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ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 1
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 2
PROLOGO
Lamentablemente en México no se ha logrado establecer una vinculación eficiente entre el sector
industrial y el sector académico; esto es debido a las diferentes interacciones, protocolos y tratos del
sector industrial al académico y viceversa; si esto se llegara a superar, los egresados y pasantes de
ingeniería tendrían más herramientas para resolver los problemas que necesitan solucionar las
industrias en la cual se sustenta el desarrollo social mediante actividades de colaboración entre el
gobierno, las instituciones académicas y la industria, sería favorable en el desempeño económico de
México si hubiera un desarrollo considerable de actividades de vinculación entre los sectores
académico e industrial; bajo esa premisa el presente trabajo trata de explicar las normas vigentes de la
aplicación a la ingeniería de una de las asociaciones mas prestigiosas de Ingeniería Mecánica que rige
el diseño mecánica estructural, específicamente me refiero al código ASME Sección VIII División 1.
Este trabajo está dirigido principalmente dirigido a inspectores de control de calidad, personal de
ingeniería, supervisores de montaje, inspectores de soldadura, personal de
ensayos no destructivos, inspectores de obra y de contrato, de empresas que realizan el diseño, la
fabricación y montaje, mantenimiento y operación de equipos bajo presión; así mismo a los
estudiantes de los últimos semestres de Ingeniera, a fin de brindarles las herramientas de aplicación de
los diversos temas que dicta el código ASME Sección VIII división 1; se ha tratado de relacionar al
máximo de manera explícita las experiencias obtenidas en talleres y obras, direccionadas a la
aplicación que se da a los estudiantes dentro del aula de clases; también espero brindar a los
profesionales vinculados al ramo de las refinerías plantas de procesos una actualización y una
familiarización con el uso y aplicación del Código ASME SECCIÓN VIII división 1. Debido a que el
Código ASME SECCIÓN VIII es bastante extenso, en este trabajo no se encuentra toda la información
del referida al código, será necesario consultar el segundo tomo donde abarca análisis de silletas,
accesorios y muchos ejemplos y ejercicios de aplicación.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 3
CODIGO ASME SECCION VIII DIV. 1
TEMARIO
1.-BREVE HISTORIA DEL NACIMIENTO DEL CODIGO ASME.
2.- SISTEMA ASME
2.1.- ¿Quiénes lo integran?
2.2.- ¿Cómo es desarrollado?
2.3.- Organización de los Comités de revisión de los Códigos y Normas
ASME.
2.4.- Códigos del ASME actualmente en existencia.
2.5.- Adendas.
2.6.- Interpretaciones.
2.7.- Casos Código.
2.8.- Como se deben leer los Códigos ASME.
3.- QUE SON LOS RECIPIENTES A PRESIÓN.
3.1.- Definición
3.2.- Clasificación
3.3.- Componentes Principales.
4.- CONTENIDO DEL CODIGO ASME SECCION VIII DIV. 1
4.1.- Subsección A.
4.2.- Subsección B.
4.3.- Subsección C.
4.4.- Apéndices Mandatorios.
4.5.- Apéndices No Mandatorios.
5.- REQUERIMIENTOS DE ASME SECCION VIII DIV. 1.
5.1.- Sistema De Control de Calidad.
5.2.- Diseño.
5.3.- Materiales.
5.4.- Fabricación.
5.5.- Tratamiento Térmico.
5.6.- Pruebas No Destructivas.
5.7.- Pruebas Finales de Validación.
5.8.- Certificación del Producto.
5.9.- Envio de Reportes de Datos al National Board.
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1.- BREVE HISTORIA DEL NACIMIENTO DE LOS CODIGOS ASME
El Código para Calderas y Recipientes a Presión emitido por la Sociedad Americana de
Ingenieros Mecánicos ( ASME ), se origina de la necesidad de proteger a la sociedad de
las continuas explosiones de calderas que se tuvieron antes de reglamentar su diseño y
fabricación.
Fue el país de Inglaterra uno de los primeros países que sintió esta necesidad después de
explotar una caldera en 1915, causando un gran desastre al tener perdida de vidas
humanas primordialmente y perdidas materiales. La investigación de las causas que
provocaron la explosión estableció que las principales causas del desastre fueron:
Métodos de Fabricación inapropiados, Materiales inadecuados y Aumento gradual y
excesivo de la Presión a la cual se estaba operando.
En los Estados Unidos de Norteamérica las personas dedicadas a la fabricación de
calderas, se agruparon en una asociación en 1889. Esta asociación nombra un comité al
que se le asigno preparar reglas y especificaciones las cuales deberían ser seguidas por
los diferentes talleres que fabricaran calderas. Después de haber realizado sus análisis
,estudios y pruebas, este comité presento un informe en el cual cubrían temas tales
como especificaciones de materiales, armado por medio de remaches, factores de
seguridad, tipos de tapas y bridas, así como reglas para la prueba hidrostática. Sin
embargo, no obstante los dos intentos anteriores para evitar las explosiones de calderas,
estas seguían sucediendo. A principios del Siglo XX, tan solo en los Estados Unidos de
Nortéamerica, ocurrieron entre 300 y 400 explosiones con sus consecuentes tremendas
perdidas de vidas y propiedades. Llego a ser costumbre que la autorización para usar
una caldera la diera el cuerpo de Bomberos. Hasta la primera década del Siglo XX, las
explosiones de calderas habían sido catalogadas como “ Actos de Dios ’’. Se hacia
pues necesaria la existencia de un Código Legal sobre Calderas.
El 10 de Marzo de 1905, ocurrió la explosión de una caldera de una fabrica de zapatos
en Cracktown Massachussets, matando a 58 personas e hiriendo a otras 117.Teniendo
también grandes perdidas materiales. Este catastrófico accidente motivo por imperiosa
necesidad que los legisladores del estado de Massachussets se dieran a la tarea de
legislar sobre la construcción de calderas que garantizaran la vida de la ciudadanía.
Después de muchos debates y discusiones publicas, el estado promulgo en 1907, el
Primer Código Legal de un Reglamento para la Construcción de Calderas de Vapor. En
1908, el estado de Ohio aprobó un reglamento similar.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 5
Otros estados de la Unión Americana que habían padecido explosiones similares, se
dieron cuenta de que estas podían ser evitadas mediante un buen diseño y fabricación
adecuados por lo que también se dieron a la tarea de formular reglamentos para este
propósito. Lo anterior ocasiono un verdadero caos para los fabricantes de calderas ya
que los reglamentos de cada estado o aun más, de cada ciudad, diferían de un estado o
ciudad a otra y a menudo estaban en desacuerdo teniendo como consecuencia dificultad
para fabricar un equipo con el reglamento de un estado que pudiera ser aceptado por
otro.
Debido a esta falta de uniformidad los fabricantes de calderas apelaron en 1911
ante el Concilio de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos para corregir esta
situación. Este ultimo respondió nombrando un comité para que formulara
especificaciones uniformes para la construcción de Calderas de Vapor y otros
Recipientes a Presión especificados para su cuidado durante el servicio.
El comité estaba formado por siete miembros, todos ellos de un reconocido
prestigio dentro de sus respectivos campos, estos fueron:
 Un Ingeniero de Seguro de Calderas.
 Un fabricante de Materiales.
 Dos fabricantes de Calderas.
 Dos profesores de Ingeniería.
 Un Ingeniero Consultor.
Este comité fue asesorado por otro comité formado por 18 miembros en calidad de
consejero, que representaban varias fases de Diseño, Construcción, Instalación y
Operación de Calderas.
El Comité inicia su trabajo tomando como base los reglamentos de
Massachussets, Ohio y otros datos de utilidad con los cuales emitió un informe
preliminar el cual fue presentado en 1913. Se hicieron 2,000 copias del informe las
cuales fueron enviadas a los Profesores de Ingeniería Mecánica, a los Departamentos de
Inspección de Calderas de Estados y Ciudades, a los Fabricantes de Calderas, a Editores
de revistas de Ingeniería y a todos los interesados en la Construcción y Operación de
Calderas, con el propósito de obtener de parte de cada uno de ellos retroalimentación de
experiencias y comentarios.
Después de tres años de innumerables reuniones y audiencias publicas fue
adoptado en la primavera de 1915 el primer Código ASME, el cual fue denominado
“Reglas para la Construcción de Calderas Estacionarias y para las presiones permisibles
de trabajo” conocido como la Edición 1914. Desde entonces el Código ha sufrido
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 6
muchos cambios y se han emitido otros códigos de acuerdo a las necesidades
contractuales.
Los códigos han sido emitidos en siguiente orden:
1914 Sección I Calderas de Potencia.
1923 Sección IV Calderas para Calentamiento de Agua.
1924 Sección II Especificaciones de Materiales.
1928 Sección VIII Recipientes A Presión no sometidos a Fuego
Directo.
1937 Sección IX Calificaciones de Soldadura.
1965 Sección III Componentes de Plantas Nucleares.
1968 Sección VIII Div. 1 Código para Recipientes a Presión.
1968 Sección VIII Div. 2 Reglas Alternativas para Recipientes a Presión.
1969 Sección X Recipientes a Presión de Plástico con Fibra
Reforzada.
1971 Sección V Ensayos No Destructivos.
1974 Sección IX Se incluyen las calificaciones para soldadura
por Brazing.
1997 Sección VIII Div. 3 Reglas Alternativas para Recipientes a
Alta Presión.
1998 Sección III Div 3 Sistemas de Contención y Empacado para
Transporte de Combustible Nuclear Desgastado
y Desechos con Alto Nivel de Radioactividad.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 7
2.0 SISTEMA ASME
2.1 ¿QUIÉNES LO INTEGRAN?
En los Estados Unidos, el negocio de la Construcción y Regulación de Equipo que este
sometido a Presión involucra los esfuerzos de cuatro grupos principalmente :
- El ASME ( Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).
- Los Fabricantes.
- Las Jurisdicciones.
- Las Agencias de Inspección Autorizadas.
El ASME
Proporciona la infraestructura ( Estructura del Comité, Secretarias de Apoyo,
Programas de Acreditación, etc.) para desarrollar y mantener los Códigos y las
Normas. Ellos promueven un proceso de consenso abierto para el desarrollo de sus
Estándares. Voluntarios de la Industria ( Fabricantes, Duenos/Usuarios, Agencias de
Inspección, Jurisdicciones) son las personas que integran los Comités de ASME que
mantienen actualizados los Códigos. La función del Comité de Calderas y Recipientes a
Presión ASME es establecer reglas consideradas necesarias para la Fabricación de
Recipientes a Presión y Calderas que se desarrollaran de manera segura y confiable, y
para interpretar estas reglas cuando surjan preguntas respecto al significado o intención
de algún tema especifico.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 8
Las Jurisdicciones
En los Estados Unidos y Provincias de Canadá, el uso mandatorio de uno o mas
Códigos ASME es obligado por las Jurisdicciones. En los Estados Unidos, cada estado
mas algunas grandes ciudades, son consideradas Jurisdicciones. Aproximadamente 34
de los 50 estados adoptan la Sección VIII Div. 1 como su Ley para la fabricación de
Recipientes a Presión, y 48 de 50 estados adoptan la Sección I como su Ley para la
fabricación de Calderas.
El Inspector en Jefe de cada jurisdicción es asignado con la responsabilidad de hacer
cumplir sus leyes en lo referente a Calderas y Recipientes a Presión que vayan a ser
instaladas dentro de su jurisdicción. Los Inspectores en Jefe son miembros del National
Board.
Las Agencias de Inspección Autorizadas
Estas proporcionan la verificación de tercera parte independiente de que la fabricación
de equipo nuevo de Calderas y Recipientes a Presión es realizada de acuerdo con el
Código ASME. Actualmente una Agencia de Inspección Autorizada esta definida como
una Compañía Aseguradora regularmente involucrada en la practica de asegurar
Calderas y Recipientes a Presión una o mas jurisdicciones que adoptan el Código
ASME como ley, o una Jurisdicción que proporciona Servicios de Inspección. Los
Inspectores Autorizados que trabajan para una Agencia de Inspección Autorizada,
deben tener un Certificado de Comisión emitido por el National Board y mantener un
endorso “A”(Inspector Autorizado) o “B”(Supervisor de Inspector Autorizado).
Los Fabricantes
Los Fabricantes de cualquier parte del mundo, pueden adquirir las estampas del Código
ASME autorizándolos a fabricar y estampar Equipo sometido a Presión que a cumplido
con las reglas de los Códigos ASME. Un Fabricante puede poseer mas de una estampa,
tal como la estampa “S”, la “PP”, la “U” , etc. Los Fabricantes son acreditados por un
periodo de tres anos. Un auditoria es realizada cada 3 anos para retener las estampas. En
muchos casos, Consultores del National Board actúan como los Inspectores designados
por el ASME y conducen la Auditoria de Acreditación. Muchos Fabricantes patrocinan
voluntarios para trabajar en los Comités de ASME que mantienen el Código de
Calderas y Recipientes a Presión.
2.2 ¿CÓMO ES DESARROLLADO?
El ASME promueve fuertemente un proceso de consenso abierto para el desarrollo y
mantenimiento de sus códigos y normas. Esto significa que cualquier parte interesada
puede participar en el proceso , ya sea por participación directa o en un comité técnico,
o por ejemplo dando sus comentarios durante el proceso de aprobación. De manera
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 9
general, todas las reuniones técnicas son abiertas al publico, por lo que miembros que
no son del comité también pueden participar en las discusiones.
Un balanceo de miembros es mantenido en los subcomités y en el comité principal. De
este manera, ningún grupo interesado como pueden ser los fabricantes, duenos/usuarios,
jurisdicciones, agencias de inspección, puedan tener un control mayoritario en un
comité. Esto asegura que las propuestas reciban una justa e igual consideración en lo
relativo a seguridad, economía , y confiabilidad.
El desarrollo y mantenimiento del Código es desarrollado de manera general de la
siguiente manera:
. Las partes interesadas( fabricantes, usuarios, agencias de inspección) pueden solicitar
o sugerir una revisión al código, interpretación o caso código. La Sección I en el
apéndice I; la Sección IV, apéndice 1, o la Sección VIII Div. 1, Apéndice 16, contienen
instrucciones para el envio de preguntas al ASME.
. Las propuestas son revisadas y reconciliadas por los miembros del subgrupo
apropiado para ganar la aceptación y acuerdos.
Las propuestas acordadas son presentadas para su aprobación e implementación.
Frecuentemente, las revisiones al Código resultan del proceso de responder una
pregunta, donde un mejoramiento al Código es identificado, y una partida de trabajo
abierta. Los Comités del ASME asignan un numero a cada partida de trabajo. En los
últimos anos, se han iniciado hasta 900 partidas de trabajo.
El Código ASME para Calderas y Recipientes a Presión es escrito, revisado e
interpretado por el Comité de Proceso.
Las revisiones al Código son realizadas mediante el siguiente proceso:
1.- La propuesta es desarrollada en los grupos de trabajo o a nivel subgrupo.
2.- Las propuestas son revisadas y sometidas a voto en el Subcomité correspondiente y,
si son aprobadas, la propuesta es sometida para su aprobación mediante el voto, del
Comité Principal.
3.- Las propuestas enviadas al Comité Principal, también son revisadas por las
Jurisdicciones y el Comité de Conferencia de la Marina.
4.- Una revisión administrativa por la Junta sobre Tecnología de Presión, Códigos y
Estándares.
5.- Una revisión del Público en General.
Todo lo anterior es realizado en un tiempo mínimo de 1 a 2 anos para que las nuevas
propuestas sean desarrolladas y aprobadas en todos los niveles de los comités.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 10
2.3 ORGANIZACION DE LOS COMITES DE REVISIÓN DE LOS
CODIGOS ASME.
El Comité principal de Calderas y Recipientes a Presión de ASME esta integrado por
treinta miembros representando las 11 Secciones del Código. Cada Código de
Construcción, Código en Servicio y Código de Referencia, tiene subcomités los cuales
son responsables de sus propias secciones. Debajo de cada Subcomité existen diversos
subgrupos y grupos de trabajo los cuales son responsables para áreas especificas de
cada Código, tales como Requerimientos Generales, Diseño, Fabricación o Inspección.
2.4 CODIGOS DEL ASME ACTUALMENTE EN EXISTENCIA.
Las Secciones del Código actuales(Emisión 2007, Adenda 2008) son :
SECCIONES DESCRIPCIÓN
I Reglas para la Fabricación de Calderas de Potencia.
II Materiales.
Parte A : Especificaciones de Materiales Ferrosos.
Parte B : Especificaciones de Materiales No Ferrosos.
Parte C : Especificaciones para varillas, electrodos, y alambres
Utilizados para soldar.
Board of Pressure Technology Codes and Standards
Conference Committee
B& PV Main Committee
Task Group
Subcommittee Subcommittee
Subgroup Subgroup
Working Group Working Group
Subgroup Subgroup
Working Group
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 11
Parte D : Propiedades de los Materiales.
III Subseccion NCA : Requerimientos Generales para la División 1 y
División 2.
III División 1
Subseccion NB : Componentes Clase 1.
Subseccion NC : Componentes Clase 2.
Subseccion ND : Componentes Clase 3.
Subseccion NE : Componentes Clase MC.
Subseccion NF : Soportes.
Subseccion NG : Estructuras de Soporte del Núcleo.
Subseccion NH : Componentes Clase 1 en Servicio de
Temperaturas Elevadas.
Apéndices
División 2 : Código para Contenedores de Concreto.
División 3 : Sistemas de Contención para Almacenaje y Paquetes de
de Transporte de Material Nuclear Desgastado y
Material Radioactivo de Alto Nivel y Desechos.
IV Reglas para la Fabricación de Calderas Calefactoras de Agua.
V Examinaciones No Destructivas.
VI Reglas Recomendadas para el Cuidado y Operación de Calderas
para Calentamiento de Agua.
VII Guías Recomendadas para el Cuidado de Calderas de Potencia.
VIII Reglas para la Fabricación de Recipientes a Presión.
División 1 : Recipientes a Presión.
División 2 : Reglas Alternativas.
División 3 : Reglas Alternativas para la Fabricación de Recipientes
a Presión sometidos a Presiones Elevadas.
IX Calificaciones de Soldadura y Soldadura por Brazing.
X Recipientes a Presión Fabricados de Plástico de Fibra Reforzada.
XI Reglas para la Inspección en Servicio de Componentes de Plantas
Nucleares.
2.5 ADENDAS.
Las Adendas son paginas de colores, las cuales incluyen las adiciones y revisiones a
las secciones individuales del Código, estas son publicadas anualmente y enviadas
automáticamente a los Compradores de la Secciones aplicables hasta la publicación de
la siguiente emisión del Código. Las nuevas ediciones de los Códigos de ASME son
publicadas cada 3 anos. Durante los anos intermedios, revisiones, erratas y adiciones a
los Códigos son publicados vía Adenda en Julio 1. Estas revisiones/adiciones llegan a
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 12
ser mandatorias seis meses después de la publicación, es decir, en Enero del ano
siguiente de la emisión. Sin embargo, estas revisiones pueden ser usadas para la
Fabricación de Equipos de Código tan pronto como sean publicadas las adendas.
2.6 INTERPRETACIONES.
Los usuarios del código pueden solicitar una aclaración de un requerimiento del Código
enviando una solicitud al Comité. Las interpretaciones nunca introducen un
requerimiento nuevo al Código. Las interpretaciones son respuestas a preguntas de
usuarios del Código que el ASME emite respecto a la interpretación de aspectos
técnicos del Código. Las interpretaciones de cada sección individual serán publicadas
separadamente y serán incluidas como parte de la actualización para esa sección. Ellas
serán emitidas cada seis meses (Julio y Diciembre) hasta la publicación de la siguiente
emisión del Código. Los usuarios deberán tener precaución cuando sean usadas
interpretaciones publicadas con antigüedad, ya que el párrafo interpretado puede haber
sido revisado desde su publicación.
2.7 CASOS CODIGO.
Frecuentemente, solicitudes urgentes son hechas para que se acepte el uso de un nuevo
material no incluido en el Código para la fabricación de Equipos Código. Para atender
tales solicitudes, un caso código es preparado para adoptar el nuevo material para la
fabricación de equipos Código. Debido a que los Casos Código son publicados cuatro
veces por ano, este es un método rápido para introducir materiales nuevos o reglas
alternativas. Los Casos Código son aprobados en un ciclo de 3 anos ; al final de los 3
anos, se debe decidir si:
1).- Se incorpora el Caso Código dentro del Código respectivo.
2).- Reafirmar el Caso Código por otros tres anos.
3).- Anular el Caso Código porque ya no se necesitara más.
Para que un Caso Código sea aprobado para su uso, se toma un tiempo mínimo de 6 a 9
meses.
2.8 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA LEER E INTERPRETAR LOS CÓDIGOS
ASME.
El Código ASME puede llegar a ser difícil de leer y sobre todo de interpretar.El éxito en
el uso del Código depende de manera muy importante en la habilidad que se tenga para
localizar la información apropiada. A continuación se proporcionan algunos tips que le
ayudaran a mejorar la lectura y sobre todo la interpretación de los Códigos.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 13
I. Reglas Básicas
A Las reglas del Código ASME establecen los requerimientos mínimos.
B Si no esta prohibido, entonces esta permitido.
C La fabricación de los equipo sometidos a presión esta basado en dimensiones y
unidades calculadas.
1. No establecen tolerancias de fabricantes. El fabricante debe realizar para lo
desconocido buenas practicas de fabricación.
2.
D Existen reglas en el Código, las cuales permiten excepciones. Por ejemplo:
todos, deberán, quizás, excepto, teniendo en cuenta que, etc.
II. Procedimiento( paso por paso)
Paso 1
Escribir la pregunta que esta siendo solicitada y la información soporte.
Paso 2
Delinear las subsecciones mandatorias
A Introducción (Alcance).
B ¿ Es algún tema administrativo ? (Parte UG y apéndice 110).
C Tipo de Recipiente
1) Servicio Criogénico – Parte ULT
2) Recipientes No Circulares – Apéndice 13.
3) Recipientes Enchaquetados – Apéndice 9.
4) Ninguno de los anteriores – Parte UG.
D Tipo de Construcción
1) Soldado. – Parte UW.
2) Forjado – Parte UF.
3) Braced – Parte UB.
4) Por Capas – Parte ULW.
5) Clad o Revestido – Parte UCL.
6) Remachado – Edición 1971.
7) Ninguno de los anteriores – Parte UG.
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E Clases de Materiales
1) Acero al Carbón o Baja Aleación – Parte UCS.
2) Materiales No Ferrosos – Parte UNF.
3) Aceros de Alta Aleación – Parte UHA.
4) Fundición de Hierro Gris – Parte UCI.
5) Fundición de Hierro Dúctil – Parte UCD.
6) Materiales Ferriticos mejorados mediante Tratamiento Térmico – Parte UHT
7) Ninguno de los anteriores – Parte UG.
Paso 3
Extender el esquema para incluir todos los párrafos aplicables. Usar tabla de
contenidos.
Paso 4
Suplementar el esquema con el contenido de los subparrafos.
Paso 5
Explorar el texto para visualizar párrafos no aplicables.
1) Eliminar lo no aplicable del esquema.
2) Si es eliminado el esquema entero, ver U-2 en Introducción.
Paso 6
Suplementar el esquema con artículos de referencia.
Paso 7
Leer todas las Secciones Aplicables del Código.
A Palabras Clave
1) Shall y Will = Mandatorio.
2) Should = Mandatorio, pero con opciones.
3) May y Can = Guia no mandatoria.
B Enfatizar
1) Numero de párrafo.
2) La puntuación de la oración.
3) Las notas de pie se deberán tratar de la misma manera como May y Can.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 15
SI EL PARRAFO PRINCIPAL NO APLICA, ENTONCES LOS SUBPARRAFOS
NO APLICAN
3 ¿QUÉ SON LOS RECIPIENTES A PRESION?
3.1 DEFINICION
El Código ASME Sección VIII Div. 1, define como Recipiente a Presión, cualquier
contenedor cerrado capaz de almacenar un fluido a Presión Manométrica, sea esta
interna o externa . Esta Presión puede ser obtenida desde una fuente interna o externa, o
por la aplicación de calor desde una fuente directa o indirecta, o cualquier combinación
de ellas.
1.- Recipientes que contengan agua bajo presión incluyendo aquellos que contengan
aire la compresión de los cuales sirva únicamente como amortiguador que excedan:
- Una Presión de Diseño mayor a 300 PSI.
