Ansi Asme b31 4

P

ROGRAMA DE

E

NTRENAMIENTO

G

LOBAL DE

ASME

I

NTERNACIONAL

ASME

CODE

FOR

PRESSURE

PIPING,

B31

ASME

B31.4

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IPELINE

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RANSPORTATION

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2006

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E

STOS APUNTES DEBEN CONSIDERARSE COMO UNA REFERENCIA QUE NO SUSTITUYE A LAS VERSIÓN ORIGINAL

,

EN IDIOMA INGLÉS DE LA

N

ORMA

ASME

B31.4

Y DE OTRAS NORMAS QUE SE APLICAN

.

S

U PROPÓSITO ES EL DE RESUMIR ALGUNOS DE LOS CONTENIDOS QUE SE CONSIDERAN RELEVANTES PERO NO CONTIENE TODA LA INFORMACIÓN QUE PUEDE RESULTAR NECESARIA PARA

ATENDER NECESIDADES PRÁCTICAS

.

E

L USUARIO DEBE REMITIRSE A LA

I

NTRODUCCIÓN

(C

APÍTULO

I)

Los usuarios deben familiarizarse con el alcance y limitaciones de los códigos de cons-trucción aplicables en la conscons-trucción (Materiales, diseño, fabricación, inspección, mon-taje, puesta en marcha, operación, mantenimiento, etc.) de recipientes de presión y tube-rías.

Las razones son las siguientes:

• Los códigos y estándares establecen requerimientos mínimos que muchas veces necesitan hacerse más estrictos en función de las particularidades de cada instala-ción.

• Algunos requerimientos optativos podrían tener que ser obligatorios.

• Más veces de las que se piensa, es necesario establecer criterios o métodos com-plementarios para los casos en que los códigos o estándares apelan al criterio pro-fesional o reglas del buen arte, sin proveer de reglas o métodos específicos para satisfacerlas.

• El código no es un manual de diseño y requiere del juicio profesional competente para asegurar el cumplimiento de los propósitos y filosofía general aplicable que el mismo establece para satisfacer los requerimientos de seguridad mínimos. • El propio código advierte expresamente sobre la necesidad de establecer

requeri-mientos complementarios para satisfacer los requerirequeri-mientos de seguridad en cir-cunstancias específicas de cada instalación.

• Generalmente se establecen referencias a un conjunto importante de normas, es-pecificaciones, bibliografía, etc. Esto crea un ámbito relativamente complejo de documentos técnicos con jurisdicción sobre el equipo, componente o instalación, que deben considerarse en conjunto, analizando su compatibilidad y eventuales controversias.

• Pueden existir conflictos entre los requerimientos del Código y los de Leyes, Dis-posiciones, Reglamentaciones, etc. con jurisdicción en el sitio de instalación de las tuberías.

Definiciones

• Carga accidental. Toda carga que no haya sido incluida en los cálculos de diseño. • Acoplamiento de separación (Breakaway coupling). Acoplamiento que permite la

separación de dos tramos de tubería cuando la carga alcanza un valor predetermi-nado.

• Abolladura (Buckle). Condición en la que una tubería que ha sufrido suficiente deformación plástica, se arruga o abolla.

• Dióxido de carbono. Fluido en el que predomina el dióxido de carbono compri-mido por encima de su presión crítica y que, para el propósito de este código, se considera en fase liquida.

• Pre-deformado en frió (Cold springing). Deformación elástica (debajo de la fluencia) deliberada de una tubería, para compensar una deformación térmica que puede anticiparse.

• Pandeo de columna (Column buckling). Inestabilidad lateral de una tubería, cau-sada por esfuerzos de compresión que causan su deflexión transversal.

• Conectores (Connectors). Componente que, excluyendo las bridas, se utiliza para unir dos tramos de tubería.

• Defecto. Imperfección de magnitud suficiente para requerir su rechazo, por exce-der los límites admitidos por el Código o cualquiera de los estándares por el acep-tado.

• Vida de diseño. Periodo de tiempo que se utiliza en el diseño para seleccionar los componentes. La vida de diseño no es vida de la tubería ya que, bajo condiciones apropiadas de operación, inspección y mantenimiento, esta debería durar indefini-damente y bajo condiciones adversas puede tener una vida mucho menor que la proyectada.

• Diseño de ingeniería. Conjunto de documentos con detalle suficiente que satisfa-cen los requerimientos del código para las condiciones de operación. Incluyen cálculos, planos detallados y especificaciones para el diseño, fabricación e insta-lación de la tubería y los componentes que cubre este Código.

• Corrosión general. Perdida uniforme o gradualmente variable del espesor de una tubería, en una determinado área.

• Soldadura circunferencial (Girth weld). Una soldadura transversal, de perímetro completo.

