If Gamarra Chinchay Fime

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO VICERECTORADO DE INVESTIGACION INSTITUTO DE INVESTIGACION DE LA FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA-ENERGÍA

“TEXTO :DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESION SEGÚN NORMAS ASME DIVISION VIII SECCION 1”

AUTOR:

MG. ING. ARTURO PERCEY GAMARRA CHINCHAY (01-04-2010 AL 31-03-2012) RESOLUCIÓN RECTORAL: N°384-2010-R

BELLAVISTA – CALLAO

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA I. INDICE GENERAL Página I.

INDICE GENERAL

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RESUMEN

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III.

INTRODUCCIÓN

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IV.

PARTE TEORICA O MARCO TEÓRICO

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II.

CAPÍTULO I

MATERIALES

UG 4 GENERAL

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UG 5 PLANCHAS

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UG 6 FORJAS

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UG 7 FUNDICIONES

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UG 8 TUBERIAS

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UG 10 MATERIAL IDENTIFICADO CON O PRODUCIDO A UNA ESPECIFICACION NO PERMITIDA POR ESTA DIVISION Y MATERIAL NO IDENTIFICADO PLENAMENTE

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UG12 PERNOS Y TORNILLOS

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UG13 TUERCAS Y ARANDELAS

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UG14 BARRAS REDONDAS

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UG15 ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO

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UW 5 GENERAL

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UF 5 GENERAL

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UB 5 GENERAL

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UB 6 METALES DE APORTE PARA LA SOLDADURA FUERTE

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UB 7 FUNDENTES Y AMBIENTES

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UCS 6 PLANCHAS

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA UCS 7 PLANCHAS DE ACERO FORJADAS

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UCS 8 PLANCHAS DE ACERO DE FUNDICION

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UCS 9 TUBERÍAS DE ACERO

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UCS 10 PERNOS

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UCS 11 TUERCAS Y ARANDELAS

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UCS 12 BARRAS

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UNF 5 GENERAL

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CAPÍTULO II DISEÑO UG 20 TEMPERATURA DE DISEÑO

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UG 21 PRESION DE DISEÑO

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UG 22 CARGAS

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UG 23 VALORES DE ESFUERZO MAXIMO PERMISIBLE

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UG 27 ESPESOR DE ENVOLVENTES SOMETIDOS A PRESION INTERNA

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UG 28 ESPESOR DE ENVOLVENTES Y DE TUBOS FLUS SOMETIDOS A PRESION EXTERNA

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CAPÍTULO III ABERTURAS Y REFUERZO UG 36 ABERTURAS EN RECIPIENTES A PRESIÓN

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UG 37 REFUERZOS DE ABERTURAS EN CUERPO Y CABEZALES CONFORMADOS CAPÍTULO IV

43 SUPERFICIES CON REFUERZOS Y TIRANTES

UG 47 SUPERFICIES APUNTALADAS Y ATIRANTADAS

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UG 48 PERNOS ATIRANTADORES

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UG 49 UBICACION DE PERNOS ATIRANTADORES

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UG 50 DIMENSIONES DE PERNOS ATIRANTADORES UG 54 SOPORTES

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPÍTULO V

LIGAMENTOS

UG 53 LIGAMENTOS

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UG 55 SOPORTES DE PLATAFORMAS, ESCALERAS Y OTROS ACCESORIOS UNIDOS A LA PARED DEL RECIPIENTE. CAPÍTULO VI

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INSPECCION Y PRUEBAS

UG 90 GENERAL

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UG 91 EL INSPECTOR

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UG 92 ACCESO PARA EL INSPECTOR

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UG 93 INSPECCION DE MATERIALES

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UG 94 MARCADO EN LOS MATERIALES

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UG 95 INSPECCION DE SUPERFICIES DURANTE LA FABRICACION

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UG 96 VERIFICACION DIMENSIONAL DE PARTES COMPONENTES

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UG 97 INSPECCION DURANTE LA FABRICACION

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UG 98 PRESION DE TRABAJO MAXIMA PERMISIBLE

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UG 99 PRUEBA HIDROSTATICA NORMAL

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UG 100 PRUEBA NEUMATICA

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UG 101 PRUEBAS PARA ESTABLECER LA PRESION DE TRABAJO MAXIMA PERMISIBLE CAPÍTULO VII

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DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION

UG 125 GENERAL

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UG 126 VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION

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UG 127 DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION QUE NO VUELVEN A CERRAR

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UG 128 VALVULAS DE ALIVIO DE LIQUIDOS

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UG 129 MARCADO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA V. VI. VII. VIII. IX.

MATERIALES Y METODOS

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RESULTADOS

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DISCUSION

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REFERENCIALES

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APENDICE

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA II. RESUMEN Este proyecto de investigación se refiere al Diseño de recipientes a presión ya sea interno o externo, utilizando las normas ASME sección VIII, división 1. Esta presión puede obtenerse por una fuente extrema, o por la aplicación de calor de una fuente directa o indirecta, o cualquier combinación de ambos. La división 1 está dividida en tres subsecciones, apéndices obligatorios y apéndices no obligatorios. La subseccion A esta compuesta de la parte UG, que cubre los requerimientos generales aplicables a todos los recipientes a presión. La subseccion B cubre requerimientos específicos que son aplicables a los diferentes métodos empleados en la fabricación de recipientes a presión. Se compone de las partes UW, UF y UB que tratan de los métodos de fabricación soldada, forjada y de soldadura fuerte, respectivamente. La subseccion C cubre requerimientos específicos aplicables a las distintas clases de materiales utilizados en la construcción de recipientes a presión. Está formada de las partes UCS, UNF, UHA, UCI, UCD, UHT, ULW y ULT que tratan respectivamente de aceros al carbono y de baja aleación, metales no ferrosos, aceros de alta aleación, hierro fundido, material de revestimiento integral y de forro, hierro dúctil fundido, aceros ferriticos con propiedades agregadas por tratamiento térmico, construcción con capas y materiales de baja temperatura. Los apéndices obligatorios refieren a temas no cubiertos en las subsecciones y se convierten en obligatorios cuando el tema cubierto esta incluido en la construcción. Los apéndices no obligatorios proveen información y buenas practicas sugeridas.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA III.INTRODUCCION El criterio de diseño utilizado por la Secc VIII Div 1, establece que el espesor de pared de un recipiente a presión, deberá ser tal que las tensiones generadas por la presión, no deben exceder el valor de la tensión admisible del material. La tensión admisible a la tracción para cada material, resultará de dividir por 3,5 a la tensión de rotura de ese material a la temperatura de diseño. No obstante que los valores de tensión de rotura que figuren en los certificados ó que resulten de ensayos posteriores, tengan valores por arriba del valor que para ese material y esa temperatura se establece en la Secc.II, este último es a partir del cual se tomará la tensión admisible a utilizar en el cálculo. La presión de trabajo máxima permitida, estará limitada por la envolvente ó los cabezales y no por partes menores. Los recipientes cubiertos por la Secc. VIII Div1, serán diseñados para las más severas condiciones coincidentes de presión y temperatura previstas para las condiciones normales de operación que le son requeridas. Consecuentemente, la presión de diseño será la máxima de trabajo admitida por el recipiente sin que se supere la tensión admisible del material en el punto más comprometido. Los recipientes sometidos a presión, deberán ser diseñados para poder soportar las tensiones debidas a las cargas ejercidas por la presión interna ó externa, el peso del recipiente lleno de líquido y toda otra solicitación que agregue tensiones sobre las partes que lo componen. En el caso de tanques horizontales con longitud considerable y 2 cunas de apoyo, además del peso propio y de elementos interiores, deben ser calculadas por solicitaciones generadas en los apoyos y en el centro de la luz por el peso del líquido

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA durante la realización de la Prueba Hidráulica, los que suman esfuerzos de tracción en esas zonas que son las más comprometidas. En los recipientes cilíndricos verticales de altura considerable, también deberán ser verificadas las tensiones que provocan, además de la presión, otros factores tales como las cargas excéntricas, la acción del viento y las cargas sísmicas (si correspondiere); asimismo, también deben ser considerados el efecto de la temperatura si fuere el caso, la posibilidad de cargas de impacto, etc. El análisis debe concentrarse en la verificación de la condición más desfavorable, provocada por su efecto combinado. En general se acepta que los recipientes verticales de altura considerable (caso torres de destilación), deban diseñarse con espesores variables, de manera tal que bajo las condiciones de operación normales, admitan una deflección no mayor de 6” por cada 100 piés de altura, bajo la velocidad máxima del viento tenida en cuenta para el diseño. Tolerancia por corrosión: Las superficies interiores de un recipiente, al estar en contacto con el fluido, pueden estar expuestas a sufrir la pérdida de espesor por efecto de la corrosión y en el caso de movimiento de sólidos en suspensión, por erosión ó abrasión mecánica. El Código no permite que el espesor mínimo de la envolvente y de los cabezales (luego de conformados) de un recipiente a presión, sea menor a 1/16” (1,59 mm), excluida la tolerancia por corrosión; en todos los casos en los que se considere que esta pudiere aparecer, se debe sumar un sobreespesor adicional al de cálculo; está establecido como recomendable, adicionar un valor del orden de 1/16”, con lo cual el espesor mínimo, no debería ser menor de 1/8” (3,17 mm). En el caso de recipientes para aire comprimido, vapor de agua ó agua a presión, el espesor mínimo será de 3/32”(2,38 mm) y previéndose corrosión, no debería ser menor de 5/32” (3,97 mm). En el caso de generadores de vapor sin fuego, no será menor de ¼” (6,35 mm) y adicionando la tolerancia por corrosión, no menor de 5/16” (7,93 mm).

