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ESPECIALIDAD: TUBERÍAS

CURSO: TUBERÍAS DE REFINERÍAS Y PLANTAS QUÍMICAS.

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ASME B31.3.

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PARTE 4

B 18/11/12 EMITIDO PARA BIBLIOTECA BS BS BS. A 30/10/11 EMITIDO PARA REVISION INTERNA BS BS BS

REV FECHA DESCRIPCIÓN EJECUTÓ REVISÓ APROBÓ

Curso E- Learning: Graña y Montero, GMI Ingenieros Consultores S.A.

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ESPECIALIDAD: TUBERÍAS CURSO: ASME B31.3 - TUBERÍAS DE REFINERIA Y PLANTAS QUIMÍCAS

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PARTE 4

4.0 FLEXIBILIDAD Y SOPORTE

4.1 INTRODUCCIÓN Esta parte del curso al igual que el Código no intenta ser un manual de análisis y cálculo de flexibilidad y expansión, sino plantear las ecuaciones y requerimientos contenidos por el Código. El análisis y cálculo pueden requerir la aplicación de otros métodos más exhaustivos.

4.2 EXPANSIÓN Y FLEXIBILIDAD (¶319) Además de la aplicación de los requerimientos de diseño por presión, peso y otras cargas, el código indica que los sistemas de tuberías sujetos a expansión o contracción térmica o movimientos similares impuestos por otras fuentes, deben diseñarse de acuerdo a los requerimientos para la evaluación y análisis de expansión y flexibilidad y tensiones especificados en esta parte del código. Los métodos de análisis de flexibilidad de tuberías comúnmente utilizados, asumen el comportamiento elástico de todo el sistema. Esto es suficientemente seguro para sistemas donde los esfuerzos plásticos ocurren en muchos puntos o en relativamente extensas zonas, pero fallan en reflejar la real distribución de esfuerzos en sistemas desbalanceados, donde solo una pequeña cantidad de zonas es sometida a esfuerzos plásticos o cuando la tubería opera en el rango creep y la distribución de tensiones es desigual.

En estos casos las zonas con menor o mayor solicitación estarán sujetas a concentración de tensiones debido al comportamiento elástico de las distintas porciones. Este desbalance puede ser ocasionado por: Uso de tubos pequeños en serie con tubos más grandes, con las líneas pequeñas relativamente altamente tensionadas. Reducción localizada de tamaño, sección transversal o resistencia de material. Uso de una configuración en la cual el eje neutro línea de fuerza está ubicado cerca a la mayor porción de la propia línea con solo una muy pequeña porción fuera de esta absorbiendo la mayoría de los esfuerzos de expansión. (En un sistema de tamaño uniforme).


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Situaciones de este tipo, deberían ser prevenidas y evitadas, en especial cuando se utilizan materiales de ductilidad relativamente baja. Si su ocurrencia es inevitable los efectos adversos podrían ser mitigados por una correcta aplicación de tensionado en frío. Es recomendado además que el diseño de sistemas de tuberías austeníticas, sea realizado con sumo cuidado respecto de: inspección, selección de materiales, calidad de fabricación, montaje y eliminación de concentradores de tensión.

4.2.1 REQUISITOS BÁSICOS. (¶319.1)

4.2.1.1 INTRODUCCIÓN

Debe proveerse suficiente flexibilidad para prevenir: La falla de la tubería o los soportes por sobreesfuerzo Fugas en las juntas de unión. Esfuerzos excesivos o distorsión en la tubería o equipos conectados, originados en empujes y momentos excesivos en la tubería.

4.2.1.2 REQUISITOS ESPECÍFICOS. (¶319.1.2)

a. El rango de esfuerzos computado no deberá exceder el rango de esfuerzos admisibles, dado en párrafo 302.3.5. SA= f (1.25 Sc + 0.25 Sh) b. Las fuerzas de reacción no deberán tener un efecto de detrimento en los soportes o el equipo conectado. c. El movimiento computado de la tubería deberá estar entre los límites establecidos y deberá ser tenido en cuenta para el análisis de flexibilidad. Nota: El termino f en la ecuación de arriba es el Factor de reducción del Rango de Esfuerzos y depende del número de ciclos. En la edición 2004 del código se agregó el apéndice P, con reglas alternativas para evaluar el rango de esfuerzos.

