b31.3 tuberias de proceso

1Diseo de Tuberas de Proceso para Facilidades, Refineras, Plantas

Petroqumicas e Industrias

Presentado por:Ing. Fernando Dvila T., MBA

Instructor [email protected]

201511

Normas ASME de Tuberas 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 B31.8S Managing System Integrity of Gas

Pipelines 22

2Normas ASME de Tuberas B31.9 Building Services Piping B31.11 Slurry Transportation Piping

Systems 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

33

Normas ASME de Tuberas 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 Piping

44

3Otras Normas ASME

BPE-1 Bioprocessing Equipment PVHO-1 Pressure Vessels for Human

Occupancy HPS High Pressure Systems BPVC Section V Non-destructive

Testing BPVC Section IX Welding and

Brazing Qualifications55

Otros Cdigos AWS D10.10 Heating Practices for Pipe

and Tubing AWS D10.11 Root Pass Welding for

Pipe AWS D10.12 Pipe Welding AWS D10.18 Pipe Welding SS API Spec.5L Specification for Line

Pipe

66

4Otros Cdigos ASTM E273-10 Standard Practice for

Ultrasonic Testing of the Weld Zone of Welded Pipe and Tubing

EN ISO 17635 Non-destructive Testing of Welds

EN 13480-5 Metallic Industrial Piping, Part 5: Inspection and Testing

77

Otros Cdigos ISO/WD 15649 Petroleum and Gas

Industries - Piping NFPA 24 Private Fire Service Mains NFPA 58 Liquefied Petroleum Gas

Code NFPA 59A Production, Storage, and

Handling of Liquefied Natural Gas

88

599

Sistemas de TuberasTuberasAccesorios (codos, reducciones, conexiones a ramales, etc.)Bridas, empaques, esprragosVlvulasSoportes de tubera

1010

La ASME B31.3Suministra los requisitos para:- Materiales de tuberas y accesorios- Diseo - Ensamblaje- Ereccin- Examen - Inspeccin- Fabricacin - Pruebas

61111

La ASME B31.3Se aplica en plantas de proceso incluyendo:- Refineras- Plantas de papel- Plantas qumicas- Plantas de semiconductores- Plantas farmacuticas- Fbricas textiles- Plantas criognicas

1212

La ASME B31.3El alcance de la B31.3 son todas las tuberas con sus componentes, para todos los fluidos:

Materia prima, intermedios, y productos qumicos terminadosProductos del petrleoGas, vapor, aire, y aguaSlidos disueltos en un fluidoRefrigerantesFluidos criognicos

71313

La ASME B31.3Interconexiones dentro de equipos en paqueteExclusiones especificadas en el alcance: 1. Sistemas de tuberas con presin 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 diseo est entre 20F y 366F (-29C y 186C).

2. Calderos de potencia de acuerdo al Cdigo BPV SectionI y tuberas externas a los calderos que se requiere cumpla con la B31.1;

1414

La ASME B31.3

3. Tubos, cabezales de tubos, cruces, y mltiples de calentadores de fuego, que son internos en el cuerpo del calentador.

4. Recipientes de presin, intercambiadores de calor, bombas, compresores, y otros equipos de fluidos o de proceso, incluyendo las tuberas internas y las conexiones a tuberas externas.

81515

La ASME B31.3Tambin se excluyen:- Sistemas de proteccin contra incendios- Sistemas sanitarios y de aguas lluvias- Plomera- Tuberas de transporte (B31.4, B31.8, y

B31.11)- Tuberas de calderos (Seccin I, BPVC)

1616

La ASME B31.3Son opcionales:

Tuberas de vapor de un caldero que no estn incluidas en el ASME BPVC, Section I

Tuberas de refrigeracin que son parte de un sistema compacto

91717

La ASME B31.3Apndice Ttulo

A Esfuerzos Permisibles y Factores de Calidad para Tubera Metlica y Materiales de Pernos

B Tablas de Esfuerzos y de Presin Admisible para No-metlicos

C Propiedades Fsicas de Materiales de Tuberas

D Factores de Flexibilidad y de Intensificacin de Esfuerzos

E Estndares de Referencia

F Consideraciones de Precaucin

G Salvaguardas

H Clculos de Muestra para Refuerzos de Ramales

J Nomenclatura

K Esfuerzos Admisibles para Tubera de Alta Presin

L Bridas de Aleaciones de Aluminio para Tubera

M Gua para Clasificar los Servicios de Tubera

N Aplicacin de la ASME B31.3 Internacionalmente

P Reglas Alternativas para Evaluar el Rango de Esfuerzos

Q Programa de Sistema de Calidad

S Ejemplos de Anlisis de Esfuerzos de Sistemas de Tuberas

V Variaciones Permisibles en Servicio de Temperatura Elevada

X Juntas de Expansin Metlica de Fuelle

Z Preparacin de Consultas Tcnicas

1818

La ASME B31.3La ASME B31.3 suministra el mnimo de requisitos para seguridad.No es un manual de diseoEs aplicable slo con tubera nueva.Tubera que ha estado en servicio no est en el alcance del Cdigo.Utilice el API 570, Piping Inspection Code, para tubera que ha sido puesta ya en servicio

10

1919

La ASME B31.3

Poco peligro

Categora D

Servicio de Fluidos

Normales

Servicio de Fluidos

Peligrosos

Categora M

2020

La ASME B31.3Servicio de Fluidos Categora D:

1. el fluido manejado no es inflamable, no es txico, y no afecta a la piel humana como se define en el para. 300.2

2. la presin manomtrica de diseo no exceder 1035 kPa (150 psi)

3. la temperatura de diseo va desde -29C (-20F) hasta 186C (366F)

11

2121

La ASME B31.3Servicio de Fluido Categora M : un servicio de fluidos en el cual el peligro potencial para el personal expuesto se considera significativo y en el cual una simple exposicin a una muy pequea cantidad de un fluido txico, causada por una fuga, puede producir daos serios e irreversibles al personal en la respiracin o en contacto con el cuerpo incluso cuando se toman medidas inmediatas de recuperacin

2222

La ASME B31.3Servicio de Fluido Normal: un servicio de fluidos que corresponde a la mayora de tuberas cubiertas por este Cdigo, y que no estn dentro de las reglas para Categora D, Categora M, temperatura elevada, o Servicio de Fluidos de Alta PresinServicio de Fluidos de Alta Temperatura:un servicio de fluidos en el cual la temperatura de metal de la tubera tiene una temperatura de diseo o de operacin igual o mayor que Tcr como se define.

12

2323

La ASME B31.3Servicio de Fluidos de Alta Presin: un servicio de fluidos para el cual el propietario especifica el uso del Chapter IX for pipingdesign and construction. Servicio de Fluidos de Alta Pureza: sistemas de tuberas definidas para otros propsitos como de alta pureza, ultra-alta pureza, sanitaria, o asptica.

2424

Organizacin de la ASME B31.3

13

2525

Organizacin de la ASME B31.3Fluido a ser clasificado

Fluido de Alta Presin definido por el dueo?

El fluido es txico? Es el fluido inflamable? Puede haber exposicin

al fluido, por una fuga, afecta a la piel?

Revise los criterios de la Col. 3. Se aplica las condiciones para un fluido de Categora M?

Es txico el fluido?

Una simple exposicin, causada por una fuga de una pequea cantidad de fluido podra producir serios daos irreversibles como se define bajo Servicio de Fluidos de Categora M?

