Azc INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO
DIVISIÓN 1, EDICIÓN 2015 PARA EL DISEÑO DE UN
RECIPIENTE SUJETO A PRESIÓN INTERNA”
PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO MECÁNICO
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
H e r n á n d e z E s q u i v e l L u i s A l b e r t o P á g i n a 2 | 137
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
TABLA DE CONTENIDO
1.- GENERALIDADES ........................................................................................... 9
1.1 Agradecimientos ........................................................................................... 9
1.2 Presentación ............................................................................................... 10
1.2.2 Objetivo ................................................................................................ 10
1.2.3 Justificación ......................................................................................... 10
1.3 Introducción ................................................................................................ 11
1.4 Conceptos .................................................................................................. 12
1.4.5 Materiales ............................................................................................ 32
1.4.7 Criterios De Diseño En Recipientes ..................................................... 34
1.4.8 Gas L.P. ............................................................................................... 35
3.1 Cilindro ....................................................................................................... 50
3.3 Faldón De La Cabeza Semielíptica #2 ........................................................ 57
3.4 Cabeza Semielíptica #1 .......................................................................... 60
3.5 Faldón De La Cabeza Semielíptica #1 ........................................................ 63
3.6 Boquilla #1 (N1) .......................................................................................... 66
3.7 Boquilla #2 (N2) .......................................................................................... 76
3.8 Boquilla #3 (N3) .......................................................................................... 83
3.9 Boquilla #4 (N4) .......................................................................................... 91
3.10 Boquilla #5 (N5) ........................................................................................ 99
3.11 Análisis De Elemento Finito ............................................................... 105
3.11.1 Cuerpo ............................................................................................. 105
3.11.2 Cabezas ........................................................................................... 106
3.11.4 Medio Cople para Válvula de Llenado .............................................. 108
3.11.5 Medio Cople para Válvula de Servicio .............................................. 109
3.11.6 Medio Cople para Válvula de Seguridad .......................................... 110
3.11.7 Medio Cople para Indicador de Nivel ................................................ 111
3.11.8 Soportes........................................................................................... 112
4.1 Insumos .................................................................................................... 113
4.2 Componentes ........................................................................................... 114
INDICE DE TABLAS
2.10.1 Tabla de Lista de Materiales ..................................................................... 49
2.2.1 Tabla de Especificaciones ........................................................................... 37
2.2.2 Tabla de dimensiones ................................................................................. 37
2.2.3 Tabla de definiciones .................................................................................. 38
2.3 TABLAS DE COMPONENTES ....................................................................... 39
2.3.1 Resumen de Componentes ......................................................................... 39
2.3.2 Resumen de Capsula .................................................................................. 40
2.3.3 Notas para MDMT ....................................................................................... 40
2.4.1 Tabla De Datos De Diseño .......................................................................... 41
2.5.1 Tabla de Radiografiado ............................................................................... 43
2.6.1 Datos de componentes ............................................................................... 44
2.6.2 Definiciones ................................................................................................ 44
2.7.1 Pesos (lb) Contribuidos por los elementos del recipiente ............................ 45
2.7.2 Peso (lb) Contribuido por accesorios ........................................................... 45
2.7.3 Resultados totales del recipiente ................................................................. 46
2.7.4 Condiciones de levantamiento del recipiente .............................................. 46
2.8.1 Prueba hidrostática horizontal en planta ..................................................... 47
2.9 Tabla de Vacío ............................................................................................... 48
3.1.1 Tabla del Cilindro ........................................................................................ 50
3.1.2 Resumen de resultados .............................................................................. 51
3.10.2 Tabla de Requerimientos de Tenacidad del Material de la Boquilla UCS-66 ....................................................................................................................... 100
3.10.3 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas (in2) UG-37 por MAWP ......... 101
3.10.4 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37 por MAEP ........... 102
3.2.1 Tabla de Cabeza Semielíptica #2 ................................................................ 53
3.2.3 Factor K ...................................................................................................... 54
3.3.1 Tabla de faldón de la cabeza Semielíptica #2 ............................................. 57
3.4.1 Tabla de cabeza Semielíptica #1 ................................................................ 60
3.4.2 Factor K ..................................................................................................... 61
3.5.1 Tabla de faldón de la cabeza Semielíptica #1 ............................................. 63
3.6.1 Tabla de boquilla #1 (N1) ............................................................................ 66
3.6.2 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas (in2) UG-37 por MAW ................ 67
3.6.3 UG-37 Resumen de Cálculos por Áreas (in2) en el plano paralelo .............. 70
3.6.7 UG-37 Resumen de Cálculos por Áreas (in2) por MAEP ............................. 72
3.7.1 Tabla de Boquilla #2 (N2) ........................................................................... 76
3.7.10 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37, por MAEP ............ 96
3.7.2 Tabla de Requerimientos de tenacidad del material a la intersección de la boquilla UCS-66. .............................................................................................. 77
3.7.3 Tabla de Requerimientos de Tenacidad del Material de la Boquilla UCS-66 77
3.7.4 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37 por MAEP ............... 80
3.8.1 Tabla de Boquilla #3 (N3) ............................................................................ 83
3.8.2 Tabla de Requerimientos de tenacidad del material a la intersección de la boquilla UCS-66 ............................................................................................... 84
3.8.4 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas (in2) UG-37 por MAWP ............. 85
3.8.5 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37 por MAEP ............... 87
3.9.2 Tabla de Requerimientos de tenacidad del material a la intersección de la boquilla UCS-66 ............................................................................................... 92
3.9.4 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37 por MAWP .............. 93
3.9.5 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37 por eje longitudinal .. 95
3.9.6 Tabla de Resumen del Análisis de la soldadura por falla, Pah UG-41 por eje longitudinal ....................................................................................................... 95
Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas (in2) UG-37 por MAWP ...................... 67
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Nomenclatura y fórmulas para aberturas reforzadas (UG37.1) ............ 15
Figura 2. Cargas de soldadura en boquillas y Trayectos por tensión en soldadura a
ser considerados. (UG 41.1) ................................................................................ 16
Figura 3. Ilustración de localidades de las juntas soldadas Categorías A, B, C y D
(UW-3) ................................................................................................................. 17
Figura 4. Máximos Valores de eficiencias permisibles para juntas soldados por gas
y arco eléctrico ..................................................................................................... 18
Figura 5. Cabezas Adjuntas al cuerpo (UW-13.1) ............................................... 19
Figura 6. Tipos aceptables de boquillas soldadas y otras conexiones a Cuerpos,
Cabezas, etc. (UW-16.1) ...................................................................................... 20
Figura 7. Curvas de excepción para pruebas de impacto (UCS-66) .................... 21
Figura 8. Máximos esfuerzos permisibles para Materiales Ferrosos (Tabla 1A) .. 22
Figura 9. Máximos esfuerzos permisibles para Materiales Ferrosos (Tabla 1A) .. 23
Figura 10. Máximos esfuerzos permisibles para Materiales Ferrosos (Tabla 2A) 24
Figura 11. Máximos esfuerzos permisibles para Materiales Ferrosos (Tabla 2A) 25
Figura 12. Grafica Geométrica para componentes bajo presión externa o cargas
compresivas, para todos los materiales (Figura G) .............................................. 26
Figura 13. Grafica para determinar el espesor de cuerpos y componentes sujetos a
presión externa fabricados de acero al carbono o aleaciones bajas de acero con un
límite de cedencia superior a 30,000 (Figura CS-2) ............................................. 27
1.- GENERALIDADES
1.1 Agradecimientos
A MI MADRE
Por tus desvelos, por tus esfuerzos constantes, por tu apoyo y por la confianza
brindada en mi estancia de estudio en la ciudad de México, sin ti mi entrada y
permanencia en el Politécnico no hubieran sido posibles, ya que me diste la
seguridad y el empuje que yo necesitaba en ese momento de mi vida para poder
dar ese salto tan grande, de tener todo el confort en casa a estudiar en otra Ciudad
lejos de tus cuidados, regaños y palabras de amor.
