Manual_de_Recipientes_a_Presion_Megyesy

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MANUAL DE
RECIPIENTES A
PRESIÓN
Diseño y cálculo
Eugene F. Megyesy
Prefacio de Paul Buthod
Maestro de Ingeniería Química de la Universidad de Tulsa
Versión española.·
RAFAEL GARCÍA DÍAZ
Ingeniero en Minas de la Universidad de
Guanajuato, México.
Revisión:
RUBÉN ÁVILA ESPINOZA
Ingeniero Mecánico Electricista y catedrático titular de
Procesos de Manufactura de la Facultad de Ingenieria
de la Universidad Nacional Autónoma de México.
-
~ L1MUSA
GRUPO NORIEGA EDITORES
México • España • Venezuela • Argentina
Colombia • Puerto Rico
Versión autorizada en español de la obra
publicada en inglés por
Pressure Vessel Handbook Publishing, Ine., bajo el título de
PRES~URE VESSEL HANDBOOK, Seventh Edition
© PJessure Vessel Handbook Publishing, Ine.
La pr86entaci6n y dispoMci6n en conjunlD de
MANUAL DE RECIPIENTES A PRESION
son propiedad del fKitor. Ninguna parte da esta obra
plJ8de S/N reproducida o transmitida, mediante ningún sistema
o método, electrónico o mecánico (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO,
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de información), sin consentimiento por escrito del editor.
Derechos reservados:
e 1992, EDITORIAL L1MUSA, S.A. de C.V.
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Baldaras 95, C.P. 06040, México, D.F.
Teléfono 521-50-98
Fax 512-29-03
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria
Editorial Mexicana. Registro número 121
Primer. edición: 1989
Primer. relmpre.lón: 1992
Impreso en México
(11264)
ISBN 968-18-1985-3
5
PREFACIO
Los ingenieros que diseñan equipo para la industria química se enfrentan tarde o temprano al diseño
de recipientes sometidos a presión y de estructuras que los soporten. Tal experiencia es a menudo
frustrante para cualquiera que no se haya mantenido al corriente con las publicaciones sobre este
campo, en cuanto a especificaciones, normas y ecuaciones de diseño.
En primer término, se debe conocer la última versión de las normas aplicables. Después, se
tienen que buscar en las publicaciones las técnicas adecuadas para el disefio que cumplan con
las disposiciones de las normas. Finalmente, se tienen que seleccionar, a partir de diversos ma-
nuales y catálogos de proveedores, las propiedades de los materiales y las dimensiones que se
deben utilizar en las ecuaciones del disefio.
El sefior Megyesy ha percibido este problema. Durante varios ai'los ha venido acumulando
datos sobre los requisitos de las normas y los métodos de cálculo. Primero presentó dicha in-
formación como "Calculation Form Sheets" y, ahora, la ha reunido toda en un solo volumen
que es el Manual de Recipientes a Presión.
Creo sinceramente que esta obra viene a satisfacer una necesidad real en la industria de los
recipientes a presión y que los lectores la encontrarán de suma utilidad.
Paul Buthod
r-
7
PROLOGO
Se ha preparado esta obra de consulta con el fin de reunir, en un solo volumen de fácil consul-
ta, fórmulas, datos técnicos y métodos de diseño y construcción que necesita el diseñador, de-
tallador, trazador y demás personas relacionadas con los depósitos sometidos a presión. Las
personas que trabajan en esta industria tienen con frecuencia dificultad para hallar los datos y
las soluciones que requieren, por estar esparcidos en una extensa variedad de publicaciones o
en estudios especializados. La intención del autor fue reunir todo el material mencionado bajo
un solo título y presentarlo en forma conveniente.
Se han utilizado los procedimientos y fórmulas de diseño de las normas de A8ME Codelor Pressure
Vessels, sección VID, división 1, así como los datos de otras fuentes de aceptación general que no están
comprendidos por dichas normas. El autor ha escogido los métodos que se usan con más frecuencia en
la práctica entre las alternativas para la construcción que se describen en las normas.
Con objeto de prestar el máximo servicio con este manual, se han excluido las cargas que se
presentan muy pocas veces y los métodos o materiales para construcciones especiales. Por esta
misma razón, se tratan solamente en este manual los recipientes fabricados con materiales
ferrosos y soldadura, en vista de que la gran mayoría son de este tipo.
Una gran parte de este libro se ha tomado de trabajos hechos por otras personas, presentando
algo del material en forma diferente y, en algunos casos, sin cambio.
El autor desea expresar su agradecimiento a Christiane Fries, al Sr. Arthur L. Wade y al Sr.
Glenn Warren por la ayuda prestada en la preparación del manuscrito, y a la American Society
01Mechanical Engineers y a los editores, quienes permitieron generosamente que el autor uti-
lizara material de sus publicaciones.
Las sugerencias y las críticas relativas a algunos errores que hayan podido quedar en la obra a
pesar de que se tomaron todas las precauciones, serán bienvenidas y muy agradecidas, ya que
contribuirán al mejoramiento de este Manual.
Eugene F. Megyesy
PARTE 1
PARTE 11
PARTE III
PARTE IV
PARTE V
9
CONTENIDO
Diseño y Manufactura de Recipientes Sometidos a Presión. . . . . . . . . II
Geometría y Trazo de los Recipientes Sometidos a Presión. . . . . . . .. 225
Medidas y Pesos............................................ 313
Diseño de Estructuras de Acero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 429
Temas Afines... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
-
11
PARTE 1
DISEÑO Y MANUFACTURA DE RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESION
1. Recipientes sometidos a presión interna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Esfuerzo en cascos cilindricos, definiciones, fórmulas, presión de un
fluido, rangos de presión-temperatura de las bridas estándares para tube-
ría fabricadas con acero al carbono.
2. Recipientes sometidos a presión externa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Definiciones, fórmulas, mínimo espesor requerido en el casco cilindrico,
gráfica para determinar el espesor de los recipientes cilindricos y esféricos
sometidos a presión externa cuando se fabrican de acero al carbono.
3. Diseño de torres altas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Carga por viento, peso del recipiente, carga sismica, vibración, carga ex-
céntrica, estabilidad elástica, deflexión, combinación de esfuerzos, diseño
del soporte de faldón, diseño de pernos de anclaje (método aproximado),
diseño del anillo de base (método aproximado), diseño de pernos de an-
claje y del anillo de base, silleta de los pernos de anclaje para torres altas.
4. Esfuerzos que actúan en grandes recipientes horizontales soportados por
dos silletas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Anillos atiesadores para grandes recipientes horizontales soportados por
silletas, diseño de silletas, expansión y contracción en recipientes horizon-
tales.
5. Registros de inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Registros de inspección, registros sin parche de refuerzo, registros con
parche de refuerzo, dimensiones de los registros, refuerzo de los registros,
esfuerzos en las conexiones que unen los registros con los recipientes, lon-
gitud de copies y tubos para los registros.
6. Refuerzo en la unión del cono al cilindro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7. Soldadura de los recipientes sometidos a presión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Juntas soldadas, junta soldada a tope de las placas de espesor desigual,
símbolos de soldadura.
8. Reglamentos y especificaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Reglas de las normas relacionadas con diversos servicios, reglas de las
normas con relación a diferentes espesores de placa para tanques y reci-
pientes para contener liquidos inflamables y combustibles, propiedadesde los materiales, descripción de los materiales, especificación para el di-
seño y la manufactura de recipientes sujetos a presión, tolerancias en la
manufactura.
9. Tanques soldados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10. Normas para tuberías 178
11. Tanques rectangulares 182
12. Corrosión 191
13. Temas diversos 202
Capacidades de fabricación, doblado de tubos, acoplamiento de tubos, tamaños
de brocas para formar las roscas de los tubos, tolerancias de doblez, longitud de
los espárragos, detalles para recipientes sometidos a presión, localizaciones
preferidas, errores comunes, accesorios de izaje, cargas seguras para ca-
bles y cadenas, transporte de recipientes sometidos a presión.
14. Pintura para superficies de acero 217
EN LAS REFERENCIAS QUE SE HACEN EN rODA LA OBRA, LA PALABRA
"NORMAS" SE USA PARA REFERIRSE A LAS DE CALDERAS Y RECIPIENTES
SOMETIDOS A PRESION DE LA ASME (AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL
ENGINEERS), SECCION VIII, REGLAS PARA LA CONSTRUCCION DE RECIPIEN-
TES SUJETOS A PRESION, DIVISION 1, QUE SON LAS VIGENTES EN LOS
ESTADOS UNIDOS DE NORTEAMERICA.
EDICION DE 1983.
-
•
13
ESFUERZOS EN RECIPIENTES A PRESION
Los recipientes a presión están sujetos a diversas cargas, que causan esfuerzos de di-
ferentes intensidades en los componentes del recipiente. El tipo e intensidad de los
esfuerzos es una función de la naturaleza de las cargas, de la geometria del recipiente
y de su construcción.
CARGAS
a. Presión interna o externa.
b. Peso del recipiente y su contenido.
c. Reacciones estáticas del equipo auxiliar, tubería, revestimiento, aislamien-
to, piezas internas, apoyos.
d. Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a la presión o a las variaciones
térmicas.
e. Presión del viento y fuerzas sísmicas.
f. Reacciones por impacto debido a choque hidráulico.
g. Gradientes de temperatura y expansión térmica diferencial.
ESFUERZOS
a. Esfuerzo a la tensión.
b. Esfuerzo longitudinal a la compresión.
c. Esfuerzo primario general de membrana in-
ducido por cualquier combinación de cargas.
Esfuerzo primario de membrana más esfuerzo
primario de flexión inducido por combina-
ción de cargas.
d. Esfuerzo primario~eneral de membrana in-
ducidó por la combinación de sismos o de
la presión del viento con otras cargas.
(Ver definiciones de las páginas 461 en
adelante.)
ESFUERZO MAXIMO PERMISIBLE
Sa
El más pequeño de Sa o el valor del factor B de-
terminado mediante el procedimiento descrito en
la norma UG 23 (b) (2).
1.5 S"
1.2 veces el esfuerzo permitido en a., b. o c. si
la temperatura del metal no sobrepasa:
700°F para el acero al carbono y el acero con
bajo contenido de elementos de aleación.
SoooF para el acero (inoxidable) con alto conte-
nido de elementos de aleación.
No se considera que la fuerza sísmica y la presión del aire actúen simultáneamente.
S" = Esfuerzo máximo permisible a la tensión para acero al carbono y de bajo contenido de elemen-
tos de aleación, tabla de la norma UCS-23; para acero con alto contenido de elementos de
aleación, tabla de la norma UHA-23., lb/pulg 2.
(Ver propiedades de los materiales en las páginas 156-161.)
