manual de recipientes a presion-megyesy

MANUAL DERECIPIENTES A

PRESINDiseo y clculo

Eugene F. Megyesy

Prefacio de Paul Buthod

Maestro de Ingeniera Qumica de la Universidad de Tulsa

Versin espaola.

RAFAEL GARCA DAZIngeniero en Minas de la Universidad deGuanajuato, Mxico.

Revisin:

RUBN VILA ESPINOZAIngeniero Mecnico Electricista y catedrtico titular deProcesos de Manufactura de la Facultad de Ingenieriade la Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

-~ L1MUSAGRUPO NORIEGA EDITORESMxico Espaa Venezuela Argentina

Colombia Puerto Rico

Versin autorizada en espaol de la obrapublicada en ingls porPressure Vessel Handbook Publishing, Ine., bajo el ttulo dePRES~URE VESSEL HANDBOOK, Seventh Edition PJessure Vessel Handbook Publishing, Ine.

La pr86entaci6n y dispoMci6n en conjunlD deMANUAL DE RECIPIENTES A PRESIONson propiedad del fKitor. Ninguna parte da esta obraplJ8de S/N reproducida o transmitida, mediante ningn sistemao mtodo, electrnico o mecnico (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO,la grabacin o cualquier sistema de recuperacin y almacenamientode informacin), sin consentimiento por escrito del editor.

Derechos reservados:

e 1992, EDITORIAL L1MUSA, S.A. de C.V.GRUPO NORIEGA EDITORESBaldaras 95, C.P. 06040, Mxico, D.F.Telfono 521-50-98Fax 512-29-03

Miembro de la Cmara Nacional de la IndustriaEditorial Mexicana. Registro nmero 121

Primer. edicin: 1989Primer. relmpre.ln: 1992

Impreso en Mxico(11264)

ISBN 968-18-1985-3

5PREFACIO

Los ingenieros que disean equipo para la industria qumica se enfrentan tarde o temprano al diseode recipientes sometidos a presin y de estructuras que los soporten. Tal experiencia es a menudofrustrante para cualquiera que no se haya mantenido al corriente con las publicaciones sobre estecampo, en cuanto a especificaciones, normas y ecuaciones de diseo.

En primer trmino, se debe conocer la ltima versin de las normas aplicables. Despus, setienen que buscar en las publicaciones las tcnicas adecuadas para el disefio que cumplan conlas disposiciones de las normas. Finalmente, se tienen que seleccionar, a partir de diversos ma-nuales y catlogos de proveedores, las propiedades de los materiales y las dimensiones que sedeben utilizar en las ecuaciones del disefio.

El sefior Megyesy ha percibido este problema. Durante varios ai'los ha venido acumulandodatos sobre los requisitos de las normas y los mtodos de clculo. Primero present dicha in-formacin como "Calculation Form Sheets" y, ahora, la ha reunido toda en un solo volumenque es el Manual de Recipientes a Presin.

Creo sinceramente que esta obra viene a satisfacer una necesidad real en la industria de losrecipientes a presin y que los lectores la encontrarn de suma utilidad.

Paul Buthod

r-

7

PROLOGO

Se ha preparado esta obra de consulta con el fin de reunir, en un solo volumen de fcil consul-ta, frmulas, datos tcnicos y mtodos de diseo y construccin que necesita el diseador, de-tallador, trazador y dems personas relacionadas con los depsitos sometidos a presin. Laspersonas que trabajan en esta industria tienen con frecuencia dificultad para hallar los datos ylas soluciones que requieren, por estar esparcidos en una extensa variedad de publicaciones oen estudios especializados. La intencin del autor fue reunir todo el material mencionado bajoun solo ttulo y presentarlo en forma conveniente.

Se han utilizado los procedimientos y frmulas de diseo de las normas de A8ME Codelor PressureVessels, seccin VID, divisin 1, as como los datos de otras fuentes de aceptacin general que no estncomprendidos por dichas normas. El autor ha escogido los mtodos que se usan con ms frecuencia enla prctica entre las alternativas para la construccin que se describen en las normas.

Con objeto de prestar el mximo servicio con este manual, se han excluido las cargas que sepresentan muy pocas veces y los mtodos o materiales para construcciones especiales. Por estamisma razn, se tratan solamente en este manual los recipientes fabricados con materialesferrosos y soldadura, en vista de que la gran mayora son de este tipo.

Una gran parte de este libro se ha tomado de trabajos hechos por otras personas, presentandoalgo del material en forma diferente y, en algunos casos, sin cambio.

El autor desea expresar su agradecimiento a Christiane Fries, al Sr. Arthur L. Wade y al Sr.Glenn Warren por la ayuda prestada en la preparacin del manuscrito, y a la American Society01Mechanical Engineers y a los editores, quienes permitieron generosamente que el autor uti-lizara material de sus publicaciones.

Las sugerencias y las crticas relativas a algunos errores que hayan podido quedar en la obra apesar de que se tomaron todas las precauciones, sern bienvenidas y muy agradecidas, ya quecontribuirn al mejoramiento de este Manual.

Eugene F. Megyesy

PARTE 1

PARTE 11

PARTE III

PARTE IV

PARTE V

9

CONTENIDO

Diseo y Manufactura de Recipientes Sometidos a Presin. . . . . . . . . II

Geometra y Trazo de los Recipientes Sometidos a Presin. . . . . . . .. 225

Medidas y Pesos............................................ 313

Diseo de Estructuras de Acero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 429

Temas Afines... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

-11

PARTE 1DISEO Y MANUFACTURA DE RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESION

1. Recipientes sometidos a presin interna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Esfuerzo en cascos cilindricos, definiciones, frmulas, presin de unfluido, rangos de presin-temperatura de las bridas estndares para tube-ra fabricadas con acero al carbono.

2. Recipientes sometidos a presin externa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Definiciones, frmulas, mnimo espesor requerido en el casco cilindrico,grfica para determinar el espesor de los recipientes cilindricos y esfricossometidos a presin externa cuando se fabrican de acero al carbono.

3. Diseo de torres altas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Carga por viento, peso del recipiente, carga sismica, vibracin, carga ex-cntrica, estabilidad elstica, deflexin, combinacin de esfuerzos, diseodel soporte de faldn, diseo de pernos de anclaje (mtodo aproximado),diseo del anillo de base (mtodo aproximado), diseo de pernos de an-claje y del anillo de base, silleta de los pernos de anclaje para torres altas.

4. Esfuerzos que actan en grandes recipientes horizontales soportados pordos silletas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Anillos atiesadores para grandes recipientes horizontales soportados porsilletas, diseo de silletas, expansin y contraccin en recipientes horizon-tales.

5. Registros de inspeccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Registros de inspeccin, registros sin parche de refuerzo, registros conparche de refuerzo, dimensiones de los registros, refuerzo de los registros,esfuerzos en las conexiones que unen los registros con los recipientes, lon-gitud de copies y tubos para los registros.

6. Refuerzo en la unin del cono al cilindro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

7. Soldadura de los recipientes sometidos a presin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Juntas soldadas, junta soldada a tope de las placas de espesor desigual,smbolos de soldadura.

8. Reglamentos y especificaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Reglas de las normas relacionadas con diversos servicios, reglas de lasnormas con relacin a diferentes espesores de placa para tanques y reci-pientes para contener liquidos inflamables y combustibles, propiedadesde los materiales, descripcin de los materiales, especificacin para el di-seo y la manufactura de recipientes sujetos a presin, tolerancias en lamanufactura.

9. Tanques soldados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

10. Normas para tuberas 178

11. Tanques rectangulares 182

12. Corrosin 191

13. Temas diversos 202Capacidades de fabricacin, doblado de tubos, acoplamiento de tubos, tamaosde brocas para formar las roscas de los tubos, tolerancias de doblez, longitud delos esprragos, detalles para recipientes sometidos a presin, localizacionespreferidas, errores comunes, accesorios de izaje, cargas seguras para ca-bles y cadenas, transporte de recipientes sometidos a presin.

14. Pintura para superficies de acero 217

EN LAS REFERENCIAS QUE SE HACEN EN rODA LA OBRA, LA PALABRA"NORMAS" SE USA PARA REFERIRSE A LAS DE CALDERAS Y RECIPIENTESSOMETIDOS A PRESION DE LA ASME (AMERICAN SOCIETY OF MECHANICALENGINEERS), SECCION VIII, REGLAS PARA LA CONSTRUCCION DE RECIPIEN-TES SUJETOS A PRESION, DIVISION 1, QUE SON LAS VIGENTES EN LOSESTADOS UNIDOS DE NORTEAMERICA.EDICION DE 1983.

-

13

ESFUERZOS EN RECIPIENTES A PRESION

Los recipientes a presin estn sujetos a diversas cargas, que causan esfuerzos de di-ferentes intensidades en los componentes del recipiente. El tipo e intensidad de losesfuerzos es una funcin de la naturaleza de las cargas, de la geometria del recipientey de su construccin.

CARGASa. Presin interna o externa.b. Peso del recipiente y su contenido.c. Reacciones estticas del equipo auxiliar, tubera, revestimiento, aislamien-

to, piezas internas, apoyos.d. Reacciones cclicas y dinmicas debidas a la presin o a las variaciones

trmicas.e. Presin del viento y fuerzas ssmicas.f. Reacciones por impacto debido a choque hidrulico.g. Gradientes de temperatura y expansin trmica diferencial.

ESFUERZOSa. Esfuerzo a la tensin.b. Esfuerzo longitudinal a la compresin.

c. Esfuerzo primario general de membrana in-ducido por cualquier combinacin de cargas.Esfuerzo primario de membrana ms esfuerzoprimario de flexin inducido por combina-cin de cargas.

d. Esfuerzo primario~eneral de membrana in-ducid por la combinacin de sismos o dela presin del viento con otras cargas.(Ver definiciones de las pginas 461 enadelante.)

ESFUERZO MAXIMO PERMISIBLESaEl ms pequeo de Sa o el valor del factor B de-terminado mediante el procedimiento descrito enla norma UG 23 (b) (2).

1.5 S"1.2 veces el esfuerzo permitido en a., b. o c. sila temperatura del metal no sobrepasa:700F para el acero al carbono y el acero conbajo contenido de elementos de aleacin.SoooF para el acero (inoxidable) con alto conte-nido de elementos de aleacin.

No se considera que la fuerza ssmica y la presin del aire acten simultneamente.

S" = Esfuerzo mximo permisible a la tensin para acero al carbono y de bajo contenido de elemen-tos de aleacin, tabla de la norma UCS-23; para acero con alto contenido de elementos dealeacin, tabla de la norma UHA-23., lb/pulg 2.

(Ver propiedades de los materiales en las pginas 156-161.)

14

ESFUERZOS EN CASCOS CILINDRICOS

La presin uniforme, interna o externa, induce en la costura longitudinal un esfuerzounitario igual al doble del que obra en la costura circunferencial, por la geometra mis-ma del cilindro.

Cuando otras fuerzas (de viento, ssmicas, etc.) no son factores importantes, un reci-piente sujeto a presin externa, ~eb~ diseiarse para resistir slo la deformacin circun-ferencial. Las normas establecen el mtodo de diseio para llenar tal requisito. Cuandoactan adems otras cargas, la combinacin de las mismas puede ser la que rija, y podrrequerirse una placa de mayor espesor que el necesario para resistir nicamente la defor-macin circunferencial.

El esfuerzo a la compresin debido a la presin externa y el esfuerzo a la presin internase determinarn mediante las frmulas siguientes:

-

NOTACIOND = Dimetro medio del recipiente, pulgadasP = Presin interna o externa, Ib/pulg2SI = Esfuerzo longitudinal, Ib/pulgZSz = Esfuerzo circunferencial (o de zuncho), Ib/pulgZt = Espesor del casco, sin margen por corrosin,

pulgadas

--+--~< ~;

~II

s,~t~, I

5.1 ! I......~

FORMULASJUNTA

CIRCUNFERENCIAL

PDSI = 4t

JUNTALONGITUDINAL

PD2t

EJEMPLO

Dados D = 96 pulgadasP = 15 Ib/pulgZt = 0.25 pulgada

PD4t

PD2t

15 x 96= 4 x 0.25 =.14401b/puIg2

15 x 96= 2 x 0.25 = 2880 Ib/pulg2

Para las torres sometidas a presin interna y a cargas del viento, la altura crtica arriba dela cual rige el estuerzo a la comnresin se puede obtener de manera aproximada con la si-guiente frmula:

PDH=--

32tdonde H = Altura crtica de la torre, pies.