- Una temperatura de Diseño mayor a 210 ° F.
2.- Tanques de agua caliente calentados por vapor u otros medios indirectos que
excedan:
- Una entrada de calor de 200,000 BTU’s/hr.
- Una temperatura del agua de 210° F.
- Una capacidad nominal de 120 Galones.
3.- Recipientes que tengan un Diámetro Interior,Ancho, Altura o Sección Transversal
mayor a 6” sin limitación en longitud o Presión.
4.- Recipientes que tengan una Presión de Operación interna o externa mayor a 15 PSI.
sin limitación en medidas.
5.- Recipientes que tengan una Presión de Diseño que no exceda los 3,000 PSI.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 16
3.2 CLASIFICACION
Los Recipientes a Presión se pueden clasificar por su utilización y por su forma.
Por su utilización, se pueden reclasificar en Recipientes de Almacenamiento y
Recipientes de Proceso. Por su forma se clasifican como Cilíndricos y Esféricos.
Los Recipientes para Almacenamiento son comúnmente conocidos como tanques de
dia, tanques de mes, tanques acumuladores, etc. Los Recipientes de Proceso son
aquellos utilizados en la industria petroquímica principalmente, entre ellos se
encuentran los Intercambiadores de Calor, Reactores, Torres Fraccionadoras, Torres de
Destilación, Separadores de Gas, etc.
Recipientes Cilindricos a su vez se pueden reclasificar en Horizontales y Verticales. Los
Recipientes Esféricos son usados generalmente como Tanques de Almacenamiento para
grandes volúmenes y presiones elevadas.
Almacenamiento
Por su utilización
Proceso
Recipientes
a
Presión
Horizontales
Cilíndricos
Verticales
Por su forma
Esféricos
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 17
3.3 COMPONENTES PRINCIPALES
A continuación se mencionan los componentes principales de algunos tipos de
Recipientes a Presión, sin que esto sea limitativo.
3.3.1.- Recipientes Cilíndricos Horizontales.
a).- Cascaron Cilíndrico, Cuerpo o Envolvente.
b).- Tapas o Tapas.
c).- Boquillas
d).- Refuerzos de Boquillas.
e) .- Registros- Hombre.
f).- Anillos Atiezadores.
g).- Soportes o Silletas.
3.3.2 Recipientes Cilíndricos Verticales.
a).- Cascaron Cilíndrico, Cuerpo o Envolvente.
b).- Tapas o Tapas.
c).- Boquillas
d).- Refuerzos de Boquillas.
e) .- Registros- Hombre.
f).- Anillos Atiezadores.
g).- Faldón.
h).- Placa Base.
i).- Orejas de Montaje.
3.3.3 Recipientes Esféricos
a).- Tapa Superior.
b).- Tapa Inferior.
c).- Anillo Superior.
d).- Anillo Central.
e).- Anillo Inferior.
f).- Boquillas.
g).- Estructura Soporte.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 18
4 CONTENIDO DEL CÓDIGO ASME SECCION VIII DIV. 1
Este Código tiene incluidos los siguientes temas:
- Requerimientos mandatorios.
- Prohibiciones especificas
- Guías no mandatorias para Materiales, Diseño, Fabricación, Examinación,
Inspección, Pruebas, Certificación y Dispositivos de Relevo de la Presión.
Este Código esta dividido como se establece a continuación:
- Subsección A.
- Subsección B.
- Subsección C.
- Apéndices Mandatorios.
- Apéndices No Mandatorios.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 19
4.1 Sub Sección A
Contiene la parte UG, la cual cubre los Requerimientos Generales aplicables a todos
los Recipientes. Consta de 195 párrafos, 30 figuras y 6 tablas los cuales se dividen
de la siguiente manera:
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ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 21
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 22
4.2 Sub Sección B
Cubre los Requerimientos específicos que son aplicables a los varios métodos utilizados
en la Fabricación de Recipientes a Presión. Consiste de las siguientes partes:
- Parte UW que trata sobre los Recipientes fabricados mediante soldadura.
- Parte UF define las reglas a seguir cuando se fabrican Recipientes que utilizan
material de forja.
- Parte UB establece los lineamientos a seguir cuando se fabrican Recipientes de
material No Ferrosos (Brazing).
4.2.1 La parte UW, consta de 44 párrafos, 12 figuras y 2 tablas. Lo anterior se encuentra
dividido de la siguiente manera: (Ver siguiente hoja)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 23
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 24
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 25
4.2.2 La parte UF consta de 26 párrafos y únicamente una tabla y se divide de la
siguiente manera:
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 26
4.2.3 La parte UB, consta de 36 párrafos, 2 figuras y 2 tablas, distribuidos de la
siguiente
manera:
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 27
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 28
4.3 Sub sección C
Cubre los Requerimientos específicos que son aplicables a las clases de materiales
utilizados en la Fabricación de Recipientes a Presión. Consiste de las siguientes partes:
Parte UCS.
Contiene los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la
fabricación de Recipientes a Presión utilizando Aceros al Carbón y de Baja Aleación.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 29
Parte UNF.
Contiene los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la
fabricación de Recipientes a Presión utilizando Aceros al Carbón y de Baja Aleación.
(colocar en este espacio la parte UNF, pags 201 y 202).
Parte UHA.
Contiene los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la
fabricación de Recipientes a Presión utilizando Aceros de Alta Aleación.
(colocar en este espacio la parte UHA, pags 212 y 213).
Parte UCI.
Establece los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la
fabricación de Recipientes a Presión utilizando Fundición de Hierro Gris.
(colocar en este espacio la parte UCI, pags 227 y 228).
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 30
Parte UCL.
Establece los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la
fabricación de Recipientes a Presión utilizando Clad Integral (revestimiento) Resistente
a la Corrosión, Clad aplicado mediante soldadura(overlay),o Planchas de Relleno
Soldadas (linning).
(colocar en este espacio la parte UCL, pags 234).
Parte UCD
Proporciona los requerimientos para Recipientes a Presión fabricados de fundición de
hierro dúctil.
(colocar en este espacio la parte UCD, pags 241).
Parte UHT
Establece los requerimientos para Recipientes a Presión fabricados de aceros ferriticos
con propiedades a la tensión mejoradas por tratamiento térmico.
(colocar en este espacio la parte UHT, pags 247 y 248).
Parte ULW
Contiene los requerimientos para los Recipientes a Presión fabricados en capas.
(colocar en este espacio la parte ULW, pags 261 y 262).
Parte ULT
Proporciona reglas alternativas para fabricar Recipientes a Presión de materiales que
tengan esfuerzos permisibles altos, a bajas temperaturas.
(colocar en este espacio la parte ULT, pags 288 y 289).
4.4 APÉNDICES MANDATORIOS
Tratan de temas específicos no incluidos en ningún lugar del Código ASME Sección
VIII Div. 1, y sus requerimientos son mandatorios cuando el tema cubierto es incluido
en la fabricación bajo este Código. Existen actualmente 24 Apéndices Mandatorios.
(Incluir listado de Apéndices Mandatorios del Código en esta parte,PAG. 312)
4.5 APÉNDICES NO MANDATORIOS
Son temas únicamente informativos inherentes a la fabricación, diseño y documentación
de Recipientes a Presión sugiriendo buenas practicas.
Esta constituido por 22 Apéndices Mandatarios.
(Incluir listado de Apéndices No Mandatorios del Código en esta parte) PAGINA
495
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 31
5.- REQUERIMIENTOS DE ASME SECCION VIII DIV. 1.
5.1.- Sistema De Control de Calidad.
El Código ASME establece en su Apéndice 10 que el fabricante o ensamblador deberá
tener y mantener un Sistema de Control de Calidad estricto, en el cual se establezca que
todos los requerimientos del código incluyendo diseño, materiales fabricación, y
examinaciones (por el fabricante o ensamblador) e inspecciones (por el inspector
autorizado) sean cumplidos, tanto para Recipientes a Presión como para partes de ellos.
Por otra parte, establece que el sistema que el fabricante o ensamblador establesca para
cumplir los requerimientos del código sea uno adecuado a sus circunstancias. El
alcance necesario y el detalle del sistema dependerá de la complejidad de la
organización del fabricante.
La siguiente es una guía de requisitos que ASME establece, los cuales deberá ser
incluidos dentro de los capítulos en la descripción escrita de un Sistema de Control de
Calidad.
I. Autoridad y Responsabilidad
La autoridad y responsabilidad de aquellos encargados del Sistema de Control de
Calidad deberá ser claramente establecida. Las personas que realicen funciones de
Control de Calidad deberá tener autoridad suficiente y responsabilidad bien definida
para hacer cumplir el sistema. También tiene la libertad organizacional para
identificar problemas de control de calidad y para iniciar, recomendar y proporcionar
soluciones.
II. Organización
Un organigrama de la organización mostrando la relación entre la Dirección General,
y las Gerencias de Ingeniería, Compras, Manufacturas, Fabricación, Almacén,
Control de Calidad y cualquier departamento involucrado, es requerido con el
propósito de identificar y asociar los departamentos involucrados en la organización,
con las funciones particulares para los cuales ellos son responsables. El código no
intenta invadir los derechos del fabricante para establecer y, de vez en cuando, alterar
como quiera la forma de la organización que considere apropiada para realizar su
trabajo, siempre y cuando no interfiera con los requerimientos que establece el
código.
III. Control de dibujos, Cálculos de Diseño y Especificaciones.
El Sistema de Control de Calidad deberá de tener procedimientos, los cuales aseguren
que los últimos dibujos aplicables, cálculos de diseño, especificaciones e
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 32
instrucciones requeridas por el código, así como también los cambios autorizados, son
utilizados para fabricación, examinación, inspección y pruebas.
IV. Control de Material
El sistema deberá incluir un sistema de control en la recepción de los materiales que
asegure que el material recibido se apropiadamente identificado y tenga la
documentación, incluyendo los reportes de pruebas de material, o certificados de
cumplimiento requeridos para satisfacer los requerimientos del código así ordenados.
Así mismo deberá asegurar que únicamente el material verificado por el control de
calidad que cumple con el código es utilizado para la fabricación.
V. Programa de Examinación e Inspección.
El Sistema de Control de Calidad deberá describir las operaciones de fabricación,
incluyendo examinaciones, suficientemente para permitir que el Inspector Autorizado
por ASME verifique los puntos de inspección específicos que van a ser realizados
durante e proceso de fabricación, y en cuales, él va a determinar en que etapas va a
intervenir ya sea revisando documentos, verificando durante la fabricación o
atestiguando pruebas.
VI. Corrección de No Conformidades
Deberá existir un sistema de común acuerdo con el Inspector Autorizado para la
corrección de las no conformidades, en el entendido de que una no conformidad es
cualquier condición la cual no cumpla con las reglas aplicables de código aplicable.
Las no conformidades deben ser corregidas o eliminadas por alguna manera antes de
que el componente terminado pueda ser considerado para cumplir con el código
aplicable.
VII. Soldadura
El Sistema de Control de Calidad deberá incluir previsiones para indicar que la
soldadura que se va a aplicar, cumple con los requerimientos de la Sección IX del
Código ASME.
VIII. Examinación No Destructiva
El Sistema de Control de Calidad deberá incluir previsiones para identificar los
procedimientos de examinación no destructiva que el fabricante realizará para cumplir
con el código aplicable, y que estos procedimientos deben cumplir con los
requerimientos establecidos en la sección V del código ASME.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 33
IX. Tratamiento Térmico
El Sistema de Control de Calidad deberá prever controles que aseguren que los
tratamientos térmicos requeridos por las reglas del código sean aplicadas.
Mecanismos deberán ser indicados mediante los cuales el Inspector Autorizado o el
designado por el ASME pueda satisfacerse que esos requerimientos de tratamiento
térmico del código sean cumplidos. Esto puede ser por revisión de los registros del
horno de tiempo-temperatura, o por otros medios apropiados.
X. Calibración del Equipo de Medición y Pruebas.
El fabricante deberá tener un sistema para la calibración del equipo de examinación,
medición, y pruebas a ser utilizados, en cumplimiento completo de los requerimientos
del código.
XI. Retención de Registros
El fabricante deberá tener un sistema para el mantenimiento de radiografías y reportes
de datos del fabricante como requiere el código.
Retención de Registros
El fabricante deberá tener un sistema para el mantenimiento de radiografías (UW-
51), reportes de datos del fabricante (UG-120).
El Sistema deberá establecer el mantenimiento de los documentos mencionados a
continuación por un periodo de al menos 3 años :
- Reportes Parciales de Datos.
- Dibujos de Fabricación.
- Cálculos de Diseño.
- Reportes de Pruebas de Material
-WPS y PQR
- Registro de Calificación de Soldadores WPQ
- Reportes de RT o UT
- Procedimientos de Reparación y Registros
- Hojas de Control de Procesos
- Registros de Tratamiento Térmico y resultados de pruebas.
- Registros de PWHT
- NCR y disposiciones
- Registros de Pruebas Hidrostáticas
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 34
XII. Formatos Muestra
Las formas utilizadas en el Sistema de Control de Calidad y los procedimientos
detallados para su uso deberán ser disponibles para revisión, una descripción escrita
deberá tener las referencias necesarias a estas formas.
XIII. Inspección de Recipientes y Partes de Recipientes.
A) La inspección de recipientes y partes de recipientes deberá ser realizado por el
Inspector Autorizado como se define en UG-91 del Código ASME Sección VIII
Div. 1.
B) La descripción escrita del Sistema de Control de Calidad deberá incluir referencia
del Inspector Autorizado.
C) El fabricante deberá de tener disponibles al Inspector Autorizado, en la planta del
fabricante o en el sitio de construcción, una copia actualizada del Sistema de
Control de Calidad.
D) El sistema referido deberá prever medidas para que el Inspector Autorizado tenga
acceso a todos los dibujos, cálculos, especificaciones, procedimientos, hojas de
proceso, procedimientos de reparación, registros, resultados de pruebas y
cualquier otro documento necesario para que el Inspector Autorizado realice sus
trabajos de acuerdo a lo establecido en el código. Lo anterior puede ser
mostrando los archivos propios del fabricante o proporcionando copias al
Inspector Autorizado.
5.2.- Diseño.
Objetivo
Al final de esta lección, el participante tendrá el entendimiento básico de las reglas para
el diseño y como son aplicado. El participante también entenderá como determinar
cuales reglas son aplicables a una situación en particular y como determinar los valores
apropiados que tienen que ser aplicados a estas reglas.
Temas de la Lección
Enfoque del Diseño en la Sección VIII, Div.1.
Responsabilidades por los Parámetros de Diseño.
Tipos de Servicios.
Tipos de Cargas.
Ejecución del Diseño.
Categorías y Tipos de juntas y limitaciones.
Radiografía.
Consideraciones de espesor.
Restricciones en el Diseño de Cabezales o Tapas.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 35
5.2.1 Enfoque del Diseño en la Sección VIII, División 1
El Diseño en la Sección VIII Div. 1, esta basado en :
- El tipo de Fabricación y
- El tipo de Material con el que se va a fabricar.
Si una formula del Código es aplicable a un componente particular bajo consideración,
entonces el uso de esa formula es mandatoria.
5.2.2 Responsabilidades por los parámetros de Diseño.
El Propietario o usuario del Recipiente a Presión tiene la responsabilidad de especificar
al fabricante los datos siguientes:
- La presión de Diseño y la Temperatura.
- Las cargas a ser aplicadas.
- La tolerancia a la corrosión.
- Los requerimientos de servicio especial, tales como letal, baja temperatura, etc.
- Tratamiento de Relevado de Esfuerzos o Examinación Radiográfica, si no son
requeridos por el Código.
5.2.3 Tipos de Servicio
Existen básicamente cinco tipos de servicio de los Recipientes a Presión en ASME
Sección VIII Div. 1. Estos servicios son:
- Servicio Letal.
- Servicio de Baja Temperatura.
- Calderas de Vapor no sometidas a Fuego Directo.
- Recipientes a Presión sometidos a Fuego Directo.
- Sin Restricciones.( Servicio General)
De los anteriores, los cuatro primeros son Recipientes que deben ser fabricados
teniendo en cuenta las restricciones establecidas en el Código ASME Sección VIII
Div. 1 Parte UW párrafo UW-2(a),(b),(c) y (d), las cuales se trataran mas adelante.
5.2.4 Tipos de Cargas en el Diseño
Existen diversos tipos de Cargas que deberán ser consideradas cuando se este
realizando el Diseño de un Recipiente a Presión. Estas cargas están descritas en el
Código ASME Sección VIII Div. 1,Parte UG, párrafo UG-22 y son las siguientes:
- Presión Interna o Externa.
- Peso del Recipiente y su contenido normal bajo las condiciones de operación y
pruebas (esto incluye presión adicional debido a la carga estática de líquidos)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 36
- Reacciones Estáticas Sobre impuestas del peso del Equipo adjuntado tales como
motores, maquinaria , otros recipientes , tubería, revestimientos y aislamientos.
- Esfuerzos localizados por el ensamble de :
. Internos.
. Soportes del Recipiente tales como orejas, anillos, faldones, silletas y patas.
- Reacciones Dinámicas y Cíclicas debido a Presión o variaciones térmicas, o de
equipo montado sobre un Recipiente, y cargas mecánicas.
- Reacciones por Viento, Nieve y Sismo, cuando sea requerido
- Reacciones de Impacto tales como aquellas debido a choques de fluido.
- Gradientes de Temperatura y Expansión Térmica Diferencial.
- Presiones Anormales, tales como aquellas causadas por deflagración.
Nota: La Sección VIII, División 1 suministra reglas únicamente para calcular las cargas
por presión. Para las otras condiciones, cualquier practica de ingeniería aplicable
puede ser usada.
5.2.5 Ejecución del Diseño
La realización del Diseño del Recipiente puede ser realizado por:
- El Poseedor del Certificado ASME.
- El Usuario.
- El Agente designado por el Usuario.
- El Agente designado por el Poseedor del Certificado ASME.
Sin embargo, el Poseedor del Certificado ASME quien estampara el Recipiente,
es siempre responsable de cumplir todos los requerimientos del Código,
incluyendo los inherentes al Diseño. En el Código, no existen requerimientos de
calificación para las personas que realizan el Diseño, sin embargo se deberá tener
mucho cuidado al seleccionar al personal que vaya a realizar este. No se trata de
introducir datos a un programa únicamente, la persona que realice el Diseño deberá
haber tenido la suficiente experiencia en el manejo efectivo del Código.
5.2.6 Categorias y Tipos de Juntas y sus limitaciones.
En el Código se manejan dos términos que se aplican a las juntas soldadas sometidas
a presión de los Recipientes, estos dos términos son los siguientes:
- Categoría de la Junta.
- Tipo de Junta
5.2.6.1 Categoría de la Junta.
El termino Categoría de la Junta como se usa en el Código, define la localización de una
junta dentro del Recipiente, pero no el tipo de junta. Las “categorías” están definidas en
el párrafo UW- 3 de la parte UW del Código ASME Sección VIII Div.1. Las categorías
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 37
establecidas en este párrafo son utilizadas en el Código cuando se especifiquen
requerimientos especiales respecto al tipo de junta y grado de inspección para ciertas
juntas soldadas que serán sometidas a presión. Dado que estos requerimientos
especiales, los cuales son basados tomando en cuenta el servicio, el tipo de material, y
los espesores, no aplican a cada junta soldada, aplican solamente en aquellas juntas en
las cuales la aplicación de requerimientos especiales son incluidos en las categorías. Es
decir, Los requerimientos especiales aplicaran a juntas de una categoría dada
únicamente cuando específicamente este establecido. Las juntas son designadas como
juntas categorías A, B, C y D. Cuando juntas soldadas a tope son requeridas en algún
lugar de esta División para categoría B, un ángulo de junta que conecte una Transición
de Diámetro a un cilindro, deberá ser considerado como que cumple este requerimiento
siempre y cuando el ángulo α no exceda de 30 °.
La figura UW-3 tomada del Código la cual se muestra a continuación , nos muestra
las localizaciones típicas de las categorías de las juntas soldadas. En la figura
anteriormente referida se definen de manera mas concreta todas y cada una de las
categorías de las juntas que se pueden encontrar en un Recipiente a Presión..
(1) Juntas categoría A
Están incluidas las siguientes:
Juntas longitudinales soldadas dentro del Cuerpo Principal(casco, envolvente,
anillo,virola,course), Cámaras de Comunicación, Transiciones en Diámetro, o
Boquillas; cualquier junta soldada dentro de un Recipiente Esférico, dentro de una Tapa
(tapal) Formada o Plana , o dentro de las placas laterales de un recipiente que forme una
parte integral de un elemento cerrado que este sometido a presión; juntas
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 38
circunferenciales soldadas que conecten Tapas Hemisféricas al Cuerpo principal, a
transiciones en diámetros, a Boquillas o Cámaras de Comunicación.
(2) Juntas categoría B
Están incluidas las siguientes:
Juntas circunferenciales soldadas dentro del Cuerpo Principal(casco, envolvente,
anillo,virola,course), Cámaras de Comunicación, Boquillas o Transiciones en Diámetro
incluyendo entre la transición y un cilindro ya sea en el extremo del Diámetro Mayor o
en el Menor; juntas circunferenciales soldadas que conecten Tapas Formadas que no
sean Hemisféricas al Cuerpo principal, a transiciones en diámetros, a Boquillas o
Cámaras de Comunicación.
(3) Juntas Categoría C
Están incluidas las siguientes:
Juntas soldadas que conecten Bridas, juntas de solapa Van Stone, Espejos, o Tapas
Planas al Cuerpo Principal, a Tapas Formadas, a Transiciones en Diámetro, a Boquillas
o para Cámaras de Comunicación, cualquier junta soldada que conecte una placa lateral
a otra placa lateral de un recipiente que forme una parte integral de un elemento
cerrado que este sometido a presión.
(4) Juntas Categoría D
Están incluidas las siguientes:
Juntas Soldadas que conecten Cámaras de Comunicación o Boquillas a Cuerpo
Principal,a Esferas, a Transiciones en Diámetro, a Tapas o a Recipiente que formen una
parte integral de un elemento cerrado que este sometido a presión, y aquellas juntas que
conectan Boquillas a Cámaras de Comunicación.
5.2.6.2 Tipos de Juntas
El Tipo de Junta es otro de los términos utilizados para identificar las juntas soldadas de
los Recipientes a Presión, la cual define la configuración de una junta soldada. Los tipos
de junta utilizados en el Código ASME Sección VIII Div. 1, están definidos en el
párrafo UW–9, en el cual establece que los tipos de juntas permitidas en procesos de
soldadura mediante Arco y Gas, se encuentran en la tabla UW-12. En esta ultima
también define los limites de los espesores de placa permitidos para cada tipo de junta.
En la siguiente pagina encontraran una copia de la tabla UW-12. En esta se puede
observar que existen 8 Tipos de Juntas, la descripción de cada una de ellas, las
limitaciones de las mismas, las categorías de juntas aplicables y el Grado de
Examinación Radiográfica.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 39
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 40
(1) Soldaduras de Ranura
Las dimensiones y forma de los extremos a ser unidos mediante soldadura, deberán ser
de tal manera que permitan una fusión completa y una penetración de la junta completa.
La Calificación del Procedimiento de Soldadura como esta requerido en UW-28, es
aceptable como una prueba de que la soldadura de ranura es satisfactoria. Ejemplos de
este tipo serian las siguientes:
Juntas con Transición
Existen en la fabricación de Recipientes a Presión, cierto tipo de juntas en las cuales se
hace necesario realizar una junta entre dos extremos que tienen espesores diferentes por
mas de 1/4" del espesor mas delgado, o por mas de un 1/8” lo que sea menor. Para este
tipo de juntas, el Código establece que cuando este sea el caso, estas se pueden realizar
siempre y cuando se realice una transición que tenga una longitud mínima de tres veces
la distancia del escalón que exista entre los extremos de las partes a ser soldadas. La
transición anteriormente referida puede ser realizada por cualquier proceso que
proporcione una transición uniforme.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 41
Cuando es formada por remoción del material de la parte a ser unida de espesor mas
grueso, el espesor mínimo de esa sección, después de que el material es removido, no
deberá ser menor que el requerido por UG-23(c). Cuando la transición es formada por
adición de material de soldadura mas allá de lo que pudiera de otra manera ser el
extremo de la junta a soldar, tal soldadura adicional (built up) deberá ser sujeta a los
requerimientos de UW-42. La soldadura que se aporte denominada “enmantequillado”,
puede estar parcialmente o completamente en la sección de la transición o adyacente a
este. Este párrafo también aplica cuando existe una reducción en los espesores dentro de
un Recipiente Esférico, o en Cilindros de Recipientes Verticales y para una transición
en una junta categoría A dentro de una Tapa formada. Provisiones para juntas de
transición en juntas a tope circumferenciales Tapa formada a cuerpo principal están
contenidas en UW-13.