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Será responsabilidad del diseñador establecer en función del fluido y del servicio, el valor que resulte apropiado para permitir una vida útil razonable. Salvo casos especiales, los recipientes a presión deberán ser diseñados para una vida útil no menor de 15 años de operación continuada. En el caso particular de la Normativa de nuestro pais, la vida útil de un recipiente habilitado, ha sido establecida en 30 años. Esto es un límite temporal válido siempre y cuando el espesor se mantenga por sobre el mínimo admisible por cálculo; cuando el valor medido resulte menor a ese mínimo, la vida útil del recipiente para operar a la presión para la que ha sido diseñado ha concluido, cualquiera sea el tiempo transcurrido desde su puesta en servicio. Como el avance real de una posible corrosión puede responder a factores que no hayan sido previstos, para no correr riesgos, la Norma exige la realización del control periódico de espesores. Por lo indicado precedentemente y a los efectos de posibilitar el control periódico, los recipientes deberán contar con aberturas de inspección. Así por ejemplo, el Código establece que los recipientes con diámetro interior hasta 36” deberán contar con una boca de hombre ó 2 cuplas de 2” c/tapón roscado. Los diámetros mayores de 36” siempre deberán contar con boca de hombre con diámetro mayor ó igual a 16”; lo aconsejable es utilizar 18 ó 20”. Cuando exista seguridad de que el fluido no es corrosivo, la boca de hombre podrá ser obviada. Los usuarios establecen los requerimientos de diseño para recipientes a presión, tomando en consideración factores asociados con la operación normal, y otras condiciones tales como la puesta en marcha y paro de operación. Tal consideración incluirá, pero no se limitara a, lo siguiente: la necesidad de márgenes por corrosión mas allá de aquellos especificados por las reglas de esta división (ver UG-25); la definición de servicios letales (ver UW-2(a)); la necesidad de tratamiento térmico posterior a soldadura mas allá de los requerimientos de esta división y dependiendo de las

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA condiciones de servicio; para recipientes a presión en los cuales se genera vapor de agua, o se calienta agua [ver U-1(g) y (h)], la necesidad de tubería, válvulas, instrumentos y accesorios. El fabricante de cualquier recipiente o parte que se va a marcar con el símbolo de código tiene la responsabilidad de cumplir con todos los requerimientos aplicables de esta división y, por la certificación apropiada, de asegurar por todo el trabajo hecho por otros cumple también. El fabricante de recipiente o de parte, hará disponible para la censura del inspector. Las reglas de esta división se han formulado sobre la base de principios de diseño y prácticas de construcción aplicables a recipientes proyectados para presiones que no exceden de 3,000lb/pulh2. Para presiones arriba de 3,000lb/pulg2, desviaciones de, y adicionales a estas reglas son comúnmente necesarias para reunir los requerimientos de principios de diseño y prácticas de construcción para estas presiones más altas. Solo en el caso de que después de haber aplicado estos principios de diseño y prácticas de construcción adicionales y que el recipiente todavía cumple con todos los requerimientos de esta división, se puede estampar con el símbolo de código aplicable

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA IV. MARCO TEÓRICO

Hacia fines del siglo XIX y comienzos del XX, una serie de fallas catastróficas de calderas en los EEUU. Condujo a las primeras acciones tendientes a fijar reglas para el diseño y construcción de calderas. En aquella época se producían entre 350 a 400 explosiones de calderas por año, solo en los EEUU. con muchas pérdidas de vidas humanas y graves daños a las instalaciones y plantas en las que operaban. Como resultado, la American Society of Mechanical Engineers (ASME) emitió su primer código en 1914. Durante los años siguientes, el Código aumento su alcance para incluir secciones separadas para calderas de potencia, calderas de calefacción, de locomotoras, recipientes presurizados sin calefacción, y finalmente recipientes conteniendo sustancias inflamables ( a lo que API originalmente se oponía) y recipientes nucleares. El objeto del código es, por tanto, establecer reglas de seguridad cubriendo el diseño, fabricación e inspección durante la construcción de calderas y recipientes a presión. Los accidentes disminuyeron en forma sustancial desde la emisión del Código. El cuidado e inspección de calderas y recipientes en servicio se considera solamente a través de sugerencias de buenas prácticas como ayuda a inspectores y operadores (con excepción de los recipientes nucleares). La administración del Código es realizada por una cantidad de comités. Estos consisten especialmente en un Comité Principal, varios subcomités (por Ejm.: Subcomite de Especificaciones de Materiales, Subcomite de Recipientes a Presión, Subcomite Nuclear, etc.) y un gran número de Grupos de Trabajo (por Ejm.: Grupo de Trabajo en Fatiga por Creep, en Estructuras soporte del Núcleo, etc.). Los miembros de estos comités participan en calidad de voluntarios, part-time, y normalmente trabajan para fabricantes, proveedores de materiales, usuarios, aseguradores, etc. 11

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA ASME y sus Comités no tiene capacidad legislativa, es decir no tienen poder para imponer el cumplimiento de Código. El Código esta referenciado en las leyes y reglamentos de organismos responsables por la seguridad pública. Hoy es un requisito mandatorio en la mayoría de los estados y grandes ciudades de EEUU., y de las provincias de Canadá. También esta impuesto como requerimiento por algunos organismos gubernamentales, tales como la Nuclear Regulatory Commission. Es así como, mediante el desarrollo de un conjunto único de requisitos técnicos acordados y marcas de evaluación de la conformidad aceptable por las autoridades regulatorias, el código ha servido para aumentar la seguridad de instalaciones presurizadas, y al mismo tiempo, facilitar el intercambio comercial de estos componentes. Es así como, mediante el desarrollo de un conjunto único de requisitos técnicos acordados y marcas de evaluación de la conformidad aceptable por las autoridades regulatorias, el Código ha servido para aumentar la seguridad de instalaciones presurizadas, y al mismo tiempo, facilitar el intercambio comercial de estos componentes. Un principio fundamental del Código ASME es que un recipiente a presión debe recibir una inspección autorizada por una “tercera parte” durante la fabricación, para verificar el cumplimiento de los requisitos aplicables del Código. La firma por un inspector autorizado por tercera parte en el formulario correspondiente del Código, certificando que el recipiente ha sido fabricado de acuerdo con los requisitos del mismo, es un elemento básico en el sistema de aceptación de calderas y recipientes y ha facilitado su aceptación cuando hay varios organismos involucrados en la misma. Además de inspeccionar recipientes durante la fabricación, los inspectores Autorizados pueden también controlar los procedimientos de instalación en el lugar de la obra. Y después que han sido puestos en servicio, ellos también inspeccionan

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA periódicamente el cumplimiento de los requisitos legales definidos por los reglamentos y leyes locales sobre calderas y recipientes a presión

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 1

MATERIALES

UG-4 GENERAL UG-4(a) Los materiales sujetos a esfuerzos debido a la presión , deben de ajustarse a las especificaciones dadas en la Sección II, Parte D, Subparte 1, Tablas 1A, 1B, y 3 , incluyendo todas las notas aplicables en las tablas y están limitados por aquellos que están permitidos en la parte de aplicación de la subseccion C , salvo lo permita lo incluido en las UG-9, UG-10, UG-11, UG-15, la parte UCS y los apéndices obligatorios . Los materiales, como sabemos, pueden ser identificados por diferentes especificaciones y/o grados, siempre que el material cumpla con las especificaciones y/o grados dados en la UG23. UG-4(b) Los materiales para los elementos que no están sometidos a presión como el faldón, soportes, deflectores, orejas, clips y superficies extendidas para la transferencia de calor, No necesitan ajustarse a las especificaciones de los materiales a los cuales van unidos, pero si estas partes son unidas al tanque mediante soldadura, deben de cumplir con las características dadas en la UW-5(b). Los valores de los esfuerzos permisibles para los materiales no identificados en la UG-93, no deben de sobrepasar el 80% de los valores dados para materiales similares en la subsección C. UG-4(c).- El material objeto de especificaciones en la sección II, no se limita en cuanto al método de producción a menos que así se establezca en el pliego de condiciones y siempre que el producto cumpla con los requisitos de la UG-85. UG-4(d).-Los materiales distintos del autorizado por esta división no se puede utilizar a menos que los datos al respecto se presentan y son aprobados por el comité de calderas y recipientes a presión de acuerdo con el Apéndice 5 en la Sección II, Parte D. UG-4(e).- Los materiales que están fuera de los limites respecto al tamaño y el espesor indicado en las especificaciones de la Sección II, pero admitidos en la Subseccion C de esta

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA división, podrán ser utilizado si el material cumple con el resto de los requisitos y no existe limitación de tamaño ó espesor en las tablas de tensiones admisibles. UG-4(f).- Se recomienda que el usuario del recipiente se asegure que el material es adecuado para la fabricación con respecto a que estos mantengan en forma satisfactoria sus propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, erosión, oxidación, y cualquier otro deterioro durante su vida útil. UG 5 PLANCHAS UG-5 (Planchas)-Las planchas utilizadas en la construcción de recipientes a presión debe cumplir con alguna de las especificaciones indicadas en la Sección II del código ASME para los que se indique los valores de tensión admisible en las tablas de la UG23, exceptuando lo indicado en los apartados UG4,UG10,UG11 y UG15. UG-6 FORJAS UG-6. (Forjados)-Los materiales forjados si pueden ser usados en la fabricación de recipientes a presión, siempre que el material haya sido trabajado lo suficiente para eliminar la estructura gruesa del lingote. *Los valores de tensión admisible máximo para estos materiales se indica en la tabla de la UG23. *Mas detalle de forjado ver Parte UF de la Subseccion “B”, de esta División. UG 7 FUNDICIONES UG-7 (Fundiciones)- Los materiales de fundición se pueden usar en la fabricación de recipientes a presión y sus partes. *Los valores de tensión admisible máximo para estos materiales se indica en la tabla de la UG23

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA * Los valores de tensión admisibles deberán ser multiplicados por el factor de calidad de la fundición indicado en el apartado UG24, para todos los materiales excepto para el Hierro Forjado UG-8 TUBERIAS UG-8(Tuberías)- Los tubos con y sin costura fabricados de acuerdo con alguna especificación indicadas en la Sección II del código ASME, se podrán usar como parte de la fabricación de los recipientes a presión .Los materiales de soldadura utilizadas en la fabricación de recipientes a presión deberán cumplir con los requisitos de esta división, con aquellos indicados en la Sección IX del código ASME, y con la especificación de calificación del procedimiento de soldadura. Cuando el material de soldadura cumple con alguna de las especificaciones de la Sección II, Parte C, el marcado de acuerdo con aquella especificación puede ser aceptado como identificación del material. Cuando el material de soldadura no cumple de las especificaciones de la Sección II, Parte C, el marcado deberá ser identificado con el material utilizado en el procedimiento de soldadura. Siempre se asume que solo los materiales identificados “códigos” pueden ser usados en la fabricación de un recipiente bajo código. Sin embargo el uso de otros materiales es permitido por UG4(a) y UG10 UG10 MATERIAL IDENTIFICADO CON O PRODUCIDO A UNA ESPECIFICACION NO PERMITIDA POR ESTA DIVISION Y MATERIAL NO IDENTIFICADO PLENAMENTE UG10(a): Materiales identificados con certificación completa del fabricante del material: Permite el uso de materiales que no estén listados en el código siempre que estén