V

15

PRESION INTERNA

l. PRESION DE OPERACION

La presin que se requiere en el proceso del que forma parte el recipiente, a la cual trabajanormalmente ste.

2. PRESION DE DISEOLa presin que se emplea para disear el recipiente. Se recomienda disear un recipiente y suscomponentes para una presin mayor que la de operacin. Este requisito se satisface utilizandouna presin de diseo de 30 Ib/pulg2 o 10070 ms que la presin de trabajo, la que sea mayor.Tambin debe tomarse en consideracin la presin del fluido y de cualquier otra sustanciacontenida en el recipiente. Ver las tablas de la pgina 29 para la presin de los fluidos.

3. MAXIMA PRESION PERMITIDA DE OPERACION

La presin interna a la que est sujeto el elemento ms dbil del recipiente correspondiente alesfuerzo mximo admisible, cuando se supone que el recipiente est:

a) en estado de desgaste por corrosinb) a una temperatura determinadae) en posicin normal de trabajod) bajo el efecto de otras cargas (carga de viento, presin externa, presin hidrosttica,

etc.) que son aditivas a la presin interna

Una prctica comn que siguen muchos usuarios y fabricantes de recipientes sujetos a presines considerar la presin mxima de trabajo permitida de la cabeza o del casco, y no la de ele-mentos pequeos como bridas, aberturas, etc.

Vanse las tablas de la pgina 28 para la mxima presin permitida para bridas.

Vanse las tablas de la pgina 118 para la mxima presin permitida para tubos.

Se emplea muy a menudo la expresin mxima presin permitida "nuevo" y "frio". Esta es lapresin a la cual est sujeto el elemento ms dbil del recipiente al punto mximo admisible,cuando el recipiente:

a) no est corroido (es nuevo)b) 1

16En este caso, la presin de prueba ser:

Valor del esf. a la temp. de prueba1.5 x Preso mx. perm. de T x ---:-:~--:-:--::----=----=---:---=-::-_-

(o preso de diseo) Valor del esf. a la temp. de diseo

Los recipientes para los que la presin mxima permitida de trabajo est limitada por las bri-das, debern probarse a la presin indicada en la tabla siguiente:

Presin nominal enservicio primario 150 lb 300 lb 400lb 600 lb 900 lb 1500 lb 2500lb

Presin de pruebahidrosllica del casco 425 1100 1450 2175 3250 5400 9000

Prueba hidrosttica de los recipientes multicmaras: norma UG-99 (e)

Puede efectuarse una prueba neumtica en lugar de una prueba hidrosttica, de acuerdo a lanorma UG-loo

Las pruebas necesarias para establecer la presin mxima de trabajo permitida cuando la resis-tencia de alguna parte del recipiente no puede calcularse con un grado satisfactorio de seguri-dad, estn prescritas en la norma UG-lOl.

5. VALORES DEL ESFUERZO MAXIMO PERMITIDO

Los valores del esfuerzo de tensin mximo permitido para diferentes materiales se presentanen la tabla de la pgina 159. El esfuerzo a compresin mximo permitido para usar en el dise-o de recipientes cilindricos sujetos a cargas que produzcan esfuerzo de compresin en el cas-co debe determinarse de acuerdo a la norma, prrafo UG-23(b), (c) y (d).

6. EFICIENCIA DE LAS JUNTAS

La eficiencia de los diferentes tipos de juntas soldadas aparece en la tabla de la pgina 142. Laeficiencia de las cabezas o casquetes sin costura est tabulada en la pgina 144.

Las pginas que siguen contienen frmulas que se emplean para calcular el espesor de paredrequerido y la presin mxima de trabajo permitida para los tipos de casco y de cabeza de usoms frecuente. Las frmulas para casco cilindrico se dan para la costura longitudinal, ya quees la que rige generalmente.

El esfuerzo de la costura circunferencial rige solamente cuando la eficiencia de la junta circun-ferencial es menor que la mitad de la eficiencia de la junta longitudinal, o cuando adems de lapresin interna, hay cargas adicionales (carga de viento, reaccin de las silletas), que producenflexin o tensin longitudinales. La razn de esto es que el esfuerzo que se origina en la costu-ra circunferencial es igual a la mitad del que se origina en la costura longitudinal.

De acuerdo con lo anterior, las frmulas para la costura circunferencial son:

PR2SE + OAP

Vase la notacin en la pgina siguiente.

P 2SEtR - OAt

18

PRESION INTERNAFORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES INTERIORES

P = Presin de disefo o presin mxima de trabajo permitida, Ib/pulg2S = Valor del esfuerzo del material, Ib/pulg2, pgina 159E = Eficiencia de la junta, pgina 142R = Radio interior, pulgadasD = Dimetro interior, pulgadast = Espesor de pared, pulgadas

C.A. = Margen por corrosin, pulgadas

A CASCO CILINDRICO (COSTURA LONGIT.)l

t PR SE tr / ~ t=SE-O.6P P= R+O.6t+-.+-. { R~"- \ Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal.1.

Ver pgina anterior.2. Cuando el espesor de pared exceda de la mitad del radio

interior o P exceda de 0.385 SE, se aplicarn las frmu-las dadas en el Apndice del Cdigo, 1-2.

B ESFERA Y CABEZA HEMISFERICO

Lt PR P= 2SE tt=2SE-O.2P R +O.2t\.~"'~~

T

i 1. Para las cabezas sin brida recta, sese la eficiencia de laR f junta de la cabeza al casco si es menor que la eficienciade las costuras de la cabeza.2. Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exce-

da de 0.665 SE, se aplicarn las frmulas dadas en elApndice 1-3 de las normas.

e CABEZA ELIPSOIDAL 2:1

~k PD 2SEtt=2SE-O.2P P= D+O.2t1. Para las cabezas elipsoidales cuya relacin del eje mayoral eje menor sea diferente de 2: 1, vase el Apndice 1-4(c) de las normas.

EJEMPLOSD.'\TOS DE DISEO:

P Presin de diseo, 100 Ib/pulg'S Valor del esfuerzo de la placa SA 515-70 @ 650"F, 17500 Ib/pulg'F ~ 0.85, eficieneia de las juntas del easeo y la eabeza hemis. al easeo, examinadas por zonasl' ~ 1.0, eficiencia de junta de las cabezas sin costuraR 48 pulgadas, radio interior } en zonas corroSIvas, mayor junto conD 9 pulgadas, dim. interior el margen de corrosinI Espesor de pared requerido, pulgadas

C.A. 0.125 pulgada, margen por corrosin

19

I VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINADeterminar la presin mxima de trabajo permitida,P, para casco de 0.500 pulg de espesor cuando el re-cipientc est nuevo.

Determinar el espesor requerido,t, de un easeo

100 x 41:l.12 517500 x 0.S5 - 0.6 x 100

+ C.A.

Usar: placa de O.5IXI pulg

0.325 pulg

0.125 pulg

0.4 50 pulg

17500 x 0.85 x 0.50048 + 0.6 x 0.500

= 154 Ib/pulg'

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA

l.a ,;abcza se suministra sin brida recta.

Determinar el espesor requerido, 1, de una l'abczaIlcllli ... frica.

Determinar la presin mxima de trabjo permitida,P, para cabeza de 0.3125 pulg de espesor, cuando es-t nueva.

100 x 48.1252 " 17500 x 0.85 - 0.2 x )(Xl

+ C.A.

- 0.162 pulg

0.125 pulg

.287 pulg

2 x 17500 x 0.85 x 0.3125--

48 + 0.2 x 0.3125~ 193 Ib/pulg'

Usar cabe/a de 0.3125 pulg DE ESP. MIN.

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA

Determinar el espesor requerido de una cabeza elip-soidal sin costura.

100 x 96.251 - 2 " )'7500 x 1.0 _ 0.2~IOO ~ 0.275 pulg

+ C.A. 0.125pulg

0.400 pulg

Usar una cabeza de 0.4375 pulg DE ESP. MIN.


Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza sin costura de 0.275 pulg de es-pesor en una zona corrosiva.

2 x 17500 x 1.0 x 0.275P -- 96.25 + 0.2 x 0.275 = 100 Ib/pulg'

20

PRESION INTERNAFORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES INTERIORES

P = Presin de diseo o presin mxima de trabajo permitida, Ib/pulglS = Valor de esfuerzo del material, Ib/pulgl, pgina 159E = Eficiencia de la junta, pgina 142R = Radio interior, pulgadasD = Dimet ro interior, pulgadas" = La mitad del ngulo en el vrtice, gradosL = Radio interior del casquete, pulgadasr = Radio interior de las curvaturas, pulgadast = Espesor de pared, pulgadas

C.A. :" Mar?en por corrosin, pulgadas

f

D CONO Y SECCION CONICA

l. La milad del ngulo en el vrtice, Ci no mayor de 30

PDt= =-----:-=:=----::---==-=:-:-2 cos a (SE-O.6P)

P= 2SEt cos aD+ 1.2t cos a

E

2. Cuando Ci es mayor de 30, se requiere un anlisis espe-cial (Apndice 1-5(e) del Cdigo)

CABEZA ASME BRIDADA y ALABEADA(CABEZA TORI8FERICA)

Cuando L/r = 162/3

Cuando Lrl menor de 162/3

\

O.885PLt=SE-O.IP'

PLMt = -=2-=SE=---=O--=.2=P

VALORES DEL FACTOR "M"

P= SEtO.885L+O.lt

P= . 2SEtLM+O.2t

L/e 1.00 1.50 2.00 2.503.00 3.50 4.50 5.50 6.50

1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 4.00 5.00 6.00

M 1.00 1.06 1.10 1.15 1.18 1.22 1.28 1.34 1.3911.03 1.08 1.13 1.17 1.20 1.25 1. 31 1.36

LIr7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.0 14.0 16.0 2 .

7.50 8.50 9.50 10.5 11.5 13.0 15.0 16:r

M 1.41 1.46 1.50 1.54 1.58 1.62 1.69 1.751.44 1.48 1.52 1.56 1.60 1.65 1.72 1. 77 LA MAXIMA RAZON PERMITIDA ES: L = D + 2t (vase la nota 2 de la pgina opuesta)

21

EJEMPLOSDATOS DE DISEO:

P = 100 lb/pulg', presin de diseoS = 17500 lb/pulg', valor del esfuerzo del material, SA 515-70 en placa @ 650FE = 0.85, eficiencia de las juntas examinadas por zonasE = 1.00, eficiencia de junta de las cabezas sin costuraR = 48 pulgadas, radio intenor } mayor en zonas corrosivas junto conD = 96 pulgadas, dimetro interior el margen de corrosin{X = 30, la mitad del ngulo en el vrticeL = 96 pulgadas, radio interior del casquetet = Espesor de pared requerido, pulgadas

C.A. ~ 0.125 pulgada, margen de corrosin


Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para un cono de 0.500 pulg de espesor cuando elrecipiente es nuevo.

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINACOS 30 ~ 0.866

Determinar el espesor requerido, t, de un cono100 x 96.25

I = 2xO.R66 (17500xO.85-0.6x 100) = 0.375 pulg P =2 x 17500 x 0.85 x 0.500 x 0.866

96+ 1.2x 0.500x 0.866= 133 Ib/pulg'

+ C.A.

Usar placa de 0.500 pulg de espesor

0.125 pulg

0.500 pulg

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINAL/r = 162/3


Determinar el espesor requerido, t, de una cabezaASME bridada y abombada, sin costura.

0.885 x lOO x 96.125t = 17500 x 1.0 _ 0.1 x 100 = 0.486 pulg

+ C.A. 0.125 pulg

0.611 pulg

Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza sin costura de 0.6875 pulg de es-pesor. cuando el recipiente es nuevo.