A MI PADRE
Por compartirme tu sabiduría, temple y experiencia, por ser mí ejemplo a seguir, por
motivarme con tus consejos cada vez que los necesitaba, por corregirme duramente
en las ocasiones que me desviaba del camino, por inculcarme buenos valores y
ayudarme a formar como hombre en toda la extensión de la palabra, por llevar
siempre el pan a nuestro hogar y por asegurarte de que no nos faltara nunca lo
necesario para poder salir adelante.
A MI HERMANA DIANA
Por enseñarme una de las cosas más maravillosas que uno como hombre puede
aprender en la vida: a ser hermano, porque gracias a ti conocí lo que es la
responsabilidad, el trabajo en equipo y la preocupación. Por qué estando a tu lado
me di cuenta de que debía de cuidar cada uno de mis pasos ya que alguien muy
importante en mi vida los estaba siguiendo: tu. Sin tu amor, cariño y peleas
constantes no me hubiera podido formar plenamente como hombre. ¡Gracias!
A MI HERMANA DANIELA
Por regalarme la hermosa experiencia de volver a ser hermano a una edad más
madura, por obsequiarme la oportunidad de escuchar tus primeras palabras, de
reírme de tus viejitos y de verte crecer día a día, por enseñarme que cuyo alguien
se propone algo lo puede conseguir con esfuerzo y trabajo constante, por llenarme
de inolvidables momentos con tu vitalidad, carácter extrovertido y gran corazón por
el amor a los animales.
1.2 Presentación
APLICACIÓN DE CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII, DIVISIÓN 1, EDICIÓN 2015
PARA EL DISEÑO DE UN RECIPIENTE SUJETO A PRESIÓN INTERNA
1.2.2 Objetivo
Especificar de manera detallada, precisa y comprensible como realizar el diseño de
un tanque sujeto a presión interna para almacenar gas LP, utilizando el Código
ASME, Sección VIII, División 1, Edición 2015.
1.2.3 Justificación
Debido a la gran importancia que tiene el diseño industrial hoy en día, se están
adoptando cada vez con mayor frecuencia estándares internacionales para sustituir
y en otros casos complementar a las normas nacionales ya existentes.
Dichas normatividades suelen ser en ocasiones confusas y poco claras, dejando
muchos cabos sueltos para el aseguramiento de un diseño completo, robusto y de
alta confiabilidad.
Por esta razón se pretende realizar este proyecto con el fin de elaborar un guía
completa de como diseñar un tanque, bajo Código ASME, Sección VIII, División 1,
Edición 2015 y otras normatividades complementarias para ofrecer un análisis
completo, rápido, puntual y eficaz de un Recipiente Sujeto a presión para el
almacenamiento de GLP.
1.3 Introducción
Los recipientes sujetos a presión y las calderas forman parte fundamental de la vida
cotidiana de muchas empresas y hogares.
Se utilizan en diversos equipos de trabajo, como en los compresores que sirven de
contenedores de aire con la finalidad de inflar llantas de vehículos, o llevándolos al
sector industrial son usados como tanques pulmón.
Los tanques hidroneumáticos que se emplean para bombear el agua desde una
cisterna hasta un tanque elevado, las marmitas que se utilizan para la cocción de
los alimentos en el comedor de empresas; un reactor, una torre de enfriamiento o
un intercambiador de calor, entre otros.
La caldera, por su parte, suele utilizarse para servicios tales como el agua caliente
de las duchas, o para la alimentación de las máquinas lavaplatos, sin considerar
todos los procesos en los que se requiere de vapor seco o húmedo para la
transformación de materias primas en productos o subproductos terminados.
Por la importancia de estos mismos, se ha desarrollado este proyecto que consta
de los siguientes apartados:
III.- ANALISIS DEL DISEÑO DE INGENIERIA
IV.- ANALISIS Y EVALUACIÓN ECONOMICA DEL PROYECTO.
1.4 Conceptos
Es un documento aprobado por un organismo reconocido que establece
especificaciones basadas en los resultados de la experiencia y del desarrollo
tecnológico, que hay que cumplir en determinados productos, procesos o servicios.
Las normas resultan fundamentales para programar los procesos de producción.
Se crean con el consenso de todas las partes interesadas e involucradas en
una actividad (fabricantes, administración, consumidores, laboratorios, centros de
investigación).
Se identifican por siglas según el Organismo que lo apruebe:
ISO: International Organization por Standarization
EN: Norma europea aprobada por algún Organismo de Normalización europeo:
CEN, CENELEC, ETSI
1.4.2 Código ASME
ASME es el acrónimo de American Society of Mechanical Engineers (Sociedad
Americana de Ingenieros Mecánicos). Es una asociación de profesionales, que ha
generado un código de diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos,
entre otros, calderas y recipientes sujetos a presión. Este código tiene aceptación
mundial y es usado en todo el mundo. Hasta el 2006, ASME tenía 120.000
miembros.
CLASIFICACIÓN DEL CÓDIGO A.S.M.E.
Sección III Requisitos generales para División 1 y División 2
Sección IV Calderas para Calefacción
Sección V Pruebas no Destructivas
Sección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación de las
Calderas de Calefacción
Sección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de
Potencia
Sección VIII Recipientes a Presión
Sección IX Calificación de Soldadura
Sección X Recipientes a Presión de Plástico reforzado en fibra de Vidrio
Sección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares
CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1
Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.
Subsección B. Requerimientos de fabricación
Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura.
Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado
Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno
no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"
Subsección C. Requerimientos de materiales
Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.
Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos.
Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido.
Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento
tipo "lining".
Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil.
Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensión
mejoradas por tratamiento térmico.
Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicapas.
Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles más
altos a bajas temperaturas.
La presión deberá ser menor a 3000 psi.
Calentadores tubulares sujetos a fuego.
Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas de
tubería
Sistemas de tuberías.
Componentes de tubería.
Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua,
que utilizan aire como elemento originador de presión.
Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes características:
Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h)
Temperatura del agua de 99° c (210°f)
Capacidad de 454.3 litros (120 galones)
Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm²
(15psi)
Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 in) de diámetro.
Figura 1. Nomenclatura y fórmulas para aberturas reforzadas (UG37.1)
Figura 2. Cargas de soldadura en boquillas y Trayectos por tensión en soldadura a ser considerados. (UG 41.1)
Figura 3. Ilustración de localidades de las juntas soldadas Categorías A, B, C y D (UW-3)
Figura 4. Máximos Valores de eficiencias permisibles para juntas soldados por gas y arco eléctrico
Figura 5. Cabezas Adjuntas al cuerpo (UW-13.1)
Figura 6. Tipos aceptables de boquillas soldadas y otras conexiones a Cuerpos, Cabezas, etc. (UW-16.1)
Figura 7. Curvas de excepción para pruebas de impacto (UCS-66)
Figura 8. Máximos esfuerzos permisibles para Materiales Ferrosos (Tabla 1A)
Figura 12. Grafica Geométrica para componentes bajo presión externa o cargas compresivas, para todos los materiales (Figura G)
Figura 13. Grafica para determinar el espesor de cuerpos y componentes sujetos a presión externa fabricados de acero al carbono o aleaciones bajas de acero con un límite de cedencia superior a 30,000 (Figura CS-2)
1.4.3 Sociedades e institutos
A.W.S. (American Welding Society)
Proporciona la información fundamental de soldadura, diseño de soldadura,
calificación, pruebas e inspección de soldaduras, así como una Guía de la aplicación
y uso de la soldadura.
A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction)
Fundado en 1921, su primer manual surgió en 1926, proporciona una Guía y código
para maximizar la eficiencia del diseño de acero estructural y seguridad.
El código A.I.S.C. contiene ecuaciones de diseño, criterios de diseño y diseños
prácticos para acero estructural. Su uso es recomendado para el diseño de edificios,
puentes o cualquier estructura de acero, incluyendo aquellas que sirvan como
soportes rígidos de tubería.