4.2.2 CONCEPTOS. (¶319.2)

4.2.2.1 RESUMEN

Desplazamiento térmico: las dimensiones de los sistemas de tubería varían con el cambio de la temperatura. Flexibilidad restringida: Si las restricciones no son considerados rígidos, debe


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considerarse su Flexibilidad en los cálculos de esfuerzo. Desplazamientos externos impuestos: Movimientos externos de las restricciones o amarres, imponen desplazamientos adicionales a los producidos por los efectos térmicos. Movimientos externos pueden ser causados por viento, cambios de temperatura de los equipos conectados, soportes fijados a partes móviles, etc.) Esfuerzos totales por desplazamiento: Desplazamiento térmico, por reacciones y externamente impuesto tienen efectos equivalentes y deben ser considerados en conjunto.

4.2.2.2 ESFUERZOS POR DESPLAZAMIENTO. (¶319.2.2)

Comportamiento elástico:

El esfuerzo es proporcional al desplazamiento total. Las deformaciones tienen que estar bien distribuidas y no deben ser excesivas en ningún punto. Los sistemas deberán tener un trazado que ayude a que estas condiciones existan.

Comportamiento sobre tensionado:

Sistemas desbalanceados donde las tensiones no pueden considerarse proporcionales al desplazamiento. Ejemplos: Tuberías pequeñas altamente esforzadas en serie con tubería grande o relativamente rígida Reducción localizada en el tamaño o adelgazamiento o el uso localizado de material que tenga una resistencia a la fluencia reducida. Configuración de la línea con un tamaño uniforme donde la expansión térmica o contracción es absorbida por una pequeña parte de la tubería principal. Variación de temperaturas a lo largo de la línea.

4.2.2.3 RANGO DE ESFUERZOS POR EL DESPLAZAMIENTO (¶319.2.3)

A diferencia de las tensiones debidas a presión y peso, las tensiones por desplazamiento pueden producir la fluencia localizada en varios puntos del sistema. Cuando el sistema retorna a su condición original se produce una redistribución inversa de las tensiones, lo cual se denomina auto tensionado. Mientras la tensión resultante de esfuerzos de desplazamiento, disminuye con el tiempo debido a la cedencia o creep, la diferencia algebraica entre los esfuerzos en la condición extrema de desplazamiento y el estado original (tal como fue instalado) permanece sustancialmente constante. Esta diferencia de tensiones produce un correspondiente diferencial de tensiones (El rango de tensiones de desplazamiento) el


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cual es usado como un criterio en el diseño de tubería por flexibilidad. (Ver ¶302.3.5.d para SA y ¶319.4.4.a para el rango de tensiones computadas, SE. El promedio de tensiones axiales (sobre la superficie transversal del tubo) debido a fuerzas longitudinales, normalmente no es considerado en la determinación del rango de tensiones de desplazamiento debido a que no es significante en los layout típicos de tuberías. Sin embargo en casos especiales debe ser considerado como por ejemplo en tuberías enteradas que contienen fluidos calientes, tubos de doble pared y líneas paralelas con diferentes temperaturas de operación Aclaraciones del código: Las tensiones causadas por expansión térmica, cuando existe suficiente magnitud inicial se relajan en la condición caliente como un resultado de fluencia o creep local, Una reducción de tensión toma lugar y usualmente aparece como una tensión de signo inverso cuando el componente retorna a la condición fría. Este fenómeno es designado como auto tensionado (self-springing) de la línea y es similar en sus efectos al tensionado en frío (cold springing). La extensión del self-springing, depende de: el material, la magnitud de la expansión inicial y tensiones de fabricación, la temperatura de servicio en caliente y el tiempo de estiramiento (ellapsed). Mientras las tensiones de expansión en la condición caliente, tienden a disminuir, la suma de los esfuerzos debidos a las condiciones fría y caliente durante cualquier ciclo, se mantienen sustancialmente constantes. Esta suma es referida como un rango de tensiones; sin embargo con el fin de permitir una asociación conveniente con las tensiones admisibles, este rango de tensiones es seleccionado (elegido) como el criterio (la regla) para el diseño térmico de tuberías.

