Taller Fundamentos de análisis de flexibilidad. Material de apoyo

Taller Fundamentos de

Análisis de Flexibilidad en Tuberías.

Facilitadores: Ramón Gullón M.

Bárbara Luna R.

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías.

Índice General

1 Objetivos................................................................................................................................4

1.1 Objetivo General..............................................................................................................4

1.2 Objetivos Específicos.......................................................................................................4

2 Fases y documentos de proyectos.........................................................................................5

2.1 Visualización....................................................................................................................5

2.2 Ingeniería Conceptual......................................................................................................5

2.3 Ingeniería Básica.............................................................................................................5

2.4 Ingeniería de Detalle........................................................................................................6

3 Documentos técnicos en tuberías..........................................................................................8

3.1 P&ID o Diagrama de Tuberías e Instrumentación............................................................8

3.2 Plano de planta o “Plot Plan”...........................................................................................9

3.3 Isométricos....................................................................................................................10

3.4 Especificación de Tuberías o “Piping Class”...................................................................11

3.5 Lista de Líneas...............................................................................................................13

3.6 Estándar de Soportes.....................................................................................................14

4 Inducción al área de flexibilidad...........................................................................................16

4.1 Departamento de tuberías.............................................................................................16

4.2 Responsabilidades del ingeniero de proyectos analista de flexibilidad..........................16

5 Actividades de flexibilidad...................................................................................................18

5.1 Los sistemas de tuberías como objeto del estudio de flexibilidad..................................18

5.2 Información necesaria del sistema a estudiar................................................................18

5.3 Análisis preliminar.........................................................................................................19

5.4 Selección de las líneas...................................................................................................19

5.5 Selección de la metodología de análisis.........................................................................20

5.6 Análisis del sistema de tuberías.....................................................................................22

5.7 Reporte de resultados y emisión de informes................................................................23

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 6 Análisis de cargas y esfuerzos.............................................................................................25

6.1 Criterios de diseño en tuberías......................................................................................25

6.2 Bases conceptuales del análisis de esfuerzos................................................................25

6.3 Clasificación de las cargas.............................................................................................26

6.4 Clasificación de los esfuerzos........................................................................................27

6.5 Concentración de esfuerzos...........................................................................................28

6.6 Cálculo de esfuerzos en tuberías...................................................................................29

7 Normalización......................................................................................................................30

7.1 Introducción al código ASME..........................................................................................30

7.2 Introducción al uso de las normas API...........................................................................32

8 Soportes para tuberías.........................................................................................................39

8.1 Estándar de soportes.....................................................................................................39

8.2 Clasificación de soportes...............................................................................................40

8.3 Espaciamiento de guías y soportes................................................................................42

8.4 Criterios para la colocación de soportes........................................................................50

8.5 Soportes tipo Pick-Up.....................................................................................................52

8.6 Colocación de Zapatas...................................................................................................53

9 Introducción al uso de la herramienta CAESAR II 4.50.........................................................55

9.1 El programa CAESAR II...................................................................................................55

9.2 Creación de un archivo..................................................................................................55

9.3 Carga de los datos para el análisis................................................................................57

9.4 Definición de los casos de estudio.................................................................................68

9.5 Interpretación de resultados..........................................................................................76

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1 Objetivos

1.1 Objetivo General

- Establecer los lineamientos básicos para el correcto estudio de flexibilidad de los sistemas de tubería.

1.2 Objetivos Específicos

- Describir los documentos técnicos en tubería empleados por la disciplina de flexibilidad.

- Resumir la teoría básica de esfuerzos y cargas empleada para hacer estudios de flexibilidad.

- Resaltar los diferentes códigos y normas empleados por la disciplina de flexibilidad.

- Definir los criterios básicos a emplear por los diseñadores y analistas de flexibilidad para la adecuada colocación de soportes en los sistemas de tubería.

- Enumerar las diferentes actividades que implica realizar un estudio de flexibilidad.

- Introducir al analista de flexibilidad al uso de la herramienta computacional empleada para el estudio formal de los sistemas de tuberías.

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2 Fases y documentos de proyectos

2.1 Visualización

Sobre la base del plan de negocios de la empresa, se propone una “Idea” a fin de determinar las posibles oportunidades de negocio, aprovechando los recursos disponibles y evaluando los requerimientos de inversión. En esta fase, por lo general, se desarrolla el alcance del proyecto y su estudio de factibilidad, con el cual se persigue determinar la rentabilidad del mismo.

2.2 Ingeniería Conceptual

Esta es la fase en la que se establecen las metas y necesidades, para obtener el “concepto” final de lo que resulta mejor negocio para el cliente. Se realizan evaluaciones y estudios de opciones que permiten definir: La ubicación optima de la instalación, la tecnología seleccionada, capacidad y condiciones, los requerimientos de infraestructura y servicios, un estimado de costos preliminar y de rentabilidad, y el plan de ejecución del proyecto.

Entre los productos de la ingeniería conceptual se encuentran:

- Alcance del proyecto. - Estudios de opciones.

- Diagrama de Flujo. - Bases y criterios preliminares de diseño.

- Plano de implantación de equipos e instalaciones. - Análisis preliminar de peligro.

- Filosofía de operación y control. - Requerimientos de servicios industriales.

- Estimado de costos clase IV. - Plan preliminar de ejecución del proyecto.

2.3 Ingeniería Básica

Esta es la fase de “definición”, en la cual se genera la información necesaria para la elaboración de un estimado de costos clase II y se fijan las especificaciones y datos necesarios para el desarrollo de la Ingeniería de Detalle.

Al finalizar esta fase, el proceso debe estar completamente definido, los equipos situados y dimensionados, así como toda la infraestructura y servicios industriales. Debe existir una idea clara y precisa de la filosofía de control, operación y mantenimiento, ya que

en esta etapa se realiza el estudio de seguridad operacional, el análisis cuantitativo de riesgos, el estudio de constructibilidad y el estudio de impacto ambiental, entre otros.

Entre los documentos generales producto de la ingeniería básica se encuentran:

- Alcance detallado del proyecto. - Bases y criterios de diseño.

- Listas de materiales y cómputos métricos. - Plan de ejecución del proyecto.

- Paquete de licitación del IPC o Ingeniería de Detalles. - Estimado de costos clase II.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - Requisición de materiales y equipos de largo tiempo de entrega. - Estudios especiales.

Ya en este punto, cada disciplina comienza a emitir documentos que servirán para el desarrollo del IPC o de la ingeniería de detalle:

- Productos de la ingeniería básica para la disciplina “procesos”: Diagramas de flujo, diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID’s), diagramas metalúrgicos, lista de líneas, listas de puntos de conexión o Tie-ins, descripción del proceso, filosofía de operación y control, y manual de operaciones.

- Productos de la ingeniería básica para la disciplina “equipos”: Cálculos de equipos, hojas de datos de equipos, planos de ingeniería de equipos, especificaciones de equipos, y requisiciones de equipos de largo tiempo de entrega.

- Productos de la ingeniería básica para la disciplina “civil”: Especificaciones de ingeniería y construcción de estructura, movimiento de tierras y obras civiles, plano de implantación general de edificaciones, planos de vialidad, arquitectura preliminar de plantas y fachadas, y planos preliminares de estructuras y edificaciones, planos preliminares de fundaciones y sistemas enterrados como drenajes sanitarios, de aguas de lluvia, etc.

- Productos de la ingeniería básica para la disciplina “electricidad”: Diagrama Unifilar, clasificación de áreas peligrosas, plano de disposición de equipos eléctricos, hojas de datos y especificaciones de equipos eléctricos, especificaciones de ingeniería y construcción de electricidad, y planos de preliminares de instalaciones de sistemas eléctricos como alimentación, sistema de puesta a tierra y pararrayos, detección de incendios, iluminación, protección catódica, etc.

- Productos de la ingeniería básica para la disciplina “instrumentación”:

Hojas de datos de instrumentos y equipos de control, especificaciones de instrumentos y sistemas de control, listado de instrumentos, plano de disposición de equipos en salas de control, especificaciones de ingeniería y construcción de instrumentación y control, y planos preliminares de instalaciones de sistemas de instrumentación y control (ruta de señales).

- Productos de la ingeniería básica para la disciplina “tuberías”:

Especificaciones de ingeniería y construcción de tuberías (materiales, soldadura, aislamiento, pintura, etc.), plano de implantación general y detalles de implantación, planos de ruta o layout de tuberías, lista y detalles de puntos de conexión, listas de líneas críticas y análisis preliminar de flexibilidad, preliminares generales del sistema contra incendios, y requisición de materiales de largo tiempo de entrega.

2.4 Ingeniería de Detalle

Esta es la llamada fase de “implantación” en donde se genera el paquete de información que establece las especificaciones y los planos de construcción del proyecto y la adquisición de los materiales y equipos no considerados como de largo tiempo de entrega.

Los documentos generales que se obtienen de la ingeniería de detalle son:

- Alcance detallado del proyecto (actualizado). - Bases y criterios de diseño (actualizado).

- Listas de materiales y cómputos métricos. - Estimado de costos clase I.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - Paquete de licitación de construcción. - Plan de ejecución de la construcción.

- Requisición de materiales y equipos de corto tiempo de entrega. - Memorias de cálculo.

De manera similar a la ingeniería básica, cada disciplina emite documentos que servirán para la construcción de la obra:

- Productos de la ingeniería de detalle para la disciplina “procesos”: Actualización y ajustes de los documentos producto de la ingeniería básica y diagramas de prueba hidrostática.

- Productos de la ingeniería de detalle para la disciplina “equipos”: Actualización y ajustes de los documentos producto de la ingeniería básica, planos de escaleras y plataformas de equipos, revisión de documentos del fabricante (VENDOR), requisiciones de equipos de corto tiempo de entrega, y catálogos mecánicos.

- Productos de la ingeniería de detalle para la disciplina “civil”: Actualización y ajustes de los documentos producto de la ingeniería básica, planos de vialidad, movimiento de tierras y topografía, detalles de Arquitectura de plantas y fachadas, planos de estructuras, soportes y edificaciones, y planos de planta y detalles fundaciones y sistemas enterrados como drenajes sanitarios, de aguas de lluvia, de aguas contaminadas y distribución de agua potable a edificaciones.

- Productos de la ingeniería de detalle para la disciplina “electricidad”: Actualización y ajustes de los documentos producto de la ingeniería básica, y planos de detalles de rutas de líneas, planos de planta y detalles de instalaciones de sistemas eléctricos como alimentación, sistema de puesta a tierra y pararrayos, detección de incendios, iluminación, protección catódica, etc.

- Productos de la ingeniería de detalle para la disciplina “instrumentación”: Actualización y ajustes de los documentos producto de la ingeniería básica, planos de planta y detalles de instalaciones de sistemas de instrumentación y control como ubicación de instrumentos y ruta de señales, detalles de instalación de instrumentos, y filosofía de control.

- Productos de la ingeniería de detalle para la disciplina “tuberías”: Actualización, completación y ajustes de los documentos producto de la ingeniería básica, planos ortográficos de tuberías, plantas, secciones y detalles, isométricos de tuberías, detalles de puntos de conexión, análisis de flexibilidad de las líneas requeridas, según código, detalles generales del sistema contra incendios, requisiciones de materiales de corto tiempo de entrega y detalles de soportes de tuberías.

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3 Documentos técnicos en tuberías

3.1 P&ID o Diagrama de Tuberías e Instrumentación

Los P&ID son los planos iniciales en el proceso de diseño de tuberías, que muestra los equipos del sistema, la instrumentación requerida y las tuberías principales para la conexión entre los equipos más importantes.

En estos diagramas se establece la codificación de los equipos, unidades y sistemas de tuberías e instrumentación, con lo cual cada elemento queda completamente identificado.

Es importante señalar que estos planos “no” son representaciones a escala y, en algunos casos, no está representada la cantidad exacta de equipos existente en la realidad.

Los P&ID deben poseer la siguiente información:

- Esquema de equipos, líneas de conexión, elementos de tuberías (reducciones, válvulas y bridas), instrumentos, señalización de los cambios de especificación en líneas, etc.

- Identificación detallada de equipos, código y valores importantes de diseño (temperatura, presiones, material, espesores, dimensiones generales, etc.)

- Cuadro de identificación del documento: Aporta información importante como, nombre del proyecto, título del diagrama, número del P&ID, progreso de las revisiones del documento, etc.

Fig. 1. P&ID D-67-0021 Valero Ardmore Refinery

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 3.2 Plano de planta o “Plot Plan”

El “Plot Plan” es una vista aérea de la distribución de equipos y estructura, en el que se puede apreciar el arreglo de los mismos dentro del área de planta. Es de alta importancia debido a que aporta datos relevantes para la construcción y es la base para el levantamiento de los isométricos empleados para la fabricación de tuberías.

Este plano debe poseer la siguiente información:

- El Norte de la planta: Se encuentra generalmente ubicado en la esquina superior izquierda del mismo y no necesariamente coincide con el norte geográfico. En este mismo punto se suele aportar los datos de la dirección predominante del viento.

- Coordenadas: Brindan una ubicación exacta (en términos numéricos) de los límites del plano y de los puntos de interés como las áreas de vialidad, centros de los equipos, etc., así como de la cota del piso en diferentes puntos (usualmente se resalta la cota mas baja).

- Disposición de los equipos: Son representaciones a escala de los diferentes equipos, con sus respectivas siluetas y el contorno de sus fundaciones, que brindan una idea de los espacios disponibles para la colocación de tubería, soportes y demás accesorios, a fin de que estos se puedan colocar sin que se vean afectadas las actividades de mantenimiento y operación de la planta.

- Las estructuras para soportes y/o “Pipe Rack”: Dan una visual clara de los distintos puntos de apoyo para las tuberías.

- Cuadro de identificación del documento: Proporcionan la información importante como, nombre del proyecto, título del plano, escala del mismo, progreso de las revisiones del documento, etc.

Fig. 2. Plot Plan Unit 670 Valero Ardmore Refinery

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 3.3 Isométricos

Son documentos generados por el grupo de diseñadores de tuberías. Su buena calidad se traduce en ahorro de tiempo y dinero, tanto para la ingeniería, como para la construcción, repercutiendo directamente en los beneficios del responsable.

Son utilizados principalmente con el fin de facilitar la ejecución de la prefabricación de tuberías y deben representar de forma clara todos los cambios de dirección de las líneas, a la vez que la posición del plano en el espacio en que ésta se desplaza.

Cada isométrico debe representar una sola línea con la misma especificación pero, cuando la línea es larga y complicada, ésta se puede representar en dos o más isométricos, con el mismo número pero con secuencia de hojas, además es muy importante resaltar que “no están hechos a escala” y las longitudes acotadas no guardan proporcionalidad entre sí.

Los Isométricos deben poseer la siguiente información:

- La orientación del norte de la planta: Que se representa, normalmente, en la parte superior izquierda del dibujo y será igual en todos los isométricos del mismo proyecto, los cuales estarán relacionados directamente con la orientación del plano de planta de tuberías.

- Listado de materiales: Proporciona información importante, además de un conteo, de todos los elementos que componen la tubería representada.

- Señalizaciones: De boquillas, soportes, puntos de soldadura de campo, puntos de continuación de isométricos, codos, reducciones, bridas, válvulas, y demás elementos de tubería con información relevante como coordenadas, elevaciones, diámetro, rating, etc. dependiendo de cada caso.

- Cuadro de identificación del documento: Proporcionan información importante como, nombre del proyecto, nombre de la línea, número y secuencia del isométrico, progreso de las revisiones del documento, etc.

Fig. 3. Isométrico PR-6701120-03 Valero Ardmore Refinery

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 3.4 Especificación de Tuberías o “Piping Class”

El “Piping Class”, es un documento elaborado por la disciplina de tuberías (apoyado en procesos), en el cual se especifica, como su nombre lo indica, las características de cada elemento que conforma el sistema de tuberías.

Para cada elemento, se colocan rangos de diámetros nominales, para los que se especifica la clase y tipo de material a utilizarse.

De manera general, también da la información respecto al espesor de corrosión y rangos de temperatura y presión

La especificación de tuberías debe contener la siguiente información:

- Información de la clase (Rating), material y espesor de corrosión requerido para la tubería.

- Información detallada de cada elemento de tubería (codos, bridas, válvulas, tubería, nipples, reductores, tees, planchas de refuerzo, sockolets, weldolets, thredolets, entre otros), por rango de diámetros.

- Tabla de relación donde se especifica el tipo de unión o conexión para ramales, según los diámetros involucrados.

Fig. 3. Hoja de datos de la clase AA2E Sincor - San Diego de Cabruticas

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Fig. 4. Tabla de relación de diámetros en uniones ramales para las clases AA5A, AA5G, AA2D, AA2E, AA2F y AA2O Sincor - San Diego de

Cabruticas

Ejemplo de sistema de codificación del “Piping Class” (SINCOR):

D A 5 A

Service

Corrosion Allowance or Lining

Material

Flange Rating (ANSI Class)

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Donde:

3.5 Lista de Líneas

Además del P&ID, la disciplina procesos elabora una lista de datos de tuberías o “lista de líneas”, el

cual es un documento que contiene la información de las condiciones del fluido dentro de la tubería.

