DISEÑO DE BRIDAS DISEÑO MECÁNICO BRIDAS: Parte esencial en recipientes a presión, intercambiadores de calor y tanques de almacenamiento pues permiten el desarme y remoción o limpieza de partes internas. Estas también son utilizadas para hacer uniones entre tuberías y otras conexiones. NORMAS SOBRE BRIDAS •
ANSI B16.5, Bridas para tuberías de acero y conexiones bridadas.
•
MSS SP-44, Bridas empleadas en líneas de alta presión de 26” a 36”.
•
API 605, Bridas en acero al carbono de gran diámetro para presiones de 75, 150 y 300psi.
•
AWWA 207-55, Bridas de tamaños de 6” a 96”.
TIPOS DE BRIDAS •
BRIDA TIPO INTEGRAL:
Son las bridas que son soldadas a la pared de la tubería o del recipiente, esto hace que se consideren como el equivalente a una estructura continua.
COTA SIGNIFICADO go Espesor de la pared del cuerpo en el extremo de diámetro inferior. Para calculos se considera igual al espesor de la pared de la tubería o recipiente (tn). h Distancia hasta la cual la pendiente de la brida cambia a0 B Diámetro interno
2
Empaque
Pendiente
Pendiente
Soldadura Cuando la pendiente del cuerpo excede 1:3, utilice detalles 1 y 2
1
Soldadura
Espesor uniforme
•
BRIDA TIPO SUELTO:
– Las bridas que no tienen unión directa con el recipiente o tubo. – Ejemplos de estas bridas: Slip on, Bridas roscadas y las tipo casquillo.
COTA RECOMENDACION go Valores mayores a 1,5*tn h Mayor que go
Empaque
La carga se considera en el punto medio del contacto entre la brida y el apoyo sin importar la localización del empaque
•
BRIDA TIPO OPCIONAL:
Este tipo de brida cubre los diseños en donde la unión de la brida al recipiente o a la pared del tubo es de tal forma que el ensamble se considera como una unidad, en la cual el tubo o recipiente actúa como el cuerpo de la brida.
Estos valores no se deben exceder COTA RECOMENDACIONES go 5/8 pulgadas B/go 300 CONDICIONES DE OPERACION Presión 300 psi Temp. 700ºF – 357ºC
B (Tipo Suelto) B (Tipo Integral)
Los nombres de las cotas son iguales que en las bridas anteriores, asimismo como la localización de las cargas
CARGA POR PERNOS Y REACCION DEL EMPAQUE • •
En el montaje entre bridas apernadas, la carga del perno está balanceada solo por la reacción del empaque. Cuando se encuentra en operación, la carga está balanceada por la reacción del empaque y la fuerza hidrostática debida a la presión.
Condición de asentamiento o instalación
Condición de operación EMPAQUES Son los elementos que impiden las fugas en las uniones entre bridas. Están caracterizados por dos constantes: y : Esfuerzo de deformación m : Factor de empaque que dependen del material y la forma del empaque; se usan para los cálculos de las condiciones de asentamiento y operación. DETERMINACION DE LAS CARGAS DE APRIETE En la condición de operación: La carga requerida en el perno Wm1 deberá se tal que después de aplicar la presión hidrostática P, el empaque quede sometido a una presión remanente mínima 2mP.
Wm1 H Hp
4
G 2 P 2bGmP
LETRA SIGNIFICADO m Constantes por material y forma. y b Ancho de asentamiento efectivo
En la condición de asentamiento: Para que un empaque funcione adecuadamente debe someterse a una presión de deformación mínima “y” [psi] que le permita adaptarse a la rugosidad de la cara de la brida.
Wm 2 bGy
Para pares de bridas utilizados en intercambiadores de calor o aplicaciones similares donde las bridas y/o empaques no son iguales; Wm2 será el más alto de los valores obtenidos en las dos fórmulas anteriores, calculadas individualmente para cada brida y empaque.
EJEMPLO: Determinar la fuerza de apriete de una brida, cuyo empaque es de fibra vegetal y que tiene G = 20” de diámetro medio y un ancho efectivo de b = 0.5”. Para fibra vegetal: m = 1.75, y = 1100 psi.