4.2.2.4 TENSIONADO EN FRÍO (¶319.2.4)

Son reconocidos los efectos beneficiosos de ejecutar en forma criteriosa este procedimiento para favorecer que el sistema obtenga más rápidamente su posición más favorable. La vida útil de un sistema bajo condiciones cíclicas depende más del rango de tensiones que del nivel de tensiones en cualquier momento. (No se admite ningún crédito por pre tensionado que provenga del nivel de tensiones. Cuando se calculan momentos e impulso que actúan sobre los equipos, son más importantes las reacciones finales que sus rangos. (En este caso es admitido aplicar crédito debido a pre tensionado en frío en el cálculo de reacciones y momentos siempre que se especifique y utilice un método probado para lograr el pre tensionado especificado).


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4.2.3 PROPIEDADES PARA ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD. (¶319.3)

4.2.3.1 RANGO DE EXPANSIÓN TÉRMICA. (¶319.3.1)

Debe ser determinado del apéndice C como la diferencia algebraica entre las unidades de expansión mostradas para las temperaturas de metal más altas y más bajas para el ciclo térmico bajo análisis. (Incluyendo la condición de parada si es aplicable) REACCIONES. (¶319.3.1.B) Los valores de desplazamiento térmico a ser utilizados para determinar los esfuerzos totales por desplazamiento para el computo de reacciones en los soportes y equipos conectados, deberá determinarse como la diferencia algebraica entre el valor a máxima temperatura (o mínima) para el ciclo térmico bajo análisis y el valor de temperatura esperado durante la instalación.

4.2.3.2 MÓDULO DE ELASTICIDAD. (¶319.3.2)

La referencia a 21ºC (70ºF), Ea y el módulo de elasticidad a máxima temperatura, Em debe tomarse como los valores mostrados en el apéndice C para las temperaturas correspondientes. Para materiales no incluidos en el apéndice C deben utilizarse fuentes reconocidas como ser el NIST “National Institute of Standards and Technology”.

4.2.3.3 RELACIÓN DE POISSON. (¶319.3.3)

Cuando es requerida para cálculos de flexibilidad, puede ser tomada como 0.3 para todas las temperaturas y materiales. También puede utilizarse otros valores más exactos, contenidos en fuentes autorizadas.

4.2.3.4 TENSIONES. (¶319.3.4)

El rango de tensiones admisibles SA debe seleccionarse de acuerdo a lo en (¶302.3.5.D), para sistemas primariamente solicitados a flexión y/o torsión. Aclaración del código: Los factores de intensificación de tensiones fueron desarrollados a partir de ensayos de fatiga de componentes representativos disponibles comercialmente, y conjuntos de materiales ferrosos dúctiles. Los rangos de tensiones están basados en ensayos de aceros al carbono y austeníticos. Debe prestarse atención cuando se aplica las ecuaciones (1a) y (1b) (¶302.3.5) a algunos productos no ferrosos (ej. aleaciones de Cu y Al para servicios distintos a los de baja cantidad de ciclos)


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4.2.3.5 DIMENSIONES. (¶319.3.5)

Para todos los cálculos de flexibilidad, deben utilizarse los espesores nominales y diámetros exteriores de los tubos y accesorios.

4.2.3.6 FACTORES DE FLEXIBILIDAD E INTENSIFICACIÓN DE TENSIONES. (¶319.3.6)

Los valores del apéndice D para los factores de flexibilidad (k) y de intensificación de tensiones (i), a menos que existan datos más exactos, correspondientes a las siguientes características y factores, deben ser utilizados para cálculos de flexibilidad. De acuerdo con ¶319.4. Estos factores corresponden a distintos tipos de componentes y/o formas constructivas como ser: Codos, tubos curvados, codos a gajos, te, conexiones de derivaciones, juntas a tope (desalineaciones), transiciones cónicas, reducciones, etc. Para componentes no cubiertos tales como: válvulas, anillos de anclaje u otros, pueden estimarse valores por comparación de geometría con los componentes mostrados.

4.2.4 ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD. (¶ 319.4)

4.2.4.1 CONCEPTO

No se requiere un análisis formal de flexibilidad para un sistema que: • El sistema es igual a otro, reemplaza a uno que opera satisfactoriamente o

puede ser evaluado adecuadamente por comparación. • El sistema es de tamaño uniforme y no tiene más que dos anclajes y ningún

restrictor intermedio y cae dentro de los límites de la ecuación empírica (16)

Dónde: D = Diámetro exterior de la tubería, mm (in.)

y = Resultante total de movimientos a ser absorbido por la línea. mm (in.) L =

Longitud desarrollada entre anclajes del sistema. m (ft).