• Imperfección. Discontinuidad o irregularidad detectada durante la inspección. • Presión interna de diseño. El valor de la presión que se utiliza en los cálculos de

verificación.

• Gas licuado de petróleo (LPG). Fluido compuesto primariamente de los siguientes hidrocarburos, aislados o mezclados: Butano (Normal o iso-butano), Butileno (in-cluyendo los isómeros), propano, propileno y etano.

• Alcohol liquido. Cualquier grupo de compuestos orgánicos conteniendo solo hidrogeno, carbono y algún radical hidroxilo que puede permanecer liquido en una corriente dentro de una tubería.

• Amoniaco liquido anhidro. Compuesto formado por la combinación de dos com-ponentes gaseosos, nitrógeno e hidrogeno, en la proporción de una parte de nitró-geno y tres de hidronitró-geno en volumen, comprimido a estado liquido.

• Máxima presión estacionaria de operación. Presión máxima (Suma de la presión hidrostática y la presión necesaria para vencer las perdidas hidráulicas por fric-ción y cualquier otra resistencia) en los puntos de sistema de tuberías que están operando en régimen estacionario.

• Gajo. Dos o más segmentos de tubo, cortados en forma sesgada y unidos median-te soldadura para producir un cambio de dirección.

• Compañía operadora. Propietario o agente responsable por el diseño, construc-ción, inspecconstruc-ción, pruebas, operación y mantenimiento del sistema de tuberías. • Petróleo. Aceite crudo, condensado, gasolina normal, gas natural liquido, gas

li-cuado de petróleo y productos de petróleo líquidos.

• Tubería. Tubo cilíndrico utilizado para contener y conducir un fluido bajo pre-sión. Incluye caños y tubos.

• Espesor nominal de una tubería. Es el espesor que se publica en las especificacio-nes correspondientes o en los estándares referenciados por este Código. Es dife-rente del espesor real, del que difiere debido a las tolerancias de fabricación, con-formado, etc.

• Soporte. Todo elemento destinado a restringir de algún modo los desplazamientos de la tubería.

• Licuación del terreno. Condición del terreno que se produce como consecuencia de acciones dinámicas (generalmente de origen sísmico) y que lo lleva a perder la capacidad portante, comportándose como un líquido.

Introducción El Código1 incluye:

• Referencias a las especificaciones de materiales aceptables • Requerimientos para el diseño de componentes

• Requerimientos y datos para la evaluación y establecimiento de límites a las ac-ciones o solicitaac-ciones.

• Guías y limitaciones sobre el uso de materiales, componentes y métodos de unión. • Requerimientos para la fabricación, ensamblado y montaje.

• Requerimientos para la evaluación, inspección y pruebas.

• Procedimientos de operación y mantenimiento esenciales para la seguridad públi-ca.

• Previsiones para proteger las tuberías de la corrosión externa e interna.

Los requerimientos de cada edición son de cumplimiento mandatorio a partir de la fecha de su publicación efectiva. Los suministros cuyo contrato original date de seis meses des-pués de la fecha de publicación efectiva de una nueva edición o adenda estarán goberna-dos por ella, aunque esto puede ser modificado por acuerdo entre partes.

Las dudas respecto de los requerimientos del código pueden dirigirse al Comité Específi-co (ASME Committee B31) siguiendo los procedimientos establecidos. El Comité se ex-pedirá formalmente emitiendo un documento denominado “Caso” o “Interpretación” del Código.

1

En el contexto de este resumen y salvo que expresamente se indique lo contrario, la palabra código se utiliza para designar a la norma ANSI-ASME B31.4.

Los casos y las interpretaciones se incluyen dentro del cuerpo del Código, aunque no son de cumplimiento obligatorio y están sujetos al acuerdo entre las partes.

Para criterios adicionales y guías puede recurrirse al ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II y Section VIII, División 1 y a la bibliografía complementaria aceptada en la práctica profesional corriente.

Generalidades

Este Código es una sección de las varias secciones del Código ASME B31 para tuberías de presión. Aplica específicamente a tuberías para el transporte de hidrocarburos, gas de petróleo líquido, amoníaco anhidro, alcoholes y dióxido de carbono.

No se establecen requerimientos para condiciones anormales o poco usuales ni se pres-criben todos los detalles de ingeniería y fabricación. Todos los trabajos incluidos dentro del alcance de este Código deben cumplir con sus requerimientos explícitos e implícitos. Se advierte al diseñador que el Código no es un manual de diseño y no debe dejarse de lado la necesidad del juicio profesional de un ingeniero competente. Se espera la partici-pación de un diseñador capaz de aplicar criterios de análisis más rigurosos para cubrir situaciones anormales o poco usuales.

