Sy Ry

y el esfuerzo de tensión a temperatura ambiente se toma

como 1.1STRT (Ry es el radio de la temperatura promedio

dependiente del valor de la tendencia de la curva del esfuerzo

de tensión al esfuerzo de tensión a temperatura ambiente, RT

es el radio de la temperatura promedio dependiente del valor

de la inclinación de la curva de esfuerzo de fluencia al

esfuerzo de fluencia a temperatura ambiente)

3838

20

3939

Diseño por presiónDiseño por presiónLas ecuaciones del Código suministran el espesor mínimo

requerido para limitar la membrana, y en algunos casos

los esfuerzos de doblado en los componentes, a los

esfuerzos permitidos apropiados.

Las tolerancias por corrosión, erosión, o por resistencia

mecánica deben ser añadidas al espesor calculado.

Las tolerancias mecánicas incluyen las reducciones físicas

de espesor por roscados o ranuras.

Las tolerancias de corrosión o erosión se basan en la

erosión o corrosión anticipada calculada para toda la vida

de la tubería.

Las tolerancias de fabricación se dan en las

especificaciones.

4040

Diseño por presiónDiseño por presión

La tolerancia mas común en las paredes de tubería recta

es la de 12.5%.

Esto significa que el espesor de la pared en cualquier sitio alrededor del tubo, no puede ser menor que el 87.5% del espesor nominal de pared.

Se debe tener en cuenta cuál es la tolerancia que gobierna, si la del peso (10%) o la de espesor de pared (12.5%).

21

4141


El espesor mínimo se calcula con la siguiente fórmula:

tm = t + c

Donde:

c = suma de todas las tolerancias: mecánicas, corrosión, erosión.

t = espesor de diseño por presión

tm= espesor mínimo requerido incluyendo tolerancias

4242

Diseño por presiónDiseño por presiónPara tubería con t < D/6 :

Donde:

D = diámetro exterior (no nominal).

E = factor de calidad de junta (Tabla)

P = presión interna de diseño

S = valor de esfuerzo admisible

Y = coeficiente (tabla)

W = factor de reducción de esfuerzos de la junta

soldada (1.0 hasta 950º F, 0.5 a 1,500º F)

t =t =PDPD

2(SEW+PY2(SEW+PY))

22

4343


Para tubería con t < D/6 también:

Donde:

W = factor de reducción por junta soldada

d = diámetro interno

c = tolerancias de espesor

t =t =P(d+2c)P(d+2c)

22[[SEW SEW -- P(1P(1--YY)])]

4444


Para tubería con t < D/6 :

Donde:

D = diámetro exterior (no nominal).

d = diámetro interior de la tubería

c = suma de tolerancias mecánicas (roscas

o canales) más las tolerancias de corrosión y

erosión

Y = coeficiente (tabla)

Y Y ==d + 2cd + 2c

D + d +2cD + d +2c

23

4545


4646

24

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4848


25

4949


5050


26

5151


5252


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5353


5454


28

5555


5656

Diseño por PresiónDiseño por Presión

Para t ≥ D/6 ó para P/SE > 0.385, el cálculo

del espesor de pared para tuberías requiere

de consideraciones especiales o factores

tales como teoría de fallas, efectos de

fatiga, y esfuerzos térmicos.

29

5757


En tubería recta bajo presión externa se siguen los

lineamientos del BPV Code, Section VIII, Division 1,

utilizando como longitud de diseño L la longitud del eje

central entre secciones.

En segmentos curvados, el mínimo espesor tm de un tramo

curvado se determina por la siguiente fórmula:

t =t =PDPD

22[([(SEW/I) +PY)]SEW/I) +PY)]

5858


Donde los “intrados” (radio de doblado

interno)

I =I =4(R4(R11/D) /D) -- 11

[[4(R4(R11/D/D) ) -- 2)]2)]

30

5959


Donde los “extrados” (radio de doblado

externo)

En el lado del doblado o de la corona, en la

línea de centros I = 1.0

I =I =4(R4(R11/D) + 1/D) + 1

4(R4(R11/D) + 2)]/D) + 2)]

6060

ACCESORIOS, CODOS, CURVAS, ACCESORIOS, CODOS, CURVAS,

INTERSECIONES INTERSECIONES

Curva inducida

31

6161


Curvas hechas por varios sectores de

tubo.

α = 2θ

6262


En curvas hechas por varios sectores de

tubo, la presión interna máxima permitida

deberá ser menor que la que se calcule con

las siguientes fórmulas. Estas ecuaciones

no son aplicables cuando θ exceda 22.5

grados.

32

6363


En curvas de un sector:

1. La máxima presión interna con un

ángulo θ no mayor de 22.5 grados

debe ser calculada con la fórmula

(4a).

2. Si el ángulo θ es mayor a 22.5

grados, se debe calcular con:

6464


El espesor de la pared de tubo T

usado en estas fórmulas debe

extenderse una distancia no menor a

M desde el ángulo interno de unión

de los sectores donde M = el valor

mayor de 2.5 (r2T)0.5 ó tan θ (R1 – r2).

La longitud del acople al final del

sector se puede incluir en la distancia

M.

33

6565


Para cumplir con este Código, el

valor de R1 no debe ser menor que:

R1 = ++

Donde A tiene los siguientes valores

empíricos:

A

tan θ

D

2

6666


(T – c), mm A

≤ 13 25

13 < (T –c) < 22 2(T-c)

≥≥ 22 [2(T-c)/3]+30

(T – c), plg A

≤ 0.5 1.0

0.5 < (T –c) < 0.88 2(T-c)

≥≥ 0.88 [2(T-c)/3]+1.17

34

6767

DiseDiseño por Presiónño por Presión

� Conexiones de ramales:

Un ramal corta un agujero en la tubería

El material removido ya no está disponible

para soportar las fuerzas internas de

presión

El concepto de reemplazo de área se utiliza

para los ramales que no cumplen con las

normas o con ciertos diseños

El metal removido debe ser reemplazado

por metal extra en el área del ramal

6868


� Conexiones de ramales, reglas:

Dh/Th < 100 y Db/Dh < 1.0

Para tubería donde Dh/Th ≥ 100, el

diámetro Db < Dhi/2

El ángulo β debe ser al menos 45 grados

El eje del ramal debe intersectar el eje

principal

35

6969


7070


36

7171


d1 = longitud efectiva removida para el ramal

d1 = [Db – 2(Tb – c)]/sen β

d2 = “medio ancho” de la zona de refuerzo

d2 = d1

d2 = (Tb – c) + (Th – c) + d1/2

El que sea mas grande pero no mayor a Dh

L4 = altura de la zona de refuerzo

L4 = 2.5 (Th – c)

L4 = 2.5 (Tb – c) + Tr, la que sea menor.