Diseo y construccin conforme a las reglas dadas en el Captulo IX para Fluidos de Alta Presin

La presin manomtrica de diseo es de 1035 kPa (150 psi) o menos con temperatura de diseo entre -29C y 186C (-20F y 366F), inclusive?

Considerando experiencia, condiciones de servicio, y ubicacin, si se disea en base al Cdigo o el Captulo VII se proteger suficiente al personal de una exposicin a una cantidad muy pequea del fluido en el ambiente?

El Cdigo no da provisiones para este Servicio de Fluido

El Cdigo Base (Cap. I VI) aplica a tubera metlica; Captulo VII es para no metlicos con o sin revestimiento

Podra haber condiciones cclicas severas que se prevean en el diseo?

El Cdigo Base (Cap. I VI) aplica a tubera metlica; Captulo VII es para no metlicos con o sin revestimiento

Servicio de Fluido Categora M, sujeta a designacin por el dueo

Reglas de Diseo y construccin para Servicio Normal

Ha sido designado por el dueo el Servicio de Categora D?

Diseo y construccin por Captulo VIII para Servicio de Categora M

Se puede usar elementos de tubera limitados a Servicio Categora D.

Si no se puede prevenir condiciones cclicas severas por diseo, entonces:a) Cumpla requisitos especiales para tubera metlicab) El cdigo no da provisiones para tubera no metlica

Gua para Clasificar Servicios de Fluidos

S

S

S

SS

S

S

S

S

S

S

NOTAS:1. Vea los Prrafos 300(b)(1), 300(d)(4) y (5), y 300(e) para saber las decisiones que debe tomar el dueo. Otras decisiones son responsabilidad del diseador; prrafo 300(b)(2).2. El trmino servicio de fluido est definido en el prrafo 300,2,3. Las condiciones cclicas severas estn definidas en el prrafo 300,2, Requisitos se encuentran en Captulo II, Partes 3 y 4, y en prrafos 323,4,2 y 241,4,3,

2626

La ASME B31.3ASME B31.3 suministra los requisitos mnimos de seguridad No es un manual de diseoSe usa solo con tubera nuevaTubera existente que ha estado en servicio no est dentro del alcance del CdigoConsidere a API 570, Piping InspectionCode, para tubera que ha sido puesta en servicio

14

2727

La ASME B31.3La ASME B31.3 no da directivas para operacin o mantenimiento de sistemas de tubera.Los requerimientos del Cdigo son suficientes para un diseo adecuadamente seguro.Puede haber elementos que no estn aprobados ni prohibidos, pueden ser utilizados si se prueba que califican.

2828

La ASME B31.3En casos especiales se pueden aplicar requisitos mas rigurososMtodos mas rigurosos de anlisis pueden ser utilizados cuando el caso lo amerite, como elementos finitos, pero debern justificarse.Se pueden tambin usar otros tratamientos trmicos, se puede recalificar elementos, y las temperaturas de esfuerzos admisibles pueden ser excedidas.

15

2929

Esfuerzos en las Tuberas

3030

Condiciones y Criterios de Diseo

Las condiciones de diseo de la ASME B31.3 son especficas para sistemas presurizadosHay que definir las presiones, temperaturas, y fuerzas aplicables al diseo de la tubera.Siempre se utiliza la condicin mas desfavorable que prevalezca, a no ser que se den dos o mas condiciones extremas al mismo tiempo.Para determinar la presin de diseo, todas las condiciones de presin interna deben considerarse.Se debe incluir la expansin trmica de fluidos atrapados en el interior, variaciones, y fallas de los aparatos de control.

16

3131

Condiciones y Criterios de DiseoLa determinacin de la presin de diseo puede verse afectada por los medios utilizados para proteger la tubera por sobre presin. Para establecer la temperatura de diseo nos interesa la temperatura del metal.Esta no coincide necesariamente con la temperatura de proceso.Se debe considerar tambin las temperaturas ambientales, radiacin solar, y temperatura mxima del sistema de calentamiento.La temperatura del metal se calcula o se mide por muestreo.

3232

Condiciones y Criterios de DiseoPara establecer la temperatura mnima, se debe considerar la temperatura mas baja que se puede tener bajo cualquier condicin en servicio.Se necesita determinar la temperatura mnima de diseo para establecer los rangos de las pruebas de impacto requeridos por la ASME B31.3.La tubera debe ser diseada para contener la mxima presin posible de forma segura.Para los controles de alivio de presin por expansin trmica, se puede establecer un rango del 120% sin necesidad de aprobacin o justificacin.Se puede permitir vlvulas de bloqueo en las lneas que conectan a las vlvulas de alivio, bajo ciertas limitaciones

17

Esfuerzos de Diseo1. El valor menor de un tercio del Mnimo Esfuerzo de Tensin

Especificado a temperatura de proceso y un tercio del esfuerzo de tensin a temperatura ambiente.

2. El menor de dos tercios del Esfuerzo Mnimo de Fluencia Especificado y dos tercios del esfuerzo de fluencia a temperatura ambiente.

3. Con aceros inoxidables austenticos y aleaciones de nquel, el menor de dos tercios del Esfuerzo de Fluencia Mnimo Especificado y 90% del esfuerzo de fluencia a temperatura ambiente.

4. 100% del esfuerzo promedio para una rata de deformacin de 0.01% por 1,000 h.

5. 67% del esfuerzo promedio de ruptura al final de 100,000 h.3333

Esfuerzos de Diseo6. 80% del esfuerzo mnimo para ruptura al final de 100,000 h.7. Para materiales de grado estructural, el esfuerzo permisible

bsico ser de 0.92 veces el valor mas bajo determinado.El esfuerzo de fluencia a temperatura de proceso se usa Sy Ryy el esfuerzo de tensin 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 tensin al esfuerzo de tensin a temperatura ambiente, RTes el radio de la temperatura promedio dependiente del valor de la inclinacin de la curva de esfuerzo de fluencia al esfuerzo de fluencia a temperatura ambiente)

3434

18

3535

Diseo por presinLas ecuaciones del Cdigo suministran el espesor mnimo requerido para limitar la membrana, y en algunos casos los esfuerzos de doblado en los componentes, a los esfuerzos permitidos apropiados.Las tolerancias por corrosin, erosin, o por resistencia mecnica deben ser aadidas al espesor calculado.Las tolerancias mecnicas incluyen las reducciones fsicas de espesor por roscados o ranuras.Las tolerancias de corrosin o erosin se basan en la erosin o corrosin anticipada calculada para toda la vida de la tubera.Las tolerancias de fabricacin se dan en las especificaciones.

3636

Diseo por presinLa tolerancia mas comn en las paredes de tubera 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 cul es la tolerancia que gobierna, si la del peso (10%) o la de espesor de pared (12.5%).

19

Esfuerzos Permisibles de Diseo

3737


3838

20


3939


4040

21


4141


4242

22


4343


4444

23


4545


4646

24

4747

Diseo por presin

4848

Diseo por presin

25

4949

Diseo por presin

5050

MaterialesEl captulo III de la Norma fija y establece las calificaciones requeridas y limitaciones para el uso de materiales en tuberas de facilidades. Son fundamentales las propiedades mecnicas de los materiales.Se debe cuidar las limitaciones de tensin y temperatura.Los criterios de seleccin para duracin en servicio continuo no se encuentra dentro del alcance del Cdigo. Es criterio y responsabilidad del diseador

26

5151

Los requisitos de Materiales son:

Materiales listados.