Alcance

El Código establece requerimientos para el diseño, materiales, construcción, ensamblado, inspección y pruebas de tuberías de transporte de líquidos tales como: Petróleo crudo, Gasolina natural, Gas natural líquido, Gas de petróleo licuado, Dióxido de carbono, Al-cohol líquido, amoníaco anhidro líquido y productos líquidos del petróleo, entre las insta-laciones de los productores, refinerías, estaciones, plantas de amoníaco y terminales (na-vales, ferroviarias y terrestres); y otros puntos de entrega y recepción.

Se incluyen otras tuberías primarias y auxiliares según se describe en los Sub-párrafos (a), (b) y (c) y los aspectos de la operación y el mantenimiento que afectan la seguridad del público en general, personal de la compañía operadora, medio ambiente, etc.

Exclusiones.

No se incluyen determinados tipos de estructuras de soporte tales como marcos (pórti-cos), edificios, fundaciones y los equipos que expresamente se detallan en este párrafo.

• Tuberías auxiliares de agua, aire, vapor, aceite lubricantes y combustibles, etc. • Recipientes de presión, intercambiadores de calor, bombas, instrumentos, etc. • Tuberías para presiones interiores:

o Menores o iguales a 15 psig

o Mayores a 15 psig cuando la temperatura de diseño esta fuera del rango de temperaturas -30 ºC a 120 ºC.

• Carcasas, tuberías o caños utilizados en conjuntos de perforación, separadores de petróleo y gas, tanques de producción de petróleo crudo, tuberías conectando esas facilidades, etc.

D

ISEÑO

(Capítulo II)

Condiciones de diseño

Se establecen las presiones, temperaturas y otras acciones que deben considerarse en el diseño de tuberías, incluyendo consideraciones ambientales y la influencia mecánica de otras varias cargas.

Presión interna de diseño.

Debe ser igual o mayor a la máxima presión de operación en condiciones estacionarias o menor que la presión mínima en ese punto, con la línea en condición de operación esta-cionaria o estable.

La presión de operación estacionaria será la suma de la presión hidrostática más la pre-sión necesaria para vencer las perdidas de carga más cualquier prepre-sión adicional que pu-diera existir (“back-pressure”) bajo esas condiciones.

Temperatura de diseño

Es la temperatura de metal esperada durante la operación, para el punto bajo considera-ción. No se requiere considerar las variaciones de resistencia con la temperatura para el rango de aplicación del Código porque la resistencia del material prácticamente no varía. Sin embargo, algunos de los materiales permitidos pueden no poseer propiedades apro-piadas para el rango más bajo (falta de ductilidad).

Influencias ambientales

Deben tenerse en cuenta los posibles efectos de las diferencias de dilatación entre la tube-ría y el producto.

Efectos dinámicos

• Impacto. Las fuerzas de impacto consecuencia de acciones internas o externas deben incluirse en el análisis.

• Viento. Debe ser incluido actuando en la peor dirección para cada componente. • Sismo. Idem anterior.

• Vibraciones. Serán tenidas en cuenta utilizando prácticas de ingeniería aceptables [Párr. 401.5.4]. El calculo aproximado de las frecuencias naturales puede efectuarse considerando que cada tramo de tubería se encuentra empotrado en los apoyos:

A EI L ρ ϖ 2 1 73 , 4 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛

= Frecuencia angular fundamental (rad/seg)

π ϖ

2 1=

En la formula de la frecuencia angular, el producto del denominador mide la masa por unidad de longitud de la tubería, debiendo incluir el peso de tubo, el recubrimiento y el contenido.

En el caso de conocerse la frecuencia de excitación de componentes mecánicos, una primera verificación debe apuntar a separar suficientemente las frecuencias de excita-ción y la frecuencia fundamental para evitar la resonancia del sistema.

Se recomienda que las tuberías tengan frecuencias fundamentales no menores de 30 Hz y que la diferencia entre cualquier frecuencia de excitación y la frecuencia funda-mental no sea menor al 20%.

Las fuentes típicas de excitación de las tuberías son:

a) Primeras y segundas armónicas del equipamiento alternativo (compreso-res) cercanos.

b) Primera armónica de equipamiento rotatorio cercano.

c) Primera armónica de compresores alternativos para tuberías expuestas a las pulsaciones del compresor cuando se trata de compresores de simple efecto y las dos primeras en los de doble efecto.

• Hundimientos. Deben considerarse en zonas propensas.

Existen métodos simplificados para evaluar las tensiones inducidas por el hundimien-to del terreno o el cedimienhundimien-to de los apoyos.