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA identificado y con completa certificación, y haya trazabilidad por su colada, numero de lote a la comparación química original del fabricante del material. Se compara sus propiedades químicas y físicas, evidencia que demuestra como el material fue producido y adquirido y que no existe conflicto con los requerimientos de la especificación con el método de desoxidación , practica de fundición, calidad y el tratamiento térmico a una especificación aceptable por el código y si es aceptable recertificar el material. Esta recertificación puede ser realizada por el fabricante del recipiente o parte ó por otra organización siguiendo el procedimiento descripto en la UG10. UG10(b)Materiales identificados respecto de un lote particular de producción según lo requerido por una especificación permitida por el código pero que no puede ser calificado según UG10(a): Permite el uso de material no listado en el código si es identificable pero no tiene trazabilidad con la composición química original del fabricante del material, al igual que en UG10(a) .Los pasos requeridos para usar este material están descrito en este párrafo .En este caso se deberá realizar análisis químicos y mecánicos en cada colada y luego se compara con la especificación permitida. Luego se recertifica el material con la especificación de la Sección II .Sin embargo estos pasos solo podrán ser realizados por el fabricante del recipiente ó parte. UG10(c): Materiales no completamente Identificados: Permite el uso de material no listado en el código. Que no tenga identificación, que no tenga trazabilidad con la composición química original del fabricante del material. Los pasos requeridos para usar este material están descritos en este párrafo .Es similar al UG10 (b) sin embargo, cada pieza deberán ser ensayadas. Los pasos podrán ser solo realizados por el fabricante del recipiente ó parte.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Prefabricados y preformado de partes retenedoras de presión suministrada por otra organización distinta al fabricante del recipiente deberá conformar los requerimientos de esta división para el recipiente, incluyendo restricciones de servicio aplicables al material, inspección en el taller del fabricante de la parte y el suministro del reporte de datos del fabricante tal como lo requiere la UG-120(c).Con las excepciones indicadas en los puntos a, b y c. La fabricación de estas partes puede ser realizada sin el suministro del reporte de datos parcial y de la inspección en el taller de la parte del fabricante. UG12 PERNOS Y TORNILLOS UG-12 (Pernos y Tornillos)- Los pernos y tornillos se pueden utilizar para fijación de las partes desmontable. Las especificaciones y normas para los valores de tensión admisible esta supeditadas en la UG23. UG13 TUERCAS Y ARANDELAS UG-13(Tuercas y Arandelas)- Las tuercas y arandelas están sujetas a los requisitos de la aplicación en la subseccion “C”. (Ver UCS11 y UNF13). UG14 BARRAS REDONDAS UG-14 (Barras redondas)- Las barras redondas se pueden usar para la fabricación de partes de los recipientes a presión como bridas anillos. Las barras están sujetas a los requisitos de la aplicación Especificaciones del Producto en la subseccion “C”. UG15 ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO UG-15(Especificaciones del Producto)- Cuando el material que queremos emplear está fabricado de acuerdo con una especificación que NO aparece en la lista de la Subseccion “C”, podrá utilizarse si:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA *Las propiedades físico químicas, tratamiento térmico, desoxidación, tamaño de grano, procedimiento de fabricación, ensayos, marcaciones, etc., conforme a los especificado en la Subseccion “C”. *Se utiliza los valores de tensión admisible aplicables en la especificación de la Subseccion “C”. *Para el caso de tubos soldados sin adición de material de aporte el valor de la tensión admisible es multiplicado por un factor de 0.85. UW 5 GENERAL UW-5(a) Partes sometidas a presión: Los materiales usados en la fabricación de los tanques a presión fabricados mediante soldadura, deben de cumplir con los requerimientos dados en las UG-4 a la UG-15 y se proveerá de una calificación de soldadura. La calificación es considerada bajo las especificaciones de la Sección IX. Del código ASME. UW-5(B) Partes NO sometidas a presión.- Los materiales usados para las partes que no están sometidas a presión que son soldadas al tanque deben de cumplir con las siguientes características de soldabilidad: (1)Para materiales identificados de acuerdo a la UG-10, 11, 15 o 93, la calificación satisfactoria, se da de acuerdo a la Sección IX del código ASME. 2) Para materiales NO identificados de acuerdo a la UG-10, 11, 15 o 93, Pero identificables de acuerdo a la composición química y propiedades mecánicas. Para los materiales identificados por S-números, las especificaciones de la Sección IX, QW/QB-422 puede ser seguida para la calificación del procedimiento de soldadura. El procedimiento de soldadura sólo debe ser calificado una vez que se ha realizado un análisis químico y de las propiedades mecánicas del material.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA (3) Los Materiales de los que no puedan ser identificados su calidad soldable deben ser demostrados preparando una prueba de la junta a tope, para cada pieza de material no identificado. Las muestras deben de cumplir con las especificaciones dadas en QW-451 de la sección IX del CÓDIGO ASME. UW-5(C) Dos materiales de especificaciones diferentes, pueden ser unidos por soldadura, siguiendo las especificaciones e la sección IX Q-250. UW-5(D) Los materiales unidos mediante los procesos de soldadura electro escoria y electrogas deben de estar limitados a aceros ferríticos y los siguientes aceros austeníticos que se sueldan para producir un ferrita que contiene el metal de soldadura: SA-240 tipos 304,

304L,

316

y

316,

SA-182

F304,

F304L,

F316,

F316L

y;

SA-351, CF3, CF3A, CF3M, CF8, CF8A y CF8M. UW-5(e). Los materiales unidos mediante los procesos de soldadura por inercia y por fricción continua, deben de estar limitados a materiales asignados por P- números de la sección IX del código ASME y no debe de incluir los aceros efervescentes y semicalmados. Acero Efervescente .- Acero que no ha sido desoxidado por completo antes de verterlo en los moldes. Contiene gran cantidad de sopladuras, pero no grietas. Acero calmado .-Acero que ha sido completamente desoxidado antes de colarlo, mediante la adición de manganeso, silicio o aluminio. Con este procedimiento se obtienen lingotes perfectos, ya que casi no hay producción de gases durante la solidificación, lo que impide que se formen sopladuras. UF 5 GENERAL UF-5(a) Los materiales utilizados en la fabricación de tanques por forja deben de cumplir con las especificaciones dadas desde la UG-4 a la UG-14 , Excepto por limitaciones especificas o las extensiones en las partes (b) o ( c) definidas líneas abajo y en la UF-6 .

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA UF-5(b) El análisis térmico de las piezas forjadas a ser fabricadas por soldadura no deben de exceder el 0.35% el porcentaje de carbono, sin embargo cuando la soldadura incluye accesorios menores que no están sometido a presión, limitados por la UF-32 -.La soldadura de cierre de conexiones roscadas según lo permitido en la UF-43 o reparaciones limitadas en la UF-37, EL PORCENTAJE DE CARBONO PERMITIDO ES DE 0.5%, para el análisis térmico. Cuando el análisis térmico arroja mas de 0.5% , la soldadura o está permitida.

UF-5(c). Esta sección contiene los requerimientos especiales para materiales SA-372 , sometidos a enfriamiento líquido y tratamiento térmico . Los requisitos especiales no se aplican a materiales austeníticos o materiales que no exceda de 95 ksi (655 MPa) resistencia a la tracción mínima especificada. SA-372. Los materiales pueden ser sometidos a un enfriamiento acelerado o pueden ser templados y revenidos para alcanzar sus mínimos propiedades, siempre que: (1) después del tratamiento térmico, la inspección defectos se realizará de acuerdo a la UF-31 (b) (1) (a) (2) La resistencia a la tracción no deberá ser mayor que 20.000 psi(140 MPa) por encima de su resistencia especificada a la tracción mínima UF-5(d). Para tanques construidos mediante material SA-372 Grado J , Clase 110 o grado L , las pruebas de impacto deben de ser realizadas a la temperatura mínima permitida de acuerdo

a

UHT

con

parte

de

esta

división,

excepto

en

ningún

caso

la temperatura de ensayo será superior a -20 ° F (-29 °C). Es necesaria una certificación. Un examen de ultrasonido se hará de acuerdo con UF-55. UB 5 GENERAL

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA UB-5(a).- Los materiales utilizados para la fabricación de tanques mediante el proceso de soldadura fuerte, deberán de ajustarse a las especificaciones de la sección II se limitará a los materiales para los que los valores permitidos de esfuerzo han sido asignado en las tablas de referencia UG-23. UB-5(b).-Las combinaciones de metales diferentes se pueden unir por soldadura, siempre y cuando reúnan los requisitos de la Sección IX, y los requisitos adicionales de UB-12 cuando sea aplicable. UB 6 METALES DE APORTE PARA LA SOLDADURA FUERTE UB-6. ( Metales de aporte para la soldadura fuerte) La selección del metal de aporte de soldadura para una determinada aplicación, dependerá de su idoneidad para los metales base a unir y el servicio previsto. La calificación satisfactoria

del procedimiento se

realizará mediante la Sección IX y cuando sea necesario basándose en la temperatura de diseño, con los requisitos adicionales de este Artículo, se considera una prueba de la idoneidad del material de aporte. UB 7 FUNDENTES Y AMBIENTES UB-7. (Fundentes y ambientes).- Fundentes apropiados o atmósferas o combinaciones de fundentes y los ambientes se utilizan para prevenir la oxidación de la soldadura de metal de relleno y las superficies a unir. Una

calificación satisfactoria del procedimiento de

soldadura, se dé en la Sección IX y cuando sea necesario basándose en la temperatura de diseño. UCS 6 PLANCHAS UCS -6(a).- Las especificaciones aprobadas para carbón y bajas aleaciones de planchas de acero son dadas en la tabla UCS-23. Una tabla de valores de esfuerzos admisibles a diferentes temperaturas es dada en la tabla 1ª de la sección VIII, parte D. (ver UG-5).

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA UCS-6(b).-Placas de acero según SA-36, SA/CSA-G40.2138W y SA-283 grado A,B,C y D pueden ser usadas para partes de recipientes a presión siempre y cuando cumplan los siguientes requisitos: 1) los recipientes no deben contener sustancias letales, ya sean estos líquidos o gaseosos. 2) El material no sea usado en la construcción de generadores de calor 3) A excepción de bridas, pernos de cubierta y anillos de refuerzo, el espesor de la plancha en los que se genera esfuerzo en la soldadura no debe exceder 5/8 pulg. (16 mm). UCS 7 PLANCHAS DE ACERO FORJADAS UCS-7. (ACERO FORJADO) Especificaciones aprobadas para piezas forjadas de acero al carbón y baja aleación son dadas en la Tabla UCS-23. Una tabla de valores admisibles de esfuerzo a diferentes temperaturas es dada en la tabla 1ª de la sección II, parte D (ver UG6). UCS 8 PLANCHAS DE ACERO DE FUNDICION UCS-8. (ACERO DE FUNDICIÓN) .- Especificaciones aprobadas para piezas fundidas de acero al carbón y baja aleación son dadas en la tabla UCS-23. Una tabulación de valores Admisibles de esfuerzo a diferentes temperaturas es dada en la tabla 1ª de la sección II parte D. Estos valores de esfuerzo resultan de la multiplicación por el factor de calidad de fundición de la UG-24. Las piezas a soldar serán de calidad soldable. UCS 9 TUBERÍAS DE ACERO UCS-9. (Tuberías de acero) .- Especificaciones aprobadas para tuberías y tubos de acero al carbón y baja aleación son dados en la tabla UCS-23. Una tabulación de valores admisibles de esfuerzo de los materiales con que se fabrican las tuberías y tubos se muestran en la tabla

