1. DISEÑO BASICO DE EQUIPOS Y
PIPING PARA PLANTAS
INDUSTRIALES CON CADWORX
Presentado por:
Fredy Toapanta
ftoapanta10@gmail.com
fredyy_9@yahoo.com
2012
2. INTRODUCCIÓN
Dentro de la formación multidisciplinar de la
ingeniería mecánica, es un campo muy
fundamental la industria Petroquímica donde se
desenvuelven profesionales en el campo como
proyectistas dentro de un proceso de ingeniería
que abarca la ingeniería básica, conceptual y de
detalle.
3. CLASIFICACIÓN DEL CÓDIGO A.S.M.E.
• Sección I Calderas de Potencia
• Sección II Especificación de Materiales
• Sección III Requisitos generales para División 1 y División 2
• Sección IV Calderas para Calefacción
• Sección V Pruebas no Destructivas
• Sección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación
de Las Calderas de Calefacción
• Sección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de
Potencia
• Sección VIII Recipientes a Presión
• Sección IX Calificación de Soldadura
• Sección X Recipientes a Presión de Plástico reforzado en fibra de
Vidrio
• Sección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares
4. NORMAS ASME DE TUBERÍAS
• B31.1 Power Piping
• B31.3 Process Piping
• B31.4 Pipeline Transportation Systems for
Liquid Hydrocarbons and Other Liquids
• B31.5 Refrigeration Piping
• B31.8 Gas Transmission and Distribution
Piping Systems
• B31.9 Building Services Piping
• B31.11 Slurry Transportation Piping
Systems
5. • B31.12 Hydrogen Piping and Pipelines
• B31.Q Pipeline Personnel Qualification
• B31.E Standard for the Seismic Design and
Retrofit of Above-Ground Piping Systems
• B31.G Manual for Determining the
Remaining Strength of Corroded Pipelines
• B31.J Standard Test Method for
Determining Stress Intensification Factors
• B31.T Standard Toughness Requirements
for Piping
6. NORMAS API
• API 650.- Welded Steel Tanks for Oil Storage
• API 620.- Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks
• API 14E.- Design & installation of offshore platform
piping.
• API 1104.- Welding of Pipelines and Related Facilities.
• API 12F.- Shop Welded Tanks, Storage of Production
Liquids
• API 5L.- Line Pipe.
• API 12D.- Field Welded Tanks, Storage of Production
Liquids.
• API 12J.- Specification for Oil and Gas Separator.
10. Sistema de Tuberías
• Materiales en Tubería.
Para condiciones cíclicas severas, sólo se puede usar las
siguientes tuberías de acero al carbono:
API 5L Grado A, B, sin costura, SAW, costuras rectas
API 5L, Grado X42, X46, X52, X56, X60, sin costura
ASTM A 53, A 333, sin costura
ASTM A 106, A 369, A 524.
ASTM A 381, A 671, A 672, A 691
12. CODO 90º, 45º ( ELBOW )
• De todos los accesorios, el codo es la más comun.
• Se utiliza para cambios de dirección en la tuberia, se
puede subir, bajar, girar, etc.
24. BRIDAS (FLANGE)
• Es el elemento que une dos componentes de un sistema de tuberías, permitiendo ser desmontado
sin operaciones destructivas, gracias a una circunferencia de agujeros a través de los cuales se
montan pernos de unión.
ASME B 16.5
Es la norma de bridas más utilizada en el mundo. lncluye bridas forjadas, fundidas o de chapa. Cubre
presiones de servicio, materiales, dimensiones, tolerancias, marcado, y pruebas para bridas. Se describen
todos los tipos en medidas de 1/2” hasta 24" en clases de presión 150 , 300, 400, 600, 900 y 1500 y de
1/2” a 12” en 2500 lbs.
API 6 A
Especificación creada para cabezas de pozo y árboles de navidad.
Incluye la normalización de bridas para junta con anillo, que son dimensionalmente intercambiables con
ASME B 16.5 pero agregan tolerancias para todas las medidas. Sin embargo al ser los materiales
prescriptos por API de mayor resistencia, en una unión API/ASME la presión máxima de servicio queda
limitada a la de la brida de menor prestación.