Sabiendo que el momento flector puede calcularse a partir de la curvatura (o más pre-cisamente con el cambio de curvatura para componentes con curvatura inicial) a tra-vés de la relación:

ρ

EI M =

Asumiendo una forma de semionda senoidal,

L x sen x

v( )=Δ 2π (L es la longitud total afectada)

Se puede calcular el radio de curvatura mínimo o el momento máximo. En este caso resulta: 2 2 2 L I E M = π Δ

El cálculo de las tensiones longitudinales es inmediato a partir de la formula: 2 2 L D E i Z M i S_LE = = π Δ

El factor i es el Factor de Intensificación de tensiones que corresponda al tipo de ac-cesorio que pudiera estar incluido en la sección central del tramo de tubería involu-crado.

Esas tensiones deben combinarse con las tensiones longitudinales causadas por la presión interior y con las circunferenciales para verificar los limites admisibles.

Estos cálculos son aproximaciones que proporcionan una idea sobre el orden de mag-nitud de los esfuerzos. Cuando se requieran resultados más precisos, puede recurrirse a técnicos de simulación numérica tales como el Método de los Elementos Finitos. • Derrumbes.

En el caso de tuberías que atraviesan montañas o colinas, debe considerarse la estabi-lidad del terreno como una cuestión critica. En muchos casos, aun las pendientes más suaves suelen tener desplazamientos del orden de 1 a 10 mm por año.

Esto implica la necesidad de considerar este problema durante la etapa del diseño y el monitoreo durante la operación de la tubería. Las técnicas de análisis disponibles son materia de los especialistas en suelos, basándose generalmente en el modelo de falla de Coulomb-Mohr.

(

σ μ

)

ϕ τ

τapl ≤ lim =c+ − w tan c Cohesión del terreno

σ Tensión normal de compresión aplicada al terreno

w

μ Presión en los poros del terreno

ϕ Angulo de fricción del material del terreno

• Olas y corrientes. El efecto de las olas (fenómeno de superficie) y de las corrientes (fenómeno superficial y sub-superficial) deberá incluirse en el análisis para las tuberí-as que cruzan cursos de agua.

Efectos gravitatorios

• Cargas vivas. Peso del fluido transportado, nieve adherida, etc.

• Cargas muertas o peso propio. Incluye el peso de la tubería y de todos los elementos fijos a ella de un modo permanente o semi-permanente.

Cargas de origen térmico.

Cargas originadas por las restricciones a la libre dilatación/contracción de la tubería, con-secuencia de las variaciones en la temperatura de pared.

Movimientos relativos de los componentes conectados.

Desplazamientos impuestos por los equipos debidos a movimientos diferenciales induci-dos por causa de la temperatura, sismo, viento, etc.

Criterio de diseño

Los requerimientos de diseño del código son adecuados para la seguridad pública y sus previsiones aplican a las tuberías que atraviesan centros urbanos. Sin embargo, el inge-niero de diseño deberá proveer protecciones razonables que eviten posibles daños a la tubería, cuando puedan ocurrir situaciones inusuales en el cruce de ríos, carreteras o vías férreas, terreno inestable, vibración, vandalismo, terrorismo, exposición por accidentes, etc.

En el diseño de tuberías para transporte de dióxido de carbono debe considerarse la posi-bilidad que se desarrollen bajas temperaturas debidas a la expansión y otros eventos con similares consecuencias.

Condiciones de operación normal.

La máxima presión estacionaria de operación no debe superar la presión de diseño. Condiciones anormales.

Deben analizarse los posibles aumentos de presión transitorios producidos por el cierre de válvulas, puesta en marcha de bombas, etc. y proveer de sistemas de protección que im-pidan que los picos de presión excedan en más del 10% el valor de la presión de diseño. El golpe de ariete y la descarga de válvulas de alivio y seguridad son eventos que deben analizarse para si pueden o no excederse estos límites. En ambos casos se trata de condi-ciones no estacionarias en las que se producen sobre-presiones y esfuerzos que deben ser cuantificados para determinar la necesidad de incorporarlos dentro de las cargas de dise-ño ocasionales.

Tensión admisible básica.

El valor de la tensión admisible para tuberías nuevas o usadas, fabricadas con materiales que conforman una especificación permitida es;

min 0, 72 _y S = E S

0,72 es un factor de diseño que se basa en el uso del espesor nominal y tiene en cuenta las tolerancias de bajo espesor y defectos admitidos por el Código. E es la eficiencia de junta de la tubería (Tabla 402.4.3).

Para el caso de tuberías nuevas o usadas, de materiales desconocidos o que conforman la especificación ASTM A 120, se adoptará un valor de 24.000 psi (165 MPa) para la ten-sión de fluencia mínima a utilizar.

Para los tubos sometidos a trabajo en frío para satisfacer los límites de resistencia y que hayan sido posteriormente calentados (procesos de fabricación, conformado, etc.) a 300 ºC o más, se considerará una tensión admisible del 75% del valor mínimo asignado. Las tensiones admisibles para esfuerzos de corte de aplastamiento (“Bearing”) no exce-derán del 45% y del 90% del valor de la fluencia del material respectivamente.