U = Distancia de anclajes en línea recta. . m (ft). K1 = 208.000 SA /Ea (mm/m)2

K1 = 30 SA / Ea (in./ ft.)2 SA = Rango de tensión de desplazamiento de acuerdo a ecuación (1a), Mpa (Ksi)

Ea = Módulo de referencia de elasticidad a 21ºC (70ºF), Mpa (Ksi)


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PRECAUCION: El código advierte que no puede ofrecerse ninguna prueba que esta ecuación proveerá siempre resultados seguros. Esta fue desarrollada para materiales ferrosos y no es aplicable para sistemas con condiciones cíclicas severas. Debería ser utilizada con precaución en configuraciones tales como brazos desiguales (L/U > 2.5) o “saw-tooth” casi rectos, o para grandes diámetros con pared delgada o donde desplazamientos extraños (no en la dirección que conecta a los anclajes) constituyen una gran parte del desplazamiento total. No hay garantía de que las reacciones terminales serán aceptablemente bajas, aún en el caso de que el sistema esté dentro de las limitaciones indicadas.

4.2.4.1 REQUERIMIENTOS DE ANÁLISIS. (¶319.4.2)

Todos los sistemas que no cumplan los criterios anteriores o cuando exista una duda razonable sobre la adecuada flexibilidad del sistema, deben ser analizados por métodos de análisis simplificados, de aproximación o exhaustivos apropiados para los casos específicos. Métodos de análisis simplificados o de aproximación solo pueden ser aplicados si su precisión ha sido demostrada para casos similares.

Métodos de análisis exhaustivos aceptables incluyen: métodos analíticos, modelos de ensayo y gráficos que provean una evaluación de fuerzas, momentos y tensiones causadas por flexión y torsión considerando simultáneamente restricciones intermedias y terminales respecto de expansión térmica de todo el sistema bajo consideración, e incluyendo todos los movimientos externos transmitidos a la tubería por sus fijaciones extremas e intermedias.

Factores de corrección pueden ser utilizados para la intensificación de tensiones de curvas y conexiones como sea previsto por las reglas aplicadas y pueden ser aplicados para incrementar la flexibilidad de esas partes componentes.

4.2.4.2 PREMISAS Y REQUERIMIENTOS BÁSICOS (¶ 319.4.3)

En los cálculos de flexibilidad los sistemas de tuberías entre puntos de anclaje deben ser tratados como un todo o conjunto. Debe considerarse la importancia de todas las partes de la línea y/o todos los restrictores colocados con el propósito de reducir momentos y fuerzas sobre los equipos o pequeñas líneas que se bifurcan.

Los cálculos de flexibilidad deben tomar en cuenta las condiciones de intensificación de tensiones de los componentes y juntas. Pueden tomarse créditos cuando existe flexibilidad extra en esos componentes y juntas. En caso de no existir fuentes de datos más directamente aplicables, pueden utilizarse los factores de flexibilidad e intensificación de tensiones mostrados en el apéndice D del código.


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Las propiedades dimensionales de los tubos y accesorios a utilizar en los cálculos de flexibilidad, deben basarse en las dimensiones nominales. El rango de expansión total determinado según lo indicado más arriba el punto propiedades (¶119.6.1) debe ser utilizado en todos los cálculos, esté o no la tubería pretensionada en frío. (cold sprung) Debe considerarse no solo la dilatación lineal de la línea en si misma sino también los movimientos lineales y angulares de los equipos a los cuales está conectada. Cuando se utilizan hipótesis simplificadas en los cálculos o ensayos de modelo debe evaluarse la probabilidad o riesgo de subestimar fuerzas, momentos y tensiones incluyendo los efectos de intensificación de tensiones.

4.2.4.3 FLEXIBILIDAD: TENSIONES. (¶319.4.4)

El rango de tensiones de flexión y torsión debe computarse utilizando el módulo de elasticidad a 21C (70ºF) (Excepto en caso de variación de temperatura según ¶319.2.2.b.4) y combinado de acuerdo a la ecuación (17) para determinar el rango de tensiones de desplazamiento SE, el que no deberá superar el rango de tensión admisible SA.

(17) Sb = Tensión resultante de flexión. St = Tensión de torsión. = Mt / 2Z Mt = Momento de torsión. Z = Módulo de sección del tubo. Las tensiones resultantes de flexión Sb a utilizarse en la ecuación (17) para codos, codos a gajos (miter bends) y conexiones en derivación de tamaño completo, debe ser calculado de acuerdo con la ecuación (18), con los momentos mostrados en las figuras 319.4.4.A y 319.4.4.B.