Inicialmente establecida en 1918 como A.S.A. (American Standards
Association) cambio su nombre en 1967 a U.S.A.S.I. (U.S.A. Standards Institute) y
en 1969 cambio a A.N.S.I.
No todos los estándares de U.S. son directamente resueltos por A.N.S.I. El
A.S.M.E., A.W.S., y numerosas organizaciones definen los estándares y códigos
aplicables a la tubería.
A.S.M.E. (American Society of Mechanical Engineers)
En 1913, en comité editó el primer reporte preliminar de 2000 ingenieros mecánicos,
profesionales e inspectores de seguros.
En 1914, se editó la sección 1 del código A.S.M.E., uno de los primeros códigos y
estándares en U.S.
El comité recomienda del código para calderas y recipientes a presión así como el
estándar para construcción y código de inspección.
A.S.T.M. (American Society por Testing y Materials)
Fue fundada en 1898 para desarrollar los estándares de la característica y eficiencia
de los materiales, productos, suministros de servicios y producir lo
1.4.4 Tipos de recipientes
2.2 Recipientes cilíndricos horizontales y verticales con cabezas formadas.
2.3 Recipientes esféricos.
1. RECIPIENTES ABIERTOS
Los recipientes abiertos son comúnmente utilizados como tanque igualador o de
oscilación como tinas para dosificar operaciones donde los materiales pueden ser
decantados como: desecadores, reactores químicos, depósitos, etc.
Obviamente este tipo de recipiente es más que el recipiente cerrado de una misma
capacidad y construcción. La decisión de que un recipiente abierto o cerrado es
usado dependerá del fluido a ser manejado y de la operación. Estos recipientes son
fabricados de acero, cartón, concreto… Sin embargo en los procesos industriales
son construidos de acero por su bajo costo inicial y fácil fabricación.
2. RECIPIENTES CERRADOS
Fluidos combustibles o tóxicos o gases finos deben ser almacenados en recipientes
cerrados. Sustancias químicas peligrosas, tales como ácidos o sosa cáustica son
menos peligrosas si son almacenadas en recipientes cerrados.
TAPAS DE RECIPIENTES BAJO PRESION INTERNA
Figura 8. Dimensiones Principales de Cabezas típicas (1-4)
Los recipientes sometidos a presión pueden estar construidos por diferentes tipos
de tapas o cabezas. Cada una de estas es más recomendable a ciertas condiciones
de operación y costo monetario.
Tapas planas:
Se utilizan para recipientes sujetos a presión atmosférica, generalmente,
aunque en algunos casos se usan también en recipientes a presión. Su costo
entre las tapas es el más bajo. Se utilizan también como fondos de tanques
de almacenamiento de grandes dimensiones.
Tapas Toriesférica:
Son las de mayor aceptación en la industria, debido a su bajo costo y a que
soportan grandes presiones manométricas, su característica principal es que
el radio del abombado es aproximadamente igual al diámetro. Se pueden
fabricar en diámetros desde 0.3 hasta 6 m. (11.8 - 236.22 in).
Tapas Semielíptica:
Son empleadas cuyo el espesor calculado de una tapa toriesférica es
relativamente alto, ya que las tapas Semielíptica soportan mayores presiones
que las toriesférica. El proceso de fabricación de estas tapas es troquelado,
su silueta describe una elipse relación 2:1, su costo es alto y en México se
fabrican hasta un diámetro máximo de 3 m.
Tapas semiesféricas:
Utilizadas exclusivamente para soportar presiones críticas, como su nombre
lo indica, su silueta describe una media circunferencia perfecta, su costo es
alto y no hay límite dimensional para su fabricación.
Tapa 80:10:
Ya que en México no se cuentan con prensas lo suficientemente grandes,
para troquelar tapas Semielíptica 2:1 de dimensiones relativamente grandes,
hemos optado por fabricar este tipo de tapas, cuyas características
principales son: El radio de abombado es el 80% de diámetro y el radio de
esquina o de nudillos es igual al 10% del diámetro. Estas tapas las utilizamos
como equivalentes a la Semielíptica 2:1.
Tapas cónicas
Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulación de
sólidos y como transiciones en cambios de diámetro de recipientes
cilíndricos. Su uso es muy común en torres fraccionadoras o de destilación,
no hay límites en cuanto a dimensiones para su fabricación y su única
limitación consiste en que el ángulo de vértice no deberá de ser calculado
como tapa plana.
Tapas Toriconicas
A diferencia de las tapas cónicas, este tipo de tapas tienen en su diámetro,
mayor radio de transición que no deberá ser menor al 6% del diámetro mayor
o 3 veces el espesor. Tiene las mismas restricciones que las cónicas a
excepción de que en México no se pueden fabricar con un diámetro mayor
de 6 más.
Tapas planas con ceja:
Estas tapas se utilizan generalmente para presión atmosférica, su costo es
relativamente bajo, y tienen un límite dimensional de 6 m De diámetro
1.4.5 Materiales
ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS.
Los aceros al carbón y de baja aleación son usualmente usados donde las
condiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran utilidad de estos
aceros.
Los recipientes a presión pueden ser fabricados de placas de acero conociendo las
especificaciones de SA-7, SA-113 C y SA-283 A, B, C, y D, con las siguientes
consideraciones:
1.- Los recipientes no contengan líquidos o gases letales.
2.- La temperatura de operación está entre -20 y 650°F.
3.- El espesor de la placa no exceda de 5/8"
4.- El acero sea manufacturado por horno eléctrico u horno abierto.
5.- El material no sea usado para calderas.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES EN CONDICIONES DE SERVICIO
PROPIEDADES MECANICAS.
Al considerar las propiedades mecánicas del material es deseable que tenga buena
resistencia a la tensión, alto nivel de cedencia, por cierto de alargamiento alto y
mínima reducción de área. Con estas propiedades principales se establecen los
esfuerzos de diseño para el material en cuestión.
PROPIEDADES FISICAS.
En este tipo de propiedades se buscará que el material deseado tenga coeficiente
de dilatación térmica.
PROPIEDADES QUIMICAS.
La principal propiedad química que debemos considerar en el material que
utilizaremos en la fabricación de recipientes a presión es su resistencia a la
SOLDABILIDAD.
Los Materiales usados para fabricar recipientes a presión deben tener buenas
propiedades de soldabilidad, dado que la mayoría de los componentes son de
construcción soldada.
Para el caso en que se tengan que soldar Materiales diferentes entre él, estos
deberán ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere.
Un material, cuyo más elementos contenga, mayores precauciones deberán
tomarse durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven
las características que proporcionan los elementos de aleación.
1.4.6 Tipos de Cargas
e. Carga térmica
1.4.7 Criterios De Diseño En Recipientes
Las unidades de equipo de proceso pueden fallar en servicio por diversas razones.
Las consideraciones por tipo de falla que pueda presentarse es uno de los criterios
que deben usarse en el diseño de equipo. La falla puede ser el resultado de una
deformación plástica excesiva o elástica o por termofluéncia (creep).
Las fallas pueden clasificarse:
1. Deformación Elástica excesiva
3. Ruptura por fragilidad, Termofluéncia o Corrosión.
1.4.8 Gas L.P.
El término gas licuado de petróleo (GLP) describe a las mezclas de hidrocarburos
en la que los componentes principales son el propano, butano, isobutano, propileno
y butenos. Más comúnmente este término se aplica a mezclas de propano y butano.
Estos componentes y mezclas de los mismos son gaseosos a temperatura y presión
normal, pero pueden ser licuados por enfriamiento, compresión, o una combinación
de ambos procesos. El gas licuado de petróleo se produce a partir de dos fuentes
distintas.
La primera es por extracción a partir de corrientes de petróleo crudo y gas natural,
en o cerca del punto de la producción desde el depósito y contiene propano y
butano. Las cantidades de GLP en el líquido de fluido varían mucho dependiendo
de la naturaleza del depósito.
