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BRIDAS:Parte escencial en recipientes a presión, intercambiadores de calor y tanques de almacenamiento pues permiten el desarme y remoción o limpieza de partes internas. Estas también son utilizadas para hacer uniones entre tuberías y otras conexiones.
DISEÑO MECANICO
NORMAS SOBRE BRIDAS
• ANSI B16.5, Bridas para tuberías de acero y conexiones bridadas.
• MSS SP-44, Bridas empleadas en líneas de alta presión de 26” a 36”.
• API 605, Bridas en acero al carbono de gran diámetro para presiones de 75, 150 y 300psi.
• AWWA 207-55, Bridas de tamaños de 6” a 96”.
TIPOS DE BRIDAS• BRIDA TIPO INTEGRAL:
Son las bridas que son soldadas a la pared de la tubería o del recipiente, esto hace que se consideren como el equivalente a una estructura continua Cuando la pendiente del cuerpo excede 1:3,
utilice detalles 1 y 2
Empaque
Pendiente
1
Espesor uniforme
Soldadura
TIPOS DE BRIDAS
COTA SIGNIFICADOgo Espesor de la pared del
cuerpo en el extremo dediámetro inferior. Paracalculos se considera igual alespesor de la pared de latubería o recipiente (tn).
h Distancia hasta la cual lapendiente de la brida cambiaa 0
B Diámetro interno
• BRIDA TIPO INTEGRAL 2
Pendiente
Soldadura
TIPOS DE BRIDAS• BRIDA TIPO SUELTO:
– Las bridas que no tienen unión directa con el recipiente o tubo.
– Ejemplos de estas bridas: Slip on, Bridas roscadas y las tipo casquillo.
COTA RECOMENDACIONgo Valores mayores a 1,5*tnh Mayor que go
Empaque
La carga se considera en el punto medio del contacto entre la brida y el apoyo sin importar la localización del empaque
TIPOS DE BRIDAS• BRIDA TIPO OPCIONAL:
Este tipo de brida cubre los diseños en donde la unión de la brida al recipiente o a la pared del tubo es de tal forma que el ensamble se considera como una unidad, en la cual el tubo o recipiente actúa como el cuerpo de la brida.
Estos valores no se deben excederCOTA RECOMENDACIONES
go 5/8 pulgadasB/go 300
CONDICIONES DE OPERACIONPresión 300 psiTemp. 700ºF – 357ºC
B (Tipo Suelto)B (Tipo Integral)
Los nombres de las cotas son iguales que en las bridas anteriores, asimismo como la localización de las cargas
CARGA POR PERNOS Y REACCION DEL EMPAQUE
• En el montaje entre bridas apernadas, la carga del perno está balanceada solo por la reacción del empaque.
• Cuando se encuentra en operación, la carga está blanceada por la reacción del empaque y la fuerza hidrostática debida a la presión.
Condición de asentamiento o instalación
Condición de operación
EMPAQUES Son los elementos que impiden las fugas en las
uniones entre bridas. Están caracterizados por dos constantes:
y : Esfuerzo de deformación. m : Factor de empaque. que dependen del material y la forma del
empaque; se usan para los cálculos de las condiciones de asentamiento y operación.
DETERMINACION DE LAS CARGAS DE APRIETE
En la condición de operación:
La carga requerida en el perno Wm1 deberá se tal que después de aplicar la presión hidrostática P, el empaque quede sometido a una presión remanente mínima 2mP.
GmPbPGHpHWm 24
21
LETRA SIGNIFICADOmy
Constantes por material yforma.
b Ancho de asentamientoefectivo
En la condición de asentamiento:
Para que un empaque funcione adecuadamente debe someterse a una presión de deformación mínima y (psi) que le permita adaptarse a la rugosidad de la cara de la brida.
GybWm 2
Para pares de bridas utilizados en intercambiadores de calor o aplicaciones similares donde las bridas y/o empaques no son iguales; Wm2 será el más alto de los valores obtenidos en las 2 fórmulas anteriores, calculadas individualmente para cada brida y empaque.
DETERMINACION DE LAS CARGAS DE APRIETE
• Ejemplo:Determinar la fuerza de apriete de una brida, cuyo empaque es de fibra vegetal y que tiene G=20” de diámetro medio y un ancho efectivo de b=0.5”.