Las listas de líneas deben contener la siguiente información:

- Datos termodinámicos: Temperatura y presión tanto de operación como de diseño, condiciones prueba hidrostática, fase del fluido, tipo de servicio, densidad y viscosidad del fluido.

- Datos de la tubería: diámetro, numero de la línea, schedule, especificación, tipo y espesor de aislamiento, pintura, etc.

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Chemical InjectionX

Oily WaterW

Service Water, Raw WaterL

Instrumentation AirN

Lube OilO

Service AirP

GasG

Portable WaterK

Hydrocarbon & General Purpose (140 ºC Max.)Y

Service

Fire WaterF

Diesel, Fuel OilE

DiluentD

Production WaterC

Hydrocarbon & General Purpose (540 ºC Max.)B

Hydrocarbon & General Purpose (400 ºC Max.)A

Chemical InjectionX

Oily WaterW

Service Water, Raw WaterL

Instrumentation AirN

Lube OilO

Service AirP

GasG

Portable WaterK

Hydrocarbon & General Purpose (140 ºC Max.)Y

Service

Fire WaterF

Diesel, Fuel OilE

DiluentD

Production WaterC

Hydrocarbon & General Purpose (540 ºC Max.)B

Hydrocarbon & General Purpose (400 ºC Max.)A

Fiber Glass (105 ºC)Y

Lined Carbon SteelR

Fiber Glass (66 ºC)X

Stainless Steel 304 (any grade)J

Stainless Steel 316 (any grade)K

Cast IronQ

Material

Fiber Glass (126 ºC)Z

5 Cr – ½ MoF

2 ¼ Cr – ½ MoE

1 ¼ Cr – ½ MoD

Galvanized Carbon SteelC

Low temp. Carbon SteelB

Carbon SteelA

Fiber Glass (105 ºC)Y

Lined Carbon SteelR

Fiber Glass (66 ºC)X

Stainless Steel 304 (any grade)J

Stainless Steel 316 (any grade)K

Cast IronQ

Material

Fiber Glass (126 ºC)Z

5 Cr – ½ MoF

2 ¼ Cr – ½ MoE

1 ¼ Cr – ½ MoD

Galvanized Carbon SteelC

Low temp. Carbon SteelB

Carbon SteelA

0.1887

0.28

0.259

Corrosion Allowance (inches)

0.156

0.1255

0.14

-3

0.0632

0.031

0.1887

0.28

0.259

Corrosion Allowance (inches)

0.156

0.1255

0.14

-3

0.0632

0.031

PVCP

TeflonT

Non-Metallic lining

PolyethyleneG

PolyesterF

EpoxyE

CPCVC

ConcreteB

NoneA

PVCP

TeflonT

Non-Metallic lining

PolyethyleneG

PolyesterF

EpoxyE

CPCVC

ConcreteB

NoneAFlange Rating

1500F

900E

600D

400C

300B

150A

ANSI CLASS

Flange Rating

1500F

900E

600D

400C

300B

150A

ANSI CLASS

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - Datos de descripción: Punto de partida y llegada de las líneas, número de P&ID donde se puede ubicar la línea, notas importantes, revisión, entre otras.

Fig. 5. Lista de líneas Unit 670 Valero Ardmore Refinery

3.6 Estándar de Soportes

Es un documento producto de la ingeniería básica muy empleado por la disciplina de tuberías tanto para el diseño como para el análisis de flexibilidad que contiene los detalles de fabricación y colocación de los distintos tipos de soportes a utilizar en el proyecto.

Todos los soportes en el estándar están ordenados y codificados de manera que se facilite la señalización de los mismos en los planos de planta e isométricos.

Fig. 6. Encabezado del estándar de soportes Sincor - San Diego de Cabruticas

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Es un documento producto de la ingeniería básica muy empleado por la disciplina de tuberías tanto para el diseño como para el análisis de flexibilidad que contiene los detalles de fabricación y colocación de los distintos tipos de soportes a utilizar en el proyecto.

Todos los soportes en el estándar están ordenados y codificados de manera que se facilite la señalización de los mismos en los planos de planta e isométricos.

Fig. 6. Base Support BS2 (Pág. 42) del estándar de soportes Sincor - San Diego de Cabruticas

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 4 Inducción al área de flexibilidad

4.1 Departamento de tuberías

Para ejecutar actividades de ingeniería y construcción, asociados a un proyecto, el equipo de trabajo debe ser organizado bajo la dirección de un gerente de proyecto o de un Jefe de departamento.

En el departamento de tuberías, el ingeniero de proyecto se desarrolla tres áreas principales:

Fig. 7. Áreas de desarrollo e el departamento de tuberías

Para cada área el ingeniero de tuberías desarrolla las siguientes actividades:

- Diseño de Tuberías: Ingeniería de tuberías, diseño y layout, ubicación de equipos en el “Plot Plan”, control de materiales (tubería y accesorios), coordinación del contrato de fabricación de tuberías, interacción con otras disciplinas, para garantizar que la tubería y sus componentes asociados sean entregados

- Análisis de Flexibilidad: Análisis de cargas y esfuerzos en tuberías, diseño de soportes mecánicos, control de materiales (juntas flexibles, resortes, etc).

- Área Contra Incendios: Diseño de sistemas contra incendios.

4.2 Responsabilidades del ingeniero de proyectos analista de flexibilidad

Por su parte el analista de flexibilidad es responsable de desarrollar tres actividades principales:

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AREA CONTRA

INCENDIOS

ANÁLISIS DE

FLEXIBILIDAD

DISEÑO DE TUBERÍAS

COORDINACIÓN SOPORTERÍA

ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD

ESTUDIO DE ESFUERZOS


Fig. 8. Actividades principales del área de Análisis de Flexibilidad

- Coordinación: Desarrollo, revisión y emisión de las especificaciones para análisis de flexibilidad de tuberías y revisión de especificaciones generales en tuberías, elaboración de lista de control líneas críticas (lista desagregada de líneas), elaboración de formatos para la presentación de resultados (cargas sobre boquillas de equipos, cargas civiles, etc.), participación en el diseño de tuberías para incluir cambios de layout, definición del esquema de informe a presentar, archivo de la información empleada, de los documentes de resultados emitidos y la memoria de cálculo.

- Estudio de esfuerzos: Chequeo de diagramas de tubería e instrumentación, levantamiento de información, inspección visual de las líneas, elaboración del modelo computacional para el análisis formal de flexibilidad en líneas criticas, análisis de cargas y esfuerzos (en tubería y boquillas de equipos), emisión de modificaciones de layout en tuberías en caso de ser necesario, revisión de isométricos para emisión, elaboración y emisión del informe final (en caso de líneas aprobadas por inspección visual, no se amerita un informe).

- Soportería: Definición y revisión del estándar de soportes a emplear en el proyecto, selección de los tipos de restricciones a emplear durante el análisis de flexibilidad, diseño de soportes mecánicos especiales, análisis de cargas en soportes civiles y transmisión de la información a la disciplina civil, numeración de soportes en isométricos y planos de planta, definición del uso de elementos flexibles(soportes elásticos, juntas de expansión, amortiguadores, etc.), selección de clips para soportes de tuberías a equipos y soportes a plataformas, elaboración y emisión de las listas de materiales (para soportes mecánicos, planchas de teflón, elementos flexibles, etc.), evaluación técnica de ofertas de elementos flexibles.

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5 Actividades de flexibilidad

5.1 Los sistemas de tuberías como objeto del estudio de flexibilidad

Se define como “sistema” al conjunto de elementos que se encuentran vinculados entre sí y que conforman el objeto de estudio. En nuestro caso, los “elementos” son equipos, soportes, tubería o accesorios como codos, tees, válvulas, bridas, etc.

Para el correcto estudio de los sistemas de tubería, estos deben estar bien delimitados y se debe incluir en el mismo a todos los componentes que puedan afectarlo considerablemente.

Entendemos por flexibilidad a una condición o propiedad del sistema de tuberías sometido a cambios de temperatura que le permite dilatarse o contraerse, sin que esto traiga como consecuencia un aumento considerable en las cargas y los esfuerzos asociados al sistema o a sus accesorios,

entonces se dice que una tubería flexible es aquella que, a pesar de sufrir cambios por efecto de la expansión térmica del material, se adapta a su nueva geometría, sin que ello traiga consecuencias negativas al sistema.

El propósito del análisis de flexibilidad, en sistemas de tuberías, es probar que el arreglo concebido por el diseñador, cumple con los requisitos establecidos por el cliente, las normas estandarizadas y demás observaciones emitidas por los fabricantes de equipos, y en caso que esto no ocurriera, producir una configuración geométrica que no ocasione esfuerzos excesivos ni elevadas reacciones en los soportes y boquillas.

Para lograr esto, la geometría del sistema no debe ser rígida, es decir, debe poseer cambios de direcciones y que asociadas directamente al diámetro y espesor de las tuberías en estudio, le permitan disipar la expansión térmica generada en la tubería.

Sin embargo se debe recordar que no es deseable hacer a un sistema innecesariamente flexible, por los costos asociados a la incorporación de tramos extra de tubería, codos y demás elementos empleados para incrementar la flexibilidad.

5.2 Información necesaria del sistema a estudiar

Antes de comenzar a estudiar los sistemas, se debe comenzar por una fase de “levantamiento de la información”, en la cual se procura tener toda la data necesaria para el análisis de flexibilidad de líneas.

Los principales documentos empleados por los analistas de flexibilidad son:

- Los P&ID o “Piping and Instrumentation Diagrams”. - Las listas de líneas.

- La especificación de tuberías o “Piping Class”. - Isométricos y planos de planta.

- Estándar de soportes. - Especificación de flexibilidad.

- Especificación del aislante. - Planos de los equipos (Vendor).

En algunas ocasiones también son necesarios algunos planos y especificaciones civiles (planos de estructuras, condiciones del suelo, etc.) y ciertos datos provenientes de la disciplina de instrumentación (como pesos y dimensiones de válvulas de control, reacciones en válvulas de alivio, etc.).

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 5.3 Análisis preliminar

Esta fase del análisis se realiza un estudio global (visual) de todo el sistema a fin de verificar que la geometría del arreglo se vea flexible.

- Se chequeará la colocación de soportes en la tubería, a fin de verificar que la soportación se hace conforme al “span” definido (por el estándar de soportes) para el diámetro de la misma.

- Se prestará atención a la ubicación de anclajes y límites direccionales y guías colocados en el arreglo de tuberías a fin de verificar que estos no afecten la flexibilidad del sistema. En e caso de las guías se debe procurar no colocarlas cercanas a los codos, ya que estos puntos de cambio de dirección son en los que ocurren las mayores deformaciones.

- Se verificarán las condiciones de presión y temperatura a las que están sometidas las líneas del arreglo a fin de estimar si requieren o no de un análisis detallado.

5.4 Selección de las líneas

Serán analizadas formalmente por flexibilidad aquellas que se describen en los siguientes criterios de segregación de líneas (tomado del documento ANAFLEX DIC 122-G01):

- Todas aquellas indicadas como “críticas” en la lista elaborada por la Coordinación de Sistemas de la Gerencia de Ingeniería.

- Las líneas conectadas a equipos como: Turbinas, Bombas, Compresores centrífugos y reciprocantes, Intercambiadores de calor, Hornos, Calentadores, Calderas, Recipientes a presión y Tanques de almacenamiento.

- Líneas diseñadas por el código ASME B31.1 “Power Piping”

- Las tuberías conectadas a sistemas de alivio, a equipos y estructuras con asentamientos mayores o iguales a ½” o tuberías que puedan afectar significativamente a otras líneas asociadas que requieran análisis formal.

- Tuberías de gran longitud (pipe racks): < 6” si -7 ºC Tdis 65 ºC

> 6” si -7 ºC Tdis 38 ºC

- Tuberías cuya temperatura de diseño sea:

- Tuberías aisladas internamente y demás líneas que la disciplina de flexibilidad considere conveniente analizar.

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-15ºF (-26ºC)150ºF (65ºC)18”

-20ºF (-28ºC)200ºF (93ºC)12” a 16”

-20ºF (-28ºC)300ºF (148ºC)4” a 10”

-20ºF (-28ºC)400ºF (207ºC)3”

Tdis menor o igual aTdis mayor o igual aDiámetro nominal

-15ºF (-26ºC)150ºF (65ºC)18”

-20ºF (-28ºC)200ºF (93ºC)12” a 16”

-20ºF (-28ºC)300ºF (148ºC)4” a 10”

-20ºF (-28ºC)400ºF (207ºC)3”

Tdis menor o igual aTdis mayor o igual aDiámetro nominal

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Se determinará la similitud entre líneas, tomando en cuenta como ciertas características afectan la flexibilidad de una línea:

- A mayor diámetro, mayor rigidez.

- A mayor distancia entre anclajes o boquillas, mayor temperatura y mayor coeficiente de dilatación del material; resulta más grande la expansión térmica a absorber y menor la flexibilidad.

- A mayores valores de asentamientos en equipos, mayor deformación y menor flexibilidad.

5.5 Selección de la metodología de análisis

5.5.1 Análisis Visual:

Todas las líneas requieren de este análisis, el cual debe ir apoyado de tablas, gráficos y ecuaciones simplificadas.

En este análisis se revisará el recorrido de la línea a fin de verificar que existan puntos de absorción de expansión térmica, que el espaciamiento entre soportes y guías sea el adecuado para el diámetro de la línea y que, al mismo tiempo, la colocación de los soportes no afecte de manera negativa la libre expansión de la tubería.

Ejemplo: Suponiendo que “L” es el valor dado al "span" de la tubería del ejemplo, para cada uno de los siguientes casos ese valor se verá disminuido por un factor determinado:

Fig. 9. Factores de corrección para el espaciamiento máximo entre soportes

5.5.2 Análisis Formal:

Este análisis comprende el uso de métodos de cálculo y modelos computacionales que provean una evaluación de las cargas y los esfuerzos ocasionados por los desplazamientos y deformaciones ocurridos en la tubería. Estos cálculos deben también incluir el efecto de los factores de intensificación de esfuerzos en conexiones de ramales y accesorios.

La herramienta de cálculo empleada para este fin actualmente en VEPICA es CAESAR II V-4.50 de COADE.

Durante el análisis formal se comparan los valores de cargas y esfuerzos con los admisibles especificados conforme a los códigos y normas de diseño.

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Cambio de dirección en el plano horizontal

Cambio de dirección en dos planos

Derivaciones de ramales

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Entre los más empleados por flexibilidad para el análisis de sistemas de tuberías se encuentran:

ANSI - American National Standard Institute.

ASME Codes for Pressure Piping:

-

B31.1 “Power Piping”

- B31.3 “Chemical Plant & Petroleum Refinery Piping”

- B31.4 “Liquid Transportation Systems for Hydrocarbons, Liquid Petroleum Gas, Anhydrous Ammonia and Alcohols”

- B31.8 “Gas Transmission and Distribution Piping Systems”

ASME Boiler & Pressure Vessels Code (Section VIII):

- Div. 1: Rules for Construction of Pressure Vessels

- Div. 2: Rules for Construction of Pressure Vessels-Alternative

API - American Petroleum Institute:

- API-560: Fired Heaters for General Refinery and Services.

-

API-610: Centrifugal Pumps.

-

API-611: General Purpose Steam Turbines for Refinery.

-

API-612: Special Purpose Steam Turbines for Refinery.

-

API-617: Centrifugal Compressors.

-

API-618: Reciprocating Compressors for Refinery.

- API-619: Rotating Positive Displacement Compressors.

- API-650: Appendix P-Allowable External Loads on Tank Shell Opening.

- API-661: Air Cooler Heat Exchangers.

21

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - API-676: Positive displacement Pumps-Rotary.

- API RP- 520: Recommended practice for sizing selection and Installation of Pressure Relieving Devices in Refineries.

COVENIN - Comisión Venezolana de Normas Industriales:

Acciones del Viento sobre las Construcciones 2003 – 80. Edificaciones Antisísmicas 1756 – 87.

EJMA - Expansion Joint Manufactures Association Standards.

HEI - Heat Exchanger Institute Standard for Closed Feed Water Heater.

NEMA - National Electrical Equipment Association:

SM 23: Steam Turbines for Mechanical Drive Service.

MSS SP-58 - Pipe Hanger & Supports – Material & Design.

MSS SP-69 - Pipe Hanger & Supports.

PDVSA Nº HG-231 - Soportes de tuberías prefabricados.

PDVSA Nº HG-251 - Criterio de diseño de soportes.

PDVSA Nº HG-252-PRT - Piping System Stress Design Criteria.