7272


Tb = espesor de la tubería del ramal (medido o

mínimo de especificaciones de compra)

excepto para accesorios de conexión de

derivaciones. Para tales conexiones el valor

de Tb para ser usado en el cálculo de L4, d2,

y A3, es el espesor del refuerzo (mínimo

por especificación de compra)

considerando que el espesor del refuerzo es

uniforme y se extiende al menos hasta el

límite L4

37

7373


Tr = espesor mínimo del anillo de refuerzo o

montura hecha con tubería (utilice el

espesor nominal se es hecha de una placa).

Tr = 0, si no hay anillo de refuerzo o montura

t = espesor de diseño de la tubería

β = ángulo menor entre los ejes del ramal y del

principal.

7474


El área de refuerzo A1 requerida para una

conexión de derivación bajo presión interna

es

A1 = thd1(2 – senβ)

A1 es la mitad del área calculada si el ramal

esta sujeto a presión externa, utilizando th

como el espesor requerido para la presión

externa

38

7575


El área disponible para el refuerzo está

definida como

A2 + A3 + A4 ≥ A1

Todas estas áreas están dentro de la zona de

refuerzo y así se definen a continuación.

A2 es el área resultante del exceso de la

pared del tubo madre:

A2 = (2d2 – d1)(Th-th-c)

7676


A3 es el área resultante del exceso de espesor

de la tubería del ramal:

A3 = 2L4(Tb – tb – c)/sen β

A4 es el área de otros metales suministrados

por las soldaduras y el refuerzo debidamente

ajustado.

39

7777


La zona de refuerzo es un paralelogramo

cuya longitud se extiende una distancia de d2

a cada lado de la línea de centro del tubo

ramal y cuyo ancho inicia en la parte interna

del tubo madre (en condición corroída) y se

extiende dentro de la superficie externa de la

tubería principal una distancia perpendicular

L4

7878


Múltiples Ramales:

• Cuando los ramales están muy cercanos o

juntos, y su zona de refuerzo puede

superponerse, la distancia entre los centros

de las aperturas deberá ser al menos 11/2

veces el diámetro promedio, y el área de

refuerzo entre cualquiera de dos ramales

deberá ser no menos del 50% del total

requerido.

40

7979


Refuerzos Añadidos:

• El refuerzo añadido debe tener un ancho

constante, no debe haber diferencias

apreciables.

• El material utilizado puede ser diferente al

de la tubería, pero debe ser compatible e

cuanto a soldabilidad, requisitos de

tratamiento térmico, corrosión galvánica,

expansión térmica, etc.

8080


Refuerzos Añadidos:

• Si el esfuerzo admisible del refuerzo es

menor que la de la tubería, el área calculada

debe reducirse proporcionalmente a los

valores de esfuerzos para determinar el

aporte al área A4.

• No se puede dar mayor valor si se utiliza un

material con mayor esfuerzo admisible.

41

8181


Refuerzos Extruídos:

• Se aplican los mismos principios. Un

múltiple con ramal extruído, es una longitud

de tubo en la cual una o mas ramales se han

formado por extrusión, usando dados para

controlar el radio de la extrusión.

• La salida se extiende sobre la superficie del

múltiple una distancia hx al menos igual al

radio externo de la salida rx

hx ≥ rx

8282


Refuerzos Extruídos:

• La nomenclatura utilizada es la misma que

para los refuerzos añadidos, se acostumbra

usar el subíndice x para indicar que es una

toma o ramal fabricado por extrusión.

42

8383


Limitaciones en el radio rx:

• rx mínimo: el menor de 0.05Db ó 38 mm

(1.5”)

• rx máximo:

Db< NPS 8, rx = 1.25”

Db≥ NPS 8, rx = 0.1D + 0.5”

• No se permite maquinado para ajustes

8484


Área de refuerzo requerida:

A1 = Kthdx

Db/Dh > 0.60, K = 1.00

0.60 ≥ Db/Dh > 0.15, K = 0.6 + 2/3 (Db/Dh)

Db/Dh ≤ 0.15, K = 0.70

43

8585


8686


44

8787


8888



A1 ≤ A2 + A3 + A4

• A2 es el área de exceso del múltiple

A2 = (2d2-dx)(Th-th-c)

• A3 es el área de exceso de espesor del ramal

A3 = 2L5 (Tb-tb-c)

45

8989



• A4 es el área de exceso de espesor del labio

extruído

A4 = 2rx(Tx-Tb-c)

9090


Consideraciones adicionales de diseño:

A más de las cargas de presión, se deben

considerar los esfuerzos por movimiento,

expansión y contracción térmica, cargas

vivas o muertas.

Se debe evitar el realizar ramales soldados

directamente sobre la tubería matriz.

46

9191


9292


Butt-welded Insert weldoletLatrolet

SweepoletWeldolet

Weldolet

47

9393


Brazolet Coupolet

ElboletNipolet Sockolet

Thredolet

9494


Tapas o cubiertas de cierre:

Se puede utilizar elementos adecuados a la

presión de la línea como tapas hembras o

macho estándar, o bridas ciegas certificadas.

Para otras tapas, de diámetros mayores o

especiales, se debe seguir las reglas del

Código BPV, Sección VIII, División 1, y

calculadas con:

tm = t + c

48

9595


tm = t + c; t = PD/2(SEW + PY)

tm = espesor mínimo requerido incluyendo

tolerancias

t = espesor calculado para la presión de diseño, de

acuerdo al tipo de tapa, donde:

E = factor de calidad (de tablas)

P = presión de diseño

S = valor de esfuerzo para el material (tablas)

c = suma de toleranciast =t =

PDPD

2(SEW+PY2(SEW+PY))

9696

Diseño por PresiónDiseño por PresiónTipo de Tapa Presión en lado

Cóncavo

Presión en lado

Convexo

Elipsoidal UG-32(d) UG-33(d)

Toriesférica UG-32(e) UG-33(e)

Hemisférica UG-32(f) UG-33©

Cónica (no

transición)

UG-32(g) UG-33(f)

Toricónica UG-32(h) UG-33(f)

Plana (presión en

cada lado)

UG-34 UG-34

49

9797

Bridas y Tapas Ciegas:

Cuando no son bridas o tapas estándar, se

pueden diseñar de acuerdo con la fórmula.