17500 x \.0 x 0.6875P = 0.885 x % + 0.1 x 0.6875 = 141 Ib/pulg'

= 0.481 pulg

0.125 pulg

Usar una cabeza de 0.625 pulg de espesor minimoVER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA

96Radio de curvatura r = 6 pulg L/r = -6- = 16M = 1.75, de la tablaDeterminar el espesor requerido, t, de una cabezaASME bridada y abombada.

100 x 96.125 x 1.75t = 2 x 17500 - 0.2 x 100

+ C.A.

0.606 pulgUsar una cabeza de 0.625 pulg de espesor minimo

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA96

Radio de curvatura r = 6 pulg L/r = -6- = 16

M = 1.75, de la tablaDeterminar la presin mxima 'permitida de trabajo,P, para una cabeza sin costura de 0.481 pulg de espe-sor, cuando el recipiente est en una zona corrosiva.

2 x 17500 x 1.0 x 0.481P = %.125 x 1.75 + 0.2 x 0.481 = 100 1b/pulg'

NOTA: l. En los ejemplos de clculo para cabezas elipsoidales y bridadas y alabeadas se supone que la jun-ta de la cabeza al casco se radiografia en su totalidad. Ver la tabla de la pgina 148.

2. Cuando la relacin de L/r es mayor de 16213 (construccin fuera de normas), los valores de Mpueden calcularse por la frmula: M = 1/4(3 + .JLfr)

22

PRESION INTERNAFORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES EXTERIORES

P = Presin de disefo o presin mxima permitida de trabajo, lb/pulglS = Valor de esfuerzo del material, lb/pulgl, pgina 159E = Eficiencia de la junta, pgina 142R = Radio exterior, pulgadasD = Dimetro exterior, pulgadast = Espesor de pared, pulgadas


A CASCO CILINDRICO (COSTURA LONG.)l

~ PR P= SEJ1= SE + O.4P R - 0.411. Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal.Ver la pgina 70

2- Cuando el espesor de pared excede de la mitad del radiointerior o P excede de 00385 SE, se aplicarn las frmu-las dadas en el Apndice de las normas, 1-20

BESFERA Y CABEZA HEMISFERICA

PRP=R

2SEI1= 2SE + 0.8P - 0.81

1. Para cabezas sin brida recta, use la eficiencia de la juntade la cabeza al casco si es menor que la eficiencia de lascosturas de la cabeza.

2. Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exce-da de 0.665 SE, se aplicarn las frmulas dadas en elApndice de las normas, 1-30

e CABEZA ELIPSOIDAL 2:1

Ff} PD I P 2SEtt 2SE+ 1.8P D -1.81 I1. Para cabezas elipsoidales en las que la relacin del ej~mayor al menor sea diferente de 2: 1, vase el Apndicede las normas 1-4(c).

y=

23

EJEMPLOS

DA TOS UE DISEO:P = lOO lblpulgl, presibn de dIseoS oc 17500 Ib/pulg', valor de esfuerzo del material, SA 515-70 en placa @ 650FE = 0.85, eficiencia de las juntas del casco y la cabeza hemisfrica al casco, examinadas por zonasE = 1.0, eficiencia de junta de las cabezas sin costuraR = 48 pulgadas, radio exteriorO = 96 pulgadas, dimetro exteriort = Espesor de pared requerido, pulgadas

C.A. = 0.125 pulg, margen de corrosin

VER LOS DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA VER LOS DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINA

Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para un casco de 0.500 pulg de espesor, cuando elrecipiente es nuevo. .

17500 x 0.85 x 0.500P = 48 - 0.4 x 0.500 = 155 Ib/pulg'

0.322 pulg

0.125 pulg+ C.A.

t =

Determinar el espesor requerido,t, de un casco

IOOx48~~~-- -----~ =

17500xO.85+0.4x 100

0.447 pulg

Usar: placa de 0.500 pulg de espesor


La cabeza se suministra sin brida recta.

Determinar el espesor requerido, t, de una cabezahemisfrica.

IOOx48t = 2x 17500xO.85+0.8x lOO = 0.161 pulg

Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza de 0.3125 pulg de espesor, cuando elrecipiente es nuevo.

2 x 17500 x 0.85 x 0,3125P = 48 -0.8xO.3125 = 194Ib/pulg'

+ C.A. 0.125 pulg

0.286 pulg

Usar una cabeza de 0.3125 pulg de espesor minimo


Determinar el espesor requerido de una cabeza elip-soidal sin costura.

IOOx96= 100 Ib/pulg'

Determinar la presin mxima de trabajo permitida, P,para una cabeza sin costura de 0.273 pulg de espesor.

2x 17500 x I.OxO.27396- I.8xO.273

P =h 17500x 1.0+ 1.8x 100 = 0.273 pulgt=

+ C.A. 0.125 pulg

0.398 pulg

Usar una cabeza de 0.4375 pulg de espesor minimo

...

24

PRESION INTERNAFORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES EXTERIORES

P = Presin de diseo o presin mxima de trabajo permitida, Ib/pulg'S = Valor de esfuerzo del material, Ib/pulgl, pgina 159E = Eficiencia de junta, pgina 142R = Radio exterior, pulgadasD = Dimetro exterior, pulgadasn cc I.a mitad del ngulo en el vrtice, gradosL = Radio exterior de la pieza abombada, pulgadasr = Radio interior de curvatura de la pieza abombada, pulgadast = Espesor de pared, pulgadas


D CONO Y SECCION CONICA

~

! : \ PD P= 2SEt cos at= 2 cos a (SE+O.4P) D -0.8tcosac:::: .~ffU~ 1. La mitad del ngulo pex en el vrtice, ex no es mayorde 30

2. Cuando ex es mayor de 30 , se requiere un anlisis espe-cial (apndice de las normas I-S(e.

E CABEZA ASME BRInADA y ALABEADA(CABEZA TORISFERICA)

Cuando Ur = 162/3

~ 0.885PL SEtt p= 0.885L - 0.8t~ i ::::1 SE+0.8Pf. t.- LI

.i O Cuando Ur menor de 16213~

PLM P= 2SEtt= 2SE +P(M -0.2)' ML -t(M -0.2)

VALORES DEL FACTOR M

Lfr 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.50 5.50 6.501.25 1.75 2.25 2.75 3.25 4.00 5.00 6.00M 1.00 1.06 1.10 1.15 1.18 1.22 1.28 1.34 1.39

1.03 1.08 1.13 1.17 1.20 1.25 1.31 1.36

Lfr 7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.0 14.0 16.0 16t 750 8.50 9.50 10.5 11.5 13.0 15.0

M 1.41 1.46 1.50 1.54 1.58 1.62 1.69 1.751.44 1.48 1.52 1.56 1.60 1.65 1.72 1 77 LA RAZON MAXIMA PERMITIDA: L - t = D (vase la nota 2 de la siguiente pgina)

"=

L =t .-

C.A. =

25

EJEMPLOSDATOS DF DISEO:

P = 100 Ib/pulg'. presin de diseoS = 17500 Ib/pulg'. valor de esfuerzo del material. SA 515-70 en placa @ 650"fE = 0.85, eficiencia de las juntas examinadas por zonasE = 1.00, eficiencia de junta de las cabezas sin costuraR = 48 pulgadas, radio exteriorD = 96 pulgadas, dimetro exterior

30", la mitad del ngulo en el vrtice96 pulgadas, radio exterior de la pieza abombadaEspesor de pared requerido. pulgadas0.125 pulg, margen de corrosin

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINACOS 30" = 0.866

Determinar el espesor requerido, t, de un cono100 x 96

t = 2~0.sfifi(7500xO.85 + 0.4 x 100) = 0.372 pulg


Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para un cono de 0.500 pulg de espesor.

2 x 17500 x 0.85 x 0.500 x 0.866P = 96 - ((l.S x 0.500 x 0.866) = 134 Ib/pulg'

+ C.A.

Usar placa de 0.500 pulg de espesol

0.125 pulg

0497 pulgI

0.125 pulg

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINAI.r = 162/3Determinar el espesor requerido, t, de una cabezaASME sin costura, bridada y abombada.

0.885 x 100 x 961-7500~~O~R x 100 = 0.483 pulg

+ C.A.



Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza sin cost ura de 0.625 pulg de es-pesor.

17500 x 1.0 x 0.625P = -0~8S5 x 96 _ 0.8 x 0.625 = 129lb/pulg'

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINARadio de las curvaturas de la pieza abombada,

96r = 6 pulg Llr = -6 = 16\1 = 1.75, de la tablaDeterminar el espesor requerido, t, de una cabezaASME sin costura, bridada y abombada.

lOO x 96 x 1.752 x 7soox 1.0+ 100 (1.75 -0.2)

+ C.A.

= 0.478 pulg

0.125 pulg

VER DATOS DE DISENO DE ESTA PAGINA

Radio de las curvaturas de la pieza abombada,96

r = 6 pulg Llr = -6- = 16

M = 1.75, de la tablaDeterminar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza sin costura de 0.478 pulg de es-pesor.

2 x 17500 x 1.0 x 0.478P = - 1.75 x 96 - 0.478 (1.75 _ 0.2) = 100 Ib/pulg'

0.603 pulgUsar una cabela de 0.625 pulg de espesor minimo

t----------------------------------NOTA: l. ' En los ejemplos de clculo para cabezas elipsoidales y bridadas y abombadas, se supone que lajunta

de la cabeza al casco se radiografa en su totalidad. Ver tabla de la pgina 148.2. Cuando la relacin Llr es mavor de 162/3 (construccin fuera de normas), los valores de M pueden

calcularse por la frmula: M = 1/4(3 +v'Li;).

25

EJEMPLOSDATOS DE DISEO:

P ~ 100 Ib/pulg', presin de diseoS ~ 17500 Ib/pulg', valor de esfuerzo del material, SA 515-70 en placa @ 650"FE ~ 0.85, eficiencia de las juntas examinadas por zonasE - 1.00, eficiencia de junta de las cabezas sin costuraR ~ 48 pulgadas, radio exteriorD ~ 96 pulgadas, dimet ro exteriorH ::::;: 30. la mitad del ang.ulo en el vrl iceL ~ 96 pulgadas, radio exterior de la pieza abombadat ~ Espesor de pared requerido, pulgadas

C.A. ~ 0.125 pulg, margen de corrosin

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINACOS 30" ~ 0.866

Determinar el espesor requerido, t, de un conolO(} x 9

t - 2:::o.H661 750(} x 0.85 + 0.4 ~ 100) ~ 0.372 pulg


Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para un cono de 0.500 pulg de espesor.

"x 17500 x 0.85 x 0.500 x 0.866P ~ ~ 1341b/pulg'

96 - (0.8 x 0.500 x 0.866)

+ C.A. 0.125 pulg

0.497 pulg

Usar placa de 0.500 pulg de espesor

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINAI 'r ~ 16 213Determinar el espesor requerido, t, de una cabezaASME sin costura, bridada y abombada.

0.885 x 100 x 9[ - 17500---;:'I:O:;Ji x 100 ~ 0.483 pulg+ C.A. 0.125 pulg


Determinar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza sin costura de 0.625 pulg de es-pesor.

17500 x 1.0 x 0.625P ~ - 0~885 x 96 _ 0.8 x 0.625 ~ 129 Ih/pulg'


0.125 pulg

~ 0.478 pulg


Radio de las curvaturas de la pieza abombada,96

r ~ 6 pulg L/r ~ -6- ~ 16

M ~ 1.75, de la tablaDeterminar la presin mxima de trabajo permitida,P, para una cabeza sin costura de 0.478 pulg de es-pesor.

~ 100 Ib/pulg'2 x 17500 x 1.0 x 0.478

1.75 x 96 - 0.478 (1.75 - 0.2)P ~

96r ~ 6 pulg L/r ~ -6- ~ 16

\1 ~ 1.75, de la tablaDeterminar el espesor requerido, t, de una cabezaASME sin costura, bridada y abombada.

100 x 96 x 1.75"' J7500x 1.0+ 100 (1.75 -0.2)

+ C.A.