TEMA - Tubular Exchanger Manufactures Association.

WRC - Welding Research Council:

- Bulletin 107: Local Stresses in Spherical and Cylindrical Shells.

-

Bulletin 297: Local Stresses in Cylindrical Shells.

5.6 Análisis del sistema de tuberías

Al realizar el estudio del sistema y se verificará que:

- Las unidades empleadas sean las correctas.

-

Las suposiciones usadas para modelar los equipos y colocar soportes así como el valor de la temperatura ambiente, son las adecuadas. Es importante recalcar que todas las suposiciones son “premisas del estudio” y estas deben estar “respaldadas” de algún modo al momento de ser empleadas.

-

Los datos termodinámicos están conforme a la lista de líneas.

22

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. -

Se verificará que los datos de espesor de las tuberías, de corrosión, materiales y la clase en las bridas y válvulas son los establecidos en el “Piping Class”.

- Las deflexiones y desplazamientos se encuentren por debajo del valor aceptado por el cliente (especificación de flexibilidad).

- En los puntos en los que se coloquen restricciones, este actúe de la manera esperada y, en caso que exista una holgura o “gap”, que el desplazamiento no sea mayor a ésta.

-

Se verificará que, en los puntos de imposición de desplazamientos, la tubería se mueve según el valor indicado.

-

Se verificará que, en los puntos de imposición de desplazamientos, la tubería se mueve según el valor indicado.

-

En los puntos de imposición de cargas, deberá observarse una variación en ésta, proporcional a la magnitud impuesta.

- Exista continuidad en los desplazamientos y cargas.

-

Se estén calculando los factores de intensificación de esfuerzos correctos, para cada elemento del sistema de tuberías.

-

Se verificará que se estén calculando los esfuerzos, conforme al código o norma aplicada.

-

Que el sistema presenta esfuerzos menores a los admisibles, conforme a los casos de evaluación de cada código.

-

Las reacciones en las boquillas de los equipos son menores a las cargas admisibles de las mismas, conforme a lo indicado en alguna norma de fabricación o en la información suministrada por el fabricante.

Para facilitar los chequeos de cada uno de estos puntos para cada proyecto debería existir un formulario de verificación, que debería ser empleado por los analistas al momento de realizar el estudio formal de un sistema.

23

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 5.7 Reporte de resultados y emisión de informes

La emisión de comentarios, reportes e informes son el producto principal de la disciplina de flexibilidad

Durante la fase del análisis (visual o formal) se realizan observaciones y cambios que van señalados en los planos e isométricos, proporcionados por la disciplina de tuberías, conforme al “código de colores”.

- Amarillo: Aprobado o chequeado OK.

- Verde: Borrar, eliminar o excluir.

- Rojo: Agregar o Incluir.

- Azul: Comentarios.

- Marrón: Modificación realizada (usado por diseñadores, dibujantes y proyectistas).

Solo para el análisis formal, lo más resaltante de estas observaciones y los resultados obtenidos del programa CAESAR II, son emitidos en un reporte de cargas y un informe escrito.

El informe de resultados deberá estar hecho conforme al formato especificado para el proyecto y en líneas generales deberá incluir:

- Objetivo: Razones de la realización del análisis.

- Alcance: Especificación de los límites físicos del estudio y de condiciones de estudio del sistema.

- Documentos de referencia: Implica un listado de las normas y estándares, planos, isométricos, especificaciones y demás documentos empleados para la realización del estudio.

- Premisas: Son las consideraciones tomadas para la realización del análisis, algunas de las cuales son acordadas inicialmente con el cliente.

- Metodología: Es la descripción detallada de los pasos a seguir para la realización del estudio.

- Análisis: Es la descripción de lo ocurrido durante la realización del estudio, de los posibles problemas encontrados, así como la proposición de soluciones a los inconvenientes hallados.

- Resultados: Comprende, a manera de anexos, el reporte de la entrada de datos ( input data), esfuerzos, desplazamientos y cargas, si como reportes de boletines externos arrojados por CASESAR II como sustento del análisis formal.

- Conclusiones y Recomendaciones: Consiste en la emisión de las observaciones finales producto del estudio.

Para el caso del “reporte de cargas” de los soportes civiles especiales a la disciplina civil se deberá elaborar un formato en el que se detalla:

-

Un esquema del soporte con algunas medidas y coordenadas importantes.

24


Las cargas en condiciones de operación, prueba hidrostática y tubería vacía.

Esto es adicional al informe y comprende la fase previa al final del análisis.

Fig. 10. Ejemplo de un formato de reporte de cargas a civil SCS-A-008 Valero Ardmore Refinery

25

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 6 Análisis de cargas y esfuerzos

6.1 Criterios de diseño en tuberías

En diseño, se debe prestar muchísima atención a los siguientes puntos que afectan el análisis de flexibilidad de los sistemas de tubería:

- El esfuerzo admisible para las condiciones de diseño de acuerdo al código apropiado que aplica al sistema.

- El tipo de material.

- El tamaño y espesor de la tubería y el rating de cada componente de tubería.

- La presión y la temperatura de diseño.

- La geometría de la tubería incluyendo movimientos de anclajes y restricciones.

- Limitaciones de fuerzas y momentos en boquillas de equipos de acuerdo a alguna normativa existente o a la información proporcionada por los fabricantes de los equipos.

- Consideraciones metalúrgicas, tales como proteger al material de temperaturas críticas, como acero al carbono por debajo de las temperaturas de transición.

6.2 Bases conceptuales del análisis de esfuerzos

El análisis de esfuerzos persigue determinar los efectos de una carga sobre un elemento, definiendo la intensidad y dirección de las fuerzas internas que actúan en un punto dado sobre un plano particular.

Para un elemento muy pequeño:

En este punto debemos recordar que el esfuerzo en un punto que actúa sobre un plano específico es un vector, es decir, tiene magnitud, dirección y sentido.

Fig. 11. Cubo elemental de esfuerzos

26

x

z

yxyz

zy

xy

xz

zxZ

X

Y

y

Tres esfuerzos en cada cara:

Esfuerzos normales: Un solo subíndice

Esfuerzos Cortantes: ab Dos subíndices: a) Planob) Su dirección

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Se debe recordar, que el esfuerzo depende directamente del material. Los materiales mientras más dúctiles poseen tendencia a fracturar mas tarde que los más frágiles, tal como se puede comprobar e un ensayo de tracción.

Fig. 12. Curvas esfuerzo - deformación

En tuberías, los materiales mas comúnmente usados son:

- Tuberías de Aceros al Carbono: API 5L sin costuras.

API 5L, SAW, Factor (E) 0.95 o mayor.

API 5L 46, sin costuras, entre otras.

-

Tuberías de aleación de acero bajo e intermedio: ASTM A333, sin costura.

ASTM A335.

ASTM A106 Gr. B, entra otras.

-

Tuberías de Acero Inoxidable: ASTM A268, sin costuras.

ASTM A312, sin costuras, entre otras.

6.3 Clasificación de las cargas

6.3.1 Cargas estáticas:

Se define como cargas estáticas a todas aquellas que se asocian a los los efectos de peso, efectos de contracción y expansión térmica del material, efectos de reacciones en soportes y a los efectos de la presión interna y externa de la tubería.

Entre las cargas debidas al peso se pueden distinguir:

- Cargas vivas: corresponden al peso del contenido (agua o fluido de proceso), nieve o hielo.

- Cargas muertas: corresponden al peso de la tubería, aislante, bridas, etc.

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Sy Su Sf

Sy

Su

Sf

Material Dúctil:Ej. Acero al carbono

Material Frágil:Ej. Fundición Gris

Sy Resistencia a la fluencia.Su Resistencia última.Sf Resistencia a la fractura.

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 6.3.2 Cargas dinámicas:

Son las cargas debidas a acciones de origen dinámico como fuerzas de impacto, viento, sismos, vibraciones, etc.

También podemos diferenciar las cargas que a las tuberías de la siguiente manera:

6.3.3 Cargas sostenidas:

Las cargas sostenidas o continuas se refieren a aquellas que se encuentran siempre presentes. Son cargas “no auto limitantes” y se refieren específicamente al peso muerto de las tuberías y a la presión. Normalmente las fallas por sustentación, son sencillas de estudiar, mas sin embargo son una de las fallas mas críticas ocurridas en un sistema ya que coaccionan el colapso del sistema.

6.3.4 Cargas por expansión:

Las cargas por expansión se presentan debido a la dilatación o contracción térmica producida por los cambios de temperatura que experimenta el material de las tuberías en una sistema.

Estas son cargas “auto limitantes” y se presentan

cuando al sistema de tuberías se le restringe el libre movimiento térmico, provocando con esto la generación de altos esfuerzos en la tubería, o elevadas reacciones en los soportes o en las boquillas de los equipos asociados. Por lo general los orígenes de las fallas por expansión resultan un poco más difíciles de determinar que las fallas por sustentación y la vinculación de las tuberías a los equipos, a otras tuberías o a los soportes, resultan el punto focal de estudio cuando estas se producen.

6.3.5 Cargas ocasionales:

Este tipo de cargas es aquel que se encuentra presente durante tiempos cortos de la vida de operación del sistema de tuberías, típicamente por abajo del 10% de tiempo.

Las c

argas ocasionales son cargas vivas aplicadas periódicamente el viento o las causadas momentáneamente por fenómenos naturales como sismos, tornados, huracanes, etc. Para el estudio de estos casos de carga (desde el punto de vista estático), se requiere de información meteorológica y geológica, a partir de datos históricos y/o estadísticos de la zona de instalación de la planta.

6.4 Clasificación de los esfuerzos

6.4.1 Esfuerzos primarios:

Estos esfuerzos son desarrollados principalmente por las cargas mecánicas impuestas al sistema de tuberías. Son no auto limitantes, esto quiere decir que, si el esfuerzo de fluencia es alcanzado en toda la sección transversal, la falla puede ser prevenida mediante la remoción de la carga impuesta o por endurecimiento del material. Las cargas que generan estos esfuerzos

28

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. primarios, son cargas primarias como por ejemplo: la presión interna, el peso propio, las cargas puntuales externas.

6.4.2 Esfuerzos secundarios:

Estos son los esfuerzos normales o cortantes producidos por las restricciones estructurales contra los desplazamientos. La característica principal de estos esfuerzos es que son auto limitantes; es decir, una pequeña deformación local puede ser suficiente para aliviar los esfuerzos y evitar la falla en la tubería. Entonces, el restringir los desplazamientos térmicos de la tubería, producen esfuerzos de tipo secundarios.

6.4.3 Esfuerzos picos:

Los esfuerzos pico son aquellos que se presentan por las discontinuidades geométricas o por efectos térmicos localizados. Este tipo de esfuerzos se suma a los esfuerzos primarios y secundarios. Su principal característica es que son muy elevados y no producen deformaciones notables. Pueden ser fuente de grietas por fatiga o de fractura frágil y bajo cargas cíclicas, los esfuerzos pico tienden a redistribuirse y a ser aliviados.

6.5 Concentración de esfuerzos

Como bien se mencionó con anterioridad, el esfuerzo, desde un punto de vista primitivo, es inversamente proporcional al área de la sección en la que este se calcula, por lo tanto, es lógico pensar que a menor área, para una misma carga, mayor será el esfuerzo calculado.

De este razonamiento se deriva el hecho que para un cambio de sección en la estructura continua de un sólido habrá puntos en los que se observará una “concentración de esfuerzos”.

Haciendo una analogía con lo ocurrido con el flujo dentro de una tubería, cuando se disminuye la sección transversal de la misma el flujo se acelera, pues para un cambio de sección en un sólido las líneas de los esfuerzos se concentran:

Fig. 13. Concentración de esfuerzos

De este concepto, sale la definición del “factor de concentración de esfuerzos”, el cual es un valor obtenido experimentalmente que depende de la geometría, muy importante en cálculos de Fatiga, sobretodo para materiales frágiles, y es usualmente reportado a manera de gráficos o tablas.

29


Fig. 14. Factor de concentración de esfuerzos

6.6 Cálculo de esfuerzos en tuberías

6.6.1 Esfuerzos por presión:

Esta expresión es empleada mayormente para el cálculo de espesores en tubería.

Dependen directamente de la presión interna del fluido.

- P = Presión interna. - D = Diámetro exterior.

- T = Espesor nominal. - c = Espesor de corrosión.

- tf = Tolerancia de fabricación. - Y = Coeficiente de material y temperatura.

Cuando se trabaja con temperaturas por debajo de los 900ºF, asumiendo que el diámetro

interno de la tubería es entonces, si se puede calcular

6.6.2 Esfuerzos por sustentación:

Están asociados a las cargas sostenidas del sistema.

- LP = Esfuerzo por sustentación debido a la presión.

- P = Presión interna. - D = Diámetro exterior.


- LG = Esfuerzo por sustentación debido al peso.

- i = Factor de intensificación de esfuerzos. - M = Momento flector generado por el peso.

- Z = Módulo de la sección.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 6.6.3 Esfuerzos por expansión:

Se refiere a los esfuerzos asociados a la expansión del sistema.

- b = Esfuerzos axiales generados por la flexión de la tubería.

- = Esfuerzos cortantes generados por la torsión de la tubería.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 7 Normalización

La normalización se define como la actividad que consiste en el proceso de formular, editar, establecer y aplicar normas. Establece, respecto de problemas actuales o potenciales, disposiciones para el uso común y continuado, dirigidas a la obtención del óptimo nivel de orden en un contexto dado.

La normalización permite el mejoramiento de la adaptación de productos, procesos y servicios a los fines proyectados, la prevención de barreras comerciales y la facilitación de la cooperación tecnológica.

7.1 Introducción al código ASME

Entre los códigos para diseño de tuberías más empleados se encuentran:

-

ASME B31.3 “Chemical Plants and Petroleum Refinery Piping” - Rige los sistemas de tuberías en plantas de procesos, industria química y de petróleo.

-

ASME B31.4 “Liquid Petroleum transportation Piping systems” - Se utiliza en sistemas de transporte de hidrocarburos líquidos (oleoductos).

-

ASME B31.8 “Gas transmission and distribution piping systems” - Se utiliza en sistemas de transmisión y distribución de gases (gaseoductos).

7.1.1 Casos de Estudio:

Los siguientes son los casos de estudio a ser evaluados conforme cada código:

B31.3: - Esfuerzos de Sustentación (Incluye Prueba Hidrostática).

- Esfuerzos de Expansión.

- Esfuerzos Ocasionales.

B31.4 y B31.8: - Esfuerzos de Sustentación (Incluye Prueba Hidrostática).

- Esfuerzos de Expansión.

- Esfuerzos Ocasionales.

- Esfuerzos en operación.

7.1.2 Esfuerzos permisibles:

Para el código B31.3 el cálculo de los esfuerzos permisibles depende de los esfuerzos en caliente y en frío del material, que por lo general son menores que el esfuerzo por fluencia del mismo.

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Expansión:

Sustentación: Ocasional:

Donde:

- Sc = Esfuerzo permisible en Frío. - Sh = Esfuerzo permisible en Caliente.

- Sl = Esfuerzo por sustentación - Occ = Factor de cargas ocasionales (Por defecto = 1.33)

- Eff = Eficiencia de la junta soldada. - f = Factor de reducción cíclica.

Numero de ciclos Factor f

7.000 y menos 1.0

7.000 – 14.000 0.9

14.000 – 22.000 0.8

22.000 – 45.000 0.7

45.000 – 100.000 0.6

Más de 100.000 0.5

Por otra parte para los códigos B31.4 y B 31.8 el cálculo de los esfuerzos permisibles se realiza en función del esfuerzo de fluencia de material, por lo que se deduce entonces que estos son menos estrictos que el B31.3.

B31.4 B31.8

Expansión: Expansión:

Sustentación: Sustentación:

Ocasional: Ocasional:

Operación: Operación:

Donde:

- Sy = Esfuerzo mínimo de fluencia - Occ = Factor de cargas ocasionales (Por defecto = 1.33)

7.1.3 Cálculo de espesores:

De la misma forma que para los esfuerzos admisibles, cada código especifica la expresión empleada para el cálculo de espesores (el valor de T proviene de un proceso iterativo):

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Para el diseño según el código B31.3:

Se debe cumplir que:

T y

Donde:

- P = Presión interna máxima de operación. - D = Diámetro exterior.


- Y = Coeficiente de material y temperatura. - S = Esfuerzo admisible en caliente.

- E = Factor de Calidad de la Junta Longitudinal de la Tubería.


Se debe cumplir que, la temperatura de diseño ese encuentre entre los –20º F (-30º C) y los 250º F (120º C) y la presión de diseño este sobre los 15 psig.

Donde:



- S = Esfuerzo mínimo de fluencia del material (ver tabla 402.3.1ª de la norma).



Se debe cumplir que, la temperatura de diseño se encuentre entre los –20º F (-30º C) y los 450º F (232º C).