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA 1A de la sección II, parte D. Así también para tubos de soldadura son mostrados en esta tabla. UCS 10 PERNOS UCS-10 (a) . Especificaciones aprobadas para materiales de pernos de acero al carbón y baja aleación de acero son mostradas en la tabla UCS-23. Una tabulación de valores admisibles de esfuerzo a diferentes temperaturas (ver UG-12) son dadas en la tabla 3 de la sección II, parte D. UCS-10 (b) . Pernos de acero de alta aleación y no ferrosos, prisioneros y tuercas pueden ser usados siempre que resulten adecuados para la aplicación. Deberán ajustarse a los requisitos de la UNF o UHA, según sea el caso. UCS 11 TUERCAS Y ARANDELAS UCS-11 (a) . Salvo alguna disposición contraria en (b4) los materiales para las tuercas se ajustaran a la SA-194, SA-563, o a los requerimientos para tuercas en la especificación para los materiales de empernado con los que se van a utilizar. Algunas de diseño especial como las de mariposa pueden ser de cualquier material forjado listado en la tabla UCS-23 o en la tabla UHA-23. UCS-11 (b) Materiales tuercas y arandelas serán seleccionadas según: 1. tuercas de acero al carbón y arandelas de acero al carbón con pernos de acero al carbón. 2. Tuercas y arandelas de aleación de acero al carbón deben tener casi la misma dureza como las de pernos de aleación para temperaturas no superior a 900°F. 3. Tuercas de aleación deben ser usadas con pernos de aleación para temperatura superiores a 900°F.Las arandelas si son utilizadas deben ser con tuerca de un acero equivalente.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA 4. Tuercas no ferrosas y arandelas pueden ser usados con pernos ferrosos que sean provistos para la aplicación. Tuercas no ferrosas y arandelas conforme a los requerimientos de UNF-13. UCS-11 (C) Tratamientos para terminado en las tuercas deben ser acorde a la ASME B1.1. Para su uso en bridas de acuerdo a los estándares de la UG-44 y las dimensiones acorde a la ASME B18.2.2 para series de gran dureza. UCS-11 (d) Para tuercas de diseño especial u otras dimensiones de la serie ANSI pueden usarse siempre que su fuerza sea la debida para el área de empernado, teniendo en cuenta el área de soporte, el ajuste, tipo de hilo. UCS 12 BARRAS UCS-12 BARRAS.-Especificaciones aprobadas para barras de acero son dadas en la tabla UCS-23. Una tabla de valores admisibles de esfuerzo a diferentes temperaturas es dada en la tabla 1B de la sección II, parte D. UNF 5 GENERAL Todo material no ferroso sujeto a esfuerzo por presión debe cumplir con las especificaciones dadas en la sección II y también por la lista de tablas UNF-23.1 hasta UNF-23.5 excepto alguna postura contraria de la UG-10 u UG-11.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA

Las tablas están dadas * ASME, VIII División 1 Rules for Construccion of Pressure Vessel, USA, Editorial: ASME Edición, 2010.

Lo descrito en el tema de Materiales ha sido tomado de *WILL J. CARTER, BRUCE E. BALL, ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL COMMITTEE. SUBCOMMITTEE ON PRESSURE VESSELS, ASME Section VIII Div. 1, Pressure vessels, Universidad Estatal de Pensilvania, Editori

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 2 DISEÑO UG-20 TEMPERATURA DE DISEÑO (a)

Maxima. Excepto como se requiere en UW-2(d)3, la temperatura maxima utilizada

en el diseño no debera ser menor que la temperatura media (a traves del espesor) esperada en las condiciones de operación para la parte considerada (vease 3-2). Si es necesario la temperatura del metal se debera determinar por calculo o por medicion en un equipo en servicio a condiciones de operaciones equivalentes. (b)

Mínima. La temperatura mínima del metal utilizada en el diseño deberá ser la más

baja esperada en el servicio, excepto cuando temperaturas más bajas son permitidas por las reglas de esta división (véase UCS-66). La mínima temperatura media del metal se deberá determinar por los principios descrito en (a) de arriba. UG-21 PRESION DE DISEÑO Los recipientes cubiertos por esta division de la seccion VIII deberan ser proyectados para al menos la condicion mas severa de presion y temperatura coincidentes esperadas en operación normal. Para esta condicion y para condiciones de prueba, la diferencia maxima en presion entre el interior y el exterior de un recipiente, o entre dos camaras cualesquiera de una unidad de combinacion, debera ser considerada (vease UG-98, UG-99e y 3-2) UG-22 CARGAS La carga que se van a considerar al proyectar un recipiente deberan incluir aquellas a causa de: a) La presion de diseño interna o externa (que se define en UG-21) b) Peso del recipiente y su contenido normal sometido a las condiciones de operación o de pueba (esto incluye presion adicional que resulta por carga estatica de liquidos) c) Reacciones estaticas adicionales por peso de equipo unido, tal como motores, maquinaria, otros recipientes, tuberia, forros y aislamiento. 27

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA d) La union de: 1. Partes internas 2. Soportes de recipiente, tales como orejas, anillos, faldones, silletas y patas e) Reacciones ciclicasy dinamicas como resultado de variaciones termicas o de presion, o por equipo montado o por un recipiente, y cargas mecanicas. f) Reacciones de viento, nieve y sismicas, donde se requiera. g) Reacciones de impacto tales como aquellas que resultan por choque de fluido. h) Gradientes de temperatura y expansion termica diferncial UG-23 VALORES DE ESFUERZO MAXIMO PERMISIBLE a) El valor del esfuerzo maximo permisible es el maximo esfuerzo unitario permitido en un material dado, utilizado en un recipiente construido sometido a estas reglas. Los valores de esfuerzo maximo permisible de tension permitidos para diferentes materiales eatan dados en las tablas de la subseccion C. b) El esfuerzo máximo a compresión longitudinal permisible que se va a emplear en el diseño de envolvente cilíndricas o tubos flus ya sean sin costura o soldadas a tope, sujetos a cargas que producen compresión longitudinal en la envolvente o tubo flus deberá ser el menor de los valores siguientes: 1) El valor del esfuerzo máximo permisible de tensión permitida en (a) de arriba; 2) El valor del factor B determinado por el procedimiento siguiente, en donde: t = el espesor mínimo requerido de la envolvente cilíndrica o tubo flus, pulg. Ro = radio exterior de envolvente cilíndrica o tubo flus, pulg. E = modulo de elasticidad del material a la temperatura de diseño, lb/pulg2. El modulo de elasticidad que se va a emplear deberá ser tomado de la grafica

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA de materiales aplicables del Apéndice 5 (se puede hacer interpolación entre líneas para temperaturas intermedias) La eficiencia para las juntas soldadas a tope se deberá tomar como la unidad. El valor de B se deberá determinar como sigue: Paso 1.- Empleando los valores de t y R, calcule el valor del factor A empleando la formula

0.125 A  siguiente:  Ro   t    Paso 2.- Utilizando el valor de A calculado en el paso 1, entre la grafica de materiales aplicable del apéndice 5 para materiales en consideración. Muévase verticalmente hasta una intersección con línea material/temperatura para la temperatura de diseño (vea UG-20). Se puede hacer interpolación entre líneas para temperaturas intermedias. En los casos en que el valor de A cae a la derecha del extremo de la línea material/temperatura. Para valores de A que caen a la izquierda de la línea de materiales/temperatura vea el paso 4. Paso 3.- A partir de la intersección obtenida en el paso 2, muévase horizontalmente hacia la derecha y lea el valor del factor B. Este es el esfuerzo a compresión máximo permisible

29

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA para

los

valores

de

t

y

de

Ro

empleados

en

el

paso

1.

Paso 4.- para valores de A que caen a la izquierda de la línea aplicable de material / temperatura, el valor de B, lb/pulg2 se deberá calcular empleando la formula siguiente:

B

AE 2

Paso 5.- Compare el valor de B determinado en los pasos 3 y 4 con el esfuerzo a compresión longitud final calculado en la envolvente cilíndrica o tubo flus, usando los valores seleccionados de t y Ro . Si el valor de B es menor que el esfuerzo comprensivo calculado, se debe seleccionar un valor mayor de t y el procedimiento de diseño repetirse hasta que se obtenga un valor de B mayor que el esfuerzo a compresión de cálculo para las cargas sobre la envolvente cilíndrica o el tubo flus. La eficiencia de junta, para juntas soldadas se puede tomar como la unidad. UG-27 ESPESOR DE ENVOLVENTES SOMETIDOS A PRESION INTERNA (c)

El espesor de envolventes sometidos a presión interna no deberá ser menor que el

calculado por las formulas siguientes. Además, se deberá hacer provisión para cualquiera

30

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA de las otras cargas de la lista de UG-22, cuando tales cargas sean probables de presentarse (vea UG-16) (d)

Los símbolos definidos abajo se emplean en las formulas de este párrafo t = espesor mínimo requerido de envolvente, pulg. P

= Presión interna de diseño Lb/pulg

2

(vea UG-21) (o presión de trabajo

permisible vea UG-98) R = radio interior del contorno de envolvente sometido a consideración, pulg S = esfuerzo máximo permisible, lb/pulg2 (véase la tabla aplicable de valores de esfuerzo en la subseccion C, y las limitaciones de esfuerzo en UG-24) E = eficiencia de junta para, o la eficiencia de, la junta apropiada en envolventes cilíndricas, o la eficiencia de ligamentos entre aberturas, cualquiera que sea menor. Para recipientes soldados, utilice la eficiencia especificada en UW-12.Para ligamentos entre aberturas, utilice la eficiencia calculada en UG-53 (e)

Envolventes Cilíndricas. El espesor mínimo o la presión de trabajo máxima

permisible deberá ser el espesor mayor o la presión menor que esta dado por (1) o (2) de abajo. 1. Esfuerzo circunferencial (Juntas longitudinales). Cuando el espesor no excede de un medio del radio interior, o P no excede de 0.385SE, se deberán aplicar las formulas siguientes

t

PR SE  0.6 P

0

P

SEt R  0.6t

(1) 2. Esfuerzo longitudinal (Juntas circunferenciales). Cuando el espesor no excede de un medio del radio interior, o P no excede de 1.25SE, se deberán aplicar las formulas siguientes:

31

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA

t

PR 2 SE  0.4 P

0

P

2 SEt R  0.4t

(2) (f)

Envolventes esféricas. Cuando el espesor de la pared de un recipiente totalmente

esférico no excede de 0.356R, o P no excede de 0.665SE, se deberán aplicar las formulas siguientes;

t

PR 2SE  0.2 P

0

P

2 SEt R  0.2t

(3) (e)

Cuando sea necesario, los recipientes deberán ser provistos de refuerzos u otros

medios adicionales de soporte para evitar sobreesfuerzo o deformaciones grandes bajo las cargas externas puestas en lista en UG-22 diferentes de presión y temperatura. (f)

Una envolvente de chaqueta con tirantes que se extienda completamente alrededor

de un recipiente cilíndrico o esférico deberá también reunir los requerimientos de UG-47(c) (g)

Cualquier reducción en espesor dentro de un contorno de envolvente o de

envolvente esférica deberá estar de acuerdo con UW-9 UG-28

ESPESOR DE ENVOLVENTES Y DE TUBOS FLUS SOMETIDOS A

PRESION EXTERNA (a)

Las reglas para el diseño de envolventes y de tubos flus sometidos a presión

externa dadas en esta división se limitan a envolventes cilíndricas, con o sin anillos de refuerzo, tubos flus y envolventes esféricas. Tres formas típicas de envolventes cilíndricas se muestran en la fig. UG-28. Las graficas empleadas en la determinación del espesor mínimo requerido de estos componentes están dados en el apéndice 5 (b)

Los símbolos definidos abajo son empleados en los procedimientos de este

párrafo 32

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA A = Factor determinado en la Fig. 1. Para el caso de cilindros que tienen valores de Do/t menores de 10, vea UG-28 (c) (2) B = factor determinado de la grafica de material aplicable del apéndice 5 para máxima temperatura de diseño de metal, lb/pulg2 (vea UG-20(c)) Do = diámetro exterior de contorno de envolvente cilíndrica o de tubo, pulg. E = Modulo de elasticidad del material a la temperatura de diseño, lb/pulg2. Para presión de diseño externa de acuerdo a esta sección, el modulo de elasticidad que se va a utilizar deberá ser tomado de la grafica de materiales aplicable del Apéndice 5 (se puede hacer interpolación entre líneas para temperaturas intermedias) L = Longitud total, pulg., de un tubo entre espejos de tubos, o longitud de diseño de una sección de recipiente entre líneas de soporte es: 1)

Una línea circunferencial sobre una tapa (con excepción de tapas cónicas) a un tercio de la profundidad de la tapa a partir de la línea tangente de la tapa como se muestra en la fig. UG28

2)

Un anillo de refuerzo que satisface los requerimientos de UG29

3)

Un cierre de chaqueta de un recipiente con chaqueta que satisface los requerimientos de 9-5

4)

Una unión de cono a cilindro o una unión de articulación a cilindro de una tapa toriconica que satisface el requerimiento de momento de inercia de 1-8P = presión externa de diseño, lb/pulg2 (ver nota de UG-28(f))

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA

Pa = valor calculado de presión de trabajo externa máxima permisible para el valor supuesto de t, lb/pulg2 Ro = radio exterior de la envolvente esférica, pulg. t = espesor mínimo requerido de la envolvente cilíndrica o tubo, o de envolvente esférica, pulg. ts = espesor nominal de envolvente cilíndrica o tubo, pulg.