Límites para las tensiones calculadas debidas a cargas sostenidas y de expansión.

A los efectos de establecer los límites de tensión es necesario introducir las siguientes definiciones que son comunes las tuberías comprendidas dentro de las normas AN-SI/ASME B31 y las correspondientes a aplicaciones nucleares (ASME B&PVC Section III).

Cargas sostenidas: Presión, peso propio y del contenido, nieve, etc. Son las cargas que están presentes de modo permanente o semi-permanente.

Cargas ocasionales: Viento o sismo (no se consideran actuando en forma simultánea). Estas cargas se caracterizan por actuar circunstancialmente.

Cargas de expansión: Cambios de temperatura. Estas cargas solo producen esfuerzos in-ternos o tensiones en la medida en que existan restricciones parciales (elásticas) o com-pletas (ausencia total o casi completa de desplazamientos).

Sobre la base de la clasificación anterior este Código establece los siguientes límites a las tensiones calculadas.

• Tensiones circunferenciales debidas a la presión interna. No excederán el valor de la tensión admisible básica S, salvo que se permita expresamente en otros párrafos. • Tensiones debidas a la presión externa. Deben establecerse de acuerdo con los

pro-cedimientos del ASME B&PVC, Sección VIII, Div. 1 u otras reglas similares.

• Tensiones debidas a las cargas sostenidas. La suma de las tensiones longitudinales por presión interior, peso y otras cargas sostenidas no excederá de 0,75 SA, siendo SA

= 0,72 Sy.

• Tensiones debidas a las cargas ocasionales. La suma de las tensiones longitudinales debidas a la presión, peso y otras cargas sostenidas, cargas vivas y las cargas ocasio-nales no excederá de 0,80 Sy.

• Tensiones producidas por las cargas de expansión. Se consideran dos tipos de tuberí-as según el grado de restricción a los desplazamientos longitudinales:

o Tuberías restringidas. El esfuerzo neto de compresión debido a los cambios de temperatura y a la presión interior se calculará mediante la ecuación:

(

2 1

)

L H

S =Eα T −T −νS

Las tensiones equivalentes calculadas mediante la siguiente fórmula: 0,90

eqv H L b y

o Tuberías no restringidas. Las tensiones en las partes de la tubería con liberta-des parciales para deformarse longitudinalmente se calcularán mediante la si-guiente fórmula:

(

)

1 2 2 2 4 t E b A S = S + S ≤S

Las tensiones de flexión y torsión se calculan mediante las fórmulas:

(

) (

2

)

2 2 i i o o b t t i M i M S Z M S Z + = =

Mi, Mo: Momentos flectores en los dos planos normales

ii, io: Coeficientes de intensificación de tensiones correspondientes a cada plano (Fig.

419.6.4 (c))

Z: Módulo resistente de la sección.

• Tensiones durante la prueba. El código indica que las limitaciones indicadas ante-riormente no son aplicables durante la prueba, sin establecer los límites a utilizar y permitiendo excluir las tensiones debidas a cargas ocasionales. Se considera razona-ble aplicar las limitaciones que para este estado de cargas estarazona-blece la Sección VIII del ASME B&PVC.

Tolerancias.

• Corrosión. No se requiere considerar sobre-espesores por corrosión cuando la tubería este protegida mediante recubrimientos apropiados.

• Roscas y ranuras. Se incluyen en el factor A de las fórmulas para el cálculo de espe-sores.

• Factores de eficiencia de soldadura. Los factores longitudinales o circunferenciales que deben aplicarse a cada tipo de material y proceso de manufactura se incluyen en la Tabla 402.4.3.

• Espesor de pared y defectos. Su consideración quedan automáticamente incluida a través del factor A.

Propagación de fisuras en líneas de dióxido de carbono.

• Consideraciones de diseño. El ingeniero de diseño debe tener en cuenta su posibili-dad de ocurrencia.

• Fractura frágil. Se debe considerar mediante la selección de materiales apropiados para las temperaturas de diseño.

• Fractura dúctil. Debe minimizarse la posibilidad de ocurrencia mediante la selección de materiales adecuados y – cuando sea posible – la provisión de “Crack arresters”.

Diseño a presión de componentes de presión. Tuberías rectas.

El espesor nominal se determina mediante la siguiente fórmula:

n

t = + t A

El factor A sintetiza las tolerancias de bajo-espesor debidas a roscas, ranuras, defectos, mermas por conformado, etc. La corrosión solo debe ser incluida cuando – estando ex-presamente permitido por el Código – la tubería no posea recubrimientos protectores.

Fig. 1.a – Esquema para el análisis de las tensiones circunferenciales

• Presión interior (Figs. 1.a y b). 2 i PD t S = • Presión exterior.