(18) ii = Factor de intensificación de tensiones en el plano. Ver apéndice D.

io = Factor de intensificación de tensiones fuera del plano. Ver apéndice D.

Mi = Momento de torsión en el plano. Mi = Momento de torsión fuera del plano. La fórmula (17) para conexiones con la derivación reducida deberá calcularse de acuerdo con las fórmulas (19 y (20) con los momentos mostrados en la figura 319.4.4B.


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Tubo principal (Lados 1 y 2)

Derivación. (Lado 3)

(20)

ZE = Módulo de sección efectiva de la derivación. r2 = radio medio de la derivación. Ts = Espesor efectivo de la derivación. El menor de Th ó (ii)(Tb) Th = Espesor del tubo principal. (Sin refuerzo) Tb = Espesor del tubo de la derivación.

Mi

Mt Mo

Fig. 319.4.4A Momentos en curvas (MOMENTS IN BENDS)

Mt Mi

Mo


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Fig. 319.4.4B Momentos en conexiones en derivación (Moments In Branch Connections)

4.2.4.4 ASEGURAMIENTO DE CALIDAD DE SOLDADURAS (¶319.4.5):

Toda soldadura en la que SE excede 0.85SA (Ver ¶302.3.5) y los ciclos equivalentes exceden 7.000, deberán ser completamente radiografiadas de acuerdo con el capítulo VI del código. (¶341.4.3)

4.2.5 REACCIONES (¶ 319.5) Las fuerzas y momentos de reacción a utilizarse en soportes y restrictores de movimientos de sistemas de tubería y en la evaluación de los efectos sobre los equipos conectados, deben: Basarse en el rango de reacción R. Para las condiciones extremas de movimiento.


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Considerando el rango de temperatura definido en Reacciones, (Código ¶319.3.b), y Utilizando Ea. El diseñador debe considerar los valores de fuerzas y momentos instantáneos en ambas condiciones (Original y de máximo desplazamiento):¶319.2.3), como así también el rango de las reacciones.

4.2.5.1 MÁXIMA REACCIÓN PARA SISTEMAS SIMPLES. (¶319.5.1)

Computo de reacciones en frío y caliente. En un sistema simple de dos anclajes, sin soportes intermedios la determinación de los valores de fuerzas y momentos de reacción, puede realizarse utilizando las fórmulas (22) y (23): • Para desplazamiento extremo: (21)

Dónde: C = Factor de tensionado en frío (cold spring) variando de cero para no tensionado en frío a 1,0 para el 100% de tensionado en frío. (El factor 2/3 está basado en la experiencia de que no es posible asegurar completamente la eficiencia del pretensionado en frío aun cuando se tomen precauciones) Ea = Módulo de elasticidad a 21ºC (70ºF) Em = Módulo de elasticidad a la máxima o mínima temperatura R = Rango de fuerzas o momentos de reacción (del análisis de flexibilidad) correspondiente al rango de esfuerzos por desplazamiento completo y basado en Ea. Rm = Fuerza de reacción máxima estimada instantánea o momento a la máxima y mínima temperatura. • Para la condición original, Ra La temperatura a utilizar es la temperatura esperada durante la instalación. Ra = CR o C1R. (el que sea mayor) (22)


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C1 = Factor estimado de pre tensionado en frío o de relajación. Usar Cero si C1 es negativo. Ra = Fuerza o momento de reacción instantáneo a la temperatura de instalación. SE = Rango de tensiones de desplazamiento (¶319.4.4) Sh= Tensión admisible a la máxima temperatura. (Apéndice A. Ver ¶302.3.5)

4.2.5.2 MÁXIMA REACCIÓN PARA SISTEMAS COMPLEJOS. (¶319.5.2)

Para un sistema de tubería con anclajes múltiples y sistemas con dos anclajes y restrictores de movimiento intermedios, las ecuaciones (22) y (23) no son aplicables. Cada caso debe ser estudiado para estimar la localización, naturaleza y magnitud de los esfuerzos localizados y sus efectos sobre la distribución de tensiones.

4.2.6 MOVIMIENTOS. (¶319.6)

En ciertos casos puede ser necesario efectuar un cálculo más detallado de desplazamiento y rotación en ubicaciones localizadas, cuando existen luces, interferencias u otras particularidades que no hacen recomendable su determinación simple. Un cálculo separado es necesario en los casos de tuberías de pequeño diámetro fijadas a líneas rígidas. Los movimientos lineares y angulares deben ser calculados o estimados para un análisis apropiado de la conexión en derivación.