VER DATOS DE DISEO DE ESTA PAGINARadio de las curvaturas de la pieza abombada,

0.603 pulgUsar una caheza de 0.625 pulg de espesor minimo

---------------------------------_..NOTA: l. ' En los ejemplos de clculo para cabezas elipsoidales y bridadas y abombadas, se supone que la junta

de la caheza al casco se radiografa en su totalidad. Ver tabla de la pgina 148.2. Cuando la relacin Llr es mavor de 162/3 (construccin fuera de normas), los valores de M pueden

calcularse por la frmula: M = 114(3 +v'i7r).

26

PRESION INTERNA O EXTERNAFORMULAS

NTACINP = Presin de diseo interna o externa, Ib/pulg2 E = Eficiencia de la juntad = Dimetro interior del casco, pulgadasS = Valor mximo del esfuerzo permitido del material, Ib/pulg2, pgina 159t = Espesor mnimo requerido de la cabeza, excluyendo el margen por corrosin, pulgadasth = Espesor real de la cabeza excluyendo el margen por corrosin, pulgadastr = Espesor minilllo requerido, por presin, del casco sin costura, pulgadasts = Espesor real del casco, excluyendo el margen por corrosin, pulgadas

A

B

e

CABEZAS CIRCULARES PLANAS

t =d .jO.13P/SEEsta frmula se aplicar cuando:l. d no exceda de 24 pulgadas2. th/d no sea menor de 0.05 ni mayor de 0.253. El espesor de la cabeza, th, no sea menor que

el espesor del casco, ts

e =0.33 X

C MIN. = 0.20

Si para calcular t se usa un valor de trlts menorde 1, el espesor del casco, ts' debe mantenersepor una distancia hacia adentro desde la cara in-terior de la cabecera igual a por lo menos 2 .J(Ifs

D 2t, mn, no menor de 1.25 t,r- no necesita ser mayor de t

45omX~

II

EJEMPLOSDATOS DE DISEOP = 300 Ib/pulg2, presin de diseo Eficiencia de la junta, E = 1.0d = 24 pulgadas, dimetro interior del cascoS = 15,000 Ib/pulgZ, valor mximo de esfuerzo permitido de la p1aca SA-515-60tr = 0.243 pulg, espesor requerido por presin del casco sin costurat, = 0.3125 pulg, espesor real del cascoDETERMINAR EL ESPESOR MINIMO REQUERIDO PARA LA CABEZA, t

I = d "0.13 PIS = 24 " 0.13 x 300/15,000 = 1.223 pulg

Usar una cabeza de 1.250 pulg

Verificando la limitacin de

27

Ih 1.250d = --24- = 0.052, La relacin del espesor de la cabeza aldimetro del casco es satisfactoria


Ir 0.243e = 0.33~ = 0.33 xo::rrTI = 0.26

I = d v;;s = 24 V 0.26 x 300/15,000 = 1.731Usar placa de 1.75 pulg

Usando placa ms gruesa para el casco, ser satisfactorio un espesor menor para la cabeza

ts = 0.375 pulg

Ire = .33 - =

t s0.33

0.243x--=

0.375 0.2J.i

I = d VCPiS = 24 " 0.214 x 300/15,000= 1.57 pulgUsar placa de 1.625 pulg

El espesor del casco se mantendr a lo largo de una distancia 2~medidadesde la cara interior de la cabeza

2 V 24 x .375 = 6 pulg.

28

RANGOS DE PRESION - TEMPERATURAPARA ACCESORIOS BRIDADOS y BRIDAS PARA TUBERIA DE ACERO

American National Standard ANSI B16.5-198l

p

CLASE 1SO lb. 300 lb. 400 lb. 600 lb. 900 lb. 1500 lb. 2500 lb.PRESION DE LA PRUEBA

HIDROSTATlCA, 450LBIPULO' MAN.

1125 1500 2225 3350 5575 9275

TEMPERATURA, uF PRESION MAXIMA PERMITIDA (NO DE IMPACTO), LB/PULG' MAN.

-20 a 100200300400

500600650700

750800850900

9501000

285260230200

170140125110

95806550

3520

740675655635

600550535535

505410270170

10550

990900875845

800730715710

670550355230

14070

1480135013151270

1200109510751065

1010825535345

205105

2220202519701900

1795164016101600

15101235805515

310155

3705337532803170

2995273526852665

252020601340860

515260

6170562S54705280

4990456044754440

4200343022301430

860430

Los rangos nominales se aplican a los materiales:SA-IOS" SA-515-70' SA-516-70' SA-18l-70\' SA-350-LF2 SA-537-Cl.I JSA-2l6-WCB'

NOTAS:l. Para temperaturas de operacin mayores de 850F se recomienda usar aceros cal-

mados con contenido no menor de 0.10070 de silicio residual.2. Cuando hay exposicin prolongada a temperaturas superiores a 800F, la fase

carburo del acero al carbono puede convertirse en grafito.3. El material no debe usarse en espesores mayores de 2Yz pulg.

Las bridas de material ANSI B16.5 no debern usarse para capacidades mayores, ex-cepto cuando as lo justifiquen los mtodos de disefio del Cdigo.

Las capacidades nominales son presiones mximas de trabajo permitidas, no de im-pacto, expresadas como presiones manomtricas a las temperaturas tabuladas ypuede interpolarse entre las temperaturas de la tabla.

Las temperaturas son las del interior del casco sujeto a presin cerrado por la brida.En general, es la misma que la del material que contiene.

PRESION DE LOS FLUIDOSCARGA ESTATICA

El fluido contenido en el recipiente ejerce presin sobre las paredes del mismo. Cuandoel fluido est en reposo, la intensidad de la presin en un punto es igual en todas di-recciones hacia los lados y el fondo del recipiente y vara segn la altura del fluidorespecto al punto en el que se est considerando la presin.

Cuando sea aplicable, la carga esttica deber sumarse a la presin de diseo del reci-piente.

Las tablas de esta pgina indican las relaciones entre la presin y la altura del agua.

Para determinar la presin de cualquier otro fluido que no sea agua, los valores delas tablas debern multiplicarse por la densidad especfica del fluido en cuestin.

Presin en libras por pulgada cuadrada para diferentes cargas de agua

Carga, O 1 2 3 4 5 6 7 8 9en pies

O 0.43 0.87 1.30 1. 73 2.16 2.60 3.03 3.46 3.9010 4.33 4.76 5.20 5.63 6.06 6.49 6.93 7.36 7.79 8.2320 8.66 9.09 9.53 9.96 10.39 10.82 11.26 11.69 12.12 12.5630 12.99 13.42 13.86 14.29 14.72 15.1 S 15.59 16.02 16.45 16.8940 17.32 17.75 18.19 18.62 19.05 19.48 19.92 20.35 20.78 21.22SO 21.65 22.08 22.52 22.95 23.38 23.81 24.2 S 24.68 25.11 25. SS60 25.98 26.41 26.85 27.28 27.71 28.14 28.58 29.01 29.44 29.8870 30.31 30.74 31.18 31.61 32.04 32.47 32.91 33.34 33.77 34.2180 34.64 35.07 35.51 35.94 36.37 36.80 37.24 37.6 I 38.10 38.5490 38.97 39.40 39.84 40.27 40.70 41.13 41.57 42.00 42.43 42.87

NOTA: Un pie de agua a 62 Fahrenheit produce una presin de 0.433 libras por pulgada cua-drada. Para hallar la presin por pulgada cuadrada para cualquier carga en pies no considera-da en la tabla superior, multiplique la carga en pies por 0.433.

Cargas de agua en pies que corresponden a una presin dadaen libras por pulgada cuadrada

Presin, O 1 2 3 4 5 6 7 8 9Ib/pulg'

O 2.3 4.6 6.9 9.2 1 1. S 13.9 16.2 18.5 20.810 23.1 25.4 27.7 30.0 32.3 34.6 36.9 39.3 41.6 43.920 46.2 48.5 50.8 53. J 55.4 57.7 60.0 62.4 64.7 67.030 69.3 71.6 73.9 76.2 78.5 80.8 83.1 85.4 87.8 90.140 92.4 94.7 97.0 99.3 101.6 103.9 106.2 108.5 110.8 113.2SO 1 J 5.5 117.8 120.1 122.4 124.7 127.0 129.3 131.6 133.9 136.360 138.6 140.9 143.2 145.5 147.8 150.1 152.4 154.7 157.0 159.370 161. 7 164.0 166.3 168.6 170.9 173.2 175. S 177.8 180.1 182.480 184.8 187.1 189.4 191.7 194.0 196.3 198.6 200.9 20.'.2 205.590 207.9 210.2 212. S 214.8 217.1 219.4 22 1.7 224.0 226.3 2n.6

NOTA: Una presin de una libra por pulgada cuadrada equivale a 2.309 pies de agua a 62F.Por lo tanto, para hallar la carga en pies de agua para cualquier presin que no aparezca en latabla, multiplique por 2.309 la presin en libras por pulgada cuadrada.

'29

30

TABLASPara una comparacin rpida del espesor de placa requerido y el peso de varios ma-teriales con un grado diferente de examen radiogrfico.

A Valores del esfuerzo a temperaturas de -20 a 650F.SA 53B SA 515-70SA-285 e SA 515-60 SA 516-70SA 516-60

85010 E.J. 11688 12750 14875

100% E.J. 13750 15000 17500

B Relaciones entre los valores de esfuerzo.

11688 12750 13750 14875 15000 17500

11688 -- 109.1 117.6 127.3 128.3 149.7

12750 91. 7 -- 107.8 116.7 117.6 137.3

13750 85.0 92.7 -- 108.2 109.1 127.3

14875 78.6 85.7 92.4 -- 100.8 117.6

15000 77,9 85.0 91.7 99.2--

116.7

17500 66.8 72.9 78.6 85.0 85.7 --

L tabla A indica los valores del esfuerzo de los materiales usados "con ms frecuen-cia en la fabricacin de cascos y cabezas.

La tabla B indica las relaciones de 'los valores de esfuerzo en porcentaje.

EJEMPLO:1. Para un recipiente en el que se utilice placa SA 515-70, radiografiado por zonas,

el espesor requerido es de 0.4426 pulgadas y el peso del recipiente es de 12600 lb.

2. Qu espesor de placa se requerir y cul ser el peso del recipiente usando placaSA 285-C y examen radiogrfico completo?

En el caso 1. El valor de esfuerzo del material es 14875En el caso 2. El valor de esfuerzo del material es 13750

La relacin de los dos valores del esfuerzo, de la Tabla B, es 108.2. En esta propor-cin se incrementarn el espesor de placa requerido y el peso del recipiente.

0.4426 x 10S.2 = 0.47S9 pulg12600 x 10S.2 = 13633 lb

p

t31

PRESION EXTERNA

Presin de diseo

Los recipientes que habrn de fabricarse para trabajar sujetos a presiones externas de 15 lb/pulglo menores, y que llevarn la placa con el smbolo de la norma para indicar que cumplen conlas reglas para presin externa, debern disearse para una presin externa mxima permitidade 15 lb/pulg2 o 25 por ciento ms que la presin externa mxima posible, segn qu valorsea menor. Norma, UO-28 (f)

Un recipiente que se haya diseado y construido de acuerdo a los requisitos del Cdigo parapresin interna y que se requiera para usarse bajo una presin externa de 15lb/pulgl o menor,no necesita disearse de acuerdo a las normas para la condicin de presin externa. Sin embar-go, no deber llevar marcada la capacidad nominal para presin externa con el sello de la nor-ma, a menos que cumpla con los requisitos de la norma para presin externa. Norma, UO-28(f), nota.

Esto no ser aplicable si el recipiente trabajar a una temperatura inferior a - 20oP, y deberdeterminarse la presin de diseo de acuerdo a la norma, UCS-66 (c) (2) o a la UHA-51 (b)para evitar la necesidad de una prueba de impacto.