Donde:



- S = Esfuerzo mínimo de fluencia del material. - t = Factor de temperatura del material.


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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - F = Factor de diseño de la tubería (según del entorno).

7.2 Introducción al uso de las normas API

Las normas API son estándares de fabricación de equipos que ofrecen información importante referida a las cargas admisibles en las boquillas de los mismos. Entre las mas empleadas están:

- API-560: “Fired Heaters for General Refinery and Services”.

Este estándar cubre los requisitos mínimos para el diseño, materiales, fabricación, inspección, prueba, preparación para el embarque, y erección de calentadores de llama, precalentadores, ventiladores y quemadores, para servicios generales en refinerías. Un calentador de llama es un intercambiador que transfiere calor de la combustión de un combustible a líquidos contenidos ases de tubos dispuestos dentro de un espacio internamente aislado.

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Fig. 15. Máximas fuerzas, momentos y desplazamientos admisibles (Tabla 7, Pág. 16, API 560)

-

API-610: “Centrifugal Pumps”.

Este estándar comprende los requerimientos mínimos para bombas centrífugas, para el uso en instalaciones petroleras, químicas y en la industria del gas.

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Succión y descarga laterales (Side-Side)

Succión y descarga

superiores (Top-Top)

Succión en el extremo y descarga superior (End-

Top)

Succión y descarga laterales

(Side-Side)


Fig. 16. Configuración de succión y descarga en bombas centrifugas (Pág. 2-7/8/9, API 610)

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Fig. 17. Cargas máximas permitidas (Tabla 2-1, Pág. 2-6, API 610)

- API-661: “Air Cooler Heat Exchangers”.

Este estándar internacional contempla los requisitos y las recomendaciones para el diseño, materiales, inspección, fabricación, prueba y preparación para el embarque de intercambiadores de calor refrigerados por aire, para el uso en las industrias de petróleo y gas natural. Este estándar es aplicable a intercambiadores con líos horizontales, pero los conceptos básicos pueden ser aplicados también a otras configuraciones.

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Fig. 18. Cargas máximas admisibles en boquillas (Tabla 4, Pág. 17, API 661)

-

API-617: “Centrifugal Compressors”.

Este estándar cubre los requerimientos mínimos para compresores centrífugos usados en servicios de la industria petrolera, química y del gas natural, que manejen aire o gases. Este estándar no es aplicable a ventiladores o sopladores que operen por debajo de los 34 KPa (5 Psi) manométricos, ya que estos últimos están contemplados por el API 673.

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Fig. 19. Cargas máximas admisibles (Pág. 95, API 617)

Fig. 20. Resultantes de las fuerzas y momentos (Pág. 96, API 617)

- API-676: “Positive displacement Pumps-Rotary”.

Este estándar cubre los requerimientos mínimos bombas rotativas de desplazamiento positivo empleadas en servicios de la industria petrolera, química y del gas natural.

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Fig. 21. Cargas máximas admisibles (Pág. 7, API 676)

En este punto es importante recordar, que aunque aquí se presente un breve resumen de los valores de carga admisibles para ciertos equipos de uso común en refinerías, es necesario leer con detenimiento el contenido de cada norma, a fin de verificar que se satisfagan todas las condiciones impuestas para las que esos valores resultan validos.

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8 Soportes para tuberías

Es muy importante tomar en consideración como se va a soportar una tubería al momento de realizar el diseño, ya que el soporte es estructura que ocupa un espacio determinado en los alrededores del sistema de tuberías. Los factores que hay que tomar en cuenta al momento de colocar soportes son, la sencillez, seguridad y costos de los mismo, de allí la necesidad de crear soportes “estándar” fin de simplificar la construcción de los mismos (fabricación en serie).

Los soportes se colocan principalmente para aguantar la carga por peso de la tubería (aislante, fluido y la tubería misma), pero también son usados para restringir ciertos movimientos de las mismas (brindar rigidez) y para absorber vibraciones y oscilaciones.

A un diseñador, un criterio de colocación de soportes, le permitirá incluir en su diseño, soportes comunes como cristos, pórticos y durmientes, que pueden ser de diseño mecánico (empleando el estándar de soportes) o de diseño civil. El diseñador también está en la capacidad de colocar guías conforme a un criterio de espaciamiento en caso que lo considere necesario.

Sin embargo, la validación de la ubicación de los soportes y del espaciamiento entre los mismos, así como la evaluación de las cargas sobre los mismos y la adición de nuevos soportes son actividades propias del analista de flexibilidad.

8.1 Estándar de soportes

Cada proyecto o empresa suele tener un estándar propio de soportes, los cuales parten de unas premisas de cálculo que permiten que estos puedan ser empleados con seguridad. Se debe tener especial cuidado al momento de emplear un soporte estándar con todas las observaciones y notas que se encuentran detrás del diseño de los mismos (espaciamiento, cargas máximas, anclaje de la base, etc.)

Los nombres de los soportes “típicos” en un estándar vienen dados a manera de código, el cual responde a una serie de parámetros que lo describen.

Ejemplo del sistema de codificación del “Pipe Support Standard” (Valero Ardmore Refinery):

5S 2 C 4 3

Longitud (3”)

Altura (4”)

Material (Acero al carbono)

Tipo (para líneas de 12” a 18”)

Designación principal (Shoe o zapata)

Este código se colocará en los isométricos y planos de planta dentro de un recuadro y con una flecha señalando el punto acotado en el que se colocará dicho soporte.

Si un soporte involucra a más de una tubería, esté estará señalado en todos los isométricos que involucren a dichas líneas, pero será contabilizado solo en el isométrico de la línea que posea el

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. mayor diámetro. En algunos casos solo para destacar que el soporte esta siendo mencionado mas no contado en un isométrico, el código del mismo irá acompañado de una leyenda “ONLY FOR REFERENCE” o “SOLO COMO REFERENCIA” (dependiendo del idioma en que se maneje el proyecto).

Para soportes especiales, es decir, que no son estándar, se emplea una codificación que depende de lo establecido en el proyecto, un ejemplo de codificación de soportes especiales es:

SCS - B - 015

SMS - A - 111

Numeración consecutiva

Área o unidad de la planta

Designación de tipo de soporteSMS: Special Mechanical SupportSCS: Special Civil Support

8.2 Clasificación de soportes

Según el grado de restricción que producen se pueden agrupar en:

8.2.1 Soportes Rígidos:

Los soportes rígidos son aquellos que no permiten el desplazamiento de la tubería en la dirección de trabajo, pudiendo ofrecer restricción de movimiento en una o más direcciones. Entre algunos de los soportes rígidos podemos mencionar:

- Anclaje: Es una restricción que provee rigidez a translación y rotación alrededor de los tres ejes de referencia, es decir, restringe los 6 grados de libertad en un punto del sistema de tuberías.

- Apoyos simples: Son soportes que proveen apoyo inferior a las tuberías, limitando la translación en la dirección positiva al peso de la tubería. Estos soportes pueden ser civiles o mecánicos y pueden poseer una superficie de apoyo deslizante (añadiendo planchas de teflón) o rugosa.

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Fig. 22. Ejemplos de soportes de apoyo simple

- Guía: Es un elemento que limita el movimiento de la tubería en las direcciones perpendiculares a su eje axial.

Fig. 23. Ejemplos de guías

- Anclaje direccional , Límite o Stop: Es un elemento que limita el movimiento de translación de la tubería en su dirección axial.

Fig. 24. Ejemplos de anclajes direccionales

- Base support, Dummy o Trunion: Es un elemento que limita el movimiento de translación de la tubería en su dirección axial.

Fig. 25. Ejemplos de dummys y trunions

8.2.2 Soportes Flexibles:

Este tipo de soportes permiten ciertos desplazamientos de la tubería, por efecto de la expansión térmica, sin producir altos esfuerzos sobre la tubería. Entre algunos de los soportes flexibles están:

- Amortiguador (Snubber): Es un dispositivo que aumenta el coeficiente de amortiguamiento de un sistema, ofreciendo alta resistencia contra desplazamientos rápidos provocados por cargas dinámicas, a la vez que permiten libre movimiento bajo desplazamientos aplicados gradualmente.

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Fig. 26. Amortiguador (vista rotado 90º)

- Soportes tipo resorte de carga variable (Variable spring hanger): Este tipo de soporte puede sostener la tubería permitiendo el desplazamiento de la misma en forma vertical pero incorpora a ésta esfuerzos debidos a los cambios en carga del resorte.

Fig. 27. Resortes de carga variable

- Soportes tipo resorte de carga constante (Constant spring hanger): Es un soporte capaz de aplicar una fuerza relativamente constante bajo cualquier desplazamiento dentro de su rango de operación.

Fig. 28. Resortes de carga constante

8.3 Espaciamiento de guías y soportes

8.3.1 Separación máxima entre soportes:

Para establecer la separación máxima entre soportes simples, usualmente se emplean tablas definidas por el estándar de soportes del proyecto. Estas tablas provienen de un cálculo en el que intervienen la deflexión máxima permitida para un tramo de tubería y el peso total de dicho tramo. Las tablas que se presentan a continuación son las empleadas en la guía de diseño de soportes de VEPICA.

Las tablas 1 y 2 muestran el espaciamiento o “SPAN” entre soportes para tubería de acero al carbono ASTM A53 Gr. B con 1,6 mm de espesor de corrosión, mientras que las tablas 3 y 4, están hechas para tubería de acero inoxidable ASTM A312-TP304 con espesor de corrosión de 0,5 mm; todas bajo las siguientes premisas:

- Deflexión máxima permitida: min. { 1” y ¼”Ext }. - Temperatura máxima: 350º C (662º F).

45

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - Aislamiento: Silicato de calcio con 40 mm de espesor.

- Esfuerzo admisible de flexión: ½ Samd según ASME B31.3.

Tabla 1: Espaciamiento máximo recomendado para acero al carbono ASTM A53 Gr. B (mm)

46

D i á m e t r o n o m i n a l

[ p u l g ]S c h e d u l e S in c o n t e n id o

S in c o n t e n id o , c o n

a is la m ie n t oA g u a A g u a ,

a is la m e n t oS in c o n t e n id o



a is la m e n t o

4 0 - S T D 4 2 0 4 3 7 4 4 3 9 9 8 3 6 2 3 2 8 1 2 2 5 0 4 2 6 7 4 2 4 2 38 0 - X S 4 4 3 3 4 0 3 5 4 2 8 6 3 9 4 1 2 9 6 4 2 6 9 8 2 8 6 7 2 6 3 6

X X S 4 5 4 2 4 2 7 8 4 5 0 5 4 2 5 0 3 0 3 7 2 8 6 1 3 0 1 3 2 8 4 24 0 - S T D 5 7 1 6 5 1 9 5 5 3 2 8 4 9 4 1 3 8 2 3 3 4 7 4 3 5 6 3 3 3 0 5

8 0 - X S 6 0 0 1 5 5 6 9 5 7 2 1 5 3 7 0 4 0 1 3 3 7 2 4 3 8 2 6 3 5 9 1X X S 6 1 4 0 5 8 6 9 6 0 4 5 5 7 9 3 4 1 0 6 3 9 2 5 4 0 4 3 3 8 7 4

4 0 - S T D 6 9 6 1 6 3 9 0 6 4 0 2 5 8 7 2 4 6 5 5 4 2 7 3 4 2 8 1 4 0 1 58 0 - X S 7 2 9 4 6 8 3 5 6 8 9 2 6 5 3 5 4 8 7 8 4 5 7 1 4 6 0 9 4 3 7 0

X X S 7 4 4 3 7 1 6 4 7 2 9 3 7 0 3 9 4 9 7 8 4 7 9 1 4 8 7 7 4 7 0 74 0 - S T D 9 8 4 0 9 2 7 5 8 8 9 4 8 1 6 1 6 5 8 1 6 2 0 3 6 0 2 6 5 7 7 2

8 0 - X S 1 0 0 7 2 9 6 2 9 9 4 7 1 9 1 3 8 6 7 3 6 6 4 3 9 6 3 3 4 6 1 1 1X X S 1 0 1 1 1 9 8 5 4 9 8 8 1 9 6 5 0 6 7 6 2 6 5 9 0 6 6 0 7 6 4 5 3

4 0 - S T D 1 2 1 2 7 1 1 0 9 1 1 0 0 1 1 9 3 2 4 8 1 1 0 7 7 0 0 7 3 1 5 7 0 5 98 0 - X S 1 2 3 9 2 1 1 8 9 7 1 1 1 3 2 1 0 4 9 6 8 2 8 7 7 9 7 5 7 7 1 4 7 4 9 0

X X S 1 2 4 2 8 1 2 1 6 2 1 2 0 7 4 1 1 7 3 3 8 3 1 1 8 1 3 3 8 0 7 4 7 9 1 94 0 - S T D 1 4 9 6 7 1 4 1 9 4 1 1 9 9 1 1 1 3 7 6 1 0 0 0 9 9 5 9 5 8 8 1 9 8 5 9 0

8 0 - X S 1 5 2 6 3 1 4 8 2 9 1 3 5 9 9 1 3 0 4 0 1 0 2 0 7 9 9 1 7 9 3 9 1 9 1 9 6X X S 1 5 2 3 7 1 4 9 9 7 1 4 7 0 3 1 4 4 9 9 1 0 1 9 0 1 0 0 2 9 9 8 3 2 9 6 9 7

3 0 1 7 1 0 2 1 6 2 7 5 1 2 8 3 3 1 2 2 6 6 1 1 4 3 7 1 0 9 7 4 9 7 4 5 9 5 2 74 0 - S T D 1 7 2 7 2 1 6 6 6 0 1 3 5 9 5 1 3 0 3 1 1 1 5 5 1 1 1 1 4 1 1 0 0 3 0 9 8 2 0

8 0 - X S 1 7 5 5 3 1 7 1 3 1 1 5 4 3 2 1 4 9 1 7 1 1 7 3 8 1 1 4 5 6 1 0 6 8 6 1 0 5 0 7X X S 1 7 5 5 7 1 7 2 9 8 1 6 6 9 9 1 6 4 4 4 1 1 7 4 1 1 1 5 6 8 1 1 1 6 7 1 1 0 3 1

3 0 1 9 2 6 1 1 8 5 6 5 1 4 1 2 9 1 3 6 0 4 1 2 8 8 1 1 2 4 1 5 1 0 8 0 4 1 0 6 0 14 0 - S T D 1 9 4 4 9 1 8 8 4 6 1 5 0 8 1 1 4 5 6 0 1 3 0 0 7 1 2 6 0 3 1 1 1 6 2 1 0 9 6 8

6 0 - X S 1 9 6 6 5 1 9 2 0 5 1 6 5 9 7 1 6 1 0 2 1 3 1 5 1 1 2 8 4 3 1 1 7 1 0 1 1 5 3 41 4 0 - X X S 1 9 6 9 9 1 9 4 5 0 1 8 6 2 9 1 8 4 0 6 1 3 1 7 3 1 3 0 0 7 1 2 4 5 8 1 2 3 3 1

3 0 2 1 0 9 6 2 0 3 9 0 1 5 1 3 7 1 4 6 4 5 1 4 1 0 8 1 3 6 3 6 1 1 6 7 0 1 1 4 7 94 0 2 1 3 1 5 2 0 7 2 3 1 6 3 5 9 1 5 8 7 0 1 4 2 5 4 1 3 8 5 8 1 2 1 3 2 1 1 9 4 96 0 2 1 5 2 1 2 1 0 7 6 1 8 0 4 0 1 7 5 7 5 1 4 3 9 2 1 4 0 9 4 1 2 7 4 0 1 2 5 7 58 0 2 1 5 7 8 2 1 2 0 6 1 8 9 1 4 1 8 4 7 4 1 4 4 3 0 1 4 1 8 1 1 3 0 4 5 1 2 8 9 3

3 0 - S T D 2 2 2 7 3 2 1 6 1 4 1 6 2 6 1 1 5 7 8 7 1 4 8 9 5 1 4 4 5 4 1 2 3 8 2 1 2 2 0 04 0 2 2 4 2 0 2 1 8 4 4 1 7 1 9 3 1 6 7 2 2 1 4 9 9 3 1 4 6 0 8 1 2 7 3 2 1 2 5 5 68 0 2 2 6 6 2 2 2 3 0 4 1 9 8 8 5 1 9 4 6 4 1 5 1 5 5 1 4 9 1 6 1 3 6 9 2 1 3 5 4 7

3 0 - S T D 2 3 8 3 3 2 3 1 3 4 1 6 7 5 0 1 6 3 0 1 1 5 9 3 8 1 5 4 7 1 1 2 9 9 3 1 2 8 1 84 0 - X S 2 4 1 0 3 2 3 5 5 9 1 8 5 8 2 1 8 1 3 7 1 6 1 1 9 1 5 7 5 5 1 3 6 8 5 1 3 5 2 0