Para fibra vegetal m=1.75 y = 1100 psi
CASO H(lb) HP (lb) Wm1(lb) Wm2(lb) Wm (lb) HG(lb)50psi 15708 5497 21205 34557 34557 18849300psi 94248 32987 127235 34557 127235 32987
Caso 1: P= 50psi Caso 2: P= 300psi
lbpsiH 1570850"204
2
lbpsiGybWm 345571100"20"5,02
lbpsiH 94248300"204
2
lb psi Gy b Wm34557 1100 " 20 "5, 0 2
lbpsiHp 549750"2075.1"5,02 lbpsiHp 32987300"2075,1"5,02
HpHWm 1HpHWm 1
DETERMINACION DE LAS CARGAS DE APRIETE
CONCEPTO DEL ANCHO DEL EMPAQUE
• Físico (N): Este es el ancho medible.• Básico (b0): Se halla por tablas;
depende de las condiciones de asentamiento y de la cara de la brida.
• Efectivo (b): Es el ancho que se introduce en las fórmulas de fuerza de apriete.
Si b0 es menor a 1/4”, entonces b=b0. Si bo es mayor a 1/4”, entonces:
2obb
N
EMPAQUES AUTO ENERGIZANTES
Se consideran auto energizantes aquellos empaques que necesitan una cantidad insignificante de fuerza de apriete en los pernos para producir el sello. Para calcular el apriete de los pernos, no se considera la acción del empaque.
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL NUMERO DE PERNOS
• DETERMINACION DEL AREA APERNADA:
SaWmó
SbWmAb 21 Donde:
Sb= esfuerzo admisible en el perno a la temperatura de operación.
Sa= esfuerzo admisible en el perno a la temperatura ambiente.
AiAbNper
• DETERMINACION DEL NUMERO DE PERNOS: Donde:
Ai= Area de raíz del perno
• DETERMINACION DEL CIRCULO DE PERNOS: RgBC 22 11
pernos entre mínimo Espacio
2
NperC
Se trabaja con el Ab que dé mayor
El diseño es óptimo cuando los dos valores sean aproximadamente iguales
g1=(2 a 2,5)*g0
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL NUMERO DE PERNOS
• EJEMPLO:
21625000400000 in
psilb
SbWmAb
98,52302,016
2
2
inin
AiAbNper
"25,29"8112"12"2522 11 RgBC
"19,31"4
3156BSmin2
NperC
g1=(2 a 2,5)*g0=2*1/2”=1”
Db R Ai(in2) Ab(in2) Nper Nperx4 BSmin BSmax C1(in) C2(in) BS1¾” 11/8” 0,302 16 52,98 56 13/4” 9,5” 29,25 31,19 1,65”7/8” 11/4” 0,419 16 38,18 40 21/16” 9,75” 29,5 26,26 2,32”1” 13/8” 0,551 16 29,03 32 21/4” 10” 29,75 22,9 2,92”
Determinar el círculo de pernos óptimo para una brida cuyo diámetro interno es B=25” y espesor de t=3”, el espesor de la tubería es de go=1/2”, tiene un empaque de fibra vegetal con m=1.75.
Tipo de pernos A193-B7 Sb=Sa= 25000psi
Fuerza de apriete W=400000lb
CALCULO TIPO:
"5,95.075.1
3"6"4/325.0
t62
m
DbBSmax
DETERMINACION DE LOS BRAZOS DE MOMENTO EN LAS BRIDAS
Las múltiples cargas axiales en la brida producen momentos flectores. El brazo de acción de estos momentos es determinado por la posición relativa del círculo de pernos con respecto a la posición de la carga que produce el momento.
DETERMINACION DE LOS BRAZOS DE MOMENTO EN LAS BRIDAS
• Bridas tipo Integral: En las condiciones de operación, los
momentos se calculan así:
CARGAS BRAZOS DE PALANCA MOMENTOSHD=0.7854B2P hD=R+g1/2 MD=HDhDHT=H-HD hT=(R+g1+hG)/2 MT=HThTHG=W-H hG=(C-G)/2 MG=HGhG
GTDO MMMM Así que el momento total en la condición de operación será:
Para el momento en la condición de asentamiento se usa: 2
)( GCWM A
DETERMINACION DE LOS BRAZOS DE MOMENTO EN LAS BRIDAS
• Bridas tipo Suelto: La fuerza HD se considera que
actúa en el diámetro interno de la brida y la carga del empaque en la línea central de su cara.
CARGAS BRAZOS DE PALANCA MOMENTOSHD=0.7854B2P hD=(C-B)/2 MD=HDhDHT=H-HD hT=(hD+ hG)/2 MT=HThTHG=W-H hG=(C-G)/2 MG=HGhG
Las ecuaciones del momento de operación y el de asentamiento son iguales a las del tipo Integral.
Las bridas tipo opcional tienen los mismos brazos de palanca cuando se diseñan como tipo suelto. Sin embargo, en el caso de la brida lap-joint, el brazo de palanca hT y hG se consideran iguales y la fórmula que los rige es la de hG.