4.2.7 MEDIOS PARA INCREMENTAR LA FLEXIBILIDAD. (¶319.7)

El Layout / trazado: debe suministrar la suficiente flexibilidad puede proveer adecuada flexibilidad al sistema, colaborando principalmente para mantener los esfuerzos de flexión y torsión dentro de los límites especificados: Usualmente los esfuerzos axiales de tracción o compresión son pequeños. Puede proveerse flexibilidad adicional mediante el uso de curvas, juntas de expansión o fuelles, juntas deslizantes, u otros dispositivos que permitan movimientos axiales, angulares o de rotación. El diseño de anclajes debe ser tal que permita soportar las cargas producidas por la presión del fluido, fricción, movimiento y otras causas. CONSIDERACIONES PARA EFECTUAR EL LAYOUT / TRAZADO DE LA TUBERÍA: El diseñador de la tubería debe efectuar el trazado de la tubería con flexibilidad la diseñada y dentro de lo posible con la menor cantidad posible de tubos, accesorios, curvas y juntas de expansión, considerando puntos tales como: Evitar el uso de tubería recta entre dos equipos o entre dos puntos de anclaje Cuando la expansión térmica esperada en la tubería principal es alta, considerar el uso de un anclaje cerca al centro de la tubería principal para distribuir la expansión en dos direcciones.


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Los sistemas que son purgados con gas tienen que prever la flexibilidad necesaria para soportar las condiciones impuestas por el purgado Los sistemas de líneas de bypass suelen estar fríos mientras la línea principal está caliente lo que produce altos esfuerzos. Las temperaturas de arranque son usualmente más calientes que las de operación Los sistemas cerrados de válvulas de alivio y purgas calientes requieren una atención especial.

4.3 ANÁLISIS DE CARGAS SOSTENIDAS. (¶320)

Pueden ser evaluadas por métodos detallados, métodos aproximados o métodos simplificados. Cuando se utilizan métodos detallados, los esfuerzos debidos a caras sostenidas, SL, deben ser evaluados como se describe aquí y no deben exceder el máximo permitido en 302.3.5.c (Ver apéndice S, ejemplo 2, para guía de condiciones de carga y escenarios de soportes, tal que resulte el mayor Sl para cada condición de carga bajo consideración) Las cargas debidas a peso deben estar basadas en dimensiones nominales menos tolerancias (ej. profundidad de rosca o mecanizados, corrosión, erosión) Es responsabilidad del diseñador determinar los índices de esfuerzos sostenidos, Ia, Ii, Io, It, cuando un componente no está explícitamente indicado en el apéndice D. (ej. codos de reducción, o en ángulos diferentes a los indicados, cruces, curvas, etc.). No deben ser menores a 1.0. Esfuerzos debidos a cargas sostenidas. (320.2) Para esfuerzos debidos a cargas sostenidas tales como presión y peso, aplica la ecuación 23a. Para esfuerzos debidos a momentos de flexión, aplica la ecuación 23b.

Ii: Índice de momento en plano. Si no hay datos suficientes se toma como el mayor entre 0,75ii ó 1.00. Io: Índice de momento fuera de plano. Si no hay datos suficientes se toma como el mayor entre 0,75io ó 1.00. Mi: Momento en plano debido a cargas sostenidas como presión y peso. Mo: Momento en plano debido a cargas sostenidas como presión y peso.


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Z: Módulo de sección. Como se indica en 319.4.4, usando dimensiones nominales menos tolerancias. Para esfuerzos debidos a momentos de torsión, aplica la ecuación 23c. It: Índice de momento de torsión. Si no hay datos suficientes se toma 1.0. Mt: Momento de torsión debido a cargas sostenidas como presión y peso. La ecuación para esfuerzos debidos a cargas sostenidas longitudinales, Sa, es:

Ap: Área de sección transversal del tubo, considerando dimensiones nominales menos tolerancias. Fa: Fuerzas longitudinales debidas a cargas sostenidas como presión y peso. It: Índice de fuerzas longitudinales sostenidas. Si no hay datos suficientes se toma 1.0. Fa, inclúyelas fuerzas sostenidas debidas a presión, la cual es Pj*Af, a menos que el sistema tenga una junta de expansión no diseñada para soportar esta fuerza. Pj: Es la presión de operación interna en la situación que se está considerando. Af= πd2/4 d: Diámetro interior del tubo considerando espesor nominal menos tolerancias. En sistemas que tengan juntas de expansión, es responsabilidad del diseñador definir las fuerzas longitudinales debidas a presión.

