Analisis de Estres

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H:\TITICO\SIGNA\ING. CAO CRE-X1\003 MECANICOS REV_CAO\DOCUMENTOS\COPE-10-1248-OS 01-M-MC-001 REV_CAO.docx

10/21/2015

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MEMORIA DE CALCULO

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1 de 12

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INGENIERIA

TITULO:

ANALISIS DE ESTRES

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Fecha Revisión Observaciones

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PROYECTO: 2 de 12 INGENIERIA

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ANALISIS DE ESTRES

10/21/2015

CONTENIDO

1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................ 3

2. OBJETIVO ................................................................................................................................... 3

3. PROCEDIMIENTO ....................................................................................................................... 3

4. NORMA DE APLICACIÓN ........................................................................................................... 4

5. CONDICIONES DE DISEÑO ....................................................................................................... 4

6. CRITERIOS PARA EL ANALISIS DE TENSIONES..................................................................... 5

7. RESUMEN DE RESULTADOS .................................................................................................... 8

8. CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 10

9. ANEXOS .................................................................................................................................... 10

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1. ANTECEDENTES

La empresa S.A. dentro de sus atividades operativas para La presente gestión tiene planificado el

desarrollo del nuevo pozo Este-1, el cual permitirá la producción de la formación, Arenisca Roboré-I,

en la estructura de Este.

Con el objetivo de transportar la producción de hidrocarburo desde este pozo hasta las facilidades del

colector de la Planta, es necesario realizar la Ingeniería Básica y de Detalle de la línea de producción

así como de las facilidades del pozo.

2. OBJETIVO

El presente reporte, tiene como objetivo analizar el comportamiento de las nuevas instalaciones en

planchada cumpliendo las condiciones de diseño, para su funcionamiento dentro de los parámetros

de tensiones admisibles establecidos en el Código de Aplicación

La comprobación del comportamiento de la estructura es realizada por medio de cálculo por elemento

finito, para lo cual se emplea el software CAESAR II, versión 5.2, el cual ejecuta el cálculo de

flexibilidad comprobando que la estructura proyectada no esté sometida a sobre tensiones causadas

por las temperaturas y presiones operativas.

Los parámetros operativos adoptados corresponden a las condiciones extremas máximas de

operación.

Para este estudio se baso en los codigops B31.8 y B31.3 , analizando la parte en planchada

correspondiente al código B31.3 y después de las válvulas lanzadoras se analizo bajo el código B31.8

en este tramo se analizo un tramo de tubería enterrada de aproximadamente 200 metros.

3. PROCEDIMIENTO

En base a la estructura definida de acuerdo a los planos de tuberías e isométricos se ha realizado el

modelo para la respectiva corrida, en función al diseño definido.

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Se ha tomado las conexiones a equipos con desplazamiento nulo de la cañería, donde se asume que

ésta se encuentra completamente restringida, puntos que fueron considerados como parte inicial del

modelo.

Normalmente es recomendable realizar el análisis a tuberías de diámetros mayores a 4” dado que en

nuestro caso la línea es de 3” solo se analiza la línea desde arbolito hasta entierro.

Los soportes en la línea no restringen el movimiento en sentido longitudinal pero si en sentido lateral

con una holgura de 10 mm.

4. NORMA DE APLICACIÓN

ASME B31.3- 2006 EDITION PROCESS PIPING

ASME B31.8- 2007 EDITION GAS TRANSMISSION & DISTRIBUTION PIPING

5. CONDICIONES DE DISEÑO

Densidad del suelo 0.00185 kg/cm3

Profundidad de entierro promedio 1000mm

Angulo de Fricción 30º

Coeficiente de fricción suelo 0.5

Temperatura de montaje 20 ºC

Tuberia diametro 3”

Material Sch XS ASTM A 312 TP. 321

Sch XS A106 Gr.B

Sch XS API 5L X42

Temperatura de Operación máxima 120 º F (48.9 ºC)

Presión de Diseño 2220 psig (153 bar)

Sobre espesor de corrosión y erosión: 3.81 mm (0.15”)

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6. CRITERIOS PARA EL ANALISIS DE TENSIONES

6.1. LIMITES DE TENSIONES CALCULADAS SOBRE LA BASE DE CARGAS SOSTENIDAS Y

EXPANSIÓN TERMICA (SUS) (302.3.5) Parágrafo ASME B-31.3

A continuación se describen los límites de tensiones establecidos por el código debido a las

siguientes causas:

6.1.1. Presión interior y exterior: El criterio de no exceder las tensiones admisibles del Apéndice

A, es satisfecho cuando el espesor de pared (incluyendo refuerzo) del componente de tubería

cumple con los requerimientos dados en parágrafo ¶304 de la norma B-31.3

6.1.2. Tensiones longitudinales: La suma de las tensiones longitudinales Sl debidas a la

presión, peso y otras cargas sostenidas no deben exceder la tensión admisible en condición

caliente Sh. El espesor utilizado para calcular Sl debe ser el espesor nominal T menos los sobre

espesores de corrosión (c), erosión y resistencia mecánica.

hl SS (SUS)

6.2. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD (EXP) (319.4)

En los cálculos de flexibilidad los sistemas de cañerías entre puntos de anclaje deben ser tratados

como un conjunto.