El Código no provee reglas formales para la verificación a presión exterior (o presión interior de vacío) aunque requiere que posea resistencia apropiada y calidad de manu-factura apropiadas frente a este tipo de solicitación. Pueden aplicarse las reglas de la Sección VIII, Div. 1 o de otro código, norma o recomendación que encuadre dentro de la filosofía general del Código.

Segmentos curvados.

A presión interior aplica la misma fórmula que para tuberías rectas, tal como se justifica a partir de la observación de las Figs. 2.a y b, aunque deben utilizarse factores de correc-ción para el caso de codos con radio de curvatura relativamente pequeño comparado con el radio medio de la sección.

Fig. 2.a – Variación de la tensión circunferencial a lo largo de la sección transversal de un codo.

Fig. 2.b – Relación entre las tensiones circunferenciales en la parte interna, media y ex-terna de un codo, en función de la relación entre el radio medio de curvado y el radio de

la tubería.

Los codos fabricados por soldadura deben cumplir los requerimientos de las normas ASME B16.9, ASME B16.28 o MSS SP-752.

Intersecciones.

• Tes y cruces estándar. Deben cumplir los requerimientos de ANSI o MSS.

• Tes y cruces soldadas. Deben cumplir los requerimientos de la norma ANSI B16.9 o MSS SP-75.

• Salidas de cabezales con refuerzo integral. Las reglas provistas por el código solo tienen en cuenta las tensiones que se desarrollan por causa de la presión. Las ten-siones debidas a cargas exteriores deben analizarse por separado para garantizar la seguridad del componente. En los casos en que resulte aplicable, pueden aplicarse los boletines WRC 107, WRC 2973 o la BS 55004 y donde estos no puedan utilizarse por las limitaciones en sus alcances, debe recurrirse a métodos numéricos en el contexto

2

Manufacturers Standardization Society. 3

Welding Research Council. 4

del diseño basado en el análisis de tensiones (Sección III y Sección VIII, Div. 2 del ASME B&PVC).

Las reglas de párrafo 404.3 (b) (Fig. 3) solo aplican a conexiones con salida a 90º respecto del eje del cabezal y que no posean material adicional de refuerzo.

La notación y definiciones aplicables pueden encontrarse en el Sub-párrafo 404.3.1 (b) (4) del Código. Solo digamos que la altura de la zona de refuerzo se define como:

0 0, 7 L= d T

El área de refuerzo requerida es:

(

)

1, 00 0, 60 2 0, 6 0, 60 0,15 3 0,15 0,15 h o A K t D d K para D d _d K para D D d K para D = = > = + ≥ > = ≤

El área disponible para refuerzo es la suma de las áreas A1, A2 y A3, mostradas en la Fig. 3 y definidas en el Sub-párrafo 404.3.1 (b) (6) del Código.

(

)

(

)

(

o b

)

o b b h h o t T r A t T L A t T D A − = − = − = 2 2 3 2 1

El fabricante será responsable de establecer y marcar la presión y temperaturas de diseño “Establecidas bajo los requerimientos de la norma ASME B31.4” e incluir su nombre y marca comercial.

• Tes construidas mediante soldadura.

La reglas de refuerzo para este tipo de solución constructiva se establecen en el párra-fo 404.3.1 (c) y dependen de la relación entre el diámetro del cabezal y de la deriva-ción y del nivel de esfuerzos sobre el cabezal. La Tabla 404.3.1 (c) remite a los párra-fos aplicables que corresponden a cada caso.

Los números entre paréntesis que corresponden a la relación Diámetro de la deriva-ción/ Diámetro de la cañería y al nivel de tensión circunferencial de diseño, indican el

párrafo del Código en el que se establecen los requisitos que deben cumplir los re-fuerzos.

En la Fig. 6 pueden verse los criterios y fórmulas para determinar la necesidad de re-forzar la abertura y – en tal caso – la cantidad de material a incorporar. Los materiales agregados deben poseer igual o mayor resistencia que el material base pero, si esto no se cumple, puede compensarse la menor resistencia incrementando el área de material a agregar en la misma proporción en que disminuye la resistencia.

Fig. 6 – Refuerzo en conexiones soldadas.

Cuando sea necesario, deberán agregarse agujeros de venteo para permitir el venteo de aire o gases durante las operaciones de soldadura y para detectar eventuales pérdi-das durante la prueba hidráulica. Estos agujeros serán sellados antes de la puesta en servicio de la tubería, acondicionando la superficie según corresponda a la superficie externa de la tubería.

El uso de costillas o refuerzos diferentes de los indicados en las Figs. 4 a 6 solo será tenido en cuenta para sus propósitos específicos. No se considerará ningún aporte como material de refuerzo de la abertura.