14
ESFUERZOS EN CASCOS CILINDRICOS
La presión uniforme, interna o externa, induce en la costura longitudinal un esfuerzo
unitario igual al doble del que obra en la costura circunferencial, por la geometría mis-
ma del cilindro.
Cuando otras fuerzas (de viento, sísmicas, etc.) no son factores importantes, un reci-
piente sujeto a presión externa, ~eb~ diseiíarse para resistir sólo la deformación circun-
ferencial. Las normas establecen el método de diseiío para llenar tal requisito. Cuando
actúan además otras cargas, la combinación de las mismas puede ser la que rija, y podrá
requerirse una placa de mayor espesor que el necesario para resistir únicamente la defor-
mación circunferencial.
El esfuerzo a la compresión debido a la presión externa y el esfuerzo a la presión interna
se determinarán mediante las fórmulas siguientes:
-
NOTACION
D = Diámetro medio del recipiente, pulgadas
P = Presión interna o externa, Ib/pulg2
SI = Esfuerzo longitudinal, Ib/pulgZ
Sz = Esfuerzo circunferencial (o de zuncho), Ib/pulgZ
t = Espesor del casco, sin margen por corrosión,
pulgadas
--+--
~< ~;
~­
I
I
s,~t~
, I
5.1 ! I
......~
FORMULAS
JUNTA
CIRCUNFERENCIAL
PD
SI = 4t
JUNTA
LONGITUDINAL
PD
2t
EJEMPLO
Dados D = 96 pulgadas
P = 15 Ib/pulgZ
t = 0.25 pulgada
PD
4t
PD
2t
15 x 96
= 4 x 0.25 =.14401b/puIg2
15 x 96
= 2 x 0.25 = 2880 Ib/pulg2
Para las torres sometidas a presión interna y a cargas del viento, la altura crítica arriba de
la cual rige el estuerzo a la comnresión se puede obtener de manera aproximada con la si-
guiente fórmula:
PD
H=--
32t
donde H = Altura crítica de la torre, pies.
V·
15
PRESION INTERNA
l. PRESION DE OPERACION
La presión que se requiere en el proceso del que forma parte el recipiente, a la cual trabaja
normalmente éste.
2. PRESION DE DISEÑO
La presión que se emplea para diseñar el recipiente. Se recomienda diseñar un recipiente y sus
componentes para una presión mayor que la de operación. Este requisito se satisface utilizando
una presión de diseño de 30 Ib/pulg2 o 10070 más que la presión de trabajo, la que sea mayor.
También debe tomarse en consideración la presión del fluido y de cualquier otra sustancia
contenida en el recipiente. Ver las tablas de la página 29 para la presión de los fluidos.
3. MAXIMA PRESION PERMITIDA DE OPERACION
La presión interna a la que está sujeto el elemento más débil del recipiente correspondiente al
esfuerzo máximo admisible, cuando se supone que el recipiente está:
a) en estado de desgaste por corrosión
b) a una temperatura determinada
e) en posición normal de trabajo
d) bajo el efecto de otras cargas (carga de viento, presión externa, presión hidrostática,
etc.) que son aditivas a la presión interna
Una práctica común que siguen muchos usuarios y fabricantes de recipientes sujetos a presión
es considerar la presión máxima de trabajo permitida de la cabeza o del casco, y no la de ele-
mentos pequeños como bridas, aberturas, etc.
Véanse las tablas de la página 28 para la máxima presión permitida para bridas.
Véanse las tablas de la página 118 para la máxima presión permitida para tubos.
Se emplea muy a menudo la expresión máxima presión permitida "nuevo" y "frio". Esta es la
presión a la cual está sujeto el elemento más débil del recipiente al punto máximo admisible,
cuando el recipiente:
a) no está corroido (es nuevo)
b) 1<:1 temperatura no afecta su resistencia (temperatura ambiente) (frio)
y las otras dos condiciones anteriores (e y d) tampoco necesitan ser tomadas en consideración.
4. PRESION DE LA PRUEBA HIDROSTATICA
Una y media veces la máxima presión permitida de operación o la presión de diseño cuando no
se hacen los cálculos para determinar la presión máxima permitida de trabajo.
Si el valor del esfuerzo del material del recipiente a la temperatura de diseño es menor que a la tem-
peratura de prueba, la presión de prueba hidrostática debe incrementarse proporcionalmente.
16
En este caso, la presión de prueba será:
Valor del esf. a la temp. de prueba
1.5 x Preso máx. perm. de T x ---:-:~--:-:--::----=----=---:---=-::-_-
(o preso de diseño) Valor del esf. a la temp. de diseño
Los recipientes para los que la presión máxima permitida de trabajo esté limitada por las bri-
das, deberán probarse a la presión indicada en la tabla siguiente:
Presión nominal en
servicio primario 150 lb 300 lb 400lb 600 lb 900 lb 1500 lb 2500lb
Presión de prueba
hidroslálica del casco 425 1100 1450 2175 3250 5400 9000
Prueba hidrostática de los recipientes multicámaras: norma UG-99 (e)
Puede efectuarse una prueba neumática en lugar de una prueba hidrostática, de acuerdo a la
norma UG-loo
Las pruebas necesarias para establecer la presión máxima de trabajo permitida cuando la resis-
tencia de alguna parte del recipiente no puede calcularse con un grado satisfactorio de seguri-
dad,están prescritas en la norma UG-lOl.
5. VALORES DEL ESFUERZO MAXIMO PERMITIDO
Los valores del esfuerzo de tensión máximo permitido para diferentes materiales se presentan
en la tabla de la página 159. El esfuerzo a compresión máximo permitido para usar en el dise-
ño de recipientes cilindricos sujetos a cargas que produzcan esfuerzo de compresión en el cas-
co debe determinarse de acuerdo a la norma, párrafo UG-23(b), (c) y (d).
6. EFICIENCIA DE LAS JUNTAS
La eficiencia de los diferentes tipos de juntas soldadas aparece en la tabla de la página 142. La
eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura está tabulada en la página 144.
Las páginas que siguen contienen fórmulas que se emplean para calcular el espesor de pared
requerido y la presión máxima de trabajo permitida para los tipos de casco y de cabeza de uso
más frecuente. Las fórmulas para casco cilindrico se dan para la costura longitudinal, ya que
es la que rige generalmente.
El esfuerzo de la costura circunferencial rige solamente cuando la eficiencia de la junta circun-
ferencial es menor que la mitad de la eficiencia de la junta longitudinal, o cuando además de la
presión interna, hay cargas adicionales (carga de viento, reacción de las silletas), que producen
flexión o tensión longitudinales. La razón de esto es que el esfuerzo que se origina en la costu-
ra circunferencial es igual a la mitad del que se origina en la costura longitudinal.
De acuerdo con lo anterior, las fórmulas para la costura circunferencial son:
PR
2SE + OAP
Véase la notación en la página siguiente.
P
2SEt
R - OAt
18
PRESION INTERNA
FORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES INTERIORES
P = Presión de disefío o presión máxima de trabajo permitida, Ib/pulg2
S = Valor del esfuerzo del material, Ib/pulg2, página 159
E = Eficiencia de la junta, página 142
R = Radio interior, pulgadas
D = Diámetro interior, pulgadas
t = Espesor de pared, pulgadas
C.A. = Margen por corrosión, pulgadas
A
CASCO CILINDRICO (COSTURA LONGIT.)l
t PR SE tr /
~
t=SE-O.6P P= R+O.6t+-.+-. { R
~"- \ Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal.1.
Ver página anterior.
2. Cuando el espesor de pared exceda de la mitad del radio
interior o P exceda de 0.385 SE, se aplicarán las fórmu-
las dadas en el Apéndice del Código, 1-2.
B ESFERA Y CABEZA HEMISFERICO
Lt PR P= 2SE tt=2SE-O.2P R +O.2t
\.~"'~~
T
i 1. Para las cabezas sin brida recta, úsese la eficiencia de laR f junta de la cabeza al casco si es menor que la eficiencia
de las costuras de la cabeza.
2. Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exce-
da de 0.665 SE, se aplicarán las fórmulas dadas en el
Apéndice 1-3 de las normas.
e
CABEZA ELIPSOIDAL 2:1
~k
PD 2SEt
t=2SE-O.2P P= D+O.2t
1. Para las cabezas elipsoidales cuya relación del eje mayor
al eje menor sea diferente de 2: 1, véase el Apéndice 1-4
(c) de las normas.
•
EJEMPLOS
D.'\TOS DE DISEÑO:
P Presión de diseño, 100 Ib/pulg'
S Valor del esfuerzo de la placa SA 515-70 @ 650"F, 17500 Ib/pulg'
F ~ 0.85, eficieneia de las juntas del easeo y la eabeza hemis. al easeo, examinadas por zonas
l' ~ 1.0, eficiencia de junta de las cabezas sin costura
R 48 pulgadas, radio interior } en zonas corroSIvas, mayor junto con
D 9ó pulgadas, diám. interior el margen de corrosión
I Espesor de pared requerido, pulgadas
C.A. 0.125 pulgada, margen por corrosión
19
I VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para casco de 0.500 pulg de espesor cuando el re-
cipientc está nuevo.
Determinar el espesor requerido,
t, de un easeo
100 x 41:l.12 5
17500 x 0.S5 - 0.6 x 100
+ C.A.
Usar: placa de O.5IXI pulg
0.325 pulg
0.125 pulg
0.4 50 pulg
17500 x 0.85 x 0.500
48 + 0.6 x 0.500
= 154 Ib/pulg'
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
l.a ¡,;abcza se suministra sin brida recta.
Determinar el espesor requerido, 1, de una l'abcza
Ilcllli ... férica.
Determinar la presión máxima de trabájo permitida,
P, para cabeza de 0.3125 pulg de espesor, cuando es-
tá nueva.
100 x 48.125
2 " 17500 x 0.85 - 0.2 x )(Xl
+ C.A.
- 0.162 pulg
0.125 pulg
.287 pulg
2 x 17500 x 0.85 x 0.3125
--
48 + 0.2 x 0.3125
~ 193 Ib/pulg'
Usar cabe/a de 0.3125 pulg DE ESP. MIN.
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar el espesor requerido de una cabeza elip-
soidal sin costura.
100 x 96.25
1 - 2 " )'7500 x 1.0 _ 0.2~IOO ~ 0.275 pulg
+ C.A. 0.125pulg
0.400 pulg
Usar una cabeza de 0.4375 pulg DE ESP. MIN.
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza sin costura de 0.275 pulg de es-
pesor en una zona corrosiva.