Caso 2: P = 300psi
Caso 1: P = 50psi Wm1 H Hp
H
4
Wm1 H Hp
20"2 50 psi 15708lb
H
4
20"2 300 psi 94248lb
Hp 2 0,5" 1.75 20"50 psi 5497lb
Hp 2 0,5" 1,75 20"300 psi 32987lb
Wm 2 bGy 0,5" 20"1100 psi 34557 lb
Wm 2 bGy 0,5" 20"1100 psi 34557 lb
CASO 50psi 300psi
H(lb) 15708 94248
HP (lb) 5497 32987
Wm1(lb) Wm2(lb) Wm (lb) 21205 34557 34557 127235 34557 127235
HG(lb) 18849 32987
CONCEPTO DEL ANCHO DEL EMPAQUE •
Físico (N): Este es el ancho medible.
N • •
Básico (b0): Se halla por tablas; depende de las condiciones de asentamiento y de la cara de la brida. Efectivo (b): Es el ancho que se introduce en las fórmulas de fuerza de apriete. Si b0 es menor a 1/4”, entonces:
b b0
Si b0 es mayor a 1/4”, entonces:
b
b0 2
EMPAQUES AUTOENERGIZANTES Se consideran autoenergizantes aquellos empaques que necesitan una cantidad insignificante de fuerza de apriete en los pernos para producir el sello. Para calcular el apriete de los pernos, no se considera la acción del empaque. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL NÚMERO DE PERNOS
DETERMINACION DEL AREA APERNADA:
Ab
Donde: Sb = esfuerzo admisible en el perno a la temperatura de operación. Sa = esfuerzo admisible en el perno a la temperatura ambiente.
Wm1 Wm2 ó Sb Sa
Se trabaja con el Ab que dé mayor
DETERMINACION DEL NUMERO DE PERNOS:
Nper
Ab Ai
Donde: Ai = Área de raíz del perno
DETERMINACION DEL CIRCULO DE PERNOS: C1 B 2 g1 2 R
C2
g1= (2 a 2,5)*g0
Nper Espacio mínimo entre pernos
El diseño es óptimo cuando los dos valores sean aproximadamente iguales
Tamaño del perno dB [pulg] 1/2 5/8 3/4 7/8
1 11/8 11/4 13/8 11/2
TABLA D-5. DATOS DE APERNADO Dimensiones de Espacio Hilos Tamaño la tuerca mínimo Distancia Diámetro Distancia del entre radial de la de borde perno Nº Área Sobre Sobre pernos mínima llave E [pulg] dB de de raíz planos esquinas BMIN R [pulg] a [pulg] 2 [pulg] hilos [pulg ] [pulg] [pulg] [pulg] 7/8 13/16 5/8 1/2 13 0.126 0.969 11/4 11/2 15/16 3/4 5/8 11 0.202 1.175 11/16 11/2 13/4 13/16 3/4 10 0.302 1.383 11/4 13/4 11/8 21/16 15/16 7/8 9 0.419 1.589 17/16 21/16 11/4 23/8 8 0.551 1.796 15/8 21/4 13/8 11/16 25/8 1 8 0.728 113/16 2.002 21/2 11/2 11/8 27/8 11/8 8 0.929 2.209 2 213/16 13/4 11/4 31/4 11/4 8 1.155 2.416 23/16 31/16 17/8 13/8 31/2 13/8 8 1.405 2.622 23/8 31/4 2 11/2 33/4 11/2
EJEMPLO: Determinar el círculo de pernos óptimo para una brida cuyo diámetro interno es B = 25” y el espesor es t = 3”, el espesor de la tubería es g0 = 1/2”, tiene un empaque de fibra vegetal con m = 1.75 (EN LOS ANEXOS ESTÁ LA TABLA 1 CON LOS DATOS DE LOS MATERIALES DE EMPAQUES). Tipo de pernos: A193-B7 con Sb = Sa = 25000psi. Fuerza de apriete: W = 400000lb CALCULO TIPO:
Ab
Wm 400000 lb 16 in 2 Sb 25000 psi
Nper
Ab 16 in 2 52 ,98 Ai 0,302 in 2
C1 B 2 g1 2 R 25"2 1"2 1 1 " 29,25" 8
BS max 2 Db Db
R
1
Ai(in2) Ab(in2)
¾” 1 /8” 0,302 /8” 11/4” 0,419 1” 13/8” 0,551
7
16 16 16
C2
g1= (2 a 2,5)*g0=2*1/2”=1”
Nper BSmin
56 1 3 " 4 31,19"
6 t 6 3" 2 3 / 4" 9,5" m 0.5 1.75 0.5
Nper
52,98 38,18 29,03
Nperx4 BSmin
56 40 32
3
1 /4” 21/16” 21/4”
