Cargas dediseopara tuberas

Un sistema de tuberas constituye unaestructuraespecial irregular y ciertos esfuerzos pueden ser introducidos inicialmente durante la fase deconstrucciny montaje. Tambin ocurren esfuerzos debido a circunstancias operacionales. A continuacin se resumen las posibles cargas tpicas que deben considerarse en eldiseode tuberas.

Cargas por la presin dediseo

Es la carga debido a la presin en la condicinmssevera, interna o externa a la temperatura coincidente con esa condicin durante la operacin normal.Cargas por pesoa)Peso muerto incluyendo tubera, accesorios,aislamiento, etc.b)Cargas vivas impuestas por el flujo de prueba o de procesoc)Efectos locales debido a las reacciones en los soportesCargasdinmicasa)Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el sistema de tuberas expuesto al vientob)Cargas ssmicas que debern ser consideradas para aquellos sistemas ubicados en reas con probabilidad de movimientos ssmicosc)Cargas por impacto u ondas de presin, tales como los efectos del golpe de ariete, cadas bruscas de presin o descarga de fluidosd)Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de presin, por variaciones en las caractersticas del fluido, por resonancia causada por excitaciones de maquinarias o del viento.Este tipo de cargas no ser considerado ya que forman parte de anlisis dinmicos y en este proyecto slo se realizarn anlisis estticos.

Efectos de la expansin y/o contraccin trmicaa)Cargas trmicas y de friccin inducidas por la restriccin al movimiento de expansin trmica de la tuberab)Cargas inducidas por un gradiente trmico severo o diferencia en las caractersticas de expansin (diferentes materiales)Efectos de los Soportes, Anclajes y Movimiento en los Terminalesa)Expansin trmica de los equiposb)Asentamiento de las fundaciones de los equipos y/o soportes de las tuberasEsfuerzos admisiblesLos esfuerzos admisibles se definen en trminos de las propiedades de resistencia mecnica del material, obtenidas en ensayos de traccin para diferentes niveles de temperatura y de un factor de seguridad global.La norma ASME B31.3 estipula dos criterios para el esfuerzo admisible. Uno es el llamado esfuerzo bsico admisible en tensin a la temperatura dediseo, con la cual estn familiarizados los que se dedican aldiseode equipos sometidos a presin, es menos conocido y se le denomina rango de esfuerzo admisible, el cual se deriva del esfuerzo bsico admisible y se emplea como base para el clculo de la expansin trmica y para el anlisis de flexibilidad.La aplicacin de cada criterio es como se observa en latabla1:

TablaN 1:Esfuerzos Admisibles en Funcin de las CargasPara cargas aplicadasEsfuerzos Admisibles

Esfuerzos de pared circunferenciales producidos por la presin; no deben excederS.E.

Esfuerzos longitudinales combinados, producidos por la presin, peso y otras cargas; no deben excederS

Fuente: lvarez (2003)Donde:S = Esfuerzo bsico admisible a la temperatura dediseo, para el material seleccionadoE = Eficiencia de la soldadura longitudinal o factor decalidadde la fundicin asociada con eldiseoespecfico y los requerimientos de inspeccin

Estos esfuerzos admisibles bsicos, as como el lmite de fluencia y la resistencia a la traccin, estn listados en el Apndice A,TablaA-1 y A-2, del Cdigo B31.3 en funcin de la temperatura. Por ejemplo, para el acero A-106-Grado B se tiene que el lmite de fluencia es, Sy= 35 KPsi (241,317 MPa), y la resistencia a la traccin es Su= 60 KPsi (413,685 MPa).El esfuerzo admisible bsico en funcin a la temperatura es como se observa en latabla2:TablaN 2Esfuerzos Admisibles en Funcin de la TemperaturaEsfuerzos Admisibles, STemperatura, T

KpsiMpaFC

20.0137.90400204.44

18.9130.31500260.00

17.3119.28600315.56

17.0117.21650343.33

16.5113.76700371.11

13.0089.63750398.89

Fuente: lvarez (2003)Los esfuerzos admisibles para cargas trmicas son como se observan en latabla3:

TablaN 3Rango de Esfuerzo Admisible

Para cargas trmicasRango de esfuerzo admisible

Los esfuerzos de expansin no deben excederSA

Donde;SA= f(1.25Sc+ 0.25Sh)SC= Esfuerzo bsico admisible para el material a la mnima temperatura esperada del metal durante el ciclo de desplazamientoSh= Esfuerzo bsico admisible para el material a la mxima temperatura esperada del metal durante el ciclo de desplazamientof = Factor de reduccin del rango admisible de esfuerzo para condiciones cclicas segn el nmero total de ciclos completos de cambios de temperatura sobre la vida esperada.Este factor es 1.0 para 7000 ciclos o menos, lo cual es un caso tpico en refineras.Cuando Shes mayor queL, (esfuerzos longitudinales combinados), la diferencia entre ellos debe sumarse al trmino (0,25 Sh) por lo que la expresin SAqueda:

SA=f [1.25(SC+Sh)-Sl

Presin de diseoLa presin dediseono ser menor que la presin a las condicionesmsseveras de presin y temperatura coincidentes, externa o internamente, que se espere en operacin normal.La condicinmssevera de presin y temperatura coincidente, es aquella condicin que resulte en el mayor espesor requerido y en la clasificacin (rating)msalta de los componentes del sistema de tuberas.Se debe excluir la prdida involuntaria de presin, externa o interna, que cause mxima diferencia de presin.

Temperatura de diseoLa temperatura dediseoes la temperatura del metal que representa la condicinmssevera de presin y temperatura coincidentes. Los requisitos para determinar la temperatura del metal dediseopara tuberas son como sigue:Para componentes de tubera conaislamientoexterno, la temperatura del metal paradiseoser la mxima temperatura dediseodel fluido contenido.Para componentes de tubera sinaislamientoexterno y sin revestimiento interno, con fluidos a temperaturas de 32F (0C) y mayores, la temperatura del metal paradiseoser la mxima temperatura dediseodel fluido reducida, segn los porcentajes de latabla4.

TablaN 4Reduccin de Temperatura para Componentes sinAislamientoComponenteT%

Vlvulas, tubera, uniones solapadas y accesorios soldados5

Accesorios bridados10

Bridas (en lnea)10

Bridas de uniones solapadas15

Empacaduras (en uniones en lnea)10

Pernos (en uniones en lnea)20

Empacaduras (en casquetes de vlvulas)15

Pernos (en casquete de vlvulas)30

Para temperaturas de fluidos menores de 32F (0C), la temperatura del metal para eldiseo, ser la temperatura dediseodel fluido contenido.Para tuberas aisladas internamente la temperatura ser especificada o ser calculada usando la temperaturaambientalmxima sin viento (velocidad cero).

Espesor de paredEl mnimo espesor de pared para cualquier tubo sometido a presin interna o externa es una funcin de:a)El esfuerzo permisible para el material del tubob)Presin dediseoc)Dimetro de diseo del tubod)Dimetro de la corrosin y/o erosinAdems, el espesor de pared de un tubo sometido a presin externa es una funcin de la longitud del tubo, pues sta influye en la resistencia al colapso del tubo. El mnimo espesor de pared de cualquier tubo debe incluir la tolerancia apropiada de fabricacin.