2 x 17500 x 1.0 x 0.275
P -- 96.25 + 0.2 x 0.275 = 100 Ib/pulg'
20
PRESION INTERNA
FORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES INTERIORES
P = Presión de diseño o presión máxima de trabajo permitida, Ib/pulgl
S = Valor de esfuerzo del material, Ib/pulgl, página 159
E = Eficiencia de la junta, página 142
R = Radio interior, pulgadas
D = Diámet ro interior, pulgadas
" = La mitad del ángulo en el vértice, grados
L = Radio interior del casquete, pulgadas
r = Radio interior de las curvaturas, pulgadas
t = Espesor de pared, pulgadas
C.A. :" Mar?en por corrosión, pulgadas
f
D CONO Y SECCION CONICA
l. La milad del ángulo en el vértice, Ci no mayor de 30°
PD
t= =-----:-=:=----::---==-=:-:-
2 cos a (SE-O.6P)
P= 2SEt cos a
D+ 1.2t cos a
E
2. Cuando Ci es mayor de 30°, se requiere un análisis espe-
cial (Apéndice 1-5(e) del Código)
CABEZA ASME BRIDADA y ALABEADA
(CABEZA TORI8FERICA)
Cuando L/r = 162/3
Cuando Lrl menor de 162/3
\
O.885PL
t=SE-O.IP'
PLM
t = -=2-=SE=---=O--=.2=P
VALORES DEL FACTOR "M"
P= SEt
O.885L+O.lt
P= . 2SEt
LM+O.2t
L/e
1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.50 5.50 6.50
1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 4.00 5.00 6.00
M 1.00 1.06 1.10 1.15 1.18 1.22 1.28 1.34 1.39
11.03 1.08 1.13 1.17 1.20 1.25 1. 31 1.36
LIr
7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.0 14.0 16.0 2 .
7.50 8.50 9.50 10.5 11.5 13.0 15.0 16:r
M 1.41 1.46 1.50
1.54 1.58 1.62 1.69 1.75
1.44 1.48 1.52 1.56 1.60 1.65 1.72 1. 77
• LA MAXIMA RAZON PERMITIDA ES: L = D + 2t (véase la nota 2 de la página opuesta)
• •
21
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO:
P = 100 lb/pulg', presión de diseño
S = 17500 lb/pulg', valor del esfuerzo del material, SA 515-70 en placa @ 650°F
E = 0.85, eficiencia de las juntas examinadas por zonas
E = 1.00, eficiencia de junta de las cabezas sin costura
R = 48 pulgadas, radio intenor } mayor en zonas corrosivas junto con
D = 96 pulgadas, diámetro interior el margen de corrosión
{X = 30°, la mitad del ángulo en el vértice
L = 96 pulgadas, radio interior del casquete
t = Espesor de pared requerido, pulgadas
C.A. ~ 0.125 pulgada, margen de corrosión
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para un cono de 0.500 pulg de espesor cuando el
recipiente es nuevo.
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
COS 30° ~ 0.866
Determinar el espesor requerido, t, de un cono
100 x 96.25
I = 2xO.R66 (17500xO.85-0.6x 100) = 0.375 pulg P =
2 x 17500 x 0.85 x 0.500 x 0.866
96+ 1.2x 0.500x 0.866
= 133 Ib/pulg'
+ C.A.
Usar placa de 0.500 pulg de espesor
0.125 pulg
0.500 pulg
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
L/r = 162/3
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
ASME bridada y abombada, sin costura.
0.885 x lOO x 96.125
t = 17500 x 1.0 _ 0.1 x 100 = 0.486 pulg
+ C.A. 0.125 pulg
0.611 pulg
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza sin costura de 0.6875 pulg de es-
pesor. cuando el recipiente es nuevo.
17500 x \.0 x 0.6875
P = 0.885 x % + 0.1 x 0.6875 = 141 Ib/pulg'
= 0.481 pulg
0.125 pulg
Usar una cabeza de 0.625 pulg de espesor minimo
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
96
Radio de curvatura r = 6 pulg L/r = -6- = 16
M = 1.75, de la tabla
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
ASME bridada y abombada.
100 x 96.125 x 1.75
t =
2 x 17500 - 0.2 x 100
+ C.A.
0.606 pulg
Usar una cabezade 0.625 pulg de espesor minimo
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
96
Radio de curvatura r = 6 pulg L/r = -6- = 16
M = 1.75, de la tabla
Determinar la presión máxima 'permitida de trabajo,
P, para una cabeza sin costura de 0.481 pulg de espe-
sor, cuando el recipiente está en una zona corrosiva.
2 x 17500 x 1.0 x 0.481
P = %.125 x 1.75 + 0.2 x 0.481 = 100 1b/pulg'
NOTA: l. En los ejemplos de cálculo para cabezas elipsoidales y bridadas y alabeadas se supone que la jun-
ta de la cabeza al casco se radiografia en su totalidad. Ver la tabla de la página 148.
2. Cuando la relación de L/r es mayor de 16213 (construcción fuera de normas), los valores de M
pueden calcularse por la fórmula: M = 1/4(3 + .JLfr)
22
PRESION INTERNA
FORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES EXTERIORES
P = Presión de disefío o presión máxima permitida de trabajo, lb/pulgl
S = Valor de esfuerzo del material, lb/pulgl, página 159
E = Eficiencia de la junta, página 142
R = Radio exterior, pulgadas
D = Diámetro exterior, pulgadas
t = Espesor de pared, pulgadas
C.A. = Margen por corrosión, pulgadas
A CASCO CILINDRICO (COSTURA LONG.)l
~
PR
P=
SEJ
1=
SE + O.4P R - 0.41
1. Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal.
Ver la página 70
2- Cuando el espesor de pared excede de la mitad del radio
interior o P excede de 00385 SE, se aplicarán las fórmu-
las dadas en el Apéndice de las normas, 1-20
B
ESFERA Y CABEZA HEMISFERICA
PR
P=R
2SEI
1=
2SE + 0.8P - 0.81
1. Para cabezas sin brida recta, use la eficiencia de la junta
de la cabeza al casco si es menor que la eficiencia de las
costuras de la cabeza.
2. Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exce-
da de 0.665 SE, se aplicarán las fórmulas dadas en el
Apéndice de las normas, 1-30
e
CABEZA ELIPSOIDAL 2:1
Ff}
PD I
P
2SEt
t
2SE+ 1.8P D -1.81
I
1. Para cabezas elipsoidales en las que la relación del ej~
mayor al menor sea diferente de 2: 1, véase el Apéndice
de las normas 1-4(c).
y=
23
EJEMPLOS
DA TOS UE DISEÑO:
P = lOO lblpulgl, presibn de dIseño
S oc 17500 Ib/pulg', valor de esfuerzo del material, SA 515-70 en placa @ 650°F
E = 0.85, eficiencia de las juntas del casco y la cabeza hemisférica al casco, examinadas por zonas
E = 1.0, eficiencia de junta de las cabezas sin costura
R = 48 pulgadas, radio exterior
O = 96 pulgadas, diámetro exterior
t = Espesor de pared requerido, pulgadas
C.A. = 0.125 pulg, margen de corrosión
VER LOS DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA VER LOS DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para un casco de 0.500 pulg de espesor, cuando el
recipiente es nuevo. .
17500 x 0.85 x 0.500
P = 48 - 0.4 x 0.500 = 155 Ib/pulg'
0.322 pulg
0.125 pulg+ C.A.
t =
Determinar el espesor requerido,
t, de un casco
IOOx48
~~~-- -----~ =
17500xO.85+0.4x 100
0.447 pulg
Usar: placa de 0.500 pulg de espesor
VER LOS DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA VER LOS DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
La cabeza se suministra sin brida recta.
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
hemisférica.
IOOx48
t = 2x 17500xO.85+0.8x lOO = 0.161 pulg
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza de 0.3125 pulg de espesor, cuando el
recipiente es nuevo.
2 x 17500 x 0.85 x 0,3125
P = 48 -0.8xO.3125 = 194Ib/pulg'
+ C.A. 0.125 pulg
0.286 pulg
Usar una cabeza de 0.3125 pulg de espesor minimo
VER LOS DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA VER LOS DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar el espesor requerido de una cabeza elip-
soidal sin costura.
IOOx96
= 100 Ib/pulg'
Determinar la presión máxima de trabajo permitida, P,
para una cabeza sin costura de 0.273 pulg de espesor.
2x 17500 x I.OxO.273
96- I.8xO.273
P =h 17500x 1.0+ 1.8x 100 = 0.273 pulgt=
+ C.A. 0.125 pulg
0.398 pulg
Usar una cabeza de 0.4375 pulg de espesor minimo
...
24
PRESION INTERNA
FORMULAS EXPRESADAS EN FUNCION DE LAS DIMENSIONES EXTERIORES
P = Presión de diseño o presión máxima de trabajo permitida, Ib/pulg'
S = Valor de esfuerzo del material, Ib/pulgl, página 159
E = Eficiencia de junta, página 142
R = Radio exterior, pulgadas
D = Diámetro exterior, pulgadas
n cc I.a mitad del ángulo en el vértice, grados
L = Radio exterior de la pieza abombada, pulgadas
r = Radio interior de curvatura de la pieza abombada, pulgadas
t = Espesor de pared, pulgadas
C.A. = Margen por corrosión, pulgadas
D
CONO Y SECCION CONICA
~
! : \ PD P= 2SEt cos at= 2 cos a (SE+O.4P) D -0.8tcosa
c:::: .~
ffU~ 1. La mitad del ángulo ápex en el vértice, ex no es mayorde 30°
2. Cuando ex es mayor de 30° , se requiere un análisis espe-
cial (apéndice de las normas I-S(e».
E CABEZA ASME BRInADA y ALABEADA
(CABEZA TORISFERICA)
Cuando Ur = 162/3
~ 0.885PL SEtt p= 0.885L - 0.8t
~ i ::::1 SE+0.8P
f. t.- LI.i O Cuando Ur menor de 16213
~
PLM P= 2SEt
t= 2SE +P(M -0.2)' ML -t(M -0.2)
VALORES DEL FACTOR M
Lfr
1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.50 5.50 6.50
1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 4.00 5.00 6.00
M 1.00 1.06 1.10 1.15 1.18 1.22 1.28 1.34 1.39
1.03 1.08 1.13 1.17 1.20 1.25 1.31 1.36
Lfr
7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.0 14.0 16.0
16t
•
750 8.50 9.50 10.5 11.5 13.0 15.0
M
1.41 1.46 1.50 1.54 1.58 1.62 1.69 1.75
1.44 1.48 1.52 1.56 1.60 1.65 1.72 1 77
• LA RAZON MAXIMA PERMITIDA: L - t = D (véase la nota 2 de la siguiente página)
" =L =
t .-
C.A. =
•
25
EJEMPLOS
DATOS DF DISEÑO:
P = 100 Ib/pulg'. presión de diseño
S = 17500 Ib/pulg'. valor de esfuerzo del material. SA 515-70 en placa @ 650"f
E = 0.85, eficiencia de las juntas examinadas por zonas
E = 1.00, eficiencia de junta de las cabezas sin costura
R = 48 pulgadas, radio exterior
D = 96 pulgadas, diámetro exterior
30", la mitad del ángulo en el vértice
96 pulgadas, radio exterior de la pieza abombada
Espesor de pared requerido. pulgadas
0.125 pulg, margen de corrosión
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
COS 30" = 0.866
Determinar el espesor requerido, t, de un cono
100 x 96
t = 2~0.sfifi(¡7500xO.85 + 0.4 x 100) = 0.372 pulg
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para un cono de 0.500 pulg de espesor.