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA
Los esfuerzos en la brida deben ser determinados para la condición de operación y asentamiento; En los cálculos se utiliza un momento modificado MFA o FO para tener en cuenta un mayor valor de la separación mínima entre pernos. El momento modificado que se introduce en las fórmulas de esfuerzos se halla con las siguientes relaciones:
BCM
M fAFA
BCM
M fOFO
Para la condición
de operación
Para la condición de asentamiento
Donde:B: Diámetro interno de la brida
MO: Momento en operaciónMA: Momento de asentamiento
pernos entre normal Espacio pernos entre real Espacio
fC
t)(2dpernos entre normal Espacio
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA
• Factores geométricos involucados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:
T
BAK
A: Diámetro externo de la brida
B: Diámetro interno de la bridaZ
Y
U
f
0gBh
h: Longitud del cuerpo o cubo
FL
0
1gg
0gBh
VL
0gBh
0
1gg
0
1gg
V
0gBh
F
0gBh
0
1gg
0
1gg
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA
• Factores geométricos involucados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:
1 et
t: Espesor de la brida 134
et
T
dt3
ogBFe
2oo ggB
VUd
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA
• BRIDAS TIPO INTEGRAL: Los esfuerzos en las bridas de este tipo se calculan de la
siguiente forma:
21g
MfS FOH
Esfuerzo longitudinal:
El factor f es utilizado cuando se calculan bridas de espesor variable en el cuerpo; para bridas de espesor uniforme este valor es 1.
Esfuerzo radial: Esfuerzo tangencial:
2tMS FO
R
R
FOT SZ
tMYS 2
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA
• BRIDAS TIPO SUELTO:
Los esfuerzos en las bridas de este tipo se calculan de la siguiente forma:
0HS
Esfuerzo longitudinal: Esfuerzo radial: Esfuerzo tangencial:
0RS 2tMYS FO
T
Los esfuerzos en la condición de asentamiento se consiguen reemplazando a MFO por MFA,esto es aplicable para los dos tipos de bridas.
SELECCIÓN DEL EMPAQUE• Empaque tipo soft steel jacket asbestos filled• 625 mm OD X 599 mm ID X 3• Partición intermedia de 10 mm de ancho
625
599
10
13N = 13 mm
bo = 6.5 mm
b = 6.425 mm
m = 3.75
y = 52.4 MPa
G = OD - 2b = 612.15 mm
ESPECIFICACIONES DEL DISEÑOINTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE
• Tipo de intercambiador TEMA AJS• Clase TEMA R• Presión de diseño lado casco 2000 KPa• Presión de diseño lado tubos 500 KPa• Temperatura de diseño lado casco 100 ºC• Temperatura de diseño lado tubos 15 ºC• Corrosión permitida lado casco 3 mm• Corrosión permitida lado tubos 3 mm• Diámetro interior del casco 635 mm• Diámetro interior de canal 635 mm• Tamaño nominal de tubo boquilla de entrada lado casco 203 mm• Tamaño nominal de tubo boquillas (2) de salida lado casco 152 mm• Tamaño nominal de tubo boquilla de entrada lado tubos 305 mm• Tamaño nominal de tubo boquilla de salida lado tubos 305 mm• Número de tubos 468• Diámetro exterior de tubos 19.05 mm• Espesor de pared de tubos (14 BWG) 2.11 mm• Longitud de tubo 4060 mm • Paso de tubo 23.812 mm• Patrón de tubo (definido por TEMA R-2.4) 30º• Número de pasos de tubo 4• Número de bafles9• Espacio entre bafles 380 mm• Corte de bafle 25 %• Protección contra impactos Ninguna• Examen de soldadura Tintas
ESPECIFICACIONES DE MATERIALESINTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE
Acero al carbón es usado en todas partes, excepto en los pernos, los cuales son de acero de baja aleación.
Componente Forma EspecificaciónCasco Lámina SA-515-70Canal Lámina SA-515-70Cubierta del canal Lámina SA-515-70Cubierta cilíndrica del casco Lámina SA-515-70Extremo formado cubierta casco Lámina SA-515-70Bridas del casco Forjadas SA-105Brida cubierta cabezal flotante y Lámina SA-515-70extremo formadoPlatos de partición de paso Lámina SA-515-70Portatubos Lámina SA-515-70Tubos Tubo enterizo (tube) SA-210-A1Boquillas lado casco Tubo (pipe) SA-106-BBoquillas lado tubo Tubo (pipe) SA-106-BPernos Barra SA-193-B7
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