Calculo de refuerzo
• Cuando se calculan los refuerzos se debe:
Determinar el área total de refuerzo requerida. Determinar los limites del refuerzo (UG-40) Determinar las áreas de refuerzo disponibles.
Determinar el área de refuerzo a agregar o agregado según corresponda a cálculo o verificación.
El área requerida del refuerzo se encuentra en UG-37 (UG-37.1). En el mismo párrafo se
encuentran las fórmulas para cálculo de áreas de refuerzo disponibles y a agregar incluyéndose además definiciones y símbolos.
Términos utilizados en las fórmulas y ejemplos contenidos en el material:
A= Area de refuerzo requerido en el plano bajo consideración (ver en figura UG 37.1 las distintas áreas de refuerzo)
A1 = Area disponible para refuerzo por exceso de espesor en la pared del recipiente.
A2= Area disponible para refuerzo por exceso de espesor en la pared de la conexión (exterior al recipiente.
A3= Area disponible para refuerzo cuando la conexión penetra dentro del recipiente. A41, 42 y 43= Area transversal de las diversas soldaduras disponibles para refuerzo. A5= Area transversal del elemento agregado para refuerzo.
fr = Máximo 1. (Recomendado utilizar material del elemento de refuerzo agregado con
esfuerzo/tensión admisible igual o mayor que el de la pared del recipiente. Si esto no es posible puede utilizarse un material de menor resistencia pero incrementando el área requerida en proporción inversa a la relación de esfuerzos/tensiones admisibles de ambos materiales. (para mayores detalles ver UG 41.1en el código)
fr1 = Sn/Sv para conexiones insertadas a través de la pared del recipiente.
fr1=1 para conexiones que no penetran en el interior del recipiente y figuras UG-40; j, k, n y o.
fr2 = Sn/Sv.
fr3 = El menor de (Sp ó Sn)/Sv
fr4 = Sp/Sv
Sn = Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material de la conexión. Sv= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material del recipiente.
Sp= Esfuerzo/tensión admisible (S) para el material del elemento de refuerzo agregado. t= Espesor especificado para la pared del recipiente (Sin incluir Sobreespesores por formado
tn = es el espesor especificado para el cuello de la conexión menos el sobreespesor de
corrosión y tolerancia de espesor en menos para el caso de tubos. te = Espesor o altura del elemento de refuerzo.
ti= Espesor de pared de la proyección interior de la conexión.
tr= Espesor requerido para un cuerpo sin costura basado en esfuerzos circunferenciales o de un cabezal conformado, usando E=1 (aplican excepciones cuando la abertura está ubicada en
la parte esférica de un cabezal torisférico, en un cono o en un cabezal elíptico dentro de un círculo de diámetro 80% del diámetro del cuerpo con sus centros coincidentes)
trn= Espesor requerido para una conexión sin costura.
Rn= Radio interno corroído de la conexión bajo consideración.
d= diámetro interior de una abertura circular terminada o dimensión de una abertura no radial en el plano en consideración. (Ver figuras UG 37.1 y UG 40 y mayores detalles en UG 37)) D y R = Diámetro y Radios interiores del cuerpo (corroídos)
Dp= Diámetro exterior del elemento agregado para refuerzo. (puede excederse el máximo permitido pero no puede tomarse esto como crédito en el cómputo de áreas de refuerzo) W= Carga total soportada por las soldaduras de fijación
E= 1 (según definición para tr y trn)
E1= 1 Cuando la abertura está sobre la plancha o junta categoría B o igual a la eficiencia de junta de la tabla UW-12 cuando la abertura intercepta otro tipo de junta.
F= Factor de compensación por variación de esfuerzos por presión interior en diferentes planos respecto del eje del recipiente. F=1 para todas las configuraciones. Figura UG 37 puede utilizarse para aberturas integralmente reforzadas en cilindros y conos.
h= Altura de la proyección de la conexión en el interior del recipiente. (límites se establecen en UG 40)
• El área de refuerzo requerido para cualquier plano a través de la abertura o cabezal formado no debe ser menor del calculado con la siguiente fórmula:(Ver en la figura UG 37.1 las fórmulas aplicables para determinación de áreas de refuerzos):
(1
1)
2
n r rr
F
t
t
F
f
dt
A
=
+
−
La figura UG 37.1 ilustra configuraciones comunes de conexiones. No implica que prohibición de otras configuraciones permitidas por el código.
La figura muestra a la derecha una conexión insertada en el cuerpo del recipiente y a la izquierda una conexión que apoya en la parte exterior del mismo (abutting)
Las reglas de este parágrafo aplican a todas las aberturas excepto: 1) Aberturas pequeñas cubiertas por UG 36(c)(3) 2) Aberturas en cabezales planos cubiertas por UG 39.
3) Aberturas diseñadas como una reducción de sección cubiertas por UG 36(b)(2) (no tratadas en este material)
4) Grandes aberturas en cabezales conformados y cuerpos esféricos cubiertas por UG 36(b)(2) (No cubiertas en este material)
5) Agujeros para tubos que conformen las reglas de ligamentos dadas en UG 53. No menos de la mitad del área de refuerzo requerida debe estar a cada lado de la conexión. Refuerzos de planchas, monturas, sillas o similares, fijados al lado exterior del recipiente deben estar provistos con al menos un agujero testigo de tamaño máximo NPS ¼ (DN 8). Puede ser utilizado para presurizar el espacio entre el elemento de refuerzo y el recipiente de forma de probar la hermeticidad de las soldaduras que sellan el interior del recipiente.