Separación entre juntas longitudinales.
Excepto cuando las juntas longitudinales son radiografiadas 4” en cada lado de la
intersección con la junta circunferencial, los recipientes cuyo cuerpo principal sea
formado por 2 o mas anillos, deberán tener los centros de la junta longitudinal de los
anillos adyacentes escalonados o separados por una distancia de al menos 5 veces el
espesor de la placa de mayor espesor.
Juntas Traslapadas
Para la juntas traslapadas, la superficie de traslape no debera ser menor a 4 veces el
espesor de la placa interior, excepto lo establecido en UW-13 para los traslapes en
Tapas – Cuerpo. A continuación se presenta la Fig.UW-13.1 indicando las juntas de
traslape permisibles y la no permisibles para juntas Tapa-Cuerpo.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 42
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 43
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 44
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 45
Juntas soldadas sujetas a Esfuerzos de Doblez
Excepto donde detalles específicos son permitidos en otros párrafos, soldaduras de
filete deberán ser adicionadas donde sea necesario para reducir la concentración de
esfuerzos. Las Juntas de Esquina, con soldadura de filete únicamente, no deberán ser
usadas a menos que las placas que forman la esquina estén apropiadamente soportadas
independientemente de tales soldaduras.
Las medidas de soldaduras de filete y de penetración parcial, deberán tomar en cuenta
las condiciones de carga establecidas en UG-22, pero no deberán ser menores que las
medidas mínimas especificadas en cualquier parte del Código.
Eficiencias y Limitaciones en los tipos de juntas
Limitaciones En Los Tipos de Junta (Se Refiere a la Geometría de la Junta a
Soldar)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 46
Recipientes para Servicios Especiales
Servicio Letal, UW-2(a)
Cuando los recipientes son diseñados para servicio letal:
Todas las juntas a tope deberán ser totalmente radiografiadas.
Las juntas de las diferentes categorías deberán ser:
Categoría A Tipo 1
Categoría B Tipo 1 o 2
Categoría C Tipo 1 o 2 (Excepto para la fabricación con
junta de solape de “stub end” –Figura UW-13.5
Categoría D Penetración Completa.
Servicio Criogénico – UW-2(b)
Recipientes de acero al carbón operando por debajo de –55°F por UCS- 68. En aceros
inoxidables por debajo de –250°F.
Recipientes de acero de alta aleacion cuando las pruebas de impacto del metal base o
del metal soldado son requeridas por UHA-51.
Estas restricciones aplican:
Categoría de la Junta Tipo de Junta
A 1 (1 o 2 para ciertos aceros inoxidables
Austeniticos y sus soldaduras)
B 1 o 2
C Penetración Completa (Las bridas tienen que
ser pegadas con soldadura de Penetración Completa
no se aceptan bridas tipo deslizante(slip-on).
D Penetración Completa, excepto para algunos
materiales de UHA-23 por UW – 2(b)(4).
CALDERAS DE VAPOR SIN FUEGO DIRECTO UW-2(c)
Calderas de vapor sin fuego directo con una presión de diseño excediendo de 50
psi. Una caldera recuperadora de calor es un ejemplo de una caldera de vapor
sin fuego directo.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 47
Categoría de la Junta Tipo de Junta
A 1
B 1 o 2
C Sin restricciones
D Sin restricciones
Recipientes con Fuego Directo UW-2(d)
Recipientes a presión o partes sujetas al fuego directo producto de la combustión
de combustibles (sólidos, líquidos o gaseosos), los cuales no se encuentran dentro
del alcance de las Secciones I, III, o IV.
Categoría de la Junta Tipo de Junta
A 1
B, t > 5/8” 1 o 2
C Sin restricciones
D Sin restricciones
Radiografía ( RT )
Tipos de “RT”
Total
“Spot”(por puntos)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 48
Ninguna
Requisitos de RT
Además de la RT requerida por el servicio, las soldaduras a tope que excedan ciertos
espesores también tienen que ser radiografiados. Por ejemplo, la Tabla UCS-57.
También, UHT-57 requiere RT total para todas las juntas Tipo 1.
RT Opcional
Cuando la RT no es requerida por las reglas especificas del código, el grado de RT es
una opción del diseño y es determinado por la eficiencia de la junta deseada y/o el
factor de calidad por UW-11 y UW-12.
UW-12: Eficiencias de las Juntas
Cuando la RT no es especificada por el Código, esta puede ser usada como una opción
de diseño, por lo cual el diseñador puede usar eficiencias de diseño más altas si se
realizan radiografías adicionales. Estas opciones pueden ser aplicadas a un recipiente
entero, o a incrementos de soldadura individuales o a junta como es permitido en UW-
12.
Definiciones
(a) Multiplicador del Esfuerzo:
“E” es un multiplicador del esfuerzo el cual puede ser aplicable a una
eficiencia de la junta o a un factor de calidad
Excepto por UW-11(a)(5), los multiplicadores del esfuerzo aplican a las
juntas, y no a las secciones del recipiente.
El diseñador puede aplicar los multiplicadores del esfuerzo en la base de junta
– por – junta.
(b)Factor de Calidad:
Un multiplicador del esfuerzo de 0.85 es impuesto en componentes sin costura
que no cumplen con los requisitos de RT por “spot” (puntos) de UW-
11(a)(5)(b).
Nota: La tubería o los tubos soldados tiene que cumplir con estos
requisitos. Esto significa que un factor de calidad de 0.85 es
impuesto además del 15% de reducción de esfuerzo que ha
sido aplicado al esfuerzo admisible en la Sección II, Parte D.
(c) Incremento de Soldadura:
Una longitud de 50 ft. De soldadura en un recipiente, o en caso de
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 49
recipientes múltiples duplicados, el incremento de soldadura puede
incluir soldaduras en 2 o más recipientes.
Un incremento de soldadura es definido en UW-52 para especificar la
Longitud representada por un “spot” (punto) radiografiado (Un
“spot” (punto) radiográfico tiene también que incluir el trabajo de
cada soldador).
UW-11(a) Radiografía Total
Las siguientes soldaduras tienen que ser examinadas en su longitud total como se
prescribe en UW-51.
- Todas las soldaduras a tope categorías A y D en secciones de
recipientes o tapas donde el diseño de la junta o de la parte, esta
basado en la eficiencia de la junta permitida por UW-12(a)
- Todas las juntas a tope en boquillas, cámaras de comunicación, etc.
que excedan cualquiera de los siguiente: 10 “NPS o 1-1/8” en espesor.
- Las soldaduras a tope categorías B o C que intercepten soldaduras a
tope categoría A, o conecten secciones sin costura o tapas deberán,
como mínimo, cumplir los requisitos para RT “spot” (por puntos) por
UW-52. los “spot” (puntos) radiográficos requeridos por este párrafo
deberán no ser usados para satisfacer los requisitos de RT por
“spot” (puntos) aplicados a otros incrementos de soldadura. Los
recipientes que cumplen este criterio deberán ser estampados como
RT 2.
Nota: Para satisfacer el criterio de estampado RT1, las soldaduras arriba
indicadas tendrían que ser radiografiadas en su longitud total.
En la pagina siguiente encontraran un ejemplo de su aplicación en las diferentes
juntas de un Recipiente a Presión.
UW-11(b) Radiografía por “Spot”(Puntos)
Las soldaduras en secciones de recipientes o tapas donde el diseño este
basado en la eficiencia de la junta permitida por UW-12(b) tienen que ser
examinados por RT como es requerido por UW-52.
La radiografía por “spot”(puntos) es una herramienta de inspección y un
chequeo de control de calidad.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 50
La mínima extensión de un “spot”(puntos) a examinar por RT debe
incluir:
- Un “spot”(punto) de 6” por cada incremento de soldadura de 50 ft. o
fracción de este.
- Cada incremento de 50 ft tiene que incluir un número suficiente de
puntos para examinar el trabajo de cada soldador.
- La localización del “spot”(puntos) a ser RT debe ser seleccionado por el
I.A.
- Las radiografías requeridas para satisfacer otras reglas no deben
ser usadas para satisfacer estos requisitos.
En la pagina siguiente encontraran un ejemplo de su aplicación en las diferentes
juntas de un Recipiente a Presión.
EJEMPLO 1
(elaborar un dibujo similar pero de mejor calidad, junto con tablas y notas y
reemplazar el que se ve abajo)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 51
EJEMPLO 2
(Idem anterior)
EJEMPLO 3
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 52
Otras Excepciones para Boquillas
Las boquillas de cualquier tamaño están exceptuadas de las radiografías por
“spot”(puntos) requeridas en UW-11(a)(5)(b).
CONSIDERACIONES DE ESPESOR
Diseño – Requisitos Generales
UG-16(b) Espesor mínimo de componentes que retienen presión.
El mínimo espesor permitido para cuerpos y tapales después de formados
y sin importar la forma de producto y material, deberá ser 1/16” (1.6mm),
excluyendo cualquier tolerancia para corrosión, con las siguientes
excepciones:
1) No aplica para placas que transfieran calor de intercambiadores
de calor tipo placa;
2) No aplica para tubos de intercambiadores de calor tipo cuerpo –
y – tubos, donde la tubería o los tubos sean de 6” NPS y
menores;
3) El espesor mínimo de cuerpos y tapas o tapas de calderas de vapor
sin fuego directo debe ser ¼” , excluyendo cualquier tolerancia para la
corrosión;
4) El espesor mínimo de cuerpos y tapales usados en servicio de aire
comprimido, servicio de vapor y servicio de agua hechos en materiales
listados en UCS-23 , etc. deberá ser 3/32” excluyendo cualquier
tolerancia para la corrosión.
5) No aplica a los tubing de enfriadores de aire e intercambiadores de calor
tipo torres de enfriamiento si todas las siguientes provisiones son
cumplidas:
(a) Los tubing no deberán ser usados para aplicaciones de
servicio letal UW-2(a)
(b) Los tubing deberán estar protegidos por aletas o algún otro
medio mecánico.
(c) El diámetro exterior deberá ser un mínimo de 3/8” y un
máximo de 1 ½”.
(d) El espesor mínimo a ser usado no deberá ser menor que el
calculado por las formulas dadas en UG-27 o Apéndice 1-1 y
en ningún caso menor que el mayor del espesor mínimo
calculado utilizando una presión de diseño de 500 psi a
70° F o 0.022”.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 53
UG-16(c)
La tolerancia por bajo espesor en la fabricación de placas es el menor
valor entre 0.01” o el 6% de el espesor ordenado, lo que sea menor.
UG-16(d)
La tolerancia por bajo espesor en la tubería – Si la tubería o los tubos son
ordenados por su espesor de pared nominal, la tolerancia por bajo
espesor en la fabricación deberá ser tomada en cuenta. Para la mayoría de
la tubería la tolerancia por bajo espesor es del 12 ½%.
UG-16(e)
La tolerancia de corrosión en las Formulas de Diseño – Los valores en las
ecuaciones están dimensionados en la condición corroída.
UG-19 FABRICACIONES ESPECIALES
UG- 19(a) Unidades Combinadas
Cuando una unidad clasificada como Recipiente a Presión consiste de mas de una
cámara sometida a presión independiente, operando a la misma o a diferentes presiones
y temperaturas, cada una de estas cámaras sometidas a presión, deberá ser diseñada y
construida tomando en cuenta la condición más severa de presión y temperatura
coincidente esperada durante la operación normal para el tipo de servicio
predeterminado.
Nota: Únicamente las partes las cuales caen dentro del alcance de Sección VIII Div. 1,
deberán se fabricadas cumpliendo con los requerimientos de esta división.
UG-19(b) Formas Especiales
Otros recipientes que no tengan la forma cilíndrica o esférica, y aquellos para los
cuales no existan reglas de Diseño en esta división, pueden ser diseñadas bajo las
condiciones establecidas en U-2.
Cuando no sean dadas reglas de diseño en esta division, y la resistencia de un recipiente
a presión o parte a presión no pueda ser calculada con un aseguramiento satisfactorio de
precisión, la presión de trabajo máximo permisible del recipiente terminado deberá ser
determinado de acuerdo a lo establecido en UG-101.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 54
UG-20 TEMPERATURA DE DISEÑO
UG-20(a) Temperatura Máxima
Excepto como es requerido en UW-2(d)(3), la temperatura máxima usada en el diseño
no deberá ser menor que la temperatura del metal promedio ( a través del espesor)
esperado bajo condiciones de operación para la parte considerada. En caso de ser
necesario, la temperatura del metal deberá ser determinada por calculo o por medición
del equipo en servicio bajo condiciones de operación equivalentes.
UG-20(b) Temperatura Mínima
La temperatura mínima del metal a ser usado en el diseño, deberá ser la mas baja
esperada en servicio excepto cuando temperaturas mas bajas son permitidas por las
reglas de esta División. ( Ver UCS-66 y UCS-160 ).
UG-23 VALORES DE ESFUERZO MÁXIMO PERMISIBLE
UG-23(a)
Los valores de esfuerzo máximo permisible en tensión deberán ser tomados
de las tablas apropiadas en la Sección II Parte D, (p. ej, Tabla 1 A o Tabla
1 B) a la temperatura que se espera sea mantenida en el metal bajo las
condiciones de carga en consideración.
UG-23(b)
El esfuerzo máximo permisible longitudinal a compresión deberá ser el
menor de:
1) el valor de esfuerzo máximo permisible en tensión, o
2) el valor del factor B como se determina en UG-23(b)(2)
UG-23(c)
El máximo esfuerzo general primario de membrana causado por la
aplicación simultanea de las cargas de UG-22 deberá estar limitado a los
valores de esfuerzo máximo admisible de la Sección II Parte D. Para las
cargas que producen esfuerzos de flexión, el máximo esfuerzo de
membrana primario mas el esfuerzo de flexión primario a través del
espesor no deberá exceder 1 ½ veces el valor del máximo esfuerzo
admisible de las Tablas de la Sección II Parte D.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 55
UG-23(d)
Para la combinación de cargas por terremoto o viento con otra de las
cargas de UG-22, el esfuerzo general de membrana primario no deberá
exceder 1.2 veces el máximo esfuerzo admisible permitido en UG-23(a),
(b), (c).
ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL VERSUS ESFUERZO LONGITUDINAL
Para un cuerpo cilíndrico de pared – delgada, sin costura, el esfuerzo
circunferencial será aproximadamente el doble del esfuerzo longitudinal.
En la mayoría de casos, las formulas para el espesor requerido basadas en
los esfuerzos circunferenciales de UG-27 gobernaran sobre las formulas
para el espesor requerido basadas en los esfuerzos longitudinales. Existen,
sin embargo, unos pocos casos en los cuales esta regla general no se
mantiene (p. ej. los recipientes verticales muy altos bajo cargas de viento y
terremoto, o los recipientes horizontales muy largos soportables en
silletas).
Se debe notar que si existen juntas longitudinales y circunferenciales en un
cuerpo cilíndrico, las formulas de UG-27 que están basadas en el esfuerzo
longitudinal gorbernaran únicamente cuando la eficiencia de la junta
circunferencial sea menor que la mitad de la eficiencia de la junta
longitudinal, o cuando el efecto de las cargas suplementarias (UG-22)
cause flexión longitudinal o tensión en conjunto con la presión interna
que se esta investigando.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 56
Formulas Para Cuerpos Bajo Presión Interna
Cuerpos Cilíndricos
UG-27 Esfuerzo Circunferencial (Juntas Longitudinales)
En términos del radio interior (t< R/2) P < 0.385SE)
PR SEt
t = or P =
SE - 0.6P R + 0.6t
En términos del radio exterior (t < R/2 o P < 0.385SE)
t = PR0 or P = SEt
SE + 0.4P R0 - 0.4t
Esfuerzo Longitudinal (Juntas Circunferenciales)
En términos del radio exterior (t < R/2 o P < 1.25SE)
t = PR or P = 2SEt
2SE – 0.4P R - 0.4t
o
Cuando se rebasa esta
condición los equipos
serán considerados
como recipientes de
pared gruesa.
UG-27 (c)(1)
1-1(a)(1)
UG-27 (c)(2)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 57
UG-31 Cuerpos Hechos a Partir de Tubería.
UG-31 permite la fabricación de cuerpos a partir de tubería. Este
simplemente establece que la formula en UG-27 deberá ser usada para
calcular el espesor. Mucho cuidado debe ser tenido en cuenta en las
comunicaciones entre el diseñador y el comprador cuando se ordene
tubería tal como el SA-53-B. Este material puede venir en dos formas sin
costura(seamless) y con costura (ERW), y por lo tanto, tiene dos valores de
esfuerzo
diferentes.
Cuerpos Esféricos
En términos del radio interior:
t = PR o P = 2SEt
2SE – 0.2P R + 0.2t
En término del radio exterior:
t = PR0 or P = 2SEt
2SE + 0.8P R0 - 0.8t
UG-27 (d)
1-1(a)(2)
Nomenclatura
t – Espesor mínimo requerido del cuerpo, pulgadas.
P – Presión del Diseño Interna, psi.
R = R1 – Radio interior
R0 – Radio exterior
S – Valor del máximo esfuerzo admisible, psi (ver los valores de esfuerzo en la tabla
aplicable en la Subsección C)
E – Eficiencia de la junta, o la eficiencia de, junta apropiada en un cuerpo cilíndrico o
esférico, o la eficiencia de ligamentos entre aberturas, el que sea menor.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 58
Efecto de la Carga Estática del Fluido en la Presión de Diseño del Recipiente
- UG-22 Carga
- La consideración principal en recipientes verticales altos o de baja presión
de diseño
- La presión debida a la carga estática del fluido se combinan con la presión
interna.
- Si la carga estática del fluido existe durante la prueba hidrostática
únicamente,
Algunas opciones se deben considerar:
1) probar el recipiente en posición horizontal para minimizar la
carga estática.
2) reemplace la prueba hidrostática por una prueba neumática
3) revise los esfuerzos adicionales debido a la carga estática
durante la prueba; No existe un limite superior en la presión de
prueba [UG-99(d)], sin embargo si el recipiente es sujeto a
deformación permanente visible, el Inspector tiene el derecho de
rechazar el recipiente.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 59
La presión adicional debida a la carga estática es:
P(f) = H g
Donde:
P(f) = La presión interna adicional debida a la carga estática del
fluido
H = Altura del punto superior de la columna de fluido
g = Densidad del fluido
Ecuaciones para Cuerpos Cilíndricos Gruesos
Apéndice 1 – Formulas de Diseño Suplementarias
En el caso donde t > R/2 o P > 0.385SE
Esfuerzo Circunferencial (Juntas Longitudinales), (1-2)
Donde “P” es conocido y t es deseado:
t = R(Z ½
- 1) = R0
Donde Z =
(Z ½
- 1)
Z ½
SE + P
SE - P
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 60
Z – 1
Z + 1
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 61
P = SE
Donde Z = = =
Ejemplo – Cuerpo Cilíndrico Bajo Presión Interna
Calcule el Espesor Requerido del Cuerpo Para Presión Interna
Parámetros de Diseño:
Presión de Diseño = P = 150 psig
Temperatura de Diseño = T = 800° F
Tolerancia de Corrosión = C = Ninguna
Material del Cuerpo : SA515-70 Placa de Acero al Carbón S = 12,000 PSI
Esfuerzos tomado de la Sección II Parte D, Tabla 1 A para SA515 Gr70 a 800 °F.
Radiografía Total en las Juntas Longitudinales E de la Junta = 1.0 para Juntas Tipo 1.
R + t
R
2
R0
R
2
R 0
R0 - t
2
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 62
Radiografía Total en las Juntas Circunferenciales E de la Junta = 1.0 para Juntas Tipo
1.
TD1= 96 in Diámetro Interior del Cuerpo 1
TD2 = 72 in Diámetro Interior del Cuerpo 2
T = 57 lb / ft3
Densidad del Fluido Contenido
H1 = 50 ft Altura del Cuerpo 1
H2 = 50 ft Altura del Cuerpo 2
HC = 40 in Altura de la Reducción Cónica
Calculando el Espesor Requerido de los Anillos del Cuerpo Debido a la Presión de
Diseño
Cuerpo 1 R = R = 48 in
UG – 27 (c)(2) Espesor requerido basado en los esfuerzos circunferenciales
t = P . R . t = 150 . 48 .
SEC - 0.6 P 12000 . 1.0 – 0.6 . 150
t = 0.605 in
UG – 27(c)(2) Espesor Requerido Basado en los esfuerzos Longitudinales
t = t =
t = 0.299 in
El espesor requerido basado en los esfuerzos longitudinales es
aproximadamente ½ que el requerido por los esfuerzos
circunferenciales
ID1
2
PR
2SEL + 0.4P
150 . 48
2 . 12000 . 1.0 + 0.4 . 150
1D2
2
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 63
Cuerpo 2 R = R = 36 in
UG – 27(c)(1) Espesor basado en los esfuerzos circunferenciales
t = t =
t = 0.453 in
UG – 27(c)(2) Espesor basado en los esfuerzos longitudinales
t =
t = 0.224 in
Repitiendo los Cálculos Incluyendo el Efecto de la Tapa Estática
Cuerpo 1 – Altura del Fluido = 50’
Pf = 19.792 psi
El Espesor requerido basado en los esfuerzos circunferenciales es
PR
SEC - 0.6P
150 . 48
12000 . 1.0 - 0.6 . 150
PR
2SEL + 0.4P
Pf =
H1 . l
In2
ft2
ID
(P + Pf ) . 2
144
=
50 pies X 57 lb
/pie
3
144 pulg2
/pies
2 =
2850
144
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 64
t =
SEC – 0.6P
(150 + 19.8 ) . 48
t =
12000 . 1.0 – 0.6 . (150 + 19.8 )
t = 0.684 in
Cuerpo 2 – Altura del Fluido = 50’ + 40” + 50’
40 . in
H = H1 + H2 +
H = 103.333 ft
l
Pf = H
144 .
Pf = 40.903 psi
t =
SEC – 0.6 . (P + Pf )
(150 + 40.9 ) . 36
t =
12000 . 1.0 – 0.6 . (150 + 40.9 )
t = 0.578 in
12 . in
ft
in2
ft2
ID2
(P + Pf ) . 2
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 65
Resumen de los Espesores Requeridos para los Cuerpos 1 y 2
Esfuerzos Circ.
P = 150 +
Esfuerzos Long.
P = 150 psi Tapa
Estática
P = 150 psi
Cuerpo 1 0.605” 0.684” 0.299”
Cuerpo 2 0.453” 0.578” 0.224”
DISEÑO DE TAPAS
Tipos de Diseños de Tapas
Hemisférica
Elíptica
Torisferica ( Bombeada Esférica, o Bombeada y Rebordeada F & D )
Cónica
Toriconica ( Tapa Cónica con Reborde )
Tapas Planas
Cubiertas Bombeadas Esféricas ( Tapas Atornilladas )
Las Reglas del Código ASME Están Localizadas En
UG-32 y el Apéndice 1-4, Tapas Formadas y Secciones con la Presión en Lado
Cóncavo (Presión Interna). Estas son las tapas formadas no atornilladas tales
como hemisféricas, elípticas, torisfericas, cónicas y toriconícas.
UG-33, Tapas Formadas con la Presión en el Lado Convexo (Presión Externa)
Apéndice 1-5, Tapas Cónicas y Reducciones Bajo Presión Interna, las reglas para
el diseño del refuerzo cuando sea necesario en la unión del cono – al – cilindro.
UG-34, Tapas Planas No-arriostradas y Cubiertas (tapas planas, cubiertas planas,
bridas ciegas, circulares y no-circulares, soldadas, atornilladas, roscadas etc.)
UG – 35, Otros Tipos de Cierres
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 66
Cubiertas Bombeadas Esféricas, Apéndice 1-6
Cierres de Acondicionamiento Rápido, UG-35(b)
UG – 47, Superficies Arriostradas o Placas Planas Arriostradas
t = espesor mínimo requerido de la tapa después del formado
D = diámetro interior del faldón de la tapa; o la longitud
interior del eje mayor de una tapa elíptica; o el diámetro
interior de una tapa cónica en el punto en consideración
medido perpendicular al eje longitudinal.