Materiales no listados.

Materiales desconocidos.

Materiales reciclados.

5252

Materiales aceptadosEl apndice A: contiene materiales listados y est formado por las siguientes tablas:

A-1: Tensiones admisibles bsicas a traccin.(Funcin t)A-1A: Factores de calidad de fundicin (Ec)A-1B: Factores de calidad para juntas soldadas (Ej)A-2: Valores de tensin de diseo para pernos

27

5353

Tabla A-1: Clasificacin por composicin qumica, tipo de aleacin o material

Hierro fundido. Acero al carbono.Acero de baja y media aleacin. Acero inoxidable. Cobre y aleaciones de cobre.

5454

Tabla A-1: Clasificacin por composicin qumica, tipo de aleacin o material

Nquel y aleaciones de nquel. Titanio y aleaciones de titanio. Zirconio y aleaciones de Zirconio.Aluminio y aleaciones de aluminio.

28

5555

En cada Grupo, se clasifican por la Forma

Tubos.Tubos estructurales.Chapas y lminasChapas y lminas estructuralesForjados y accesorios. FundicionesRedondos y barras

5656

Para cada material la tabla A-1 contiene adems:

Proceso de fabricacin: (Forjado, fundido, soldado, etc.)Forma del productoEspecificacin, tipo, grado, clase, etc. Nmero UNS.Composicin nominal. Nmero P

29

5757

Para cada material la tabla A-1 contiene adems:

Tensin mnima: Fluencia y RoturaFactores de calidad:Informacin necesaria para ImpactoCondicin de tratamiento trmico.Mxima tensin admisible:(Funcin de la temperatura)

5858

Diseo por presinEl espesor mnimo se calcula con la siguiente frmula:

tm = t + c Donde:

c = suma de todas las tolerancias: mecnicas, corrosin, erosin.

t = espesor de diseo por presintm= espesor mnimo requerido incluyendo

tolerancias

30

5959

Diseo por presinPara tubera con t < D/6 :

Donde:D = dimetro exterior (no nominal).E = factor de calidad de junta (Tabla)P = presin interna de diseoS = valor de esfuerzo admisibleY = coeficiente (tabla)W = factor de reduccin de esfuerzos de la junta

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

t =t =PDPD

2(SEW+PY2(SEW+PY))

6060

Diseo por presin

31

6161

Diseo por presin

6262

Diseo por presin

32

6363

Diseo por presinPara tubera con t < D/6 tambin:

Donde:W = factor de reduccin por junta soldadad = dimetro internoc = tolerancias de espesor

t =P(d+2c)

2[SEW - P(1-Y)]

6464

Diseo por presinPara tubera con t < D/6 :

Donde:D = dimetro exterior (no nominal).d = dimetro interior de la tuberac = suma de tolerancias mecnicas (roscas o canales) ms las tolerancias de corrosin y erosin Y = coeficiente (tabla)

Y =d + 2c

D + d +2c

33

6565

Diseo por PresinPara t D/6 para P/SE > 0.385, el clculo del espesor de pared para tuberas requiere de consideraciones especiales o factores tales como teora de fallas, efectos de fatiga, y esfuerzos trmicos.

6666

Diseo por Presin

34

6767

6868

Diseo por PresinEn tubera recta bajo presin externa se siguen los lineamientos del BPV Code, Section VIII, Division 1, utilizando como longitud de diseo L la longitud del eje central entre secciones.En segmentos curvados, el mnimo espesor tm de un tramo curvado se determina por la siguiente frmula:

t =PD

2[(SEW/I) +PY)]

35

6969

Diseo por PresinDonde los intrados (radio de doblado interno)

I =4(R1/D) - 1

[4(R1/D) - 2)]

7070

Diseo por PresinDonde los extrados (radio de doblado externo)

En el lado del doblado o de la corona, en la lnea de centros I = 1.0

I =4(R1/D) + 1

4(R1/D) + 2)]

36

7171

ACCESORIOS, CODOS, CURVAS, INTERSECIONES

Curva inducida

7272

Diseo por PresinCurvas hechas por varios sectores de tubo.

= 2

37

Curva por Sectores

7373

7474

Diseo por PresinEn curvas hechas por varios sectores de tubo, la presin interna mxima permitida deber ser menor que la que se calcule con las siguientes frmulas. Estas ecuaciones no son aplicables cuando exceda 22.5 grados.

38

7575

Diseo por PresinEn curvas de un sector:

1. La mxima presin interna con un ngulo no mayor de 22.5 grados debe ser calculada con la frmula (4a).

2. Si el ngulo es mayor a 22.5 grados, se debe calcular con:

7676

Diseo por PresinEl espesor de la pared de tubo T usado en estas frmulas debe extenderse una distancia no menor a M desde el ngulo interno de unin de los sectores donde M = el valor mayor de 2.5 (r2T)0.5 tan (R1 r2).La longitud del acople al final del sector se puede incluir en la distancia M.

39

7777

Diseo por PresinPara cumplir con este Cdigo, el valor de R1 no debe ser menor que:

R1 = ++

Donde A tiene los siguientes valores empricos:

A

tan D

2

7878

Diseo por Presin(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

40

7979

Ramales

8080

Ramales Conexiones de ramales:

Un ramal corta un agujero en la tuberaEl material removido ya no est disponible para soportar las fuerzas internas de presinEl concepto de reemplazo de rea se utiliza para los ramales que no cumplen con las normas o con ciertos diseosEl metal removido debe ser reemplazado por metal extra en el rea del ramal

41

8181

Ramales Conexiones de ramales, reglas:

Dh/Th < 100 y Db/Dh < 1.0Para tubera donde Dh/Th 100, el dimetro Db < Dhi/2 El ngulo debe ser al menos 45 gradosEl eje del ramal debe intersectar el ejeprincipal

8282

Ramales

42

8383

Ramales

8484

Ramalesd1 = longitud efectiva removida para el ramal

d1 = [Db 2(Tb c)]/sen d2 = medio ancho de la zona de refuerzo

d2 = d1d2 = (Tb c) + (Th c) + d1/2El 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.

43

8585

RamalesTb = espesor de la tubera del ramal (medido o

mnimo de especificaciones de compra) excepto para accesorios de conexin de derivaciones. Para tales conexiones el valor de Tb para ser usado en el clculo de L4, d2, y A3, es el espesor del refuerzo (mnimo por especificacin de compra) considerando que el espesor del refuerzo es uniforme y se extiende al menos hasta el lmite L4

8686

RamalesTr = espesor mnimo del anillo de refuerzo o

montura hecha con tubera (utilice el espesor nominal se es hecha de una placa).

Tr = 0, si no hay anillo de refuerzo o monturat = espesor de diseo de la tubera = ngulo menor entre los ejes del ramal y del

principal.

44

8787

Ramales

El rea de refuerzo A1 requerida para una conexin de derivacin bajo presin interna es

A1 = thd1(2 sen)A1 es la mitad del rea calculada si el ramal esta sujeto a presin externa, utilizando thcomo el espesor requerido para la presin externa

8888

Ramales

El rea disponible para el refuerzo est definida como

A2 + A3 + A4 A1Todas estas reas estn dentro de la zona de refuerzo y as se definen a continuacin.