BSmax
C1(in)
C2(in)
BS1
9,5” 9,75” 10”
29,25 29,5 29,75
31,19 26,26 22,9
1,65” 2,32” 2,92”
EN LOS ANEXOS SE ENCUENTRA LA TABLA 2 CON LOS DATOS DE APERNADO
DETERMINACION DE LOS BRAZOS DE MOMENTO EN LAS BRIDAS Las múltiples cargas axiales en la brida producen momentos flectores. El brazo de acción de estos momentos es determinado por la posición relativa del círculo de pernos con respecto a la posición de la carga que produce el momento. •
BRIDA TIPO INTEGRAL: En las condiciones de operación, los momentos se calculan así:
CARGAS HD=0.7854B2P HT=H-HD HG=W-H
BRAZOS DE PALANCA hD=R+g1/2 hT=(R+g1+hG)/2 hG=(C-G)/2
Así que el momento total en la condición de operación será: Para el momento en la condición de asentamiento se usa:
MOMENTOS MD=HDhD MT=HThT MG=HGhG MO M D MT MG
MA W
(C G ) 2
•
BRIDAS TIPO SUELTO:
La fuerza HD se considera que actúa en el diámetro interno de la brida y la carga del empaque en la línea central de su cara.
CARGAS HD=0.7854B2P HT=H-HD HG=W-H
BRAZOS DE PALANCA hD=(C-B)/2 hT=(hD+ hG)/2 hG=(C-G)/2
MOMENTOS MD=HDhD MT=HThT MG=HGhG
o Las ecuaciones del momento de operación y el de asentamiento son iguales a las del tipo Integral. o Las bridas tipo opcional tienen los mismos brazos de palanca cuando se diseñan como tipo suelto. Sin embargo, en el caso de la brida lap-joint, el brazo de palanca hT y hG se consideran iguales y la fórmula que los rige es la de hG.
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA BRIDA Los esfuerzos en la brida deben ser determinados para la condición de operación y asentamiento; En los cálculos se utiliza un momento modificado MFA ó MFO para tener en cuenta un mayor valor de la separación mínima entre pernos. El momento modificado que se introduce en las fórmulas de esfuerzos se halla con las siguientes relaciones: o Para la condición de operación
Cf
M FO
MO C f B
Espacio real entre pernos Espacio normal entre pernos
o Para la condición de asentamiento
M FA
Espacio normal entre pernos (2d t)
M A C f B
Donde: B: Diámetro interno de la brida; MO: Momento de operación; MA: Momento de asentamiento
Factores geométricos involucrados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:
T A: Diámetro externo de la brida
Z
A K B
B: Diámetro interno de la brida
Y
h: Longitud del cuerpo o cubo
U
g1 g0
F h B g0
VER EN ANEXOS EL NOMOGRAMA 1
g1 g0
FL h B g0 g1 g0
g1 g0
VER EN ANEXOS EL NOMOGRAMA 2
VER EN ANEXOS EL NOMOGRAMA 3
g1 g0
f h B g0
VL
V h B g0
VER EN ANEXOS LA TABLA 3
h B g0
VER EN ANEXOS EL NOMOGRAMA 4
Factores geométricos involucrados en el cálculo de esfuerzos sobre las bridas:
VER EN ANEXOS EL NOMOGRAMA 5
t e 1 e F
B go
t: Espesor de la brida
d
T
4 3
t e 1
U 2 B go go V
3 t
d
BRIDAS TIPO INTEGRAL:
Los esfuerzos en las bridas de este tipo se calculan de la siguiente forma: Esfuerzo longitudinal: SH
f M FO g12
Esfuerzo radial:
SR
M FO t2
Esfuerzo tangencial:
ST
Y M FO Z SR t2
El factor f es utilizado cuando se calculan bridas de espesor variable en el cuerpo; para bridas de espesor uniforme este valor es 1.