Recipientes con juntas a traslape: Norma UO-28 (g) recipiente no cilndrico, con camisa: Nor-ma UO-28 (i)

Presin de prueba

Los recipientes de una sola pared diseados para vaco o vaco parcial, debern someterse auna prueba hidrosttica interna, o cuando no sea posible hacer la prueba hidrosttica, a unaprueba neumtica. UO-99 (f). Cualquiera de las dos pruebas deber hacerse a una presin no menorde 1 1/2 veces la diferencia entre la presin atmosfrica normal y la presin interna absoluta mni-ma de diseo. UO-99 (f)

Prueba neumtica: Norma UO-100

El mtodo de diseo que aparece en las pginas que siguen se ajusta a las indicaciones de laNorma sobre recipientes a presin de la ASME, seccin VIII. DIV. l. Las grficas de las pgi-nas 40 a 45 se han tomado de dichas Normas.

32

PRESION EXTERNAFORMULAS

NOTACIONP = Presin externa de diseo, Ib/pulg2 manom.Po = Presin mxima de trabajo permitida, Ib/pulgZ manom.D" = Dimetro exterior, pulg.L = Longitud de una seccin del recipiente, tomando la ms grande de entre las siguientes:

en pulgadas (ver figuras A y B).l. Distancia entre las tangentes de las cabezas ms un tercio de la profundidad de las

mismas si no se emplean anillos de atiesamiento.2. La distancia ms grande entre dos anillos de atiesamiento adyacentes cualesquiera.3. Distancia del centro del primer anillo de atiesamiento a la tangente de la cabeza ms

un tercio de la profundidad de sta.4. Distancia del primer anillo de atiesamiento que hay en el cilindro a la unin cilndrica.

t = Espesor de pared mnimo requerido, pulg.

A.

t

..,

?-r- -...---.....1-0-

CASCO CILINDRICOSin costura o con juntas longitudinales a tope

Cuando D,/l es igual a o mayor que 10,la presin mxima permitida es:

RECIPIENTE SIN ANILLO ATlESADOR

B.

~-;--=. _ --r-

D.,

o...J...J

Z ~""'I;;i'------ ----ts...,----f-~'

RECIPIENTE CON ANILLOATlESADOR

El valor de B deber determinarse por el procedimientosiguiente:I. Supngase un valor para t; (Ver pginas 47-49)

Determnense L/Do y Do/t.2. Entre a la figura UGO-28.0 (Pgina 40) con el valor

de L/D". Entre a 50 cuando L/Do sea mayor de 50,y a 0.05 cuando L/D" sea menor de 0.05.

3. Siga horizontalmente hasta la lnea que representa aD,/l. Desde el punto de interseccin siga vertical-mente hasta determinar el valor del factor A.

4. Entre con el valor de A a la grfica del material apli-cable (pginas 41 -45). Siga verticalmente hasta la l-nea de temperatura aplicable".

5. Desde la interseccin, siga horizontalmente y lea elvalor de B. Calcule la presin mxima de trabajopermitida, Po'

Si la presin mxima de trabajo permitida es menor quela presin de diseo, debe repetirse el procedimiento dediseo aumentando el espesor del recipiente o disminu-yendo L por medio de anillos atiesadores.

"Para los valores de A que caigan a la izquierda de lalnea aplicable de temperatura, el valor de Po puedecalcularse por la frmula:

"'AEP =~-~-a 3(D o /l)

Cuando el valor de D,/t sea menor de 10, debern apli-carse las frmulas dadas en la Norma UG-28(c)(2).

1II

EJEMPLOS

DATOS DE DISEOP = 15 Ib/pulgZ manom., presin externa de diseoDo = 96 pulg, dimetro exterior del casco

Longitud del recipiente de tangente a tangente: 48 pies O pulg = 576 pulgCabezas 2: 1 elipsoidalesMaterial del casco SA - 285 C, placaTemperatura 500F

E = Mdulo de elasticidad del material, 27,000,000 Ib/pulgZ @ 500C (vase lagrfica de la pgina 41)

Determinar el espesor requerido de casco.

Supngase un espesor de casco: t = 0.50 pulg (ver pgina 47)Longitud L = 592 pulg (longitud del casco 576 pulg y un tercio de la profundidad

de las cabezas 16 pulg)LIDn =592/96 =6.17 D01 t =96/0.5 = 192

A =0.00007 determinado de la grfica (pgina 40) por el procedimiento descrito en lapgina 32.

Como el valor de A cae a la izquierda de la lnea aplicable de temperatura en la figuraUCS-28-2 (pgina 41),

Po = 2AEI3(D/t) = 2 x 0.00007 x 27,000,000/3 x 192 = 6.56 Ib/pulg2

Como la presin mxima permitida Pa es menor que la presin de diseo P, se incor-porarn anillos atiesadores.

Usando 2 anillos de atiesamiento igualmente espaciados entre las tangentes de las ca-bezas, la longitud de una seccin del recipiente, L = 200 pulg (longitud del casco 192pulg ms un tercio de la profundidad de la cabeza 8 pulg)

33

L/Do = 200/96 =2.08 Do/'= 96/0.5 = 192

;-

-o

00,

~-

0,

..o-

-00,

'\o-

J00

A = 0.00022 de la grfica (pgina 40)B = 3000 de la grfica (pgina 41)determinadas por el procedimiento descrito en la p-gina 32.

Po = 4BI3(Djt) = 4 x 3000/3 x 192 = 20.81b/pulg2

Como la mxima presin permitida Po es mayor que lapresin de diseo P, el espesor supuesto del cascousando dos anillos atiesadores, es satisfactoria.

Ver pgina 38 para el diseo de los anillos atiesadores.

34


NOTACIONP = Presin externa de disefto, Ib/pulgZ manom.Po = Presin mxima de trabajo permitida, Ib/pulgZ manom.Do = Dimetro exterior de la cabeza, pulg.Ro = Radio exterior de la esfera o cabeza hemisfrica, 0.9 Do para cabezas elipsoida-

les, radio por dentro de la corona de las cabezas bridadas y abombadas, pulg.t = Espesor mnimo requerido de pared, pulgadas.E = Mdulo de elasticidad del material, Ib/pulgZ (pgina 41)

ESFERA Y CABEZA HEMISFERICA

Presin mxima p Bpermitida: a = (R()/t)

El valor de B se determina por el siguiente procedimiento:

'"

1. Suponga un valor para t y calcule el valor de A usan-do la frmula: A =0.125/(R,,/t) (ver pgina 47)

2. Con el valor de A entre a la grfica del material apli-cable pginas 41-45). Siga verticalmente hasta la l-nea de temperatura aplicable.

3. Desde la interseccin, desplcese horizontalmente ylea el valor de B.Para los valores de A que caigan a la izquierda de la

lnea de temperatura aplicable, el valor de Po puedecalcularse por la frmula: Pa = 0.0625 E/(RaltY.

Si la presin mxima de trabajo permitida Po, calculadapor la frmula anterior, es menor que la presin de dise-fto, debe tomarse un valor ms grande para t y repetir elprocedimiento de clculo.

2:1 CABEZA ELIPSOIDAL

El espesor requerido ser el mayor de los siguientes espe-sores:

(1) El espesor calculado por las frmulas dadas parapresin interna usando una presin de disefto de1.67 veces la presin externa y una eficiencia de jun-ta E = 1.00.

(2) El espesor comprobado por la frmulaPa=B/(Ro/t)en la cual Ro = 0.9 D", YB determinada como parala esfera.CABEZA ASME BRIDADA y ALABEADA

(CABF.ZA TORISFF.RICA)

El espesor requerido y la presin mxima permitida secalcularn por los procedimientos dados para cabezaselipsoidales. (Ver arriba) R"mximo=D"

'0

EJEMPLOS

DATOS DE DISEO:P = 15 Ib/pulgZ man., presin externa de disefioD" = 96 pulgadas, dimetro exterior de la cabezaMaterial de la cabeza: SA-285C, en placaTemperatura de disefio: 500F

Determinar el espesor requerido de cabeza.VER DATOS DE DISEO EN ESTA PAGINASupngase un espesor de cabeza: t = 0.25 pulg Ro = 48.00 pulgA = 0.125/(48.00/0.25) = 0.00065De la Fig. UCS-28.2 (pgina 41) B = 8500 determinada por el procedimiento descri-to en la pgina 34.

Po = 8500/(48.00/0.25) = 44.27 Ib/pulg2Como la mxima presin permitida de trabajo Po es excesivamente mayor que la pre-sin de disefio P, seria aceptable un espesor menor.Para un segundo tanteo, suponga un espesor de cabeza: t = 0.1875 pulgRo = 48.00 pulgA = 0.125/(48.00/0.1875) = 0.0005B = 6700, de la grfica (pgina 41), Pu = B/(R,/t) = 6700/255 = 26.2Ib/pulgZEl espesor supuesto: t = 0.1875 pulg es satisfactorio.

35

VER DATOS DE DISEO EN ESTA PAGINA. Procedimiento (2).

Suponga un espesor de cabeza: t = 0.3125 pulg, R" = 0.9 x 96 = 86.4 pulg

A = 0.125/(86.4/0.3125) = 0.00045B = 6100 de !a grfica (pgina 41), Pu = B/(Ro/t) = 6100/276 = 22.1 Ib/pulgZ

Como la presin mxima permitida P" es mayor que la presin de disefio P, el espe-sor supuesto es satisfactorio.

VER DATOS DE DISEO EN ESTA PAGINA. Procedimiento (2).Suponga un espesor de cabeza: t = 0.3125 pulg, Ro = Do = 96 pulgA = 0.125/(96/0.3125) = 0.0004B = 5200 de la grfica (pgina 41), Pu = B/(Ro/t) = 5200/307 = 16.93 Ib/pulgZComo la presin mxima permitida Pu es mayor que la presin de disefio P, el espe-sor supuesto es satisfactorio.

-36


48

Para los valores de A que caigan a la izquierdde la lnea aplicable, el valor de P puede cal-cularse mediante la frmula:

Pa = 2AE/3(D!te)Para conos con una relacin D/t menor de lO.vase la norma UG-33 (f)(b)CUANDO Ot ES MAYOR DE 60El espesor de los conos ser el mismo que elque se requiera para una cabeza plana cuyodimetro sea igual al dimetro exterior m~as'grande del cono.

Prevea el refuerzo adecuado de la unin del co-no con el cilindro. Ver pgina 129.

5. Calcule la presin mxima de trabajo per-mitida, Pa

Si Pa es menor que la presin de disefio, el pro-cedimiento debe repetirse aumentando el espe-sor o disminuyendo L mediante el uso danillos de atiesamiento.

3. Tome el valor de L"ID, (L/Do) en la grficUGO-28 (pgina 40) (Tome el de 50 cuandoL"ID sea mayor de 50). Siga horizontal-mente hasta la lnea que representa a Do/t.Desde el punto de interseccin siga vertical-mente para determinar el factor A.

4. En la grfica de material aplicable tome elvalor de A Y siga verticalmente hasta 1lnea de temperatura aplicable. Desde la in-terseccin siga horizontalmente y lea el va-lor de B.

2. Determine te. Le. Y las relaciones L/DI yD,/te

P II = 3(D,/t,.)1. Supngase un valor para el espesor. te

Los valores de 8 se determinan por el siguienteprocedimiento:

CUANDO Ot ES IGUAL A O MENOR DE 60YD,/te ~ 10La presin mxima permitida es:

L

NOTACION

A = factor determinado de la figuraUGO-28.0 (pgina 40)

B factor determinado de las gr-ficas (pginas 41 a 45)

Ot = la mitad del ngulo en el vrti-ce, grados

D, = dimetro exterior en el extremogrande, pulg

D s = dimetro exterior en el extremopequefio, pulg

E = mdulo de elasticidad del ma-terial (pgina 41)

L = longitud del cono, pulgLe = longitud equivalente de la seccin

cnica, pulg (L/2)(1 +D/Di)P = presin externa de disefio,

lb/pulgZPa = Presin mxima de trabajo

permitida, lb/pulgZ= espesor mnimo requerido,

pulgte = espesor efectivo, pulg

= t cos Ot ______...J- ~:.._ _

CONO Y SECCION CONICASin costura o con juntas a tope

+EJEMPLOS

DATOS DE DISEOP = 15 Ib/pulgZ, presin externa de diseoMaterial del cono: SA 285-C, en placaTemperatura de diseo: 500F

Longitud, L = (Dl2)/tano:=48/.4142 = 115.8, 116 pulgprcticamente1. Suponga un espesor de cabeza, t, 0.3125 pulg2. te=t coso:=0.3125 x .9239 = 0.288;

L. = Ll2 (1 + D,/D) = 116I2X(1+0/96) = 58Le/D, = 58/96 = 0.6 DJt = 96/.288 = 333

3. A = 0.00037 (de la grfica, pgina 40)4. B = 5,200 (de la grfica, pgina 41)

4B 4 x 5,2005. Pa = 3(DJt

e) = 3(333) = 20.8Ib/pulgZ

Determinar el espesor requerido, t

CABEZA CONICA

DI = 96 pulg o: = 22.5 grados D, = O

,/S]1. DI ./

Como la mxima presin permitida de operacin es mayor que la presin de diseo,el espesor de placa supuesto es satisfactorio.

