Criterios de Diseño de Equipos y Tuberias

Elaborado por: Alexander Velasco

CRITERIOS DE DISEÑOCRITERIOS DE DISEÑOCRITERIOS DE DISEÑOCRITERIOS DE DISEÑO

TEMPERATURA Y PRESIÓN DE DISEÑOTEMPERATURA Y PRESIÓN DE DISEÑOTEMPERATURA Y PRESIÓN DE DISEÑOTEMPERATURA Y PRESIÓN DE DISEÑO

1. DEFINICIONES Y CRITERIOS GENERALES1. DEFINICIONES Y CRITERIOS GENERALES1. DEFINICIONES Y CRITERIOS GENERALES1. DEFINICIONES Y CRITERIOS GENERALES

1.11.11.11.1 Temperaturas de operación (Top.; Top.máx.; Top.mín.)Temperaturas de operación (Top.; Top.máx.; Top.mín.)Temperaturas de operación (Top.; Top.máx.; Top.mín.)Temperaturas de operación (Top.; Top.máx.; Top.mín.) Temperatura de operación (Top.).- es la temperatura del fluido del proceso prevista para operación normal. Temperatura de operación máxima (Top.máx.).- es la temperatura del fluido de proceso más elevada prevista para todo tipo de desviaciones de la operación normal.

Temperatura de operación mínima (Top.mín.).- es la temperatura del fluido de proceso más baja prevista para todo tipo de desviaciones de la operación normal. Temperatura crítica de exposición (Tc.e.).- es la mínima temperatura de operación para una presión mayor al 25% de la presión de diseño. Esto ocurre normalmente en arranques a la mínima temperatura ambiente, a menos que exista otra fuente de menor temperatura.

�� = ��.�í[email protected]��

Temperatura mínima de prueba hidrostática (Tmín.hd.).- es la temperatura más baja a ser utilizada para el agua en una prueba hidrostática.

��í.��. = ��.�. + 6ºC(11ºF)para espesores � ≤ 2��. (50mm)

��í.��. = ��.�. + 17ºC(31ºF)para espesores � > 2��. (50mm) 1.21.21.21.2 Temperatura de diseño (Td)Temperatura de diseño (Td)Temperatura de diseño (Td)Temperatura de diseño (Td) La temperatura de diseño para equipos y tuberías se define generalmente como la temperatura correspondiente a la más severa condición de temperatura y presión coincidentes, a la que va estar sujeto el sistema. Se utiliza para el diseño mecánico de equipos y tuberías y para selección de materiales. Criterio general:

��.��#$% = ��.�á'. + 10ºC(18ºF)temperatura de diseño recomendada

��.��#$% = ��.�á'.temperatura de diseño mínima


1.31.31.31.3 Presiones de operación (PPresiones de operación (PPresiones de operación (PPresiones de operación (Pop.; Pop.máx.; Pop.mín.)op.; Pop.máx.; Pop.mín.)op.; Pop.máx.; Pop.mín.)op.; Pop.máx.; Pop.mín.) Presión de operación (Pop.).- es la presión a la cual los equipos o tuberías están expuestos durante operación normal. Presión de operación máxima (Pop.máx.).- es la presión del fluido de proceso más elevada prevista para todo tipo de desviaciones de la operación normal. Presión de operación mínima, vacío, (Pop.mín.).- es la presión del fluido sub-atmosférica más baja prevista para todo tipo de desviaciones de la operación normal. Presión de prueba hidrostática.- es la presión aplicada al equipo o tubería durante la prueba hidrostática. La mínima y la máxima presión permisible para la prueba depende del código utilizado. 1.41.41.41.4 Presión de diseño (Pd.)Presión de diseño (Pd.)Presión de diseño (Pd.)Presión de diseño (Pd.) La presión de diseño se define normalmente como la presión interna o externa utilizada para determinar el espesor mínimo de una tubería o recipiente. La presión de diseño generalmente se selecciona como el mayor valor numérico de los siguientes casos:

��.��#$% = 1,1*��.�á'.para equipos y tubería (presión de diseño recomendada)

��.��#$% = ��. + 25�+,�.para equipos y tubería (presión de diseño recomendada)

Esta regla aplica cuando se utiliza una válvula de alivio de seguridad convencional. Para nuevos proyectos, generalmente la presión de ajuste de la válvula de alivio es igual a la presión de diseño del equipo o tubería instalado:

��.��#$% = �$-./#�presión mínima de diseño para equipos y tubería


2. DEFINICIONES Y CRITERIOS ESPECÍFICOS2. DEFINICIONES Y CRITERIOS ESPECÍFICOS2. DEFINICIONES Y CRITERIOS ESPECÍFICOS2. DEFINICIONES Y CRITERIOS ESPECÍFICOS

2.12.12.12.1 Temperatura de diseño de equipos (Td.eq.)Temperatura de diseño de equipos (Td.eq.)Temperatura de diseño de equipos (Td.eq.)Temperatura de diseño de equipos (Td.eq.)