BRIDAS TIPO SUELTO:
Los esfuerzos en las bridas de este tipo se calculan de la siguiente forma: Esfuerzo longitudinal: SH 0
Esfuerzo radial: SR 0
Esfuerzo tangencial: Y M FO ST t2
Los esfuerzos en la condición de asentamiento se consiguen reemplazando a MFO por MFA, esto es aplicable para los dos tipos de bridas.
SELECCIÓN DEL EMPAQUE • • •
Empaque tipo soft steel jacket asbestos filled 625 mm OD X 599 mm ID X 3 Partición intermedia de 10 mm de ancho
N = 13 mm bo = 6,5 mm b = 6,425 mm m = 3,75 y = 52,4 MPa G = OD - 2b = 612,15 mm
13
625
10
599 ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO Intercambiador De Cabezal Flotante • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Tipo de intercambiador Clase TEMA Presión de diseño lado casco Presión de diseño lado tubos Temperatura de diseño lado casco Temperatura de diseño lado tubos Corrosión permitida lado casco Corrosión permitida lado tubos Diámetro interior del casco Diámetro interior de canal Tamaño nominal de tubo boquilla de entrada lado casco Tamaño nominal de tubo boquillas (2) de salida lado casco Tamaño nominal de tubo boquilla de entrada lado tubos Tamaño nominal de tubo boquilla de salida lado tubos Número de tubos Diámetro exterior de tubos Espesor de pared de tubos (14 BWG) Longitud de tubo Paso de tubo Patrón de tubo (definido por TEMA R-2.4) Número de pasos de tubo Número de bafles Espacio entre bafles Corte de bafle Protección contra impactos
TEMA AJS R 2000 KPa 500 KPa 100 ºC 15 ºC 3 mm 3 mm 635 mm 635 mm 203 mm 152 mm 305 mm 305 mm 468 19,05 mm 2,11 mm 4060 mm 23,812 mm 30º 4 9 380 mm 25 % Ninguna
•
Examen de soldadura
Tintas
Acero al carbón es usado en todas partes, excepto en los pernos, los cuales son de acero de baja aleación. Componente Casco Canal Cubierta del canal Cubierta cilíndrica del casco Extremo formado cubierta casco Bridas del casco Brida cubierta cabezal flotante y extremo formado Platos de partición de paso Portatubos Tubos Boquillas lado casco Boquillas lado tubo Pernos
Forma Lámina Lámina Lámina Lámina Lámina Forjadas Lámina
Especificación SA-515-70 SA-515-70 SA-515-70 SA-515-70 SA-515-70 SA-105 SA-515-70
Lámina Lámina Tubo enterizo (tube) Tubo (pipe) Tubo (pipe) Barra
SA-515-70 SA-515-70 SA-210-A1 SA-106-B SA-106-B SA-193-B7
ANEXOS TABLA 1 TABLA UA-49.1 MATERIALES DE EMPAQUE Y CUBIERTAS DE CONTACTO Factores de Empaque (m) para condiciones de operación y esfuerzo de asentamiento de diseño mínimo (y). NOTA: Esta tabla da una lista de muchos materiales de empaque y cubiertas de Hace referencia a la contacto comúnmente usados con valores de diseño sugeridos de m y que han Tabla UA-49.2 resultado generalmente satisfactorios al usar el ancho de asentamiento efectivo del empaque dado en la Tabla UA-49.2. Los valores de diseño y otros detalles dados en esta tabla son solo sugeridos y no son obligatorios Esfuerzo de Use Factor de asentamiento Bocetos Use Material de empaque boceto de empaque de diseño y notas columna cubierta mínimo De tipo autoenergizante: Anillos O, metálicos, elastómero y otros 0 0 tipos considerados como autoenergizantes Elastómeros sin tejido o alto porcentaje de fibra de asbestos: 1(a,b,c,d) Debajo de 75 de dureza Shore 0.5 0 4,5 75 o superior de dureza Shore 1 200