El espesor mínimo será:

tm = t + c

El espesor mínimo de una tapa ciega se debe

calcular con la fórmula:

3P

16SEW


tm = dg + c√

9898

Bridas y Tapas Ciegas:

dg = diámetro interior del empaque

E = factor de calidad (tablas)


S = Esfuerzos admisibles (de tablas)

c = suma de tolerancias


50

9999


100100

Requisitos Específicos:

Tubería exclusivamente a ser usada para servicio de fluidos

Categoría D (baja peligrosidad):

API 5L, con soldadura de horno

ASTM A 53, tipo F

ASTM A 134 hecho de planchas diferentes a ASTM A 285

Aceros de bajas y medias aleaciones:

ASTM A 333, sin costura

ASTM A 335, A 369

ASTM A 426, A 671, A 672, A 691, Ej ≥0.90

TuberíaTubería

51

101101

Requisitos Específicos:

Tubería que requiere salvaguardas: Cuando se utiliza

tubería de acero al carbono de los siguientes tipos en fluidos

distintos a los de Categoría D, se necesita salvaguardas.

Tubería ASTM A 134 fabricada con plancha ASTM A 285

Tubería ASTM A 139

Para condiciones cíclicas severas, sólo se puede usar las

siguientes tuberías de acero al carbono:

API 5L Grado A, B, sin costura, SAW, costuras rectas, Ej ≥0.95

API 5L, Grado X42, X46, X52, X56, X60, sin costura

ASTM A 53, A 333, sin costura

TuberíaTubería

102102

Requisitos Específicos: Para condiciones cíclicas

severas, sólo se puede usar las siguientes

tuberías de acero al carbono (continuación):

ASTM A 106, A 369, A 524.

ASTM A 381, A 671, A 672, A 691, Ej ≥ 0.90

Aceros inoxidables:

ASTM A 268, A 312, sin costura

ASTM A 376, A 430

ASTM A 358, Ej ≥0.90

ASTM A 451, Ec ≥0.90

TuberíaTubería

52

103103

Requisitos Específicos (Aceros inoxidables):

Cobre y aleaciones de cobre: ASTM B 42, B 466

Níquel y aleaciones: ASTM B 161, B 165, B 167, B 407

Aleaciones de aluminio: ASTM B 210, B 241, templadas 0 y

H112

Para condiciones cíclicas severas:

Se pueden usar accesorios forjados

Los conformados con factor Ej ≥ 0.90

Fundidos, con factor Ec ≥ 0.90

No se puede usar los que correspondan al MSS SP-43 “tipo C”

TuberíaTubería

104104

Deben ser para las mismas condiciones de servicio que la

tubería

Curvas corrugadas deben ser calificadas

Curvas hechas con dobleces o corrugadas, no se pueden usar

para condiciones cíclicas severas.

Curvas por sectores se pueden usar para servicio normal de

fluidos

Para categoría D de fluidos la curva debe tener una sola junta

con un ángulo mayor a 45º o debe ser soldado de acuerdo a lo

establecido anteriormente.

Un codo por secciones para condiciones cíclicas severas debe

ser soldado de acuerdo a lo establecido en la norma y debe tener

un ángulo α ≤ 22.5º

CodosCodos

53

105105

Estas especificaciones sirven también para

filtros, trampas, y separadores.

Válvulas listadas son aceptables para servicio

normal.

Una válvula con bonete (tapa) asegurada al

cuerpo con menos de cuatro pernos, o por un

perno U, puede ser utilizada sólo para

servicio categoría D.

VálvulasVálvulas

106106

Los componentes listados se pueden usar

para servicio normal.

Los componentes no listados deben ser

calificados.

Las bridas slip-on (deslizables) deben

evitarse, o no usar si se esperan temperaturas

altas y no tienen aislamiento.

Bridas, Placas, Caras de Bridas, y Bridas, Placas, Caras de Bridas, y

EmpaquetadurasEmpaquetaduras

54

107107

Las bridas slip-on deben ser doblemente

soldadas cuando el servicio esperado es:

Sujeto a erosión, corrosión, o cargas cíclicas

Inflamable, tóxico, o irritante

Bajo condiciones cíclicas severas

A temperaturas bajas, menores a – 150º F (-

101º C)



108108

Las bridas para condiciones cíclicas severas

deben ser de tipo welding neck ó tendrán que

tener salvaguardas.

Las caras de las bridas deben ser adecuadas

al servicio, al tipo de empaque, y al tipo de

espárragos usados.

Los empaques deben ser adecuados a la

presión, al tipo de cara de brida, y a los

espárragos usados.



55

109109

En uniones con bridas de diferentes clases de

presión, la presión de la junta será la

correspondiente a la brida de menor

capacidad, igualmente el torque de ajuste de

los espárragos será para la brida de menor

capacidad.

Si se usan uniones de una brida metálica con

una no metálica, se prefiere que sean de cara

plana totalmente, y los rangos de presión y

ajuste serán los de la brida no metálica.



110110

Falla por Extrusión



Falla por Fractura

56

111111

No se deben usar bajo condicione cíclicas

severas.

Se debe prever que no se separe la junta.

Si el fluido es tóxico o irritante, se necesitan

salvaguardas.

Se debe cuidar el sellado de las juntas

expandidas cuando estén sujetas a vibración,

expansión o contracción diferencial, o cargas

mecánicas.

Juntas ExpandidasJuntas Expandidas

112112

Requisitos de Servicio de Fluidos para Requisitos de Servicio de Fluidos para

Uniones de TuberíasUniones de Tuberías

Juntas de unión soldadas.

Juntas de unión con bridas.

Juntas de unión roscadas.

Juntas de unión expandidas o laminadas.

Juntas de unión por compresión, expandida y sin expandir.

Juntas de unión calafateadas.

Juntas de unión por brazing y soldering.

Juntas de unión deslizantes y otras.

57

113113

Juntas de unión soldadas Juntas de unión soldadas

Soldadas a tope.

Socket weld.

Soldaduras de sello.

Fileteadas

114114

FlexibilidadFlexibilidad

La flexibilidad sirve y se calcula para prevenir expansiones térmicas, contracciones, movimientos de soportes que puedan ser causa de:

� Falla de tubería o soportes por sobre esfuerzos o fatiga

� Fugas en uniones

� Esfuerzos o deformaciones en tubería y válvulas, o en equipos.

58

115115


Esfuerzos de desplazamiento:

� Desplazamientos térmicos.

� Flexibilidad restringida

� Desplazamientos impuestos por fuerzas

externas

� Deformaciones por desplazamiento total.

� Esfuerzos longitudinales SL, son la suma de

los esfuerzos longitudinales en cualquier

componente de un sistema de tubería

116116


59

117117


118118


Deformaciones por desplazamiento:

Comportamiento elástico.

Esfuerzos por comportamiento

desbalanceado.