A2 es el rea resultante del exceso de la pared del tubo madre:

A2 = (2d2 d1)(Th-th-c)

45

8989

Ramales

A3 es el rea resultante del exceso de espesor de la tubera del ramal:

A3 = 2L4(Tb tb c)/sen A4 es el rea de otros metales suministrados por las soldaduras y el refuerzo debidamente ajustado.

9090

Ramales

La zona de refuerzo es un paralelogramo cuya longitud se extiende una distancia de d2a cada lado de la lnea de centro del tubo ramal y cuyo ancho inicia en la parte interna del tubo madre (en condicin corroda) y se extiende dentro de la superficie externa de la tubera principal una distancia perpendicular L4

46

9191

Ramales

Mltiples Ramales:

Cuando los ramales estn muy cercanos o juntos, y su zona de refuerzo puede superponerse, la distancia entre los centros de las aperturas deber ser al menos 11/2veces el dimetro promedio, y el rea de refuerzo entre cualquiera de dos ramales deber ser no menos del 50% del total requerido.

9292

RamalesRefuerzos Aadidos: El refuerzo aadido en forma de anillo o

montura debe tener un ancho constante, no debe haber diferencias apreciables.

El material utilizado puede ser diferente al de la tubera, pero debe ser compatible e cuanto a soldabilidad, requisitos de tratamiento trmico, corrosin galvnica, expansin trmica, etc.

47

9393

Ramales

Refuerzos Aadidos: Si el esfuerzo admisible del refuerzo es

menor que la de la tubera, el rea calculada debe reducirse proporcionalmente a los valores de esfuerzos para determinar el aporte al rea A4.

No se puede dar mayor valor si se utiliza un material con mayor esfuerzo admisible.

9494

RamalesConsideraciones adicionales de diseo:

A ms de las cargas de presin, se deben considerar los esfuerzos por movimiento, expansin y contraccin trmica, cargas vivas o muertas.

Se debe evitar el realizar ramales soldados directamente sobre la tubera matriz.

48

9595

Ramales

9696

Ramales

Butt-welded Insert weldoletLatrolet

SweepoletWeldoletWeldolet

49

9797

Ramales

Brazolet Coupolet

ElboletNipolet Sockolet

Thredolet

9898

Diseo de Bridas y Placas

50

9999


100100


51

101101

Diseo de Bridas y PlacasRATINGS 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 t>800 F See ASME B 16.5Para t>800 F Ver ASME B 16.5

WORKING PRESSURES BY CLASSES (PRESIONES DE TRABAJO POR CLASE), psigClasst F 150 300 400 600 900 1500 2500

-20-200 235 620 825 1235 1850 3085 5145200 215 560 750 1125 1685 2810 4680300 210 550 730 1095 1640 2735 4560400 200 530 705 1060 1585 2645 4405500 170 500 665 995 1495 2490 4150

600 140 455 610 915 1370 2285 3805650 125 450 600 895 1345 2245 3740700 110 450 600 895 1345 2245 3740750 95 445 590 885 1325 2210 3685800 80 370 495 740 1110 1850 3085

850 65 270 355 535 805 1340 2230900 50 170 230 345 515 860 1430950 35 105 140 205 310 515 860

1000 20 50 70 105 155 260 430

102102


52

103103

Bridas y Tapas Ciegas:

Cuando no son bridas o tapas estndar, se pueden disear de acuerdo con la frmula. El espesor mnimo ser:

tm = t + c

El espesor mnimo de una tapa ciega se debe calcular con la frmula:

3P

16SEW


tm = dg + c

104104

Bridas y Tapas Ciegas:

dg = dimetro interior del empaque

E = factor de calidad (tablas)P = presin de diseo

S = Esfuerzos admisibles (de tablas)c = suma de tolerancias

W = factor de reduccin por junta soldada


53

105105


106106


54

107107


108108

Diseo de Bridas y Placas(ft-lbs)

55

109109

Diseo de Bridas y Placas(ft-lbs)

110110


56

111111


112112


57

113113

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.


114114

Las bridas slip-on deben ser doblemente soldadas cuando el servicio esperado es:

Sujeto a erosin, corrosin, o cargas cclicasInflamable, txico, o irritante

Bajo condiciones cclicas severasA temperaturas bajas, menores a 150 F (-101 C)


58

115115

Las bridas para condiciones cclicas severas deben ser de tipo welding neck tendrn que tener salvaguardas.

Las caras de las bridas deben ser adecuadas al servicio, al tipo de empaque, y al tipo de esprragos usados.

Los empaques deben ser adecuados a la presin, al tipo de cara de brida, y a los esprragos usados.

Bridas, Placas, Caras de Bridas, y Empaquetaduras

116116

En uniones con bridas de diferentes clases de presin, la presin de la junta ser la correspondiente a la brida de menor capacidad, igualmente el torque de ajuste de los esprragos ser para la brida de menor capacidad.

Si se usan uniones de una brida metlica con una no metlica, se prefiere que sean de cara plana totalmente, y los rangos de presin y ajuste sern los de la brida no metlica.


59

117117

Falla por Extrusin


Falla por Fractura

118118

Falla por Extrusin

Diseo de Bridas y PlacasFalla por Fractura

Falla por Corrosin

60

119119

Diseo de TapasTapas o cubiertas de cierre:

Se puede utilizar elementos adecuados a la presin de la lnea como tapas hembras o macho estndar, o bridas ciegas certificadas.

Para otras tapas, de dimetros mayores o especiales, se debe seguir las reglas del Cdigo BPV, Seccin VIII, Divisin 1, y calculadas con:

tm = t + c

120120

Diseo de Tapastm = t + c; t = PD/2(SEW + PY)

tm = espesor mnimo requerido incluyendo tolerancias

t = espesor calculado para la presin de diseo, de acuerdo al tipo de tapa, donde:

E = factor de calidad (de tablas)P = presin de diseo

S = valor de esfuerzo para el material (tablas)c = suma de tolerancias

t =t =PDPD

2(SEW+PY2(SEW+PY))

61

121121

Diseo de TapasTipo de Tapa Presin en lado

CncavoPresin en lado Convexo

Elipsoidal UG-32(d) UG-33(d)Toriesfrica UG-32(e) UG-33(e)Hemisfrica UG-32(f) UG-33Cnica (no transicin)

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

Toricnica UG-32(h) UG-33(f)Plana (presin en cada lado)

UG-34 UG-34

122122

Diseo de TapasTipo de Tapa Presin en lado

CncavoPresin en lado Convexo

Elipsoidal t = PD/(2SE 0.2P)P = 2SEt/(D + 0.2t) UG-33(d)Toriesfrica t = 0.885PL/(SE 0.1P)

P = SEt(0.885L + 0.1t) UG-33(e)Hemisfrica t = PL/(2SE 0.2P)P = 2SEt/(L + 0.2t) UG-33Cnica (no transicin)

t = PD/(2 cos (SE 0.6P))P = 2SEt cos /(D + 1.2t cos )

UG-33(f)

Toricnica t = PL/(2SE 0.2P)P = 2SEt/(L + 0.2t) L= Di/2cos

UG-33(f)

Plana (presin en cada lado)

t = dCP / SE UG-34

62

123123

Requisitos Especficos:Tubera exclusivamente a ser usada para servicio de fluidos Categora 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

Tubera

124124

Requisitos Especficos:Tubera que requiere salvaguardas: Cuando se utiliza tubera de acero al carbono de los siguientes tipos en fluidos distintos a los de Categora D, se necesita salvaguardas.