8 0 2 4 2 9 5 2 3 9 5 6 2 1 3 0 9 2 0 9 1 1 1 6 2 4 7 1 6 0 2 0 1 4 6 5 5 1 4 5 1 8S T D 2 5 2 9 7 2 4 5 6 1 1 7 1 6 0 1 6 7 3 4 1 6 9 1 7 1 6 4 2 5 1 3 5 4 4 1 3 3 7 5

4 0 2 5 6 7 5 2 5 1 5 9 1 9 8 7 3 1 9 4 5 1 1 7 1 7 0 1 6 8 2 5 1 4 5 7 6 1 4 4 2 08 0 2 5 8 2 7 2 5 5 0 3 2 2 6 4 9 2 2 2 7 2 1 7 2 7 2 1 7 0 5 5 1 5 5 6 0 1 5 4 3 0

2 0 - S T D 2 6 6 8 1 2 5 9 0 9 1 7 5 0 9 1 7 1 0 4 1 7 8 4 3 1 7 3 2 6 1 4 0 4 6 1 3 8 8 33 0 - X S 2 7 0 0 0 2 6 4 0 0 1 9 5 9 9 1 9 1 8 9 1 8 0 5 6 1 7 6 5 5 1 4 8 6 1 1 4 7 0 5

6 0 2 7 2 5 5 2 6 8 6 8 2 2 6 7 5 2 2 2 9 0 1 8 2 2 6 1 7 9 6 7 1 5 9 8 5 1 5 8 4 92 0 - S T D 2 9 2 5 3 2 8 4 1 4 1 8 0 7 1 1 7 7 0 3 1 9 5 6 3 1 9 0 0 1 1 4 7 5 5 1 4 4 5 5

X S 2 9 6 1 6 2 8 9 6 4 2 0 3 6 8 1 9 9 8 9 1 9 8 0 5 1 9 3 6 9 1 5 8 5 6 1 5 7 0 86 0 2 9 9 6 4 2 9 6 0 7 2 4 9 8 1 2 4 6 2 7 2 0 0 3 8 1 9 7 9 9 1 7 5 6 0 1 7 4 3 6

E S P A C I A M I E N T O E N T R E S O P O R T E S - A C E R O A L

C A R B O N O

E s p a c i a m i e n t o m á x i m o r e c o m e n d a d o " L " [ m m ]L í n e a c o n t i n u a E x t r e m o l i b r e ( e s p a c i a m i e n t o ú n i c o )

1

1 ½

2

3

4

6

8

1 0

2 0

2 4

1 2

1 4

1 6

1 8


Tabla 2: Espaciamiento máximo recomendado para acero al carbono ASTM A53 Gr. B (ft)

47





a is la m e n t oS in c o n t e n id o



a is la m e n t o

4 0 - S T D 1 3 , 8 1 2 , 3 1 3 , 1 1 1 , 9 9 , 2 8 , 2 8 , 8 7 , 98 0 - X S 1 4 , 5 1 3 , 2 1 4 , 1 1 2 , 9 9 , 7 8 , 9 9 , 4 8 , 6

X X S 1 4 , 9 1 4 , 0 1 4 , 8 1 3 , 9 1 0 , 0 9 , 4 9 , 9 9 , 34 0 - S T D 1 8 , 8 1 7 , 0 1 7 , 5 1 6 , 2 1 2 , 5 1 1 , 4 1 1 , 7 1 0 , 8

8 0 - X S 1 9 , 7 1 8 , 3 1 8 , 8 1 7 , 6 1 3 , 2 1 2 , 2 1 2 , 6 1 1 , 8X X S 2 0 , 1 1 9 , 3 1 9 , 8 1 9 , 0 1 3 , 5 1 2 , 9 1 3 , 3 1 2 , 7

4 0 - S T D 2 2 , 8 2 1 , 0 2 1 , 0 1 9 , 3 1 5 , 3 1 4 , 0 1 4 , 0 1 3 , 28 0 - X S 2 3 , 9 2 2 , 4 2 2 , 6 2 1 , 4 1 6 , 0 1 5 , 0 1 5 , 1 1 4 , 3

X X S 2 4 , 4 2 3 , 5 2 3 , 9 2 3 , 1 1 6 , 3 1 5 , 7 1 6 , 0 1 5 , 44 0 - S T D 3 2 , 3 3 0 , 4 2 9 , 2 2 6 , 8 2 1 , 6 2 0 , 4 1 9 , 8 1 8 , 9

8 0 - X S 3 3 , 0 3 1 , 6 3 1 , 1 3 0 , 0 2 2 , 1 2 1 , 1 2 0 , 8 2 0 , 0X X S 3 3 , 2 3 2 , 3 3 2 , 4 3 1 , 7 2 2 , 2 2 1 , 6 2 1 , 7 2 1 , 2

4 0 - S T D 3 9 , 8 3 6 , 4 3 2 , 8 3 0 , 6 2 6 , 6 2 5 , 3 2 4 , 0 2 3 , 28 0 - X S 4 0 , 7 3 9 , 0 3 6 , 5 3 4 , 4 2 7 , 2 2 6 , 2 2 5 , 3 2 4 , 6

X X S 4 0 , 8 3 9 , 9 3 9 , 6 3 8 , 5 2 7 , 3 2 6 , 7 2 6 , 5 2 6 , 04 0 - S T D 4 9 , 1 4 6 , 6 3 9 , 3 3 7 , 3 3 2 , 8 3 1 , 5 2 8 , 9 2 8 , 2

8 0 - X S 5 0 , 1 4 8 , 7 4 4 , 6 4 2 , 8 3 3 , 5 3 2 , 5 3 0 , 8 3 0 , 2X X S 5 0 , 0 4 9 , 2 4 8 , 2 4 7 , 6 3 3 , 4 3 2 , 9 3 2 , 3 3 1 , 8

3 0 5 6 , 1 5 3 , 4 4 2 , 1 4 0 , 2 3 7 , 5 3 6 , 0 3 2 , 0 3 1 , 34 0 - S T D 5 6 , 7 5 4 , 7 4 4 , 6 4 2 , 8 3 7 , 9 3 6 , 6 3 2 , 9 3 2 , 2

8 0 - X S 5 7 , 6 5 6 , 2 5 0 , 6 4 8 , 9 3 8 , 5 3 7 , 6 3 5 , 1 3 4 , 5X X S 5 7 , 6 5 6 , 8 5 4 , 8 5 4 , 0 3 8 , 5 3 8 , 0 3 6 , 6 3 6 , 2

3 0 6 3 , 2 6 0 , 9 4 6 , 4 4 4 , 6 4 2 , 3 4 0 , 7 3 5 , 4 3 4 , 84 0 - S T D 6 3 , 8 6 1 , 8 4 9 , 5 4 7 , 8 4 2 , 7 4 1 , 3 3 6 , 6 3 6 , 0

6 0 - X S 6 4 , 5 6 3 , 0 5 4 , 5 5 2 , 8 4 3 , 1 4 2 , 1 3 8 , 4 3 7 , 81 4 0 - X X S 6 4 , 6 6 3 , 8 6 1 , 1 6 0 , 4 4 3 , 2 4 2 , 7 4 0 , 9 4 0 , 5

3 0 6 9 , 2 6 6 , 9 4 9 , 7 4 8 , 0 4 6 , 3 4 4 , 7 3 8 , 3 3 7 , 74 0 6 9 , 9 6 8 , 0 5 3 , 7 5 2 , 1 4 6 , 8 4 5 , 5 3 9 , 8 3 9 , 26 0 7 0 , 6 6 9 , 1 5 9 , 2 5 7 , 7 4 7 , 2 4 6 , 2 4 1 , 8 4 1 , 38 0 7 0 , 8 6 9 , 6 6 2 , 1 6 0 , 6 4 7 , 3 4 6 , 5 4 2 , 8 4 2 , 3

3 0 - S T D 7 3 , 1 7 0 , 9 5 3 , 3 5 1 , 8 4 8 , 9 4 7 , 4 4 0 , 6 4 0 , 04 0 7 3 , 6 7 1 , 7 5 6 , 4 5 4 , 9 4 9 , 2 4 7 , 9 4 1 , 8 4 1 , 28 0 7 4 , 3 7 3 , 2 6 5 , 2 6 3 , 9 4 9 , 7 4 8 , 9 4 4 , 9 4 4 , 4

3 0 - S T D 7 8 , 2 7 5 , 9 5 5 , 0 5 3 , 5 5 2 , 3 5 0 , 8 4 2 , 6 4 2 , 14 0 - X S 7 9 , 1 7 7 , 3 6 1 , 0 5 9 , 5 5 2 , 9 5 1 , 7 4 4 , 9 4 4 , 4

8 0 7 9 , 7 7 8 , 6 6 9 , 9 6 8 , 6 5 3 , 3 5 2 , 6 4 8 , 1 4 7 , 6S T D 8 3 , 0 8 0 , 6 5 6 , 3 5 4 , 9 5 5 , 5 5 3 , 9 4 4 , 4 4 3 , 9

4 0 8 4 , 2 8 2 , 5 6 5 , 2 6 3 , 8 5 6 , 3 5 5 , 2 4 7 , 8 4 7 , 38 0 8 4 , 7 8 3 , 7 7 4 , 3 7 3 , 1 5 6 , 7 5 6 , 0 5 1 , 1 5 0 , 6

2 0 - S T D 8 7 , 5 8 5 , 0 5 7 , 4 5 6 , 1 5 8 , 5 5 6 , 8 4 6 , 1 4 5 , 53 0 - X S 8 8 , 6 8 6 , 6 6 4 , 3 6 3 , 0 5 9 , 2 5 7 , 9 4 8 , 8 4 8 , 2

6 0 8 9 , 4 8 8 , 1 7 4 , 4 7 3 , 1 5 9 , 8 5 8 , 9 5 2 , 4 5 2 , 02 0 - S T D 9 6 , 0 9 3 , 2 5 9 , 3 5 8 , 1 6 4 , 2 6 2 , 3 4 8 , 4 4 7 , 4

X S 9 7 , 2 9 5 , 0 6 6 , 8 6 5 , 6 6 5 , 0 6 3 , 5 5 2 , 0 5 1 , 56 0 9 8 , 3 9 7 , 1 8 2 , 0 8 0 , 8 6 5 , 7 6 5 , 0 5 7 , 6 5 7 , 2

E S P A C I A M I E N T O E N T R E S O P O R T E S - A C E R O A L

C A R B O N O

E s p a c i a m i e n t o m á x i m o r e c o m e n d a d o " L " [ f t ]L í n e a c o n t i n u a E x t r e m o l i b r e ( e s p a c i a m i e n t o ú n i c o )

1

1 ½

2

3

4

6

8

1 0

2 0

2 4

1 2

1 4

1 6

1 8


Tabla 3: Espaciamiento máximo recomendado para acero inoxidable ASTM A312-TP304 (mm)

48




a is la m ie n t oA g u a

A g u a , a is la m e n t o S in c o n t e n id o



A g u a , a is la m e n t o

5 S 4 5 3 0 3 7 4 4 4 0 5 9 3 5 3 6 3 0 2 9 2 5 0 4 2 7 1 5 2 3 6 51 0 S 4 6 9 2 4 1 0 5 4 4 0 1 3 9 4 6 3 1 3 7 2 7 4 5 2 9 4 3 2 6 3 94 0 S 4 7 1 2 4 1 9 6 4 4 8 1 4 0 6 1 3 1 5 1 2 8 0 6 2 9 9 6 2 7 1 58 0 S 4 7 0 8 4 2 8 6 4 5 5 3 4 1 8 7 3 1 4 9 2 8 6 6 3 0 4 5 2 8 0 0

5 S 7 2 6 7 6 1 6 6 5 9 6 1 4 9 5 1 4 8 6 0 4 1 2 3 4 0 5 2 3 6 9 31 0 S 7 5 7 1 6 7 6 9 6 7 3 1 6 2 4 1 5 0 6 3 4 5 2 6 4 5 0 2 4 1 7 44 0 S 7 6 5 2 7 0 2 5 7 0 3 8 6 6 0 1 5 1 1 7 4 6 9 8 4 7 0 6 4 4 1 58 0 S 7 6 6 5 7 1 8 2 7 2 4 2 6 8 6 8 5 1 2 6 4 8 0 3 4 8 4 3 4 5 9 3

5 S 1 0 0 2 6 8 5 0 2 7 3 2 1 6 4 2 9 6 7 0 5 5 9 0 0 5 4 7 6 5 1 3 11 0 S 1 0 2 5 8 9 3 2 2 8 4 8 4 7 5 7 6 6 8 6 0 6 2 3 4 5 8 9 4 5 5 7 04 0 S 1 0 3 9 7 9 8 0 0 9 5 2 0 9 0 8 2 6 9 5 3 6 5 5 3 6 3 6 6 6 0 9 88 0 S 1 0 3 8 1 9 9 2 4 9 7 6 1 9 4 1 8 6 9 4 2 6 6 3 7 6 5 2 8 6 2 9 8

5 S 1 2 2 3 1 9 7 5 3 7 6 9 1 6 9 0 2 8 1 7 9 7 2 3 1 6 2 8 0 5 6 3 51 0 S 1 2 5 2 5 1 0 8 9 0 9 0 3 1 8 2 0 5 8 3 7 6 7 6 4 1 6 9 5 8 6 6 3 34 0 S 1 2 7 3 4 1 2 0 8 9 1 1 0 0 3 1 0 2 4 8 8 5 1 6 8 0 8 5 7 6 8 1 7 4 1 38 0 S 1 2 7 1 9 1 2 2 3 9 1 1 6 9 0 1 1 0 2 2 8 5 0 6 8 1 8 5 7 9 1 7 7 6 8 7

5 S 1 5 1 5 5 1 3 0 6 4 9 3 6 7 8 6 8 9 1 0 1 3 5 9 2 1 9 7 6 4 9 7 0 9 51 0 S 1 5 3 1 2 1 3 7 3 9 1 0 2 3 5 9 5 3 7 1 0 2 4 0 9 4 5 4 8 1 6 0 7 7 8 74 0 S 1 5 5 6 1 1 4 9 1 7 1 2 9 2 2 1 2 2 6 0 1 0 4 0 6 9 9 7 6 9 1 6 9 8 9 3 18 0 S 1 5 5 3 6 1 5 0 9 4 1 4 0 4 8 1 3 4 7 0 1 0 3 8 9 1 0 0 9 4 9 5 6 0 9 3 6 1

5 S 1 7 3 0 9 1 5 0 0 4 9 7 5 4 9 1 7 3 1 1 5 7 6 1 0 5 5 3 7 9 6 4 7 4 9 01 0 S 1 7 5 6 7 1 6 1 1 4 1 1 1 8 9 1 0 5 7 3 1 1 7 4 7 1 0 9 3 7 9 1 1 3 8 6 3 34 0 S 1 7 8 3 1 1 7 1 9 9 1 4 4 4 5 1 3 8 4 6 1 1 9 2 5 1 1 5 0 2 1 0 3 5 5 1 0 1 3 88 0 S 1 7 8 0 2 1 7 3 7 3 1 5 8 2 4 1 5 2 9 6 1 1 9 0 5 1 1 6 1 8 1 0 8 3 8 1 0 6 5 5

5 S 1 9 5 4 9 1 7 6 9 9 1 1 0 8 8 1 0 5 5 6 1 3 0 7 4 1 2 1 1 1 9 0 5 4 8 6 1 91 0 S 1 9 7 0 9 1 8 4 4 6 1 2 1 4 4 1 1 5 9 0 1 3 1 8 0 1 2 3 6 4 9 9 1 5 9 4 6 34 0 S 1 9 9 7 2 1 9 3 5 2 1 5 8 5 3 1 5 3 0 5 1 3 3 5 6 1 2 9 4 1 1 1 4 6 2 1 1 2 6 28 0 S 1 9 9 5 8 1 9 4 9 1 1 7 0 4 4 1 6 5 3 5 1 3 3 4 7 1 3 0 3 5 1 1 8 8 5 1 1 7 0 6

5 S 2 1 4 8 1 2 0 1 4 9 1 2 4 6 3 1 1 9 6 2 1 4 3 6 5 1 3 4 8 5 1 0 1 7 6 9 7 6 71 0 S 2 1 5 4 1 2 0 3 1 5 1 2 9 3 3 1 2 4 2 4 1 4 4 0 5 1 3 5 8 6 1 0 5 6 0 1 0 1 4 44 0 S 2 1 7 9 5 2 1 1 4 5 1 6 6 9 3 1 6 1 7 8 1 4 5 7 5 1 4 1 4 0 1 2 2 7 4 1 2 0 8 38 0 S 2 1 7 9 5 2 1 2 9 4 1 7 9 5 9 1 7 4 7 0 1 4 5 7 5 1 4 2 4 0 1 2 7 3 1 1 2 5 5 7