Tubería pequeña en serie con grande

Reducción de tamaño o espesor de pared

Expansión o contracción desviada

Variación de material o temperaturas en la línea

60

119119


Resorte en frío:

� Se produce por deformación intencional

durante el ensamble para producir un

esfuerzo y desplazamiento inicial

calculado.

� Es muy útil pero debe tenerse cuidado de

no extremar las condiciones iniciales.

� La vida útil de una tubería depende mas del

rango de variación de esfuerzos que de su

magnitud

120120


Datos de expansión térmica:

� Valores del rango de esfuerzos

� Valores de las reacciones

� El módulo de elasticidad referencial a 70º F

(21º C), Ea, y el módulo de elasticidad a

máxima o mínima temperatura, Em, se

toman de tablas.

� El radio de Poisson se toma como 0.3 para

todas las temperaturas de todos los metales.

61

121121


Esfuerzos Permisibles:

� El rango admisible de esfuerzos de

desplazamiento SA y otros esfuerzos deben

ser especificados para todos los sistemas

con deflexión y/o torsión.

� Los factores de intensificación de esfuerzos

se toman de tablas y provienen de pruebas

de fatiga o componentes representativos

referenciales.

122122


Dimensiones:

� Para el cálculo de flexibilidad se utiliza

siempre el diámetro exterior de tuberías y

accesorios, y el espesor nominal.

� Los factores de intensificación de esfuerzos

i y el factor de flexibilidad k se toman de

tablas, en ausencia de datos para válvulas,

filtros, etc., se puede estimar los factores

con componentes de geometría similar.

62

123123


No se necesita un análisis si:

� El sistema de tuberías reemplaza o duplica

un sistema conocido y probado.

� Si el sistema puede ser juzgado

adecuadamente por comparación con otro

sistema previamente analizado.

� Es de tamaño uniforme, no tiene mas de

dos puntos de fijado, no tiene restricciones

intermedias y cumple con la fórmula

empírica.

124124


Fórmula empírica:

D y

(L – U)2

y = resultante de desplazamiento total por

deformación a ser absorbido (plg.)

L = longitud de tubería entre anclajes (ft)

U = distancia entre anclajes (ft) en línea recta

K1= 0.30 SA/Ea (plg/ft)2

≤ K1

63

125125


SA = rango de esfuerzo de desplazamiento admisible

(ksi)

SA = f(1.25 Sc + 0.25 Sh)

Ea = módulo de elasticidad de referencia a 70ºF (ksi)

D = diámetro externo de la tubería (plg.)

Sc = rango de esfuerzo básico permisible a mínima

temperatura (ksi)

Sh = rango de esfuerzo básico permisible a máxima

temperatura (ksi)

f = factor de reducción de esfuerzos

126126


Si Sh > SL el rango de esfuerzo permisible esta dado

por:

SA = f [1.25(Sc + Sh) – SL ]

f = 6.0 (N)-0.2 ≤ fm

fm = valor máximo del factor de rango de esfuerzos;

1.2 para materiales ferrosos con esfuerzos de

tensión mínimos especificados ≤ 75 ksi y una

temperatura de metal ≤ 700ºF; de otra manera fm =

1.0

N = numero de ciclos de desplazamiento total

durante la vida útil del sistema

64

127127


128128


Se necesita un análisis si:

� Si no está dentro de los criterios de

excepción.

� Se puede utilizar un método simplificado o

aproximado si ha sido demostrada su

precisión dentro del rango de aplicación.

� Un análisis comprensivo debe tomar en

cuenta los factores de intensificación de

esfuerzos para los componentes que no

sean tubos rectos.

65

129129


Esfuerzos de Flexibilidad:

� Los rangos de doblado y torsión deben calcularse usando

Ea para determinar el rango de esfuerzo de

desplazamiento calculado SE que no debe ser mayor que

el rango de esfuerzo admisible SA

SE = √ Sb2 + 4St

2

� Sb = esfuerzo de flexión resultante

� St = esfuerzo de torsión = Mt/2Z

� Mt = momento torsional

� Z = módulo de sección del tubo

130130



� El esfuerzo resultante de flexión Sb para ser usado con

codos, curvas seccionadas, y ramales completos debe ser

calculado con la siguiente fórmula y gráficos:

√ (iiMi)2 + (ioMo)

2

Z

� Sb = esfuerzo resultante de flexión

� ii = factor de intensificación de esfuerzo en el plano

� io = factor de intensificación de esfuerzo fuera del plano

Sb =

66

131131




2

Z

� Mi = momento de flexión en el plano

� Mo = momento de flexión fuera del plano

� Z = módulo de sección del tubo

Sb =

132132


67

133133


134134

FlexibilidadFlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad:

� El esfuerzo resultante de flexión Sb para ser

utilizado para conexiones de ramal reducidas

deberá ser calculado de acuerdo con las siguientes

ecuaciones y figuras de momentos.

� Para el múltiple (piernas 1 y 2):


2

ZSb =

68

135135

FlexibilidadFlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad:

� Para el ramal (pierna 3):


2

Ze

� Sb = esfuerzo de flexión resultante

� Ze = módulo de sección efectivo para el ramal, = πr2

2Ts

� r2 = radio medio de la sección recta del ramal

Sb =

136136



� √ (iiMi)2 + (ioMo)

2

Ze

� Ts = espesor efectivo de la pared del ramal,

el menor de Th y (ii)(Tb)

� Th = espesor del tubo sin refuerzos

� Tb = espesor del tubo del ramal

� io = factor de intensificación fuera del

plano, ii dentro del plano.

Sb =

69

SoportesSoportes

137137

138138

SoportesSoportes

70

139139

SoportesSoportes

140140

SoportesSoportes

71

141141

SoportesSoportes

142142

72

143143

144144

73

145145

146146

74

147147

148148

75

149149

150150

76

151151

Como aumentar la flexibilidad de la Como aumentar la flexibilidad de la

tuberíatubería

Mejorando los soportes

Añadiendo curvas

Con rizos

Desbalance

Juntas giratorias

Tubería corrugada

Juntas de expansión

Otros

152152


tuberíatubería

77

153153


tuberíatubería

Se debe colocar soportes fijos, anclajes, u

otros accesorios para resistir las fuerzas

producidas por la presión del fluido,

resistencia por fricción al movimiento, y

otras causas.

154154


tuberíatubería

La flexibilidad es proporcional al cubo de

la longitud de un tramo recto de tubería,

ramos largos son mas flexibles que los

cortos con codos.

Se puede conseguir flexibilidad con una

longitud de tubería perpendicular a la

dirección de la expansión térmica que debe

ser compensada.