II
Espesor: 1/8 1/16 1/32 Elastómeros con inserción tejida de algodón
Asbesto con un conveniente atador para las condiciones de operación
Elastómeros con inserción tejida de asbesto con o sin alambre de refuerzo
2 2.75 3.5
1600 3700 6500
1.25
400
3 capas
2.25
2200
2 capas
2.5
2900
1 capa
2.75
3700
1.75
1100
2.5 3
2900 4500
2.5 2.75 3 3.25 3.5
2900 3700 4500 5500 6500
2.75 3 3.25 3.5 3.75 3.25 3.5 3.75 3.5 3.75 3.75 3.25 3.5 3.75 3.75 4.25 4 4.75 5.5 6 6.5 5.5 6 6.5
3700 4500 5500 6500 7600 5500 6500 7600 8000 9000 9000 5500 6500 7600 9000 10100 8800 13000 18000 21800 26000 18000 21800 26000
Fibra vegetal Metal en espiral Carbón doblada relleno Inoxidable o Monel de asbesto Metal corrugado Aluminio suave con asbesto Cobre suave o Latón insertado ó metal Hierro o acero suave corrugado de Monel ó 4-6% cromo cubierta y relleno Aceros inoxidables de asbesto Aluminio suave Cobre suave o Latón Metal corrugado Hierro o acero suave Monel ó 4-6% cromo Aceros inoxidables Aluminio suave Cobre suave o Latón Metal plano de Hierro o acero suave cubierta y relleno Monel de asbesto 4-6% cromo Aceros inoxidables Aluminio suave Cobre suave o Latón Metal acanalado Hierro o acero suave Monel ó 4-6% cromo Aceros inoxidables Aluminio suave Cobre suave o Latón Metal plano Hierro o acero suave macizo Monel ó 4-6% cromo Aceros inoxidables Hierro o acero suave Anillo de unión Monel ó 4-6% cromo Aceros inoxidables
1(a,b)
1(a,b,c,d)
1a,1b,1c* ,1d*,2*
II
1(a,b,c,d) 2,3
1(a,b,c,d) 2,3,4,5
6
* La superficie de un empaque habiendo un saliente no debe estar oponiéndose a la espiga
I
TABLA 2 DATOS DE APERNADO
Tamaño del perno a [pulg] 1/2 5/8 3/4 7/8
1
11/8 11/4 13/8 11/2 15/8 13/4 17/8 2
21/4
Serie de hilos ordinarios
Serie de 8 hilos
Dimensiones de la tuerca
Hilos por pulgada
Área de raíz [pulg2]
Área de raíz [pulg2]
Sobre planos [pulg]
Sobre esquinas [pulg]
13 11 10 9 8 7 7 6 6
0.126 0.202 0.302 0.419 0.551 0.693 0.89 1.054 1.294 1.515 1.744 2.049 2.3 3.02
0.551 0.728 0.929 1.155 1.405 1.68 1.98 2.304 2.652 3.423
7/8
0.969 1.175 1.383 1.589 1.796 2.002 2.209 2.416 2.622 2.828 3.035 3.242 3.449 3.862
51/2 5 5
41/2 41/2
11/16 11/4 17/16 15/8 113/16 2
23/16 23/8 29/16 23/4 215/16 31/8 31/2
Mínimo Espacio entre pernos [pulg]
11/4 11/2 13/4 21/16 21/4 21/2 213/16 31/16 31/4 31/2 33/4 4
41/4 43/4
Radio máximo del filete r [pulg]
Distancia radial R [pulg]
Distancia de borde E [pulg]
13/16
5/8
1/4
15/16
3/4
5/16
11/8 11/4 13/8 11/2 13/4 17/8
13/16
3/8
15/16
3/8
11/16 11/8 11/4 13/8 11/2 15/8 13/4 17/8
7/16
2
11/16
21/4
11/16
2
21/8 21/4 23/8 21/2 23/8
Diámetro de la llave [pulg]
5/8
11/2 13/4 21/16 23/8 25/8 27/8 31/4 31/2 33/4
5/8
4
5/8
41/4 41/2 43/4 51/4
7/16 9/16 9/16