34

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35

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA (c)

Envolventes cilíndricas y Tubos. El espesor mínimo requerido de una envolvente

cilíndrica o tubo sometido a presión externa ya sea sin costura o con juntas longitudinales a tope, deberá ser determinado por el procedimiento siguiente: 1)

Cilindros que tienen valores de Do/t≥10 Paso 1.- Suponga un valor para t y determine las relaciones L/Do y Do /t Paso 2.- En la figura anterior en el valor L/Do determinado en el paso 1. Para valores de L/Do mayores de 50, entre a la grafica en un valor de L/Do =50. Para valores de L/Do menores de 0.05, entre a la grafica en un valor de L/Do =0.05 Paso 3.- Muévase horizontalmente hasta la línea para el valor de Do/t determinado en el paso 1. Se puede hacer interpolación para valores intermedios de Do /t. A partir de este punto de intersección, muévase verticalmente hacia abajo para determinar el valor del factor A. Paso 4.- Utilizando el valor de A calculado en el paso 3, entre a la grafica aplicable del material del apéndice 5 para el material sometido a consideración. Muévase verticalmente hasta una intersección con la línea de material / temperatura para temperatura de diseño (vea UG-20). Se puede hacer interpolación entre líneas para temperaturas intermedias. En los casos en que el valor de A cae a la derecha del extremo de la línea de material / temperatura suponga una intersección con la proyección horizontal del extremo superior de la línea material / temperatura. Para valores de A que caen a la izquierda de la línea de material / temperatura, vea el paso 7 Paso 5.- A partir de la intersección obtenida en el paso 4, muévase horizontalmente para la derecha y lea el valor del factor B. 36

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Paso 6.- Utilizando este valor de B, calcule el valor de la presión de trabajo externa máxima permisible Pa empleando la formula siguiente:

Pa 

4B D 3 o   t 

Paso 7.- Para valores de A que caen a la izquierda de la línea aplicable de material / temperatura, el valor de Pa puede ser calculado empleando la formula siguiente:

Pa 

2 AE D 3 o   t 

Paso 8.- Compare el valor calculado de Pa obtenido en los pasos 6 y 7 con P. Si Pa es menor que P, seleccione un valor mayor para t y repita el procedimiento de diseño hasta que se obtenga un valor de Pa que sea igual

37

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA o mayor que P.

(a) Cilindros que tienen valores de Do/t<10: Paso 1.- Empleando el mismo procedimiento que se da en UG-28 (c) (1), obtenga el valor de B. Para valores de Do /t menor que 4, el valor del factor A puede ser calculado empleando la formula siguiente:

A

1 .1  Do   t   

2

Para valores de A mayores de 0.10, use un valor de 0.10 Paso 2.- Utilizando el valor de B obtenido en el paso 1, calcule un valor de Pa1 empleando la formula siguiente:

   2.167  Pa1    0.0833 B   Do     t   Paso 3.- Calcule un valor de Pa2 empleando la formula siguiente:

 2S  1 Pa 2  1 Do  Do t  t

   

En donde S es lo menor de dos veces el valor del esfuerzo máximo permisible a la temperatura del metal de diseño, que proviene de la tabla aplicable de la subseccion C, o 0.9 veces la resistencia de cedencia del material a la temperatura de diseño. Los valores de la resistencia de cedencia son obtenidos de la grafica aplicable de presión externa como sigue: (a) Para una curva dada de temperatura, determine el valor de B que corresponda al punto de terminación a mano derecha de la curva. (b) La resistencia de cedencia es el doble del valor de B obtenido en (a) de arriba. Paso 4.- El más pequeño de los valores de Pa1 calculado en el paso 2, o Pa2 calculado en el paso 3 deberá ser utilizando para la presión de trabajo 38

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA externa máxima permisible Pa . Compare Pa con P. Si Pa es menor que P, seleccione un valor mayor para t y repita el procedimiento de diseño hasta que se obtenga un valor para Pa que se da igual que o mayor que P

Lo antes descrito se encuentra * K. R. RAO, *Companion guide to the ASME boiler & pressure vessel code: criteria and commentary on select aspects of the boiler & pressure vessel and piping codes, Universidad de Michigan, Editorial: ASME Press, 2006. Las tablas y gráficos están dadas * ASME, VIII División 1 Rules for Construccion of Pressure Vessel, USA, Editorial: ASME Edición, 2010.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 3

ABERTURA Y REFUERZO

UG-36 ABERTURAS EN RECIPIENTES A PRESIÓN (g)

Forma de abertura 1) Las aberturas en partes cilíndricas, cónicas o en un cabezal conformado deberán ser preferiblemente circular, elípticas o alargadas. Cuando la relación de dimensiones de una abertura oblonga o elíptica excede 2:1 el refuerzo a través de la dimensión más corta deberá ser aumentado para prevenir excesiva distorsión debido al momento por torsión. 2) Las aberturas pueden ser de distintas formas y todas las esquinas deberán estar provistos de un radio adecuado. Cuando las aberturas son de tal magnitud que su fuerza no se puede calcular con la garantía de duda de la exactitud, o cuando existe en cuanto a la seguridad de un recipiente con aberturas, la parte del casco afectado debe ser sometido a una prueba hidrostática a prueba según lo prescrito en UG-101.

(b)

Tamaño de las aberturas. 1. Las

aberturas

adecuadamente

reforzadas

en

cuerpos

cilíndricos no están limitadas a su tamaño, excepto con las siguientes provisiones para el diseño: Deben satisfacerse las reglas de diseño de UG-36 hasta UG- 43. En recipientes con un ID. no mayor a 60 pulgadas (1500mm) , la abertura no deberá exceder la mitad del diámetro del recipiente ni ser mayor a 20 pulgadas(500mm). En recipientes con un ID. mayor de 60 pulgadas (1500mm), la abertura no deberá exceder 1/3 del diámetro del recipiente ni ser mayor a 40 pulgadas (1000mm). Para cuerpos cónicos el diámetro

40

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA D, es el diámetro del cono al centro de la conexión Para las aberturas que excedan estos limites, las reglas suplementarias del Apéndice 1-7 deberán ser satisfechas adicionalmente a las reglas de UG-36 hasta UG- 43. alternativamente pueden aplicarse las reglas dadas en 1-10. [ver UG-36(c)(2)(d).] 2. Aberturas debidamente reforzado en la cabeza de forma y capas esféricas no están limitados en tamaño. Por una abertura en un cierre final, que es mayor que la mitad del interior diámetro del recipiente, una de las siguientes alternativas para refuerzo también se puede utilizar: i. Una sección cónica, como se muestra en la fig. UG-36 (a) ii. Un cono con un radio de articulacion en la parte ancha como se muestra en la fig. UG-36 (b) iii. Una sección de la curva inversa, como se muestra en la fig. UG- 36 (c) y (d) iv. Usando un radio de acampanado en el extremo más pequeño, como se muestra en la figura. UG-33.1 (d) El diseño deberá cumplir con todos los requisitos de las reglas para las secciones reductor [ver (e) más abajo], en la medida que estas reglas son aplicables. (c)

Resistencia y diseño de las aberturas acabadas 1) Todas las dimensiones utilizadas corresponden a materiales a los que se les ha quitado el sobre espesor por corrosión. (estado corroído). El sobre espesor por corrosión no debe considerarse como que contribuye al refuerzo.Para propósitos 41

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA de diseño, no de metal como añadido a la corrosión prestación podrá ser considerado como refuerzo. La de diámetro terminado de abrir es el diámetro d como se define en UG-37 y en la figura. UG-40. 2) Las aberturas de los depósitos cilíndricos o cónicos, o cabezas constituida deberá ser reforzado para satisfacer los requisitos en la UG-37, excepto como se indica en (c), (d), y (3) a)

Conexiones de soldadura ferrosa o no ferrosa fijadas de acuerdo con las reglas aplicables y con una abertura terminada no mas grande que: 3½pulg. de diametro en envolventes o tapas de recipientes de ⅜ pulg. o menos de espesor; 2⅜ pulg. de diametro en envolventes o tapas de recipientes de mas de ⅜ pulg. de espesor;

b) Conexiones con rosca, con husillos o expandidas, en las cuales el agujero cortado en al envolvente o tapa no es mayor que 2⅜ pulg. de diametro. c) Ningun par de dos aberturas sin refuerzo aisladas, de acuerdo con (a) o (b) de arriba, deberan tener sus centros mas cercanos uno del otro que la suma de sus diametros. d) Ningun par de dos aberturas sin refuerzo, en una agrupacion de tres o mas aberturas sin refuerzo de acuerdo con (a) o (b) de arriba, deberan tener sus centros mas cercanos uno de otro que lo siguiente: para envolventes cilindricas o conicas

42

1  1.5 cos  d1  d 2 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA para envolventes o tapas doblemente curvadas,

2.5d 1  d 2 

en donde: Ɵ = el angulo entre la línea que conecta el centro de las aberturas y el eje longitudinal de la envolvente. d1 d2 = los diámetros terminados de las dos aberturas adyacentes UG-37 REFUERZOS DE ABERTURAS EN CUERPO Y CABEZALES CONFORMADOS (a) Nomenclatura. Los símbolos usados en este apartado se definen como sigue: A= Área de refuerzo requerido en el plano bajo consideración, pulg2 (vea FIG UG-37.1) A2= Área disponible para refuerzo por exceso de espesor en la pared del recipiente. A3= Área disponible para refuerzo cuando la conexión penetra dentro del recipiente. A41,42 y 43= Área transversal de las diversas soldaduras disponibles para refuerzo. A5= Área transversal del elemento agregado para refuerzo. A1= Área disponible para refuerzo por exceso de espesor en la pared de la conexión.

43

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA fr = Máximo 1.(recomendado utilizar material del elemento de refuerzo agregado con esfuerzo/tensión admisible igual o mayor que el de la pared del recipiente. Si esto no es posible puede utilizar un material de menor resistencia pero incrementando el área requerida en proporción inversa a la relación de esfuerzos/tensiones admisibles de ambos materiales. fr1= Sn/Sv para conexiones insertadas a través de la pared del recipiente. fr1=1 para conexiones que no penetran en el interior del recipiente fr2= Sn/Sv. fr3= El menor de ( Sp o Sn)/ Sv fr4= Sp/Sv Sn= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material de la conexión.