2.1.1. Para temperaturas de operación: ��. ≤ 400ºC

Cuando NO se dispone de la temperatura máxima de operación:

��.��#$% = ��. + 28ºC(50ºF)

Cuando se dispone de la temperatura máxima de operación, aplica el criterio general (ítem 1.2)

2.1.2. Para temperaturas de operación: ��. > 400ºC

Para estas condiciones, las características mecánicas y costos del material se ven afectados. Por lo que se debería considerar otras alternativas técnicas y económicas, como aislamientos o aleaciones especiales.

2.1.2.1 Recipientes a presión • Aislamiento externo de recipientes.- las bridas de las boquillas normalmente no se aíslan, por lo que la temperatura de diseño de esas bridas se puede reducir con respecto a la temperatura de diseño del fluido:

��.��#$% = 0,9*��.2%.3��para bridas no aisladas externamente Si las bridas de las boquillas se encuentran aisladas:

��.��#$% = ��.2%.3��para bridas aisladas externamente

• Aislamiento interno de recipientes.- normalmente se utiliza el aislamiento interno para reducir la temperatura de diseño del metal con respecto a la temperatura del fluido o proceso y disminuir corrosión por efecto de la misma temperatura. Es recomendado para temperaturas mayores a 538ºC (1000ºF), y para temperaturas menores a este valor se utiliza revestimiento de aislamiento interno.

��.��#$% = 343ºC(650ºF)Para evitar efectos de puntos calientes

Esto aplica especialmente para acero al carbono y aceros de baja aleación, esto no se aplica estrictamente para recipientes diseñados en condiciones de vacío. 2.1.2.2 Tanques de almacenamiento • Almacenamiento atmosférico.- la temperatura de diseño es igual a la temperatura máxima de operación, sea ésta máxima ambiental o máxima del fluido, la que sea mayor.

��.��#$% = ��.�á'.Temperatura de diseño mínima

• Almacenamiento con refrigeración.- la temperatura de diseño es igual o ligeramente menor a


la temperatura mínima de almacenamiento.

��.��#$% = ��.�í. − 5ºC(9ºF)Temperatura de diseño recomendada

��.��#$% = ��.�í.Temperatura de diseño mínima

2.1.2.3 Otras consideraciones sobre temperatura de diseño

Para materiales no ferrosos como aluminio y aluminio-bronce se debe tener cuidado en seleccionar el material para temperaturas de diseño mayores a 38ºC, esto porque la resistencia del material decrece rápidamente con la temperatura.

2.1.3. Para temperaturas criogénicas y de baja temperatura.

A baja temperatura, dependiendo del material a usar, los materiales de los equipos pueden fallar por fragilidad. Esto se determina con una prueba de impacto (charpy) a las condiciones de temperatura mínima de exposición (Tce). Por lo que, es importante especificar también la temperatura crítica de exposición además de la temperatura de diseño. Los diseños criogénicos por debajo de -101ºC (-150ºF) requieren el uso de materiales con resistencia adecuada. Los materiales típicos son el acero inoxidable, el aluminio o materiales con 5 a 9% de níquel, los cuales tienen una resistencia adecuada hasta -165ºC (-265ºF).

2.1.4. Criterios para establecer la temperatura crítica de exposición (Tce)

2.1.4.1 Tipo de equipo.- Tomar en cuenta si se encuentra a una temperatura ambiente o es de servicio criogénico. 2.1.4.2 Economía.- hay que determinar la temperatura más económica del material a la temperatura de operación para Tce. 2.1.4.3 Temperatura ambiente.- establecer temperaturas mínimas ambientales 2.1.4.4 Aislamiento.- deben ser tratados separadamente. 2.1.4.5 Ensuciamiento.- sobre todo en equipos de intercambio de calor que disminuye la transferencia de calor. 2.1.4.6 Autoenfriamiento.- considerar enfriamiento por despresurización de líneas de gas. 2.1.4.7 Enfriamiento brusco.- considerar enfriamiento brusco pordespresurización de válvulas de alivio y seguridad en procesos a baja temperatura de proceso. 2.1.4.8 Pruebas hidrostáticas.- es importante su consideración en fase de diseño para tanques y esferas de almacenamiento. Para los demás casos no es importante considerar esta temperatura.

