Modulo_5_-_Bridas_y_Tapas_Planas

Módulo 5 - Bridas y Tapas Planas

5.1 Tipos de bridas.

5.2 Bridas estándar.

5.3 Empaques, Tornillos y Espárragos.

5.4 Diseño de bridas y lista de materiales.

5.5 Diseño de tapas planas.

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Cálculo de Bridas de acuerdo a Apéndice 2 de ASME Sec. VIII Div. 1.

5.1 Tipos de bridas

1)

Loose Type Flanges / Brida Diseño «Suelto»

Las bridas de éste tipo no están sujetas directamente al cuello, cubierta o pared del recipiente.

2)

Integral Type Flanges / Bridas Diseño Integral.

Éste tipo cubre las bridas forjadas con el cuello o pared del recipiente, o las que van soldadas mediante arco metálico y que puede considerarse como integrales.

3)

Optional Type Flanges / Bridas Diseño Opcional.

Éste tipo cubre las bridas de fabricación similar a las integrales, pero con la diferencia de que el diseño se simplifica como «loose».

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Cálculo de Bridas de acuerdo a Apéndice 2 de ASME Sec. VIII Div. 1.

Loose Type

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Cálculo de Bridas de acuerdo a Apéndice 2 de ASME Sec. VIII Div. 1.

Integral Type

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Cálculo de Bridas de acuerdo a Apéndice 2 de ASME Sec. VIII Div. 1.

Optional Type

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5.2 Bridas Estándar

a) El estándar ASME B16.5 cubre rangos de presión-temperatura, materiales, dimensiones, tolerancias, marcado, prueba y métodos de diseño de

bridas de tubería y accesorios bridados. Incluye:

1) Bridas con designación de rangos clases 150, 300, 400, 600, 900 y 1500, en

tamaños de NPS ½’’ hasta 24’’ (NPS: Nominal Pipe Size) y para bridas de rango de 2500 de NPS ½’’ hasta 12’’.

2) Accesorios bridados de rangos clases 150 y 300, en tamaños de NPS ½’’ hasta

24’’.

3) Accesorios bridados de rangos clases 400, 600, 900 y 1500, en tamaños de NPS ½’’ hasta 24’’, y de rango de 2500 de NPS ½’’ hasta 12’’

b ) Éste estándar está limitado a:

1) Bridas y accesorios bridados fabricados de fundición o forjados.

2) Bridas ciegas y ciertas bridas reductoras fabricados de fundición, forjados o a partir de placa.

Materiales de fabricación:

Acero al carbón

Bridas: A-105/SA-105 Espárragos: SA-193-B7 Tuercas: SA-194-2H Acero Inoxidable:

Bridas: SA-182-FX Espárragos: SA-193-X Tuercas: SA-194-X

Donde X es la aleación de la forja, por ejemplo, 304, 304L, 316, 316L, y en espárragos y tuercas puede ser B8, B8M, etc.

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WN BF

SW

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Welding Neck

Long Welding Neck Blind Face

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Ejemplo:

Temperatura de diseño: 550 °F

Presión de diseño: 50 psig

Material: SA-105

Rango: 150#

Presión Máx = 155 psig

Rango o

libraje Material Tamaño

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Ejemplo:

Temperatura de diseño: 550 °F

Presión de diseño: 50 psig

Material: SA-182-F304L

Rango: 150#

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Diseño de bridas especiales

-

Las bridas especiales se deben usar sólo en casos especiales,

donde las bridas estándar (ANSI/ASME B16.5 o B16.47) no

puedan ser usadas.

-

El diseño de las bridas está gobernado por dos condiciones:

-

Carga de asentamiento del empaque, W

Carga hidrostática, H

-

Para altas presiones, la carga hidrostática gobierna. Para bajas

presiones gobierna la carga de asentamiento.

-

Por lo anterior, la estrategia para optimizar el diseño de las bridas

varía, pero se puede probar con lo siguiente:

- Bridas para bajas presiones (menores de 400 psig):

a) Minimizar el ancho del empaque y así reducir la carga necesaria para comprimirlo. b) Usar un número mayor de tornillos de un diámetro menor para reducir el círculo

de barrenos con lo cual se reduce el brazo de palanca que rige el espesor de la brida.