5 S 2 2 4 7 2 2 0 9 2 6 1 2 3 1 0 1 1 8 4 4 1 5 0 2 8 1 4 0 6 8 1 0 0 5 1 9 6 7 01 0 S 2 2 6 1 0 2 1 3 7 8 1 3 3 5 5 1 2 8 7 1 1 5 1 2 0 1 4 2 9 6 1 0 9 0 5 1 0 5 0 9

5 S 2 4 0 8 3 2 2 6 2 6 1 2 8 3 9 1 2 4 0 6 1 6 1 0 5 1 5 1 3 1 1 0 4 8 3 1 0 1 3 01 0 S 2 4 1 8 5 2 2 8 7 6 1 3 6 0 7 1 3 1 6 1 1 6 1 7 3 1 5 2 9 8 1 1 1 1 0 1 0 7 4 6

5 S 2 5 5 5 8 2 5 3 6 5 2 4 1 4 6 2 4 0 0 1 1 7 0 9 1 1 6 9 6 3 1 6 1 4 8 1 6 0 5 01 0 S 2 5 6 6 2 2 4 2 8 2 1 3 8 1 2 1 3 3 9 9 1 7 1 6 2 1 6 2 3 8 1 1 2 7 8 1 0 9 4 0

5 S 2 7 0 6 0 2 5 6 1 1 1 3 9 8 3 1 3 5 9 8 1 8 0 9 6 1 7 1 2 7 1 1 4 1 7 1 1 1 0 31 0 S 2 7 1 6 9 2 5 8 9 0 1 4 9 3 0 1 4 5 3 1 1 8 1 6 9 1 7 3 1 4 1 2 1 9 0 1 1 8 6 5

5 S 2 9 7 8 0 2 8 3 8 9 1 5 2 5 2 1 4 8 9 9 1 9 9 1 5 1 8 9 8 5 1 2 4 5 3 1 2 1 6 51 0 S 2 9 8 7 3 2 8 6 3 7 1 6 1 9 3 1 5 8 2 9 1 9 9 7 7 1 9 1 5 1 1 3 2 2 1 1 2 9 2 4

E s p a c i a m i e n t o m á x i m o r e c o m e n d a d o " L " [ m m ]

L í n e a c o n t i n u a E x t r e m o l i b r e ( e s p a c i a m i e n t o ú n i c o )

1

E S P A C I A M I E N T O E N T R E

S O P O R T E S - A C E R O I N O X I D A B L E

2

3

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

2 4


Tabla 4: Espaciamiento máximo recomendado para acero inoxidable ASTM A312-TP304 (ft)

49





A g u a , a is la m e n t o S in c o n t e n id o



A g u a , a is la m e n t o

5 S 1 4 , 9 1 2 , 3 1 3 , 3 1 1 , 6 9 , 9 8 , 2 8 , 9 7 , 81 0 S 1 5 , 4 1 3 , 5 1 4 , 4 1 2 , 9 1 0 , 3 9 , 0 9 , 7 8 , 74 0 S 1 5 , 5 1 3 , 8 1 4 , 7 1 3 , 3 1 0 , 3 9 , 2 9 , 8 8 , 98 0 S 1 5 , 4 1 4 , 1 1 4 , 9 1 3 , 7 1 0 , 3 9 , 4 1 0 , 0 9 , 2

5 S 2 3 , 8 2 0 , 2 1 9 , 6 1 6 , 2 1 5 , 9 1 3 , 5 1 3 , 3 1 2 , 11 0 S 2 4 , 8 2 2 , 2 2 2 , 1 2 0 , 5 1 6 , 6 1 4 , 9 1 4 , 8 1 3 , 74 0 S 2 5 , 1 2 3 , 0 2 3 , 1 2 1 , 7 1 6 , 8 1 5 , 4 1 5 , 4 1 4 , 58 0 S 2 5 , 1 2 3 , 6 2 3 , 8 2 2 , 5 1 6 , 8 1 5 , 8 1 5 , 9 1 5 , 1

5 S 3 2 , 9 2 7 , 9 2 4 , 0 2 1 , 1 2 2 , 0 1 9 , 4 1 8 , 0 1 6 , 81 0 S 3 3 , 7 3 0 , 6 2 7 , 8 2 4 , 9 2 2 , 5 2 0 , 5 1 9 , 3 1 8 , 34 0 S 3 4 , 1 3 2 , 2 3 1 , 2 2 9 , 8 2 2 , 8 2 1 , 5 2 0 , 9 2 0 , 08 0 S 3 4 , 1 3 2 , 6 3 2 , 0 3 0 , 9 2 2 , 8 2 1 , 8 2 1 , 4 2 0 , 7

5 S 4 0 , 1 3 2 , 0 2 5 , 2 2 2 , 6 2 6 , 8 2 3 , 7 2 0 , 6 1 8 , 51 0 S 4 1 , 1 3 5 , 7 2 9 , 6 2 6 , 9 2 7 , 5 2 5 , 1 2 2 , 8 2 1 , 84 0 S 4 1 , 8 3 9 , 7 3 6 , 1 3 3 , 6 2 7 , 9 2 6 , 5 2 5 , 2 2 4 , 38 0 S 4 1 , 7 4 0 , 2 3 8 , 4 3 6 , 2 2 7 , 9 2 6 , 9 2 6 , 0 2 5 , 2

5 S 4 9 , 7 4 2 , 9 3 0 , 7 2 8 , 5 3 3 , 3 3 0 , 2 2 5 , 1 2 3 , 31 0 S 5 0 , 2 4 5 , 1 3 3 , 6 3 1 , 3 3 3 , 6 3 1 , 0 2 6 , 8 2 5 , 54 0 S 5 1 , 1 4 8 , 9 4 2 , 4 4 0 , 2 3 4 , 1 3 2 , 7 3 0 , 1 2 9 , 38 0 S 5 1 , 0 4 9 , 5 4 6 , 1 4 4 , 2 3 4 , 1 3 3 , 1 3 1 , 4 3 0 , 7

5 S 5 6 , 8 4 9 , 2 3 2 , 0 3 0 , 1 3 8 , 0 3 4 , 6 2 6 , 1 2 4 , 61 0 S 5 7 , 6 5 2 , 9 3 6 , 7 3 4 , 7 3 8 , 5 3 5 , 9 2 9 , 9 2 8 , 34 0 S 5 8 , 5 5 6 , 4 4 7 , 4 4 5 , 4 3 9 , 1 3 7 , 7 3 4 , 0 3 3 , 38 0 S 5 8 , 4 5 7 , 0 5 1 , 9 5 0 , 2 3 9 , 1 3 8 , 1 3 5 , 6 3 5 , 0

5 S 6 4 , 1 5 8 , 1 3 6 , 4 3 4 , 6 4 2 , 9 3 9 , 7 2 9 , 7 2 8 , 31 0 S 6 4 , 7 6 0 , 5 3 9 , 8 3 8 , 0 4 3 , 2 4 0 , 6 3 2 , 5 3 1 , 04 0 S 6 5 , 5 6 3 , 5 5 2 , 0 5 0 , 2 4 3 , 8 4 2 , 5 3 7 , 6 3 6 , 98 0 S 6 5 , 5 6 3 , 9 5 5 , 9 5 4 , 3 4 3 , 8 4 2 , 8 3 9 , 0 3 8 , 4

5 S 7 0 , 5 6 6 , 1 4 0 , 9 3 9 , 2 4 7 , 1 4 4 , 2 3 3 , 4 3 2 , 01 0 S 7 0 , 7 6 6 , 7 4 2 , 4 4 0 , 8 4 7 , 3 4 4 , 6 3 4 , 6 3 3 , 34 0 S 7 1 , 5 6 9 , 4 5 4 , 8 5 3 , 1 4 7 , 8 4 6 , 4 4 0 , 3 3 9 , 68 0 S 7 1 , 5 6 9 , 9 5 8 , 9 5 7 , 3 4 7 , 8 4 6 , 7 4 1 , 8 4 1 , 2

5 S 7 3 , 7 6 8 , 7 4 0 , 4 3 8 , 9 4 9 , 3 4 6 , 2 3 3 , 0 3 1 , 71 0 S 7 4 , 2 7 0 , 1 4 3 , 8 4 2 , 2 4 9 , 6 4 6 , 9 3 5 , 8 3 4 , 5

5 S 7 9 , 0 7 4 , 2 4 2 , 1 4 0 , 7 5 2 , 8 4 9 , 6 3 4 , 4 3 3 , 21 0 S 7 9 , 3 7 5 , 1 4 4 , 6 4 3 , 2 5 3 , 1 5 0 , 2 3 6 , 5 3 5 , 3

5 S 8 3 , 9 8 3 , 2 7 9 , 2 7 8 , 7 5 6 , 1 5 5 , 7 5 3 , 0 5 2 , 71 0 S 8 4 , 2 7 9 , 7 4 5 , 3 4 4 , 0 5 6 , 3 5 3 , 3 3 7 , 0 3 5 , 9

5 S 8 8 , 8 8 4 , 0 4 5 , 9 4 4 , 6 5 9 , 4 5 6 , 2 3 7 , 5 3 6 , 41 0 S 8 9 , 1 8 4 , 9 4 9 , 0 4 7 , 7 5 9 , 6 5 6 , 8 4 0 , 0 3 8 , 9

5 S 9 7 , 7 9 3 , 1 5 0 , 0 4 8 , 9 6 5 , 3 6 2 , 3 4 0 , 9 3 9 , 91 0 S 9 8 , 0 9 4 , 0 5 3 , 1 5 1 , 9 6 5 , 5 6 2 , 8 4 3 , 4 4 2 , 4

E s p a c i a m i e n t o m á x i m o r e c o m e n d a d o " L " [ f t ]

L í n e a c o n t i n u a E x t r e m o l i b r e ( e s p a c i a m i e n t o ú n i c o )

1

E S P A C I A M I E N T O E N T R E

S O P O R T E S - A C E R O I N O X I D A B L E

2

3

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

2 4


Cuando en el ruteo de la tubería, de presentan cambios de dirección intersecciones o secciones de peso concentrado o de aplicación de cargas puntuales, se suele acortar el “SPAN” multiplicándolo por un factor de corrección. Los siguientes son factores que se pueden emplear para corregir el espaciamiento:

Para cambios de dirección:

En el plano horizontal: En dos planos: Por derivaciones (ramales):

Para fuerzas concentradas:

- a: Distancia mínima del soporte a la carga concentrada.

- P: Peso de la carga concentrada.

- W: Peso total distribuido de la tubería.

- L: Span de la tubería sin peso concentrado.

Tabla 5: Factor de corrección por cargas concentradas "C"

50

=a/L´=P/WL0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

0,10 0,97 0,95 0,94 0,93 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,93

0,25 0,93 0,89 0,85 0,83 0,81 0,80 0,80 0,81 0,82 0,83

0,50 0,87 0,79 0,73 0,69 0,66 0,65 0,65 0,66 0,67 0,69

0,75 0,82 0,70 0,62 0,58 0,55 0,54 0,54 0,54 0,56 0,58

1,00 0,77 0,63 0,54 0,49 0,46 0,45 0,45 0,46 0,47 0,50

1,25 0,72 0,56 0,48 0,43 0,40 0,39 0,38 0,39 0,41 0,43

1,50 0,67 0,51 0,42 0,37 0,35 0,34 0,33 0,34 0,36 0,38

2,00 0,60 0,42 0,34 0,30 0,27 0,26 0,26 0,27 0,28 0,30

2,50 0,53 0,36 0,28 0,24 0,23 0,22 0,21 0,22 0,23 0,25

3,00 0,48 0,31 0,24 0,21 0,19 0,18 0,18 0,19 0,20 0,21

4,00 0,39 0,24 0,19 0,16 0,15 0,14 0,14 0,14 0,15 0,16

5,00 0,33 0,20 0,15 0,13 0,12 0,11 0,11 0,11 0,12 0,13

6,00 0,28 0,17 0,13 0,11 0,10 0,09 0,09 0,10 0,10 0,11

7,00 0,25 0,14 0,11 0,09 0,08 0,08 0,08 0,08 0,09 0,09

8,00 0,22 0,13 0,10 0,08 0,07 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

9,00 0,20 0,11 0,08 0,07 0,07 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07

10,00 0,18 0,10 0,08 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07


8.3.2 Separación entre guías:

Es recomendable colocar guías en el recorrido del sistema, sobre todo si son tuberías muy largas, para evitar que estas se desplacen y puedan colisionar con tuberías vecinas en caso que ocurra un sismo o un fenómeno eventual en el sistema de tuberías.

Se deben ubicar las guías según lo especificado en las tablas de espaciamiento recomendado siempre que estas no afecten negativamente la flexibilidad del sistema.

Por lo general se evita colocarlas en zonas cercanas a los codos para no disminuir la flexibilidad del sistema, se procura dejar el equivalente a 40 diámetros en cruces y lazos de expansión.

La siguiente tabla proviene del documento DIC-121-G07 “Guía de diseño de soportes” de VEPICA, y muestra el espaciamiento recomendado para la colocación de guías en tuberías horizontales:

Tabla 6: Ubicación de guías en líneas horizontales.

Diámetro NPS

Espaciado entre guías

in ft m1 6 2,13

1 ½ 10 3,052 10 3,053 20 6,104 20 6,106 40 12,198 40 12,19

10 60 12,1912 40 18,2914 60 18,2916 60 18,2918 60 18,2920 60 18,2924 60 18,29

Tabla 7: Ubicación de guías en líneas horizontales para tramos largos (pipe rack)

Diámetro NPS Espaciado entre guías

in ft mMenores de 2 6 1,83

2 - 6 12 3,668 - 24 18 5,49

Mayores de 24 24 7,32

Por otra parte, también se debe prestar atención al guiado de las tuberías verticales, no solo por el caso de sismos y otros casos eventuales, sino también por los efectos del viento.

51

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. De la misma manera como se presentó en la tabla 6, la siguiente tabla muestra el espaciamiento recomendado para la colocación de guías en tuberías verticales:

Tabla 8: Ubicación de guías en líneas verticales.

Diámetro NPS

Espesor de

aislamiento

Espaciado entre guíasPresión de viento 30

lb/ft3Presión de viento 40

lb/ft3Presión de viento 50

lb/ft3

in in ft m ft m ft m1 1 22 6,71 17 5,18 13 3,96

1 ½ 1 23 7,01 17 5,18 14 4,272 1 24 7,32 18 5,49 14 4,273 1 27 8,23 20 6,10 16 4,884 1 29 8,84 22 6,71 17 5,186 2 33 10,06 25 7,62 20 6,108 2 37 11,28 28 8,53 22 6,7110 2 41 12,50 31 9,45 25 7,6212 2 45 13,72 34 10,36 27 8,2314 2 47 14,33 35 10,67 28 8,5316 3 50 15,24 38 11,58 30 9,1418 3 53 16,15 40 12,19 32 9,7520 3 56 17,07 42 12,80 34 10,3624 3 60 18,29 45 13,72 36 10,97

Por ejemplo, para las tuberías que bajan de recipientes, es recomendable que estas desciendan lo más cercano al recipiente de manera que pueda soportarse y guiarse con soportes tipo “clip” solidarios al mismo.

Existe un criterio para la colocación de guías y soportes en tuberías verticales que bajan de recipientes, el cual se describe a continuación:

Fig. 29. Ubicación de guías y soportes en tuberías verticales.

52

Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Donde: la distancia mínima a la soldadura del tangent-line del recipiente es:

De manera que la longitud efectiva a soportar es:

Si decimos que: y

Se sustituye cualquiera de las dos alturas calculadas como valor de H en la figura 22, y se verifica que para el diámetro correspondiente, el “span” resultante (H) se encuentre por dejado del valor máximo de la tabla 8. En caso que este valor sea mayor, se deberán colocar las guías que fuesen necesarias para que se cumpla con el "span".

8.4 Criterios para la colocación de soportes

Para casi todas las funciones de apoyo o soporte, existen varias opciones de accesorios en tamaños y tipos, los cuales pueden ser usados dependiendo de las restricciones físicas del diseño, además de la magnitud de las cargas.

Los criterios de selección de los soportes obedecen entonces a la función del mismo, de las limitaciones de espacio y físicas existentes, y del aspecto económico:

- En las tuberías que requieren aislamiento, los elementos de soporte deben estar diseñados de forma que facilite la colocación del aislamiento.

-

El material de la tubería y de los accesorios que mantienen contacto deben ser compatibles. Esto debe ser así para reducir los efectos de la corrosión galvánica, sobre todo en ambientes húmedos.

- Se deben colocar soportes sobre la tubería y no sobre sus componentes.

- Se deben colocar soportes en tramos de tuberías que no requieran de remoción frecuente.

- Se debe tratar de colocar soportes lo más cercano posible a grandes concentraciones de cargas, como por ejemplo válvulas (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- Se debe verificar que la distancia entre soportes está de acuerdo al “SPAN” especificado para el proyecto (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- Se debe tratar de acortar el “SPAN” en los tramos inmediatos a los cambios de dirección (DISEÑO).