2 x 17500 x 0.85 x 0.500 x 0.866
P = 96 - ((l.S x 0.500 x 0.866) = 134 Ib/pulg'
+ C.A.
Usar placa de 0.500 pulg de espesol
0.125 pulg
0497 pulg
I
0.125 pulg
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
I.r = 162/3
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
ASME sin costura, bridada y abombada.
0.885 x 100 x 96
1-7500~~O~R x 100 = 0.483 pulg
+ C.A.
0.608 pulg
Usar una cabeza de 0.625 pulg de espesor minimo
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza sin cost ura de 0.625 pulg de es-
pesor.
17500 x 1.0 x 0.625
P = -0~8S5 x 96 _ 0.8 x 0.625 = 129lb/pulg'
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Radio de las curvaturas de la pieza abombada,
96
r = 6 pulg Llr = -6 = 16
\1 = 1.75, de la tabla
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
ASME sin costura, bridada y abombada.
lOO x 96 x 1.75
2 x ¡7soox 1.0+ 100 (1.75 -0.2)
+ C.A.
= 0.478 pulg
0.125 pulg
VER DATOS DE DISENO DE ESTA PAGINA
Radio de las curvaturas de la pieza abombada,
96
r = 6 pulg Llr = -6- = 16
M = 1.75, de la tabla
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza sin costura de 0.478 pulg de es-
pesor.
2 x 17500 x 1.0 x 0.478
P = - 1.75 x 96 - 0.478 (1.75 _ 0.2) = 100 Ib/pulg'
0.603 pulg
Usar una cabela de 0.625 pulg de espesor minimo
t----------------------------------
NOTA: l. ' En los ejemplos de cálculo para cabezas elipsoidales y bridadas y abombadas, se supone que lajunta
de la cabeza al casco se radiografía en su totalidad. Ver tabla de la página 148.
2. Cuando la relación Llr es mavor de 162/3 (construcción fuera de normas), los valores de M pueden
calcularse por la fórmula: M = 1/4(3 +v'Li;).
•
25
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO:
P ~ 100 Ib/pulg', presión de diseño
S ~ 17500 Ib/pulg', valor de esfuerzo del material, SA 515-70 en placa @ 650"F
E ~ 0.85, eficiencia de las juntas examinadas por zonas
E - 1.00, eficiencia de junta de las cabezassin costura
R ~ 48 pulgadas, radio exterior
D ~ 96 pulgadas, diámet ro exterior
H ::::;: 30°. la mitad del ang.ulo en el vérl ice
L ~ 96 pulgadas, radio exterior de la pieza abombada
t ~ Espesor de pared requerido, pulgadas
C.A. ~ 0.125 pulg, margen de corrosión
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
COS 30" ~ 0.866
Determinar el espesor requerido, t, de un cono
lO(} x 9ó
t - 2:::o.H661í 750(} x 0.85 + 0.4 ~ 100) ~ 0.372 pulg
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para un cono de 0.500 pulg de espesor.
"x 17500 x 0.85 x 0.500 x 0.866
P ~ ~ 1341b/pulg'
96 - (0.8 x 0.500 x 0.866)
+ C.A. 0.125 pulg
0.497 pulg
Usar placa de 0.500 pulg de espesor
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
I 'r ~ 16 213
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
ASME sin costura, bridada y abombada.
0.885 x 100 x 9ó
[ - 17500---;:'I:O:;ÜJi x 100 ~ 0.483 pulg
+ C.A. 0.125 pulg
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza sin costura de 0.625 pulg de es-
pesor.
17500 x 1.0 x 0.625
P ~ - 0~885 x 96 _ 0.8 x 0.625 ~ 129 Ih/pulg'
0.608 pulg
Usar una cabeza de 0.625 pulg de espesor minimo
0.125 pulg
~ 0.478 pulg
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Radio de las curvaturas de la pieza abombada,
96
r ~ 6 pulg L/r ~ -6- ~ 16
M ~ 1.75, de la tabla
Determinar la presión máxima de trabajo permitida,
P, para una cabeza sin costura de 0.478 pulg de es-
pesor.
~ 100 Ib/pulg'
2 x 17500 x 1.0 x 0.478
1.75 x 96 - 0.478 (1.75 - 0.2)
P ~
96
r ~ 6 pulg L/r ~ -6- ~ 16
\1 ~ 1.75, de la tabla
Determinar el espesor requerido, t, de una cabeza
ASME sin costura, bridada y abombada.
100 x 96 x 1.75
"' J7500x 1.0+ 100 (1.75 -0.2)
+ C.A.
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Radio de las curvaturas de la pieza abombada,
0.603 pulg
Usar una caheza de 0.625 pulg de espesor minimo
¡---------------------------------_..
NOTA: l. ' En los ejemplos de cálculo para cabezas elipsoidales y bridadas y abombadas, se supone que la junta
de la caheza al casco se radiografía en su totalidad. Ver tabla de la página 148.
2. Cuando la relación Llr es mavor de 162/3 (construcción fuera de normas), los valores de M pueden
calcularse por la fórmula: M = 114(3 +v'i7r).
26
PRESION INTERNA O EXTERNA
FORMULAS
NüTACIüN
P = Presión de diseño interna o externa, Ib/pulg2 E = Eficiencia de la junta
d = Diámetro interior del casco, pulgadas
S = Valor máximo del esfuerzo permitido del material, Ib/pulg2, página 159
t = Espesor mínimo requerido de la cabeza, excluyendo el margen por corrosión, pulgadas
th = Espesor real de la cabeza excluyendo el margen por corrosión, pulgadas
tr = Espesor minilllo requerido, por presión, del casco sin costura, pulgadas
ts = Espesor real del casco, excluyendo el margen por corrosión, pulgadas
A
B
e
CABEZAS CIRCULARES PLANAS
t =d .jO.13P/SE
Esta fórmula se aplicará cuando:
l. d no exceda de 24 pulgadas
2. th/d no sea menor de 0.05 ni mayor de 0.25
3. El espesor de la cabeza, th, no sea menor que
el espesor del casco, ts
e =0.33 X
C MIN. = 0.20
Si para calcular t se usa un valor de trlts menor
de 1, el espesor del casco, ts' debe mantenerse
por una distancia hacia adentro desde la cara in-
terior de la cabecera igual a por lo menos 2 .J(Ifs
D 2t, mín, no menor de 1.25 t,
r- no necesita ser mayor de t
45omáX~
<1
=~t~
ts-W.. d .1
Las cabezas no circulares, las planas ampernadas, lapas y las bridas ciegas están comprendidas en las normas,UG-34;
otros tipos de elementos de cierre en la norma. UG-35
I
I
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO
P = 300 Ib/pulg2, presión de diseño Eficiencia de la junta, E = 1.0
d = 24 pulgadas, diámetro interior del casco
S = 15,000 Ib/pulgZ, valor máximo de esfuerzo permitido de la p1aca SA-515-60
tr = 0.243 pulg, espesor requerido por presión del casco sin costura
t, = 0.3125 pulg, espesor real del casco
DETERMINAR EL ESPESOR MINIMO REQUERIDO PARA LA CABEZA, t
I = d "0.13 PIS = 24 " 0.13 x 300/15,000 = 1.223 pulg
Usar una cabeza de 1.250 pulg
Verificando la limitación de
27
Ih 1.250d = --24- = 0.052, La relación del espesor de la cabeza al
diámetro del casco es satisfactoria
VER DATOS DE DISEÑO DE ESTA PAGINA
Ir 0.243e = 0.33~ = 0.33 xo::rrTI = 0.26
I = d v¡;;¡s = 24 V 0.26 x 300/15,000 = 1.731
Usar placa de 1.75 pulg
Usando placa más gruesa para el casco, será satisfactorio un espesor menor para la cabeza
ts = 0.375 pulg
Ir
e = .33 - =
t s
0.33
0.243
x--=
0.375
0.2J.i
I = d VCPiS = 24 " 0.214 x 300/15,000= 1.57 pulg
Usar placa de 1.625 pulg
El espesor del casco se mantendrá a lo largo de una distancia 2~medida
desde la cara interior de la cabeza
2 V 24 x .375 = 6 pulg.
28
RANGOS DE PRESION - TEMPERATURA
PARA ACCESORIOS BRIDADOS y BRIDAS PARA TUBERIA DE ACERO
American National Standard ANSI B16.5-198l
p
CLASE 1SO lb. 300 lb. 400 lb. 600 lb. 900 lb. 1500 lb. 2500 lb.
PRESION DE LA PRUEBA
HIDROSTATlCA, 450
LBIPULO' MAN.
1125 1500 2225 3350 5575 9275
TEMPERATURA, uF PRESION MAXIMA PERMITIDA (NO DE IMPACTO), LB/PULG' MAN.
-20 a 100
200
300
400
500
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
285
260
230
200
170
140
125
110
95
80
65
50
35
20
740
675
655
635
600
550
535
535
505
410
270
170
105
50
990
900
875
845
800
730
715
710
670
550
355
230
140
70
1480
1350
1315
1270
1200
1095
1075
1065
1010
825
535
345
205
105
2220
2025
1970
1900
1795
1640
1610
1600
1510
1235
805
515
310
155
3705
3375
3280
3170
2995
2735
2685
2665
2520
2060
1340
860
515
260
6170
562S
5470
5280
4990
4560
4475
4440
4200
3430
2230
1430
860
430
Los rangos nominales se aplican a los materiales:
SA-IOS" SA-515-70' SA-516-70' SA-18l-70\' SA-350-LF2 SA-537-Cl.I J
SA-2l6-WCB'
NOTAS:
l. Para temperaturas de operación mayores de 850°F se recomienda usar aceros cal-
mados con contenido no menor de 0.10070 de silicio residual.
2. Cuando hay exposición prolongada a temperaturas superiores a 800°F, la fase
carburo del acero al carbono puede convertirse en grafito.
3. El material no debe usarse en espesores mayores de 2Yz pulg.
Las bridas de material ANSI B16.5 no deberán usarse para capacidades mayores, ex-
cepto cuando así lo justifiquen los métodos de disefio del Código.