D0 = diámetro exterior (similar al diámetro interior)
h = la mitad de la longitud del eje menor de una tapa elíptica
L = radio interior de la esfera o de corona para tapas
torisfericas y hemisféricas
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 67
r = radio interior de rebordeo
a = la mitad del ángulo incluido del cono en la línea de centro de la
tapa
Di = diámetro interior de la porción cónica de una tapa
toriconica en su punto de tangencia con el reborde, medido
perpendicular al eje del cono
= D – 2 r(1-cos α)
P = presión de diseño interna
Tapas Elípticas 2:1
El eje menor es la mitad del eje mayor
D
2h
Una aproximación aceptable de las tapas elípticas 2:1 es una con un radio de
rebordeo de 0.17D y un radio de bombeo esférico de 0.90D, [ UG-32(d) ].
El mínimo espesor requerido a la MAWP esta dado en UG-32(d) como
PD 2SEt
t = 2SE – 0.2P o P = D + 0.2t
Otras Tapas Elípticas
Para otras relaciones de ejes mayor y menor de tapas elípticas el
Apéndice 1-4(c) suministra las formulas.
En términos del diámetro interior
PDK 2SEt
t = o P =
2SE – 0.2P KD + 0.2t
Tapa Torisferica
= 2
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 68
Tapa Bombeada y Rebordeada ( F & D )
Tapa F & D Estándar ASME
Tapa F & D Estándar ASME
L = D0 = diámetro exterior del faldón
r = 6%L = 6% del radio interior de la corona
= 6% D0 = diámetro exterior del faldón
Las Formulas para el Espesor y la Presión para este caso son dadas en UG-32(e)
0.885PL SEt
t = o P =
SE – 0.1P 0.885L + 0.1 t
Para materiales que tengan una mínima resistencia a la tensión que
exceda de 80,000 psi las tapas torifericas deberán ser diseñadas
usando un esfuerzo admisible, S, igual a 20,000 psi a temperatura
ambiente y reducido en la proporción de reducción en el máximo
esfuerzo admisible a la temperatura de diseño.
Tapas Torisfericas
Tapas F & D No – Estándar ASME
Las formulas para otras proporciones son suministradas en el Apéndice 1-4(d)
En términos del radio interior
t = o P =
UG-32(j)
Para cualquier tapa no arriostrada el radio interior de la corona deberá
no ser mayor que el diámetro exterior del faldón.
Para una tapa torisferica o (F & D) el radio interior de rebordeo deberá
no ser mayor que el 6% del diámetro exterior del faldón de la tapa pero
en ningún caso menor que 3 veces el espesor de la tapa
PLM
2SE – 0.2P
2SEt
LM + 0.2t
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 69
L Máximo = D.E. del faldón, i.e. Do
R Mínimo = 6% del D:E: del faldón, i.e. Do
Pero en ningún caso menor que 3 veces el
espesor de la tapa.
Él limite máximo de L coloca un limite en la planitud de la tapa. Un
mayor L acerca la tapa a una placa plana.
Él limite mínimo de r controla la curvatura. Una menor curvatura hace el
cambio más abrupto. Un mayor r implica un cambio más gradual
Transición Cónica UG-32(1)
Todas las tapas formadas, mas gruesas que el cuerpo, las cuales vayan a
ser soldadas a tope, deberán tener una longitud de faldón para cumplir
con los requisitos de la Figura UW-13.1 esto suministra una transición 3:1
y una tolerancia para el desalineamiento de la línea de centro.
Todas las tapas formadas, con un espesor igual o menor que el espesor
del cuerpo, al cual se van a ser soldadas a tope, no necesitan tener un
faldón integral. Cuando un faldón es suministrado, su espesor deberá ser
al menos igual al requerido para un cuerpo sin costura del mismo
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 70
diámetro. En otras palabras la porción del faldón para este caso es
tratada como un cuerpo sin costura.
REQUISITOS DE ESPESOR UG – 32(a) Y UG – 32(b)
Para las tapas formadas (elípticas, torisfericas, hemisféricas y
toriconicas) después del formado, el espesor requerido es el espesor en el
punto mas delgado después del formado. Es una costumbre el usar una
placa mas gruesa para prevenir el posible adelgazamiento durante el
proceso de formado (ver pie de nota 18).
El espesor de una tapa no arriostrada elíptica o torisferica no debera
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 71
en ningún caso ser menor que el espesor requerido de una tapa
hemisférica sin costura dividido por la eficiencia de la junta de la tapa al
cuerpo.
Tapa Hemisférica UG-32(f)
Cuando el espesor de una tapa hemisférica no exceda 0.356L o P no
exceda 0.665SE.
t = o P =
Para cuerpos esféricos gruesos vea las formulas en el Apéndice 1-3.
Un cuerpo hemisférico delgado en términos del material es el mas eficiente
o el componente mas delgado que pueda ser diseñado para presión
interna. Este utiliza el material en la total extensión ya que ambos el
esfuerzo longitudinal y el esfuerzo circunferencial son iguales. También,
típicamente el espesor de la tapa hemisférica es aproximadamente igual
a la mitad del espesor de un cuerpo cilíndrico.
Ejemplos de Tapas
A) Descripción: Una tapa F & D estándar ASME con un radio
interior de la corona igual al diámetro exterior del
faldón y un radio interior de rebordeado igual al
6% del radio de la corona
De UG-32(e)
t =
P = presión de diseño (psi) = 150 psi
L = radio interior de la corona (pulg.) = 72 pulg.
S = esfuerzo admisible (psi) = 12 ksi para SA-515 Gr70 @ 800°F
E = eficiencia menor de cualquier junta en la tapa = 1.0
PL
2SE – 0.2P
2SEt
LM + 0.2t
0.885PL
SE – 0.1P
0.885(150)(72)
(12000)(1.0) – 0.1(150)
= 0.798 “
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 72
t =
B) Descripción: Una tapa F & D 80/10. En otras palabras una
tapa torisferica que tiene un radio de corona
interior del 80% del D.E. del faldón y un radio
interior de rebordeado del 10% del D.E. del faldón
Del Apéndice 1-4
t =
M = factor para las tapas torisfericas el cual depende de la
proporción geométrica de la tapa L/r, donde r es el radio
interior del rebordeado.
Los otros parámetros están definidos arriba.
L 72(80%) 57.6
r 72(10%) 7.2
M = 1.46 de la Tabla 1-4.2 o la ecuación.
(150)(57.6)(1.46)
2(12000)(1.0)-0.2(150)
D) Descripción: Una Tapa Elíptica 2 : 1
De UG-32(d)
PLM
2SE – 0.2P
= = = 8
= 0.527 “t =
PD
2SE – 0.2P
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 73
t =
(150)(72)
2(12000)(1.0)-0.2(150)
E) Descripción : Tapa Hemisférica.
De UG-32(f)
t =
(150)(72/2)
2(12000)(1.0)-0.2(150)
F) Descripción : Una Tapa elíptica 2:1 aproximada como una
Tapa F & D con L = 0.9D y r = 0.17D
De UG-32(d) y el Apéndice 1-4 (d)
L = 0.90D = 0.90(72) = 64.8
r = 0.17D = 0.17(72) = 12.24
L 64.8
r 12.24
1
4
= 0.450 “
t =
PL
2SE – 0.2P
= 0.225 “
t =
= = 5.29
L
r√3 +M = =
√
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 74
1
4
t =
(150)(64.8)(1.33)
2(12000)(1.0)-0.2(150)
Se debe notar que en los cálculos de arriba por simplicidad el diámetro exterior del
faldón se tomo como igual al diámetro interior en la definición del radio de la corona y
el radio de rebordeo. La diferencia es despreciable debido a que un componente
delgado es comparación con el diámetro.
Una comparación de los espesores requeridos para los diferentes diseños de tapas y un
cuerpo cilíndrico son mostrados abajo.
Tapas Cónicas
= 1.33M = 3 + 5.29
PLM
2SE – 0.2P
= 0.539t =
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 75
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 76
La tapa cónica es similar al cuerpo cilíndrico y es analizada expresando
el radio de curvatura tangencial en términos del radio, p.ej. R1 = R/cos α
Alfa, α, es la mitad del ángulo incluido del cono.
Formulas del Cono
La ecuación de equilibrio de la tapa cónica, para los esfuerzos
Tangenciales ( similares a la dirección circunferencial )
PR
t cos α
La formula del Código en UG-32(g) para las tapas cónicas
PD
SE – 0.6P =
2t cos α
La formula del Código en UG-27 para los cuerpos cilíndricos
PR PD
SE –0.6P = =
t 2t
Las similitudes entre las formulas para los cuerpos cilíndricos y las
Tapas cónicas son obvias.
La Unión Cono – A – Cilindro
El diagrama de fuerzas en la unión del cono al cilindro muestra el esfuerzo
circunferencial de compresión en la unión debido a la geometría o a la
σt =
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 77
dirección de la presión aplicada. Además existen unas restricciones de
compatibilidad
A mayor ángulo mayor es la fuerza. El Código relaciona esta fuerza
interna por la limitación del ángulo a 30° y reforzando la unión de
acuerdo al Apéndice 1-5. para ángulos mayores de 30° un análisis de la
discontinuidad puede ser realizado de acuerdo a 1-5(g).
Formulas para el Cono y las Reducciones Cónicas – UG-32(g)
Un eje común de los elementos del recipiente, p.ej. alineamiento de la línea
de centros
No existe rebordeos en la unión
La mitad del ángulo incluido, α, es menor o igual a 30°
PD 2Setcosα
t = or P =
2cosα (SE-0.6P) D + 1.2tcosα
La Mitad del Angulo Incluido Mayor De 30 Grados UG-32(h)
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 78
Una tapa toriconica puede ser usada en vez de una tapa cónica
cuando la mitad del ángulo incluido es mayor de 30 grados. El espesor del
rebordeo es determinado usando las formulas para una tapa torisferica
en la cual el radio de la corona, L, es definido como
Di
2cosα
Donde Di = diámetro interior en el punto de tangencia del reborde
Di = D –2r(1-cos α )
Alternativamente, una reducción cónica con α >30° sin reborde puede ser
usada sin un análisis de la discontinuidad es realizado satisfaciendo los
requisitos de 1-5(g), [ Refiérase a UG-32(g) Y UG-32(h) ]
Rigidizadores de la Reducción Cónica.
Un anillo rigidizador deberá ser suministrado cuando sea requerido por
las reglas de 1-5(d) y (e), [ vea UG-32(g)]
El esfuerzo no es requerido cuando el ángulo calculado D > α. Los valores
de D están tabulados en 1-5. De otra manera el refuerzo es requerido. El
Apéndice 1-5 da las ecuaciones para calcular el área requerida para el
L =
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 79
anillo de refuerzo. Además el Código de la localización y distancia del
anillo desde la unión.
Secciones Cónicas Oblicuas UG-36(g)
El mayor medio ángulo incluido puede ser usado en las formulas de diseño.
Ejemplo de Reducción Cónica
Parámetros de Diseño
Todas las secciones del recipiente tienen un eje común
No se asumen transiciones con rebordeos
La mitad del ángulo incluido es menor de 30 grados
Presión de Diseño = 150 psi
Temperatura de Diseño = 800°F
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 80
Sin tolerancia de corrosión
Se asume radiografía total
No hay restricciones de servicio
Material = SA 515 Gr. 70 (placa de acero al carbón)
Diámetro en el final grande = 96 pulgadas D.L.
Diámetro en el final pequeño = 72 pulgadas D.L.
De la geometría la mitad del ángulo incluido es
96 – 72
2
tan (α ) =
40
Luego α = 17 grados
El espesor para la reducción cónica es determinado usando las formulas de
UG-32(g)
PD
t =
2cosα (SE-0.6P)
(150)(96)
2cos(17)(12000(1.0) - 0.6(150))
Ejemplo de Diseño de
Secciones Reducidas Cónicas
Requisitos de Anillos de Refuerzo (1-5)
I. Determine P/SsE1, luego de la Tabla 1 –5.1 encuentre Δ
= 0.632 ”t =
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 81
1. Final grande:
P 150
= = 0.0125
SsE1 12000(1.0)
donde:
Ss = esfuerzo admisible del cuerpo
E1 = eficiencia de la junta longitudinal en el cono / cilindro
De la Tabla 1-5.1;
Desde que
P
SsE1
D = 30° un anillo de compresión no es requerido desde que
30° > 17°
2. Final pequeño
P 150
= = 0.0125
SsE1 12000(1.0)
Interpolando en la Tabla 1-5.2:
P/ SsE1 Δ
0.010 9.0
0.0125 Δ1
0.020 12.5
Δ1 = 9.875°
= 0.0125 > 0.009
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 82
Desde que Δ1 = 9.875° y es menor que 17°, un anillo de refuerzo es requerido
Determine k :
y
k = , Pero k no puede ser menor de 1.0
S R ER
Cuando el anillo de refuerzo esta en el cuerpo
y = SsEs
12000(30E6)
k = = 1.0
12000(30E6)
II. Determine el área de la Sección del anillo de refuerzo para el final
pequeño
kQsRs
Ars = tan α
SsE1
Donde Qs = la suma algebraica de
PRs lb
and f2
2 in
f2 = carga axial en el final pequeño debida al viento, peso
muerto, etc., excluyendo la presión, lb/in.
f2 = 0.0
Δ
1 -
α
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 83
150(36) lb
Qs = = 2700
2 in
(1.0)(2700)(36)
Ars = tan(17)
12000(1.0)
Ars = 8.1(0.42)(0.31) = 1.05 in2
Cuando el espesor, menos la tolerancia de corrosión, de la reducción y/o
el cilindro excede el requerido por la formula de diseño aplicable, el
exceso de espesor puede ser considerado para contribuir al anillo de
refuerzo requerido de acuerdo con la siguiente formula.
( tc - tr )
Aes = 0.78 Rs ts = ( ts – t ) +
cos α
En nuestro ejemplo, el anillo de refuerzo tiene que estar localizado dentro
de una distancia de ( Rs ts) ½
(final pequeño) desde la unión de la
reducción y el cilindro pequeño.
El centroide ( para un material homogéneo este es el centro de gravedad)
De el área agregada deberá estar dentro de una distancia de
0.25 (Rs ts) ½
(final pequeño).
Tapas Planas UG-34
Tapas planas no arriostradas, cubiertas, bridas ciegas
9.875
1 –
17
√
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 84
Placas y cubiertas circulares y no circulares
Soldadas y atornilladas
Las formulas son derivadas de la teoría elástica de placas con pequeñas
deflexión. La condición del borde o el efecto del borde es tenida en cuenta
para determinar el factor – C
Para placas soldadas únicamente, el factor – C incluye un factor de 0.667 el
cual efectivamente incrementa el esfuerzo admisible a 1.5S (p.ej. Flexión).
Para placas atornilladas, la preocupación es la deformación y un esfuerzo
admisible mas pequeño disminuye la posibilidad de fuga.
Ecuaciones para Placas Planas
Placas soldadas circulares no arriostradas
CP
SE
Placas circulares atornilladas
CP 1.9WhG
t = d +
SE SEd3
Placas soldadas no circulares no arriostradas rectangulares, elípticas,
oblongadas o segmentadas.
ZCP
t = d
SE
√t = d
√
√
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 85
Donde Z = 3.4 - 2.4 < 2.5 ( Z : Factor de Forma)
Placas atornilladas no circulares no arriostradas cuadradas,
rectangulares, elípticas, oblongadas o segmentadas
ZPC 6WhG
t = d +
SE SELd3
Definición de los Símbolos
d = diámetro o el lado corto, medido como se indica en la Figura
UG-34
C = un factor que tiene en cuenta el método de fijación. Este también
incluye un incremento en el esfuerzo admisible por flexión a 1.5S
para placas soldadas únicamente.
P = presión de diseño
S = esfuerzo máximo admisible, de las tablas de esfuerzo
E = eficiencia de la junta, de la Tabla UW-12, para cualquier
soldadura categoría A como se define en UW-3(a)(1).
Z = un factor para tapas no circulares.
d/ D
√
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 86
W = carga total de los tornillos como se determina por el Apéndice 2
hg = brazo del momento de empaque.
L = perímetro de una tapa no circular atornillada medido a lo largo de
la línea de centro de los huecos para tornillos
Tipos de Tapas Planas
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 87
Teoría Elástica de Placas
Placas circulares simplemente soportadas bajo presión uniforme
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 88
σ = 0.309 P (d/t)2
Placas circulares fijas bajo presión uniforme
σ = 0.188 P (d/t)2
El factor –C representa el efecto de la condición del borde en el máximo
esfuerzo. (Nota: El máximo esfuerzo no necesariamente ocurre en la
misma localización, tal como en el centro para una placa simplemente
soportada).
C = 0.309 Teórico para placas simplemente soportadas
C = 0.188 Teórico para placas fijas
Para placas soldadas un incremento en el esfuerzo admisible en flexión es
permitido hasta 1.5S.
C = 0.309 / 1.5 = 0.205 placas simplemente soportada
C = 0.188 / 1.5 = 0.125 placa fija
Para cubiertas atornilladas el limite del esfuerzo es 1.0 S
C = 0.308 placa simplemente soportada
C = 0.3 valor del ASME Fig. UG-34 (j), (k) (p.ej. simplemente
soportada)
Los otros valores de C en UG-34 representan las otras condiciones del
borde, la rigidez relativa pf de la placa y el cuerpo o el d efectivo de la
placa.
Detalles de las Soldaduras en Juntas de Esquina UW-13(e)
Figura UW-13.2, Típico para Tapas Planas No Arriostradas
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 89
Estos son algunas soldaduras típicas de fijación de placas a cuerpos permitidas
para formar una junta de esquina. Estas también incluyen los requisitos de tamaño de
las soldaduras.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 90
Juntas de Esquina No-Permitidas
Una característica común de estas soldaduras de fijación es que estas no
están capacitadas para suministrar una resistencia significante al
momento. Esto es importante desde que para las placas el método de
transferencia de la carga primaria es la flexión.
Ejemplo del Diseño
De Tapa Plana Soldada No Arriostada
Parámetros de Diseño :
Presión de Diseño = 150 psi
Temperatura de Diseño = 800°F
Tolerancia de Corrosión = Ninguna
Material = SA515-70, S = 12 ksi
Espesor del cuerpo= 3/4”
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 91
D.I, del cuerpo = 96 in
Radiografía total efectuada en el recipiente
Sin Restricciones de Servicio
Cubierta circular y sin costuras
Tapa Plana pegada al cuerpo según la Fig. UG-34 (f)
Donde C = .33m > .20
t = d CP/SE
m = tr/ ts = Espesor requerido del cuerpo sin costura / Espesor actual del cuerpo menos la C.A.
tr = = = 0.61 ’’
∴ m = = 0.813
C = 0.33(0.813) = 0.268 > 0.20
.268(150)
12000(1.0)
Bridas ANSI B16.5
Las bridas ciegas circulares de materiales ferrosos de acuerdo con el ANSI B 16.5 y
UG-11(a)(2) deberán ser Aceptables para los diámetros y para el rateo de presión-
temperatura de la Tabla 2 del ANSI B 16.5 con los tipos de fijación mostrados en la
Fig. UG-34 esquemas ( j ) y ( k )
√
PR
SE - 0.6P
(150)(96 / 2)
12000(1.0) – 0.6(150)
0.61
0.75
t = 96 = 56√
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 92
SUPERFICIES ARRIOSTRADAS
UG-47 – Superficies arriostradas
t = p
donde : p = el paso máximo entre cualquier conjunto de riostras
P = presión de diseño
S = esfuerzo máximo admisible (Sección II, Parte D)
C = un factor que afecta el factor de seguridad relacionando el
método de fijación entre la riostra y la placa plana Rango de 3.2 > C > 2.1
UG-31(i)
Si una tapa elíptica, torisferica, hemisférica, cónica o toriconica es de un espesor menor
que el requerido por UG- 32, este deberá ser tratado como una superficie plana
arriostrada de acuerdo a UG-47
DISEÑO A PRESIÓN EXTERNA (UG-28)
Teoría detrás de la Presión Externa Reglas del Subpart 3 de la Sección II Parte
“D”
Pandeo Analogía A Una Columna
Un cuerpo cilíndrico delgado es análogo a una columna.
P
SC
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 93
Una columna puede ser simplemente definida como un miembro que falla en
compresión por pandeo, o se colapsa.
El esfuerzo que acompaña la falla por pandeo es siempre menor que el que se requiere
para fallar directamente por compresión
Una columna en tensión podría llevar una carga mayor que la misma columna en
compresión; un cuerpo cilíndrico delgado bajo presión interna podría llevar una mayor
carga que el mismo cuerpo bajo presión externa.
Resistencia al Pandeo
La resistencia de un recipiente bajo presión externa depende de su longitud, diámetro,
espesor y las propiedades mecánicas del material.
La presencia de irregularidades en una columna bajo compresión puede reducir
notoriamente su resistencia pero tienen un efecto menor sobre la misma columna bajo
tensión; comparativamente, las irregularidades en un cilindro delgado bajo presión
externa reducirán notoriamente su resistencia pero tendrán un efecto pequeño en el
mismo cuerpo bajo presión interna.
Relación Entre la Geometría del Recipiente y la Resistencia del Recipiente
1.- La presión colapsante independientemente de la longitud (L/Do); depende
únicamente de (Do/T):
a) Recipientes muy largos donde las cargas están demasiado aparte para ejercer
influencia en el centro del recipiente
b) Recipientes muy cortos donde las tapas están demasiado cerca tal que ellas previenen
el colapso del recipiente bajo presión externa hasta que la fluencia es alcanzada.
2.- La presión colapsante depende de la longitud (L/Do), como también de (Do/T).
a) Recipientes más cortos que una cierta longitud critica.
Tipos de Formulas
Las formulas para el diseño de recipientes bajo presión externa pueden
ser divididas en tres tipos generales:
1) Formulas de esfuerzo, o cedencia para recipientes cortos
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 94
2) Formulas de inestabilidad conteniendo ambos términos L/Do y
Do/T para recipientes de longitud intermedia
3) Formulas de inestabilidad conteniendo únicamente Do/T para }
recipientes largos.
Factores de Seguridad
El criterio de diseño de la Sección VIII División 1 para fijar los esfuerzos admisibles
para presión externa para cuerpos cilíndricos, se encuentra en el Apéndice Q y es: El
mas bajo de los siguientes
1) El 33% del esfuerzo critico de pandeo con un factor de 80%
por tolerancia.
2) El 33% de la mínima resistencia a la cedencia y la resistencia
a la cedencia a la temperatura.
3) El 66% del esfuerzo promedio para producir fluencia lenta a
una relacion de 0.01% / 1000 horas (1% / 100,000 horas)
4) El 100% del esfuerzo admisible en tensión.
Selecciona el valor menor de los cuatro criterios de arriba.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 95
Ejemplo de Diseño. Espesor de una Tapa Formada Bajo Presión externa
Ejemplo de Diseño. Espesor de un Cuerpo Cilíndrico Bajo Presión externa
XX – CARTA GEOMÉTRICA – 1
XX – CARTA GEOMÉTRICA – 2
XX – CURVA DE REFERENCIA DEL MATERIAL
XX – GRAFICA DE PRESION EXTERNA
15 PSI = Full Vacuum = Vacío Total
4B
3 (Do/t)
ESPESOR DEL CUELLO DE LAS BOQUILLAS
UG-45 Espesor del Cuello de las Boquillas de Servicio (No incluye Registro-
Hombre o Mano-Hombre)
El espesor del cuello de las boquillas esta basado en:
1) El espesor requerido por las cargas de UG-22 (p.ej. presión interna y
externa, cargas externas)
2) El espesor del cuello de la boquilla con relación al espesor del cuerpo o
tapa a la cual la boquilla va fijada.
3) El espesor minimo de una tubería con una pared estándar
Cuando una tolerancia por corrosión es especificada, y UG-45(b)(4) controla el
espesor del cuello de la boquilla, una tubería con un espesor mayor que el estándar
tiene que ser usada.
Pa = B = Valor máximo de esfuerzo a
compresión admisible.
ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 96
UG-45(a) pertenence a las aberturas de acceso y aberturas para inspección; el espesor
es el calculado por las cargas de UG-22 únicamente.