5/8
21/2 23/4 3
4 4 4
3.715 4.618 5.621
4.292 5.259 6.324
37/8 41/4 45/8
4.275 4.688 5.102
51/4 53/4 61/4
31/16 33/8 35/8
23/8 25/8 27/8
7/8
57/8 61/2
15/16
7
13/16
TABLA 3 K 1.001 1.002 1.003 1.004 1.005 1.006 1.007 1.008 1.009 1.01 1.011 1.012 1.013 1.014 1.015 1.016 1.017 1.018 1.019 1.02 1.021 1.022 1.023
T 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.91 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9
Z 1000.5 500.5 333.83 250.5 200.5 167.17 143.36 125.5 111.61 100.5 91.41 83.84 77.43 71.93 67.17 63 59.33 56.06 53.14 50.51 48.12 45.96 43.98
Y 1911.16 956.16 637.85 478.71 383.22 319.56 274.09 239.95 213.4 192.19 174.83 160.38 148.06 137.69 128.61 120.56 111.98 107.36 101.72 96.73 92.21 88.04 84.3
U 2100.18 1050.72 700.93 526.05 421.12 351.16 301.2 263.75 234.42 211.19 192.13 176.25 162.81 151.3 141.33 132.49 124.81 118 111.78 106.3 101.33 96.75 92.64
K 1.046 1.047 1.048 1.049 1.05 1.051 1.052 1.053 1.054 1.055 1.056 1.057 1.058 1.059 1.06 1.061 1.062 1.063 1.064 1.065 1.066 1.067 1.068
T 1.9 1.9 1.9 1.9 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89
Z 22.05 21.79 21.35 20.92 20.51 20.12 19.74 19.38 19.03 18.69 18.38 18.06 17.76 17.47 17.18 16.91 16.64 16.4 16.15 15.9 15.67 15.45 15.22
Y 42.75 41.87 41.02 40.21 39.43 38.68 37.96 37.27 36.06 35.96 35.34 34.74 34.17 33.62 33.04 32.55 32.04 31.55 31.08 30.61 30.17 29.74 29.32
U 46.99 46.03 45.09 44.21 43.34 42.51 41.73 40.96 40.23 39.64 38.84 38.19 37.56 36.95 36.34 35.78 35.21 34.68 34.17 33.65 33.17 32.69 32.22
1.024 1.025 1.026 1.027 1.028 1.029 1.03 1.031 1.032 1.033 1.034 1.035 1.036 1.037 1.038 1.039 1.04 1.041 1.042 1.043 1.044 1.045
1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9
42.17 40.51 38.97 37.54 36.22 34.99 33.84 32.76 31.76 30.81 29.92 29.08 28.29 27.54 26.83 26.15 25.51 24.9 24.32 23.77 23.33 22.74
80.81 77.61 74.7 71.97 69.43 67.11 64.91 62.85 60.92 59.11 57.41 55.8 54.29 52.85 51.5 50.21 48.97 47.81 46.71 45.64 44.64 43.69
88.81 85.29 82.09 79.08 76.3 73.75 71.33 69.06 66.94 64.95 63.08 61.32 59.66 58.08 56.59 55.17 53.82 53.1 51.33 50.15 49.05 48.02
1.069 1.07 1.071 1.072 1.073 1.074 1.075 1.076 1.077 1.078 1.079 1.08 1.081 1.082 1.083 1.084 1.085 1.086 1.087 1.088 1.089 1.09
NOMOGRAMA 1 VALORES DE F
1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88 1.88
15.02 14.8 14.61 14.41 14.22 14.04 13.85 13.68 13.56 13.35 13.18 13.02 12.87 12.72 12.57 12.43 12.29 12.15 12.02 11.89 11.76 11.63
28.91 28.51 28.13 27.76 27.39 27.04 26.69 26.36 26.03 25.72 25.4 25.1 24.81 24.52 24.24 24 23.69 23.44 23.18 22.93 22.68 22.44
31.79 31.34 30.92 30.51 30.11 29.72 29.34 28.98 28.69 28.27 27.92 27.59 27.27 26.95 26.65 26.34 26.05 25.77 25.48 25.2 24.93 24.66
NOMOGRAMA 2 VALORES DE V
NOMOGRAMA 3 VALORES DE FL
NOMOGRAMA 4 VALORES DE VL
NOMOGRAMA 5 VALORES DE f