Tubera ASTM A 134 fabricada con plancha ASTM A 285

Tubera ASTM A 139

Para condiciones cclicas severas, slo se puede usar las siguientes tuberas 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

Tubera

63

125125

Requisitos Especficos: Para condiciones cclicas severas, slo se puede usar las siguientes tuberas de acero al carbono (continuacin):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

Tubera

126126

Requisitos Especficos (Aceros inoxidables):Cobre y aleaciones de cobre: ASTM B 42, B 466

Nquel 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 cclicas severas:

Se pueden usar accesorios forjadosLos 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

Tubera

64

127127

Deben ser para las mismas condiciones de servicio que la tubera

Curvas corrugadas deben ser calificadas

Curvas hechas con dobleces o corrugadas, no se pueden usar para condiciones cclicas severas.

Curvas por sectores se pueden usar para servicio normal de fluidos

Para categora D de fluidos la curva debe tener una sola junta con un ngulo mayor a 45 o debe ser soldado de acuerdo a lo establecido anteriormente.

Un codo por secciones para condiciones cclicas severas debe ser soldado de acuerdo a lo establecido en la norma y debe tener un ngulo 22.5

Codos

128128

Estas especificaciones sirven tambin para filtros, trampas, y separadores.

Vlvulas listadas son aceptables para servicio normal.

Una vlvula con bonete (tapa) asegurada al cuerpo con menos de cuatro pernos, o por un perno U, puede ser utilizada slo para servicio categora D.

Vlvulas

65

129129

No se deben usar bajo condicione cclicas severas.

Se debe prever que no se separe la junta.Si el fluido es txico o irritante, se necesitan salvaguardas.

Se debe cuidar el sellado de las juntas expandidas cuando estn sujetas a vibracin, expansin o contraccin diferencial, o cargas mecnicas.

Juntas Expandidas

130130

Requisitos de Servicio de Fluidos para Uniones de Tuberas

Juntas de unin soldadas.Juntas de unin con bridas.Juntas de unin roscadas.

Juntas de unin expandidas o laminadas.

Juntas de unin por compresin, expandida y sin expandir.Juntas de unin calafateadas.Juntas de unin por brazing y soldering.Juntas de unin deslizantes y otras.

66

131131

Juntas de unin soldadas

Soldadas a tope.Socket weld.Soldaduras de sello.Fileteadas

132132

FlexibilidadLa flexibilidad sirve y se calcula para prevenir

expansiones trmicas, contracciones, movimientos de soportes que puedan ser causa de:

Falla de tubera o soportes por sobre esfuerzos o fatiga

Fugas en uniones Esfuerzos o deformaciones en tubera y

vlvulas, o en equipos.

67

133133

Flexibilidad

134134

Flexibilidad

Esfuerzos de desplazamiento: Desplazamientos trmicos. 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 tubera

68

135135

Flexibilidad

136136

Flexibilidad

69

137137

Flexibilidad

Deformaciones por desplazamiento:Comportamiento elstico.Esfuerzos por comportamiento desbalanceado.

Tubera pequea en serie con grandeReduccin de tamao o espesor de paredExpansin o contraccin desviadaVariacin de material o temperaturas en la lnea

138138

FlexibilidadResorte en fro: Se produce por deformacin intencional

durante el ensamble para producir un esfuerzo y desplazamiento inicial calculado.

Es muy til pero debe tenerse cuidado de no extremar las condiciones iniciales.

La vida til de una tubera depende mas del rango de variacin de esfuerzos que de su magnitud

70

139139

FlexibilidadDatos de expansin trmica: Valores del rango de esfuerzos Valores de las reacciones El mdulo de elasticidad referencial a 70 F

(21 C), Ea, y el mdulo de elasticidad a mxima o mnima temperatura, Em, se toman de tablas.

El radio de Poisson se toma como 0.3 para todas las temperaturas de todos los metales.

140140

FlexibilidadEsfuerzos Permisibles: El rango admisible de esfuerzos de

desplazamiento SA y otros esfuerzos deben ser especificados para todos los sistemas con deflexin y/o torsin.

Los factores de intensificacin de esfuerzos se toman de tablas y provienen de pruebas de fatiga o componentes representativos referenciales.

71

141141

FlexibilidadDimensiones: Para el clculo de flexibilidad se utiliza

siempre el dimetro exterior de tuberas y accesorios, y el espesor nominal.

Los factores de intensificacin de esfuerzos i y el factor de flexibilidad k se toman de tablas, en ausencia de datos para vlvulas, filtros, etc., se puede estimar los factores con componentes de geometra similar.

142142

FlexibilidadNo se necesita un anlisis si: El sistema de tuberas reemplaza o duplica

un sistema conocido y probado. Si el sistema puede ser juzgado

adecuadamente por comparacin con otro sistema previamente analizado.

Es de tamao uniforme, no tiene mas de dos puntos de fijado, no tiene restricciones intermedias y cumple con la frmula emprica.

72

143143

FlexibilidadSe necesita un anlisis si: Si no est dentro de los criterios de

excepcin. Se puede utilizar un mtodo simplificado o

aproximado si ha sido demostrada su precisin dentro del rango de aplicacin.

Un anlisis comprensivo debe tomar en cuenta los factores de intensificacin de esfuerzos para los componentes que no sean tubos rectos.

144144

FlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad: Los rangos de doblado y torsin 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 + 4St2 Sb = esfuerzo de flexin resultante St = esfuerzo de torsin = Mt/2Z Mt = momento torsional Z = mdulo de seccin del tubo

73

145145

FlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad: El esfuerzo resultante de flexin Sb para ser usado con

codos, curvas seccionadas, y ramales completos debe ser calculado con la siguiente frmula y grficos:

(iiMi)2 + (ioMo)2Z

Sb = esfuerzo resultante de flexin ii = factor de intensificacin de esfuerzo en el plano io = factor de intensificacin de esfuerzo fuera del plano

Sb =

146146

FlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad:

(iiMi)2 + (ioMo)2Z

Mi = momento de flexin en el plano Mo = momento de flexin fuera del plano Z = mdulo de seccin del tubo

Sb =

74

147147

Flexibilidad

148148

Flexibilidad

75

149149

FlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad: El esfuerzo resultante de flexin Sb para ser

utilizado para conexiones de ramal reducidas deber ser calculado de acuerdo con las siguientes ecuaciones y figuras de momentos.

Para el mltiple (piernas 1 y 2): (iiMi)2 + (ioMo)2

ZSb =

150150

FlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad: Para el ramal (pierna 3):

(iiMi)2 + (ioMo)2Ze

Sb = esfuerzo de flexin resultante Ze = mdulo de seccin efectivo para el

ramal, = pir22Ts r2 = radio medio de la seccin recta del

ramal

Sb =

76

151151

FlexibilidadEsfuerzos de Flexibilidad: (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 intensificacin fuera del

plano, ii dentro del plano.

Sb =

152152

Como aumentar la flexibilidad de la tubera

Mejorando los soportesAadiendo curvasCon rizosDesbalanceJuntas giratoriasTubera corrugadaJuntas de expansinOtros

77

153153


154154


Se debe colocar soportes fijos, anclajes, u otros accesorios para resistir las fuerzas producidas por la presin del fluido, resistencia por friccin al movimiento, y otras causas.