Ejemplo de Calculo del Espesor del Cuello de la Boquilla
DADO :
Presión Interna = 35 psi
D.E. Cuerpo = 96 pulg.
Material del Cuerpo & Boquilla = SA-516-60, S = 20 ksi
Espesor Nominal del Cuerpo = 1.0 pulg.
Diámetro de la Boquilla = 14 pulg.
Tolerancia de Corrosión = Ninguna
UG-45(a) espesor calculado por las cargas de UG-22 + CA
PR0 35(7)
SE + 0.4P 20000(1.) + 0.4(35)
UG-45(b)(1) el espesor requerido para el cuerpo bajo presión interna + CA
PR0 3.5 (48)
SE + 0.4P 20000(1.) + 0.4(35)
UG-45(b)(4) mínimo espesor de la tubería de pared estándar + CA
Para 14” NPS Estándar, t = .875(.375) = 0.328 pulg.
El espesor de la boquilla requerido es el mayor de:
1. 0.016 pulg.
2. el mas pequeño de :
a) .112 pulg. < - Controla
tr n = =
= 0.016 ”
t r = = = 0.112”
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  • 1. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 1
  • 2. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 2 PROLOGO Lamentablemente en México no se ha logrado establecer una vinculación eficiente entre el sector industrial y el sector académico; esto es debido a las diferentes interacciones, protocolos y tratos del sector industrial al académico y viceversa; si esto se llegara a superar, los egresados y pasantes de ingeniería tendrían más herramientas para resolver los problemas que necesitan solucionar las industrias en la cual se sustenta el desarrollo social mediante actividades de colaboración entre el gobierno, las instituciones académicas y la industria, sería favorable en el desempeño económico de México si hubiera un desarrollo considerable de actividades de vinculación entre los sectores académico e industrial; bajo esa premisa el presente trabajo trata de explicar las normas vigentes de la aplicación a la ingeniería de una de las asociaciones mas prestigiosas de Ingeniería Mecánica que rige el diseño mecánica estructural, específicamente me refiero al código ASME Sección VIII División 1. Este trabajo está dirigido principalmente dirigido a inspectores de control de calidad, personal de ingeniería, supervisores de montaje, inspectores de soldadura, personal de ensayos no destructivos, inspectores de obra y de contrato, de empresas que realizan el diseño, la fabricación y montaje, mantenimiento y operación de equipos bajo presión; así mismo a los estudiantes de los últimos semestres de Ingeniera, a fin de brindarles las herramientas de aplicación de los diversos temas que dicta el código ASME Sección VIII división 1; se ha tratado de relacionar al máximo de manera explícita las experiencias obtenidas en talleres y obras, direccionadas a la aplicación que se da a los estudiantes dentro del aula de clases; también espero brindar a los profesionales vinculados al ramo de las refinerías plantas de procesos una actualización y una familiarización con el uso y aplicación del Código ASME SECCIÓN VIII división 1. Debido a que el Código ASME SECCIÓN VIII es bastante extenso, en este trabajo no se encuentra toda la información del referida al código, será necesario consultar el segundo tomo donde abarca análisis de silletas, accesorios y muchos ejemplos y ejercicios de aplicación.
  • 3. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 3 CODIGO ASME SECCION VIII DIV. 1 TEMARIO 1.-BREVE HISTORIA DEL NACIMIENTO DEL CODIGO ASME. 2.- SISTEMA ASME 2.1.- ¿Quiénes lo integran? 2.2.- ¿Cómo es desarrollado? 2.3.- Organización de los Comités de revisión de los Códigos y Normas ASME. 2.4.- Códigos del ASME actualmente en existencia. 2.5.- Adendas. 2.6.- Interpretaciones. 2.7.- Casos Código. 2.8.- Como se deben leer los Códigos ASME. 3.- QUE SON LOS RECIPIENTES A PRESIÓN. 3.1.- Definición 3.2.- Clasificación 3.3.- Componentes Principales. 4.- CONTENIDO DEL CODIGO ASME SECCION VIII DIV. 1 4.1.- Subsección A. 4.2.- Subsección B. 4.3.- Subsección C. 4.4.- Apéndices Mandatorios. 4.5.- Apéndices No Mandatorios. 5.- REQUERIMIENTOS DE ASME SECCION VIII DIV. 1. 5.1.- Sistema De Control de Calidad. 5.2.- Diseño. 5.3.- Materiales. 5.4.- Fabricación. 5.5.- Tratamiento Térmico. 5.6.- Pruebas No Destructivas. 5.7.- Pruebas Finales de Validación. 5.8.- Certificación del Producto. 5.9.- Envio de Reportes de Datos al National Board.
  • 4. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 4 1.- BREVE HISTORIA DEL NACIMIENTO DE LOS CODIGOS ASME El Código para Calderas y Recipientes a Presión emitido por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos ( ASME ), se origina de la necesidad de proteger a la sociedad de las continuas explosiones de calderas que se tuvieron antes de reglamentar su diseño y fabricación. Fue el país de Inglaterra uno de los primeros países que sintió esta necesidad después de explotar una caldera en 1915, causando un gran desastre al tener perdida de vidas humanas primordialmente y perdidas materiales. La investigación de las causas que provocaron la explosión estableció que las principales causas del desastre fueron: Métodos de Fabricación inapropiados, Materiales inadecuados y Aumento gradual y excesivo de la Presión a la cual se estaba operando. En los Estados Unidos de Norteamérica las personas dedicadas a la fabricación de calderas, se agruparon en una asociación en 1889. Esta asociación nombra un comité al que se le asigno preparar reglas y especificaciones las cuales deberían ser seguidas por los diferentes talleres que fabricaran calderas. Después de haber realizado sus análisis ,estudios y pruebas, este comité presento un informe en el cual cubrían temas tales como especificaciones de materiales, armado por medio de remaches, factores de seguridad, tipos de tapas y bridas, así como reglas para la prueba hidrostática. Sin embargo, no obstante los dos intentos anteriores para evitar las explosiones de calderas, estas seguían sucediendo. A principios del Siglo XX, tan solo en los Estados Unidos de Nortéamerica, ocurrieron entre 300 y 400 explosiones con sus consecuentes tremendas perdidas de vidas y propiedades. Llego a ser costumbre que la autorización para usar una caldera la diera el cuerpo de Bomberos. Hasta la primera década del Siglo XX, las explosiones de calderas habían sido catalogadas como “ Actos de Dios ’’. Se hacia pues necesaria la existencia de un Código Legal sobre Calderas. El 10 de Marzo de 1905, ocurrió la explosión de una caldera de una fabrica de zapatos en Cracktown Massachussets, matando a 58 personas e hiriendo a otras 117.Teniendo también grandes perdidas materiales. Este catastrófico accidente motivo por imperiosa necesidad que los legisladores del estado de Massachussets se dieran a la tarea de legislar sobre la construcción de calderas que garantizaran la vida de la ciudadanía. Después de muchos debates y discusiones publicas, el estado promulgo en 1907, el Primer Código Legal de un Reglamento para la Construcción de Calderas de Vapor. En 1908, el estado de Ohio aprobó un reglamento similar.
  • 5. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 5 Otros estados de la Unión Americana que habían padecido explosiones similares, se dieron cuenta de que estas podían ser evitadas mediante un buen diseño y fabricación adecuados por lo que también se dieron a la tarea de formular reglamentos para este propósito. Lo anterior ocasiono un verdadero caos para los fabricantes de calderas ya que los reglamentos de cada estado o aun más, de cada ciudad, diferían de un estado o ciudad a otra y a menudo estaban en desacuerdo teniendo como consecuencia dificultad para fabricar un equipo con el reglamento de un estado que pudiera ser aceptado por otro. Debido a esta falta de uniformidad los fabricantes de calderas apelaron en 1911 ante el Concilio de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos para corregir esta situación. Este ultimo respondió nombrando un comité para que formulara especificaciones uniformes para la construcción de Calderas de Vapor y otros Recipientes a Presión especificados para su cuidado durante el servicio. El comité estaba formado por siete miembros, todos ellos de un reconocido prestigio dentro de sus respectivos campos, estos fueron:  Un Ingeniero de Seguro de Calderas.  Un fabricante de Materiales.  Dos fabricantes de Calderas.  Dos profesores de Ingeniería.  Un Ingeniero Consultor. Este comité fue asesorado por otro comité formado por 18 miembros en calidad de consejero, que representaban varias fases de Diseño, Construcción, Instalación y Operación de Calderas. El Comité inicia su trabajo tomando como base los reglamentos de Massachussets, Ohio y otros datos de utilidad con los cuales emitió un informe preliminar el cual fue presentado en 1913. Se hicieron 2,000 copias del informe las cuales fueron enviadas a los Profesores de Ingeniería Mecánica, a los Departamentos de Inspección de Calderas de Estados y Ciudades, a los Fabricantes de Calderas, a Editores de revistas de Ingeniería y a todos los interesados en la Construcción y Operación de Calderas, con el propósito de obtener de parte de cada uno de ellos retroalimentación de experiencias y comentarios. Después de tres años de innumerables reuniones y audiencias publicas fue adoptado en la primavera de 1915 el primer Código ASME, el cual fue denominado “Reglas para la Construcción de Calderas Estacionarias y para las presiones permisibles de trabajo” conocido como la Edición 1914. Desde entonces el Código ha sufrido
  • 6. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 6 muchos cambios y se han emitido otros códigos de acuerdo a las necesidades contractuales. Los códigos han sido emitidos en siguiente orden: 1914 Sección I Calderas de Potencia. 1923 Sección IV Calderas para Calentamiento de Agua. 1924 Sección II Especificaciones de Materiales. 1928 Sección VIII Recipientes A Presión no sometidos a Fuego Directo. 1937 Sección IX Calificaciones de Soldadura. 1965 Sección III Componentes de Plantas Nucleares. 1968 Sección VIII Div. 1 Código para Recipientes a Presión. 1968 Sección VIII Div. 2 Reglas Alternativas para Recipientes a Presión. 1969 Sección X Recipientes a Presión de Plástico con Fibra Reforzada. 1971 Sección V Ensayos No Destructivos. 1974 Sección IX Se incluyen las calificaciones para soldadura por Brazing. 1997 Sección VIII Div. 3 Reglas Alternativas para Recipientes a Alta Presión. 1998 Sección III Div 3 Sistemas de Contención y Empacado para Transporte de Combustible Nuclear Desgastado y Desechos con Alto Nivel de Radioactividad.
  • 7. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 7 2.0 SISTEMA ASME 2.1 ¿QUIÉNES LO INTEGRAN? En los Estados Unidos, el negocio de la Construcción y Regulación de Equipo que este sometido a Presión involucra los esfuerzos de cuatro grupos principalmente : - El ASME ( Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos). - Los Fabricantes. - Las Jurisdicciones. - Las Agencias de Inspección Autorizadas. El ASME Proporciona la infraestructura ( Estructura del Comité, Secretarias de Apoyo, Programas de Acreditación, etc.) para desarrollar y mantener los Códigos y las Normas. Ellos promueven un proceso de consenso abierto para el desarrollo de sus Estándares. Voluntarios de la Industria ( Fabricantes, Duenos/Usuarios, Agencias de Inspección, Jurisdicciones) son las personas que integran los Comités de ASME que mantienen actualizados los Códigos. La función del Comité de Calderas y Recipientes a Presión ASME es establecer reglas consideradas necesarias para la Fabricación de Recipientes a Presión y Calderas que se desarrollaran de manera segura y confiable, y para interpretar estas reglas cuando surjan preguntas respecto al significado o intención de algún tema especifico.
  • 8. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 8 Las Jurisdicciones En los Estados Unidos y Provincias de Canadá, el uso mandatorio de uno o mas Códigos ASME es obligado por las Jurisdicciones. En los Estados Unidos, cada estado mas algunas grandes ciudades, son consideradas Jurisdicciones. Aproximadamente 34 de los 50 estados adoptan la Sección VIII Div. 1 como su Ley para la fabricación de Recipientes a Presión, y 48 de 50 estados adoptan la Sección I como su Ley para la fabricación de Calderas. El Inspector en Jefe de cada jurisdicción es asignado con la responsabilidad de hacer cumplir sus leyes en lo referente a Calderas y Recipientes a Presión que vayan a ser instaladas dentro de su jurisdicción. Los Inspectores en Jefe son miembros del National Board. Las Agencias de Inspección Autorizadas Estas proporcionan la verificación de tercera parte independiente de que la fabricación de equipo nuevo de Calderas y Recipientes a Presión es realizada de acuerdo con el Código ASME. Actualmente una Agencia de Inspección Autorizada esta definida como una Compañía Aseguradora regularmente involucrada en la practica de asegurar Calderas y Recipientes a Presión una o mas jurisdicciones que adoptan el Código ASME como ley, o una Jurisdicción que proporciona Servicios de Inspección. Los Inspectores Autorizados que trabajan para una Agencia de Inspección Autorizada, deben tener un Certificado de Comisión emitido por el National Board y mantener un endorso “A”(Inspector Autorizado) o “B”(Supervisor de Inspector Autorizado). Los Fabricantes Los Fabricantes de cualquier parte del mundo, pueden adquirir las estampas del Código ASME autorizándolos a fabricar y estampar Equipo sometido a Presión que a cumplido con las reglas de los Códigos ASME. Un Fabricante puede poseer mas de una estampa, tal como la estampa “S”, la “PP”, la “U” , etc. Los Fabricantes son acreditados por un periodo de tres anos. Un auditoria es realizada cada 3 anos para retener las estampas. En muchos casos, Consultores del National Board actúan como los Inspectores designados por el ASME y conducen la Auditoria de Acreditación. Muchos Fabricantes patrocinan voluntarios para trabajar en los Comités de ASME que mantienen el Código de Calderas y Recipientes a Presión. 2.2 ¿CÓMO ES DESARROLLADO? El ASME promueve fuertemente un proceso de consenso abierto para el desarrollo y mantenimiento de sus códigos y normas. Esto significa que cualquier parte interesada puede participar en el proceso , ya sea por participación directa o en un comité técnico, o por ejemplo dando sus comentarios durante el proceso de aprobación. De manera
  • 9. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 9 general, todas las reuniones técnicas son abiertas al publico, por lo que miembros que no son del comité también pueden participar en las discusiones. Un balanceo de miembros es mantenido en los subcomités y en el comité principal. De este manera, ningún grupo interesado como pueden ser los fabricantes, duenos/usuarios, jurisdicciones, agencias de inspección, puedan tener un control mayoritario en un comité. Esto asegura que las propuestas reciban una justa e igual consideración en lo relativo a seguridad, economía , y confiabilidad. El desarrollo y mantenimiento del Código es desarrollado de manera general de la siguiente manera: . Las partes interesadas( fabricantes, usuarios, agencias de inspección) pueden solicitar o sugerir una revisión al código, interpretación o caso código. La Sección I en el apéndice I; la Sección IV, apéndice 1, o la Sección VIII Div. 1, Apéndice 16, contienen instrucciones para el envio de preguntas al ASME. . Las propuestas son revisadas y reconciliadas por los miembros del subgrupo apropiado para ganar la aceptación y acuerdos. Las propuestas acordadas son presentadas para su aprobación e implementación. Frecuentemente, las revisiones al Código resultan del proceso de responder una pregunta, donde un mejoramiento al Código es identificado, y una partida de trabajo abierta. Los Comités del ASME asignan un numero a cada partida de trabajo. En los últimos anos, se han iniciado hasta 900 partidas de trabajo. El Código ASME para Calderas y Recipientes a Presión es escrito, revisado e interpretado por el Comité de Proceso. Las revisiones al Código son realizadas mediante el siguiente proceso: 1.- La propuesta es desarrollada en los grupos de trabajo o a nivel subgrupo. 2.- Las propuestas son revisadas y sometidas a voto en el Subcomité correspondiente y, si son aprobadas, la propuesta es sometida para su aprobación mediante el voto, del Comité Principal. 3.- Las propuestas enviadas al Comité Principal, también son revisadas por las Jurisdicciones y el Comité de Conferencia de la Marina. 4.- Una revisión administrativa por la Junta sobre Tecnología de Presión, Códigos y Estándares. 5.- Una revisión del Público en General. Todo lo anterior es realizado en un tiempo mínimo de 1 a 2 anos para que las nuevas propuestas sean desarrolladas y aprobadas en todos los niveles de los comités.
  • 10. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 10 2.3 ORGANIZACION DE LOS COMITES DE REVISIÓN DE LOS CODIGOS ASME. El Comité principal de Calderas y Recipientes a Presión de ASME esta integrado por treinta miembros representando las 11 Secciones del Código. Cada Código de Construcción, Código en Servicio y Código de Referencia, tiene subcomités los cuales son responsables de sus propias secciones. Debajo de cada Subcomité existen diversos subgrupos y grupos de trabajo los cuales son responsables para áreas especificas de cada Código, tales como Requerimientos Generales, Diseño, Fabricación o Inspección. 2.4 CODIGOS DEL ASME ACTUALMENTE EN EXISTENCIA. Las Secciones del Código actuales(Emisión 2007, Adenda 2008) son : SECCIONES DESCRIPCIÓN I Reglas para la Fabricación de Calderas de Potencia. II Materiales. Parte A : Especificaciones de Materiales Ferrosos. Parte B : Especificaciones de Materiales No Ferrosos. Parte C : Especificaciones para varillas, electrodos, y alambres Utilizados para soldar. Board of Pressure Technology Codes and Standards Conference Committee B& PV Main Committee Task Group Subcommittee Subcommittee Subgroup Subgroup Working Group Working Group Subgroup Subgroup Working Group
  • 11. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 11 Parte D : Propiedades de los Materiales. III Subseccion NCA : Requerimientos Generales para la División 1 y División 2. III División 1 Subseccion NB : Componentes Clase 1. Subseccion NC : Componentes Clase 2. Subseccion ND : Componentes Clase 3. Subseccion NE : Componentes Clase MC. Subseccion NF : Soportes. Subseccion NG : Estructuras de Soporte del Núcleo. Subseccion NH : Componentes Clase 1 en Servicio de Temperaturas Elevadas. Apéndices División 2 : Código para Contenedores de Concreto. División 3 : Sistemas de Contención para Almacenaje y Paquetes de de Transporte de Material Nuclear Desgastado y Material Radioactivo de Alto Nivel y Desechos. IV Reglas para la Fabricación de Calderas Calefactoras de Agua. V Examinaciones No Destructivas. VI Reglas Recomendadas para el Cuidado y Operación de Calderas para Calentamiento de Agua. VII Guías Recomendadas para el Cuidado de Calderas de Potencia. VIII Reglas para la Fabricación de Recipientes a Presión. División 1 : Recipientes a Presión. División 2 : Reglas Alternativas. División 3 : Reglas Alternativas para la Fabricación de Recipientes a Presión sometidos a Presiones Elevadas. IX Calificaciones de Soldadura y Soldadura por Brazing. X Recipientes a Presión Fabricados de Plástico de Fibra Reforzada. XI Reglas para la Inspección en Servicio de Componentes de Plantas Nucleares. 2.5 ADENDAS. Las Adendas son paginas de colores, las cuales incluyen las adiciones y revisiones a las secciones individuales del Código, estas son publicadas anualmente y enviadas automáticamente a los Compradores de la Secciones aplicables hasta la publicación de la siguiente emisión del Código. Las nuevas ediciones de los Códigos de ASME son publicadas cada 3 anos. Durante los anos intermedios, revisiones, erratas y adiciones a los Códigos son publicados vía Adenda en Julio 1. Estas revisiones/adiciones llegan a
  • 12. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 12 ser mandatorias seis meses después de la publicación, es decir, en Enero del ano siguiente de la emisión. Sin embargo, estas revisiones pueden ser usadas para la Fabricación de Equipos de Código tan pronto como sean publicadas las adendas. 2.6 INTERPRETACIONES. Los usuarios del código pueden solicitar una aclaración de un requerimiento del Código enviando una solicitud al Comité. Las interpretaciones nunca introducen un requerimiento nuevo al Código. Las interpretaciones son respuestas a preguntas de usuarios del Código que el ASME emite respecto a la interpretación de aspectos técnicos del Código. Las interpretaciones de cada sección individual serán publicadas separadamente y serán incluidas como parte de la actualización para esa sección. Ellas serán emitidas cada seis meses (Julio y Diciembre) hasta la publicación de la siguiente emisión del Código. Los usuarios deberán tener precaución cuando sean usadas interpretaciones publicadas con antigüedad, ya que el párrafo interpretado puede haber sido revisado desde su publicación. 2.7 CASOS CODIGO. Frecuentemente, solicitudes urgentes son hechas para que se acepte el uso de un nuevo material no incluido en el Código para la fabricación de Equipos Código. Para atender tales solicitudes, un caso código es preparado para adoptar el nuevo material para la fabricación de equipos Código. Debido a que los Casos Código son publicados cuatro veces por ano, este es un método rápido para introducir materiales nuevos o reglas alternativas. Los Casos Código son aprobados en un ciclo de 3 anos ; al final de los 3 anos, se debe decidir si: 1).- Se incorpora el Caso Código dentro del Código respectivo. 2).- Reafirmar el Caso Código por otros tres anos. 3).- Anular el Caso Código porque ya no se necesitara más. Para que un Caso Código sea aprobado para su uso, se toma un tiempo mínimo de 6 a 9 meses. 2.8 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA LEER E INTERPRETAR LOS CÓDIGOS ASME. El Código ASME puede llegar a ser difícil de leer y sobre todo de interpretar.El éxito en el uso del Código depende de manera muy importante en la habilidad que se tenga para localizar la información apropiada. A continuación se proporcionan algunos tips que le ayudaran a mejorar la lectura y sobre todo la interpretación de los Códigos.
  • 13. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 13 I. Reglas Básicas A Las reglas del Código ASME establecen los requerimientos mínimos. B Si no esta prohibido, entonces esta permitido. C La fabricación de los equipo sometidos a presión esta basado en dimensiones y unidades calculadas. 1. No establecen tolerancias de fabricantes. El fabricante debe realizar para lo desconocido buenas practicas de fabricación. 2. D Existen reglas en el Código, las cuales permiten excepciones. Por ejemplo: todos, deberán, quizás, excepto, teniendo en cuenta que, etc. II. Procedimiento( paso por paso) Paso 1 Escribir la pregunta que esta siendo solicitada y la información soporte. Paso 2 Delinear las subsecciones mandatorias A Introducción (Alcance). B ¿ Es algún tema administrativo ? (Parte UG y apéndice 110). C Tipo de Recipiente 1) Servicio Criogénico – Parte ULT 2) Recipientes No Circulares – Apéndice 13. 3) Recipientes Enchaquetados – Apéndice 9. 4) Ninguno de los anteriores – Parte UG. D Tipo de Construcción 1) Soldado. – Parte UW. 2) Forjado – Parte UF. 3) Braced – Parte UB. 4) Por Capas – Parte ULW. 5) Clad o Revestido – Parte UCL. 6) Remachado – Edición 1971. 7) Ninguno de los anteriores – Parte UG.
  • 14. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 14 E Clases de Materiales 1) Acero al Carbón o Baja Aleación – Parte UCS. 2) Materiales No Ferrosos – Parte UNF. 3) Aceros de Alta Aleación – Parte UHA. 4) Fundición de Hierro Gris – Parte UCI. 5) Fundición de Hierro Dúctil – Parte UCD. 6) Materiales Ferriticos mejorados mediante Tratamiento Térmico – Parte UHT 7) Ninguno de los anteriores – Parte UG. Paso 3 Extender el esquema para incluir todos los párrafos aplicables. Usar tabla de contenidos. Paso 4 Suplementar el esquema con el contenido de los subparrafos. Paso 5 Explorar el texto para visualizar párrafos no aplicables. 1) Eliminar lo no aplicable del esquema. 2) Si es eliminado el esquema entero, ver U-2 en Introducción. Paso 6 Suplementar el esquema con artículos de referencia. Paso 7 Leer todas las Secciones Aplicables del Código. A Palabras Clave 1) Shall y Will = Mandatorio. 2) Should = Mandatorio, pero con opciones. 3) May y Can = Guia no mandatoria. B Enfatizar 1) Numero de párrafo. 2) La puntuación de la oración. 3) Las notas de pie se deberán tratar de la misma manera como May y Can.