30. MATERIALES
ACERO AL
CARBONO
A105 A350LF2 A105NLC
ALEACION DE
CROMO
A182F5 A182F9 A182F22 A182F11
ACERO
INOXIDABLE
A182F304 A182F316/L A182F317L A182F321 A182F347
ALUMINIO 1100 2014 3003 6061 7075
EXOTICO HASTALLOY MONEL INCONEL INCOLLOY TITANIO
COBRE CU-NI BRONCE
PLASTICOS PVC HDPE CPVC C900
HIERRO DUCTIL HIERRO
FUNDIDO
Las bridas están disponibles en todos los materiales y
terminados para hacer juego con la aplicación de la tubería.
31. EMPAQUE ENTRE BRIDAS
• Las juntas espirometalicas se hacen con una cinta metálica espiral y se le coloca
un material suave como relleno, gracias a lo cual, puede brindar un sello muy
efectivo al estar comprimida entre las bridas. Estas juntas pueden incluir un anillo
centrador, un anillo interior o ambos, de acuerdo al tipo de brida a sellar.
32. EMPAQUE ENTRE BRIDAS
• Los Ring Joints son anillos metálicos precisamente mecanizasdos que son utilizados
como juntas sellantes en bridas RTJ, las cuales poseen un alojamiento especial
para los mismos.
• Estos rines son diseñados especialmente para aplicaciones donde se requiere un
sello que resista muy altas presiones de operación.
• El diseño de los rines cumplen las Normas ASME 16.20 Y API 6A
33. JUNTA ENTRE BRIDAS
Son elementos de unión para bridas los cuales se tiene de dos tipos:
Su selección esta en base al Rating de la brida y su calibre.
34. VALVULAS
• VALVULA DE BOLA
• También conocidas como de “esfera”, es un mecanismo que sirve para regular el
flujo de un fluido canalizado y se caracteriza por tener forma de esfera perforada.
35. • VALVULA DE COMPUERTA (gate)
• Son válvulas de aislamiento caracterizadas por realizar el cierre mediante un disco
de caras planas (cuña) que se desliza verticalmente sobre los asientos fijos de la
válvula situados en paralelo. Son válvulas bidireccionales, de gran capacidad y no
aptas para servicios de regulación.
36. • VALVULA DE GLOBO
• Son válvulas con diseño del cuerpo curvado para favorecer la circulación del fluido
y cuyo órgano de cierre es un disco que cierra contra un asiento.
37. • VALVULA CHECK(RETENCION)
• Las Válvulas de Retención son aquellas que accionadas por la propia presión del
fluido permiten el paso del mismo e impiden el retroceso del mismo hacia la parte
presurizada cuando la presión del sistema cesa. Son Válvulas unidireccionales que
abren en un sentido del flujo y son cerradas en el sentido opuesto del flujo
38. • VALVULA DE AGUJA
• Suelen usarse para instrumentos, ya que se logran estrangulamientos muy
precisos, usándose también en aplicaciones con grandes presiones y/o grandes
temperaturas.
39. • VALVULA MARIPOSA
• Las válvulas de Mariposa son válvulas que poseen un disco circular el cual es
girado sobre un eje obturando la sección de paso del conducto cuando está
perpendicular al eje de éste y dejando paso libre cuando está paralelo. El disco
consigue ángulos de aperturas parciales ó totales hasta 90º que permiten el paso
del fluido.
40. • VALVULA PLUG ( ENCHUFE)
La válvula de macho se usa en servicio de apertura/cierre y desviación de flujos.
Pueden ser utilizadas en fluidos con sólidos en suspensión.
41. Alcance del ASME B31.3
• Piping y componentes de piping. Para todos los fluidos de
servicio:
„Químicos en estado crudo, intermedios y finales „„Gas, aire,
vapor y agua „„
Sólidos fluidizados
„Fluidos criogénicos
• „Interconexiones con equipos paquetizados
42. DISEÑO POR PRESIÓN INTERNA
El espesor mínimo se calcula con la siguiente fórmula:
tm = t + c
Donde:
c = suma de todas las tolerancias: mecánicas, corrosión, erosión.
t = espesor de diseño por presión.
tm= espesor mínimo requerido incluyendo tolerancias.
Para tubería con t < D/6 :
Donde:
D = diámetro exterior (no nominal).