78

155155


La flexibilidad es proporcional al cubo de la longitud de un tramo recto de tubera, ramos largos son mas flexibles que los cortos con codos. Se puede conseguir flexibilidad con una longitud de tubera perpendicular a la direccin de la expansin trmica que debe ser compensada.

156156


Movimiento axial Rotacin

Lateral (ineficiente)

79

157157


Lateral (eficiente)

158158


80

159159

Soportes de TuberaLa ubicacin y diseo de los elementos de soporte se basan en clculos 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.

160160

Soportes de TuberaEl diseo debe considerar todas las fuerzas actuando en conjunto y que son transmitidas al soporte:Presin- temperatura.Ambiente, fuerza mayor.Peso de la tubera vaca, y con fluido.Causas dinmicas.Expansin trmica y contraccin y otros.Efectos cclicos.

81

161161

Esfuerzos excesivos que superen los permitidos.Prdida de hermeticidad en las juntas de unin.Empujes y momentos sobre los equipos.Resonancia impuesta o vibracin inducida por el fluido.Excesivos esfuerzos sobre los soportes

Soportes de Tubera

162162

Interferencias debidas a expansin trmica y contraccin.Desacoplamiento no intencional de la tubera de sus soportes.Excesiva flexin o distorsin de la tubera.Excesivo flujo de calor a los miembros de soporte.

Soportes de Tubera

82

163163

Soportes de TuberaAnclajes y GuasSoportes no extensibles Soportes elsticos.Soportes de Contrapeso.Soportes HidrulicosFijaciones Estructurales.

Soportes

164164

83

165165

Soportes

166166

Soportes

84

167167

Soportes

168168

Soportes

85

169169

Soportes

170170

Soportes

86

171171

Proceso de Fabricacin de Tubera Sin Costura

172172

Proceso de Fabricacin de Tubera Sin Costura

87

173173

Proceso de Fabricacin de Tubera ERW (Soldadura por Resistencia Elctrica)

174174

Proceso de Fabricacin de Tubera ERW (Soldadura por Resistencia Elctrica)

88

Fabricacin de Tubera Inox.

175175

176176

Tubera no metlica o revestidacon no metales.

Adicionalmente el Apndice B contiene"Tablas de tensiones y presionesadmisibles para no metales"

Este punto no forma parte de este curso yes tratado especficamente en el Cdigo enel captulo VII "Tubera no metlica yrevestimiento no metlico"

89

177177

Limites de temperatura El diseador es responsable por la verificacin de que los materiales son aptos para todo el rango de temperatura previsto.

Lmite superior.

Lmite inferior.

Lmite de temperatura para materiales no listados.

Verificacin de aptitud para el servicio

178178

IMPACTOLa tabla 323.2.2 fija requerimientos detenacidad de metales para bajatemperatura.

La Tabla y Figura 323.2.2A indican lamnima temperatura para la cual no serequiere ensayo de impacto en funcin delas curvas A, B, C y D.

La 323.2.2B indica la posibilidad dereduccin de la temperatura de diseo sinrequerir ensayo de impacto.

90

179179

IMPACTO

180180

Mtodos de Ensayo y Criterios de Aceptacin

Las responsabilidades, cantidad de ensayos y ubicacin estn indicadas en la tabla 323.3.1El procedimiento de ensayo y equipamiento est de acuerdo con ASTM A 370Las probetas son Charpy V (0.394)

91

181181


182182


La temperatura de ensayo se indica en el Cdigo.Los criterios de aceptacin de mnima energa absorbida y expansin lateral se fijan en el Cdigo

92

183183

Mtodos de Ensayo

184184

COMPONENTES DE TUBERIA

93

185185

Vlvulas

186186

Vlvulas

94

187187

Vlvulas

188188

Vlvulas

95

189189

Vlvulas

190190

Vlvulas

96

191191

Vlvulas

Vlvulas

192192

97

193193

Vlvulas

194194

Vlvulas

98

195195

Vlvulas

Vlvulas

196196

99

197197

Vlvulas

198198

Vlvulas

100

199199

Vlvulas

200200

Vlvulas

101

201201

Vlvulas

Vlvulas

202202

102

203203

Vlvulas

204204

Vlvulas

103

205205

Vlvulas

206206

Vlvulas

104

207207

Vlvulas

Vlvulas

208208

105

209209

Vlvulas

210210

Vlvulas

106

211211

Vlvulas

Vlvulas

212212

107

213213

Vlvulas

214214

Vlvulas

108

215215

Vlvulas

216216

Vlvulas

109

217217

Vlvulas

218218

Vlvulas

110

219219

Bridas

220220

Bridas

111

221221

Bridas

222222

Bridas

112

223223

Bridas

224224

Bridas

113

225225

Bridas

226226

Bridas

114

227227

Bridas

228228

Bridas

115

229229

Ejemplos de accesorios de tubera

230230


116

231231


232232


117

233233

FABRICACION, ENSAMBLE Y MONTAJE

234234

Requisitos 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 ncleo de flux

(FCAW)

118

235235

Requisitos de Soldaduras Soldadura de metal de arco protegido

(SMAW)

236236

Requisitos de Soldaduras Soldadura de arco de gas de tungsteno

(GTAW o TIG)

119

237237

Requisitos de Soldaduras Soldadura de metal con arco de gas

(GMAW o MIG)

238238

Requisitos de Soldaduras Soldadura de arco sumergido (SAW)

120

239239

Requisitos de Soldaduras Soldadura de arco con ncleo de flux

(FCAW)

240240

Calificacin de Soldadurasa) La calificacin de los procedimientos

de soldadura y de soldadores deber ser de acuerdo al Seccin IX del BPVC

b) Cuando el metal base no resiste el doblado de 180 requerido por la Seccin IX, se requiere una probeta que resista el mismo doblado que el metal base dentro de 5 de tolerancia

121

241241

Calificacin de Soldadurasc) Los requisitos de precalentamiento

especificados debe cumplirse.

d) Cuando se requiere la prueba de impacto, sta debe realizarse.

e) Si se usan insertos u otros anillos, su conveniencia debe demostrarse con calificacin del procedimiento.

242242

Calificacin de Soldadurasf) Para reducir el numero de

procedimientos de calificacin, se asignan nmeros P, y de Grupo, basndose en la composicin, soldabilidad, y propiedades mecnicas, lo que sea mas prctico.

122

243243

Procedimientos de calificacin Todas las soldaduras debern cumplir con

las especificaciones del Procedimiento de Soldadura (WPS).

El nmero P del material base es 1, 3, 4 Gr. No 1 (1 Cr max.), o 8; y no se requiere pruebas de impacto.

Los metales base a ser unidos son del mismo nmero P, excepto que P-Nos. 1, 3, y 4 Gr. No. 1 pueden ser soldados entre otros, como se permite en la Seccin IX.

Formatos para Documentacin QW-482, Formato de Welding Procedure

Specification (WPS). QW483, Formato para Procedure

Qualification Record (PQR). QW-484, Formato para Welder

Performance Qualification Record (WPQ). QW-485, Formato de Demonstration Test

Record (DTR).244244

123

245245

Procedimientos de calificacin El material a soldarse no puede ser mayor a

(19 mm) en espesor. No se requerir tratamiento trmico posterior.