La producción puede ser (1) de gas natural a partir de un depósito de gas, (2) de
gas e hidrocarburos líquidos livianos desde un yacimiento de gas condensado o (3)
de petróleo crudo y gas de un yacimiento combinado de petróleo y gas.
El grado de recuperación de GLP e hidrocarburos más pesados a partir de gas
depende de la composición del gas producido y las especificaciones de calidad del
gas a ser transportado al consumidor.
Antes del almacenamiento o transporte del petróleo crudo en barcos cisterna, se
debe bajar su presión de vapor para que pueda estar contenido en el tanque de un
barco con seguridad.
PROPIEDADES DEL GAS LICUADO DE PETRÓLEO
Las propiedades físicas de los principales constituyentes del GLP se enumeran en
la Tabla 1. Además de estos componentes,
pueden estar presentes otras especies en
cantidades de traza.
ocasionalmente, aceites residuales y
especificaciones de GLP aplicable en el país
de uso.
2. - PROCESO DE INGENIERIA
2.1 TABLAS DE BOQUILLAS
2.1.3 Tabla de dimensiones
(in)
Ancho
(in)
tpad
(in)
N1 1.375 0.1625 0.0625 Yes Yes 0.104 0.0871 N/A N/A 0 100.0
N2 1.375 0.1625 0.0625 Yes Yes 0.104 0.0871 N/A N/A 0 100.0
N3 1.75 0.2175 0.0625 Yes Yes 0.104 0.0879 N/A N/A 0 100.0
N4 0.75 0.105 0.0625 Yes Yes 0.104 N/A N/A N/A 0 Exento
N5 1.375 0.1625 0.0625 Yes Yes 0.104 N/A N/A N/A 0 Exento
2.1.2 Tabla de Especificaciones
3000 - Roscada Boquilla
Válvula de
3000 - Roscada
Boquilla SA-
Válvula de
3000 - Roscada
Boquilla SA-
Indicador
3000 - Roscada
Boquilla SA-
Válvula de
Max. Llen.
3000 - Roscada
Boquilla SA-
Válvula de
2.1.4 Tabla de definiciones
tn Espesor de Boquillas
Nom t Espesor de pared de cuerpo
Diseño
t Espesor de pared de cuerpo requerido + Corrosión permisible per UG-37
User t Espesor de pared local del recipiente (Cerca de alguna abertura)
Aa Área disponible por UG-37, Condición gobernante
Ar Área requerida por UG-37, Condición gobernante
Corr Corrosión permisible en la pared de la boquilla
2.3 TABLAS DE COMPONENTES
2.3.1 Resumen de Componentes
Faldón en Cabeza
Semielíptica #2 312 650 373.52 73.96 650 -20 Note 2 No
Cilindro #1 312 650 317.49 73.96 650 -20 Note 2 No
Faldón en Cabeza
Semielíptica #1 312 650 373.52 73.96 650 -20 Note 2 No
Cabeza Semielíptica
#1 312 650 376.81 86.45 650 -20 Note 3 No
Boquilla #1 (N1) 312 650 312.38 73.96 650 -36.3 Note 4 No
2.3.2 Resumen de Capsula
Diseño MDMT -20 °F
MAWP Caliente & Corroído 312.38 psi @ 650 °F
MAEP 73.96 psi @ 650 °
2.3.3 Notas para MDMT
2. Pruebas de impacto exentas por UG-20(f) UCS-66 Espesor Gobernante =
0.104 in
4.
Curva B = -20°F
coincidencia = 0.8372)
2.4 DATOS DE DISEÑO
ASME Sección VIII División 1, Edición 2015
Unidades U.S. in
Implementación Vehículo Recreativo
Capacidad 12.2 gal
derecha
presión
Diseño solo para apagado en frio. No
Diseño para servicio letal (Radiografiado 100% Requerido) No
Diseño de boquillas para Diseño solamente P
Pérdida de peso por corrosión 100% perdida teórica
UG-23 Incremento de la tensión 1.2000
Incremento de silletas 1.0
Cálculos de coyunturas para α > 30 solamente No
Precalentamiento p/Materiales P-No 1 > 1.2500" y <= 1.5000" de espesor No
UG-37(a) Cálculos de cuerpo, considerando el esfuerzo longitudinal tr No
Cuerpos cilíndricos fabricados de un tubo completo tomado como espesor mínimo. No
Boquillas fabricados de un tubo entero tomado como espesor mínimo No
ASME B16.9 Accesorios son tomados completamente como espesores mínimos. No
Soldaduras a tope Figura UCS-66.3(a)
No permitir el Apéndice 1-5, 1-8 cálculos menores de 15 psi No
Prueba Neumática/Hidrostática
Prueba de gravedad especifica liquida 1.0000
Máximo esfuerzo de cedencia permisible en la prueba. 90% de la cedencia
Marcado requerido por UG-116
Casos del código \ Interpretaciones
Interpretación aplicada VIII-1-83-66 Si
Reducción UCS-66.1 MDMT No
Reducción UCS-68(c) MDMT No
Cargas UG-22
UG-22(a) Presión de Diseño interna o externa Yes
UG-22(b) Peso del recipiente bajo condiciones de operación y de prueba. No
UG-22(c) Reacciones estáticas superpuestas dl peso del recipiente del equipo
adjunto (cargas externas)
UG-22(f) Reacciones por viento No
UG-22(f) Reacciones por sismo No
UG-22(j) Presión de prueba y carga estática actuante durante la prueba hidrostática: No
Nota: UG-22(b),(c) y (f) cargas solamente consideradas cuyo existe Soportería
2.5 RADIOGRAFIADO
Spot UW-
11(b) / Tipo 1 B
circular
Boquilla #2
Boquilla #3
Boquilla #4
Boquilla #5
UG-116(e) Marcado Requerido: RT4
2.6 TABLA DE ESPESORES
2.6.1 Datos de componentes
SA-414 G 12 OD 3.052 0.104* 0.0864 0 1.00 Interna
Faldón de la
Interna
Cilindro #1 SA-414 G 12 OD 20.5 0.104 0.1023 0 0.85 Interna
Faldón de la
Interna
Cabeza
SA-414 G 12 OD 3.052 0.104* 0.0864 0 1.00 Interna
*Espesor mínimo de cabeza después de formada
2.6.2 Definiciones
Nominal t Espesor Nominal de pared del recipiente
Diseño t Espesor requerido del recipiente debido a la carga gobernante + la
corrosión Junta E Eficiencia de junta de la costura longitudinal
Carga
Externa Presión externa gobernante
Por Viento Esfuerzo longitudinal combinado + peso + carga por viento gobernante
Sísmica Esfuerzo longitudinal combinado + peso + carga sísmica gobernante
2.7 TABLA DE PESOS
2.7.1 Pesos (lb) Contribuidos por los elementos del recipiente
Compon
ente
Meta
l
Nue
vo*
Metal
Corro
ído
Aislami
ento
Aislami
tica #2
5.9 5.9 0 0 0 0 0 0 11.7 11.7 1
Cilindro
#1
22.3 22.3 0 0 0 0 0 0 80.9 80.9 5
Cabeza
Semielíp
tica #1
5.9 5.9 0 0 0 0 0 0 11.7 11.7 1
TOTAL: 34.2 34.2 0 0 0 0 0 0 104.
3 104.3 8
*Cuerpos con boquillas adjuntas tienen un peso reducido debido al corte de las aberturas.