Sv= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material del recipiente. Sp= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material del elemento de refuerzo agregado. t= espesor especificado para la pared del recipiente tn= Es el espesor especificado para el cuello de la conexión menos el sobre espesor de corrosión y tolerancia de espesor en menos para el caso de tubos. Sn= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material de la conexión. te= Espesor o altura del elemento de refuerzo. te= Espesor de pared de la proyección interior de la conexión. tr= Espesor requerido para un cuerpo sin costura basado en esfuerzos circunferenciales o de un cabezal conformado, usando E=1 (aplican excepciones

44

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA

cuando la apertura está ubicada en la parte esférica de un cabezal torisférico, en un cono o en un cabezal elíptico dentro de un circulo de diámetro 80% del diámetro del cuerpo con sus centros coincidentes. trn= Espesor requerido para una conexión sin costura. Rn= Radio interno corroído de la conexión bajo consideración. d= Diámetro interior de la abertura circular terminada o dimensión de una abertura no radial en el plano en consideración. D y R = Diámetros y Radios interiores del cuerpo (corroídos). Dp= Diámetro exterior del elemento agregado para refuerzo. (puede excederse el máximo permitido pero no puede tomarse esto como crédito en el computo de áreas de refuerzo). W= Carga total soportada por las soldaduras de fijación. 45

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA E= 1 (según definición para tr y trn). E1= Cuando la abertura esta sobre la plancha o junta categoría B. F= Factor de compensación por variación de esfuerzos por presión interior en diferentes planos respecto del eje del recipiente. F= para todas las configuraciones. h= Altura de la proyección de la conexión en el interior del recipiente. b) General. Las reglas de este párrafo se aplicará a todos los las demás aberturas que: (1) Pequeñas aberturas cubiertas por UG-36 (c) (3); (2) Orificios en la cabeza plana cubierta por UG-39; (3)Aberturas diseñado como reductor de las secciones cubiertas por UG-36 (e); (4) Grandes aberturas cabeza cubierta por UG-36 (b) (2); (5) Orificios del tubo con los ligamentos entre ellos conforme a las reglas de la UG-53. (c) Diseño de la presión interna. El área de refuerzo requerido para cualquier plano a través de la abertura o cabezal formado no debe ser menos del calculado con la siguiente fórmula: (ver figura UG37.1) . Las formulas aplicables para determinación de área de refuerzos):

Lo antes descrito fue revisado de * J. PHILLIP ELLENBERGER, ROBERT CHUSE, BRYCE E. CARSON, Pressure Vessel: the ASME code simplified, USA, Universidad de Michigan, Editorial: McGraw-Hill Octava Edición, 2004. Las tablas y graficos están dadas * ASME, VIII Division 1 Rules for Construccion of Pressure Vessel, USA, Editorial: ASME Edición, 2010. 46

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 4

SUPERFICIE CON REFUERZO Y TIRANTE

UG 47 SUPERFICIES APUNTALADAS Y ATIRANTADAS El espesor mínimo y la presión máxima de trabajo de placas planas apuntaladas, atirantadas y de aquellas partes que requieran tirantes de igual diámetro espaciados simétricamente, serán calculados por las siguientes expresiones:

t 2 SC P 2 p

tp

P SC

en donde: t = el espesor mínimo de la placa. p = presión interna de diseño (Ver UG – 21) S = tensión máxima admisible a tracción (Ver UG – 23) P = separación máxima. La separación máxima es la mayor distancia entre cualquier conjunto de líneas paralelas adyacentes que unen los centros de los puntales. Deberán de tenerse en cuenta las líneas horizontales, las verticales y las inclinadas. C = 2.1 cuando los puntales están soldados o roscados a través de placas de no más de 11 mm de espesor con terminaciones remachadas. C = 2.2 cuando los puntuales están soldados y roscados a través de placas de más de 11 mm de espesor con terminaciones remachadas. C = 2.5 cuando los puntuales están roscados a través de placas con tuercas en el exterior o en el exterior e interior de la placa sin arandelas. También en el caso de puntuales roscados en la placa como en la Fig. UG – 47, esquema (b). C = 2.8 para puntales con cabeza no menor de 1.3 veces el diámetro del puntal, roscados a través de la placa.

47

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA C = 3.2 para puntales con tuerca interior y exterior, con arandela exterior de diámetro no menor de 0.4xp y de espesor no menor de t. El espesor mínimo de chapas a las que pueden ser unidos tirantes, exceptuando virolas externas cilíndricas o esféricas, es de 8

mm

y

exceptuándose

también

las

construcciones soldadas que se regulan por el apartado UW – 19. Si una camisa atirantada se extiende completamente a lo largo de un recipiente cilíndrico o esférico, o cubre completamente un fondo conformado, deberá de cumplir con lo aquí indicado y con los apartados UG – 27 y UG – 32. Si además esta camisa posee una abertura, deberá de tenerse en cuenta también el apartado UG – 37. La separación máxima, P, será de 221 mm, excepto para los tirantes soldados que puede ser mayor pero siempre inferior a 15 veces el diámetro del tirante. UG 48 PERNOS ATIRANTADORES Los extremos de los pernos atirantadores o tirantadores, atornillados a través de la placa. Se extenderán mas allá de la placa no menos de dos roscas cuando instalados, después de lo cual ellos serán remachados por encima o recalcados por un proceso equivalente sin excesivo rayado de las placas, o ellos serán provistos de tuercas roscadas a través de las cuales el perno o tirante se deberá extender. Los extremos de tirantes de acero recalcados para las rocas deberán ser reconocidos completamente.

48

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Los requerimientos para los pernos atirantadores soldados por dentro están dados en UW 19. UG – 49 UBICACION DE PERNOS ATIRANTADORES Cuando la orilla de la placa atirantada esta rebordeada, la distancia desde el centro de los tirantes exteriores más alejados hasta el interior del reborde que soporta, no deberá ser mayor que el paso de los tirantes mas el radio interior del reborde. UG 50 DIMENSIONES DE PERNOS ATIRANTADORES El área requerida de un perno atirantador en su sección transversal mínima y excluyendo cualquier margen

de corrosión se deberá obtener al dividir la carga sobre el perno

atirantador calculada con La Carga Soportada por Tirantes, entre el valor del esfuerzo permisible para el material empleado. Carga Soportada por Tirantes. El área soportada por un tirante se deberá calcular sobre las bases de las dimensiones del paso completo, con una deducción del área ocupada por el tirante. La carga soportada por el tirante es el producto del área soportada por el tirante y la presión de trabajo máxima permisible. Los tirantes hechos de partes unidas por soldadura deberán ser revisados para la Resistencia usando una eficiencia de junta de 60% para la soldadura UG 54 SOPORTES Los recipientes deberán de estar soportados de tal manera para que aguanten adecuadamente las posibles cargas impuestas. (Véase UG – 22 y UG – 82) un recipiente a presión soportado verticalmente y horizontalmente, estará sometido a altas tensiones localizadas en la unión de la virola con el soporte. En el Apéndice G se indican diversas sugerencias para el diseño de los soportes así como el cálculo de las tensiones originadas en la pared del recipiente. Como ejemplo, expondremos aquí el cálculo de las tensiones originadas en un recipiente horizontal soportado por dos cunas. 49

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Para este cálculo, podemos suponer que el recipiente se comporta como una viga horizontal soportada en dos apoyos y sometida a una carga uniformemente repartida debido al peso propio del recipiente más su contenido. Se considera una viga con un peso total uniformemente repartido de 2Q distribuida a lo largo de una longitud equivalente igual a L + (4H / 3).

Lo descrito en el tema de superficies con refuerzos y tirantes ha sido tomado de J. PHILLIP ELLENBERGER, ROBERT CHUSE, BRYCE E. CARSON, Pressure Vessel: the ASME code simplified, USA, Universidad de Michigan, McGraw-Hill Octava Edición, 2004.

50

Editorial:

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 5

LIGAMENTOS

UG 53 LIGAMENTOS Cuando una evolvente cilíndrica es barrenada (taladrada) para tubos en una línea paralela al eje de la envolvente para realmente llenar la longitud total de la envolvente. Los símbolos usados en las formulas y graficas de este párrafo se definen como sigue: p = paso longitudinal de agujeros de tubos, pulg. p₁= longitud unitaria de ligamento, pulg. p`= paso diagonal de agujeros de tubos, pulg. Θ = ángulo de diagonal con línea longitudinal, grados. S = dimensión longitudinal de paso diagonal, pulg. (p`cos Θ) d = diámetro de agujeros en tubos, pulg. n = numero de agujeros en tubos en la longitud p ₁.

Paso de los agujeros de tubos en cada hilera son iguales.

51

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Paso de agujeros de tubos en cualquier hilera son diferentes

Cuando las hileras adyacentes longitudinales son barrenadas como se describe en el texto

dicho

arriba,

también

se

examinaran

los

ligamentos

diagonales

y

circunferenciales. Para ello se usara la eficiencia longitudinal equivalente mas baja para determinar el espesor

mínimo

requerido

y

la

presión

52

de

trabajo

máximo

permisible.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Cuando una envolvente cilíndrica es barrenada por agujeros de modo de formar ligamentos diagonales, como se muestra en la Fig. UG-53.4; la eficiencia de este ligamento se determina por las Fig. UG-53.5 y UG-53.6. La Fig. UG-53.5 se usa cuando hay ligamentos longitudinales o circunferenciales o ambos ligamentos con los ligamentos diagonales. Se sigue los siguientes pasos: 1. Calcular p`/p1 2. Calcular la eficiencia longitudinal 3. Se usa la Fig. UG-53.5 entrando con el calculo 2. siguiendo verticalmente hasta el punto donde hace intersección con la línea diagonal que presenta la relación del calculo 1. 4. Luego proyecte este punto horizontalmente para la izquierda y lea la eficiencia diagonal del ligamento. El espesor minimo de envolvente y la presion de trabajo maxima permisible se basaran en el ligamento que tiene la eficiencia mas baja.

53

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA

La Fig. Ug-53.6 se usa para agujeros que no están en línea colocados longitudinalmente a lo largo de una envolvente cilíndrica. El diagrama puede ser usado por pares de agujeros para todos los planos entre el plano longitudinal y el plano circunferencial. Se sigue los siguientes pasos: 1. Se determina θ. (línea longitudinal y línea entre centros de las aberturas) 2. Se determina p`/d. 3. Se usa Fig. UG-53.6 entrando con 1. siguiendo verticalmente hasta el punto donde hace intersección con la línea que representa p`/d. 54

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Luego proyecte este punto horizontalmente hacia la izquierda y lea la eficiencia longitudinal equivalente

de ligamentos diagonales. Esta eficiencia longitudinal

equivalente se usa para determinar el espesor mínimo requerido y la presión de trabajo máxima permisible

Cuando los agujeros de tubos de una envolvente cilíndrica dispuestos en grupos simétricos los cuales se extienden una distancia mayor que el diámetro interior de la envolvente a lo largo de líneas paralelas al eje y se usa el mismo espaciamiento para cada grupo, la eficiencia para uno de los grupos no deberá ser menor que la eficiencia en la cual se basa la presion de trabajo máxima permisibles.