Estos agujeros testigos pueden quedar abiertos o ser sellados. Si se sellan, el material que se utiliza para sello no debe ser capaz de soportar la presión que pueda generarse en el espacio entre el recipiente y el elemento de refuerzo.
UG-39 Refuerzo requerido para aberturas en tapas planas
1. Las reglas en este párrafo aplican a las aberturas que no excede los límites en UG- 36(c)(3) y no exceden ¼ del diámetro del cabezal o dimensión menor.
2. El área del refuerzo de una tapa plana que tenga una conexión simple con un diámetro que no exceda la mitad del diámetro del cabezal o la dimensión menor (definida en el código en UG-34), no debe ser menor que la determinada de acuerdo a las siguiente fórmula:
(
1 1)
5 . 0 dt ttn fr A= + − Donde: d, tn y fr1: están definidos en UG 37. t: de acuerdo a UG 34.3. Aberturas múltiples en las que el diámetro de ninguna de ellas excede la mitad del diámetro del cabezal, y ningún par de estas aberturas tienen su promedio de diámetros que supere ¼ del diámetro del cabezal, pueden reforzarse individualmente de acuerdo a los requerimientos indicados arriba en 2) cuando el espaciado entre cualquier par de aberturas es igual o mayor al doble del promedio de sus diámetros.
Si el espaciado es menor a esto pero igual o mayor a 1.25 veces el diámetro promedio del par considerado el refuerzo requerido para cada una de las aberturas puede ser determinado de acuerdo a lo indicado arriba en 2). Las dos áreas de refuerzo deben ser sumadas y distribuidas de tal forma que el 50% del área total requerida esté distribuida entre las dos aberturas.
Para espaciados menores a 1.25 veces el diámetro promedio el fabricante, sujeto a la aprobación del inspector debe proveer detalles de diseño y construcción que sean al menos tan seguros como los provistos por las reglas de esta división.
Nota: Otros detalles contenidos en UG 39 no han sido considerados en este material.
• Medido paralelo a la pared del recipiente, debe ser igual o mayor al mayor de los siguientes valores (ver definiciones en UG 37):
d
Rn + t + tn
• Medido perpendicular a la pared del recipiente, debe ser igual o menor al menor de los siguientes valores (ver definiciones en UG 37)::
2,5 veces el espesor (t) del recipiente.
2,5 veces el espesor de pared de la conexión (tn) + te
• Las partes correspondientes a exceso de material del recipiente y proyección de conexión hacia fuera, la parte de la proyección de la conexión hacia adentro, las soldaduras y el elemento agregado como refuerzo, deben considerarse de acuerdo a las fórmulas contenidas en UG 37.
Material del elemento de refuerzo
• El material utilizado para reforzar debe tener un esfuerzo/tensión máxima admisible igual o mayor que el material de la pared del recipiente. Si no puede disponerse de un material de estas características puede utilizarse un material de menor esfuerzo/tensión admisible pero el área de refuerzo deberá ser aumentada en proporción inversa a la relación de esfuerzos admisibles.
• Si el material utilizado como refuerzo tiene un valor del esfuerzo admisible mayor que el del material del recipiente, no se permite utilizar esa diferencia como crédito.
UG-42 Aberturas múltiples.
1) Cuando dos aberturas están a una distancia menor de dos veces su diámetro promedio, y los límites de sus refuerzos se superponen (ver figura UG 42 dibujo a), deben ser reforzadas de acuerdo a los requerimientos de UG 37, UG 38, UG 40 y UG 41(según apliquen) con un
refuerzo combinado en el plano que une sus centros con un área no menor que la suma de las áreas de refuerzo requeridas para cada abertura. Ninguna parte del refuerzo, debe considerarse como que contribuye con el refuerzo de más de una abertura.
El área disponible en el cuerpo o cabezal en la zona entre las aberturas debe ser proporcionada de acuerdo a la relación de sus diámetros.
Si el área de refuerzo entre las dos aberturas es menor que el 50% del total requerido para las dos aberturas debe aplicarse las reglas suplementarias del apéndice 1. (1-7.a y c) 2) Cuando más de dos aberturas están a una distancia menor de dos veces su diámetro promedio (Figura UG 42 dibujo b) y se les aplica un refuerzo combinado la distancia mínima entre aberturas debe ser 1,33 veces su diámetro promedio y el área de refuerzo entre cualquier par de aberturas debe ser al menos el 50% del requerido para ese par de aberturas. Si la distancia es menor a 1.33 veces su diámetro promedio no se permite considerar el refuerzo disponible por exceso de material entre ellas (cuerpo o cabezal) y deben reforzarse como se indica a continuación.
3) Alternativamente el Código da la opción de tratar una cantidad de aberturas adyacentes como una única abertura con un diámetro igual al del círculo que las envuelve a todas. (Límites de refuerzo de acuerdo a UG 40.b.1 y c.1). El material de la pared de las conexiones no debe considerarse como que colabora con el refuerzo. La consideración para determinar si deben aplicarse las reglas suplementarias del apéndice 1 para grandes aberturas debe realizarse en base al diámetro asumido.
4) Cuando un grupo de aberturas es reforzada por una sección más gruesa que el cuerpo o cabezal y soldada a tope a estos, los extremos de esa parte de mayor espesor debe tener transición entre espesores de acuerdo a lo requerido en UW 9.c.
5) Cuando una serie de dos o más aberturas en un cuerpo cilíndrico están separadas de acuerdo a un patrón rectangular entre ellas, el refuerzo puede ser realizado de acuerdo a las reglas de ligamentos (UG 53)