2.7.2 Peso (lb) Contribuido por accesorios
Componen
te
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Cilindro #1 0 0 0.9 0.9 0 0 0 0 0 0
Cabeza
Semielíptic
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
TOTAL: 0 0 0.9 0.9 0 0 0 0 0 0
2.7.3 Resultados totales del recipiente
Nuevo Corroído
Peso vacío (lb) 35 35
Peso en la prueba hidrostática (lb) 139 139
Área (ft2) 8 -
Capacidad** (US gal) 12 12
**La capacidad del recipiente no incluye el volumen de boquillas, tubería ni accesorios.
2.7.4 Condiciones de levantamiento del recipiente
Peso de levantamiento del recipiente, Nuevo (lb) 35
Centro de gravedad desde el origen (in) 10.3018
2.8 PRUEBA HIDROSTÀTICA
Prueba hidrostática horizontal en planta basada en MAWP por UG-99(b)
Presión manométrica a 70°F = 1.3*MAWP*LSR
= 1.3*312.38*1
Las condiciones de campo no han sido investigadas.
La temperatura de pruebas de 70 °F es más alta que la mínima recomendada de
10 °F por lo que se cumple con la provisión por fractura de acuerdo a UG-99(h).
2.8.1 Prueba hidrostática horizontal en planta
Identificador
Presión
Faldón de la cabeza Semielíptica
#2 406.518 0.426 1 1.30
Cilindro #1 406.518 0.426 1 1.30
Faldón de la cabeza Semielíptica
#1 406.518 0.426 1 1.30
Cabeza Semielíptica #1 406.518 0.426 1 1.30
Boquilla #2 (N2) 406.324 0.232 1.1236 1.30
Boquilla #1 (N1) 406.216 0.124 1.1236 1.30
Boquilla #3 (N3) 406.329 0.237 1.1236 1.30
Boquilla #4 (N4) 406.207 0.114 1.1236 1.30
Boquilla #2 (N5) 406.485 0.392 1.1236 1.30
(1) La cabeza Semielíptica #2 está limitada por la proporción de esfuerzos de acuerdo a G-99(b).
(2) La posición angular de 0° es asumida en la parte superior y la altura de la prueba liquida es
asumida en la boquilla que se encuentra a mayor altura.
2.9 VACIO
del origen(in)
Longitud Le
-
Faldón de la cabeza
-
2.10 LISTA DE MATERIALES
Item # Tipo Material Esp. [in] Dia. [in] Peso [lb] Ctd.
H1 Cabeza Semielíptica
S1 Cilíndro SA-414 G 0.104 (min) 12 OD 22.5 1
Noz1 NPS 0.75 Clase 3000 – Roscada
SA-105 0.1625 1.375 OD 2.9 1
Noz2 NPS 1 Clase 3000 – Roscada
SA-105 0.2175 1.75 OD 1.2 3
Noz3 NPS 0.25 Clase 3000 – Roscada
SA-105 0.105 0.75 OD 1.4 1
PV Protector de Válvulas
PD Placa de Datos
PT Placa Top SA-414G N/E N/E N/E N/E
VS Vena de Servicio
RO Rompeolas SAE-1008 N/E N/E N/E N/E
VSG Vena de Seguridad
BRA Soportes SA-414G N/E N/E N/E N/E
3.-ANALISIS DEL DISEÑO DE INGENIERIA.
3.1 Cilindro
Prueba de
Impacto Normalizado
Presión
Prueba horizontal 0.43 11.792 1
Dimensiones
Radiografiado
Junta circular izquierda Spot UW-11(a)(5)(b) Tipo 2
Junta circular derecha Spot UW-11(a)(5)(b) Tipo 2
3.1.2 Resumen de resultados
Condición gobernante Presión interna
Espesor de diseño debido a presión interna (t) 0.1023"
Espesor de diseño debido a presión externa(te) 0.0551"
Presión máxima de trabajo permisible (MAWP) 317.49 psi
Presión externa de trabajo permisible (MAEP) 73.96 psi
MDMT Estimado -20 °F
Espesor de diseño, (a 650 °F) Apéndice 1-1
T = P*Ro / (S*E + 0.4000*P) + Corrosión = 312*6 / (21,400*0.85 + 0.4000*312) + 0
= 0.1023"
P = S*E*t / (Ro - 0.4000*t) - Ps
= 21,400*0.85*0.104 / (6 - 0.4000*0.104) - 0
= 317.49 psi
Presión externa, (Corroída & a 650 °F) UG-28(c)
L / Do = 24.4653 / 12 = 2.0388 Do / t = 12 / 0.0551 = 217.8598 De la tabla G: A = 0.000200 De la tabla CS-2: B = 2,450.9106 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*2,450.91 / (3*(12 / 0.0551)) = 15 psi
Espesor de diseño debido a presión externa Pa = 15 psi
ta = t + Corrosión = 0.0551 + 0 = 0.0551"
MAWP, (Corroído & a 650 °F) UG-28(c)
L / Do = 24.4653 / 12 = 2.0388 Do / t = 12 / 0.104 = 115.3846 De la tabla G: A = 0.000518 De la tabla CS-2: B = 6,400.6199 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*6,400.62 / (3*(12 / 0.104)) = 73.96 psi
% Elongación de la fibra extrema - UCS-79(d)
EF = (50*t / Rf)*(1 - Rf / Ro) = (50*0.104 / 5.948)*(1 - = 0.8742%
La elongación de la fibra extrema no excede 5%.
3.2 Cabeza Semielíptica #2
Componente Cabeza Semielíptica
Prueba De impacto Normalizado Grano Fino PWHT Optimizar MDMT/
No No No No No
Presión (psi) T (°F) MDMT (°F)
Interna 312 650 -20
Condición Ps (psi) Hs (in) SG
Diámetro externo 12"
Nuevo 5.92 1.4
Corroído 5.92 1.4
Cabeza a costura del cuerpo Spot UW-11(a)(5)(b) Tipo 2
1 Incluye faldón
Condición gobernante Presión Interna
MDMT Gobernante en faldón -20°F
3.2.3 Factor K
Corroído K = (1/6)*[2 + (11.792 / (2*2.948))2] 1
Nuevo K = (1/6)*[2 + (11.792 / (2*2.948))2] 1
Espesor de diseño por presión interna, (Corroído a 650 °F) Apéndice 1-4(c)
t = P*Do*K / (2*S*E + 2*P*(K - 0.1)) + Corrosión = 312*12*1 / (2*21,400*1 + 2*312*(1 - 0.1)) + 0
= 0.0863"
MAWP, (Corroído a 650 °F) Apéndice 1-4(c)
P = 2*S*E*t / (K*Do - 2*t*(K - 0.1)) - Ps = 2*21,400*1*0.104 / (1*12 - 2*0.104*(1 - 0.1)) - 0
= 376.81 psi
Espesor de diseño por presión Externa, (Corroído a 650 °F) UG-33(d)
Equivalente a el radio externo de abombado (Ro)
Ro = Ko*Do
= 0.125 / (10.616 / 0.033132)
Verificación de la Presión externa por UG-33(a) (1) Apéndice 1-4(c)
t = 1.67*Pe*Do*K / (2*S*E + 2*1.67*Pe*(K - 0.1)) + Corrosión = 1.67*15*12*1 / (2*21,400*1 + 2*1.67*15*(1 - 0.1)) + 0 = 0.007"
Espesor de diseño de la cabeza por presión externa (te) es 0.0331".
MAWP (Corroído a 650 °F) UG-33(d)
Radio de abombado externo equivalente (Ro)
Ro = Ko*Do = 0.8847*12 = 10.616 in A = 0.125 / (Ro / t) = 0.125 / (10.616 / 0.104)
= 0.001225
Verificación de la Presión externa por, UG-33(a) (1) Apéndice 1-4(c)
P = 2*S*E*t / ((K*Do - 2*t*(K - 0.1))*1.67) = 2*21,400*1*0.104 / ((1*12 - 2*0.104*(1 - 0.1))*1.67) = 225.64 psi
MAEP is: 86.45 psi.
% Elongación de la fibra externa - UCS-79(d)
EF
= (75*0.104 / 2.0566)*(1 - = 3.7926%
3.3 Faldón De La Cabeza Semielíptica #2
3.3.1 Tabla de faldón de la cabeza Semielíptica #2
Componente Cilindro
Prueba D.I.