  • 15. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 15 SI EL PARRAFO PRINCIPAL NO APLICA, ENTONCES LOS SUBPARRAFOS NO APLICAN 3 ¿QUÉ SON LOS RECIPIENTES A PRESION? 3.1 DEFINICION El Código ASME Sección VIII Div. 1, define como Recipiente a Presión, cualquier contenedor cerrado capaz de almacenar un fluido a Presión Manométrica, sea esta interna o externa . Esta Presión puede ser obtenida desde una fuente interna o externa, o por la aplicación de calor desde una fuente directa o indirecta, o cualquier combinación de ellas. 1.- Recipientes que contengan agua bajo presión incluyendo aquellos que contengan aire la compresión de los cuales sirva únicamente como amortiguador que excedan: - Una Presión de Diseño mayor a 300 PSI. - Una temperatura de Diseño mayor a 210 ° F. 2.- Tanques de agua caliente calentados por vapor u otros medios indirectos que excedan: - Una entrada de calor de 200,000 BTU’s/hr. - Una temperatura del agua de 210° F. - Una capacidad nominal de 120 Galones. 3.- Recipientes que tengan un Diámetro Interior,Ancho, Altura o Sección Transversal mayor a 6” sin limitación en longitud o Presión. 4.- Recipientes que tengan una Presión de Operación interna o externa mayor a 15 PSI. sin limitación en medidas. 5.- Recipientes que tengan una Presión de Diseño que no exceda los 3,000 PSI.
  • 16. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 16 3.2 CLASIFICACION Los Recipientes a Presión se pueden clasificar por su utilización y por su forma. Por su utilización, se pueden reclasificar en Recipientes de Almacenamiento y Recipientes de Proceso. Por su forma se clasifican como Cilíndricos y Esféricos. Los Recipientes para Almacenamiento son comúnmente conocidos como tanques de dia, tanques de mes, tanques acumuladores, etc. Los Recipientes de Proceso son aquellos utilizados en la industria petroquímica principalmente, entre ellos se encuentran los Intercambiadores de Calor, Reactores, Torres Fraccionadoras, Torres de Destilación, Separadores de Gas, etc. Recipientes Cilindricos a su vez se pueden reclasificar en Horizontales y Verticales. Los Recipientes Esféricos son usados generalmente como Tanques de Almacenamiento para grandes volúmenes y presiones elevadas. Almacenamiento Por su utilización Proceso Recipientes a Presión Horizontales Cilíndricos Verticales Por su forma Esféricos
  • 17. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 17 3.3 COMPONENTES PRINCIPALES A continuación se mencionan los componentes principales de algunos tipos de Recipientes a Presión, sin que esto sea limitativo. 3.3.1.- Recipientes Cilíndricos Horizontales. a).- Cascaron Cilíndrico, Cuerpo o Envolvente. b).- Tapas o Tapas. c).- Boquillas d).- Refuerzos de Boquillas. e) .- Registros- Hombre. f).- Anillos Atiezadores. g).- Soportes o Silletas. 3.3.2 Recipientes Cilíndricos Verticales. a).- Cascaron Cilíndrico, Cuerpo o Envolvente. b).- Tapas o Tapas. c).- Boquillas d).- Refuerzos de Boquillas. e) .- Registros- Hombre. f).- Anillos Atiezadores. g).- Faldón. h).- Placa Base. i).- Orejas de Montaje. 3.3.3 Recipientes Esféricos a).- Tapa Superior. b).- Tapa Inferior. c).- Anillo Superior. d).- Anillo Central. e).- Anillo Inferior. f).- Boquillas. g).- Estructura Soporte.
  • 18. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 18 4 CONTENIDO DEL CÓDIGO ASME SECCION VIII DIV. 1 Este Código tiene incluidos los siguientes temas: - Requerimientos mandatorios. - Prohibiciones especificas - Guías no mandatorias para Materiales, Diseño, Fabricación, Examinación, Inspección, Pruebas, Certificación y Dispositivos de Relevo de la Presión. Este Código esta dividido como se establece a continuación: - Subsección A. - Subsección B. - Subsección C. - Apéndices Mandatorios. - Apéndices No Mandatorios.
  • 19. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 19 4.1 Sub Sección A Contiene la parte UG, la cual cubre los Requerimientos Generales aplicables a todos los Recipientes. Consta de 195 párrafos, 30 figuras y 6 tablas los cuales se dividen de la siguiente manera:
  • 20. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 20
  • 21. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 21
  • 22. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 22 4.2 Sub Sección B Cubre los Requerimientos específicos que son aplicables a los varios métodos utilizados en la Fabricación de Recipientes a Presión. Consiste de las siguientes partes: - Parte UW que trata sobre los Recipientes fabricados mediante soldadura. - Parte UF define las reglas a seguir cuando se fabrican Recipientes que utilizan material de forja. - Parte UB establece los lineamientos a seguir cuando se fabrican Recipientes de material No Ferrosos (Brazing). 4.2.1 La parte UW, consta de 44 párrafos, 12 figuras y 2 tablas. Lo anterior se encuentra dividido de la siguiente manera: (Ver siguiente hoja)
  • 23. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 23
  • 24. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 24
  • 25. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 25 4.2.2 La parte UF consta de 26 párrafos y únicamente una tabla y se divide de la siguiente manera:
  • 26. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 26 4.2.3 La parte UB, consta de 36 párrafos, 2 figuras y 2 tablas, distribuidos de la siguiente manera:
  • 27. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 27
  • 28. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 28 4.3 Sub sección C Cubre los Requerimientos específicos que son aplicables a las clases de materiales utilizados en la Fabricación de Recipientes a Presión. Consiste de las siguientes partes: Parte UCS. Contiene los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la fabricación de Recipientes a Presión utilizando Aceros al Carbón y de Baja Aleación.
  • 29. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 29 Parte UNF. Contiene los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la fabricación de Recipientes a Presión utilizando Aceros al Carbón y de Baja Aleación. (colocar en este espacio la parte UNF, pags 201 y 202). Parte UHA. Contiene los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la fabricación de Recipientes a Presión utilizando Aceros de Alta Aleación. (colocar en este espacio la parte UHA, pags 212 y 213). Parte UCI. Establece los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la fabricación de Recipientes a Presión utilizando Fundición de Hierro Gris. (colocar en este espacio la parte UCI, pags 227 y 228).
  • 30. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 30 Parte UCL. Establece los requerimientos que deben cumplir los materiales que se utilizaran para la fabricación de Recipientes a Presión utilizando Clad Integral (revestimiento) Resistente a la Corrosión, Clad aplicado mediante soldadura(overlay),o Planchas de Relleno Soldadas (linning). (colocar en este espacio la parte UCL, pags 234). Parte UCD Proporciona los requerimientos para Recipientes a Presión fabricados de fundición de hierro dúctil. (colocar en este espacio la parte UCD, pags 241). Parte UHT Establece los requerimientos para Recipientes a Presión fabricados de aceros ferriticos con propiedades a la tensión mejoradas por tratamiento térmico. (colocar en este espacio la parte UHT, pags 247 y 248). Parte ULW Contiene los requerimientos para los Recipientes a Presión fabricados en capas. (colocar en este espacio la parte ULW, pags 261 y 262). Parte ULT Proporciona reglas alternativas para fabricar Recipientes a Presión de materiales que tengan esfuerzos permisibles altos, a bajas temperaturas. (colocar en este espacio la parte ULT, pags 288 y 289). 4.4 APÉNDICES MANDATORIOS Tratan de temas específicos no incluidos en ningún lugar del Código ASME Sección VIII Div. 1, y sus requerimientos son mandatorios cuando el tema cubierto es incluido en la fabricación bajo este Código. Existen actualmente 24 Apéndices Mandatorios. (Incluir listado de Apéndices Mandatorios del Código en esta parte,PAG. 312) 4.5 APÉNDICES NO MANDATORIOS Son temas únicamente informativos inherentes a la fabricación, diseño y documentación de Recipientes a Presión sugiriendo buenas practicas. Esta constituido por 22 Apéndices Mandatarios. (Incluir listado de Apéndices No Mandatorios del Código en esta parte) PAGINA 495
  • 31. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 31 5.- REQUERIMIENTOS DE ASME SECCION VIII DIV. 1. 5.1.- Sistema De Control de Calidad. El Código ASME establece en su Apéndice 10 que el fabricante o ensamblador deberá tener y mantener un Sistema de Control de Calidad estricto, en el cual se establezca que todos los requerimientos del código incluyendo diseño, materiales fabricación, y examinaciones (por el fabricante o ensamblador) e inspecciones (por el inspector autorizado) sean cumplidos, tanto para Recipientes a Presión como para partes de ellos. Por otra parte, establece que el sistema que el fabricante o ensamblador establesca para cumplir los requerimientos del código sea uno adecuado a sus circunstancias. El alcance necesario y el detalle del sistema dependerá de la complejidad de la organización del fabricante. La siguiente es una guía de requisitos que ASME establece, los cuales deberá ser incluidos dentro de los capítulos en la descripción escrita de un Sistema de Control de Calidad. I. Autoridad y Responsabilidad La autoridad y responsabilidad de aquellos encargados del Sistema de Control de Calidad deberá ser claramente establecida. Las personas que realicen funciones de Control de Calidad deberá tener autoridad suficiente y responsabilidad bien definida para hacer cumplir el sistema. También tiene la libertad organizacional para identificar problemas de control de calidad y para iniciar, recomendar y proporcionar soluciones. II. Organización Un organigrama de la organización mostrando la relación entre la Dirección General, y las Gerencias de Ingeniería, Compras, Manufacturas, Fabricación, Almacén, Control de Calidad y cualquier departamento involucrado, es requerido con el propósito de identificar y asociar los departamentos involucrados en la organización, con las funciones particulares para los cuales ellos son responsables. El código no intenta invadir los derechos del fabricante para establecer y, de vez en cuando, alterar como quiera la forma de la organización que considere apropiada para realizar su trabajo, siempre y cuando no interfiera con los requerimientos que establece el código. III. Control de dibujos, Cálculos de Diseño y Especificaciones. El Sistema de Control de Calidad deberá de tener procedimientos, los cuales aseguren que los últimos dibujos aplicables, cálculos de diseño, especificaciones e
  • 32. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 32 instrucciones requeridas por el código, así como también los cambios autorizados, son utilizados para fabricación, examinación, inspección y pruebas. IV. Control de Material El sistema deberá incluir un sistema de control en la recepción de los materiales que asegure que el material recibido se apropiadamente identificado y tenga la documentación, incluyendo los reportes de pruebas de material, o certificados de cumplimiento requeridos para satisfacer los requerimientos del código así ordenados. Así mismo deberá asegurar que únicamente el material verificado por el control de calidad que cumple con el código es utilizado para la fabricación. V. Programa de Examinación e Inspección. El Sistema de Control de Calidad deberá describir las operaciones de fabricación, incluyendo examinaciones, suficientemente para permitir que el Inspector Autorizado por ASME verifique los puntos de inspección específicos que van a ser realizados durante e proceso de fabricación, y en cuales, él va a determinar en que etapas va a intervenir ya sea revisando documentos, verificando durante la fabricación o atestiguando pruebas. VI. Corrección de No Conformidades Deberá existir un sistema de común acuerdo con el Inspector Autorizado para la corrección de las no conformidades, en el entendido de que una no conformidad es cualquier condición la cual no cumpla con las reglas aplicables de código aplicable. Las no conformidades deben ser corregidas o eliminadas por alguna manera antes de que el componente terminado pueda ser considerado para cumplir con el código aplicable. VII. Soldadura El Sistema de Control de Calidad deberá incluir previsiones para indicar que la soldadura que se va a aplicar, cumple con los requerimientos de la Sección IX del Código ASME. VIII. Examinación No Destructiva El Sistema de Control de Calidad deberá incluir previsiones para identificar los procedimientos de examinación no destructiva que el fabricante realizará para cumplir con el código aplicable, y que estos procedimientos deben cumplir con los requerimientos establecidos en la sección V del código ASME.
  • 33. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 33 IX. Tratamiento Térmico El Sistema de Control de Calidad deberá prever controles que aseguren que los tratamientos térmicos requeridos por las reglas del código sean aplicadas. Mecanismos deberán ser indicados mediante los cuales el Inspector Autorizado o el designado por el ASME pueda satisfacerse que esos requerimientos de tratamiento térmico del código sean cumplidos. Esto puede ser por revisión de los registros del horno de tiempo-temperatura, o por otros medios apropiados. X. Calibración del Equipo de Medición y Pruebas. El fabricante deberá tener un sistema para la calibración del equipo de examinación, medición, y pruebas a ser utilizados, en cumplimiento completo de los requerimientos del código. XI. Retención de Registros El fabricante deberá tener un sistema para el mantenimiento de radiografías y reportes de datos del fabricante como requiere el código. Retención de Registros El fabricante deberá tener un sistema para el mantenimiento de radiografías (UW- 51), reportes de datos del fabricante (UG-120). El Sistema deberá establecer el mantenimiento de los documentos mencionados a continuación por un periodo de al menos 3 años : - Reportes Parciales de Datos. - Dibujos de Fabricación. - Cálculos de Diseño. - Reportes de Pruebas de Material -WPS y PQR - Registro de Calificación de Soldadores WPQ - Reportes de RT o UT - Procedimientos de Reparación y Registros - Hojas de Control de Procesos - Registros de Tratamiento Térmico y resultados de pruebas. - Registros de PWHT - NCR y disposiciones - Registros de Pruebas Hidrostáticas
  • 34. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 34 XII. Formatos Muestra Las formas utilizadas en el Sistema de Control de Calidad y los procedimientos detallados para su uso deberán ser disponibles para revisión, una descripción escrita deberá tener las referencias necesarias a estas formas. XIII. Inspección de Recipientes y Partes de Recipientes. A) La inspección de recipientes y partes de recipientes deberá ser realizado por el Inspector Autorizado como se define en UG-91 del Código ASME Sección VIII Div. 1. B) La descripción escrita del Sistema de Control de Calidad deberá incluir referencia del Inspector Autorizado. C) El fabricante deberá de tener disponibles al Inspector Autorizado, en la planta del fabricante o en el sitio de construcción, una copia actualizada del Sistema de Control de Calidad. D) El sistema referido deberá prever medidas para que el Inspector Autorizado tenga acceso a todos los dibujos, cálculos, especificaciones, procedimientos, hojas de proceso, procedimientos de reparación, registros, resultados de pruebas y cualquier otro documento necesario para que el Inspector Autorizado realice sus trabajos de acuerdo a lo establecido en el código. Lo anterior puede ser mostrando los archivos propios del fabricante o proporcionando copias al Inspector Autorizado. 5.2.- Diseño. Objetivo Al final de esta lección, el participante tendrá el entendimiento básico de las reglas para el diseño y como son aplicado. El participante también entenderá como determinar cuales reglas son aplicables a una situación en particular y como determinar los valores apropiados que tienen que ser aplicados a estas reglas. Temas de la Lección Enfoque del Diseño en la Sección VIII, Div.1. Responsabilidades por los Parámetros de Diseño. Tipos de Servicios. Tipos de Cargas. Ejecución del Diseño. Categorías y Tipos de juntas y limitaciones. Radiografía. Consideraciones de espesor. Restricciones en el Diseño de Cabezales o Tapas.
  • 35. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 35 5.2.1 Enfoque del Diseño en la Sección VIII, División 1 El Diseño en la Sección VIII Div. 1, esta basado en : - El tipo de Fabricación y - El tipo de Material con el que se va a fabricar. Si una formula del Código es aplicable a un componente particular bajo consideración, entonces el uso de esa formula es mandatoria. 5.2.2 Responsabilidades por los parámetros de Diseño. El Propietario o usuario del Recipiente a Presión tiene la responsabilidad de especificar al fabricante los datos siguientes: - La presión de Diseño y la Temperatura. - Las cargas a ser aplicadas. - La tolerancia a la corrosión. - Los requerimientos de servicio especial, tales como letal, baja temperatura, etc. - Tratamiento de Relevado de Esfuerzos o Examinación Radiográfica, si no son requeridos por el Código. 5.2.3 Tipos de Servicio Existen básicamente cinco tipos de servicio de los Recipientes a Presión en ASME Sección VIII Div. 1. Estos servicios son: - Servicio Letal. - Servicio de Baja Temperatura. - Calderas de Vapor no sometidas a Fuego Directo. - Recipientes a Presión sometidos a Fuego Directo. - Sin Restricciones.( Servicio General) De los anteriores, los cuatro primeros son Recipientes que deben ser fabricados teniendo en cuenta las restricciones establecidas en el Código ASME Sección VIII Div. 1 Parte UW párrafo UW-2(a),(b),(c) y (d), las cuales se trataran mas adelante. 5.2.4 Tipos de Cargas en el Diseño Existen diversos tipos de Cargas que deberán ser consideradas cuando se este realizando el Diseño de un Recipiente a Presión. Estas cargas están descritas en el Código ASME Sección VIII Div. 1,Parte UG, párrafo UG-22 y son las siguientes: - Presión Interna o Externa. - Peso del Recipiente y su contenido normal bajo las condiciones de operación y pruebas (esto incluye presión adicional debido a la carga estática de líquidos)
  • 36. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 36 - Reacciones Estáticas Sobre impuestas del peso del Equipo adjuntado tales como motores, maquinaria , otros recipientes , tubería, revestimientos y aislamientos. - Esfuerzos localizados por el ensamble de : . Internos. . Soportes del Recipiente tales como orejas, anillos, faldones, silletas y patas. - Reacciones Dinámicas y Cíclicas debido a Presión o variaciones térmicas, o de equipo montado sobre un Recipiente, y cargas mecánicas. - Reacciones por Viento, Nieve y Sismo, cuando sea requerido - Reacciones de Impacto tales como aquellas debido a choques de fluido. - Gradientes de Temperatura y Expansión Térmica Diferencial. - Presiones Anormales, tales como aquellas causadas por deflagración. Nota: La Sección VIII, División 1 suministra reglas únicamente para calcular las cargas por presión. Para las otras condiciones, cualquier practica de ingeniería aplicable puede ser usada. 5.2.5 Ejecución del Diseño La realización del Diseño del Recipiente puede ser realizado por: - El Poseedor del Certificado ASME. - El Usuario. - El Agente designado por el Usuario. - El Agente designado por el Poseedor del Certificado ASME. Sin embargo, el Poseedor del Certificado ASME quien estampara el Recipiente, es siempre responsable de cumplir todos los requerimientos del Código, incluyendo los inherentes al Diseño. En el Código, no existen requerimientos de calificación para las personas que realizan el Diseño, sin embargo se deberá tener mucho cuidado al seleccionar al personal que vaya a realizar este. No se trata de introducir datos a un programa únicamente, la persona que realice el Diseño deberá haber tenido la suficiente experiencia en el manejo efectivo del Código. 5.2.6 Categorias y Tipos de Juntas y sus limitaciones. En el Código se manejan dos términos que se aplican a las juntas soldadas sometidas a presión de los Recipientes, estos dos términos son los siguientes: - Categoría de la Junta. - Tipo de Junta 5.2.6.1 Categoría de la Junta. El termino Categoría de la Junta como se usa en el Código, define la localización de una junta dentro del Recipiente, pero no el tipo de junta. Las “categorías” están definidas en el párrafo UW- 3 de la parte UW del Código ASME Sección VIII Div.1. Las categorías
  • 37. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 37 establecidas en este párrafo son utilizadas en el Código cuando se especifiquen requerimientos especiales respecto al tipo de junta y grado de inspección para ciertas juntas soldadas que serán sometidas a presión. Dado que estos requerimientos especiales, los cuales son basados tomando en cuenta el servicio, el tipo de material, y los espesores, no aplican a cada junta soldada, aplican solamente en aquellas juntas en las cuales la aplicación de requerimientos especiales son incluidos en las categorías. Es decir, Los requerimientos especiales aplicaran a juntas de una categoría dada únicamente cuando específicamente este establecido. Las juntas son designadas como juntas categorías A, B, C y D. Cuando juntas soldadas a tope son requeridas en algún lugar de esta División para categoría B, un ángulo de junta que conecte una Transición de Diámetro a un cilindro, deberá ser considerado como que cumple este requerimiento siempre y cuando el ángulo α no exceda de 30 °. La figura UW-3 tomada del Código la cual se muestra a continuación , nos muestra las localizaciones típicas de las categorías de las juntas soldadas. En la figura anteriormente referida se definen de manera mas concreta todas y cada una de las categorías de las juntas que se pueden encontrar en un Recipiente a Presión.. (1) Juntas categoría A Están incluidas las siguientes: Juntas longitudinales soldadas dentro del Cuerpo Principal(casco, envolvente, anillo,virola,course), Cámaras de Comunicación, Transiciones en Diámetro, o Boquillas; cualquier junta soldada dentro de un Recipiente Esférico, dentro de una Tapa (tapal) Formada o Plana , o dentro de las placas laterales de un recipiente que forme una parte integral de un elemento cerrado que este sometido a presión; juntas
  • 38. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 38 circunferenciales soldadas que conecten Tapas Hemisféricas al Cuerpo principal, a transiciones en diámetros, a Boquillas o Cámaras de Comunicación. (2) Juntas categoría B Están incluidas las siguientes: Juntas circunferenciales soldadas dentro del Cuerpo Principal(casco, envolvente, anillo,virola,course), Cámaras de Comunicación, Boquillas o Transiciones en Diámetro incluyendo entre la transición y un cilindro ya sea en el extremo del Diámetro Mayor o en el Menor; juntas circunferenciales soldadas que conecten Tapas Formadas que no sean Hemisféricas al Cuerpo principal, a transiciones en diámetros, a Boquillas o Cámaras de Comunicación. (3) Juntas Categoría C Están incluidas las siguientes: Juntas soldadas que conecten Bridas, juntas de solapa Van Stone, Espejos, o Tapas Planas al Cuerpo Principal, a Tapas Formadas, a Transiciones en Diámetro, a Boquillas o para Cámaras de Comunicación, cualquier junta soldada que conecte una placa lateral a otra placa lateral de un recipiente que forme una parte integral de un elemento cerrado que este sometido a presión. (4) Juntas Categoría D Están incluidas las siguientes: Juntas Soldadas que conecten Cámaras de Comunicación o Boquillas a Cuerpo Principal,a Esferas, a Transiciones en Diámetro, a Tapas o a Recipiente que formen una parte integral de un elemento cerrado que este sometido a presión, y aquellas juntas que conectan Boquillas a Cámaras de Comunicación. 5.2.6.2 Tipos de Juntas El Tipo de Junta es otro de los términos utilizados para identificar las juntas soldadas de los Recipientes a Presión, la cual define la configuración de una junta soldada. Los tipos de junta utilizados en el Código ASME Sección VIII Div. 1, están definidos en el párrafo UW–9, en el cual establece que los tipos de juntas permitidas en procesos de soldadura mediante Arco y Gas, se encuentran en la tabla UW-12. En esta ultima también define los limites de los espesores de placa permitidos para cada tipo de junta. En la siguiente pagina encontraran una copia de la tabla UW-12. En esta se puede observar que existen 8 Tipos de Juntas, la descripción de cada una de ellas, las limitaciones de las mismas, las categorías de juntas aplicables y el Grado de Examinación Radiográfica.
  • 39. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 39
  • 40. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 40 (1) Soldaduras de Ranura Las dimensiones y forma de los extremos a ser unidos mediante soldadura, deberán ser de tal manera que permitan una fusión completa y una penetración de la junta completa. La Calificación del Procedimiento de Soldadura como esta requerido en UW-28, es aceptable como una prueba de que la soldadura de ranura es satisfactoria. Ejemplos de este tipo serian las siguientes: Juntas con Transición Existen en la fabricación de Recipientes a Presión, cierto tipo de juntas en las cuales se hace necesario realizar una junta entre dos extremos que tienen espesores diferentes por mas de 1/4" del espesor mas delgado, o por mas de un 1/8” lo que sea menor. Para este tipo de juntas, el Código establece que cuando este sea el caso, estas se pueden realizar siempre y cuando se realice una transición que tenga una longitud mínima de tres veces la distancia del escalón que exista entre los extremos de las partes a ser soldadas. La transición anteriormente referida puede ser realizada por cualquier proceso que proporcione una transición uniforme.