La presin de diseo no exceder de la clase 300 a temperatura de diseo, y el rango de temperatura estar entre -20 F a 750 F.

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

246246

Procedimientos de calificacin Los electrodos para el proceso SMAW

debern ser:

124

247247

Procedimientos de calificacin El fabricante o contratista son los

responsables por las Especificaciones (WPS) y por la calificacin (WQR).

Deber haber por lo menos un soldador calificado por pruebas de acuerdo a los procedimientos para los materiales utilizados, no se acepta calificacin por radiografa

248248

Anillos e Insertos

125

249249

Soldaduras 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.

250250

Soldaduras Se permite corregir extremos de tuberas

del mismo tamao para mejorar el alineamiento si el espesor se mantiene.

126

251251

Soldaduras

252252

Soldaduras

127

253253

Soldaduras

254254

Soldaduras

128

255255

Soldaduras

256256

Soldaduras

129

257257

Soldaduras

258258

Soldaduras

130

259259

Soldaduras

260260

Soldaduras La nomenclatura usada es: tc = la menor de 0.7 Tb Tb = espesor nominal del ramal Th = espesor nominal del cabezal Tr = espesor nominal del refuerzo o

montura tmin = el menor de Tb Tr

131

261261

Soldaduras

262262

Soldaduras - Precalentamiento Precalentamiento se utiliza conjuntamente

con el tratamiento trmico, para minimizar los esfuerzos por la soldadura.

La necesidad de precalentamiento y la temperatura se especifica en el diseo.

Los rangos mnimos de temperaturas de precalentamiento para los materiales de varios nmeros P estn tabulados.

132

263263

Soldaduras - Precalentamiento Si las temperaturas son muy bajas,

menores a 32 F (0 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

264264

Soldaduras - Precalentamiento La zona de precalentamiento debe

extenderse por lo menos 1 a cada lado del eje de la suelda.

Si se sueldan materiales diferentes, se usar la mayor temperatura recomendada.

Si se interrumpe el proceso de soldadura, se debe controlar el enfriamiento y luego se precalentar de acuerdo a procedimientos.

133

265265

266266

Soldaduras Tratamiento Trmico

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 trmico deber estar de acuerdo con los procedimientos, tipo de material, y espesor.

El diseo deber especificar las inspecciones y control de calidad.

134

267267


Pruebas de dureza se hacen para verificar la efectividad del tratamiento trmico.

Los lmites de dureza se aplican a la soldadura, y a la zona afectada por el calor (HAZ).

268268


135

269269


270270


136

271271


272272


137

273273

Ejemplo de Falla por Fragilidad

274274

Curvado y Formado La tubera puede ser curvada y sus

componentes formados por medios fros o con ayuda de calor, de acuerdo a las exigencias del servicio y del proceso de curvado o formado.

La superficie deber quedar libre de fisuras y bucles.

El espesor no deber ser menor que el de diseo

138

275275

Curvado y Formado La diferencia entre el mximo y mnimo

dimetro en cualquier seccin recta, no deber exceder de 8% del dimetro nominal para presin interna, y de 3% para presin externa.

Curvado en fro se har con temperaturas bajo el rango de transformacin.

Curvado en caliente se har con temperaturas sobre el rango de transformacin de acuerdo con el material y el servicio.

276276

Curvado y Formado Para formado o forjado la temperatura

deber ser consistente con el material, el servicio, y el tratamiento trmico especificado.

139

277277

Ensamble y Montaje Para alinear la tubera no se permite

distorsiones que puedan afectar con esfuerzos sobre los equipos o sobre los accesorios.

Resorte fro, antes de ensamblar componentes con resorte fro se debe verificar cuidadosamente las guas, soportes y anclajes.

278278

Ensamble y Montaje Las bridas debern estar alineadas dentro

de una tolerancia de 1/16 en la cara plana, y dentro de 1/8 entre los agujeros de los esprragos.

Cualquier dao en las superficies de los empaques deben ser reparados o la brida deber ser reemplazada.

140

279279

Ensamble y Montaje Las juntas de expansin y otras especiales

deben montarse de acuerdo con las instrucciones de los fabricantes.

280280

INSPECCION EXAMINACION Y

PRUEBAS

141

281281

Inspeccin El Cdigo diferencia entre inspeccin y

examinacin. Inspeccin aplica a las funciones realizadas por el Inspector.

El Inspector est en la obligacin de realizar todos los exmenes y pruebas necesarias para satisfacer los requisitos del Cdigo y de diseo, y realizar las inspecciones de rigor a la tubera.

282282

Inspeccin El inspector deber tener acceso a todos los

lugares de trabajo. Tendr el derecho de auditar o examinar con cualquier mtodo la fabricacin de la tubera en cualquier etapa.

El Inspector deber ser calificado, y tener una experiencia no menor a 10 aos en diseo, fabricacin, o inspeccin de tubera de presin.

142

283283

Examinacin Se aplica a funciones de control de calidad

realizadas por el fabricante, contratista o montador.

Antes de cada operacin inicial, cada instalacin de tubera, incluyendo sus componentes debe ser examinada de acuerdo a los requisitos establecidos.

284284

Examinacin El examen visual debe aplicarse a por lo

menos el 5% de la fabricacin. 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 neumticas se deben examinar todas las juntas.

143

285285

Examinacin Se debe examinar por muestreo el

alineamiento, soportes, y resortes fros durante el montaje.

La tubera terminada debe examinarse por evidencia de defectos que necesiten reparacin, reemplazo, u otras desviaciones evidentes.

286286

Examinacin No menos del 5% de las soldaduras

circunferenciales debe ser examinada totalmente con radiografas

144

287287

Examinacin

288288

Examinacin

145

289289

Examinacin

290290

Examinacin

146

291291

Examinacin

292292

Pruebas

Las pruebas pueden ser de fugas, o hidrostticas.

Cuando no se puede realizar una prueba hidrosttica, se debe realizar una prueba neumtica, o una combinacin de las dos.

Una prueba hidrosttica puede daar revestimientos o aislamientos internos.

Puede contaminar una lnea.

147

293293

Pruebas

La prueba neumtica puede presentar un peligro indebido por la posible fuga de energa 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 expansin del fluido de prueba.

294294

Pruebas

La prueba debe realizarse con una prueba neumtica previa a no ms de 25 psi.

La prueba debe durar por lo menos 10 minutos, para examinar todas las juntas y conexiones.

Estas pruebas se realizan despus de cualquier tratamiento trmico.

148

295295

Pruebas

Los sub ensambles pueden probarse separadamente.

Deben aislarse los equipos. Tubera sujeta a presin externa debe

probarse internamente a 1.5 veces la presin externa diferencial, pero no menos de 15 psi.

296296

Pruebas

La prueba hidrosttica debe realizarse con agua, si no se tiene suficiente, puede realizarse con otro fluido aceptable.

La prueba debe hacerse a 1.5 veces la presin de diseo.

Cuando cambia la temperatura de prueba, se debe calcular la presin de prueba con la siguiente frmula:

149

297297

Pruebas

1.5 P STS

Donde:Pr = presin mnima de pruebaP = presin de diseoST= esfuerzo a temperatura de pruebaS = esfuerzo a temperatura de diseo

Pr =

298298

TUBERIA NO METALICA

150

299299

Generalidades Tubera Termo-plstica, puede ser

suavizada y endurada repetidamente incrementando o disminuyendo la temperatura, tiempo mximo de vida til: 100,000 horas.