B. Floating-head cover Diseñar la cubierta del cabezal flotante (disco y brida) para un intercambiador cuyo casco tiene un diámetro interior de 635 mm y cuyas presiones de diseño son: Presion lado tubos = 500 kPa Presion lado casco = 2000 kPa. El material del cabezal es acero SA-515 con un esfuerzo admisible S=121.000 kPa (a) Brida y plato esferico ( Flange and dish) The floating-head cover is a spherically dished cover designed to ASME UA-6 (4)(b), ASME Fig. UAd(d);
HG HT
El espesor del disco esferico. El espesor del disco esférico debe calcularse tanto para presion interna como para presion externa, tomándose el mayor valor. Cts = tube-side corrosion allowance = 3 mm Css = shell-side corrosion allowance = 3 mm
Por presion interna (lado Tubos)
Donde P = P, = 500 kPa, L is el radio en mm del disco esferico en la condicion y S es el esfuerzo máximo admisible =121.000 kPa. Para un cuerpo cilíndrico del casco con diámetro interno B=635 mm
Asumiendo que la tolerancia radial entre el casco y la placa portatubos es de 5 mm y asumiendo un ancho del empaque de 13 mm (TEMA requiere minimo 12.7 mm) el diámetro interno de la brida es de : B = 635 - 2(5 + 13) = 599 mm Por lo tanto, el diametro de la brida en la condicion no corroida es de: B-2Cts=599-6=593mm Asumir que el radio del plato esferico L es el 75% del diámetro interno de la brida, entonces: L = 0.75*593+Css= 445 + C,, = 445 + 3 = 448 m m Por lo tanto:
Calculo del espesor del disco esferico por presion externa (lado Casco) Se aplican las reglas del ASME UG-33. TEMA R-3.13 requiere un espesor mínimo corroido del disco de 6.35 mm Asumir un Mediante el procedimiento delineado por UG-33 se comprobara este valor: Factor A 1. mm ⁄ ⁄ 2.
, se determina el factor B
B=14.500 Lb/pul2=99.978 kPa=
3. Este valor admisible es menor que el valor de la presion de diseño que es de 2000 kPa, por lo tanto debe iterarse con un valor de tfhd mayor, digamos 9 mm. 4. Repitiendo el procedimiento delineado por UG-33 se obtiene ahora para un tfhd de 9 mm un valor de padm de 2105 kPa Por lo tanto tfhd de 9 mm es satisfactorio, se procede a calcular los valores reales del espesor y del radio del disco esférico en la condición no-corroida serán:
Tfhd=9 + 3+3=15 mm
L=448-3=445 mm
La ecuación general para el espesor de la brida (loose) esta determinada por UA-6
√ Donde
√
y
(para condición de asentamiento)
(c) Floating-head backing device The backing device clamps the floating-head cover to the tubesheet. There are various types; for this design a single split ring is used, designed to ASME UG-53(a). The split ring is designed as if it were a solid flange (without splits) using 200% of the greater of Ma or MO calculated in the mating flange design. From Table 1, Ma is greater than M, for either the tube-side or shell-side operating conditions. The effective thickness, √ Y es function de la relacion Hence Y = 12.31 from ASME Fig. UA-5 1 .I MO= 18374Nm from Table 1 S=S,,= 121 MPa B = 599 m m
There will be a recess (5 mm) deep to locate the spit ring on the tubesheet. The dimensions of the backing ring are given in Table 11 (flange no. 7) and in Fig. 1.