78

155155


tuberíatubería

Movimiento axial Rotación

Lateral (ineficiente)

156156


tuberíatubería

Lateral (eficiente)

79

157157


tuberíatubería

158158

Soportes de TuberíaSoportes de Tubería

La ubicación y diseño de los elementos de

soporte se basan en cálculos simples y buen

juicio del ingeniero.

Si se requiere mayor refinamiento, los

esfuerzos, momentos y reacciones

determinados en este curso pueden servir

para definir los soportes.

80

159159


El diseño debe considerar todas las fuerzas

actuando en conjunto y que son transmitidas

al soporte:

Presión- temperatura.

Ambiente, fuerza mayor.

Peso de la tubería vacía, y con fluido.

Causas dinámicas.

Expansión térmica y contracción y otros.

Efectos cíclicos.

160160

Esfuerzos excesivos que superen los permitidos.

Pérdida de hermeticidad en las juntas de unión.

Empujes y momentos sobre los equipos.

Resonancia impuesta o vibración inducida por el fluido.

Excesivos esfuerzos sobre los soportes


81

161161

Interferencias debidas a expansión

térmica y contracción.

Desacoplamiento no intencional de la

tubería de sus soportes.

Excesiva flexión o distorsión de la

tubería.

Excesivo flujo de calor a los miembros

de soporte.


162162


Anclajes y Guías

Soportes no extensibles

Soportes elásticos.

Soportes de Contrapeso.

Soportes Hidráulicos

Fijaciones Estructurales.

82

163163

MaterialesMateriales

El capítulo III de la Norma fija y establece las calificaciones requeridas y limitaciones para el uso de materiales en tuberías de facilidades.

Son mandatorias las propiedades mecánicas de los materiales.

Se debe cuidar las limitaciones de tensión y temperatura.

Los criterios de selección para duración en servicio continuo no se encuentra dentro del alcance del Código. Es criterio y responsabilidad del diseñador

164164

Los requisitos de Materiales son:Los requisitos de Materiales son:

Materiales listados.

Materiales no listados.

Materiales desconocidos.

Materiales reciclados.

83

165165

Materiales aceptadosMateriales aceptados

El apéndice “A”: contiene materiales listados

y está formado por las siguientes tablas:

A-1: Tensiones admisibles básicas a

tracción.(Función tº)

A-1A: Factores de calidad de fundición (Ec)

A-1B: Factores de calidad para juntas

soldadas (Ej)

A-2: Valores de tensión de diseño para pernos

166166

Tabla ATabla A--1:1: CClasificación por composición lasificación por composición química, tipo de aleación o materialquímica, tipo de aleación o material

Hierro fundido.

Acero al carbono.

Acero de baja y media aleación.

Acero inoxidable.

Cobre y aleaciones de cobre.

84

167167

Tabla ATabla A--1:1: CClasificación por composición lasificación por composición química, tipo de aleación o materialquímica, tipo de aleación o material

Niquel y aleaciones de niquel.

Titanio y aleaciones de titanio.

Zirconio y aleaciones de Zirconio.

Alumino y aleaciones de aluminio.

168168

En En cadacada GrupoGrupo, se , se clasificanclasifican porpor la la FormaForma

Tubos.

Tubos estructurales.

Chapas y láminas

Chapas y láminas estructurales

Forjados y accesorios.

Fundiciones

Redondos y barras

85

169169

Para Para cadacada material la material la tablatabla AA--1 1

contienecontiene ademásademás::Proceso de fabricación: (Forjado, fundido,

soldado, etc.)

Forma del producto

Especificación, tipo, grado, clase, etc. Número

UNS.

Composición nominal.

Número P ó S

170170

Para Para cadacada material la material la tablatabla AA--1 1

contienecontiene ademásademás::

Tensión mínima: Fluencia y RoturaFactores de calidad:

Información necesaria para Impacto

Condición de tratamiento térmico.

Máxima tensión admisible:(Función de la temperatura)

86

171171

ProcesoProceso de de FabricaciónFabricación de de TuberíaTubería

Sin Sin CosturaCostura

172172


Sin Sin CosturaCostura

87

173173


ERW (ERW (SoldaduraSoldadura porpor Resistencia Resistencia

EléctricaEléctrica))

174174


ERW (ERW (SoldaduraSoldadura porpor Resistencia Resistencia

EléctricaEléctrica))

88

Fabricación de Tubería Fabricación de Tubería InoxInox..

175175

176176

Rangos de Presión y Temperatura Rangos de Presión y Temperatura

para Bridaspara Bridas

89

177177

Tubería no metálica o revestida Tubería no metálica o revestida

con no metales.con no metales.

Adicionalmente el Apéndice B contiene

"Tablas de tensiones y presiones

admisibles para no metales"

Este punto no forma parte de este curso y

es tratado específicamente en el Código en

el capítulo VII "Tubería no metálica y

revestimiento no metálico"

178178

Limites de temperatura Limites de temperatura

El diseñador es responsable por la

verificación de que los materiales son aptos

para todo el rango de temperatura previsto.

Límite superior.

Límite inferior.

Límite de temperatura para materiales no

listados.

Verificación de aptitud para el servicio

90

179179

IMPACTOIMPACTO

La tabla 323.2.2 fija requerimientos de

tenacidad de metales para baja

temperatua.

La Tabla y Figura 323.2.2A indican la

mínima temperatura para la cual no se

requiere ensayo de impacto en función de

las curvas A, B, C y D.

La 323.2.2B indica la posibilidad de

reducción de la temperatura de diseño sin

requerir ensayo de impacto.

180180

IMPACTOIMPACTO

91

181181

Métodos de Ensayo y Criterios de Métodos de Ensayo y Criterios de

AceptaciónAceptación

Las responsabilidades, cantidad de ensayos

y ubicación están indicadas en la tabla

323.3.1

El procedimiento de ensayo y equipamiento

está de acuerdo con ASTM A 370

Las probetas son Charpy V (0.394”)

182182

MétodosMétodos de de EnsayoEnsayo y y CriteriosCriterios de de


92

183183

Métodos de Ensayo y Criterios de Métodos de Ensayo y Criterios de


La temperatura de ensayo se indica en el

Código.