Las capacidades nominales son presiones máximas de trabajo permitidas, no de im-
pacto, expresadas como presiones manométricas a las temperaturas tabuladas y
puede interpolarse entre las temperaturas de la tabla.
Las temperaturas son las del interior del casco sujeto a presión cerrado por la brida.
En general, es la misma que la del material que contiene.
PRESION DE LOS FLUIDOS
CARGA ESTATICA
El fluido contenido en el recipiente ejerce presión sobre las paredes del mismo. Cuando
el fluido está en reposo, la intensidad de la presión en un punto es igual en todas di-
recciones hacia los lados y el fondo del recipiente y varía según la altura del fluido
respecto al punto en el que se esté considerando la presión.
Cuando sea aplicable, la carga estática deberá sumarse a la presión de diseño del reci-
piente.
Las tablas de esta página indican las relaciones entre la presión y la altura del agua.
•Para determinar la presión de cualquier otro fluido que no sea agua, los valores de
las tablas deberán multiplicarse por la densidad específica del fluido en cuestión.
Presión en libras por pulgada cuadrada para diferentes cargas de agua
Carga, O 1 2 3 4 5 6 7 8 9en pies
O 0.43 0.87 1.30 1. 73 2.16 2.60 3.03 3.46 3.90
10 4.33 4.76 5.20 5.63 6.06 6.49 6.93 7.36 7.79 8.23
20 8.66 9.09 9.53 9.96 10.39 10.82 11.26 11.69 12.12 12.56
30 12.99 13.42 13.86 14.29 14.72 15.1 S 15.59 16.02 16.45 16.89
40 17.32 17.75 18.19 18.62 19.05 19.48 19.92 20.35 20.78 21.22
SO 21.65 22.08 22.52 22.95 23.38 23.81 24.2 S 24.68 25.11 25. SS
60 25.98 26.41 26.85 27.28 27.71 28.14 28.58 29.01 29.44 29.88
70 30.31 30.74 31.18 31.61 32.04 32.47 32.91 33.34 33.77 34.21
80 34.64 35.07 35.51 35.94 36.37 36.80 37.24 37.6 I 38.10 38.54
90 38.97 39.40 39.84 40.27 40.70 41.13 41.57 42.00 42.43 42.87
NOTA: Un pie de agua a 62°Fahrenheit produce una presión de 0.433 libras por pulgada cua-
drada. Para hallar la presión por pulgada cuadrada para cualquier carga en pies no considera-
da en la tabla superior, multiplique la carga en pies por 0.433.
Cargas de agua en pies que corresponden a una presión dada
en libras por pulgada cuadrada
Presión, O 1 2 3 4 5 6 7 8 9Ib/pulg'
O 2.3 4.6 6.9 9.2 1 1. S 13.9 16.2 18.5 20.8
10 23.1 25.4 27.7 30.0 32.3 34.6 36.9 39.3 41.6 43.9
20 46.2 48.5 50.8 53. J 55.4 57.7 60.0 62.4 64.7 67.0
30 69.3 71.6 73.9 76.2 78.5 80.8 83.1 85.4 87.8 90.1
40 92.4 94.7 97.0 99.3 101.6 103.9 106.2 108.5 110.8 113.2
SO 1 J 5.5 117.8 120.1 122.4 124.7 127.0 129.3 131.6 133.9 136.3
60 138.6 140.9 143.2 145.5 147.8 150.1 152.4 154.7 157.0 159.3
70 161. 7 164.0 166.3 168.6 170.9 173.2 175. S 177.8 180.1 182.4
80 184.8 187.1 189.4 191.7 194.0 196.3 198.6 200.9 20.'.2 205.5
90 207.9 210.2 212. S 214.8 217.1 219.4 22 1.7 224.0 226.3 2n.6
NOTA: Una presión de una libra por pulgada cuadrada equivale a 2.309 pies de agua a 62°F.
Por lo tanto, para hallar la carga en pies de agua para cualquier presión que no aparezca en la
tabla, multiplique por 2.309 la presión en libras por pulgada cuadrada.
'29
30
TABLAS
Para una comparación rápida del espesor de placa requerido y el peso de varios ma-
teriales con un grado diferente de examen radiográfico.
A Valores del esfuerzo a temperaturas de -20 a 650°F.
SA 53B SA 515-70
SA-285 e SA 515-60 SA 516-70
SA 516-60
85010 E.J. 11688 12750 14875
100% E.J. 13750 15000 17500
B Relaciones entre los valores de esfuerzo.
11688 12750 13750 14875 15000 17500
11688 -- 109.1 117.6 127.3 128.3 149.7
12750 91. 7 -- 107.8 116.7 117.6 137.3
13750 85.0 92.7 -- 108.2 109.1 127.3
14875 78.6 85.7 92.4 -- 100.8 117.6
15000 77,9 85.0 91.7 99.2 -- 116.7
17500 66.8 72.9 78.6 85.0 85.7 --
Lá tabla A indica los valores del esfuerzo de los materiales usados "con más frecuen-
cia en la fabricación de cascos y cabezas.
La tabla B indica las relaciones de 'los valores de esfuerzo en porcentaje.
EJEMPLO:
1. Para un recipiente en el que se utilice placa SA 515-70, radiografiado por zonas,
el espesor requerido es de 0.4426 pulgadas y el peso del recipiente es de 12600 lb.
2. ¿Qué espesor de placa se requerirá y cuál será el peso del recipiente usando placa
SA 285-C y examen radiográfico completo?
En el caso 1. El valor de esfuerzo del material es 14875
En el caso 2. El valor de esfuerzo del material es 13750
La relación de los dos valores del esfuerzo, de la Tabla B, es 108.2. En esta propor-
ción se incrementarán el espesor de placa requerido y el peso del recipiente.
0.4426 x 10S.2 = 0.47S9 pulg
12600 x 10S.2 = 13633 lb
p
t
31
PRESION EXTERNA
Presión de diseño
Los recipientes que habrán de fabricarse para trabajar sujetos a presiones externas de 15 lb/pulgl
o menores, y que llevarán la placa con el símbolo de la norma para indicar que cumplen con
las reglas para presión externa, deberán diseñarse para una presión externa máxima permitida
de 15 lb/pulg2 o 25 por ciento más que la presión externa máxima posible, según qué valor
sea menor. Norma, UO-28 (f)
Un recipiente que se haya diseñado y construido de acuerdo a los requisitos del Código para
presión interna y que se requiera para usarse bajo una presión externa de 15lb/pulgl o menor,
no necesita diseñarse de acuerdo a las normas para la condición de presión externa. Sin embar-
go, no deberá llevar marcada la capacidad nominal para presión externa con el sello de la nor-
ma, a menos que cumpla con los requisitos de la norma para presión externa. Norma, UO-28
(f), nota.
Esto no será aplicable si el recipiente trabajará a una temperatura inferior a - 20oP, y deberá
determinarse la presión de diseño de acuerdo a la norma, UCS-66 (c) (2) o a la UHA-51 (b)
para evitar la necesidad de una prueba de impacto.
Recipientes con juntas a traslape: Norma UO-28 (g) recipiente no cilíndrico, con camisa: Nor-
ma UO-28 (i)
Presión de prueba
Los recipientes de una sola pared diseñados para vacío o vacío parcial, deberán someterse a
una prueba hidrostática interna, o cuando no sea posible hacer la prueba hidrostática, a una
prueba neumática. UO-99 (f). Cualquiera de las dos pruebas deberá hacerse a una presión no menor
de 1 1/2 veces la diferencia entre la presión atmosférica normal y la presión interna absoluta míni-
ma de diseño. UO-99 (f)
Prueba neumática: Norma UO-100
El método de diseño que aparece en las páginas que siguen se ajusta a las indicaciones de la
Norma sobre recipientes a presión de la ASME, sección VIII. DIV. l. Las gráficas de las pági-
nas 40 a 45 se han tomado de dichas Normas.
32
PRESION EXTERNA
FORMULAS
NOTACION
P = Presión externa de diseño, Ib/pulg2 manom.
Po = Presión máxima de trabajo permitida, Ib/pulgZ manom.
D" = Diámetro exterior, pulg.
L = Longitud de una sección del recipiente, tomando la más grande de entre las siguientes:
en pulgadas (ver figuras A y B).
l. Distancia entre las tangentes de las cabezas más un tercio de la profundidad de las
mismas si no se emplean anillos de atiesamiento.
2. La distancia más grande entre dos anillos de atiesamiento adyacentes cualesquiera.
3. Distancia del centro del primer anillo de atiesamiento a la tangente de la cabeza más
un tercio de la profundidad de ésta.
4. Distancia del primer anillo de atiesamiento que hay en el cilindro a la unión cilíndrica.
t = Espesor de pared mínimo requerido, pulg.
A.
t·
..,
?
¡-r- -
...---.....1-0-
CASCO CILINDRICO
Sin costura o con juntas longitudinales a tope
Cuando D,/l es igual a o mayor que 10,
la presión máxima permitida es:
RECIPIENTE SIN ANILLO ATlESADOR
B.
~-;--=. _ --r-
D.,
o
...J
...J
Z ~""'I;;i'------ ----ts...¡,----f-
~'
RECIPIENTE CON ANILLO
ATlESADOR
El valor de B deberá determinarse por el procedimiento
siguiente:
I. Supóngase un valor para t; (Ver páginas 47-49)
Determínense L/Do y Do/t.
2. Entre a la figura UGO-28.0 (Página 40) con el valor
de L/D". Entre a 50 cuando L/Do sea mayor de 50,
y a 0.05 cuando L/D" sea menor de 0.05.
3. Siga horizontalmente hasta la línea que representa a
D,/l. Desde el punto de intersección siga vertical-
mente hasta determinar el valor del factor A.
4. Entre con el valor de A a la gráfica del material apli-
cable (páginas 41 -45). Siga verticalmente hasta la lí-
nea de temperatura aplicable".
5. Desde la intersección, siga horizontalmente y lea el
valor de B. Calcule la presión máxima de trabajo
permitida, Po'
Si la presión máxima de trabajo permitida es menor que
la presión de diseño, debe repetirse el procedimiento de
diseño aumentando el espesor del recipiente o disminu-
yendo L por medio de anillos atiesadores.
"Para los valores de A que caigan a la izquierda de la
línea aplicable de temperatura, el valor de Po puede
calcularse por la fórmula:
"'AEP =~-~-
a 3(D o /l)
Cuando el valor de D,/t sea menor de 10, deberán apli-
carse las fórmulas dadas en la Norma UG-28(c)(2).