E = factor de calidad de junta (Tabla A-A1 o A-1B) Pag. (208-211)
P = presión interna de diseño
S = valor de esfuerzo admisible (Tabla A-1) Pag. (157-207)
Y = coeficiente (Tabla 304.1.1) Pag.(22)
W = factor de reducción de esfuerzos de la junta
soldada (1.0 hasta 950º F, 0.5 a 1,500º F)
43. TOLERANCIAS
• Las tolerancias por corrosión, erosión, o por resistencia mecánica deben
ser añadidas al espesor calculado.
Las tolerancias mecánicas
Incluyen las reducciones físicas de espesor por roscados o ranuras.
• La tolerancia mas común en las paredes de tubería recta es la de 12.5%.
• Esto significa que el espesor de la pared en cualquier sitio alrededor del
tubo, no puede ser menor que el 87.5% del espesor nominal de pared.
Corrosión y erosión (ASME VIII. DIV 1,UG-16)
Es la tolerancia que se le da a la tubería para asumir futuras perdidas de
espesor de pared.
• Comúnmente se usa 1/16(1.5mm) para acero al carbono.
• Dependiendo si el fluido es altamente corrosivo y /o abrasivo puede
usarse 1/8(3mm), o valores mayores, pero nunca mas de 1/4 (6mm)
45. Factor de reducción de resistencia de la junta
soldada, (W)
• El factor W aplica únicamente en áreas soldadas( no aplica para
tuberías sin costura).
• En ausencia de datos aplicables(Ej. Pruebas de Creep), en factor
W deberá ser tomado como 1 para temperaturas menores o
iguales a 510ºC(950ºF) y 0.5 para 815ºC(1500ºF) para todos los
materiales.
• El diseñador es el responsable por determinar W para
temperaturas sobre 815ºC(1500ºF).
46. Factor de corrección de espesor de pared (Y)
• Este coeficiente se toma en cuenta en función de las
propiedades del material y su temperatura de diseño.
47.
48. PROBLEMAS:
Calcular el espesor requerido para una tubería de 10 pulg, con una presión de
diseño de 24.13 Bar, y una temperatura de fluido de 650 ºF, la tubería utilizada
para este proceso es A 106 GR B, se considera un fluido altamente corrosivo.
Dentro de una locación se requiere el cambio de un tramo de tubería de 50 ft,
de longitud de 6 pulg. para lo cual el separador de producción indica en su
manómetro 900 Psi, con una temperatura de 200ºF, el material de la tubería
instalado es API 5L X52.
Indicar el listado de materiales requerido para el cambio de esta tubería.
49. ASME SECCION VIII. DIV. 1
En esta parte del código se establecen los requerimientos mínimos para el diseño, fabricación e
inspección y para obtener la certificación autorizada de la ASME para los recipientes a presión.
En base a esto se ha dividido en:
Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.
Subsección B. Requerimientos de fabricación
Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura.
Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado
Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de rellenono ferroso a
este proceso se le denomina "brazing"Subsección C. Requerimientos de materiales
Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.
Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos.
Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido.
Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimientotipo "lining".
Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil.
Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensiónmejoradas por
tratamiento térmico.
Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicanas.
Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles masaltos a bajas
temperaturas
52. PROBLEMAS
• Calcular espesores para un recipiente con las siguientes características:
El recipiente debe tener cabeza elipsoidal.
Presión de diseño: 90 Psig
Temperatura de diseño: 230 ºF
Diámetro interno: 42 pulg
Lss=3m
Material= SA-516-70
53. TANQUES DE ALMACENAMIENTO
• STANDAR A.P.I. 650, para tanques de almacenamiento a presión atmosférica
• STANDAR A.P.I. 620, para tanques de almacenamiento sometidos a presiones
internas cercanas a( 14 lb/ pulg2 ).
El estándar A.P.I. 650 sólo cubre aquellos tanques en los cuales se almacenan fluídos
líquidos y están construidos de acero con el fondo uniformemente soportado por una
cama de arena, grava, concreto, asfalto, etc
56. CALCULOS PARA EL DISEÑO DE ESPESORES DE LA EVOLVENTE
DEGUN API 650
57. • API Specification12D:
Es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el
campo para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades
estandarizadas entre 75 y 1500 m3.
• API Specification 12F:
Es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en taller para
almacenaje de líquidos de producción y con Capacidades estandarizadas
entre 13.5 y 75 m3.