La tubera de Resina Termo-fijada Reforzada (RTR) puede ser tratada para que llegue a ser insoluble o no inflamable.

300300

Generalidades Tubera termo fijada RTR

151

301301

Generalidades No se permiten tolerancias para variaciones

de presin y temperatura sobre las de diseo.

Las condiciones mas severas de presin y temperatura coincidentes determinan las condiciones de diseo.

302302

Diseo El diseador debe considerar la

conveniencia o no de usar material no metlico, y su fabricacin considerando por lo menos lo siguiente:Esfuerzos al corte, tensin de compresin, flexin, y mdulo de elasticidad, a temperatura de diseo.Rata de deslizamiento a temperatura de diseo

152

303303

Diseo

Esfuerzos de diseo y sus respaldosDuctilidad y plasticidadPropiedades de impacto y choque trmicoLimites de temperaturaTemperatura de transicin: derretimiento y vaporizacinPorosidad y permeabilidad

304304

Diseo

Mtodos de pruebasMtodos de fabricar las juntas y su eficienciaPosibilidad de deterioracin en servicioEl espesor mnimo de tramos rectos de tubera se determinan con:

tm = t + c

153

305305

Diseo

Para tubera termo plstica bajo presin interna:

PD2S + P

Para tubera RTR Resina Termo fijada Reforzada (laminada):

PD2S + P

t =

t =

306306

Diseo

Para tubera RTR (filamento cortado) y RPM Mortero Plstico Reforzado (moldeado centrifugado):

PD2SF + P

F = factor de servicio, que se utiliza slo en estos dos tipos de tuberaS = esfuerzos de diseo

t =

154

307307

Flexibilidad

Este tipo de tubera debe disearse para prevenir la expansin o contraccin trmica, expansin por presin, o movimientos de tuberas que pueden causar:

Falla de tubera o soportes por fatiga o sobreesfuerzos Fugas en las unionesEsfuerzos o distorsiones por empuje o momentos sobre la tubera

308308

Materiales

1. Termoplsticos:No deben usarse con lquidos inflamables sobre el sueloNecesitan salvaguardas cuando se usan con otros fluidos que no sean categora D.PVC y CPVC no se puede usar con gases o aire comprimidos

155

309309

Materiales2. Tubera de morteros plsticos reforzados

(RPM), deber tener salvaguardas para otro servicio que no sea D.

3. Resinas termo formadas reforzadas (RTR), deber tener salvaguardas para servicio con fluidos txicos o inflamables.

4. Vidrio boro-silicato y porcelana, deben tener salvaguardas para uso con txicos o inflamables, o tengan cambios de temperatura

310310

Materiales

156

311311

Materiales

312312

Materiales

157

313313

Pruebas Hidrostticas La prueba debe realizarse por lo menos

durante 1 hora a la presin PT:(SS + SH)

D TDonde:

D = dimetro exterior de la tuberaT = espesor nominal de la tuberaSS = esfuerzo promedio de fallaSH = esfuerzo promedio hidrosttico a largo

trmino

PT = 0.80 T

314314

Juntas

158

315315

Juntas

316316

Juntas Tubera RTR

159

317317

Juntas

318318

Juntas

160

319319

TUBERIA CATEGORIA M

Fluidos Extremadamente Peligrosos

320320

GeneralidadesPeligro potencial para el personal expuestoUna exposicin simple puede causar daos irreversibles a la respiracin o a la piel.El fluido debe ser txico para estar considerado en esta categoraEl H2S podra no ser considerado categora MFluidos tipo M pueden ser considerados en servicio normal si estn confinados en sistemas de doble contencin.

161

321321

GeneralidadesLos requisitos son los mismos que para tuberas

de servicio normal, pero adems: El diseo, layout, y operacin debe

conducirse con cargas mnimas de impacto y alteraciones.

Deben evitarse o minimizar los efectos de vibracin, pulsacin o resonancia.

No debe haber holguras en las variaciones de presin-temperatura

322322

GeneralidadesLas condiciones mas severas de presin-temperatura coincidentes las determinan las presiones y temperaturas de diseo.Todas las juntas y fabricacin deben ser examinadas visualmente.Una prueba sensible de fugas se requiere adicional a las otras pruebas.

162

323323

LimitacionesNo se puede usar:

Curvas de segmentos no designadas como accesorios, uniones fabricadas, conexiones de ramal fabricadas con material no metlico.Vlvulas y componentes especiales no metlicos.Bridas roscadas no metlicasJuntas expandidas, roscadas, o pegadas

324324

TUBERIA DE ALTA PRESION

163

325325

DefinicinTubera de alta presin se considera para diseo y construccin a todas las lneas que trabajan en exceso de Class 2500 (PN 420)

Criterios de Diseo El diseador debe considerar como

mnimo: Resistencia de tensin, compresin, flexin, y

corte a temperatura de diseo Resistencia a la fatiga Esfuerzos de diseo Ductilidad y resistencia Posible deterioracin de las propiedades

mecnicas en servicio326326

164

Criterios de Diseo Propiedades trmicas Lmites de temperatura Resistencia a la corrosin y erosin Mtodos de fabricacin Mtodos de exmenes y pruebas Condiciones de prueba hidrosttica Imperfecciones de los bordes

327327

328328

Condiciones Ambientales sobre el Diseo

Reduccin de presin basada en el enfriamiento del gas o vapor.Aumento de presin debido al calentamiento de fluido esttico.Condensacin de humedadEfectos dinmicosEfecto del peso Expansin y contraccin trmicaSoportes, anclajes, y movimientos.

165

329329

Espesores MnimosD -2c0 - P

2 S

d + 2c1 P2 S

Donde:D = dimetro exteriorS = esfuerzo admisible de tablas

t = 1 - exp

t = exp - 1

330330

Espesores Mnimosc = cI + c0cI = suma de tolerancias internas de

corrosin, mecnicas, y erosinc0 = suma de tolerancias externas,

mecnicas, corrosin, erosin, incluyendo, excepto en ciertas condiciones, la profundidad de la rosca.

d = dimetro interior de la tuberat = espesor de diseo por presin

166

331331

Espesores MnimosAlternativamente, la presin interna manomtrica de diseo puede ser calculada:

D 2coD 2( T cI )

d + 2 (T co )d + 2cI

P = S x ln

P = S x ln

332332

Espesores MnimosA temperaturas de diseo donde los esfuerzos permisibles S estn en negrilla el espesor t ser no menor a los siguientes valores:

D -2c0 -1.155P2 S

d + 2c1 1.155P2 S

t = 1 - exp

t = exp

167

333333

334334

168

335335

336336

169

337337

338338

170

339339

340340

171

341341

342342

172

343343

344344

Pruebas

PruebasCada sistema debe ser probado hidrostticamente o neumticamenteCada suelda y componente de tubera debe ser probadoPruebas de presin para fugas, al 110% de la presin de diseo, si se realiz una prueba antes de instalar.

173

345345

346346

Inspecciones

ReexaminacinGeneralmente debe ser mas extensiva y mas precisa que para servicio normal de fluidos.

174

TUBERIA DE ALTA PUREZA

347347

Juntas

348348

175

Juntas

349349

Juntas

350350

176


351351


352352

177


353353

354354

!Gracias por su atencin !

Estoy a sus rdenes:Ing. Fernando Dvila T., [email protected] del 2015

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