2.2 2.2 2.2 2.2 Temperatura de diseño de tuberías para el metal (Td.tub.) Temperatura de diseño de tuberías para el metal (Td.tub.) Temperatura de diseño de tuberías para el metal (Td.tub.) Temperatura de diseño de tuberías para el metal (Td.tub.) En general, los criterios anteriores aplican también para tuberías, con unas leves modificaciones que se presentan a continuación. 2.2.1 Tubería aislada externamente La temperatura de diseño del metal debe ser la temperatura de operación máxima del fluido.

��.��#$% = ��.�á'.Temperatura de diseño mínima


2.2.2 Tubería sin aislante externo y sin recubrimiento interno La temperatura de diseño del metal debe ser la temperatura de operación máxima del fluido, reducida en las siguientes fracciones:

��.��#$% = 0,95*��.�á'.para tubería, accesorios para soldar y válvulas

��.��#$% = 0,90*��.�á'.para bridas de líneas y accesorios

2.2.3 Tuberías con recubrimiento y aislamiento interno La temperatura de diseño del metal debe basarse en la experiencia de diseños anteriores o cálculo teóricos. 2.3 2.3 2.3 2.3 Presión de diseño de equipos (Pd.metal) Presión de diseño de equipos (Pd.metal) Presión de diseño de equipos (Pd.metal) Presión de diseño de equipos (Pd.metal) 2.3.1 Equipos a presión (para que caigan dentro de ASME, Pd>15psig) 2.3.1.1 Recipientes

��.��#$% = 16�+,�.mínima presión de diseño para recipientes ASME

En algunas ocasiones, por cuestiones económicas y de fabricación es deseable especificar presiones de diseño menores a 16 psig.

2.3.1.2 Cabezal estático Se debe especificar la presión hidrostática de aporte en los recipientes, producto del nivel máximo de fluido al cual se encuentran, para que sea considerado en el diseño del recipiente. 2.3.1.3 Recipientes no llenos de líquido

Para recipientes que contienen vapor y líquido (dominantemente llenos de vapor), se recomienda usar:

��.��#$% = ��.�á'. + 25�+,�.para ��.�á'. ≤ 247�+,�.

��.��#$% = 1,1*��.�á'.para 247�+,�. < ��.�á'. ≤ 580�+,�.

��.��#$% = ��.�á'. + 58psig.para 580�+,�. < ��.�á'. ≤ 1160�+,�.

��.��#$% = 1,05*��.�á'.para ��.�á'. > 1160�+,�.

2.3.1.4 Recipientes llenos de líquido

La presión de diseño debe ser al menos la presión de bloqueo de la bomba de alimentación al tanque, si el mismo puede ser bloqueado y no disponga de conexiones de escape de fluido como reboses y venteos.

��.��#$% = �/�.#��:�.��Presión de diseño mínima


2.3.1.5 Baja presión (P.op. < 250 psig y operación estable) La presión de diseño puede ser el mayor valor entre:

��.��#$% = 1,1*��.�á'.presión de diseño recomendada

��.��#$% = ��. + 15�+,�.presión de diseño recomendada

2.3.2 Equipos a vacío

Sea que el equipo vaya a operar en un vacío parcial o total, el diseño debe hacerse para vacío total. Existen excepciones a esta regla y deberá confirmarse de acuerdo al código de diseño que aplique.

2.4 Presión de diseño de tuberías (Pd.tub.)2.4 Presión de diseño de tuberías (Pd.tub.)2.4 Presión de diseño de tuberías (Pd.tub.)2.4 Presión de diseño de tuberías (Pd.tub.) 2.4.1 Tuberías protegidas por alivio de presión La presión de diseño debe ser igual a la de ajuste de la válvula de alivio.

��.��#$% = �$-./#�Presión de diseño mínima

2.4.2 Tuberías no protegidas por alivio de presión La presión de diseño debe ser la máxima presión de operación que se puede desarrollar en el sistema, producto de la falla de una válvula de control, bloqueo de una bomba, etc. y sumado el aporte de cabezal estático si aplica.

��.��#$% = ��.�á'. + ��/#á#3�$Presión de diseño recomendada

2.4.2.1 Sistema de tubería con bomba centrífuga, sin protección por alivio de presión. Como una aproximación para diseños nuevos (hasta que se confirme con el suplidor de la bomba) se tiene que la presión de diseño es:

��.��#$% = 1,2*�;< + ��á'./.��3ópresión de diseño recomendada

La presión máxima de succión normalmente se traduce en la máxima presión hidrostática del recipiente que alimenta a la bomba. 2.4.2.2 Tuberías a baja presión (Pop. < 15 psig) La presión de diseño de tuberías que operan a presiones menores a 15 psig deben ser por lo menos igual a la presión de operación más 2 psig, pero no menor a 16 psig. Por lo que se debe tomar el mayor valor entre:

��.��#$% = ��. + 2�+,�presión de diseño recomendada

��.��#$% = 16�+,�presión de diseño recomendada

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