1
I
I
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO
P = 15 Ib/pulgZ manom., presión externa de diseño
Do = 96 pulg, diámetro exterior del casco
Longitud del recipiente de tangente a tangente: 48 pies O pulg = 576 pulg
Cabezas 2: 1 elipsoidales
Material del casco SA - 285 C, placa
Temperatura 500°F
E = Módulo de elasticidad del material, 27,000,000 Ib/pulgZ @ 500°C (véase la
gráfica de la página 41)
Determinar el espesor requerido de casco.
Supóngase un espesor de casco: t = 0.50 pulg (ver página 47)
Longitud L = 592 pulg (longitud del casco 576 pulg y un tercio de la profundidad
de las cabezas 16 pulg)
LIDn =592/96 =6.17 D01 t =96/0.5 = 192
A =0.00007 determinado de la gráfica (página 40) por el procedimiento descrito en la
página 32.
Como el valor de A cae a la izquierda de la línea aplicable de temperatura en la figura
UCS-28-2 (página 41),
Po = 2AEI3(D/t) = 2 x 0.00007 x 27,000,000/3 x 192 = 6.56 Ib/pulg2
Como la presión máxima permitida Pa es menor que la presión de diseño P, se incor-
porarán anillos atiesadores.
Usando 2 anillos de atiesamiento igualmente espaciados entre las tangentesde las ca-
bezas, la longitud de una sección del recipiente, L = 200 pulg (longitud del casco 192
pulg más un tercio de la profundidad de la cabeza 8 pulg)
33
L/Do = 200/96 =2.08 Do/'= 96/0.5 = 192
;
¡-
-o
•00,
~-
·0
,
..o--00,
•
'\o-
J
00
A = 0.00022 de la gráfica (página 40)
B = 3000 de la gráfica (página 41)
determinadas por el procedimiento descrito en la pá-
gina 32.
Po = 4BI3(Djt) = 4 x 3000/3 x 192 = 20.81b/pulg2
Como la máxima presión permitida Po es mayor que la
presión de diseño P, el espesor supuesto del casco
usando dos anillos atiesadores, es satisfactoria.
Ver página 38 para el diseño de los anillos atiesadores.
34
PRESION EXTERNA
FORMULAS
NOTACION
P = Presión externa de disefto, Ib/pulgZ manom.
Po = Presión máxima de trabajo permitida, Ib/pulgZ manom.
Do = Diámetro exterior de la cabeza, pulg.
Ro = Radio exterior de la esfera o cabeza hemisférica, 0.9 Do para cabezas elipsoida-
les, radio por dentro de la corona de las cabezas bridadas y abombadas, pulg.
t = Espesor mínimo requerido de pared, pulgadas.
E = Módulo de elasticidad del material, Ib/pulgZ (página 41)
ESFERA Y CABEZA HEMISFERICA
Presión máxima p B
permitida: a = (R()/t)
El valor de B se determina por el siguiente procedimiento:
'"
1. Suponga un valor para t y calcule el valor de A usan-
do la fórmula: A =0.125/(R,,/t) (ver página 47)
2. Con el valor de A entre a la gráfica del material apli-
cable páginas 41-45). Siga verticalmente hasta la lí-
nea de temperatura aplicable.·
3. Desde la intersección, desplácese horizontalmente y
lea el valor de B.
·Para los valores de A que caigan a la izquierda de la
línea de temperatura aplicable, el valor de Po puede
calcularse por la fórmula: Pa = 0.0625 E/(RaltY.
Si la presión máxima de trabajo permitida Po, calculada
por la fórmula anterior, es menor que la presión de dise-
fto, debe tomarse un valor más grande para t y repetir el
procedimiento de cálculo.
2:1 CABEZA ELIPSOIDAL
El espesor requerido será el mayor de los siguientes espe-
sores:
(1) El espesor calculado por las fórmulas dadas para
presión interna usando una presión de disefto de
1.67 veces la presión externa y una eficiencia de jun-
ta E = 1.00.
(2) El espesor comprobado por la fórmulaPa=B/(Ro/t)
en la cual Ro = 0.9 D", YB determinada como para
la esfera.
CABEZA ASME BRIDADA y ALABEADA
(CABF.ZA TORISFF.RICA)
El espesor requerido y la presión máxima permitida se
calcularán por los procedimientos dados para cabezas
elipsoidales. (Ver arriba) R"máximo=D"
'0
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO:
P = 15 Ib/pulgZ man., presión externa de disefio
D" = 96 pulgadas, diámetro exterior de la cabeza
Material de la cabeza: SA-285C, en placa
Temperatura de disefio: 500°F
Determinar el espesor requerido de cabeza.
VER DATOS DE DISEÑO EN ESTA PAGINA
Supóngase un espesor de cabeza: t = 0.25 pulg Ro = 48.00 pulg
A = 0.125/(48.00/0.25) = 0.00065
De la Fig. UCS-28.2 (página 41) B = 8500 determinada por el procedimiento descri-
to en la página 34.
Po = 8500/(48.00/0.25) = 44.27 Ib/pulg2
Como la máxima presión permitida de trabajo Po es excesivamente mayor que la pre-
sión de disefio P, seria aceptable un espesor menor.
Para un segundo tanteo, suponga un espesor de cabeza: t = 0.1875 pulg
Ro = 48.00 pulg
A = 0.125/(48.00/0.1875) = 0.0005
B = 6700, de la gráfica (página 41), Pu = B/(R,/t) = 6700/255 = 26.2Ib/pulgZ
El espesor supuesto: t = 0.1875 pulg es satisfactorio.
35
VER DATOS DE DISEÑO EN ESTA PAGINA. Procedimiento (2).
Suponga un espesor de cabeza: t = 0.3125 pulg, R" = 0.9 x 96 = 86.4 pulg
A = 0.125/(86.4/0.3125) = 0.00045
B = 6100 de !a gráfica (página 41), Pu = B/(Ro/t) = 6100/276 = 22.1 Ib/pulgZ
Como la presión máxima permitida P" es mayor que la presión de disefio P, el espe-
sor supuesto es satisfactorio.
VER DATOS DE DISEÑO EN ESTA PAGINA. Procedimiento (2).
Suponga un espesor de cabeza: t = 0.3125 pulg, Ro = Do = 96 pulg
A = 0.125/(96/0.3125) = 0.0004
B = 5200 de la gráfica (página 41), Pu = B/(Ro/t) = 5200/307 = 16.93 Ib/pulgZ
Como la presión máxima permitida Pu es mayor que la presión de disefio P, el espe-
sor supuesto es satisfactorio.
-
36
PRESION EXTERNA
FORMULAS
48
·Para los valores de A que caigan a la izquierd
de la línea aplicable, el valor de P puede cal-
cularse mediante la fórmula:
Pa = 2AE/3(D¡!te)
Para conos con una relación D/t menor de lO.
véase la norma UG-33 (f)(b)
CUANDO Ot ES MAYOR DE 60°
El espesor de los conos será el mismo que el
que se requiera para una cabeza plana cuyo
diámetro sea igual al diámetro exterior m~as'
grande del cono.
Prevea el refuerzo adecuado de la unión del co-
no con el cilindro. Ver página 129.
5. Calcule la presión máxima de trabajo per-
mitida, Pa•
Si Pa es menor que la presión de disefio, el pro-
cedimiento debe repetirse aumentando el espe-
sor o disminuyendo L mediante el uso d
anillos de atiesamiento.
3. Tome el valor de L"ID, (L/Do) en la gráfic
UGO-28 (página 40) (Tome el de 50 cuando
L"ID¡ sea mayor de 50). Siga horizontal-
mente hasta la línea que representa a Do/t.
Desde el punto de intersección siga vertical-
mente para determinar el factor A.
4. En la gráfica de material aplicable tome el
valor de A· Y siga verticalmente hasta 1
línea de temperatura aplicable. Desde la in-
tersección siga horizontalmente y lea el va-
lor de B.
2. Determine te. Le. Y las relaciones L/DI y
D,/te
P II = 3(D,/t,.)
1. Supóngase un valor para el espesor. te
Los valores de 8 se determinan por el siguiente
procedimiento:
CUANDO Ot ES IGUAL A O MENOR DE 60°
YD,/te ~ 10
La presión máxima permitida es:
L
NOTACION
A = factor determinado de la figura
UGO-28.0 (página 40)
B factor determinado de las grá-
ficas (páginas 41 a 45)
Ot = la mitad del ángulo en el vérti-
ce, grados
D, = diámetro exterior en el extremo
grande, pulg
D s = diámetro exterior en el extremo
pequefio, pulg
E = módulo de elasticidad del ma-
terial (página 41)
L = longitud del cono, pulg
Le = longitud equivalente de la sección
cónica, pulg (L/2)(1 +D/Di)
P = presión externa de disefio,
lb/pulgZ
Pa = Presión máxima de trabajo
permitida, lb/pulgZ
= espesor mínimo requerido,
pulg
te = espesor efectivo, pulg
= t cos Ot ______...J- ~:.._ _
CONO Y SECCION CONICA
Sin costura o con juntas a tope
+
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO
P = 15 Ib/pulgZ, presión externa de diseño
Material del cono: SA 285-C, en placa
Temperatura de diseño: 500°F
Longitud, L = (D¡l2)/tano:=48/.4142 = 115.8, 116 pulg
prácticamente
1. Suponga un espesor de cabeza, t, 0.3125 pulg
2. te=t coso:=0.3125 x .9239 = 0.288;
L. = Ll2 (1 + D,/D¡) = 116I2X(1+0/96) = 58
Le/D, = 58/96 = 0.6 DJt = 96/.288 = 333
3. A = 0.00037 (de la gráfica, página 40)
4. B = 5,200 (de la gráfica, página 41)
4B 4 x 5,200
5. Pa = 3(DJt
e
) = 3(333) = 20.8Ib/pulgZ
Determinar el espesor requerido, t
CABEZA CONICA
DI = 96 pulg o: = 22.5 grados D, = O ,/S]
1. DI ./
Como la máxima presión permitida de operación es mayor que la presión de diseño,
el espesor de placa supuesto es satisfactorio.
SECCION CONICA (Ver datos de diseño en esta página)
D, = 144 pulg D s = 96 pulg o: = 30 grados
Determinar el espesor requerido,
Longitud, L = (D, - D/2)/tan o: = 24/.5774 = 41.6 pulg
n
1i'§3
I
24 144-96
2
144
1. Suponga un espesor de cabeza, t, de
0.375 pulg
2. te = t coso:=0.375 x 0.866=0.324
L e=(L/2)(1 + Ds/D,)=41.6/2 x
(1 + 96/144) = 34.67
Le/D, = 34.67/144=0.241
DI/te = 144/0.324=444
3. A = 0.00065 (de la gráfica, página 40)
4. B = 8,600 (de la gráfica, página 41)
5. P = 4B = 4 x 8600
a 3(DI/te) 3 X (144/0.324)
= 25.8 Ib/pulgZ
-
Como la máxima presión permitida Pa es mayor que la presión de diseño P, el espe-
sor supuesto es satisfactorio.