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Diseño de bridas especiales

- Bridas para altas presiones (mayores de 400 psig):

Las bridas para altas presiones requieren una cantidad grande de tornillería para soportar la gran carga hidrostática. Se requieren tornillos de mayor diámetro y por lo tanto aumenta el círculo de barrenos, el espesor de la brida y la longitud del hub para distribuir la carga de la tornillería.

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Estrategia de Diseño: Bridas Tipo Hub (Integral) o Weld Neck

1.- Determinar el diámetro del círculo de barrenos.

- Determinar g₀ y g₁. g₀ es el espesor del cilindro a donde se va a unir. g₁ es el espesor del hub y debe entre 1.5 y 2 veces g₀.

- Suponer el diámetro de espárrago de 5/8’’ o ¾’’ para presiones bajas o

moderadas. Con el diámetro del espárrago determinar las variables R y E de la tabla 2-5a para obtener el diámetro del círculo de barrenos.

- Como práctica recomendable la cantidad de tornillos inicial es equivalente al diámetro del equipo en pulgadas, redondeada al múltiplo de 4 más cercano. - Con la cantidad n y el diámetro calcular el área disponible Ab = n * Araiz. El

área de raiz o ‘’root area’’ se determina de la tabla 2-5a. Con el círculo de barrenos se determina el diámetro exterior del empaque, equivalente al

diámetro del círculo de barrenos menos el diámetro del barreno menos 3/8’’. Esta es la distancia mínima para que la caja para el empaque no rompa el ligamento del barreno.

- Suponer el ancho del empaque. El ancho N debe estar regularmente entre 0.25’’ y 0.5’’. Cuando se requiera puede aumentarse pero no deberá ser menor de 0.25’’. El estándar TEMA requiere un ancho mínimo de 3/8’’ para equipos con diámetro de 23’’ o menores, y ½’’ para mayores de 23’’.

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- Calcular el valor de b (ancho efectivo empaque) y b₀ (ancho de

asentamiento del empaque). El valor de b₀ se determina de las tablas 2-3 y 2-4, pero normalmente es equivalente a N/2. b es equivalente a b₀ cuando b₀ ≤ 0.25’’ y b = 𝑏₀/2 cuando b₀ > 0.25’’.

- Calcular el valor de G, diámetro de asentamiento del empaque. G =

diámetro medio empaque cuando b₀ ≤ 0.25’’ y G = DEe - 2b cuando b₀ > 0.25’’

- Verificar que el ancho del empaque seleccionado sea mayor al mínimo calculado por la siguiente fórmula: NMIN = A_b*S_a/(6.283*y*G)

- Calcular Wm2, Hp, H y Wm1. Las variables m y y se obtienen de la tabla 2-3 del correspondiente material de empaque. El material de empaque es determinado por la presión-temperatura, fluido a manejar, etc.

- El resto de los valores se calculan con los datos de entrada ya explicados y los valores intermedios que se van obteniendo.

- Proponer un espesor mínimo de tal manera que los esfuerzos máximos no excedan los permitidos y que el valor de la rigidez calculada no exceda 1.

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-

Para bridas sujetas sólo a presión externa:

-

El hub adicionalmente se debe calcular como cilindro, tanto por

presión interna como por externa.

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Estrategia de Diseño: Bridas Tipo Anillo (Optional)

1.- Determinar el diámetro del círculo de barrenos.

- Determinar el diámetro interior de la brida, el cual será equivalente al diámetro exterior del cilindro + 1/8’’.

- Proponer el diámetro interior del empaque como el diámetro interior de la brida + ½’’. Con el diámetro interior del empaque, proponer el ancho del empaque entre 0.25’’ y 0.5’’ o mayor si es necesario. Con esto se obtiene el diámetro exterior del empaque.

- Suponer el diámetro de espárrago de 5/8’’ o ¾’’ para presiones bajas o

moderadas. Con el diámetro del espárrago determinar las variables R y E de la tabla 2-5a.