SECCION CONICA (Ver datos de diseo en esta pgina)D, = 144 pulg D s = 96 pulg o: = 30 grados

Determinar el espesor requerido,

Longitud, L = (D, - D/2)/tan o: = 24/.5774 = 41.6 pulg

n1i'3

I24 144-96

2144

1. Suponga un espesor de cabeza, t, de0.375 pulg

2. te = t coso:=0.375 x 0.866=0.324L e=(L/2)(1 + Ds/D,)=41.6/2 x(1 + 96/144) = 34.67Le/D, = 34.67/144=0.241DI/te = 144/0.324=444

3. A = 0.00065 (de la grfica, pgina 40)4. B = 8,600 (de la grfica, pgina 41)5. P = 4B = 4 x 8600

a 3(DI/te) 3 X (144/0.324)= 25.8 Ib/pulgZ

-

Como la mxima presin permitida Pa es mayor que la presin de diseo P, el espe-sor supuesto es satisfactorio.

BAJO CABEZAS PLANAS SE DAN EJEMPLOS PARACABEZAS CONICAS CUANDO ex ES MAYOR DE 60

38

PRESION EXTERNADISEO DE ANILLOS DE ATIESAMIENTO

NOTACIONA = Factor determinado de la grfica (pgina 40) del material usado para el anillo

atiesador.As = Area de seccin transversal del anillo atiesador, pulgZDo = Dimetro exterior del casco, pulgE = Mdulo de elasticidad del material (ver grfica de la pgina 41)I s = Momento de inercia requerido del anillo atiesador respecto a su eje neutro,

paralelo al eje del casco, pulg41; = Momento de inercia requerido del anillo atiesador combinado con la seccin

del casco que se tome como contribuyente al momento de inercia. Ancho dela seccin del casco 1.10 .,jDJ pulg4

Ls = Suma de la mitad de las distancias a ambos lados del anillo atiesador, desde lalnea de centros del anillo hasta (1) el siguiente anillo atiesador, (2) la lnea dela cabecera stuada a 1/3 de su altura, (3) una conexin de chaqueta o (4) launin del cono con el cilindro, pulg

P = Presin externa de diseo, Ib/pulgZt = Espesor mnimo requerido de la pared del casco, pulg

I. Seleccione el tipo de anillo atiesador y determine el rea de su seccin transver-sal, A.

n. Suponga el nmero de anillos requeridos y distribyalos igualmente entre la sec-cin encamisada, la unin de cono a casco o la lnea de la cabeza situada a 1/3de su profundidad y determine la dimensin, Ls'

IlI. Calcule el momento de inercia del anillo seleccionado o el momento de inerciadel anillo combinado con la seccin del casco (ver pgina 93).

IV. El momento de inercia de un anillo atiesador circunferencial no deber ser me-nor que el que se obtiene por una de las frmulas siguientes:

I'=. D,/L.(t+AslL.)A 1 _ D,,~L.(t+A./L.)A 10.9 .- 14

El valor de A se determina por medio del procedimiento siguiente:l. Calcule el factor B mediante la frmula:

B = 3/4 [ PDQ Jt +As/Ls

2. En la grfica aplicable de material (pginas 41-45) con el valor de B siga hori-zontalmente hasta la curva de temperatura de diseo. Cuando B sea menor de2500, A puede calcularse mediante la frmula:

A = 2B/E.3. Desde el punto de interseccin, siga verticalmente hasta la lnea inferior de la

grfica y lea el valor de A .4. Calcule el momento de inercia requerido utilizando las frmulas antes indicadas.

Si el momento de inercia del anillo o de la combinacin del anillo con la seccin delcasco es mayor que el momento de inercia requerido, la rigidez del casco es satisfac-toria. De lo contrario debe seleccionarse un anillo atiesador con un momento de iner-cia mayor o debe aumentarse el nmero de anillos.

Anillos atiesadores para recipiente encamisado: Norma UG-29 (f)

39

EJEMPLOS

DATOS DE DISEO:P = 15 Ib/pulgZ presin externa de disefto.Do = 96 pulg dimetro exterior del casco.

Longitud del recipiente de linea tangencial a lnea tangencial: 48 pies Opulga-das = 576 pulgCabezas: 2: l elipsoidalesMaterial del anillo atiesador: SA-36Temperatura: 500F

E = Mdulo de elasticidad del material: 27,000,000 Ib/pulg2 @ 500F (ver grficade la pgina 41)

t = Espesor del casco: 0.500 pulg

on

-

~

"'t\O

-

on

-

~ClO

~..,.-,--,-~,

\O-

~..,.

-.----,.....-;0-

-

1. Se selecciona un ngulo de 6 x 4 5/16.As = 3.03 pulgZ

n. Con 2 anillos atiesadores igualmenteespaciados a un tercio de las profundi-dades de las cabezas (ver figura), L s =196 pulg

III. Momento de inercia del ngulo selec-cionado: 11.4 pulg

1. Valor del factor B:

B =3/4 [PDo /( t +A,/L, )] =3/4 ~5 x 96/(0.5 + 3.03 / 196~

= 20952. Como el valor de B es menor de

2500,A = 2B/E. =

2 x 2095/27,000,000 = 0.00015

IV. Momento de inercia requerido:

lDo2L,(t + A,/ L,)A] 962 x 196 x (0.5 + 3.03 / 196) x 0.000151, - 14 = 14 - 9.97 pult

Como el momento de inercia requerido (9.97 pulg') es menor que el momentode inercia del ngulo seleccionado (11.4 pulg') el recipiente est atiesado ade-cuadamente.Los anillos atiesadores pueden estar sujetos a deformaciones laterales. Esto.debe tomarse en cuenta adems del movimiento de inercia requerido.

Ver pginas 93-95 para los clculos del anillo atiesador.

4050.0 ~~ ~ 8- 1 _lo ~. ~ .~ f--I., ~. --1., 11 Ir-:;l -~ ~1-< < -- '-~ .., ~ r-: -':' '" ~~ -~00.0 ~" f--" ~"35.0 -- - r-- - -- --

-

- f--- - - f-- - - ~-- - -- - -- -1- 1- -Q . ci ci o Q ci Q Q Q Q Q ",. Q . e>300 '" '" '"25.0

050 " , , "1""" l' 1""1'1 J " 50 6789 '1 3 '" 50 6 189 '1 3 '" S 6789 .2 J '" 506189~1 ~1 001 ~1 ~

FACTOR A

VALORES DEL FACTOR A QUE SE USAN EN LASFORMULAS PARA RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESION EXTERNA

4.000

3,500

3.000

25.000

2000018.00016.000

14.000I

12.000

10.0009.0008.000

7.000

6.000

5,000

1/

/,

rJ 1/.-- .-

I - I I1--+-lH4-lH-+-H~--t-1-+-+-1-1-t+t+t--+--t-t-t-t-t-t-H+t-+-+-V hasta 300 F

'500 i=_t--+-j-j-+-jH-++i--H--t-1-t-----i-t-ttiii------i-t---j:::t:::t:~+*==::f:=fJ!t.....::P,....'r170~ ~_/V I ~....... 1/ 8001:V l,.....--l-I- .--j..- - V 900 F

1--+-+-4--+-++ E=29,OOO.OOO ............ J~}/E=27.000000 "- 11 I

1--+--+--HHf--+ E=24.500,ooo -...... "I/W/1--+-+-H--++ E =22.800.000 r-D. W/ FIG. UCS-28.2=~'ii,ooo ~r-;.::::~-.,:.g,r~-4--1H+H--+--I--l-+-+-+-t+1 11 I I I I I I

L..J_L-U_L-~+~L-....L~~~....I~~~~~...L....I~...I::....I~~~~-..L.__!~_!:....I~~~:_:a 2.50023456788 2 3456789 23 4f6788 2 3 456788

.0001 .001 .01 .,

FACTOR A.00001

VALORES DEL FACTOR BQUE SE EMPLEAN EN LAS FORMULAS PARA RECIPIENTES SUJETOS A PRESION EXTERNA

Los valores de esta grfica son aplicables cuando el recipiente est fabricado de acero al carbono y la resistencia a la f1uenciaespecificada es de 30 000 Ib/puli o mayor. A esta categoria pertenecen los materiales siguientes de uso ms frecuente:

SA-283 C SA-515} SA-53-B Tipo 405 } ..SA-285 C SA-516 Todos los grados SA-I06B Tipo 410 Aceros moxldables

~------,..-----------------------------------'-

I 111hasta 100 F-~II

..---

V - 400 F1 II/' ./" 70H~ ,/ I II~ /'V l,.....--' .....-1- 900 F

--.- ..... 1,2ooF, ., l"..- ""-i""".,f-""

11/ ./" ~/1 V '/r// ~ ./"

E = 28.0 x 1()6.......... Vi V/ ;VE = 25.9 x 1()6 ........ ~ ....VE = 23.8 x 1()6_E = 22.4 x 1()6.......... VE = 20.3 x 1()6~

Fig. UHA28.1*I I ~V I I I I I I I I11.00001

2 3 456789.0001

2 3456789.001

FACTOR A

2 3456789.01

2 3456789.1

ts

20.000",.",

18.000 ..c::'-'-~~~16,000 t~'""

-cco14,000 cu 0; o:

-C&"'::1::1

12,000 ",.,'"tlO"'O' gLe

10,000 '-'c"

9,000 ~'8.~.,::1"-c"'-

8,000 . .,... "'-C

ID.93-;7.000 a:: ~~co

6,000lo- 13 &.u ~56...

5,000a_..c::c"c., -c:2

4,000~~~ai~ ~B

3,500'-'",o",rIl"';;ot.9-c ao.

3,000 co",eu.l e-E.. ~ u

2,500 ~;(,-,-c... ., c '"13-og

2,000 Z -c':::


*Los valores de esta grfica son aplicables cuando se fabrica el recipiente con acero austenitico (I8Cr-8Ni, tipo 304) (tabla 1 de la pgina 160)

hasta 100 F1I

..-I- ~~,F,_~.....-- -

..--700 F

V ~..----

.-- 9~./ V .-..-.... ..-./ V

-

..- 1,200 F,..-

./ .......V ",....-'J"" /' V ~

./

""E = 28.0 x 1()6 _~ ~E = 25.9 x 1lJ6:}...r;E = 23.8 x 1~~E = 22.4 x 1()6 ~ Fig. UHA-2S.2E = 20.3 x 1()6-.l111 ~ I 1 I I I I 11I1

.000012 3456789

.00012 3456789

.001

FACTOR A

2 3 4 5 6789.01

2 3456789.1

25,000 :g.].- ca C,).-..c~"O

20,000 o",,,,~~"O18,000 "'~ .."oc:O16,000 .,!';'5

",C:c.::l::l

14,000 "'",,,,,!!!I'" o

12,000 '" ::LeOc:

t,00001

ala:

~...

~~ ... ~OOOE = 28.0 x 106-.:;;;;;:-l'lflA-,.......--J.,....q:+H-t--t-+-HI-+-+-H-+-++-+-+++-+++t++I 3,500E = 25,9 x 106_' "Iv

1--+--1-+-+--+-+ E = 24,5 x lQ6_--":ulJff'Jlr-lr-+-+-~+t-+--+--+++-+++1r+t+- F" UHA 28 3* ~ 3,000E = 23,1 x 106-11O'I ag. '.