P (psi) T (ºF) MDMT (°F)
Interna 312 650 -20
Dimensiones
Nueva 1.1 0.47
Corroída 1.1 0.47
Junta circular derecha Spot UW-11(a)(5)(b) Type 2
Condición gobernante Presión Interna
MDMT Estimada -20 °F
Espesor gobernante, tg = 0.104"
MDMT = -20°F
El material está exento de prueba de impacto por UG-20(f) a una MDMT de -20°F.
Espesor de diseño, (a 650 °F) Apéndice 1-1
t = P*Ro / (S*E + 0.4000*P) + Corrosión = 312*6 / (21,400*1.00 + 0.4000*312) + 0 = 0.087"
MAWP, (a 650 °F) Apéndice 1-1
P = S*E*t / (Ro - 0.4000*t) - Ps = 21,400*1.00*0.104 / (6 - 0.4000*0.104) - 0
= 373.52 psi
Presión Externa, (Corroído & a 650 °F) UG-28(c)
L / Do = 24.4653 / 12 = 2.0388 Do / t = 12 / 0.0551 = 217.8598 De la tabla G: A = 0.000200 De la tabla CS-2: B = 2,450.9106 psi
Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*2,450.91 / (3*(12 / 0.0551))
= 15 psi
Espesor de diseño por Presión externa Pa = 15 psi
ta = t + Corrosión = 0.0551 + 0 = 0.0551"
MAWP (Corroído & a 650 °F) UG-28(c)
L / Do = 24.4653 / 12 = 2.0388 Do / t = 12 / 0.104 = 115.3846 De la tabla G: A = 0.000518 De la tabla CS-2: B = 6,400.6199 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*6,400.62 / (3*(12 / 0.104))
= 73.96 psi
EF E
= (50*0.104 / 5.948)*(1 - = 0.8742%
3.4 Cabeza Semielíptica #1
Componente Cabeza Semielíptica
Prueba de Impacto Normalizado Grano Fino PWHT Optimizar MDMT
No No No No No
P (psi) T (°F) MDMT (°F)
Interna 312 650 -20
Dimensiones
Cabeza a costura del cuerpo Spot UW-11(a)(5)(b) Type 2
3.4.2 Factor K
Corroído K = (1/6)*[2 + (11.792 / (2*2.948))2] 1
Nuevo K = (1/6)*[2 + (11.792 / (2*2.948))2] 1
Espesor de Diseño por Interna Presión, (Corroído a 650 °F) Apéndice 1-4(c)
t =P*Do*K / (2*S*E + 2*P*(K - 0.1)) + Corrosión
=312*12*1 / (2*21,400*1 + 2*312*(1 - 0.1)) + 0
=0.0863"
Maximum allowable working Presión, (Corroído a 650 °F) Apéndice 1-4(c)
P = 2*S*E*t / (K*Do - 2*t*(K - 0.1)) - Ps
= 2*21,400*1*0.104 / (1*12 - 2*0.104*(1 - 0.1)) - 0
= 376.81 psi
Espesor de Diseño por Presión Externa, (Corroído a 650 °F) UG-33(d)
Equivalent outside spherical radius (Ro)
Ro = Ko*Do = 0.8847*12 = 10.616 in
A = 0.125 / (Ro / t)
De la tabla CS-2: B = 4,806.1907 psi
Pa = B / (Ro / t) = 4,806.1907 / (10.616 / 0.0331) = 15 psi t = 0.0331" + Corrosión = 0.0331" + 0" = 0.0331" Check the Presión Externa per UG-33(a) (1) Apéndice 1-4(c) t = 1.67*Pe*Do*K / (2*S*E + 2*1.67*Pe*(K - 0.1)) + Corrosión = 1.67*15*12*1 / (2*21,400*1 + 2*1.67*15*(1 - 0.1)) + 0 = 0.007"
Espesor para Presión Externa Espesor de Diseño (Te) es 0.0331".
Presión Externa Máxima Permisible, (Corroído a 650 °F) UG-33(d)
Equivalent outside spherical radius (Ro)
Ro = Ko*Do = 0.8847*12 = 10.616 in A = 0.125 / (Ro / t) = 0.125 / (10.616 / 0.104) = 0.001225
De la
Pa = B / (Ro / t) = 8,824.5937 / (10.616 / 0.104) = 86.4505 psi
Check the Maximum Presión Externa, UG-33(a) (1) Apéndice 1-4(c)
P = 2*S*E*t / ((K*Do - 2*t*(K - 0.1))*1.67) = 2*21,400*1*0.104 / ((1*12 - 2*0.104*(1 - 0.1))*1.67) = 225.64 psi
Presión Externa Máxima Permisible (MAEP) es 86.45 psi.
% Elongación de la fibra externa- UCS-79(d)
EF E
= (75*0.104 / 2.0566)*(1 - = 3.7926%
3.5 Faldón De La Cabeza Semielíptica #1
3.5.1 Tabla de faldón de la cabeza Semielíptica #1
Componente Cilíndro
Prueba de Impacto Normalizado Grano Fino PWHT Optimizar MDMT
No No No No No
Diseño
Prueba Horizontal 0.43 11.792 1
Dimensiones
Nuevo 1.1 0.47
Corroído 1.1 0.47
Junta Circunferencial Derecha Spot UW-11(a)(5)(b) Type 2
UCS-66 Requerimientos de Tenacidad del Material
Espesor Gobernante, tg = 0.104"
MDMT = -20°F
El material está exento de pruebas de impacto por UG-20(f) a una MDMT de diseño de -20°F.
Espesor de Diseño, (a 650 °F) Apéndice 1-1
t = P*Ro / (S*E + 0.4000*P) + Corrosión = 312*6 / (21,400*1.00 + 0.4000*312) + 0
= 0.087"
Presión Máxima de Trabajo Permisible (a 650 °F) Apéndice 1-1
P = S*E*t / (Ro - 0.4000*t) - Ps = 21,400*1.00*0.104 / (6 - 0.4000*0.104) - 0
= 373.52 psi
L / Do = 24.4653 / 12 = 2.0388 Do / t = 12 / 0.0551 = 217.8598 De Tabla G: A = 0.000200 De Tabla CS-2: B = 2,450.9106 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*2,450.91 / (3*(12 / 0.0551)) = 15 psi
Espesor de Diseño por Presión Externa Pa = 15 psi
ta = t + Corrosión = 0.0551 + 0 = 0.0551"
Resumen de Resultados
Diseño de espesor debido a presión interna(t) 0.087"
Diseño de espesor debido a presión externa(te) 0.0551"
Presión de Trabajo Máxima Permisible(MAWP) 373.52 psi
Presión Externa Máxima Permisible(MAEP) 73.96 psi
Estimada MDMT -20 °F
Presión Externa Máxima Permisible, (Corroído & a 650 °F) UG-28(c)
L / Do = 24.4653 / 12 = 2.0388 Do / t = 12 / 0.104 = 115.3846 De Tabla G: A = 0.000518 De Tabla CS-2: B = 6,400.6199 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*6,400.62 / (3*(12 / 0.104)) = 73.96 psi
% Elongación de la fibra externa- UCS-79(d)
EF E
= (50*0.104 / 5.948)*(1 - = 0.8742%
3.6 Boquilla #1 (N1)
Localización Y Orientación
Orientación 90°
Distancia del centro de la boquilla a la línea de origen 13.21"
Fin de la boquilla el centro del cuerpo 5.9657"
Equidistancia del centro, Lo -3"
Pasa a través de una junta Categoría A No
Boquilla
Abertura de Acceso No
Diámetro Interno, Nuevo 1.05"
Corrosión Permisible 0"
Longitud del cordón de la Abertura 1.2188"
Proyección externa del recipiente disponible, Lpr 0.4293"
Espesor mínimo local del recipiente 0.104"
Carga estática por líquido incluida 0 psi
Eficiencia de la junta longitudinal 1
Soldaduras
Cálculos de Refuerzos por MAWP
El espesor de pared del recipiente gobierna la MAWP de esta boquilla
3.6.2 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas (in2) UG-37 por
MAWP
UG-45
Resumen(in)
La abertura esta adecuadamente reforzada
Boquilla
porUG-45
A
Requerido
A
A
Cálculos por presión Interna 373.53 psi @ 650 °F
Límite de refuerzo paralelo por UG-40
L
= MAX(1.2188, 0.6094 + (0.1625 - 0) + (0.104 - 0)) = 1.2188 in
Límite Normal externo de reforzamiento por UG-40
L
= MIN(2.5*(0.104 - 0), 2.5*(0.1625 - 0) + 0) = 0.26 in
Espesor de boquilla requerido por UG-27(c) (1)
trn = P*Rn / (Sn*E - 0.6*P) = 373.5331*0.525 / (17,800*1 - 0.6*373.5331) = 0.0112 in
Espesor Requerido tr de UG-37(a)
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P)
= 373.5331*6 / (21,400*1 + 0.4*373.5331) = 0.104 in
Espesor Requerido tr Por la interpretación VIII-1-07-50
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P)
= 373.5331*6 / (21,400*0.85 + 0.4*373.5331)
= 0.1222 in
La abertura N1 está muy cerca de acuerdo a UG-36(c) (3) (d), para poder
exentar por UG-36(c) (3) (a). Cálculos de Reforzamiento realizados.