Los criterios de aceptación de mínima

energía absorbida y expansión lateral se

fijan en el Código

184184

Métodos de EnsayoMétodos de Ensayo

93

185185

COMPONENTES DE COMPONENTES DE

TUBERIATUBERIA

186186

VálvulasVálvulas

94

187187

VálvulasVálvulas

188188

VálvulasVálvulas

95

189189

VálvulasVálvulas

190190

VálvulasVálvulas

96

191191

VálvulasVálvulas

192192

VálvulasVálvulas

97

193193

VálvulasVálvulas

194194

VálvulasVálvulas

98

195195

VálvulasVálvulas

196196

VálvulasVálvulas

99

197197

VálvulasVálvulas

198198

VálvulasVálvulas

100

199199

VálvulasVálvulas

200200

VálvulasVálvulas

101

201201

VálvulasVálvulas

202202

VálvulasVálvulas

102

203203

VálvulasVálvulas

204204

VálvulasVálvulas

103

205205

VálvulasVálvulas

206206

VálvulasVálvulas

104

207207

VálvulasVálvulas

208208

VálvulasVálvulas

105

209209

VálvulasVálvulas

210210

VálvulasVálvulas

106

211211

VálvulasVálvulas

212212

VálvulasVálvulas

107

213213

BridasBridas

214214

Bridas.

108

215215

Ejemplos de accesorios de tubería

216216


109

217217


218218


110

219219

FABRICACION, FABRICACION,

ENSAMBLE Y MONTAJEENSAMBLE Y MONTAJE

220220

Requisitos de SoldadurasRequisitos de Soldaduras

� Soldadura de metal de arco protegido (SMAW)

� Soldadura de arco de gas de tungsteno (GTAW o TIG)

� Soldadura de metal con arco de gas (GMAW o MIG)

� Soldadura de arco sumergido (SAW)

� Soldadura de arco con núcleo de flux (FCAW)

111

221221


� Soldadura de metal de arco protegido

(SMAW)

222222


� Soldadura de arco de gas de tungsteno

(GTAW o TIG)

112

223223


� Soldadura de metal con arco de gas

(GMAW o MIG)

224224


� Soldadura de arco sumergido (SAW)

113

225225


� Soldadura de arco con núcleo de flux

(FCAW)

226226

Calificación de SoldadurasCalificación de Soldaduras

a) La calificación de los procedimientos

de soldadura y de soldadores deberá

ser de acuerdo al Sección IX del BPVC

b) Cuando el metal base no resiste el

doblado de 180º requerido por la

Sección IX, se requiere una probeta

que resista el mismo doblado que el

metal base dentro de 5º de tolerancia

114

227227


c) Los requisitos de precalentamiento

especificados debe cumplirse.

d) Cuando se requiere la prueba de

impacto, ésta debe realizarse.

e) Si se usan insertos u otros anillos, su

conveniencia debe demostrarse con

calificación del procedimiento.

228228


f) Para reducir el numero de

procedimientos de calificación, se

asignan números P, S, y de Grupo,

basándose en la composición,

soldabilidad, y propiedades mecánicas,

lo que sea mas práctico.

115

229229

Procedimientos de calificaciónProcedimientos de calificación

� Todas las soldaduras deberán cumplir con

las especificaciones del Procedimiento de

Soldadura (WPS).

� El número P del material base es 1, 3, ó 4

Gr. No 1 (1 ¼ Cr max.), o 8; y no se

requiere pruebas de impacto.

� Los metales base a ser unidos son del

mismo número P, excepto que P-Nos. 1, 3,

y 4 Gr. No. 1 pueden ser soldados entre

otros, como se permite en la Sección IX.

230230


� El material a soldarse no puede ser mayor a ¾” (19 mm) en espesor. No se requerirá tratamiento térmico posterior.

� La presión de diseño no excederá de la clase 300 a temperatura de diseño, y el rango de temperatura estará entre -20º F a 750º F.

� El proceso de soldadura es SMAW, GTAW o una combinación entre ellos.

116

231231

Procedimientos de calificaciónProcedimientos de calificación� Los electrodos para el proceso SMAW

deberán ser:

232232


� El fabricante o contratista son los

responsables por las Especificaciones

(WPS) y por la calificación (WQR).

� Deberá haber por lo menos un soldador

calificado por pruebas de acuerdo a los

procedimientos para los materiales

utilizados, no se acepta calificación por

radiografía

117

233233

Anillos e InsertosAnillos e Insertos

234234

SoldadurasSoldaduras

� La limpieza interna y externa es primordial

� Las superficies deben ser uniformes y

deben estar limpias de escoria.

� Los biseles deben cumplir con el

procedimiento aprobado.

� Si los filos son biselados para utilizar

insertos o anillos, no deben afectar el

espesor requerido.

118

235235


� Se permite corregir extremos de tuberías

del mismo tamaño para mejorar el

alineamiento si el espesor se mantiene.

236236


119

237237


238238


120

239239


240240


121

241241


242242


122

243243


244244


123

245245


� La nomenclatura usada es:

� tc = la menor de 0.7 Tb ó ¼”

� Tb = espesor nominal del ramal

� Th = espesor nominal del cabezal

� Tr = espesor nominal del refuerzo o

montura

� tmin = el menor de Tb ó Tr

246246


124

247247

Soldaduras Soldaduras -- PrecalentamientoPrecalentamiento

� Precalentamiento se utiliza conjuntamente

con el tratamiento térmico, para minimizar

los esfuerzos por la soldadura.

� La necesidad de precalentamiento y la

temperatura se especifica en el diseño.

� Los rangos mínimos de temperaturas de

precalentamiento para los materiales de

varios números P están tabulados.

248248


� Si las temperaturas son muy bajas,

menores a 32º F (0º C), las

recomendaciones se convierten en

requisitos.

� La temperatura debe ser verificada y

monitoreada por medios aceptables para

asegurarse de que las temperaturas

especificadas se cumplen

125

249249


� La zona de precalentamiento debe

extenderse por lo menos 1” a cada lado del

eje de la suelda.

� Si se sueldan materiales diferentes, se usará

la mayor temperatura recomendada.

� Si se interrumpe el proceso de soldadura,

se debe controlar el enfriamiento y luego se

precalentará de acuerdo a procedimientos.

250250

126

251251

Soldaduras Soldaduras –– Tratamiento TérmicoTratamiento Térmico

� Sirve para aliviar o evitar los efectos adversos de la alta y severa temperatura durante la soldadura y para aliviar esfuerzos creados por doblado y formado.

� El tratamiento térmico deberá estar de acuerdo con los procedimientos, tipo de material, y espesor.

� El diseño deberá especificar las inspecciones y control de calidad.

252252


� Pruebas de dureza se hacen para verificar la

efectividad del tratamiento térmico.

� Los límites de dureza se aplican a la

soldadura, y a la zona afectada por el calor

(HAZ).

127

253253


254254


128

255255

Ejemplo de Falla por FragilidadEjemplo de Falla por Fragilidad

256256

Curvado y FormadoCurvado y Formado

� La tubería puede ser curvada y sus componentes formados por medios fríos o con ayuda de calor, de acuerdo a las exigencias del servicio y del proceso de curvado o formado.