- Es importante que para fijar soportes a estructuras civiles, se debe tener la aprobación de dicha disciplina (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- Para los casos de prueba hidrostática hay que verificar la necesidad de soportes temporales (FLEXIBILIDAD).

- La selección de la altura a la cual se va a trazar una tubería, de no haber otras variables mandatorias, debería escogerse dentro de las alturas ya estandarizadas, para facilitar la colocación de varias tuberías con el mismo B.O.P. a ser soportadas por un mismo soporte (DISEÑO).

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - La altura de los soportes que se apoyan en el nivel del suelo de la planta debe ser contada a partir de la cota más baja del mismo (DISEÑO).

- Se debe colocar, preliminarmente, guías según el “SPAN” para cargas sísmicas, que deberán ser verificadas por el analista de flexibilidad en las líneas que lleven análisis formal (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- En los isométricos solamente se indicará el “GAP” del soporte, cuando sea distinto del típico indicado en los estándares, (es decir 3 mm ó 1/8” ), según resulte de los análisis de flexibilidad (FLEXIBILIDAD).

- En los isométricos se indicará la orientación de dummys o trunions en tuberías verticales y horizontales (DISEÑO).

- Se debe verificar que la instalación de un soporte no tiene interferencias con equipos, fundaciones, bancadas, tanquillas, tuberías u otras (DISEÑO).

- Se debe verificar que las tuberías que se apoyan en el nivel de suelo están a una altura, en lo posible, que permita usar soportes estándar para su apoyo sobre el mismo (DISEÑO).

- A la entrada y salida de los equipos rotativos se debe procurar utilizar soportes ajustables, según los resultados del análisis de flexibilidad (FLEXIBILIDAD).

- La soportería que va a equipos debe ser remitida a la disciplina de equipos (FLEXIBILIDAD).

- Solo serán creados soportes especiales cuando no es posible la colocación de ningún soporte estándar (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- Las válvulas de alivio deben estar bien soportadas, esto significa que a la salida debe ir sujeta con abrazaderas y en la entrada deben guiarse, en la medida de lo posible (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- La distancia entre la soldadura de un soporte a la tubería (zapatas, trunions, etc.) y una soldadura circunferencial de la misma, debe ser, como mínimo 50 mm (DISEÑO).

- Se debe verificar que las cargas en los soportes estén dentro del rango permitido (FLEXIBILIDAD).

- En los puntos de apoyo de estaciones de control, el primer soporte en la dirección del flujo debe ser un soporte fijo, los siguientes serán soportes deslizantes, siempre y cuando esta configuración no produzca problemas durante el análisis de flexibilidad (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- No se debe someter a esfuerzos de torsión las vigas del pipe rack, adosando soportes a las mismas. (FLEXIBILIDAD).

- Es importante no colocar guías en las zonas cercanas a los codos, pues podría verse comprometida la flexibilidad de la línea. Podría tomarse distancia igual o mayores a 40 Ø (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

- Los esquemas de los soportes especiales civiles deben contener los datos suficientes para que la disciplina civil pueda proceder a su diseño, tales como: coordenadas, indicación del norte, dimensiones, T.O.S., cargas, nombre de las líneas que reposan en el soporte, entre otros (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - En el caso de soportes ubicados en el límite de dos planos de áreas de procesos, se codificarán en el plano en que se encuentre al norte y al este (DISEÑO).

- En el caso de soportes ubicados en el límite de área de procesos y uno del pipe rack, se codificarán en el plano del pipe rack (DISEÑO).

- Las líneas de 16” y mayores deben ser verificadas por aplastamiento y colocarles concha de refuerzo en caso que se requiera (FLEXIBILIDAD).

- Para las líneas con aislamiento debe tomarse en consideración la altura de la zapata para localizar el BOP de la tubería. Las líneas de 2” o menores, dependiendo de los lineamientos del proyecto, suelen no llevar zapatas (DISEÑO).

- En el caso de colocar soportes tipo dummy al piso, que lleven algún tipo de restricción (guías, límites, anclajes), las cargas sobre dichos soportes deberán ser suministradas a civil, con el objeto de verificar las reacciones sobre la fundación estándar o para proceder a diseñar, por civil, la fundación requerida (FLEXIBILIDAD).

- Las líneas de 2” o menores, en general, dependiendo de los lineamientos del proyecto, serán soportadas en campo, a excepción de aquellas que se citan a continuación: frías, conectadas a compresores reciprocantes (por vibración), provenientes de columnas, con temperatura de operación mayor a 400º C o con fluidos letales o peligrosos (DISEÑO).

- Las guías, tanto verticales como horizontales se pueden emplear para direccionar los desplazamientos de las tuberías hacia donde se optimice la flexibilidad y los esfuerzos sobre las mismas y los equipos involucrados (FLEXIBILIDAD).

- Los dummys y trunions deben ser acotados en los isométricos, dando su diámetro, longitud y orientación. La longitud se calcula desde el “center line” de la tubería (DISEÑO).

8.5 Soportes tipo Pick-Up

Son soportes empleados para brindar apoyo a líneas de diámetros muy pequeños (menores a 1”) vinculándolas a otras de diámetro mayor. Se recomienda cuando no hay más opciones de apoyo.

Fig. 30. Soportes Pick-Up.

Es necesario verificar el espaciamiento entre soportes de la línea apoyo (de mayor diámetro). Si la distancia entre soporte o “span” es igual al espaciamiento máximo permitido, no se puede utilizar esa línea como apoyo.

Si la distancia entre soportes es menor al “span”, entonces se debe:

- Calcular el peso que la tubería puede soportar (P1).

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Calcular el peso de la o la(s) tubería(s) a ser soportada(s) (P2).

Si P2 es menor o igual a P1, se puede colocar el soporte tipo pick up.

Fig. 31. Ejemplo de soporte Pick-Up.

A continuación se muestra un ejemplo de verificación basado en la figura anterior:

Tubería de apoyo: 4” SCH 40. Si el espaciamiento máximo de la tubería de 4” SCH 40 es 9343 mm.

Span

máximo - Span

real: 9343 mm - 7500 mm = 1843 mm.

Quiere decir que podemos hacer el calculo del peso:

Para tubería 4” SCH 40 las densidades lineales son: Tubería sola: 10,79 lb/ft Agua 5,50 lb/ft

P1= Peso de 1843 mm Peso de 6,05 ft

P1 = 6,05 ft x (10,79 + 5,50) lb/ft = 98,5 lb.

Tubería a apoyar: 1” SCH XS.

El espaciamiento máximo de la tubería de 1” SCH XS es 3941 mm.

Si se coloca el

Pick up en el medio a 3750 mm.

Para tubería 1” SCH XS las densidades lineales son: Tubería sola: 2,17 lb/ftAgua 0,312 lb/ft

P2 = Peso de 3750 mm Peso de 12,30 ft P2 = 12,30 ft x (2,17 + 0,312) lb/ft = 30,5 lb.

Como P2 =

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. 30,5 lb. < P1 = 98,5 lb. Se puede colocar el pick-up, es decir,

el peso de la tubería a apoyar es menor que el peso que la tubería de apoyo puede soportar.

8.6 Colocación de Zapatas

Se instalarán zapatas (SHOES) o patines en los puntos de soporte de la tubería cuando ésta tenga:

- Aislamiento térmico.

-

Pendiente: en este caso las estructuras de apoyo tienen la misma elevación, y las zapatas tiene alturas variables según la pendiente de la tubería

- Gran diámetro: (< 24”) especialmente aquellas de pared delgada para disminuir la concentración de carga sobre la tubería en los puntos de apoyo.

Las zapatas se instalarán centradas en su longitud sobre la viga de soporte, se deberá tener atención especial con los movimientos térmicos de la tubería de forma que, cuando ésta se contraiga (esté fría) o se expanda (esté caliente), la zapata no se “salga” de la viga de soporte, ocasionando la “caída” de la zapata y arrastre a la tubería.

Fig. 32. Zapata de altura constante.

Las zapatas normalmente van soldadas a la tubería,

aquellas zapatas que soporten tuberías que tengan que pasar por un tratamiento de alivio de tensiones, deberán ser aliviadas junto con las zapatas.

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Tubería de diámetro menor

de 6”

Tubería de diámetro de 8” a

24”


Fig. 33. Zapata de altura variable.

En cada estándar de soportes se fijan las longitudes estándar de las zapatas. Sin embargo un ejemplo de longitudes empleadas para zapatas se observa en la tabla a continuación:

Tabla 9: Longitudes de zapatas.

Desplazamiento térmico (mm)

Longitud estándar (mm)

75 35075 – 150 450

150 – 600 600

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9 Introducción al uso de la herramienta CAESAR II 4.50

9.1 El programa CAESAR II

CAESAR II es un paquete computacional empleado para realizar análisis de esfuerzos en sistemas de tuberías. Es tan solo una “herramienta de cálculo” para el ingeniero que es analista de flexibilidad que le permite obtener una descripción completa de la conducta del sistema estudiado bajo las condiciones de carga definidas.

Posee una ventajosa ayuda gráfica y procedimientos para la comparación de valores de cargas y esfuerzos conforme a los especificados en códigos y normas.

Fig. 34. Presentación de la pantalla principal del programa.

9.2 Creación de un archivo

Para crear u archivo primero se procede a darle un Nombre, el cual, normalmente hace referencia al sistema estudiado, bien sea por el nombre de la línea mas grande, la mas larga, por un equipo representativo o por un nombre ya dado al sistema de estudio.

Ej. de nombre: 6PR6701001

Se debe guardar dentro de la carpeta “Archivos CAESAR II”, en una subcarpeta haciendo referencia al nombre del proyecto.

Ej. de directorio: C:\ARCHIVOS_CAESAR\VALERO_2522\FEED_SECTION_AREA\SISTEMA_6PR6701001.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Al presionar OK, inmediatamente se abrirá la ventana “Review Current Units” en donde aparece seleccionado, por defecto, el sistema inglés.

Si el sistema de unidades es diferente al predeterminado, entonces se deben configurar las unidades en la opción “Configuration/Setup” del menú “Tools” en la pantalla principal del programa, seleccionando en la carpeta “Database Definitions” el sistema a convenir.

Se puede seleccionar entre tres sistemas de unidades predefinidas:

- Unidades Inglesas.

- Milimétricas.

- S. I.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. También se puede emplear otro sistema especial creado específicamente para un proyecto, para lo cual se deberá colocar el archivo de unidades en la misma carpeta en la que se grabó el archivo del estudio, a fin que estas sean reconocidas por CAESAR al momento de pulsar el botón para seleccionar las unidades.

9.3 Carga de los datos para el análisis

Una vez que el archivo ha sido creado y las unidades han sido definidas, se procede a la selección del sistema de ejes coordenados a emplear. Por convención interna, se acostumbra ubicar el norte de los isométricos en la dirección –Z del eje de coordenadas cartesianas.

Fig. 35. Orientación de los ejes coordenados.

La entrada de datos se hace a través de una hoja “Input data”. Para ingresar a dicha hoja, se presiona el ícono “Piping Input” en la pantalla principal del programa y se desplegará la hoja de entrada de datos.

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Es importante para comenzar a introducir los datos del modelo de un sistema, ubicar el “Piping Class” de las líneas. Esta especificación viene dada en forma de código en el nombre de la línea, generalmente antes del código del aislante. Por ejemplo: 6”- PR- 670- 1001- F6A2- 3” H

En CAESAR II, la introducción de los datos se hace a través de “elementos”, los cuales pueden ser un tramo de tubería o un elemento rígido (bridas, válvulas, etc.), que están definidos por dos “nodos” principales.

Fig. 36. Elementos y nodos.

Algunos de los comandos principales que aparecen en la hoja de entrada de datos son:

New para crear archivos. Close Loop para cerrar sistemas.

Open para abrir archivos. Increment node para cambiar el salto de nodos.

Save para salvar o guardar los cambios. Distance para medir la longitud entre dos nodos.

Cut para cortar información. List Input para ver la lista de datos de CAESAR.

Copy para copiar información. Title para entrar al titulo del archivo.

Paste para pegar información. Valve flange database para insertar rígidos.

Start Run para compilar el corrido. Special execution parameters.

Batch Run para correr el programa. Including piping files para importar archivos.

Insert para insertar hojas de datos. 3D Plotting para ver el esquema gráfico.

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ElementoElemento

NodosNodos


Delete para borrar hojas de datos. Previous element para ir al elemento anterior.

Brake para dividir elementos. Continue para ir al elemento siguiente.

Find para localizar elementos.

En este punto es importante mencionar que presionando F1, cuando se esté posicionado sobre cualquier recuadro de datos o parámetros a introducir, se podrá obtener información acerca del mismo.

También para verificar las unidades en las que se deben colocar los diferentes datos y parámetros a introducir, se coloca el cursor en el extremo izquierdo del recuadro y las mismas aparecerán desplegadas.

Otro punto importante es asignar el valor correcto a la temperatura ambiente, conforme a lo indicado en la especificación de flexibilidad o en las premisas del estudio.

Para esto, del menú “Kaux”, en la hoja de entrada de datos se debe seleccionar “Special Execution Parameters” o se presiona el ícono correspondiente.

Se modifica el valor, teniendo especial cuidado con las unidades empleadas.

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En la hoja de entrada de datos, “From” es el nodo inicial y “To” es el nodo final del elemento. Activando la casilla “name” a la derecha de los nodos, se pueden colocar notas o identificaciones a cada nodo.

CAESAR II selecciona, por defecto, el B31.3 como código de diseño para asignar el valor del esfuerzo admisible cuando se escoja el material.

Los datos iniciales a cargar luego que se han efectuado los pasos anteriores son:

- Diámetro: se introduce el valor del diámetro nominal.

- Espesor de la tubería: generalmente, se coloca el “Schedule” También se puede colocar el valor dimensional leído en tablas.

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. - Tolerancia de Fabricación: este es un valor fijo que no debe ser modificado.

- Espesor de corrosión: especificado en el “Piping Class”.

- Espesor del aislante: leído directamente del isométrico o de la lista de líneas.

- Temperaturas y Presiones: se leen de la lista de líneas. CAESAR II permite introducir hasta 9 combinaciones de presión y temperatura. Generalmente, se colocan primero las condiciones de operación y luego las de diseño. La presión para prueba hidrostática se introduce como un valor independiente.

- Material: se selecciona de la lista desplegada conforme a lo indicado en el “Piping Class”. Una vez seleccionado el material, aparecen los valores de módulo de elasticidad, radio de Poisson y densidad de la tubería. Así mismo, se despliegan los valores de esfuerzos admisibles, relacionados al código aplicado.

- Densidad del fluido: valor leído de la lista de líneas. Se puede colocar en función de la gravedad específica del agua (ejemplo para un tipo de hidrocarburo: 0.9 SG)

- Densidad del aislante: se puede ubicar en la especificación del aislante o en una lista que aparece en la ayuda de CAESAR (presionando F1). Cuando esta casilla se deja en blanco, pero se emplea algún espesor de aislante, CAESAR tomará por defecto el valor de la densidad del “Silicato de Calcio”

Luego que se han colocado los datos iniciales que definen las características de los elementos, se puede proceder a cargar las “Coordenadas” de dichos elementos.

Las coordenadas, marcan el recorrido de la tubería y definen la longitud de los tramos. También define el espacio ocupado por codos, reducciones, y demás accesorios o rígidos.

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A continuación se describe el procedimiento de carga de los accesorios de tuberías:

- Codos: Se hace doble click en la casilla “Bend” y aparecerá un menú, desplegado a la derecha, en el que se informa acerca del radio del codo y dos nodos auxiliares, cuyo uso, normalmente se asocia a la colocación de soportes tipo dummy.

- Rígidos: Para colocar válvulas o bridas (elementos rígidos) se presiona el ícono “Valve & Flange database” y se selecciona el tipo de elemento y la clase según lo indicado en el “Piping Class”. Luego, CAESAR tomará de su base de datos los valores dimensionales y de peso del rígido y los colocará automáticamente en la hoja de entrada de datos.

En caso que el accesorio (válvula o brida) no aparezca en la base de datos, se deberá buscar (en un catálogo o mediante la ayuda de otra disciplina) la longitud y peso del mismo y se colocará como un rígido haciendo doble click en la casilla “rigid” del input.

- Juntas de expansión:

Las juntas de expansión son elementos muy costosos y delicados que requieren de un mantenimiento continuo. Para

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. colocarlas, se hace doble click en la casilla “Expansion Joint” y en el menú desplegado a la derecha se introducen los datos de la junta de expansión seleccionada.

- Reductores: Se hace doble click en la casilla “Reducer” y en el menú desplegado a la derecha se introduce diámetro y el espesor de la tubería del siguiente tramo. Se debe buscar, con antelación, en tablas la longitud ocupada por el reductor a fin de colocar las coordenadas como corresponda.