Debe considerarse la importancia de todas las partes de la línea y /o todas las restricciones colocadas

con el propósito de reducir momentos y fuerzas sobre los equipos o pequeñas líneas que se bifurcan.

Los cálculos de flexibilidad deben tomar en cuenta las condiciones de intensificación de tensiones de

los componentes y juntas.

Las propiedades dimensionales de los caños y accesorios a utilizar en los cálculos de flexibilidad

deben basarse en las dimensiones nominales.

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224 tbE SSS

))(25.1( lhcA SSSfS

Z

MiMiS

ii

b

2

00

2)()(

Flexibilidad Tensiones: En el rango de tensiones de flexiones y torsión debe computarse utilizando el

modulo de elasticidad a 70ºF (excepto en caso de variación de temperatura según 319.2.2.b.4 ASME

B31.3) y combinado de acuerdo a la ecuación (17) para determinar el rango de tensiones de

desplazamiento SE, el que no deberá superar el rango de tensiones SA.

(17)

Sb= Tensión resultante de flexión

St = Tensión de torsión = Mt / 2Z

Sc = Tensión admisible para el material base a la mínima temperatura indicada en las tablas de

tensión

Sh = Tensión admisible para el material base a la máxima temperatura indicada en las tablas de

tensión

Mt = Momento de torsión

f = Factor de reducción rango de tensión para condiciones cíclicas de un número total N de

ciclos completos de temperatura durante la vida útil esperada en operación.

Z = Modulo de sección de tubo

Las tensiones resultantes de flexión Sb a utilizarse en la ecuación (17) para codos, codos a gajos y

conexiones en derivación de tamaño completo, debe ser calculado de acuerdo con la ecuación (18).

(18)

AE SS (EXP)

ii= Factor de intensificación de tensiones en el plano

i0= Factor de intensificación de tensiones fuera del plano

Mi = Momento de torsión en el plano

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M0=Momento de torsión fuera del plano

6.3. Limites de tensiones calculadas por cargas ocasionales (OCC) (302.3.6)

6.3.1. Durante la operación: La suma de las tensiones longitudinales producidas por la presión y

otras cargas sostenidas Sl (cargas vivas y muertas, soportes temporarios de extra peso, etc.) y de

las tensiones producidas por cargas ocasionales tales como viento y terremoto, pueden superar

como mucho 1.33 veces las tensiones básicas dadas en el apéndice A de la norma B31.3.

6.3.2. Durante ensayos o pruebas: Las tensiones debidas al ensayo que no están sujetas a las

limitaciones de (302.3) No es necesario considerar otras cargas adicionales, tal como viento y

terremoto como si actuaran de forma coincidente con las cargas de ensayo

hl kSS (OCC)

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7. RESUMEN DE RESULTADOS

LOAD CASE DEFINITION KEY

CASE 1 (OPE) W+T1+P1

CASE 2 (SUS) W+P1

CASE 3 (EXP) L3=L1-L2

Piping Code: Multiple Codes

B31.3 = B31.3 -2006, May 31, 2007

B31.8 = B31.8 -2007, November 30, 2007

7.1.1. CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1

OPE Stress Ratio (%): 84.8 @Node 285

OPE Stress: 32052.3 Allowable: 37800.0

Axial Stress: 4862.0 @Node 208

Bending Stress: 27248.0 @Node 39

Torsion Stress: 5488.5 @Node 10

Hoop Stress: 12950.0 @Node 235

3D Max Intensity: 41955.4 @Node 270

MAX. DISPS. X -0.7596” @NODE 1020

MAX. DISPS. Y 0.8647” @NODE 1059

MAX. DISPS. Z 0.2411” @NODE 1039

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7.1.2. CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 2 (SUS) W+P1

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 2 (SUS) W+P1

CodeStress Ratio (%): 58.9 @Node 220

Code Stress: 11783.5 Allowable: 20000.0






MAX. DISPS. X -0.0032” @NODE 128


MAX. DISPS. Z -0.0004” @NODE 1030

7.1.3. CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 3 (EXP) L3=L1-L2

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (EXP) L3=L1-L2

CodeStress Ratio (%): 60.3 @Node 39

Code Stress: 27182.1 Allowable: 45068.4






MAX. DISPS. X -0.7596” @NODE 1020

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MAX. DISPS. Z 0.2416” @NODE 1039

8. CONCLUSIONES

Por los resultados obtenidos se observa que el sistema propuesto se comporta satisfactoriamente

desde el punto de vista tensional, cumple con los esfuerzos mínimos estipulados por la norma ASME

B31.3 y B 31.8 sin que ocurran situaciones críticas para el mismo, los desplazamientos son muy

pequeños y se los puede considerar despresiables. El modelo está anclado en las bridas de conexión

a arbolito donde se asume un desplazamiento nulo en todos los sentidos. Los soportes son del tipo

que permiten desplazamientos en el sentido longitudinal de la tubería y se tiene una holgura de 10 mm

en los otros sentidos.

9. ANEXOS

En anexo 1 se esquematiza el modelo de análisis y la ubicación de soportes.

ANEXO 1

CONEXIÓN A ARBOLITO

ANEXO 1

ARBOLITO

SOPORTES

ENTERRADO

CONEXIÓN VALVULA LANZADORA

ENTERRADO

VALVULA

LANZADORA

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