Las conexiones de 2” o menos que satisfacen los requerimientos de la Tabla 404.3.1(c) (Caso 3), no requieren refuerzo, aunque debe prestarse atención a posibles daños por vibraciones. Los detalles de diseño aplicables a tales casos se muestran en la Fig. 7.

Fig. 7 – Detalles permitidos para conexiones de 2” o menos o conexiones que no re-quieren refuerzo, que no estén ubicadas en cabezales.

Independientemente del caso que corresponda según la Tabla 404.3.1 (c), cuando la extensión del refuerzo vaya más allá de la mitad de la circunferencia del cabezal, se utilizará un refuerzo de abrace completo.

Cuando el espesor del material de refuerzo sea mayor que el del cabezal, se chaflana-rán los bordes, reduciendo el mayor espesor al valor correspondiente al del cabezal para evitar zonas “duras”.

Cuando las derivaciones no sean a 90º, se deberá compensar la debilitación adicional de un modo conveniente. Si bien no se proveen reglas específicas para tener en cuenta esta situación, pueden utilizarse los criterios y reglas de otras secciones de las normas ANSI/ASME B31, el ASME B&PVC Section VIII, Div. 1 o recurrir a modelos nu-méricos (Elementos Finitos) en el contexto del diseño basado en el análisis detallado de tensiones (ASME B&PVC Section III o Section VIII, Div. 2, Appendix 4).

• Refuerzo de aberturas múltiples.

Se calculará el refuerzo requerido por cada conexión siguiendo los procedimientos indicados en los párrafos anteriores, instalándose un solo refuerzo cuya área sea la suma de las áreas requeridas por cada conexión del grupo.

La distancia mínima entre centros de dos conexiones contiguas preferentemente será de 1,50 veces el diámetro promedio de ambas y el área de refuerzo se instalará de modo que no menos del 50% de la misma se ubique entre ellas.

Cuando la distancia entre dos conexiones contiguas sea menor de 1,33 veces el pro-medio de sus diámetros, no se considerará el aporte del material comprendido entre ambas.

Cualquier número de conexiones próximas podrá ser tratado como una sola conexión cuyo diámetro sea el de la circunferencia que las circunscribe a todas.

Diseño a presión de bridas.

Los componentes que satisfacen los estándares de la Tabla 426.1, podrán utilizarse para los rangos de presión y temperatura establecidos en las normas aplicables.

Las bridas que no estén incluidas en los estándares anteriores podrán utilizarse sujetos al cumplimiento de los requerimientos de las Secciones II5 y VIII, Div. 16 del ASME B&PVC. Una descripción del procedimiento de cálculo se incluye en el Apéndice V. Las bridas “Slip on” podrán utilizarse siempre que su espesor se incremente de modo de proporcionar la misma resistencia que las bridas “Slip on” con cubo de la norma ASME B16.5.

Reducciones o transiciones.

Los reductores estándar fabricados de acuerdo con las normas ASME B16.5, ASME B16.9 o MSS SP 75, podrán utilizarse para los rangos de presión y temperatura permiti-dos por los estándares respectivos.

Cuando el reductor posea contornos suaves, este fabricado con el mismo material y espe-sor que la tubería, podrá utilizarse para el mismo rango de presión y temperatura de la cañería. Las soldaduras del reductor deberán ser inspeccionadas radiográficamente o por otra técnica aceptable de END, con excepción del examen visual.

5

Requerimientos de materiales permitidos. 6

Otros componentes sometidos a presión.

Los componentes sometidos a presión para los que no se proveen fórmulas expresas po-drán calcularse por similitud o bien aplicar reglas basadas en criterios y filosofías compa-tibles con las del Código, sustanciando el diseño mediante:

• Pruebas (ensayos) que satisfagan los requerimientos del ASME B&PVC, Section VIII, Div. 1, Párr. UG-101.

• Análisis experimental de tensiones tales como los que se describen en el ASME B&PVC, Section VIII, Div. 2, Appendix 6.

• Cálculos de ingeniería. En general y teniendo en cuenta la disponibilidad de progra-mas de cálculo por E. F., actualmente se tiende a efectuar el análisis mediante estas técnicas que resultan mucho menos onerosas que cualquiera de las anteriores (Fig. 8).

Limitaciones de diseño aplicables a la selección de componentes de tuberías. Tubos metálicos.

Pueden utilizarse los materiales nuevos que se listan en la Tabla 423.1 – Material Stan-dards, sujetos a los requisitos de prueba y ensayos establecidos en los párrafos 437.1.4, 437.4.1 y 437.4.3.

También pueden emplearse tubos usados de las mismas especificaciones de material, dando cumplimiento a los requisitos de prueba y ensayo de los párrafos 437.4.1, 437.6.1, 437.6.3 y 437.6.4.