  • 41. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 41 Cuando es formada por remoción del material de la parte a ser unida de espesor mas grueso, el espesor mínimo de esa sección, después de que el material es removido, no deberá ser menor que el requerido por UG-23(c). Cuando la transición es formada por adición de material de soldadura mas allá de lo que pudiera de otra manera ser el extremo de la junta a soldar, tal soldadura adicional (built up) deberá ser sujeta a los requerimientos de UW-42. La soldadura que se aporte denominada “enmantequillado”, puede estar parcialmente o completamente en la sección de la transición o adyacente a este. Este párrafo también aplica cuando existe una reducción en los espesores dentro de un Recipiente Esférico, o en Cilindros de Recipientes Verticales y para una transición en una junta categoría A dentro de una Tapa formada. Provisiones para juntas de transición en juntas a tope circumferenciales Tapa formada a cuerpo principal están contenidas en UW-13. Separación entre juntas longitudinales. Excepto cuando las juntas longitudinales son radiografiadas 4” en cada lado de la intersección con la junta circunferencial, los recipientes cuyo cuerpo principal sea formado por 2 o mas anillos, deberán tener los centros de la junta longitudinal de los anillos adyacentes escalonados o separados por una distancia de al menos 5 veces el espesor de la placa de mayor espesor. Juntas Traslapadas Para la juntas traslapadas, la superficie de traslape no debera ser menor a 4 veces el espesor de la placa interior, excepto lo establecido en UW-13 para los traslapes en Tapas – Cuerpo. A continuación se presenta la Fig.UW-13.1 indicando las juntas de traslape permisibles y la no permisibles para juntas Tapa-Cuerpo.
  • 42. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 42
  • 43. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 43
  • 44. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 44
  • 45. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 45 Juntas soldadas sujetas a Esfuerzos de Doblez Excepto donde detalles específicos son permitidos en otros párrafos, soldaduras de filete deberán ser adicionadas donde sea necesario para reducir la concentración de esfuerzos. Las Juntas de Esquina, con soldadura de filete únicamente, no deberán ser usadas a menos que las placas que forman la esquina estén apropiadamente soportadas independientemente de tales soldaduras. Las medidas de soldaduras de filete y de penetración parcial, deberán tomar en cuenta las condiciones de carga establecidas en UG-22, pero no deberán ser menores que las medidas mínimas especificadas en cualquier parte del Código. Eficiencias y Limitaciones en los tipos de juntas Limitaciones En Los Tipos de Junta (Se Refiere a la Geometría de la Junta a Soldar)
  • 46. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 46 Recipientes para Servicios Especiales Servicio Letal, UW-2(a) Cuando los recipientes son diseñados para servicio letal: Todas las juntas a tope deberán ser totalmente radiografiadas. Las juntas de las diferentes categorías deberán ser: Categoría A Tipo 1 Categoría B Tipo 1 o 2 Categoría C Tipo 1 o 2 (Excepto para la fabricación con junta de solape de “stub end” –Figura UW-13.5 Categoría D Penetración Completa. Servicio Criogénico – UW-2(b) Recipientes de acero al carbón operando por debajo de –55°F por UCS- 68. En aceros inoxidables por debajo de –250°F. Recipientes de acero de alta aleacion cuando las pruebas de impacto del metal base o del metal soldado son requeridas por UHA-51. Estas restricciones aplican: Categoría de la Junta Tipo de Junta A 1 (1 o 2 para ciertos aceros inoxidables Austeniticos y sus soldaduras) B 1 o 2 C Penetración Completa (Las bridas tienen que ser pegadas con soldadura de Penetración Completa no se aceptan bridas tipo deslizante(slip-on). D Penetración Completa, excepto para algunos materiales de UHA-23 por UW – 2(b)(4). CALDERAS DE VAPOR SIN FUEGO DIRECTO UW-2(c) Calderas de vapor sin fuego directo con una presión de diseño excediendo de 50 psi. Una caldera recuperadora de calor es un ejemplo de una caldera de vapor sin fuego directo.
  • 47. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 47 Categoría de la Junta Tipo de Junta A 1 B 1 o 2 C Sin restricciones D Sin restricciones Recipientes con Fuego Directo UW-2(d) Recipientes a presión o partes sujetas al fuego directo producto de la combustión de combustibles (sólidos, líquidos o gaseosos), los cuales no se encuentran dentro del alcance de las Secciones I, III, o IV. Categoría de la Junta Tipo de Junta A 1 B, t > 5/8” 1 o 2 C Sin restricciones D Sin restricciones Radiografía ( RT ) Tipos de “RT” Total “Spot”(por puntos)
  • 48. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 48 Ninguna Requisitos de RT Además de la RT requerida por el servicio, las soldaduras a tope que excedan ciertos espesores también tienen que ser radiografiados. Por ejemplo, la Tabla UCS-57. También, UHT-57 requiere RT total para todas las juntas Tipo 1. RT Opcional Cuando la RT no es requerida por las reglas especificas del código, el grado de RT es una opción del diseño y es determinado por la eficiencia de la junta deseada y/o el factor de calidad por UW-11 y UW-12. UW-12: Eficiencias de las Juntas Cuando la RT no es especificada por el Código, esta puede ser usada como una opción de diseño, por lo cual el diseñador puede usar eficiencias de diseño más altas si se realizan radiografías adicionales. Estas opciones pueden ser aplicadas a un recipiente entero, o a incrementos de soldadura individuales o a junta como es permitido en UW- 12. Definiciones (a) Multiplicador del Esfuerzo: “E” es un multiplicador del esfuerzo el cual puede ser aplicable a una eficiencia de la junta o a un factor de calidad Excepto por UW-11(a)(5), los multiplicadores del esfuerzo aplican a las juntas, y no a las secciones del recipiente. El diseñador puede aplicar los multiplicadores del esfuerzo en la base de junta – por – junta. (b)Factor de Calidad: Un multiplicador del esfuerzo de 0.85 es impuesto en componentes sin costura que no cumplen con los requisitos de RT por “spot” (puntos) de UW- 11(a)(5)(b). Nota: La tubería o los tubos soldados tiene que cumplir con estos requisitos. Esto significa que un factor de calidad de 0.85 es impuesto además del 15% de reducción de esfuerzo que ha sido aplicado al esfuerzo admisible en la Sección II, Parte D. (c) Incremento de Soldadura: Una longitud de 50 ft. De soldadura en un recipiente, o en caso de
  • 49. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 49 recipientes múltiples duplicados, el incremento de soldadura puede incluir soldaduras en 2 o más recipientes. Un incremento de soldadura es definido en UW-52 para especificar la Longitud representada por un “spot” (punto) radiografiado (Un “spot” (punto) radiográfico tiene también que incluir el trabajo de cada soldador). UW-11(a) Radiografía Total Las siguientes soldaduras tienen que ser examinadas en su longitud total como se prescribe en UW-51. - Todas las soldaduras a tope categorías A y D en secciones de recipientes o tapas donde el diseño de la junta o de la parte, esta basado en la eficiencia de la junta permitida por UW-12(a) - Todas las juntas a tope en boquillas, cámaras de comunicación, etc. que excedan cualquiera de los siguiente: 10 “NPS o 1-1/8” en espesor. - Las soldaduras a tope categorías B o C que intercepten soldaduras a tope categoría A, o conecten secciones sin costura o tapas deberán, como mínimo, cumplir los requisitos para RT “spot” (por puntos) por UW-52. los “spot” (puntos) radiográficos requeridos por este párrafo deberán no ser usados para satisfacer los requisitos de RT por “spot” (puntos) aplicados a otros incrementos de soldadura. Los recipientes que cumplen este criterio deberán ser estampados como RT 2. Nota: Para satisfacer el criterio de estampado RT1, las soldaduras arriba indicadas tendrían que ser radiografiadas en su longitud total. En la pagina siguiente encontraran un ejemplo de su aplicación en las diferentes juntas de un Recipiente a Presión. UW-11(b) Radiografía por “Spot”(Puntos) Las soldaduras en secciones de recipientes o tapas donde el diseño este basado en la eficiencia de la junta permitida por UW-12(b) tienen que ser examinados por RT como es requerido por UW-52. La radiografía por “spot”(puntos) es una herramienta de inspección y un chequeo de control de calidad.
  • 50. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 50 La mínima extensión de un “spot”(puntos) a examinar por RT debe incluir: - Un “spot”(punto) de 6” por cada incremento de soldadura de 50 ft. o fracción de este. - Cada incremento de 50 ft tiene que incluir un número suficiente de puntos para examinar el trabajo de cada soldador. - La localización del “spot”(puntos) a ser RT debe ser seleccionado por el I.A. - Las radiografías requeridas para satisfacer otras reglas no deben ser usadas para satisfacer estos requisitos. En la pagina siguiente encontraran un ejemplo de su aplicación en las diferentes juntas de un Recipiente a Presión. EJEMPLO 1 (elaborar un dibujo similar pero de mejor calidad, junto con tablas y notas y reemplazar el que se ve abajo)
  • 51. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 51 EJEMPLO 2 (Idem anterior) EJEMPLO 3
  • 52. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 52 Otras Excepciones para Boquillas Las boquillas de cualquier tamaño están exceptuadas de las radiografías por “spot”(puntos) requeridas en UW-11(a)(5)(b). CONSIDERACIONES DE ESPESOR Diseño – Requisitos Generales UG-16(b) Espesor mínimo de componentes que retienen presión. El mínimo espesor permitido para cuerpos y tapales después de formados y sin importar la forma de producto y material, deberá ser 1/16” (1.6mm), excluyendo cualquier tolerancia para corrosión, con las siguientes excepciones: 1) No aplica para placas que transfieran calor de intercambiadores de calor tipo placa; 2) No aplica para tubos de intercambiadores de calor tipo cuerpo – y – tubos, donde la tubería o los tubos sean de 6” NPS y menores; 3) El espesor mínimo de cuerpos y tapas o tapas de calderas de vapor sin fuego directo debe ser ¼” , excluyendo cualquier tolerancia para la corrosión; 4) El espesor mínimo de cuerpos y tapales usados en servicio de aire comprimido, servicio de vapor y servicio de agua hechos en materiales listados en UCS-23 , etc. deberá ser 3/32” excluyendo cualquier tolerancia para la corrosión. 5) No aplica a los tubing de enfriadores de aire e intercambiadores de calor tipo torres de enfriamiento si todas las siguientes provisiones son cumplidas: (a) Los tubing no deberán ser usados para aplicaciones de servicio letal UW-2(a) (b) Los tubing deberán estar protegidos por aletas o algún otro medio mecánico. (c) El diámetro exterior deberá ser un mínimo de 3/8” y un máximo de 1 ½”. (d) El espesor mínimo a ser usado no deberá ser menor que el calculado por las formulas dadas en UG-27 o Apéndice 1-1 y en ningún caso menor que el mayor del espesor mínimo calculado utilizando una presión de diseño de 500 psi a 70° F o 0.022”.
  • 53. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 53 UG-16(c) La tolerancia por bajo espesor en la fabricación de placas es el menor valor entre 0.01” o el 6% de el espesor ordenado, lo que sea menor. UG-16(d) La tolerancia por bajo espesor en la tubería – Si la tubería o los tubos son ordenados por su espesor de pared nominal, la tolerancia por bajo espesor en la fabricación deberá ser tomada en cuenta. Para la mayoría de la tubería la tolerancia por bajo espesor es del 12 ½%. UG-16(e) La tolerancia de corrosión en las Formulas de Diseño – Los valores en las ecuaciones están dimensionados en la condición corroída. UG-19 FABRICACIONES ESPECIALES UG- 19(a) Unidades Combinadas Cuando una unidad clasificada como Recipiente a Presión consiste de mas de una cámara sometida a presión independiente, operando a la misma o a diferentes presiones y temperaturas, cada una de estas cámaras sometidas a presión, deberá ser diseñada y construida tomando en cuenta la condición más severa de presión y temperatura coincidente esperada durante la operación normal para el tipo de servicio predeterminado. Nota: Únicamente las partes las cuales caen dentro del alcance de Sección VIII Div. 1, deberán se fabricadas cumpliendo con los requerimientos de esta división. UG-19(b) Formas Especiales Otros recipientes que no tengan la forma cilíndrica o esférica, y aquellos para los cuales no existan reglas de Diseño en esta división, pueden ser diseñadas bajo las condiciones establecidas en U-2. Cuando no sean dadas reglas de diseño en esta division, y la resistencia de un recipiente a presión o parte a presión no pueda ser calculada con un aseguramiento satisfactorio de precisión, la presión de trabajo máximo permisible del recipiente terminado deberá ser determinado de acuerdo a lo establecido en UG-101.
  • 54. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 54 UG-20 TEMPERATURA DE DISEÑO UG-20(a) Temperatura Máxima Excepto como es requerido en UW-2(d)(3), la temperatura máxima usada en el diseño no deberá ser menor que la temperatura del metal promedio ( a través del espesor) esperado bajo condiciones de operación para la parte considerada. En caso de ser necesario, la temperatura del metal deberá ser determinada por calculo o por medición del equipo en servicio bajo condiciones de operación equivalentes. UG-20(b) Temperatura Mínima La temperatura mínima del metal a ser usado en el diseño, deberá ser la mas baja esperada en servicio excepto cuando temperaturas mas bajas son permitidas por las reglas de esta División. ( Ver UCS-66 y UCS-160 ). UG-23 VALORES DE ESFUERZO MÁXIMO PERMISIBLE UG-23(a) Los valores de esfuerzo máximo permisible en tensión deberán ser tomados de las tablas apropiadas en la Sección II Parte D, (p. ej, Tabla 1 A o Tabla 1 B) a la temperatura que se espera sea mantenida en el metal bajo las condiciones de carga en consideración. UG-23(b) El esfuerzo máximo permisible longitudinal a compresión deberá ser el menor de: 1) el valor de esfuerzo máximo permisible en tensión, o 2) el valor del factor B como se determina en UG-23(b)(2) UG-23(c) El máximo esfuerzo general primario de membrana causado por la aplicación simultanea de las cargas de UG-22 deberá estar limitado a los valores de esfuerzo máximo admisible de la Sección II Parte D. Para las cargas que producen esfuerzos de flexión, el máximo esfuerzo de membrana primario mas el esfuerzo de flexión primario a través del espesor no deberá exceder 1 ½ veces el valor del máximo esfuerzo admisible de las Tablas de la Sección II Parte D.
  • 55. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 55 UG-23(d) Para la combinación de cargas por terremoto o viento con otra de las cargas de UG-22, el esfuerzo general de membrana primario no deberá exceder 1.2 veces el máximo esfuerzo admisible permitido en UG-23(a), (b), (c). ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL VERSUS ESFUERZO LONGITUDINAL Para un cuerpo cilíndrico de pared – delgada, sin costura, el esfuerzo circunferencial será aproximadamente el doble del esfuerzo longitudinal. En la mayoría de casos, las formulas para el espesor requerido basadas en los esfuerzos circunferenciales de UG-27 gobernaran sobre las formulas para el espesor requerido basadas en los esfuerzos longitudinales. Existen, sin embargo, unos pocos casos en los cuales esta regla general no se mantiene (p. ej. los recipientes verticales muy altos bajo cargas de viento y terremoto, o los recipientes horizontales muy largos soportables en silletas). Se debe notar que si existen juntas longitudinales y circunferenciales en un cuerpo cilíndrico, las formulas de UG-27 que están basadas en el esfuerzo longitudinal gorbernaran únicamente cuando la eficiencia de la junta circunferencial sea menor que la mitad de la eficiencia de la junta longitudinal, o cuando el efecto de las cargas suplementarias (UG-22) cause flexión longitudinal o tensión en conjunto con la presión interna que se esta investigando.
  • 56. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 56 Formulas Para Cuerpos Bajo Presión Interna Cuerpos Cilíndricos UG-27 Esfuerzo Circunferencial (Juntas Longitudinales) En términos del radio interior (t< R/2) P < 0.385SE) PR SEt t = or P = SE - 0.6P R + 0.6t En términos del radio exterior (t < R/2 o P < 0.385SE) t = PR0 or P = SEt SE + 0.4P R0 - 0.4t Esfuerzo Longitudinal (Juntas Circunferenciales) En términos del radio exterior (t < R/2 o P < 1.25SE) t = PR or P = 2SEt 2SE – 0.4P R - 0.4t o Cuando se rebasa esta condición los equipos serán considerados como recipientes de pared gruesa. UG-27 (c)(1) 1-1(a)(1) UG-27 (c)(2)
  • 57. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 57 UG-31 Cuerpos Hechos a Partir de Tubería. UG-31 permite la fabricación de cuerpos a partir de tubería. Este simplemente establece que la formula en UG-27 deberá ser usada para calcular el espesor. Mucho cuidado debe ser tenido en cuenta en las comunicaciones entre el diseñador y el comprador cuando se ordene tubería tal como el SA-53-B. Este material puede venir en dos formas sin costura(seamless) y con costura (ERW), y por lo tanto, tiene dos valores de esfuerzo diferentes. Cuerpos Esféricos En términos del radio interior: t = PR o P = 2SEt 2SE – 0.2P R + 0.2t En término del radio exterior: t = PR0 or P = 2SEt 2SE + 0.8P R0 - 0.8t UG-27 (d) 1-1(a)(2) Nomenclatura t – Espesor mínimo requerido del cuerpo, pulgadas. P – Presión del Diseño Interna, psi. R = R1 – Radio interior R0 – Radio exterior S – Valor del máximo esfuerzo admisible, psi (ver los valores de esfuerzo en la tabla aplicable en la Subsección C) E – Eficiencia de la junta, o la eficiencia de, junta apropiada en un cuerpo cilíndrico o esférico, o la eficiencia de ligamentos entre aberturas, el que sea menor.
  • 58. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 58 Efecto de la Carga Estática del Fluido en la Presión de Diseño del Recipiente - UG-22 Carga - La consideración principal en recipientes verticales altos o de baja presión de diseño - La presión debida a la carga estática del fluido se combinan con la presión interna. - Si la carga estática del fluido existe durante la prueba hidrostática únicamente, Algunas opciones se deben considerar: 1) probar el recipiente en posición horizontal para minimizar la carga estática. 2) reemplace la prueba hidrostática por una prueba neumática 3) revise los esfuerzos adicionales debido a la carga estática durante la prueba; No existe un limite superior en la presión de prueba [UG-99(d)], sin embargo si el recipiente es sujeto a deformación permanente visible, el Inspector tiene el derecho de rechazar el recipiente.