4.4 SOPORTES DE TUBERÍA. (¶321)

4.4.1 SOPORTES.

4.4.1.1 GENERAL

El diseño de una estructura de soporte debe considerar todas las fuerzas actuando concurrentemente que son transmitidas al soporte, estas fuerzas son definidas en el párrafo ¶301 y son debidas a: Presión- temperatura El ambiente Causas dinámicas. Expansión térmica y contracción. El trazado y diseño de los sistemas de tubería y sus soportes debe ser dirigido a prevenir:


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Los esfuerzos excesivos que superen los permitidos. La pérdida de hermeticidad en las juntas de unión. Empujes y movimientos excesivos. Esfuerzos excesivos en los elementos de soporte. Resonancia impuesta o vibración inducida por el fluido Interferencias debidas a expansión térmica y contracción en la tubería. Desacoplamiento no intencional de la tubería de sus soportes. Excesivo pandeo de la tubería. Excesiva distorsión. Excesivo flujo de calor a los miembros de soporte

4.4.1.2 ANÁLISIS

En general la localización y diseño de soportes puede ser hecha basada en cálculos simples y el juicio de ingeniería. Cuanto más complejo sea un sistema, requiere un análisis más refinado.

4.4.1.3 ESFUERZOS SOBRE SOPORTES. (¶321.1.3)

Las tensiones admisibles para los materiales de soporte, excepto resortes, deben estar de acuerdo a lo indicado en ¶302.3.1, según corresponda, para tracción, torsión, flexión o compresión pero no es necesario afectar a los valores de tensión con el factor de calidad de junta soldada Ej.

4.4.1.4 MATERIALES (¶321.1.4)

Los materiales deberán ser aptos para las condiciones de servicio. Los materiales fundidos pueden ser utilizados dependiendo de la aplicación. No son recomendados si están sujetos a cargas del tipo de las de impacto. Acero de una especificación desconocida puede ser utilizado siempre y cuando este no sea soldado directamente a una parte retenedora de presión. Madera y otros materiales, pueden ser usados siempre y cuando el diseño sea adecuado y las temperaturas, resistencia y durabilidad sean consideradas. Fijaciones soldadas o pegadas a las partes que contienen presión deben ser de materiales compatibles con la tubería y el servicio.

4.4.1.5 ROSCAS. (¶321.1.5)

Deben conformar a ANSI B1.1, a menos que se requieran otro tipo para ajuste bajo cargas altas. Las tuercas y piezas que realice equivalente función deben roscarse por completo al efectuar el ensamble. Todas las uniones roscadas de ajuste, deben tener contratuerca, a menos que se aseguren con otro medio.


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4.4.2 FIJACIONES. (¶321.2)

4.4.2.1 ANCLAJES Y GUÍAS

Un elemento de soporte usado como un anclaje deberá ser diseñado para mantener una posición fija Se usan para proteger los equipos terminales. Se usan para reducir las cargas de reacción altas en los equipos. Se usan para dirigir o controlar los movimientos debidos a la expansión térmica. El layout de tubería, anclajes, guías y soportes para todo tipo de juntas de expansión debe ser realizado de acuerdo a lo indicado en B31.3, Apéndice X, párrafo X301.2.2.

4.4.2.2 SOPORTES NO EXTENSIBLES (SÓLIDOS) DIFERENTES A LOS ANCLAJES Y GUÍAS.

Los elementos de soporte deberán ser diseñados para permitir el libre movimiento causado por la expansión térmica. Los miembros de soporte deben ser diseñados para todas las cargas requeridas. El diseño de las partes roscadas, debe basarse en el área de la raíz de las roscas. Los soportes deslizantes deberán ser diseñados para resistir las fuerzas de ficción además de la carga de deslizamiento

4.4.2.3 SOPORTES ELÁSTICOS.

Los soportes con resorte deberán ser diseñados para ejercer una tuerza soportante igual a la carga determinada por los cálculos del peso. Deben estar provistos con medios para prevenir desalineación, deformación o cargas excéntricas.