I I ij I I 11 I 11 11I 2,500............_ __ """"""_...Y"""' _ ..Ioo.I....I.I _ ~~~ 2,000

2 3456789 23456789 23456789 23456789,0001 ,001 ,01 ,1

FACTOR A

I I I I I 20,00011I 18,000J--+---1I--H-f-HH-+++----,I---+--+-f-++-H+I-t---+--1--1-+-+-+++++t--+-+-+-1--lI-;-l>-:+-:i,~nnl::f 16,000,....!-- hasta 1~~ FJ--+---1I--H-f-HH-+++--I---+--+-f-++-H+I-t---+--1--1-+-+-+++++t__--::%:o...-+-f:::r-lHI-++~14,000

... ~1--+~I--I_t-+-+---lf-+-+++--I--+-+-+--+--+-+-+-+-I-+--+-_+_+-+--+:""O'9--++++-_+-+-+-+---IHI-+-+-t-H 12,000

................

1---+-I-H-+-HH-+++--I-+++-+++-I+H--.....-+7""FH-+-t-1H-+++--t--+~.., ....=400 F++-+++-I 10,000.......... "'IWQ F 9,000

1--+--+--+-+-+-+-1I-++-HI---+--+-++--+-+lt"-bol4-H--+-+-H---.,H....-+...~oH==..........~+~~""'T--t-800--;-F-+-+-++H 8,000J--+-I--H-f-HH-+++--I--+-+-f-+--l-+4-1-H--+--+-+-i,.,--:;;o,.....:MH--Y-....,:::...-I--+......,4=;;...:..1I-+-I-H-I 7,000

I .-...........t--+-t-H-f-HH-+++--t--+--+-+----tf'+-H+I-t-.........----::7'""9--1-l...--t:;..-1"~+++'i;;to""""-1--+-+-+-lHH+t-H 6,000I ,.....- .........

t--+-+-+-+--+-+--H-H-t--I-+-t-t-j"....f'+.....-:Po1"9"+t-t,.,--;I;""'F--+-+-~-b""""+-t-t+++-----t-H-+----t----t-+-+++t 5,000'1 ."......- .............


*Los valores de la grfica son aplicables cuando se fabrique el recipiente con acero austentico (18Cr-8Ni-o.03 mx. de carbono, tipo 304L) (tabla 2 de la pgina 160)

I

I I I1hasta 100 F

----

.-

.,. .... .. ~ob ~l--- ...... ~ ,.-- 4o1F

-

............

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46

PRESION EXTERNACONSTRUCCION DE LOS ANILLOS ATIESADORES

LOCALIZACIONLos anillos atiesadores pueden colocarse en el interior o en el exterior de un recipiente.

FORMA DE LOS ANILLOSLos anillos pueden ser de seccin rectangular o de seccin de cualquier otra forma.

CONSTRUCCIONPara construir anillos atiesadores de seccin compuesta, es preferible usar placas en lugar deperfiles estructurales estndar. Esto se recomienda no slo por la dificultad de curvas a losperfiles estructurales pesados, sino tambin por la dificultad que representa ajustar el anillo ala curvatura del casco. Para recipientes de gran dimetro, el curvado defectuoso (ovalamiento)mximo permitido puede resultar en un hueco o entrehierro de 1 a 2 pulgadas entre el casco yel anillo. Esto puede evitarse si el miembro vertical del anillo se corta de una placa tomndolopor secciones. Las secciones pueden cortarse con soplete en vez de laminarse y luego puedensoldarse a tope en su posicin.

ORIFICIOS DE PURGA Y PARA VENTILACION

Los anillos atiesadores colocados en el interior de cascos horizontales tienen un agujero en laparte inferior para purga y otro en la parte superior para ventilacin. Prcticamente la mitadde un dimetro de 3 pulgadas en el agujero del fondo y un agujero de l Y2 pulgadas de dime-tro en la parte superior es satisfactorio y no afecta las condiciones de esfuerzo. Figura A.

Para el arco mximo de casco que no est soportado debido a la separacin entre el casco y elanillo atiesador, vase el Cdigo, Figura UG.29.2.

SOLDADURADe acuerdo a las normas ASME (UO 30): los anillos atiesadores pueden sujetarse al casco porsoldadura continua o intermitente. La longitud total de la soldadura intermitente en cada la-do del anillo atiesador deber ser:

l. Para anillos exteriores, no menor de la mitad de la circunferencia exterior delrecipiente;

2. Para anillos interiores al recipiente, no menor de la tercera parte de la circun-ferencia del recipiente.

En donde deba dejarse margen por corrosin, el anillo atiesador se sujetar al casco con solda-dura continua de filete o de sello. ASME. Norma (UG.30.)

Figura A

Espaciamiento mximo12 t para anillo interno8 t para anillo externo1

l~FiguraB

EJEMPLO: ANILLOS EXTERIORESANILLOS INTERIORES

v." x 3" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.114" x 2" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.

46

PRESION EXTERNACONSTRUCCION DE LOS ANILLOS ATIESADORES

LOCALIZACIONLos anillos atiesadores pueden colocarse en el interior o en el exterior de un recipiente.

FORMA DE LOS ANILLOSLos anillos pueden ser de seccin rectangular o de seccin de cualquier otra forma.

CONSTRUCCIONPara construir anillos atiesadores de seccin compuesta, es preferible usar placas en lugar deperfiles estructurales estndar. Esto se recomienda no slo por la dificultad de curvas a losperfiles estructurales pesados, sino tambin por la dificultad que representa ajustar el anillo ala curvatura del casco. Para recipientes de gran dimetro, el curvado defectuoso (ovalamiento)mximo permitido puede resultar en un hueco o entrehierro de 1 a 2 pulgadas entre el casco yel anillo. Esto puede evitarse si el miembro vertical del anillo se corta de una placa tomndolopor secciones. Las secciones pueden cortarse con soplete en vez de laminarse y luego puedensoldarse a tope en su posicin.

ORIFICIOS DE PURGA Y PARA VENTILACION

Los anillos atiesadores colocados en el interior de cascos horizontales tienen un agujero en laparte inferior para purga y otro en la parte superior para ventilacin. Prcticamente la mitadde un dimetro de 3 pulgadas en el agujero del fondo y un agujero de l Y2 pulgadas de dime-tro en la parte superior es satisfactorio y no afecta las condiciones de esfuerzo. Figura A.

Para el arco mximo de casco que no est soportado debido a la separacin entre el casco y elanillo atiesador, vase el Cdigo, Figura UG.29.2.

SOLDADURADe acuerdo a las normas ASME (UO 30): los anillos atiesadores pueden sujetarse al casco porsoldadura continua o intermitente. La longitud total de la soldadura intermitente en cada la-do del anillo atiesador deber ser:

l. Para anillos exteriores, no menor de la mitad de la circunferencia exterior delrecipiente;

2. Para anillos interiores al recipiente, no menor de la tercera parte de la circun-ferencia del recipiente.

En donde deba dejarse margen por corrosin, el anillo atiesador se sujetar al casco con solda-dura continua de filete o de sello. ASME. Norma (UG.30.)

-

Figura A

Espaciamiento mximo12 t para anillo interno8 t para anillo externo1

1=4FiguraB

EJEMPLO: ANILLOS EXTERIORESANILLOS INTERIORES

v." x 3" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.114" x 2" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.

GRAFICA PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED

DE RECIPIENTES SUJETOS A YACIO COMPLETO

Utilizando la grfica pueden evitarse los tanteos con diferentes espesores supuestos.La grfica est desarrollada de acuerdo al mtodo de diseo de las normas ASME,seccin VIII, divisin l.

47

.65

.60

.55

t t

.50

.45

.40

.35

.30

.25

.20

.1 S

.10

.05

.00

300F

500 F

700F'1-

800 F

900F

JO 20 30 40 SO 60 70 80 90 100 110 120 130140 ISO 160170 180 190200

CABEZAS ESFERICAS, ELIPSOIDALES, BRIDADAS y ALABEADAS(Resistencia especificada a la fluencia 30 000 a 38 000 lb/pulgl, inclusive)

Para hallar el espesor de cabeza requerido: l. Determine R, 2. Entre a la grfica conel valor de R, 3. Siga verticalmente hasta la lnea de temperatura, 4. Siga horizontal-mente y lea 1.

t Espesor de cabeza requerido, pulg.R Para cabezas hemisfricas, el radio interior, pulg.

Para cabezas elipsoidales 2:1, O.9x DoPara cabezas bridadas y alabeadas, el radio interior de la corona, pulg Rmx. = Do

D" Dimetro exterior de la cabeza, pulg.

48

GRAFICAS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED

PARA RECIPIENTES SUJETOS A YACIO COMPLETO

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CASCO CILINDRIDO(La explicacin aparece en la pgina siguiente)

GRAFICA PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PAREDPARA RECIPIENTES SOMETIDOS A YACIO TOTAL

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200.

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50DISEO DE TORRES ALTAS

CARGA POR VIENTO

Las torres sujetas al empuje del viento se consideran como vigas en voladizo con carga uniforme.

El clculo de la carga por viento se basa en la norma A58.1-1982 de ANSI. Si las caractersticasdel terreno y los registros locales indican que las velocidades del viento en 50 aos a una alturaestndar son mayores que las que se indican en el mapa, dichos valores mayores debern conside-rarse como la velocidad del viento mnima bsica.

La velocidad del viento mnima bsica para determinar la presin de diseo del viento se tomarde los mapas de velocidad del viento de las pginas siguientes.

La presin de diseo del viento se determina para cualquier altura mediante la siguiente frmula

donde

P presin de diseo del viento, lb/pie2qs presin de estancamiento del viento a la altura estndar de 30 pies tal como fue tabulada.

Velocidad bsica del viento, mph 70 80 90 100 110 120 130Presin qs' lb/pie 2 13 17 21 26 31 37 44

Cq Coeficiente de presin (factor de forma):Torres cuadradas o rectangulares 1.4Torres hexagonales u octagonales " 1.1Torres redondas o elpticas 0.8(Si hay cualquier equipo conectado a la torre, se recomienda incrementar Cq hasta 0.9para recipientes cilndricos.)

Ce Altura combinada, exposicin y coeficiente del factor por rfagas como se ha tabulado:

Altura sobre Coeficiente Ceel piso. pies Exposicin C Exposicin B

0- 20 1.2 0.720- 40 1.3 0.840- 60 1.5 1.060-100 1.6 1.1

100-150 1.8 1.3150-200 1.9 1.4200-300 2.1 1.6300-400 2.2 1.8

La exposicin C representa la ms severa, en terreno plano y generalmente abierto, que se extiendemedia milla o ms desde donde se localiza la torre. Las grandes plantas petroqumicas estn enesta categora. La exposicin B es para un terreno en el cual hay construcciones, bosques o irregu-laridades en el suelo de 20 o ms pies de altura que cubre 20 por ciento de rea, extendindoseuna milla o ms desde donde se ubica la torre.

+51

DISEO DE TORRES ALTAS

CARGA POR VIENTO(Continuacin)

EJEMPLO

Calcular la presin del viento, P, para una torre cilndrica de 100 pies a diferentes alturas de latorre si sta se instalar en Alaska donde la velocidad del viento mnima bsica es de 100 mph.

Altura, pies0-20

20-4040-60

60-100

Clculo del rea de proyecto, A

qs26262626

Ce0.70.81.01.1

A=DxH

Cq0.80.80.80.8

P14.5616.6420.8022.88

donde D = dimetro exterior de la torre con aislamiento y holgura para tubera; y H = altura dela torre.

El rea de la escalera marina con proteccin puede ser aproximadamente de 1 pie2 por pie lineal.Area de la plataforma: 8 pies2

Los usuarios de los recipientes utilizan, por lo general, las especificaciones de los fabricantes parala presin del viento sin referirse a las alturas de la torre o regiones del mapa. Por ejemplo: 30lb por pie2 Este valor es el que se debe considerar como presin uniforme en todo el recipiente.

La presin total del viento sobre una torre es el produ~to de la presin unitaria por el rea de pro-yecto de la torre. Con una buena distribucin del equipo el rea expuesta al viento se puede reducirconsiderablemente. Por ejemplo, localizando la escalera a 90 de la lnea de vapor.

p52

-

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-:-------- -._--;_.....!~I

.... - .._-- - ...._---_ ..._...