55

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA La eficiencia de ligamentos promedio en una envolvente cilíndrica en la cual los agujeros de tubos están dispuestos a lo largo de líneas paralelas al eje ya sea con espaciamiento uniforme o no uniforme se deberá calcular por las reglas siguientes y deberá satisfacer los siguientes requerimientos: 1. Para una longitud igual al diámetro interior de la envolvente para la posición que da la eficiencia mínima, la eficiencia no deberá ser menor que aquella en la cual se basa la presion de trabajo máxima permisible. Cuando el diámetro sea mas de 60 pulg, la longitud se tomara como de 60 pulg en la aplicación. 2. Para longitudes igual al radio interior de la envolvente para la posicion que da la eficiencia minima, la eficiencia no debera ser menor que el 80% de aquella en la cual se basa la presion de trabajo maxima permisible. Cuando el radio de la envolvente excede de 30 pulg, la longitud se tomara como de 30 pulg en la aplicación de esta regla. 3. Cuando los ligamentos ocurren en envolventes cilíndricas hechas a partir de tubos de cedula o tubos flus soldados y su eficiencia calculada es menor que 85% (longitudinal) o 50% (circunferencial), la eficiencia que va a usar en las formulas de UG-27 es la eficiencia de ligamentos calculada. En este caso, el valor de esfuerzo apropiado de las tablas puede ser multiplicado por el factor 1.18. UG 55 SOPORTES DE PLATAFORMAS, ESCALERAS Y OTROS ACCESORIOS UNIDOS A LA PARED DEL RECIPIENTE. Los soportes pueden ser soldados, unidos por soldaduras fuertes o empernadas a la pared interior o exterior del recipiente con el fin de soportar escaleras, plataformas, tuberías, maquinarias y el aislamiento del recipiente. El material del soporte deberá de cumplir con lo indicado en el UG – 4. 56

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Las tuberías que están conectadas al recipiente deberán de instalarse de tal manera que las tensiones originadas por ellas en la pared del recipiente estén dentro de los limites adecuados (Véase UG – 22 y UG – 82). En el apéndice G se indican diversas sugerencias para el diseño de los mismos.

Lo antes descrito se encuentra en * MARC HELLEMANS, The Safety Relief Valve Handbook, Design and Use of Process Safety Valves to ASME and International Codes and Standards, Gran Bretaña, Universidad de Michigan, Editorial: ELSEVIER, Primera Edición, 2009. Las tablas y graficos están dadas * ASME, VIII Division 1 Rules for Construccion of Pressure Vessel, USA, Editorial: ASME Edición, 2010. 57

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 6

INSPECCION Y PRUEBAS

UG 90 GENERAL Las inspecciones y la pruebas de recipientes a presión que se van a marcar con el símbolo U de Código de pruebas y las pruebas de recipientes que se van a marcar con el símbolo UM de Código deberán conformar con los requerimientos generales para inspección y pruebas de los párrafos siguientes y además con los requerimientos específicos para inspección y pruebas dados en las subsecciones B y C que sean aplicables. El fabricante tiene la responsabilidad de asegurar que sean efectuados el control de calidad, las pruebas detalladas, y las pruebas requeridas por esta división. El fabricante cumplirá con sus deberes especificados. Todas las responsabilidades, las cuales son definidas en reglas aplicables, se resume como sigue: Para recipientes para los cuales la resistencia no se puede calcular con una seguridad satisfactoria en exactitud, sera establecida de acuerdo con los requerimientos de este parrafo 1) El certificado de autorización que proviene del comité de calderas y recipientes a presión de ASME que autoriza al fabricante para fabricar la clase de recipiente que esta construyendo. 2) Los dibujos y los cálculos para el recipiente o parte 3) Identificación de todo material empleado en la fabricación del recipiente o parte. 4) Acceso para el inspector de acuerdo con UG-92. 5) Concurrencia del inspector antes de cualquiera de las reparaciones. 6) La provision de aparatos de control para aegurar que se han efectuado todos los tratamientos termicos requeridos. 58

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA 7) Hacer las pruebas hidrostáticas y neumáticas y tener la inspección requerida efectuada durante la prueba

8) La preparación del informe de datos de fabricante requerido y el de tenerlo certificado por el inspector.

9) El inspector hará todas las inspecciones específicamente requeridas por el y algunas se resumen como lo siguiente: a. Verificar que los cálculos de diseño aplicables estén disponibles. b. Verificar que las imperfecciones de los materiales reparadas por soldadura sean aceptables. c. Hacer una inspeccion visual desl recipiente para confirmar que no hay defectos de material o dimensionales UG 91 EL INSPECTOR Todas las referencias a “Inspectores” por esta división significa el inspector autorizado que se define en este párrafo. Todas las inspecciones serán por un inspector empleado normalmente por una agencia de inspección autorizada. Además de las obligaciones especificadas, el inspector tiene la obligación de verificar el sistema de control de calidad del fabricante como se requiere. UG 92 ACCESO PARA EL INSPECTOR El fabricante del recipiente hará los arreglos para que el inspector tenga acceso libre a aquellas partes de todas las plantas que tienen que ver con el abastecimiento o fabricación de materiales para el recipiente, cuando así sea solicitado. El inspector se le permitirá todo el acceso libre, en todo el tiempo mientras se este efectuando trabajo en el recipiente.

59

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA El fabricante mantendrá informado al inspector del avance del trabajo y le notificara cuando los recipientes estén listos para cualquiera de las pruebas o inspecciones requeridas UG 93 INSPECCION DE MATERIALES Los requerimientos para materiales para aceptación de materiales proporcionados por el fabricante o el proveedor del material serán como sigue: (a) Para placas, el fabricante del recipiente obtendrá el informe de prueba de material y el inspector examinara el certificado de cumplimiento (b) Para todas las otras formas de producto, el material que será aceptado es el que cumple con todas las especificaciones del material UG 94 MARCADO EN LOS MATERIALES El inspector inspeccionara los materiales empleados en la construcción para ver que ellos lleven la identificación requerida por la especificación del material aplicable. Si las marcas e identificación estuvieran borradas o el material estuviera dividido en 2 o más partes, las marcas se deberán transferir apropiadamente por acción del fabricante. UG 95 INSPECCION DE SUPERFICIES DURANTE LA FABRICACION Conforme progresa la fabricación, todos los materiales utilizados en la construcción serán examinados por imperfecciones que se han descubierto durante la fabricación así como para determinar que el trabajo se ha hecho apropiadamente . UG 96 VERIFICACION DIMENSIONAL DE PARTES COMPONENTES El fabricante probara las partes que requieren presión para asegurarse que ellas conforman con los perfiles pre escritos y que reúnen los requerimientos de espesor después de la formación. Antes de fijar las boquillas, marcos de registro de hombre, refuerzos de boquillas serán probados para asegurarse que se ajustan en forma apropiada a la curvatura del recipiente. UG 97 INSPECCION DURANTE LA FABRICACION 60

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Cuando las condiciones permiten acceso hacia el interior del recipiente, se hará una inspección tan completa como sea posible antes del cierre final. El inspector hará una inspección externa del recipiente terminado al momento de la prueba hidrostática o neumática final. Todas las soldaduras se inspeccionaran visualmente antes de la aplicación del forro para asegurarse que no haya imperfecciones las cuales podrían empeorar la integridad del forro. UG 98 PRESION DE TRABAJO MAXIMA PERMISIBLE Para un recipiente es la presión máxima que se puede permitir en la parte mas alta del recipiente en su posición normal de operación a la temperatura de operación especifica para esa presión. La presión de trabajo máxima permisible para un recipiente es la máxima presión interna o externa incluyendo la carga estática sobre la misma, para la temperatura designada de operación, excluyendo cualquier espesor de metal especificado como margen de corrosión. UG 99 PRUEBA HIDROSTATICA NORMAL Cada recipiente a presión debe ser sometida a prueba a presión -Haberse realizado todo los ensayos e inspecciones ,excepto lo que están estipulados a realizar después de la prueba. -En cálculo de prueba de presión se podrá utilizar la prueba de diseño -Debe someterse a presión igual a 1.3 veces la presión diferencial de diseño. -Se utiliza un gas detector de fugas adecuado -Para prueba hidráulica se podrá utilizar cualquier liquido no peligros, siempre que se encuentre por debajo de punto de ebullición. -Debe instalarse los ventaos para realizar la purga. UG 100 PRUEBA NEUMATICA Podrá realizarse prueba neumática en sustitución de la hidráulica

61

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Que no pueden soportar el peso del agua. Que no puedan ser fácilmente secados y que los restos de dichos fluidos sea inadmisibles en el funcionamientos posterior del recipiente. La presión neumática de prueba debe ser al menos 1.1 veces la presión máxima de trabajo. La presión debe incrementarse gradualmente hasta alcanzar a mitad de la presion de prueba , la presión será incrementado a escalones iguales 1/10 hasta alcanzar dicho valor. UG 101 PRUEBAS PARA ESTABLECER LA PRESION DE TRABAJO MAXIMA PERMISIBLE Se hace provisión de estas reglas para 2 tipos de prueba para determinar la presión interna de trabajo máxima permisible: Pruebas basadas en la cedencia de la parte que se va a probar, materiales con resistencia ultima mínima especificada de 0.625 o menos. -Las pruebas se basan en el rompimiento de la parte. El recipiente o parte del recipiente para el cual la presión de trabajo máxima permisible va a ser establecida no habrá previamente sido sujeta a una presión mayor a 1 ½ veces la presión de trabajo máxima permisible deseada o anticipada. Margen de corrosión:

t  C n

tn

t = Espesor nominal del material en el pto mas débil, pulg C = Margen agregado para corrosión, erosión y abrasión, pulg n = 1 en superficies curvas: cilindros esferas conos n = 2 en superficies planas o casi planas, costados de planos, bridas o conos. Presión de trabajo máxima permisible:

Po  Pt 62

S S2

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Po = Presión de trabajo maxima permisible a la temperatura de diseño Pt = Presión de trabajo máxima permisible a la temperatura de prueba S = Valor de esfuerzo máximo permisible a la temperatura de diseño, lb/pulg2 S2 = Valor de esfuerzo máximo permisible a la temperatura de prueba, lb/pulg2 Procedimiento de prueba de recubrimiento quebradizo. (a) La presión de trabajo máxima permisible se puede calcular con una de las siguientes formulas: I.

Si la resistencia de cedencia promedio se determina

P  0 .5 H

Sy Syavg

(b)Para eliminar la necesidad de cortar probetas de tension y determinar la resistencia real de cedencia del material sometido a prueba, se puede emplear una de las formulas siguientes para determinar la presion de trabajo maxima permisible I. Para acero al carbono que satisface una especificacion aceptable de codogo, con una resistencia de tension minima especificada no mayor de 70,000lb/pulg2

  Su  P  0.5 H  S  5000  u  II. Para cualquier material aceptable

P  0 .4 H en donde: H = Presión de prueba hidrostática a la cual la prueba fue detenida, lb/pulg2 63

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Sy = Resistencia de cedencia mínima especificada a la temperatura local, lb/pul2 Savg = Resistencia de cedencia promedio real de probetas a la temperatura del local, lb/pulg2 Su = Resistencia de tensión mínima especificada a la temperatura local, lb/pulg2

Lo antes descrito se encuentra en * K. R. RAO, *Companion guide to the ASME boiler & pressure vessel code: criteria and commentary on select aspects of the boiler & pressure vessel and piping codes, Universidad de Michigan, ASME Press, 2006.