Área requerida porUG-37(c)
Esfuerzos Permisibles: Sn = 17,800, Sv = 21,400 psi fr1 = el menor of 1 o Sn / Sv = 0.8318 fr2 = el menor of 1 o Sn / Sv = 0.8318
A = d*tr*F + 2*tn*tr*F*(1 - fr1) = 1.2188*0.104*0.5 + 2*0.1625*0.104*0.5*(1 - 0.8318) = 0.0662 in2
Área Disponible de FIG. UG-37.1
A1 = El más grande de los siguientes= 0.0605 in2 = d*(E1*t - F*tr) - 2*tn*(E1*t - F*tr)*(1 - fr1) = 1.2188*(1*0.104 - 0.5*0.104) - 2*0.1625*(1*0.104 - 0.5*0.104)*(1 - 0.8318)
= 0.0605 in2
= 2*(t + tn)*(E1*t - F*tr) - 2*tn*(E1*t - F*tr)*(1 - fr1)
= 2*(0.104 + 0.1625)*(1*0.104 - 0.5*0.104) - 2*0.1625*(1*0.104 - 0.5*0.104)*(1 - 0.8318)
= 0.0249 in2
A2 = El más pequeño de los siguientes= 0.0654 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*t = 5*(0.1625 - 0.0112)*0.8318*0.104 = 0.0654 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*tn = 5*(0.1625 - 0.0112)*0.8318*0.1625 = 0.1023 in2
A4
As Área >= A El refuerzo es adecuado.
UW-16(c) Verificación de la soldadura
Filete de soldadura: tmin = el menor of 0.75 o tn o t = 0.104 in
tc (min) = el menor of 0.25 o 0.7*tmin = 0.0728 in
tc (actual) = 0.7*Pierna = 0.7*0.125 = 0.0875 in
El tamaño de filete de soldadura es satisfactorio.
Los cálculos de resistencia de soldadura no son requeridos conforme al detalle de
Fig. UW-16.1, dibujo (c-e).
ASME B16.11 Verificación de espesor de pared de Cople
Espesor de pared requerido por ASME B16.11 2.1.1: tr1 = 0.0143 in (E =1)
Espesor de pared por UG-16(b): tr3 = 0.0625 in
Espesor nuevo de pared de boquilla disponible, tn = 0.1625 in El espesor de boquilla del cuello es adecuado.
La verificación de refuerzo es en el plano paralelo del eje longitudinal
Refuerzos disponibles por UG-37 MAWP Gobernante en esta boquilla
3.6.3 UG-37 Resumen de Cálculos por Áreas (in2) en el plano
paralelo
UG-45
Resumen(in)
Boquilla
porUG-45
A
Requerido
A
A
L
= MAX(1.05, 0.525 + (0.1625 - 0) + (0.104 - 0)) = 1.05 in
L
= MIN(2.5*(0.104 - 0), 2.5*(0.1625 - 0) + 0)
= 0.26 in
= 312.3788*0.525 / (17,800*1 - 0.6*312.3788) = 0.0093 in
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P)
= 312.3788*6 / (21,400*1 + 0.4*312.3788)
= 0.0871 in
= 312.3788*6 / (21,400*0.85 + 0.4*312.3788) = 0.1023 in
La abertura N1 está muy cerca de acuerdo a UG-36(c) (3) (d), para poder
exentar por UG-36(c) (3) (a). Cálculos de Reforzamiento realizados.
Área requerida porUG-37(c)
A = d*tr*F + 2*tn*tr*F*(1 - fr1) = 1.05*0.0871*1 + 2*0.1625*0.0871*1*(1 - 0.8318) = 0.0962 in2
A1 = El más grande de los siguientes= 0.0169 in2
= d*(E1*t - F*tr) - 2*tn*(E1*t - F*tr)*(1 - fr1) = 1.05*(1*0.104 - 1*0.0871) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.0871)*(1 - 0.8318) = 0.0169 in2
= 2*(0.104 + 0.1625)*(1*0.104 - 1*0.0871) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.0871)*(1 - 0.8318)
= 0.0081 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*t = 5*(0.1625 - 0.0093)*0.8318*0.104 = 0.0663 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*tn = 5*(0.1625 - 0.0093)*0.8318*0.1625 = 0.1035 in2
A4
Área >= A El refuerzo es adecuado.
Espesor nuevo de pared de boquilla disponible, tn = 0.1625 in
El espesor de boquilla del cuello es adecuado.
Cálculos de Reforzamiento por MAEP
3.6.7 UG-37 Resumen de Cálculos por Áreas (in2) por MAEP UG-45
Resumen(in)
Boquilla porUG-
A
Cálculos por Presión Externa 73.96 psi @ 650 °F
L
= MAX(1.2182, 0.6091 + (0.1625 - 0) + (0.104 - 0)) = 1.2182 in
L
= MIN(2.5*(0.104 - 0), 2.5*(0.1625 - 0) + 0) = 0.26 in
Espesor de boquilla requerido por UG-28 trn = 0.0094 in
De UG-37(d) (1) Espesor Requerido TR = 0.104 in
La abertura N1 está muy cerca de acuerdo a UG-36(c) (3) (d), para poder exentar
por UG-36(c) (3) (a). Cálculos de Reforzamiento realizados.
Área requerida porUG-37(d) (1)
A = 0.5*(d*tr*F + 2*tn*tr*F*(1 - fr1)) = 0.5*(1.2182*0.104*1 + 2*0.1625*0.104*1*(1 - 0.8318)) = 0.0662 in2
A1 = El más grande de los siguientes= 0 in2
= d*(E1*t - F*tr) - 2*tn*(E1*t - F*tr)*(1 - fr1) = 1.2182*(1*0.104 - 1*0.104) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.104)*(1 - 0.8318) = 0 in2
= 2*(0.104 + 0.1625)*(1*0.104 - 1*0.104) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.104)*(1 - 0.8318)
= 0 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*t = 5*(0.1625 - 0.0094)*0.8318*0.104 = 0.0662 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*tn = 5*(0.1625 - 0.0094)*0.8318*0.1625 = 0.1035 in2
A4
-El tamaño de filete de soldadura es satisfactorio.