� La superficie deberá quedar libre de fisuras y bucles.

� El espesor no deberá ser menor que el de diseño

129

257257


� La diferencia entre el máximo y mínimo diámetro en cualquier sección recta, no deberá exceder de 8% del diámetro nominal para presión interna, y de 3% para presión externa.

� Curvado en frío se hará con temperaturas bajo el rango de transformación.

� Curvado en caliente se hará con temperaturas sobre el rango de transformación de acuerdo con el material y el servicio.

258258


� Para formado o forjado la temperatura

deberá ser consistente con el material, el

servicio, y el tratamiento térmico

especificado.

130

259259

Ensamble y MontajeEnsamble y Montaje

� Para alinear la tubería no se permite

distorsiones que puedan afectar con

esfuerzos sobre los equipos o sobre los

accesorios.

� Resorte frío, antes de ensamblar

componentes con resorte frío se debe

verificar cuidadosamente las guías,

soportes y anclajes.

260260


� Las bridas deberán estar alineadas dentro

de una tolerancia de 1/16” en la cara plana,

y dentro de 1/8” entre los agujeros de los

espárragos.

� Cualquier daño en las superficies de los

empaques deben ser reparados o la brida

deberá ser reemplazada.

131

261261


� Las juntas de expansión y otras especiales

deben montarse de acuerdo con las

instrucciones de los fabricantes.

262262

INSPECCION INSPECCION

EXAMINACION Y EXAMINACION Y

PRUEBASPRUEBAS

132

263263

InspecciónInspección

� El Código diferencia entre inspección y

examinación. Inspección aplica a las

funciones realizadas por el Inspector.

� El Inspector está en la obligación de

realizar todos los exámenes y pruebas

necesarias para satisfacer los requisitos del

Código y de diseño, y realizar las

inspecciones de rigor a la tubería.

264264

InspecciónInspección

� El inspector deberá tener acceso a todos los

lugares de trabajo. Tendrá el derecho de

auditar o examinar con cualquier método la

fabricación de la tubería en cualquier etapa.

� El Inspector deberá ser calificado, y tener

una experiencia no menor a 10 años en

diseño, fabricación, o inspección de tubería

de presión.

133

265265

ExaminaciónExaminación

� Se aplica a funciones de control de calidad

realizadas por el fabricante, contratista o

montador.

� Antes de cada operación inicial, cada

instalación de tubería, incluyendo sus

componentes debe ser examinada de

acuerdo a los requisitos establecidos.

266266


� El examen visual debe aplicarse a por lo menos el 5% de la fabricación.

� Para tener un factor E de 0.90 se debe examinar el 100% de las soldaduras longitudinales.

� Se debe examinar por muestreo de todas las juntas roscadas, empernadas, y otras.

� Durante pruebas neumáticas se deben examinar todas las juntas.

134

267267


� Se debe examinar por muestreo el

alineamiento, soportes, y resortes fríos

durante el montaje.

� La tubería terminada debe examinarse por

evidencia de defectos que necesiten

reparación, reemplazo, u otras desviaciones

evidentes.

268268


� No menos del 5% de las soldaduras

circunferenciales debe ser examinada

totalmente con radiografías

135

269269


270270


136

271271


272272


137

273273

PruebasPruebas

� Las pruebas pueden ser de fugas, o

hidrostáticas.

� Cuando no se puede realizar una prueba

hidrostática, se debe realizar una prueba

neumática, o una combinación de las dos.

� Una prueba hidrostática puede dañar

revestimientos o aislamientos internos.

� Puede contaminar una línea.

274274

PruebasPruebas

� La prueba neumática puede presentar un

peligro indebido por la posible fuga de

energía almacenada, o por la baja

temperatura del metal durante la prueba.

� No se debe sobrepasar la resistencia de

fluencia durante las pruebas.

� Se tiene que cuidar las sobre presiones por

expansión del fluido de prueba.

138

275275

PruebasPruebas

� La prueba debe realizarse con una prueba

neumática previa a no más de 25 psi.

� La prueba debe durar por lo menos 10

minutos, para examinar todas las juntas y

conexiones.

� Estas pruebas se realizan después de

cualquier tratamiento térmico.

276276

PruebasPruebas

� Los sub ensambles pueden probarse

separadamente.

� Deben aislarse los equipos.

� Tubería sujeta a presión externa debe

probarse internamente a 1.5 veces la

presión externa diferencial, pero no menos

de 15 psi.

139

277277

PruebasPruebas

� La prueba hidrostática debe realizarse con

agua, si no se tiene suficiente, puede

realizarse con otro fluido aceptable.

� La prueba debe hacerse a 1.5 veces la

presión de diseño.

� Cuando cambia la temperatura de prueba,

se debe calcular la presión de prueba con la

siguiente fórmula:

278278

PruebasPruebas

� 1.5 P ST

S

Donde:

Pr = presión mínima de prueba


ST= esfuerzo a temperatura de prueba

S = esfuerzo a temperatura de diseño

Pr =

140

279279

TUBERIA NO TUBERIA NO

METALICAMETALICA

280280

GeneralidadesGeneralidades

� Tubería Termo-plástica, puede ser

suavizada y endurada repetidamente

incrementando o disminuyendo la

temperatura, tiempo máximo de vida útil:

100,000 horas.

� La tubería de Resina Termo-fijada

Reforzada (RTR) puede ser tratada para

que llegue a ser insoluble o no inflamable.

141

281281

GeneralidadesGeneralidades� Tubería termo fijada RTR

282282


� No se permiten tolerancias para variaciones

de presión y temperatura sobre las de

diseño.

� Las condiciones mas severas de presión y

temperatura coincidentes determinan las

condiciones de diseño.

142

283283

DiseñoDiseño

� El diseñador debe considerar la conveniencia o no de usar material no metálico, y su fabricación considerando por lo menos lo siguiente:

Esfuerzos al corte, tensión de compresión, flexión, y módulo de elasticidad, a temperatura de diseño.