  • 59. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 59 La presión adicional debida a la carga estática es: P(f) = H g Donde: P(f) = La presión interna adicional debida a la carga estática del fluido H = Altura del punto superior de la columna de fluido g = Densidad del fluido Ecuaciones para Cuerpos Cilíndricos Gruesos Apéndice 1 – Formulas de Diseño Suplementarias En el caso donde t > R/2 o P > 0.385SE Esfuerzo Circunferencial (Juntas Longitudinales), (1-2) Donde “P” es conocido y t es deseado: t = R(Z ½ - 1) = R0 Donde Z = (Z ½ - 1) Z ½ SE + P SE - P
  • 60. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 60 Z – 1 Z + 1
  • 61. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 61 P = SE Donde Z = = = Ejemplo – Cuerpo Cilíndrico Bajo Presión Interna Calcule el Espesor Requerido del Cuerpo Para Presión Interna Parámetros de Diseño: Presión de Diseño = P = 150 psig Temperatura de Diseño = T = 800° F Tolerancia de Corrosión = C = Ninguna Material del Cuerpo : SA515-70 Placa de Acero al Carbón S = 12,000 PSI Esfuerzos tomado de la Sección II Parte D, Tabla 1 A para SA515 Gr70 a 800 °F. Radiografía Total en las Juntas Longitudinales E de la Junta = 1.0 para Juntas Tipo 1. R + t R 2 R0 R 2 R 0 R0 - t 2
  • 62. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 62 Radiografía Total en las Juntas Circunferenciales E de la Junta = 1.0 para Juntas Tipo 1. TD1= 96 in Diámetro Interior del Cuerpo 1 TD2 = 72 in Diámetro Interior del Cuerpo 2 T = 57 lb / ft3 Densidad del Fluido Contenido H1 = 50 ft Altura del Cuerpo 1 H2 = 50 ft Altura del Cuerpo 2 HC = 40 in Altura de la Reducción Cónica Calculando el Espesor Requerido de los Anillos del Cuerpo Debido a la Presión de Diseño Cuerpo 1 R = R = 48 in UG – 27 (c)(2) Espesor requerido basado en los esfuerzos circunferenciales t = P . R . t = 150 . 48 . SEC - 0.6 P 12000 . 1.0 – 0.6 . 150 t = 0.605 in UG – 27(c)(2) Espesor Requerido Basado en los esfuerzos Longitudinales t = t = t = 0.299 in El espesor requerido basado en los esfuerzos longitudinales es aproximadamente ½ que el requerido por los esfuerzos circunferenciales ID1 2 PR 2SEL + 0.4P 150 . 48 2 . 12000 . 1.0 + 0.4 . 150 1D2 2
  • 63. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 63 Cuerpo 2 R = R = 36 in UG – 27(c)(1) Espesor basado en los esfuerzos circunferenciales t = t = t = 0.453 in UG – 27(c)(2) Espesor basado en los esfuerzos longitudinales t = t = 0.224 in Repitiendo los Cálculos Incluyendo el Efecto de la Tapa Estática Cuerpo 1 – Altura del Fluido = 50’ Pf = 19.792 psi El Espesor requerido basado en los esfuerzos circunferenciales es PR SEC - 0.6P 150 . 48 12000 . 1.0 - 0.6 . 150 PR 2SEL + 0.4P Pf = H1 . l In2 ft2 ID (P + Pf ) . 2 144 = 50 pies X 57 lb /pie 3 144 pulg2 /pies 2 = 2850 144
  • 64. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 64 t = SEC – 0.6P (150 + 19.8 ) . 48 t = 12000 . 1.0 – 0.6 . (150 + 19.8 ) t = 0.684 in Cuerpo 2 – Altura del Fluido = 50’ + 40” + 50’ 40 . in H = H1 + H2 + H = 103.333 ft l Pf = H 144 . Pf = 40.903 psi t = SEC – 0.6 . (P + Pf ) (150 + 40.9 ) . 36 t = 12000 . 1.0 – 0.6 . (150 + 40.9 ) t = 0.578 in 12 . in ft in2 ft2 ID2 (P + Pf ) . 2
  • 65. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 65 Resumen de los Espesores Requeridos para los Cuerpos 1 y 2 Esfuerzos Circ. P = 150 + Esfuerzos Long. P = 150 psi Tapa Estática P = 150 psi Cuerpo 1 0.605” 0.684” 0.299” Cuerpo 2 0.453” 0.578” 0.224” DISEÑO DE TAPAS Tipos de Diseños de Tapas Hemisférica Elíptica Torisferica ( Bombeada Esférica, o Bombeada y Rebordeada F & D ) Cónica Toriconica ( Tapa Cónica con Reborde ) Tapas Planas Cubiertas Bombeadas Esféricas ( Tapas Atornilladas ) Las Reglas del Código ASME Están Localizadas En UG-32 y el Apéndice 1-4, Tapas Formadas y Secciones con la Presión en Lado Cóncavo (Presión Interna). Estas son las tapas formadas no atornilladas tales como hemisféricas, elípticas, torisfericas, cónicas y toriconícas. UG-33, Tapas Formadas con la Presión en el Lado Convexo (Presión Externa) Apéndice 1-5, Tapas Cónicas y Reducciones Bajo Presión Interna, las reglas para el diseño del refuerzo cuando sea necesario en la unión del cono – al – cilindro. UG-34, Tapas Planas No-arriostradas y Cubiertas (tapas planas, cubiertas planas, bridas ciegas, circulares y no-circulares, soldadas, atornilladas, roscadas etc.) UG – 35, Otros Tipos de Cierres
  • 66. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 66 Cubiertas Bombeadas Esféricas, Apéndice 1-6 Cierres de Acondicionamiento Rápido, UG-35(b) UG – 47, Superficies Arriostradas o Placas Planas Arriostradas t = espesor mínimo requerido de la tapa después del formado D = diámetro interior del faldón de la tapa; o la longitud interior del eje mayor de una tapa elíptica; o el diámetro interior de una tapa cónica en el punto en consideración medido perpendicular al eje longitudinal. D0 = diámetro exterior (similar al diámetro interior) h = la mitad de la longitud del eje menor de una tapa elíptica L = radio interior de la esfera o de corona para tapas torisfericas y hemisféricas
  • 67. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 67 r = radio interior de rebordeo a = la mitad del ángulo incluido del cono en la línea de centro de la tapa Di = diámetro interior de la porción cónica de una tapa toriconica en su punto de tangencia con el reborde, medido perpendicular al eje del cono = D – 2 r(1-cos α) P = presión de diseño interna Tapas Elípticas 2:1 El eje menor es la mitad del eje mayor D 2h Una aproximación aceptable de las tapas elípticas 2:1 es una con un radio de rebordeo de 0.17D y un radio de bombeo esférico de 0.90D, [ UG-32(d) ]. El mínimo espesor requerido a la MAWP esta dado en UG-32(d) como PD 2SEt t = 2SE – 0.2P o P = D + 0.2t Otras Tapas Elípticas Para otras relaciones de ejes mayor y menor de tapas elípticas el Apéndice 1-4(c) suministra las formulas. En términos del diámetro interior PDK 2SEt t = o P = 2SE – 0.2P KD + 0.2t Tapa Torisferica = 2
  • 68. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 68 Tapa Bombeada y Rebordeada ( F & D ) Tapa F & D Estándar ASME Tapa F & D Estándar ASME L = D0 = diámetro exterior del faldón r = 6%L = 6% del radio interior de la corona = 6% D0 = diámetro exterior del faldón Las Formulas para el Espesor y la Presión para este caso son dadas en UG-32(e) 0.885PL SEt t = o P = SE – 0.1P 0.885L + 0.1 t Para materiales que tengan una mínima resistencia a la tensión que exceda de 80,000 psi las tapas torifericas deberán ser diseñadas usando un esfuerzo admisible, S, igual a 20,000 psi a temperatura ambiente y reducido en la proporción de reducción en el máximo esfuerzo admisible a la temperatura de diseño. Tapas Torisfericas Tapas F & D No – Estándar ASME Las formulas para otras proporciones son suministradas en el Apéndice 1-4(d) En términos del radio interior t = o P = UG-32(j) Para cualquier tapa no arriostrada el radio interior de la corona deberá no ser mayor que el diámetro exterior del faldón. Para una tapa torisferica o (F & D) el radio interior de rebordeo deberá no ser mayor que el 6% del diámetro exterior del faldón de la tapa pero en ningún caso menor que 3 veces el espesor de la tapa PLM 2SE – 0.2P 2SEt LM + 0.2t
  • 69. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 69 L Máximo = D.E. del faldón, i.e. Do R Mínimo = 6% del D:E: del faldón, i.e. Do Pero en ningún caso menor que 3 veces el espesor de la tapa. Él limite máximo de L coloca un limite en la planitud de la tapa. Un mayor L acerca la tapa a una placa plana. Él limite mínimo de r controla la curvatura. Una menor curvatura hace el cambio más abrupto. Un mayor r implica un cambio más gradual Transición Cónica UG-32(1) Todas las tapas formadas, mas gruesas que el cuerpo, las cuales vayan a ser soldadas a tope, deberán tener una longitud de faldón para cumplir con los requisitos de la Figura UW-13.1 esto suministra una transición 3:1 y una tolerancia para el desalineamiento de la línea de centro. Todas las tapas formadas, con un espesor igual o menor que el espesor del cuerpo, al cual se van a ser soldadas a tope, no necesitan tener un faldón integral. Cuando un faldón es suministrado, su espesor deberá ser al menos igual al requerido para un cuerpo sin costura del mismo
  • 70. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 70 diámetro. En otras palabras la porción del faldón para este caso es tratada como un cuerpo sin costura. REQUISITOS DE ESPESOR UG – 32(a) Y UG – 32(b) Para las tapas formadas (elípticas, torisfericas, hemisféricas y toriconicas) después del formado, el espesor requerido es el espesor en el punto mas delgado después del formado. Es una costumbre el usar una placa mas gruesa para prevenir el posible adelgazamiento durante el proceso de formado (ver pie de nota 18). El espesor de una tapa no arriostrada elíptica o torisferica no debera
  • 71. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 71 en ningún caso ser menor que el espesor requerido de una tapa hemisférica sin costura dividido por la eficiencia de la junta de la tapa al cuerpo. Tapa Hemisférica UG-32(f) Cuando el espesor de una tapa hemisférica no exceda 0.356L o P no exceda 0.665SE. t = o P = Para cuerpos esféricos gruesos vea las formulas en el Apéndice 1-3. Un cuerpo hemisférico delgado en términos del material es el mas eficiente o el componente mas delgado que pueda ser diseñado para presión interna. Este utiliza el material en la total extensión ya que ambos el esfuerzo longitudinal y el esfuerzo circunferencial son iguales. También, típicamente el espesor de la tapa hemisférica es aproximadamente igual a la mitad del espesor de un cuerpo cilíndrico. Ejemplos de Tapas A) Descripción: Una tapa F & D estándar ASME con un radio interior de la corona igual al diámetro exterior del faldón y un radio interior de rebordeado igual al 6% del radio de la corona De UG-32(e) t = P = presión de diseño (psi) = 150 psi L = radio interior de la corona (pulg.) = 72 pulg. S = esfuerzo admisible (psi) = 12 ksi para SA-515 Gr70 @ 800°F E = eficiencia menor de cualquier junta en la tapa = 1.0 PL 2SE – 0.2P 2SEt LM + 0.2t 0.885PL SE – 0.1P 0.885(150)(72) (12000)(1.0) – 0.1(150) = 0.798 “
  • 72. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 72 t = B) Descripción: Una tapa F & D 80/10. En otras palabras una tapa torisferica que tiene un radio de corona interior del 80% del D.E. del faldón y un radio interior de rebordeado del 10% del D.E. del faldón Del Apéndice 1-4 t = M = factor para las tapas torisfericas el cual depende de la proporción geométrica de la tapa L/r, donde r es el radio interior del rebordeado. Los otros parámetros están definidos arriba. L 72(80%) 57.6 r 72(10%) 7.2 M = 1.46 de la Tabla 1-4.2 o la ecuación. (150)(57.6)(1.46) 2(12000)(1.0)-0.2(150) D) Descripción: Una Tapa Elíptica 2 : 1 De UG-32(d) PLM 2SE – 0.2P = = = 8 = 0.527 “t = PD 2SE – 0.2P
  • 73. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 73 t = (150)(72) 2(12000)(1.0)-0.2(150) E) Descripción : Tapa Hemisférica. De UG-32(f) t = (150)(72/2) 2(12000)(1.0)-0.2(150) F) Descripción : Una Tapa elíptica 2:1 aproximada como una Tapa F & D con L = 0.9D y r = 0.17D De UG-32(d) y el Apéndice 1-4 (d) L = 0.90D = 0.90(72) = 64.8 r = 0.17D = 0.17(72) = 12.24 L 64.8 r 12.24 1 4 = 0.450 “ t = PL 2SE – 0.2P = 0.225 “ t = = = 5.29 L r√3 +M = = √
  • 74. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 74 1 4 t = (150)(64.8)(1.33) 2(12000)(1.0)-0.2(150) Se debe notar que en los cálculos de arriba por simplicidad el diámetro exterior del faldón se tomo como igual al diámetro interior en la definición del radio de la corona y el radio de rebordeo. La diferencia es despreciable debido a que un componente delgado es comparación con el diámetro. Una comparación de los espesores requeridos para los diferentes diseños de tapas y un cuerpo cilíndrico son mostrados abajo. Tapas Cónicas = 1.33M = 3 + 5.29 PLM 2SE – 0.2P = 0.539t =
  • 75. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 75
  • 76. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 76 La tapa cónica es similar al cuerpo cilíndrico y es analizada expresando el radio de curvatura tangencial en términos del radio, p.ej. R1 = R/cos α Alfa, α, es la mitad del ángulo incluido del cono. Formulas del Cono La ecuación de equilibrio de la tapa cónica, para los esfuerzos Tangenciales ( similares a la dirección circunferencial ) PR t cos α La formula del Código en UG-32(g) para las tapas cónicas PD SE – 0.6P = 2t cos α La formula del Código en UG-27 para los cuerpos cilíndricos PR PD SE –0.6P = = t 2t Las similitudes entre las formulas para los cuerpos cilíndricos y las Tapas cónicas son obvias. La Unión Cono – A – Cilindro El diagrama de fuerzas en la unión del cono al cilindro muestra el esfuerzo circunferencial de compresión en la unión debido a la geometría o a la σt =
  • 77. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 77 dirección de la presión aplicada. Además existen unas restricciones de compatibilidad A mayor ángulo mayor es la fuerza. El Código relaciona esta fuerza interna por la limitación del ángulo a 30° y reforzando la unión de acuerdo al Apéndice 1-5. para ángulos mayores de 30° un análisis de la discontinuidad puede ser realizado de acuerdo a 1-5(g). Formulas para el Cono y las Reducciones Cónicas – UG-32(g) Un eje común de los elementos del recipiente, p.ej. alineamiento de la línea de centros No existe rebordeos en la unión La mitad del ángulo incluido, α, es menor o igual a 30° PD 2Setcosα t = or P = 2cosα (SE-0.6P) D + 1.2tcosα La Mitad del Angulo Incluido Mayor De 30 Grados UG-32(h)
  • 78. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 78 Una tapa toriconica puede ser usada en vez de una tapa cónica cuando la mitad del ángulo incluido es mayor de 30 grados. El espesor del rebordeo es determinado usando las formulas para una tapa torisferica en la cual el radio de la corona, L, es definido como Di 2cosα Donde Di = diámetro interior en el punto de tangencia del reborde Di = D –2r(1-cos α ) Alternativamente, una reducción cónica con α >30° sin reborde puede ser usada sin un análisis de la discontinuidad es realizado satisfaciendo los requisitos de 1-5(g), [ Refiérase a UG-32(g) Y UG-32(h) ] Rigidizadores de la Reducción Cónica. Un anillo rigidizador deberá ser suministrado cuando sea requerido por las reglas de 1-5(d) y (e), [ vea UG-32(g)] El esfuerzo no es requerido cuando el ángulo calculado D > α. Los valores de D están tabulados en 1-5. De otra manera el refuerzo es requerido. El Apéndice 1-5 da las ecuaciones para calcular el área requerida para el L =
  • 79. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 79 anillo de refuerzo. Además el Código de la localización y distancia del anillo desde la unión. Secciones Cónicas Oblicuas UG-36(g) El mayor medio ángulo incluido puede ser usado en las formulas de diseño. Ejemplo de Reducción Cónica Parámetros de Diseño Todas las secciones del recipiente tienen un eje común No se asumen transiciones con rebordeos La mitad del ángulo incluido es menor de 30 grados Presión de Diseño = 150 psi Temperatura de Diseño = 800°F
  • 80. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 80 Sin tolerancia de corrosión Se asume radiografía total No hay restricciones de servicio Material = SA 515 Gr. 70 (placa de acero al carbón) Diámetro en el final grande = 96 pulgadas D.L. Diámetro en el final pequeño = 72 pulgadas D.L. De la geometría la mitad del ángulo incluido es 96 – 72 2 tan (α ) = 40 Luego α = 17 grados El espesor para la reducción cónica es determinado usando las formulas de UG-32(g) PD t = 2cosα (SE-0.6P) (150)(96) 2cos(17)(12000(1.0) - 0.6(150)) Ejemplo de Diseño de Secciones Reducidas Cónicas Requisitos de Anillos de Refuerzo (1-5) I. Determine P/SsE1, luego de la Tabla 1 –5.1 encuentre Δ = 0.632 ”t =
  • 81. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 81 1. Final grande: P 150 = = 0.0125 SsE1 12000(1.0) donde: Ss = esfuerzo admisible del cuerpo E1 = eficiencia de la junta longitudinal en el cono / cilindro De la Tabla 1-5.1; Desde que P SsE1 D = 30° un anillo de compresión no es requerido desde que 30° > 17° 2. Final pequeño P 150 = = 0.0125 SsE1 12000(1.0) Interpolando en la Tabla 1-5.2: P/ SsE1 Δ 0.010 9.0 0.0125 Δ1 0.020 12.5 Δ1 = 9.875° = 0.0125 > 0.009
  • 82. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 82 Desde que Δ1 = 9.875° y es menor que 17°, un anillo de refuerzo es requerido Determine k : y k = , Pero k no puede ser menor de 1.0 S R ER Cuando el anillo de refuerzo esta en el cuerpo y = SsEs 12000(30E6) k = = 1.0 12000(30E6) II. Determine el área de la Sección del anillo de refuerzo para el final pequeño kQsRs Ars = tan α SsE1 Donde Qs = la suma algebraica de PRs lb and f2 2 in f2 = carga axial en el final pequeño debida al viento, peso muerto, etc., excluyendo la presión, lb/in. f2 = 0.0 Δ 1 - α
  • 83. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 83 150(36) lb Qs = = 2700 2 in (1.0)(2700)(36) Ars = tan(17) 12000(1.0) Ars = 8.1(0.42)(0.31) = 1.05 in2 Cuando el espesor, menos la tolerancia de corrosión, de la reducción y/o el cilindro excede el requerido por la formula de diseño aplicable, el exceso de espesor puede ser considerado para contribuir al anillo de refuerzo requerido de acuerdo con la siguiente formula. ( tc - tr ) Aes = 0.78 Rs ts = ( ts – t ) + cos α En nuestro ejemplo, el anillo de refuerzo tiene que estar localizado dentro de una distancia de ( Rs ts) ½ (final pequeño) desde la unión de la reducción y el cilindro pequeño. El centroide ( para un material homogéneo este es el centro de gravedad) De el área agregada deberá estar dentro de una distancia de 0.25 (Rs ts) ½ (final pequeño). Tapas Planas UG-34 Tapas planas no arriostradas, cubiertas, bridas ciegas 9.875 1 – 17 √
  • 84. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 84 Placas y cubiertas circulares y no circulares Soldadas y atornilladas Las formulas son derivadas de la teoría elástica de placas con pequeñas deflexión. La condición del borde o el efecto del borde es tenida en cuenta para determinar el factor – C Para placas soldadas únicamente, el factor – C incluye un factor de 0.667 el cual efectivamente incrementa el esfuerzo admisible a 1.5S (p.ej. Flexión). Para placas atornilladas, la preocupación es la deformación y un esfuerzo admisible mas pequeño disminuye la posibilidad de fuga. Ecuaciones para Placas Planas Placas soldadas circulares no arriostradas CP SE Placas circulares atornilladas CP 1.9WhG t = d + SE SEd3 Placas soldadas no circulares no arriostradas rectangulares, elípticas, oblongadas o segmentadas. ZCP t = d SE √t = d √ √
  • 85. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 85 Donde Z = 3.4 - 2.4 < 2.5 ( Z : Factor de Forma) Placas atornilladas no circulares no arriostradas cuadradas, rectangulares, elípticas, oblongadas o segmentadas ZPC 6WhG t = d + SE SELd3 Definición de los Símbolos d = diámetro o el lado corto, medido como se indica en la Figura UG-34 C = un factor que tiene en cuenta el método de fijación. Este también incluye un incremento en el esfuerzo admisible por flexión a 1.5S para placas soldadas únicamente. P = presión de diseño S = esfuerzo máximo admisible, de las tablas de esfuerzo E = eficiencia de la junta, de la Tabla UW-12, para cualquier soldadura categoría A como se define en UW-3(a)(1). Z = un factor para tapas no circulares. d/ D √
  • 86. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 86 W = carga total de los tornillos como se determina por el Apéndice 2 hg = brazo del momento de empaque. L = perímetro de una tapa no circular atornillada medido a lo largo de la línea de centro de los huecos para tornillos Tipos de Tapas Planas
  • 87. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 87 Teoría Elástica de Placas Placas circulares simplemente soportadas bajo presión uniforme
  • 88. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 88 σ = 0.309 P (d/t)2 Placas circulares fijas bajo presión uniforme σ = 0.188 P (d/t)2 El factor –C representa el efecto de la condición del borde en el máximo esfuerzo. (Nota: El máximo esfuerzo no necesariamente ocurre en la misma localización, tal como en el centro para una placa simplemente soportada). C = 0.309 Teórico para placas simplemente soportadas C = 0.188 Teórico para placas fijas Para placas soldadas un incremento en el esfuerzo admisible en flexión es permitido hasta 1.5S. C = 0.309 / 1.5 = 0.205 placas simplemente soportada C = 0.188 / 1.5 = 0.125 placa fija Para cubiertas atornilladas el limite del esfuerzo es 1.0 S C = 0.308 placa simplemente soportada C = 0.3 valor del ASME Fig. UG-34 (j), (k) (p.ej. simplemente soportada) Los otros valores de C en UG-34 representan las otras condiciones del borde, la rigidez relativa pf de la placa y el cuerpo o el d efectivo de la placa. Detalles de las Soldaduras en Juntas de Esquina UW-13(e) Figura UW-13.2, Típico para Tapas Planas No Arriostradas
  • 89. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 89 Estos son algunas soldaduras típicas de fijación de placas a cuerpos permitidas para formar una junta de esquina. Estas también incluyen los requisitos de tamaño de las soldaduras.
  • 90. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 90 Juntas de Esquina No-Permitidas Una característica común de estas soldaduras de fijación es que estas no están capacitadas para suministrar una resistencia significante al momento. Esto es importante desde que para las placas el método de transferencia de la carga primaria es la flexión. Ejemplo del Diseño De Tapa Plana Soldada No Arriostada Parámetros de Diseño : Presión de Diseño = 150 psi Temperatura de Diseño = 800°F Tolerancia de Corrosión = Ninguna Material = SA515-70, S = 12 ksi Espesor del cuerpo= 3/4”
  • 91. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 91 D.I, del cuerpo = 96 in Radiografía total efectuada en el recipiente Sin Restricciones de Servicio Cubierta circular y sin costuras Tapa Plana pegada al cuerpo según la Fig. UG-34 (f) Donde C = .33m > .20 t = d CP/SE m = tr/ ts = Espesor requerido del cuerpo sin costura / Espesor actual del cuerpo menos la C.A. tr = = = 0.61 ’’ ∴ m = = 0.813 C = 0.33(0.813) = 0.268 > 0.20 .268(150) 12000(1.0) Bridas ANSI B16.5 Las bridas ciegas circulares de materiales ferrosos de acuerdo con el ANSI B 16.5 y UG-11(a)(2) deberán ser Aceptables para los diámetros y para el rateo de presión- temperatura de la Tabla 2 del ANSI B 16.5 con los tipos de fijación mostrados en la Fig. UG-34 esquemas ( j ) y ( k ) √ PR SE - 0.6P (150)(96 / 2) 12000(1.0) – 0.6(150) 0.61 0.75 t = 96 = 56√
  • 92. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 92 SUPERFICIES ARRIOSTRADAS UG-47 – Superficies arriostradas t = p donde : p = el paso máximo entre cualquier conjunto de riostras P = presión de diseño S = esfuerzo máximo admisible (Sección II, Parte D) C = un factor que afecta el factor de seguridad relacionando el método de fijación entre la riostra y la placa plana Rango de 3.2 > C > 2.1 UG-31(i) Si una tapa elíptica, torisferica, hemisférica, cónica o toriconica es de un espesor menor que el requerido por UG- 32, este deberá ser tratado como una superficie plana arriostrada de acuerdo a UG-47 DISEÑO A PRESIÓN EXTERNA (UG-28) Teoría detrás de la Presión Externa Reglas del Subpart 3 de la Sección II Parte “D” Pandeo Analogía A Una Columna Un cuerpo cilíndrico delgado es análogo a una columna. P SC
  • 93. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 93 Una columna puede ser simplemente definida como un miembro que falla en compresión por pandeo, o se colapsa. El esfuerzo que acompaña la falla por pandeo es siempre menor que el que se requiere para fallar directamente por compresión Una columna en tensión podría llevar una carga mayor que la misma columna en compresión; un cuerpo cilíndrico delgado bajo presión interna podría llevar una mayor carga que el mismo cuerpo bajo presión externa. Resistencia al Pandeo La resistencia de un recipiente bajo presión externa depende de su longitud, diámetro, espesor y las propiedades mecánicas del material. La presencia de irregularidades en una columna bajo compresión puede reducir notoriamente su resistencia pero tienen un efecto menor sobre la misma columna bajo tensión; comparativamente, las irregularidades en un cilindro delgado bajo presión externa reducirán notoriamente su resistencia pero tendrán un efecto pequeño en el mismo cuerpo bajo presión interna. Relación Entre la Geometría del Recipiente y la Resistencia del Recipiente 1.- La presión colapsante independientemente de la longitud (L/Do); depende únicamente de (Do/T): a) Recipientes muy largos donde las cargas están demasiado aparte para ejercer influencia en el centro del recipiente b) Recipientes muy cortos donde las tapas están demasiado cerca tal que ellas previenen el colapso del recipiente bajo presión externa hasta que la fluencia es alcanzada. 2.- La presión colapsante depende de la longitud (L/Do), como también de (Do/T). a) Recipientes más cortos que una cierta longitud critica. Tipos de Formulas Las formulas para el diseño de recipientes bajo presión externa pueden ser divididas en tres tipos generales: 1) Formulas de esfuerzo, o cedencia para recipientes cortos
  • 94. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 94 2) Formulas de inestabilidad conteniendo ambos términos L/Do y Do/T para recipientes de longitud intermedia 3) Formulas de inestabilidad conteniendo únicamente Do/T para } recipientes largos. Factores de Seguridad El criterio de diseño de la Sección VIII División 1 para fijar los esfuerzos admisibles para presión externa para cuerpos cilíndricos, se encuentra en el Apéndice Q y es: El mas bajo de los siguientes 1) El 33% del esfuerzo critico de pandeo con un factor de 80% por tolerancia. 2) El 33% de la mínima resistencia a la cedencia y la resistencia a la cedencia a la temperatura. 3) El 66% del esfuerzo promedio para producir fluencia lenta a una relacion de 0.01% / 1000 horas (1% / 100,000 horas) 4) El 100% del esfuerzo admisible en tensión. Selecciona el valor menor de los cuatro criterios de arriba.
  • 95. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 95 Ejemplo de Diseño. Espesor de una Tapa Formada Bajo Presión externa Ejemplo de Diseño. Espesor de un Cuerpo Cilíndrico Bajo Presión externa XX – CARTA GEOMÉTRICA – 1 XX – CARTA GEOMÉTRICA – 2 XX – CURVA DE REFERENCIA DEL MATERIAL XX – GRAFICA DE PRESION EXTERNA 15 PSI = Full Vacuum = Vacío Total 4B 3 (Do/t) ESPESOR DEL CUELLO DE LAS BOQUILLAS UG-45 Espesor del Cuello de las Boquillas de Servicio (No incluye Registro- Hombre o Mano-Hombre) El espesor del cuello de las boquillas esta basado en: 1) El espesor requerido por las cargas de UG-22 (p.ej. presión interna y externa, cargas externas) 2) El espesor del cuello de la boquilla con relación al espesor del cuerpo o tapa a la cual la boquilla va fijada. 3) El espesor minimo de una tubería con una pared estándar Cuando una tolerancia por corrosión es especificada, y UG-45(b)(4) controla el espesor del cuello de la boquilla, una tubería con un espesor mayor que el estándar tiene que ser usada. Pa = B = Valor máximo de esfuerzo a compresión admisible.
  • 96. ESIME AZCAPOTZALCO Ing. Francisco Rodríguez Lezama 96 UG-45(a) pertenence a las aberturas de acceso y aberturas para inspección; el espesor es el calculado por las cargas de UG-22 únicamente. Ejemplo de Calculo del Espesor del Cuello de la Boquilla DADO : Presión Interna = 35 psi D.E. Cuerpo = 96 pulg. Material del Cuerpo & Boquilla = SA-516-60, S = 20 ksi Espesor Nominal del Cuerpo = 1.0 pulg. Diámetro de la Boquilla = 14 pulg. Tolerancia de Corrosión = Ninguna UG-45(a) espesor calculado por las cargas de UG-22 + CA PR0 35(7) SE + 0.4P 20000(1.) + 0.4(35) UG-45(b)(1) el espesor requerido para el cuerpo bajo presión interna + CA PR0 3.5 (48) SE + 0.4P 20000(1.) + 0.4(35) UG-45(b)(4) mínimo espesor de la tubería de pared estándar + CA Para 14” NPS Estándar, t = .875(.375) = 0.328 pulg. El espesor de la boquilla requerido es el mayor de: 1. 0.016 pulg. 2. el mas pequeño de : a) .112 pulg. < - Controla tr n = = = 0.016 ” t r = = = 0.112”