BAJO CABEZAS PLANAS SE DAN EJEMPLOS PARA
CABEZAS CONICAS CUANDO ex ES MAYOR DE 60°
38
PRESION EXTERNA
DISEÑO DE ANILLOS DE ATIESAMIENTO
NOTACION
A = Factor determinado de la gráfica (página 40) del material usado para el anillo
atiesador.
As = Area de sección transversal del anillo atiesador, pulgZ
Do = Diámetro exterior del casco, pulg
E = Módulo de elasticidad del material(ver gráfica de la página 41)
I s = Momento de inercia requerido del anillo atiesador respecto a su eje neutro,
paralelo al eje del casco, pulg4
1; = Momento de inercia requerido del anillo atiesador combinado con la sección
del casco que se tome como contribuyente al momento de inercia. Ancho de
la sección del casco 1.10 .,jDJ pulg4
Ls = Suma de la mitad de las distancias a ambos lados del anillo atiesador, desde la
línea de centros del anillo hasta (1) el siguiente anillo atiesador, (2) la línea de
la cabecera sítuada a 1/3 de su altura, (3) una conexión de chaqueta o (4) la
unión del cono con el cilindro, pulg
P = Presión externa de diseño, Ib/pulgZ
t = Espesor mínimo requerido de la pared del casco, pulg
I. Seleccione el tipo de anillo atiesador y determine el área de su sección transver-
sal, A.
n. Suponga el número de anillos requeridos y distribúyalos igualmente entre la sec-
ción encamisada, la unión de cono a casco o la línea de la cabeza situada a 1/3
de su profundidad y determine la dimensión, Ls'
IlI. Calcule el momento de inercia del anillo seleccionado o el momento de inercia
del anillo combinado con la sección del casco (ver página 93).
IV. El momento de inercia de un anillo atiesador circunferencial no deberá ser me-
nor que el que se obtiene por una de las fórmulas siguientes:
I'=. D,/L.(t+AslL.)A 1 _ D,,~L.(t+A./L.)A
• 10.9 .- 14
El valor de A se determina por medio del procedimiento siguiente:
l. Calcule el factor B mediante la fórmula:
B = 3/4 [ PDQ J
t +As/Ls
2. En la gráfica aplicable de material (páginas 41-45) con el valor de B siga hori-
zontalmente hasta la curva de temperatura de diseño. Cuando B sea menor de
2500, A puede calcularse mediante la fórmula:
A = 2B/E.
3. Desde el punto de intersección, siga verticalmente hasta la línea inferior de la
gráfica y lea el valor de A .
4. Calcule el momento de inercia requerido utilizando las fórmulas antes indicadas.
Si el momento de inercia del anillo o de la combinación del anillo con la sección del
casco es mayor que el momento de inercia requerido, la rigidez del casco es satisfac-
toria. De lo contrario debe seleccionarse un anillo atiesador con un momento de iner-
cia mayor o debe aumentarse el número de anillos.
Anillos atiesadores para recipiente encamisado: Norma UG-29 (f)
•
39
EJEMPLOS
DATOS DE DISEÑO:
P = 15 Ib/pulgZ presión externa de disefto.
Do = 96 pulg diámetro exterior del casco.
Longitud del recipiente de linea tangencial a línea tangencial: 48 pies Opulga-
das = 576 pulg
Cabezas: 2: l elipsoidales
Material del anillo atiesador: SA-36
Temperatura: 500°F
E = Módulo de elasticidad del material: 27,000,000 Ib/pulg2 @ 500°F (ver gráfica
de la página 41)
t = Espesor del casco: 0.500 pulg
on-
~
"'t
\O-
on-
~
ClO
~..,.
-,--,-~,
\O-
~..,.
-.----,.....-;0-
-
1. Se selecciona un ángulo de 6 x 4 5/16.
As = 3.03 pulgZ
n. Con 2 anillos atiesadores igualmente
espaciados a un tercio de las profundi-
dades de las cabezas (ver figura), L s =
196 pulg
III. Momento de inercia del ángulo selec-
cionado: 11.4 pulg
1. Valor del factor B:
B =3/4 [PDo /( t +A,/L, )] =
3/4 ~5 x 96/(0.5 + 3.03 / 196~
= 2095
2. Como el valor de B es menor de
2500,
A = 2B/E. =
2 x 2095/27,000,000 = 0.00015
IV. Momento de inercia requerido:
lDo2L,(t + A,/ L,)A] 962 x 196 x (0.5 + 3.03 / 196) x 0.00015
1, - 14 = 14 - 9.97 pult
Como el momento de inercia requerido (9.97 pulg') es menor que el momento
de inercia del ángulo seleccionado (11.4 pulg') el recipiente está atiesado ade-
cuadamente.
Los anillos atiesadores pueden estar sujetos a deformaciones laterales. Esto
.debe tomarse en cuenta además del movimiento de inercia requerido.
Ver páginas 93-95 para los cálculos del anillo atiesador.
40
50.0
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~1 ~1 001 ~1 ~
FACTOR A
VALORES DEL FACTOR A QUE SE USAN EN LAS
FORMULAS PARA RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESION EXTERNA
4.000
3,500
3.000
25.000
20000
18.000
16.000
14.000
I
12.000
10.000
9.000
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7.000
6.000
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.0001 .001 .01 .,
FACTOR A
.00001
VALORES DEL FACTOR B
QUE SE EMPLEAN EN LAS FORMULAS PARA RECIPIENTES SUJETOS A PRESION EXTERNA
Los valores de esta gráfica son aplicables cuando el recipiente está fabricado de acero al carbono y la resistencia a la f1uencia
especificada es de 30 000 Ib/puli o mayor. A esta categoria pertenecen los materiales siguientes de uso más frecuente:
SA-283 C SA-515} SA-53-B Tipo 405 } ..
SA-285 C SA-516 Todos los grados SA-I06B Tipo 410 Aceros moxldables
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I 111
hasta 100 F
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E = 25.9 x 1()6 ........
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E = 22.4 x 1()6.......... VE = 20.3 x 1()6~
Fig. UHA·28.1*
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2 3 456789
.0001
2 3456789
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FACTOR A
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2 3456789
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VALORES DEL FACTOR B
QUE SE EMPLEAN EN LAS FORMULAS PARA RECIPIENTES SUJETOS A PRESION EXTERNA
*Los valores de esta gráfica son aplicables cuando se fabrica el recipiente con acero austenitico (I8Cr-8Ni, tipo 304) (tabla 1 de la página 160)
hasta 100 F
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2 3456789
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FACTOR A
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2.500
VALORES DEL FACTOR B
QUE SE EMPLEAN EN LAS FORMULAS PARA RECIPIENTES SUJETOS A PRESION EXTERNA
*Los valores de la gráfica son aplicables cuando se fabrique el recipiente con acero austenítico (l8Cr-8Ni-Mo. tipo 316) (tabla 3 de la página 160)
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E = 25,9 x 106_' "Iv
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FACTOR A
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J--+---1I--H-f-HH-+++--I---+--+-f-++-H+I-t---+--1--1-+-+-+++++t__--::%:o...-+-f:::r-lHI-++~14,000
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1---+-I-H-+-HH-+++--I-+++-+++-I+H--.....-+7""FH-+-t-1H-+++--t--+~.., ....=400 F++-+++-I 10,000
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1--+--+--+-+-+-+-1I-++-HI---+--+-++--+-+lt"-bol4-H--+-+-H---.,H....-+¡...~oH==..........~+~~""'T--t-800--;-F-+-+-++H 8,000
J--+-I--H-f-HH-+++--I--+-+-f-+--l-+4-1-H--+--+-+-i,.,--:;;o,¡.....:MH--Y-....,:::...-I--+......,4=;;...:..1I-+-I-H-I 7,000
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VALORES DEL FACTOR B
QUE SE EMPLEAN EN LAS FORMULAS PARA RECIPIENTES SUJETOS A PRESION EXTERNA
*Los valores de la gráfica son aplicables cuando se fabrique el recipiente con acero austenítico (18Cr-8Ni-o.03 máx. de carbono, tipo 304L) (tabla 2 de la página 160)
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hasta 100 F
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2 3 4 5 6789
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2 3456789
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VALORES DEL FACTOR B
QUE SE EMPLEAN EN LAS FORMULAS PARA RECIPIENTES SUJETOS A PRESION EXTERNA
*Los valores de la gráfica son aplicables cuando se fabrique el recipiente con acero austenitico (ISCr-SNi-Mo-O.03 máx. de carbono. tipo
316L Y3I7L) (tabla 4 de la página 160)
46
PRESION EXTERNA
CONSTRUCCION DE LOS ANILLOS ATIESADORES
LOCALIZACION
Los anillos atiesadores pueden colocarse en el interior o en el exterior de un recipiente.
FORMA DE LOS ANILLOS
Los anillos pueden ser de sección rectangular o de sección de cualquier otra forma.
CONSTRUCCION
Para construir anillos atiesadores de sección compuesta, es preferible usar placas en lugar de
perfiles estructurales estándar. Esto se recomienda no sólo por la dificultad de curvas a los
perfiles estructurales pesados, sino también por la dificultad que representa ajustar el anillo a
la curvatura del casco. Para recipientes de gran diámetro, el curvado defectuoso (ovalamiento)
máximo permitido puede resultar en un hueco o entrehierro de 1 a 2 pulgadas entre el casco y
el anillo. Esto puede evitarse si el miembro vertical del anillo se corta de una placa tomándolo
por secciones. Las secciones pueden cortarse con soplete en vez de laminarse y luego pueden
soldarse a tope en su posición.
ORIFICIOS DE PURGA Y PARA VENTILACION
Los anillos atiesadores colocados en el interior de cascos horizontales tienen un agujero en la
parte inferior para purga y otro en la parte superior para ventilación. Prácticamente la mitad
de un diámetro de 3 pulgadas en el agujero del fondo y un agujero de l Y2 pulgadas de diáme-
tro en la parte superior es satisfactorio y no afecta las condiciones de esfuerzo. Figura A.
Para el arco máximo de casco que no está soportado debido a la separación entre el casco y el
anillo atiesador, véase el Código, Figura UG.29.2.
SOLDADURA
De acuerdo a las normas ASME (UO 30): los anillos atiesadores pueden sujetarse al casco por
soldadura continua o intermitente. La longitud total de la soldadura intermitente en cada la-
do del anillo atiesador deberá ser:
l. Para anillos exteriores, no menor de la mitad de la circunferencia exterior del
recipiente;
2. Para anillos interiores al recipiente, no menor de la tercera parte de la circun-
ferencia del recipiente.