Rata de deslizamiento a temperatura de diseño

284284

DiseñoDiseño

Esfuerzos de diseño y sus respaldos

Ductilidad y plasticidad

Propiedades de impacto y choque térmico

Limites de temperatura

Temperatura de transición: derretimiento y

vaporización

Porosidad y permeabilidad

143

285285

DiseñoDiseño

Métodos de pruebas

Métodos de fabricar las juntas y su

eficiencia

Posibilidad de deterioración en servicio

El espesor mínimo de tramos rectos de

tubería se determinan con:

tm = t + c

286286

DiseñoDiseño

Para tubería termo plástica bajo presión

interna:

PD

2S + P

Para tubería RTR Resina Termo fijada

Reforzada (laminada):

PD

2S + P

t =

t =

144

287287

DiseñoDiseño

Para tubería RTR (filamento cortado) y

RPM Mortero Plástico Reforzado

(moldeado centrifugado):

PD

2SF + P

F = factor de servicio, que se utiliza sólo en

estos dos tipos de tubería

S = esfuerzos de diseño

t =

288288


Este tipo de tubería debe diseñarse para prevenir la expansión o contracción térmica, expansión por presión, o movimientos de tuberías que pueden causar:

Falla de tubería o soportes por fatiga o sobreesfuerzos

Fugas en las uniones

Esfuerzos o distorsiones por empuje o momentos sobre la tubería

145

289289


1. Termoplásticos:

No deben usarse con líquidos inflamables

sobre el suelo

Necesitan salvaguardas cuando se usan con

otros fluidos que no sean categoría D.

PVC y CPVC no se puede usar con gases o

aire comprimidos

290290

MaterialesMateriales2. Tubería de morteros plásticos reforzados

(RPM), deberá tener salvaguardas para otro

servicio que no sea D.

3. Resinas termo formadas reforzadas (RTR),

deberá tener salvaguardas para servicio con

fluidos tóxicos o inflamables.

4. Vidrio boro-silicato y porcelana, deben tener

salvaguardas para uso con tóxicos o

inflamables, o tengan cambios de

temperatura

146

291291


292292


147

293293


294294

Pruebas HidrostáticasPruebas Hidrostáticas� La prueba debe realizarse por lo menos

durante 1 hora a la presión PT:

(SS + SH)

D – T

Donde:

D = diámetro exterior de la tubería

T = espesor nominal de la tubería

SS = esfuerzo promedio de falla

SH = esfuerzo promedio hidrostático a largo término

PT = 0.80 T

148

295295

Juntas Juntas

296296

Juntas Juntas

149

297297

Juntas Juntas

� Tubería RTR

298298

Juntas Juntas

�

150

299299

Juntas Juntas

�

300300

TUBERIA CATEGORIA TUBERIA CATEGORIA

“M”“M”

Fluidos Extremadamente Fluidos Extremadamente

PeligrososPeligrosos

151

301301


Peligro potencial para el personal expuesto

Una exposición simple puede causar daños irreversibles a la respiración o a la piel.

El fluido debe ser tóxico para estar considerado en esta categoría

El H2S podría no ser considerado categoría M

Fluidos tipo M pueden ser considerados en servicio normal si están confinados en sistemas de doble contención.

302302


Los requisitos son los mismos que para tuberías

de servicio normal, pero además:

� El diseño, layout, y operación debe

conducirse con cargas mínimas de impacto

y alteraciones.

� Deben evitarse o minimizar los efectos de

vibración, pulsación o resonancia.

� No debe haber holguras en las variaciones

de presión-temperatura

152

303303


Las condiciones mas severas de presión-

temperatura coincidentes las determinan las

presiones y temperaturas de diseño.

Todas las juntas y fabricación deben ser

examinadas visualmente.

Una prueba sensible de fugas se requiere

adicional a las otras pruebas.

304304

LimitacionesLimitaciones

No se puede usar:

Curvas de segmentos no designadas como accesorios, uniones fabricadas, conexiones de ramal fabricadas con material no metálico.

Válvulas y componentes especiales no metálicos.

Bridas roscadas no metálicas

Juntas expandidas, roscadas, o pegadas

153

305305

PARTE IX PARTE IX

TUBERIA DE ALTA TUBERIA DE ALTA

PRESIONPRESION

306306

DefiniciónDefinición

Tubería de alta presión se considera para

diseño y construcción a todas las líneas que

trabajan en exceso de Class 2500 (PN 420)

154

Criterios de DiseñoCriterios de Diseño

� El diseñador debe considerar como

mínimo:

� Resistencia de tensión, compresión, flexión, y

corte a temperatura de diseño

� Resistencia a la fatiga

� Esfuerzos de diseño

� Ductilidad y resistencia

� Posible deterioración de las propiedades

mecánicas en servicio

307307

Criterios de DiseñoCriterios de Diseño

� Propiedades térmicas

� Límites de temperatura

� Resistencia a la corrosión y erosión

� Métodos de fabricación

� Métodos de exámenes y pruebas

� Condiciones de prueba hidrostática

� Imperfecciones de los bordes

308308

155

309309

Condiciones Ambientales sobre el Condiciones Ambientales sobre el

DiseñoDiseño

Reducción de presión basada en el

enfriamiento del gas o vapor.

Aumento de presión debido al

calentamiento de fluido estático.

Condensación de humedad

Efectos dinámicos

Efecto del peso

Expansión y contracción térmica

Soportes, anclajes, y movimientos.

310310

Espesores MínimosEspesores Mínimos

D -2c0 - P

2 S

d + 2c1 P

2 S

Donde:

D = diámetro exterior

S = esfuerzo admisible de tablas

t = 1 - exp

t = exp - 1

156

311311


c = cI + c0

cI = suma de tolerancias internas de corrosión, mecánicas, y erosión

c0 = suma de tolerancias externas, mecánicas, corrosión, erosión, incluyendo, excepto en ciertas condiciones, la profundidad de la rosca.

d = diámetro interior de la tubería

t = espesor de diseño por presión

312312


Alternativamente, la presión interna manométrica de diseño puede ser calculada:

D – 2co

D – 2( T – cI )

d + 2 (T – co )

d + 2cI

P = S x ln

P = S x ln

157

313313


A temperaturas de diseño donde los esfuerzos

permisibles S están en negrilla el espesor t será

no menor a los siguientes valores:

D -2c0 -1.155P

2 S

d + 2c1 1.155P

2 S

t = 1 - exp

t = exp

314314

158

315315

316316

159

317317

318318

160

319319

320320

161

321321

322322

162

323323

324324

163

325325

PruebasPruebas

Pruebas

Cada sistema debe ser probado

hidrostáticamente o neumáticamente

Cada suelda y componente de tubería

debe ser probado

Pruebas de presión para fugas, al 110%

de la presión de diseño, si se realizó una

prueba antes de instalar.

326326

164

327327

InspeccionesInspecciones

Reexaminación

Generalmente debe ser mas extensiva y

mas precisa que para servicio normal de

fluidos.

328328

!!Gracias por su atención !Gracias por su atención !

Estoy a sus órdenes:Ing. Fernando Dávila T., [email protected] del 2011

CURSO B31.3 (GRISES)

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