- El círculo de barrenos se calcula sumando el diámetro exterior del empaque más un diámetro de barreno más 3/8’’.

- Como práctica recomendable la cantidad de tornillos inicial es equivalente al diámetro del equipo en pulgadas, redondeada al múltiplo de 4 más

cercano.

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- Calcular el valor de b (ancho efectivo empaque) y b₀ (ancho de asentamiento del empaque).

- Calcular el valor de G, diámetro de asentamiento del empaque.

- Calcular Wm2, Hp, H y Wm1.

- Calcular el resto de las variables y finalmente calcular el espesor de la brida, que será el mayor de los siguientes:

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5.5 Diseño de Tapas Planas

De acuerdo a ASME Sec. VIII Div. 1, UG-34.

a) Éste párrafo cubre el diseño de tapas planas ‘‘no soportadas’’ y bridas ciegas circulares o no circulares.

b) Nomenclatura:

C = Factor dependiente del método de sujeción de la tapa.

D = Dimensión mayor de una tapa no circular medida perpendicularmente a la distancia menor.

d = Diámetro o distancia menor, medida como se muestra en la figura UG-34.

E = Eficiencia de la junta.

h_G = brazo de palanca del empaque, igual a la distancia radial entre el círculo de barrenos y el centro de carga del empaque (C – G).

m = relación de tr /ts.

P = Presión interna de diseño.

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5.5 Diseño de Tapas Planas

De acuerdo a ASME Sec. VIII Div. 1, UG-34.

S = esfuerzo máximo permisible en tensión. t = espesor mínimo requerido de la tapa plana.

t_f = espesor nominal de la ceja en una cabeza forjada, en el extremo mayor.

t_h = espesor nominal de la cabeza o tapa plana.

t_r = espesor requerido del cilindro de cubierta sin costura (usando E = 1), por presión.

t_s = espesor nominal del cilindro de cubierta.

W = carga total de tornillería para tapa circulares.

Y = longitud de la ceja en cabezas rebordeadas, medidas de la línea de tangencia, como se indica en las figuras (a) y (c).

Z = factor para tapas no circulares que depende de la relación entre la dimensión menor y la mayor.

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

El espesor mínimo para las tapas planas circulares no soportadas

deberá calcularse de acuerdo a la siguiente fórmula:

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

Excepto cuando la tapa o brida ciega está sujeta mediante tornillos

causando momentos, figuras (j) y (k); en el cual se deberá calcular

con la siguiente fórmula.



Cuando se use la fórmula anterior, el espesor se deberá calcular

para condiciones de operación y de asentamiento de empaque, y se

deberá usar el espesor mayor. Para condiciones de operación, el

valor de P deberá ser la presión de diseño, y los valores de S a la

temperatura de diseño y el valor de W de acuerdo a la fórmula (3)

del apéndice 2-5(e).



Para condiciones de asentamiento, P es igual a 0, y los valores de S

deberán ser a temperatura ambiente y W de acuerdo a la fórmula (4)

del apéndice 2-5(e).

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

Para tapas planas no circulares, se deben usar las siguientes

fórmulas:

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Tarea 6 - 18 de octubre

 Calcular un cilindro con dos bridas y tapas planas, una brida tipo hub (Type 1) y una brida tipo anillo (Type 3) de cada lado.

 Usar el formato de llenado de datos y resultados para las bridas.

 Hacer el dibujo de sección de las bridas y las tapas con las dimensiones calculadas.

 Los elementos no deben estar sobredimensionados por más del 25%.

 Calcular el peso de todos los elementos (excepto los empaques).

 Material Cilindro: SA-312-TP304L-SML

 Material Tapas: SA-240-304L

 Material Bridas: SA-182-F304L

 Material Espárragos: SA-193-B8-Cl.1-304

 Material Empaque: Spiral-wound stainless, asbestos filled

 Presión de diseño, P: 325 psig

 Temperatura de diseño, T: 450°F

 Diámetro Nominal = 24 in.

 Corrosión, c: 0.0625 in

 Radiografiado: Spot