En donde deba dejarse margen por corrosión, el anillo atiesador se sujetará al casco con solda-
dura continua de filete o de sello. ASME. Norma (UG.30.)
Figura A
Espaciamiento máximo
12 t para anillo interno
8 t para anillo externo1
l~
FiguraB
EJEMPLO: ANILLOS EXTERIORES
ANILLOS INTERIORES
v." x 3" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.
114" x 2" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.
46
PRESION EXTERNA
CONSTRUCCION DE LOS ANILLOS ATIESADORES
LOCALIZACION
Los anillos atiesadores pueden colocarse en el interior o en el exterior de un recipiente.
FORMA DE LOS ANILLOS
Los anillos pueden ser de sección rectangular o de sección de cualquier otra forma.
CONSTRUCCION
Para construir anillos atiesadores de sección compuesta, es preferible usar placas en lugar de
perfiles estructurales estándar. Esto se recomienda no sólo por la dificultad de curvas a los
perfiles estructurales pesados, sino también por la dificultad que representa ajustar el anillo a
la curvatura del casco. Para recipientes de gran diámetro, el curvado defectuoso (ovalamiento)
máximo permitido puede resultar en un hueco o entrehierro de 1 a 2 pulgadas entre el casco y
el anillo. Esto puede evitarse si el miembro vertical del anillo se corta de una placa tomándolo
por secciones. Las secciones pueden cortarse con soplete en vez de laminarse y luego pueden
soldarse a tope en su posición.
ORIFICIOS DE PURGA Y PARA VENTILACION
Los anillos atiesadores colocados en el interior de cascos horizontales tienen un agujero en la
parte inferior para purga y otro en la parte superior para ventilación. Prácticamente la mitad
de un diámetro de 3 pulgadas en el agujero del fondo y un agujero de l Y2 pulgadas de diáme-
tro en la parte superior es satisfactorio y no afecta las condiciones de esfuerzo. Figura A.
Para el arco máximo de casco que no está soportado debido a la separación entre el casco y el
anillo atiesador, véase el Código, Figura UG.29.2.
SOLDADURA
De acuerdo a las normas ASME (UO 30): los anillos atiesadores pueden sujetarse al casco por
soldadura continua o intermitente. La longitud total de la soldadura intermitente en cada la-
do del anillo atiesador deberá ser:
l. Para anillos exteriores, no menor de la mitad de la circunferencia exterior del
recipiente;
2. Para anillos interiores al recipiente, no menor de la tercera parte de la circun-
ferencia del recipiente.
En donde deba dejarse margen por corrosión, el anillo atiesador se sujetará al casco con solda-
dura continua de filete o de sello. ASME. Norma (UG.30.)
-
Figura A
Espaciamiento máximo
12 t para anillo interno
8 t para anillo externo1
1=4
FiguraB
EJEMPLO: ANILLOS EXTERIORES
ANILLOS INTERIORES
v." x 3" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.
114" x 2" long. sold. de filete a cada 6" entre centros.
GRAFICA PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED
DE RECIPIENTES SUJETOS A YACIO COMPLETO
Utilizando la gráfica pueden evitarse los tanteos con diferentes espesores supuestos.
La gráfica está desarrollada de acuerdo al método de diseño de las normas ASME,
sección VIII, división l.
47
.65
.60
.55
t t
.50
.45
.40
.35
.30
.25
.20
.1 S
.10
.05
.00
300°F
500 °F
700°F
'1-
800 °F
900°F
JO 20 30 40 SO 60 70 80 90 100 110 120 130140 ISO 160170 180 190200
CABEZAS ESFERICAS, ELIPSOIDALES, BRIDADAS y ALABEADAS
(Resistencia especificada a la fluencia 30 000 a 38 000 lb/pulgl, inclusive)
Para hallar el espesor de cabeza requerido: l. Determine R, 2. Entre a la gráfica con
el valor de R, 3. Siga verticalmente hasta la línea de temperatura, 4. Siga horizontal-
mente y lea 1.
t Espesor decabeza requerido, pulg.
R Para cabezas hemisféricas, el radio interior, pulg.
Para cabezas elipsoidales 2:1, O.9x Do
Para cabezas bridadas y alabeadas, el radio interior de la corona, pulg Rmáx. = Do
D" Diámetro exterior de la cabeza, pulg.
48
GRAFICAS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED
PARA RECIPIENTES SUJETOS A YACIO COMPLETO
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CASCO CILINDRIDO
(La explicación aparece en la página siguiente)
GRAFICA PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED
PARA RECIPIENTES SOMETIDOS A YACIO TOTAL
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t = ESPESOR DE CASCO REQUERIDO, PULO.
CASCO CILlNDRICO
(Esfuerzo de cedencia especificado: 30000 a 38 000 Ib/pulg2, inclusive)
Para hallar el espesor de casco requerido:
l. Localice el valor de L en la gráfica inferior (página 48).
2. Siga horizontalmente hasta la curva que representa Do.
3. Siga verticalmente a la línea de temperatura.
4. Siga horizontalmente y lea la relación Doft.
5. Localice el valor Dolt en la gráfica de esta página.
6. Siga horizontalmente hasta la curva de D.
7. Siga verticalmente hacia abajo y lea el valor de t.
NOTACION
t Espesor requerido de casco, pulg.
Do Diámetro exterior del casco, pulg.
L Longitud del recipiente o sección del recipiente, tomada entre la mayor de las siguientes:
l. Distancia entre las líneas de tangencia de las cabezas más un tercio de la profundidad de
las cabezas si no se emplean anillos de atiesamiento, pulg.
2. Distancia máxima entre dos anillos atiesadores adyacentes cualesquiera, pulg.
3. Distancia del centro del primer anillo atiesador a la línea de tangencia de la cabeza más
un tercio de la profundidad de la cabeza, pulg.
Las gráficas se tomaron de:
Logan, P. J., "Based on New ASME Code Addenda... Chart Finds Vessel Thickness," HYDROCARBON PRO-
CESSING, 55 No. 5, Mayo de 1976, p. 217.
Logan, P. J., "A Simplified Approach to... Pressure Vessel Head Design," HYDROCARBON PROCESSING,
55 No. 11, Noviembre de 1976, p. 265.
Copyright de la Gulf Publishing Co., Houston. Usadas con permiso.
50
DISEÑO DE TORRES ALTAS
CARGA POR VIENTO
Las torres sujetas al empuje del viento se consideran como vigas en voladizo con carga uniforme.
El cálculo de la carga por viento se basa en la norma A58.1-1982 de ANSI. Si las características
del terreno y los registros locales indican que las velocidades del viento en 50 años a una altura
estándar son mayores que las que se indican en el mapa, dichos valores mayores deberán conside-
rarse como la velocidad del viento mínima básica.
La velocidad del viento mínima básica para determinar la presión de diseño del viento se tomará
de los mapas de velocidad del viento de las páginas siguientes.
La presión de diseño del viento se determina para cualquier altura mediante la siguiente fórmula
donde
P presión de diseño del viento, lb/pie2
qs presión de estancamiento del viento a la altura estándar de 30 pies tal como fue tabulada.
Velocidad básica del viento, mph 70 80 90 100 110 120 130
Presión qs' lb/pie 2 13 17 21 26 31 37 44
Cq Coeficiente de presión (factor de forma):
Torres cuadradas o rectangulares 1.4
Torres hexagonales u octagonales " 1.1
Torres redondas o elípticas 0.8
(Si hay cualquier equipo conectado a la torre, se recomienda incrementar Cq hasta 0.9
para recipientes cilíndricos.)
Ce Altura combinada, exposición y coeficiente del factor por ráfagas como se ha tabulado:
Altura sobre Coeficiente Ce
el piso. pies Exposición C Exposición B
0- 20 1.2 0.7
20- 40 1.3 0.8
40- 60 1.5 1.0
60-100 1.6 1.1
100-150 1.8 1.3
150-200 1.9 1.4
200-300 2.1 1.6
300-400 2.2 1.8
La exposición C representa la más severa, en terreno plano y generalmente abierto, que se extiende
media milla o más desde donde se localiza la torre. Las grandes plantas petroquímicas están en
esta categoría. La exposición B es para un terreno en el cual hay construcciones, bosques o irregu-
laridades en el suelo de 20 o más pies de altura que cubre 20 por ciento de área, extendiéndose
una milla o más desde donde se ubica la torre.
•
+
51
DISEÑO DE TORRES ALTAS
CARGA POR VIENTO
(Continuación)
EJEMPLO
Calcular la presión del viento, P, para una torre cilíndrica de 100 pies a diferentes alturas de la
torre si ésta se instalará en Alaska donde la velocidad del viento mínima básica es de 100 mph.
Altura, pies
0-20
20-40
40-60
60-100
Cálculo del área de proyecto, A
qs
26
26
26
26
Ce
0.7
0.8
1.0
1.1
A=DxH
Cq
0.8
0.8
0.8
0.8
P
14.56
16.64
20.80
22.88
donde D = diámetro exterior de la torre con aislamiento y holgura para tubería; y H = altura de
la torre.
El área de la escalera marina con protección puede ser aproximadamente de 1 pie2 por pie lineal.
Area de la plataforma: 8 pies2 •
Los usuarios de los recipientes utilizan, por lo general, las especificaciones de los fabricantes para
la presión del viento sin referirse a las alturas de la torre o regiones del mapa. Por ejemplo: 30
lb por pie2• Este valor es el que se debe considerar como presión uniforme en todo el recipiente.
La presión total del viento sobre una torre es el produ~to de la presión unitaria por el área de pro-
yecto de la torre. Con una buena distribución del equipo el área expuesta al viento se puede reducir
considerablemente. Por ejemplo, localizando la escalera a 90° de la línea de vapor.
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52
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GOLFO DE ME
---E;3-Velocidad básica del viento: 70 mph 1\1 Región
NOTAS: 1. Los valores son las velocidades más rápidas a 33 pies sobre el suelo en el caso de la categoría
de exposición e y se asocian con una probabilidad anual de 0.02. \
2. La interpolación lineal entre las curvas de velocidad del viento es aceptable.
3. Se recomienda precaución al usar las curvas de velocidad del viento en las regiones montañosas
de Alaska. \
4. La velocidad del viento para Hawaii es de 80 millas/hora, y para Puerto Rico de 95 millas/hora.
5. Si los registros locales indican velocidades del viento superiores para 50 años, deberán utilizarse éstas.
6. Se puede suponer que la velocidad del viento es constante entre la costa y la curva más cercana---=..,..-----tlerra adentro. .;..
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2. La interpolación lineal entre las curvas de velocidad del viento es aceptable.