4.4.2.4 SOPORTES DE CONTRAPESO. Deben poseer topes para limitar el recorrido. Los pesos deberán ser positivamente asegurados. Cadenas, cables, colgantes y otros dispositivos utilizados para fijar contrapesos están sujetos a los mismos requerimientos que los soportes no extensibles.

4.4.2.5 SOPORTES HIDRÁULICOS Un cilindro hidráulico puede ser usado para dar un soporte constante Un sistema de seguridad y topes tienen que ser provistos para soportar la carga en caso de falla hidráulica.


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4.4.2.6 FIJACIONES ESTRUCTURALES.

Fijaciones a la tubería, tanto externas e internas deben ser diseñadas de forma tal de no provocar aplastamiento, tensiones de flexión ni gradiente térmico perjudicial. Es importante minimizar la concentración de tensiones, especialmente en servicios cíclicos. NO INTEGRALES Están en contacto, pero no soldados. Incluyen Abrazaderas, tornillos en U, fajas, etc. FIJACIONES INTEGRALES Pueden ser fundidos o forjados integralmente o soldados a la tubería: El material de las fijaciones a soldar directamente a la tubería deberá ser compatible y de buena soldabilidad. Precalentamiento y tratamiento térmico debe ser de acuerdo el Capitulo V. Debe considerarse las tensiones localizadas inducidas en la tubería, por la soldadura. Pueden utilizarse elementos intermedios para reducir la contaminación entre materiales disimiles.

4.4.2.7 CONEXIONES ESTRUCTURALES.

Las cargas de la tubería y los elementos de soporte deben ser transferidos sin efectos nocivos para las estructuras, edificios, fundaciones, recipientes a presión, plataformas, etc.

4.4.3 SISTEMAS ESPECÍFICOS. (¶322)

4.4.3.1 TUBERÍA DE INSTRUMENTACIÓN. (¶322.3)

Incluye toda la tubería y componentes usados para conectar instrumentos a otra tubería o equipos y la tubería de control usada para conectar los dispositivos de control neumático o hidráulico. No incluyen los instrumentos o sistemas sellados con fluido provistos con los instrumentos. La tubería debe cumplir los requerimientos del código y lo siguiente: La presión de diseño debe determinarse de acuerdo a ¶301. Si se esperan condiciones más severas (ejemplo durante soplado) deben considerarse como variaciones ocasionales. (¶302.2.4) Debe considerarse los esfuerzos mec160nicos, incluyendo fatiga, de líneas pequeñas conectadas a tuberías o equipos. El fluido de estas líneas es habitualmente estático y dependiendo de las condiciones, sujeto a congelamiento debe ser protegido con medios adecuados.


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4.4.3.2 SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESIÓN. (¶322.6)

Si se instalan una o más válvulas entre la tubería a proteger y el dispositivo de protección debe cumplirse los siguientes requerimientos. (a y b, o a y c): a) Una válvula globo de apertura total puede ser instalada a la entrada del dispositivo de protección. Una válvula de bloqueo de apertura total puede ser instalada a la salida del dispositivo de protección cuando su descarga está conectada a un colector común con otras líneas de descarga de otros dispositivos de protección.

b) Válvulas de bloqueo que no sean de apertura total pueden ser usadas a la entrada y salida del dispositivo de protección, si son de tal tipo y tamaño que la caída de presión no reduce la capacidad de alivio más allá de lo requerido, ni afecta al dispositivo. Las válvulas de bloqueo deben ser construidas o controlada de tal forma que cerrando la mayor cantidad posible de válvulas de bloqueo al mismo tiempo, no reduzca la capacidad de alivio prevista.

c) Como una alternativa a b) las válvulas de bloqueo pueden ser construidas y montadas de forma tal que puedan ser bloqueadas tanto en posición abierta como cerrada. (También se aplica el apéndice F, ¶F322.6). (Cerrar únicamente en presencia de persona autorizada que pueda observar la operación y con medios para alivio de presión en caso de accidente. Finalmente debe bloquearse la válvula en posición abierta) Tubería de descarga.

Debe facilitar el drenaje. Si descarga directamente a la atmósfera, no debe afectar a otros componentes ni áreas utilizadas por el personal. Las reacciones debidas a la actuación deben ser consideradas. Dispositivos de alivio de presión.

Deben estar de acuerdo con ASME BPVC Sección VIII, división 1: UG-125(C), UG-126 A UG-128 y UG-132., adecuando los términos al B31.3.

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