-Los cálculos de resistencia de soldadura no son requeridos conforme al detalle de
ta UG-28 = 0.0094 in
ta = max[ ta UG-28 , ta UG-22 ] = máx.[ 0.0094 , 0 ] = 0.0094 in
tb2 = P*Ro / (S*E + 0.4*P) + Corrosión = 73.9627*6 / (21,400*1 + 0.4*73.9627) + 0 = 0.0207 in
tb2 = máx.[ tb2 , tb UG16 ] = máx.[ 0.0207 , 0.0625 ] = 0.0625 in
tb = min[ tb3 , tb2 ]
tUG-45 = máx.[ ta , tb ] = máx.[ 0.0094 , 0.0625 ] = 0.0625 in
L / Do = 1.2326 / 1.375 = 0.8965 Do / t = 1.375 / 0.0094 = 145.8657 De Tabla G: A = 0.000858 De Tabla CS-2: B = 8,091.5837 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*8,091.58 / (3*(1.375 / 0.0094)) = 73.96 psi
Espesor de Diseño por Presión Externa Pa = 73.96 psi
ta = t + Corrosión = 0.0094 + 0 = 0.0094"
Localización y Orientación
Orientación 90°
Fin de la boquilla a el centro del cuerpo 6.75"
Boquilla
Roscada
Diámetro Interno, Nuevo 1.05"
Soldaduras
Boquilla a la soldadura a tope del recipiente 0.104"
3.7.3 Tabla de Requerimientos de Tenacidad del Material de la Boquilla UCS-66
tr = 312.38*0.525 / (20,000*1 - 0.6*312.38) = 0.0083"
Relación de Esfuerzos= tr*E* / (tn - c) = 0.0083*1 / (0.1625 - 0) = 0.0509
Relación de Esfuerzos≤ 0.35, MDMT per UCS-66(b)(3) = -155°F
El material está exento de pruebas de impacto a una MDMT de diseño de -20°F.
3.7.2 Tabla de Requerimientos de tenacidad del material a la intersección de la
boquilla UCS-66.
Temperatura exenta de la fig. UCS-66 Curva B= -20°F
tr = 312.38*6 / (21,400*1 + 0.4*312.38) = 0.0871"
Reducción en MDMT, TR de Fig UCS-66.1 = 16.3°F
MDMT = max[ MDMT - TR, -55] = max[ -20 - 16.3 , -55] = -36.3°F
L
= MAX(1.05, 0.525 + (0.1625 - 0) + (0.104 - 0)) = 1.05 in
L
= MIN(2.5*(0.104 - 0), 2.5*(0.1625 - 0) + 0) = 0.26 in
trn = P*Rn / (Sn*E - 0.6*P) = 312.3788*0.525 / (17,800*1 - 0.6*312.3788) = 0.0093 in
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P) = 312.3788*6 / (21,400*1 + 0.4*312.3788) = 0.0871 in
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P) = 312.3788*6 / (21,400*0.85 + 0.4*312.3788) = 0.1023 in
La abertura N2 está muy cerca de acuerdo a UG-36(c) (3) (d) para exentar por
UG-36(c) (3) (a). Se realizaran los cálculos de reforzamiento.
Área requerida por UG-37(c)
A = d*tr*F + 2*tn*tr*F*(1 - fr1)
= 1.05*0.0871*1 + 2*0.1625*0.0871*1*(1 - 0.8318)
= 0.0962 in2
A1 = El más grande de los siguientes= 0.0169 in2 = d*(E1*t - F*tr) - 2*tn*(E1*t - F*tr)*(1 - fr1) = 1.05*(1*0.104 - 1*0.0871) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.0871)*(1 - 0.8318) = 0.0169 in2
= 2*(0.104 + 0.1625)*(1*0.104 - 1*0.0871) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.0871)*(1 - 0.8318)
= 0.0081 in2
A2 = El más pequeño de los siguientes= 0.0663 in2 = 5*(tn - trn)*fr2*t = 5*(0.1625 - 0.0093)*0.8318*0.104 = 0.0663 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*tn = 5*(0.1625 - 0.0093)*0.8318*0.1625
= 0.1035 in2
Cálculos de Reforzamiento por MAEP
3.7.4 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas(in2) UG-37 por
MAEP
UG-45
Resumen(in)
Boquilla porUG-
A
Cálculos por Presión Externa 73.96 psi @ 650 °F
L
= MAX(1.05, 0.525 + (0.1625 - 0) + (0.104 - 0)) = 1.05 in
L
= MIN(2.5*(0.104 - 0), 2.5*(0.1625 - 0) + 0) = 0.26 in
Espesor de boquilla requerido por UG-28 trn = 0.0086 in
De UG-37(d) (1) Espesor Requerido tr = 0.104 in
Área requerida porUG-37(d) (1)
A = 0.5*(d*tr*F + 2*tn*tr*F*(1 - fr1)) = 0.5*(1.05*0.104*1 + 2*0.1625*0.104*1*(1 - 0.8318)) = 0.0574 in2
A1 = El más grande de los siguientes= 0 in2
= d*(E1*t - F*tr) - 2*tn*(E1*t - F*tr)*(1 - fr1) = 1.05*(1*0.104 - 1*0.104) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.104)*(1 - 0.8318) = 0 in2
= 2*(0.104 + 0.1625)*(1*0.104 - 1*0.104) - 2*0.1625*(1*0.104 - 1*0.104)*(1 - 0.8318)
= 0 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*t = 5*(0.1625 - 0.0086)*0.8318*0.104 = 0.0665 in2
= 5*(tn - trn)*fr2*tn = 5*(0.1625 - 0.0086)*0.8318*0.1625
= 0.104 in2
Áre a
ta UG-28 = 0.0086 in
ta = max[ ta UG-28 , ta UG-22 ] = máx.[ 0.0086 , 0 ] = 0.0086 in
tb2 = P*Ro / (S*E + 0.4*P) + Corrosión = 73.9627*6 / (21,400*1 + 0.4*73.9627) + 0
= 0.0207 in
tb = min[ tb3 , tb2 ]
tUG-45 = máx.[ ta , tb ]
L / Do = 0.7895 / 1.375 = 0.5742 Do / t = 1.375 / 0.0086 = 159.1084 De Tabla G: A = 0.001226 De Tabla CS-2: B = 8,826.2216 psi Pa = 4*B / (3*(Do / t)) = 4*8,826.22 / (3*(1.375 / 0.0086)) = 73.96 psi
Espesor de Diseño por Presión Externa Pa = 73.96 psi
ta = t + Corrosión = 0.0086 + 0 = 0.0086"
Localización y Orientación
Orientación 90°
Fin de la boquilla a el centro del cuerpo 7"
Boquilla
Roscada
23)
Espesor Nominal de pared 0.2175"
Soldaduras
Boquilla a la soldadura a tope del recipiente 0.104"
3.8.2 Tabla de Requerimientos de tenacidad del material a la intersección de la
boquilla UCS-66
Temperatura exenta de la fig. UCS-66 Curve B= -20°F
tr = 312.38*6 / (21,400*1 + 0.4*312.38) = 0.0871"
Reducción en MDMT, TR de Fig UCS-66.1 = 16.3°F
MDMT = max[ MDMT - TR, -55] = max[ -20 - 16.3 , -55] = -36.3°F
3.8.3 Tabla de Requerimientos de Tenacidad del Material de la Boquilla UCS-66
tr = 312.38*0.6575 / (20,000*1 - 0.6*312.38) = 0.0104"
Relación de Esfuerzos≤ 0.35, MDMT per UCS-66(b)(3) = -155°F
3.8.4 Tabla de Resumen de Cálculos por Áreas (in2) UG-37 por
MAWP
UG-45
Resumen(in)
Boquilla
porUG-45
A
Requerido
A
A
L
= MAX(1.315, 0.6575 + (0.2175 - 0) + (0.104 - 0)) = 1.315 in
L
= MIN(2.5*(0.104 - 0), 2.5*(0.2175 - 0) + 0) = 0.26 in
trn = P*Rn / (Sn*E - 0.6*P) = 315.2984*0.6575 / (17,800*1 - 0.6*315.2984) = 0.0118 in
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P) = 315.2984*6 / (21,400*1 + 0.4*315.2984) = 0.0879 in
tr = P*Ro / (S*E + 0.4*P)
= 315.2984*6 / (21,400*0.85 + 0.4*315.2984) = 0.1033 in
Área requerida po

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