- Ramales: Se hace doble click en la casilla “SIFs & Tees” y, en el menú desplegado a la derecha, se introduce el nodo en donde se va a colocar y el tipo de conexión ramal a emplear. Así mismo, se coloca, en caso que sea necesario, el Factor de Intensificación de Esfuerzos requerido (dejando la casilla en blanco CAESAR II lo calculara conforme lo establece la norma de diseño).

En este momento se puede hacer un paréntesis para mencionar lo relacionado a los “offsets”.

Cuando se define un “offset” en un elemento, el objetivo es limitar la expansión térmica a solo una sección del tramo de longitud definida. Para colocarlo, se hace doble click en la casilla correspondiente y en el menú desplegado a la derecha se introduce la longitud del tramo que va a tener “expansión cero” o bien sea desde el nodo origen o el nodo destino.

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En este punto se pueden empezar a mencionar el procedimiento de modelado de las restricciones, desplazamientos y cargas del sistema.

- Restricciones: Para colocarlas, se hace doble click en la casilla correspondiente y, en el menú desplegado a la derecha, se introduce el nodo en donde se va a colocar y el tipo de restricción a emplear. Así mismo, se establece la holgura o “Gap” y el coeficiente de fricción “Mu”, según convenga.

Los tipos de restricciones mayormente empleadas son:

ANC: Los Anclajes limitan todos los grados de libertad.Limitan la translaciónen una dirección principal.

Limitan la rotación.

en una dirección principal.

GUIDE: Las guías limitan el movimiento en la dirección lateral.

Los Stop, limitan el movimiento en la dirección axial.

Usualmente: Para límites y guías se emplea un “Gap” (3mm ó ⅛”). Para soportes simples se usa un coeficiente de fricción de 0.3 para roce

metal-metal, 0.45 para metal-concreto y 0.1 para roce metal-teflón.

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Fig. 37. Restricciones más comunes.

El CNode es un nodo auxiliar que se emplea para colocar restricciones “ficticias” (la mayoría de las veces del tipo anclaje) y obtener los valores de carga en cualquier punto en que se requiera.

- Resortes: Para modelar un resorte, se hace doble click en la casilla “Hangers” y, en el menú desplegado a la derecha, se introducen los datos del resorte seleccionado del catálogo del fabricante con que se esté trabajando en el proyecto.

- Boquillas: Se emplea para modelar las boquillas de recipientes y tanques. Se hace doble click en la casilla “Nozzles” y en el menú desplegado a la derecha se colocarán los datos de diseño de la boquilla flexible según sea el tipo.

Para el estudio de las boquillas para recipientes a presión, y tanques se deben llenar los formularios WRC 297 y API 650 respectivamente. La evaluación de las cargas se hace a través de un boletín externo de CAESAR II, como el WRC 107 para recipientes a presión (esféricos y cilíndricos). En este se introducen los datos, del recipiente y de la boquilla, para luego hacer una comparación entre las cargas generadas por

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. el sistema de tuberías en las boquillas y el valor admisible de las mismas. Es necesario que el recipiente cumpla con ciertas condiciones para que el boletín WRC 107 sea aplicable:

Parámetro de la boquilla: Parámetro del recipiente:

Donde: d = Diámetro externo de la boquilla. D =Diámetro externo del recipiente.

Dm = Diámetro medio dl recipiente. T = Espesor promedio de pared del recipiente.

- Desplazamientos: Se hace doble click en la casilla “Displacements” y, en el menú desplegado a la derecha, se colocará el nodo donde se aplicará el desplazamiento o la rotación y, para cada caso de estudio, la magnitud y el sentido en la coordenada correspondiente.

- Cargas puntuales: Para colocar fuerzas y momentos puntuales, se hará doble click en la casilla “Forces/Moments”. En el menú desplegado a la derecha, se colocará el nodo donde se aplicará la carga y, para cada caso de estudio, la magnitud y el sentido en la coordenada correspondiente.

- Cargas uniformes: Para colocar fuerzas distribuidas, se hará doble click en la casilla “Uniform Loads” y en el menú desplegado a la derecha se colocará, para cada caso de estudio, la magnitud y el sentido de la carga en la coordenada correspondiente. Esta carga se aplicará a todos los elementos de tubería siguientes, hasta que se cambie por otra o se anule.

- Cargas por viento: Para incluir el efecto del viento, se debe hacer doble click en la casilla “Wind/Wave” y en el menú desplegado a la derecha se activará el botón Wind. Luego se

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. colocará el factor de forma conforme a lo definido en el ASCE #7 (usualmente entre 0.5 y 0.65 para tubería cilíndrica). Esta carga es distributiva y se aplicará a todos los elementos siguientes hasta que sea revertido (Off) o cambiado.

- Cargas por sismo: Para incluir el efecto de sismos, se debe hacer doble click en la casilla “Uniform Load in G’s” que aparece en la pantalla de “Special Execution Parameters” del menú “Kaux” y se introduce el factor de multiplicación del peso de la tubería, por efectos de sismo, para la simulación estática como si fuera una carga uniforme.

Una vez que se ha efectuado la carga de datos (no necesariamente la carga completa), estos se pueden visualizar a manera de tabla en una lista presionando el ícono de “Listing Input” en donde además se pueden modificar cualquiera de los valores.

Esta tabla resulta particularmente útil al momento de corregir errores y/o añadir datos por modificaciones de último momento. También permite copiar datos de manera

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. ordenada e inclusive la modificar el sistema coordenado.

Las carpetas que se pueden encontrar en el “Listing Input” son:

- Elements. - Expansion Joints. - Uniform Loads. - SIFs. - Hangers.

- Materials. - Restraints - Wind/Wave. - WRC 297. - Coordinates.

- Bends. - Displacements. - Offsets. - API 650. - Node names.

- Rigids. - Forces. - Allowables. - PD 5500. - Reducers.

En este punto, es importante mencionar que CAESAR II posee una ayuda gráfica que permite visualizar la construcción de los elementos cargados en la hoja de entrada de datos. Para esto, se presiona el ícono correspondiente a “3D Plotting” y se desplegará la imagen del sistema cargado.

Esta es una imagen referencial que permite visualizar la proporción que la mayoría de las veces no se aprecia en los isométricos y, en la fase final del análisis, permite tener una idea del comportamiento del sistema (animación).

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9.4 Definición de los casos de estudio

Los valores de esfuerzos, cargas y desplazamientos a analizar se observan en determinados “casos de estudio” a definir antes de efectuarse la compilación de los datos cargados.

Los parámetros mas empleados para definir los casos de estudio son (i = 1, 2,… 9):

W… Peso de la tubería llena con el fluido de estudio. WW… Peso de la tubería llena de agua.

WNC… Peso de la tubería vacía.

HP = Presión de prueba hidrostática.

Pi = Presión. Ti = Temperatura.

Di = Desplazamiento (traslaciones y/o rotaciones). Fi = Cargas (fuerzas y/o momentos).

Ui = Carga uniforme.

HGR… Efecto del resorte.

WIN… Efecto de viento. WAV… Efecto de sismo.

Los casos de estudio comunes son:

- Sustentación (SUS): Comprende el efecto del peso de la tubería llena del fluido de operación y la presión interna de la misma. La sustentación se define en condiciones de operación y diseño. Ejemplos:

W + P1 W + P2 W + P1 + D1 W + P1 + F1

W + P1 + HGR W + P1 + U1 WNC W + P1 + D1 + F1 + U1

-

Prueba Hidrostática (HYD): Es una variación del caso sustentación. Comprende el efecto del peso de la tubería llena del agua y la presión de prueba hidrostática (1,5 Pdiseño). Ejemplos:

WW + HP WW + HP + D1 WW + HP + F1 WW + HP + U1

WW + HP + HGR WW + HP + F1 + D1 + U1

- Operación (OPE): Comprende el efecto de todos los factores que intervienen durante la operación del sistema: temperatura y presión, peso de la tubería y el fluido, desplazamientos, cargas no ocasionales, entre otros. Ejemplos:

W + P1 + T1 W + P2 + T2 W + P1 + T1 + D1 W + P1 + T1 + HGR

WNC + T3 W + P1 + T1 + F1 W + P1 + T1 + U1 W + P1 + T1 + D1 +F1 + U1

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. Expansión (EXP): Comprende solo el efecto de la expansión térmica. Se define en condiciones de operación y diseño. La manera para definir estos casos no es directamente algebraica como para el resto de los casos, la definición se deriva de la diferencia entre casos de operación y sustentación. Ejemplos:

Caso típico de operación: [L1= W + P1 + T1 + D1 (OPE)] - [L2= W + P1 + D1 (SUS)] L3= L1 - L2 (EXP)

Caso típico de radiación solar: [L1= WNC + T3 (OPE)] - [L2= WNC (SUS)] L3= L1 - L2 (EXP)

-

Ocasional (OCC): Son casos que puedan presentarse eventualmente, e incluyen las condiciones definidas para la apertura de una válvula de alivio, viento, sismos, entre otras.

W + P1 + T1 + WAV1 W + P1 + T1 + WIN2 W + P1 + T1 + F1

Una vez que se ha verificado el montaje de cada elemento del sistema a analizar, se procede a la compilación del mismo para verificar los errores o advertencias que pudieran generarse. Para esto se presiona el ícono “Start Run” en la hoja de entrada de datos y CAESAR comenzará la revisión del mismo.

Es muy importante prestar atención a las advertencias, pues nos dan una orientación de posibles problemas ocurridos durante la introducción de datos que puedan afectar los resultados del análisis.

Una vez efectuada la compilación, se procede a definir los casos de estudio. En la ventana “Statics” del menú “Analysis”, en de la pantalla principal de CAESAR. En esta ventana, se definirán los casos de estudio con los parámetros de cargas antes descritos que componen cada caso.

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En este menú también se definen el resto de los parámetros necesarios para el estudio de cargas por viento en caso que se halla seleccionado cualquiera de los dos en la hoja de entrada de datos.

Una vez efectuada la definición de los casos de estudio, se puede ejecutar el programa desde la ventana “Statics” presionando el ícono “run the analysis” o desde la hoja de entrada de datos, presionando el ícono “Batch Run”. Con esto, CAESAR comenzará la ejecución de las iteraciones necesarias para el estudio estático del sistema.

Al final se desplegará la ventana “Static Output”, y en parte inferior derecha se visualizarán las unidades empleadas durante el análisis, lo cual resulta muy importante al momento de leer los resultados.

Cuando en el transcurso del análisis se agrega o elimina alguno de los parámetros de carga, se abrirá una advertencia con la que se desplegará la ventana “Statics”.

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Si se está trabajando con el código B31.3 se deberán evaluar los esfuerzos para los casos de sustentación, expansión y ocasional. Para desplegar la información numérica se deben resaltar los casos a visualizar y la opción de reporte “Stresses” para luego presionar el ícono “View Reports”.

Cuando los esfuerzos se encuentran por debajo del valor admisible, los valores se presentarán bajo el mensaje “CODE STRESS CHECK PASSED”. En caso que el sistema falle, se visualizarán los valores en rojo bajo el mensaje “CODE STRESS CHECK FAILED”.

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Si se desea solo obtener los valores del resumen de esfuerzos, entonces se debe activar, en el menú “filtres” el filtro para esfuerzos colocando un cero en las casillas de los nodos “from” y “to”.

Para el estudio de las cargas, se evaluarán únicamente los casos de operación, sustentación (ambos en condiciones de operación) y prueba hidrostática, ya que estos son los casos más cercanos a la realidad donde es adecuado reportar valores de carga.

Así mismo para el estudio de los desplazamientos, se suele evaluar solo el caso de operación en condiciones de operación y en algunos casos el de prueba hidrostática, ya que estos son los casos que mejor representan la realidad del sistema.

De igual manera que para los esfuerzos, para desplegar la información numérica se deben resaltar los casos a visualizar y la opción de reporte “Restraint Summary” para las cargas o “Displacements” para los desplazamientos, para luego presionar el ícono “View Reports”.

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También existe una opción con la cual se puede ve un resumen, elemento por elemento, de toda la data cargada, lo cual es necesario para el momento de emitir informes.

Cuando se quiere enviar la información directamente a un formato word, en lugar de desplegarla en una ventana de CAESAR, se debe presionar el ícono “View Report using Microsoft Word” en lugar del “View Reports”.

La parte gráfica de CAESAR, para análisis de resultados, también es de gran utilidad. Existen tres íconos para ver distintos tipos de funciones gráficas.

El primero es “View Animation”, en el que se puede apreciar a manera de animación, el comportamiento (desplazamientos) un poco exagerado del sistema ante una situación de carga seleccionada entre os casos de sustentación, prueba hidrostática u operación.

El segundo es “Display Graphical Results” este está en un formato mas parecido al de la ayuda gráfica en CAESAR II V.4.40, en esta imagen se puede visualizar información como los valores de cargas, desplazamientos, SIF’s, etc. a fin de facilitar la búsqueda de solución a los posibles problemas presentados durante el análisis de un sistema.

El tercero es “3D Plot” en el cual se pueden observar los valores máximos para cargas y desplazamientos, entre otros datos de interés. En esta ventana, también se puede visualizar en degradé de colores el estado de esfuerzos del sistema.

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9.5 Interpretación de resultados

Una vez que se ha terminado con el proceso de carga de datos, y análisis de casos de carga, se procede a interpretar los resultados arrojados por CAESAR a fin de hallar puntos problemas y proponer las acciones correctivas necesarias según como convenga.

9.5.1 Esfuerzos:

Como se ha mencionado con antelación, es importante evaluar los casos de carga correctos a fin de obtener valores útiles y adecuados de esfuerzos, cargas y desplazamientos. Por tanto es bueno recordar que para el código B31.3, se evalúan los esfuerzos en condiciones de sustentación, expansión y ocasional (prueba hidrostática es estudiado como un caso de sustentación), mientras que, para el caso de los códigos B31.4 y B31.8, se evalúan además los casos de operación.

Cuando uno de los casos de estudios de esfuerzo falla, se debe identificar el origen de la misma:

- Las fallas por sustentación, normalmente corresponden a la falta o mala colocación de un soporte. En ocasiones una fuerza soportable por la tubería puede estar creando una palanca sobre un punto de pivoteo creado en el sistema por un soporte mal ubicado y generar una falla por sustentación. También pueden existir secciones de la tubería en donde el “span” es muy largo y se requiere la adición de otro soporte.

- Mientras que las fallas por expansión, usualmente se asocian a la falta de flexibilidad del sistema, debido a un diseño rígido que no permite la disipación de las reacciones generadas por los desplazamientos térmicos de la tubería o a la mala colocación de guías y/o límites que restringen de mala manera los movimientos del sistema.

9.5.2 Cargas:

Se debe tener plena identificación de la ubicación (nodos) de los soportes y boquillas de equipos a fin de visualizar las cargas y distinguir entre la información que se reporta a civil y la

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Taller Fundamentos de Análisis de Flexibilidad en Tuberías. que tiene que ver con equipos. Para esto es útil el empleo de etiquetas “names” a fin de reconocer dichos puntos de interés.

Cuando en un nodo en el que se ha especificado una restricción, las fuerzas asociadas a la misma se anulan, esto indica que la misma no está actuando eficientemente. Es el caso de soportes simples, la anulación de las reacciones en +Y implican el levantamiento de la tubería del soporte. De manera similar las anulaciones de reacciones en guías y límites implican que el “gap” o la holgura de la restricción es mayor al desplazamiento de la tubería en dicho punto.

Cuando se estudian sistemas que están relacionados directamente a equipos, se deben seguir las siguientes recomendaciones:

- Para equipos estáticos como recipientes y tanques, es recomendable modelar las boquillas a fin de lograr que la representación del sistema sea lo más flexible posible (más cercana a la realidad).

- Para equipos rígidos (como bombas y air-coolers), se debe modelar al equipo pariendo desde la brida de la tubería de forma que las restricciones del equipo sean representativas de la realidad del sistema. Para bombas se modela el rígido de manera que quede anclado en el center-line de la bomba, y para air-coolers se modela de manera que vincule a las boquillas y las patas que reposan en el marco del equipo.

- En hornos y calentadores se deben modelar las rigideces de las boquillas conforme a lo señalado por el fabricante del equipo.

Fig. 38. Boquillas en recipientes a presión. Fig. 39 Bomba centrifuga.

Fig. 40. Boquillas en hornos.

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Fig. 41. Boquillas en air-coolers.

9.5.3 Desplazamientos:

Es muy importante que los desplazamientos se encuentren entre los límites permitidos por lo especificado en el proyecto (requerimientos del cliente), en específico se debe prestar atención a la deflexión entre soportes, para lo cual se debe definir, en caso necesario, un nodo en el punto intermedio de los soportes que permita la visualización de dicho desplazamiento. También los desplazamientos por expansión térmica deben tomarse en cuenta, a fin que las tuberías no colisionen con sus vecinas (colocar guías) y que no se caigan de los soportes.

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Documents

Taller Fundamentos de análisis de flexibilidad. Material de apoyo