I

I

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~-- ..- .._., 1:.,... i

MAPA DE VELOCIDADES DEL VIENTO(millas por hora)

....

53


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---- -- .

500400200100

..

ESCALA 1:20 000 000I

GOLFO DE ME

---E;3-Velocidad bsica del viento: 70 mph 1\1 ReginNOTAS: 1. Los valores son las velocidades ms rpidas a 33 pies sobre el suelo en el caso de la categora

de exposicin e y se asocian con una probabilidad anual de 0.02. \2. La interpolacin lineal entre las curvas de velocidad del viento es aceptable.3. Se recomienda precaucin al usar las curvas de velocidad del viento en las regiones montaosas

de Alaska. \4. La velocidad del viento para Hawaii es de 80 millas/hora, y para Puerto Rico de 95 millas/hora.5. Si los registros locales indican velocidades del viento superiores para 50 aos, debern utilizarse stas.6. Se puede suponer que la velocidad del viento es constante entre la costa y la curva ms cercana

---=..,..-----tlerra adentro. .;..

100

53

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de Alaska. \4. La velocidad del viento para Hawaii es de 80 millas/hora, y para Puerto Rico de 95 miIlas/hora.5. Si los registros locales indican velocidades del viento superiores para 50 aos, debern utilizarse stas.6. Se puede suponer que la velocidad del viento es constante entre la costa y la curva ms cercana~,"""=..,.------tierra adentro. .:,.

54

DISEO DE TORRES ALTASCARGA POR VIENTO

Clculo de la carga por viento como mtodo alternativo basado en la norma ASA A58.1-955. Dichanorma es obsoleta, pero todava se usa en algunas zonas y en otros pases.

La presin del viento a 30 pies de altura sobre el terreno, para los Estados Unidos, se indica enel mapa de la pgina 55.

La tabla que sigue da las presiones ocasionadas por el viento a diversas alturas sobre el terrenopara las reas indicadas en el mapa.

PRESION DEL VIENTO. pw CUANDO LA SECCION TRANSVERSALHORIZONTAL ES CUADRAD~ O RECTANGULAR'

ALTURA AREAS DEL MAPAZona, pies 20 25 30 35 40 45 50menos de 30 15 20 25 25 30 35 4030a49 20 25 30 35 40 45 5050a99 25 30 40 45 50 55 60100 a 499 30 40 45 SS 60 70 75

*MuItiplique los valores de Pw por0.80 cuando la seccin transversalhorizontal sea hexagonal u octago-nal y por 0.60 cuando la seccintransversal horizontal sea circularo eliptica.

EJEMPLO

Hallar la presin del viento, P w' en el mapa.

El recipiente se instalar en Oklahoma, que se encuentra marcada con el nmero 30 en el reade presin de viento del mapa. En esta rea, las presiones del viento para diversas alturas son:A una altura menor de 30 pies 25 lb/pie2Para alturas de 30 a 49 pies 30 lb/pie2

Para una torre cilndrica estos valores debern multiplicarse por el factor de forma 0.6; por lotanto, la presin del viento en los diferentes rangos ser de 15 y 18 lb/pie2, respectivamente.

Si hay muchos equipos sujetos a la torre, es aconsejable aumentar el factor de forma (deacuerdo con Brownell) hasta 0.85 para un recipiente cilndrico.Los usuarios de recipientes generalmente especifican al fabricante la presin del viento, sin ha-cer referencia a los intervalos de altura ni a las reas del mapa. Por ejemplo: 30 lb/pie2, Estapresin especificada deber tomarse como uniforme a lo largo de todo el recipiente.

La relacin entre la presin del viento y la velocidad del mismo, cuando la seccin transversalhorizontal es circular, se expresa por la frmula:

P w = 0.0025 x Vw2 en la cual P w = presin del viento, lb/pie2Vw = velocidad del viento, mph

EJEMPLO

Un viento de 100 mph de velocidad ejerce una presin:Pw = 0.0025 X Vw 2 = 25 libras por pie cuadrado sobre el rea proyectada de un recipiente ci-lndrico a una altura de 30 pies sobre el terreno.

La presin total del viento sobre una torre es el producto de la presin unitaria por el rea pro-yectada de la torre, Con una buena distribucin del equipo puede reducirse considerablementeel rea expuesta al viento. Por ejemplo, situando la escalera a 90 grados de la tubera de vapor.

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\81~\- '?~ -.g

~to "'~Q ~ rlo ; 01- Q.,-11

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SeccinInferior 30 x 4 x ~.~ = 6720 x 28 = 188.t60SeccinSuperior 30 x 3 x 44 = 3,960 x 78 = 308.880Total V = 10.680 M = 497.040 pies-JbMomento en la linea tangencial inferiorMr =M-hr(V-0.5P. D,hr) =497.040-4 (IQ680-0.5 x 30 x 4 x ~l = 455.280 pies-Ui

EJEMPLODados: DI = 3 pies 6 puIg. H = lOO pies OpuIg. 11,- =4 pies O pulg.

Pw = 30 Ib/pie2Determinar el momento debido al viento

h 1 = H/2 = SO pies OpulgPw x DI x H = V x h 1 = M

Recipiente 30 x 3.5 x 100 = 10,500 x SO = 525,000Escalera 30x 98 pies .= 2,940 x 49 = 144,060Plataforma 30 x 8 pies = 240 x 96 = 23,040Total V = 13,68Q M = 692,100 pies-lbMomento en la linea de tangencia inferiorM r=M-h.,{V-O.5P....D1hr) =692,100-4 (13,680-0.5x30x3.5x4) = 638,22~ pies..\bVER EJEMPLOS PARA CARGAS COMBINADAS EN LAPAGINA 67.


PESO DEL RECIPIENTE

El peso del recipiente da origen a esfuerzo de compresin solamente cuando no hayexcentricidad, y la fuerza resultante coincide con el eje del recipiente. Por lo generalla compresin debida al peso es insignificante y no es de carcter controlador.

El peso deber calcularse para las diversas condiciones de la torre como sigue:

A. Peso del armado, el cual incluye el peso de:

57

l. el casco2. cabezas3. placas interiores4. soportes de las artesas5. anillos de aislamiento6. aberturas7. faldn8. anillo de la base9. anillo de anclaje

10. orejas de anclaje11. miscelneos12. + 6070 del peso de los conceptos 1

al 11 por sobrepeso de las placasy peso adicional de la soldadura

Equipos:

13. aislamiento14. tratamiento a prueba de fuego15. plataforma16. escalera17. tuberas18. miscelneos

Peso del armado, suma de los conceptos 1 al 18.

B. Peso de operacin, el cual incluye el peso de:

1. recipiente ya instalado2. artesas3. lquido de operacin

C. Peso de pmeba, el cual incluye el peso de:

1. recipiente ya instalado2. agua para la prueba

El esfuerzo de compresin debido al peso est expresado por la frmula: :

s = Wct

en la cual S = esfuerzo unitario, lb/pulgZW = peso del recipiente arriba de la seccin bajo con-

sideracin, lbc = circunferencia del casco o faldn para el dime-

tro medio, pulg= espesor del casco o faldn, pulg

El peso de los diferentes elementos del recipiente aparece en las tablas con que co-mienza la pgina 360.

58

DISEO DE TORRES ALTASVIBRACION

Debido al viento, las torres altas vibran. El perodo de vibracin debe limitarse, yaque los perodos naturales de vibracin largos pueden conducir a falla por fatiga. Elperodo permitido se ha calculado en base a la deflexin mxima permitida. En esteManual no se examina la llamada vibracin armnica, ya que en la forma en que seinstalan usualmente las artesas y sus soportes, impide que se origine este problema.

FORMULAS.----------------,-----------------1

-

Perodo de vibracin: T, seg

Mximo perodo de vibracin permitido:Tu' seg

T = 0.0000265(~rffi/WH

Ta = 0.80 ~vgNOTACION

D = Dimetro exterior del recipiente, piesH = Longitud del recipiente incluyendo el faldn, piesg = Aceleracin de la gravedad, 32.2 pies por segundo al cuadradot = Espesor del faldn en la base, pulgV = Fuerza cortante total, lb, CW, ver pgina 59W = Peso de la torre, lbw = Peso de la torre por pie de altura, lb

EJEMPLO

Dados:

D = 3.125 pies O pulgH = 100 pies Opulgg = 32.2 pies/sett = 0.75 pulgV = 1440 lbW = 36,000 lb

en operacinw = 360

Determinar el perodo de vibracin real y elmximo permitido

T = 0.0000265 bl.?~5~ \./360 ~}512S = 1.05 segTa = 080 .... /36000 x 100 =7.05 seg

. "1440 x 32.2

La vibracin real no es mayor que la vibracinpermitida

1--=c:7'_--::::-,----.,..-----:-...,...-.,......,.,.",=~"""7F""i'T:':=:T"i'i==......_r:=_.=::._::_~:=:::=___-Referencia: Freese, C. E.; Vibration of Vertical Pressure Vessel, Artculo TcnicoASME,1959.

,e


CARGA SISMICA

Las cargas en una torre bajo fuerzas ssmicas son semejantes a las que hay en una viga envoladizo cuando la carga se incrementa uniformemente hacia el extremo libre. El mtodode diseo que sigue se basa en la norma ANSI 58.1-1982 Yen el Uniform Building Code,de 1985 (UBC).

FORMULAS

59

Ft

V-Ft +--...

CORTANTE

v = ZIKCSW

Cortante de la base

MOMENTOM = [F,H + (V - Ft) (2H/3)]

Mx = M (~) (Aprox.)

a) Diagrama de cargas ssmicas

11 Ft~

~ V_Jb) Diagrama ssmico del

cortante

Cortante en la base

Dicho cortante es el esfuerzo cortante ssmico total que ac-ta horizontalmente en la base de la torre. El patrn trian-gular de cargas y la forma del diagrama de cortante de latorre debido a las cargas se indica en las figuras a) y b). Sesupone que una parte F, de la fuerza ssmica, horizontal ytotal, V, se aplica en la parte superior de la torre. El cortan-te de la base restante se distribuye a lo largo de toda la lon-gitud de la torre, incluyendo la parte superior.

Momento de volteo

A cualquier nivel, este momento es la suma algebraica delos momentos de todas las fuerzas que estn por encima dedicho nivel.

NOTACION

C = Coeficiente numrico1 0.067

= -:;:; = --;;- (no debe ser mayor de 0.12)15 vT vT .

D = Dimetro exterior del recipiente, pies.E = Eficiencia de las juntas soldadas.F, = Fuerza ssmica horizontal total que acta en la parte

superior del recipiente, lb, determinada con la fr-mula siguiente:

F, = 0.07TV (F, no debe sobrepasar 0.25V).= 0, para T S 0.7.

H = Altura del recipiente incluyendo el faldn, pies.1 = Coeficiente de importancia de ocupacin (utilizar 1.0

para recipientes).K = Factor de fuerza horizontal (usar 2.0 para reci-

pientes).M = Momento mximo (en la base), pies-lb.Mx = Momento a la distancia X, pies-lb.R = Radio medio del recipiente, pu1g.

--

60

H

x

D

......

lJ...HJ


CARGA SISMICA(Continuacin)

NOTACION

s = Coeficiente numrico para calcular la resonancia dela estructura en el lugar.

Para T/T. = 1.0 o menos,

T ( T )2S = 1.0 + - - 0.5 -T. T.

Para T/T mayor que 1.0,

. T ( T )2S = 1.2 + 0.6 - - 0.3 -T. T.

Cuando el perodo caracterstico del lugar T., no se conoceo no se ha establecido adecuadamente, el valor de S puededeterminarse como sigue:

S = 1.5, si T :s 2.5 y= 1.2 + .24 T - .048 2.5

Ten frmulas para calcular S, Tno debe ser menor que 0.3segundos y el valor de S no debe ser menor que 1.0.

El producto es no debe sobrepasar 0.14.S, = Esfuerzo a la tensin permisible para las placas del

recipiente Ib/pulg2T = Perodo fundamental de vibracin, segundos

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