64

Editorial:

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA CAPITUO 7

DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION

UG 125 GENERAL (a) Los recipientes a presión independientemente del tamaño o de la presión, serán provistos de dispositivos de protección. (b) Una caldera de vapor de agua no sujeta a fuego, estará equipada con dispositivos de alivio de presión requeridos para el grado de servicio que requieran en la instalación. (c) Todos los recipientes a presión estarán protegidos por un dispositivo de alivio de presión que evitará que la presión se eleve mas de 10% o de 3 Lb/pulg2. 1. Cuando múltiples dispositivos de alivio de presión son provistos y ajustados evitaran que la presión se eleve mas del 16% o de 4 Lb/pulg2 2. Cuando un riesgo adicional puede ser creado por exposición de un recipiente a presión al fuego o a otras fuentes inesperadas de calor externo,

se instalarán dispositivos de alivio de presión suplementarios

para proteger

contra una presión excesiva.

3. Los dispositivos de alivio de presión destinados para protección contra exposición de un recipiente a presión al fuego, instalados en fuentes que no

tienen conexión de abastecimiento permanente son empleados para

almacenaje a temperaturas ambientales de gases comprimidos licuados sin

refrigeración.

(d) Los dispositivos de alivio de presión serán fabricados, ubicados e instalados de manera que ellos sean fáciles para la inspección y reparación y de modo que su operación sea fácil de maniobrar. Deberán ser seleccionados en base al servicio requerido.

65

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA (e) Las válvulas de alivio de presión que no vuelven a cerrar serán utilizados como dispositivos protectores. (f) Los recipientes que van a operar completamente llenos con líquidos estarán equipados con válvulas de líquidos a menos que sean protegidos de otro modo contra la sobrepresión. UG 126 VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION (a) Las válvulas de seguridad y alivio serán del tipo con carga directa de resortes (b) Las válvulas de alivio de presión operadas por piloto pueden ser utilizados siempre que el piloto sea de actuación propia y la válvula principal abra automáticamente. (c) El resorte de la válvula no se ajustara para presión alguna de mas de 5% arriba o debajo de aquella para la cual esta marcada la válvula. (d) Las tolerancias en la presión de ajuste de las válvulas no deberán exceder de 2 Lb/pulg2 para presiones hasta de 70 Lb/pulg2, inclusive y 3% para presiones de arriba de 70 Lb/pulg2. UG 127

DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION QUE NO VUELVEN

A

CERRAR A. Dispositivos de disco de ruptura 1. GENERAL (a)

A cada disco de ruptura se le estampara la presión de

rompimiento no mas allá del orden de diseño de fabricación a una temperatura de disco especificada y marcada con un numero de lote. La tolerancia a presión de rompimiento a la temperatura de disco especificada no excederá de ± 2Lb/pulg2 para presiones de

66

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA rompimiento de hasta 40 Lb/pulg2 y de 5% para presiones de rompimiento superior a 40 Lb/ pulg2. (b)

Todas la pruebas de discos para un lote dado serán

efectuados en un portadiscos de la misma forma y dimensiones que aquel con el cual se van a usar el disco. 2. RANGO DE CAPACIDAD (a)

El rango de capacidad calculado de un dispositivo de

ruptura no excederá de un valor basado en la formula teórica aplicable multiplicado por K = Coeficiente = 0.62. (b)

Un fabricante puede tener la capacidad de un diseño de

dispositivo de disco de ruptura dado, determinando el coeficiente K. 3. APLICACIÓN DE DISCOS DE RUPTURA (a)

Un dispositivo de ruptura puede ser utilizado como el

único dispositivo de alivio de presión de un recipiente. (b)

Un disco de ruptura puede ser instalado entre una válvula

de alivio de presión y el recipiente. (c)

La capacidad estampada de una válvula de resortes cuando

esta instalada

con un dispositivo de disco de ruptura será

multiplicada por un factor de 0.9 de la capacidad de régimen de alivio de la válvula sola. (d)

El espacio entre un dispositivo de disco de ruptura y una

válvula de seguridad estará provisto de un medidor de presión, un grifo de prueba, un respiradero libre.

67

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA (e)

Un dispositivo de disco de ruptura puede ser instalado en

el lado de la salida de una válvula con carga de resortes la cual sea abierta por la acción directa de la presión dentro del recipiente. B. DISPOSITIVO DE PERNO DE RUPTURA 1. Los dispositivos de perno de ruptura no serán utilizados como dispositivos sencillos sino solo en combinación entre la válvula y el recipiente. 2. El espacio entre un dispositivo de perno y una válvula de alivio estará provisto de un medidor de presión, un grifo de prueba y un respiradero libre. 3. Cada dispositivo de perno de ruptura tendrá una presión y temperatura de régimen a las cuales el perno se romperá. 4. La presión del régimen del perno de ruptura mas la tolerancia en Lb/pulg2 no excederá de 105% de la presión de trabajo máxima permisible del recipiente al cual este aplicado. UG 128

VALVULAS DE ALIVIO DE LIQUIDOS

Toda válvula de alivio de líquidos utilizada será al menos de NPS 1/2 UG 129

MARCADO

Las válvulas serán claramente marcadas por el fabricante o ensamblador con los datos requeridos de una manera tal que las marcas no se borren en el servicio. Las marcas se pueden colocar sobre válvulas o sobre una placa q satisfaga los requerimientos: 1. El nombre o una abreviatura aceptada, del fabricante o ensamblador. 2. El numero de diseño o del tipo del fabricante. 3. El tamaño de NPS (diámetro nominal del tubo de la entrada de válvula).

68

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA 4. Presión de ajuste (Lb/pulg2). 5. Capacidad Certificada (si es aceptable): (a) Lb/hora de vapor de agua saturado a una sobrepresión de 10% o de 3 Lb/pulg2 cualquiera que sea mayor para válvula certificadas en vapor de agua. (b) Galones/min. de agua a 70°F a una sobrepresión de 10% o de 3 Lb/pulg2 , para válvulas certificadas en agua. 6. Año de construcción, o en forma alterna, un código que puede ser marcado sobre la válvula de modo que el fabricante pueda identificar el año en que la válvula fue ensamblada o probada. 7. El símbolo de ASME que se muestra:

69

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA V.

MATERIALES Y MÉTODOS

Dado que la presente investigación no es de TIPO EXPERIMENTAL, sino de carácter teórico en el nivel de la INVESTIGACION BASICA (elaboración de Texto), no es posible incluir materiales o métodos seguidos para su realización como por ejemplo el método estadístico. Muy por el contrario por el carácter mismo de la presente investigación como es la elaboración del texto de: “TEXTO: DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESION SEGÚN NORMAS ASME” se ha tomado en consideración la revisión de cierta bibliografía en el campo de las normas, con el fin de ser analizada y que permita presentar un material didáctico acorde a nuestra realidad, teniendo como valor agregado la experiencia del autor que se traduce como lecciones aprendidas El material bibliográfico utilizado es muy amplio y variado desde aplicaciones básicas hasta aquellas que lo hacen más exigentes y reales-prácticas, tal como se aplica en las maquinas que trabajan en los procesos industriales, con conceptos técnicos de última generación, acorde al avance tecnológico. La forma como se presenta éste trabajo de investigación constituye un

intento por llenar el vacío existente en un solo libro, con un método

pedagógico, deductivo y un análisis en las respectivas aplicaciones industriales.

70

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA VI.

RESULTADOS

El resultado del Proyecto de Investigación, que se presenta a la comunidad universitaria en calidad del texto de: “TEXTO :DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESION SEGÚN NORMAS ASME” “, nos permitirá contar con un material bibliográfico práctico y de mucho interés, el mismo que puede ser utilizado por los estudiantes de Ingeniería Mecánica-Energía y ramas afines en el área académica de campo de diseño, asignaturas que forman parte del Plan de estudios de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica de la Universidad nacional del Callao. Los temas tratados en el presente texto se explican en forma clara y sencilla y, a la vez, rigurosa, con las exigencias que requiere la investigación. La investigación efectuada nos permite contar y disponer con material de estudio de las partes y utilización de las NORMAS ASME SECCION VIII DIVISION 1, de una manera ordenada y, lógica. Los estudiantes o cualquier otra persona interesada encontrarán en él un marco teórico-práctico muy amplio y entendible. Los temas y conceptos tratados en el presente TEXTO son explicados de manera muy clara, sencilla y a la vez rigurosa, con la exigencia que requiere un estudiante o profesional de las carreras de ingeniería, sobre todo los de mecánica.

71

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA VII. DISCUSIÓN La elaboración de un texto de cualquier materia, muy especialmente el de TEXTO :DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESION SEGÚN NORMAS ASME, es un proyecto por demás ambicioso y difícil, en donde no se podrá satisfacer a plenitud las aspiraciones y exigencias del lector, no obstante el presente texto constituye un intento por llenar el vacío dejado por las obras en el diseño de recipientes a presión, para de ésta manera complementarlo, ampliando y actualizando a las ya existentes, contribuyendo así

en la formación de nuestros estudiantes universitarios de

Ingeniería Mecánica.

72

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA VIII.

REFERENCIALES

 JUAN MANUEL MARTINEZ MASSONI, Normas de Construcción de Recipientes a Presión: Guía del Código ASME, sección VIII, div. 1, Madrid Editorial: Bellisco, 2008  WILL J. CARTER, BRUCE E. BALL, ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL COMMITTEE. SUBCOMMITTEE ON PRESSURE VESSELS, ASME Section VIII Div. 1, Pressure vessels, Universidad Estatal de Pensilvania, Editorial: McGraw Hill, 2000  EUGENE F. MEGYESY, Manual de recipientes a presión. Diseño y Calculo, México, Editorial: Grupo Noriega Editores, Primera Edición, 1,992  JAMES R. FARR Y MAAN H. JAWAD , Guidebook for the Design of Asme Section VIII Pressure Vessels, EE.UU, Editorial: ASME Press, 2,001  K. R. RAO, Companion guide to the ASME boiler & pressure vessel code: criteria and commentary on select aspects of the boiler & pressure vessel and piping codes, Universidad de Michigan, Editorial: ASME Press, 2006.  JOSE LUIS OTEGUI Y ESTEBAN RUPERTIS, Cañerías y Recipientes a presión, Mar del Plata, Editorial: EUDEM, 2008.  DENNIS MOSS, Pressure Vessel Design Manual, USA,

Editorial:

ELSEVIER Tercera Edición, 2004.  J. PHILLIP ELLENBERGER, ROBERT CHUSE, BRYCE E. CARSON, Pressure Vessel: the ASME code simplified, USA, Universidad de Michigan, Editorial: McGraw-Hill Octava Edición, 2004.  MARC HELLEMANS, The Safety Relief Valve Handbook, Design and Use of Process Safety Valves to ASME and International Codes and Standards,

73

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA Gran Bretaña, Universidad de Michigan, Edición, 2009.

74

Editorial: ELSEVIER, Primera

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA-ENERGIA IX.

APENDICE

Graficos y Tablas en ASME Boiler and Pressure Vessel Code 2010 VIII Division 1

75