Los tubos de especificación desconocida o que conformen la especificación ASTM A 120 deberán estar encuadrados en las reglas del párrafo 405.2.1 (c).

Accesorios, Codos, Curvas e Intersecciones.

Pueden utilizarse los accesorios estandarizados que conforman los requerimientos de las normas ASME B16.5, B16.9, B16.28 o MSS SP 75.

Los codos pueden fabricarse mediante el curvado de tubos rectos, cumpliendo ciertos re-querimientos dimensionales (Fig. 9).

Fig. 9 – Limitaciones al curvado de tubos para la fabricación de codos.

Cuando el espesor de pared sea demasiado delgado, puede ser necesario el empleo de un mandril que prevenga la ovalización excesiva o la formación de arrugas.

En sistemas que operan a tensiones circunferenciales mayores del 20% de la fluen-cia mínima especificada, los codos en gajos (“Mittered”) están expresamente prohi-bidos.

En sistemas operando a tensiones circunferenciales que no superen el 20% de la tensión de fluencia mínima, los codos en gajos podrán utilizarse pero la distancia entre cordones de soldadura en la zona interna (“Crotch”) deberá ser mayor que el diámetro nominal del tubo.

En sistemas operando a tensiones circunferenciales que no superan el 10% de la tensión de fluencia mínima especificada, el ángulo entre ejes de gajos consecutivos podría super-ar de 12,5º.

Los cambios de dirección de hasta 3º no se considerarán como codos en gajos. Los codos corrugados no están permitidos.

Tapas y cerramientos.

Las tapas con cierres rápidos deberán estar provistas con dispositivos de traba de seguri-dad que conformen los requerimientos del ASME B&PVC, Section VIII, Div. 1, Párrafo UG-35(b) o apéndice 1.

Cabezales de cierre.

Los cabezales deberán satisfacer las reglas de diseño del ASME B&PVC, Section VIII, Div. 1, debiendo satisfacer los límites de tensión de este Código. Cuando existan cordo-nes de soldadura, serán radiografiados al 100%, siendo aplicable por lo tanto un valor unitario para la eficiencia de junta.

Para cabezales semi-esféricos, las formulas que se aplican son: • Esferas de paredes delgadas.

p SE pR t o 4 , 0 +

= Calculo del espesor t R SEt p o 0,8 2 − = Calculo de la presión • Esferas de paredes gruesas.

⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ₋ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ₋ = 3 1 3 1 3 1 ₁ 1 Y Y R Y R t

(

)

p SE p SE Y − + = 2 2

Calculo del espesor

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + − = 2 1 2 Y Y SE p 3 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = R t R

• Cabezales elípticos. p SE pKD t 2 , 0 2 −

= Calculo del espesor

t KD SEt p 2 , 0 2 + = Calculo de la presión ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = 2 2 2 6 1 h D K • Cabezales toriesféricos. p SE pLM t 2 , 0 2 −

= Calculo del espesor

t LM SEt p 2 , 0 2 + = Calculo de la presión ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = r L M 3 4 1 Válvulas.

Los cuerpos de válvulas de fundición de hierro pueden utilizarse para tuberías cuya pre-sión de diseño no exceda de 250 psi (17 bar).

Bridas, Sellos y Bulones.

Se permite el empleo de componentes que satisfagan los requerimientos de las normas ASME B16.5 o MSS SP-44. Las bridas de fundición de hierro están expresamente prohibidas, excepto en los casos en que formen parte integral de válvulas, recipien-tes de presión y otro equipamiento de marca al que están incorporadas.

Los materiales para los sellos deberán seleccionarse de modo que no produzcan daños, alteren las propiedades o degraden el líquido transportado. Los sellos metálicos de anillo no se utilizarán en bridas de la serie ANSI 150 o más livianas.

Los sellos que contengan asbestos podrán ser utilizados en la medida en que conformen los requerimientos de la norma ASME B16.5.

Cuando se utilicen bridas de las series ANSI 125 o 150, solo podrán emplearse bulones ASTM A 193 tratados térmicamente con sellos de cara completa (“Full face gaskets”). De otro modo deberán emplearse bulones del tipo ASTM A 307.

Pueden utilizarse bridas de dimensiones mayores a las incluidas en las especificaciones aceptadas por el Código, verificando que sus dimensiones satisfacen los requerimientos de resistencia y que los materiales son aceptables.

También pueden utilizarse bridas de sección rectangular, siempre que sus dimensiones sean verificadas para las condiciones de diseño establecidas.

Las caras de las bridas deben satisfacer el estándar ASME B16.5 o la MSS SP-6, aunque pueden utilizarse caras especiales con tal que puedan superar las mismas exigencias de prueba y ensayo de esas normas.

Pueden utilizarse sellos de características especiales con tal que se demuestre que son apropiados para las condiciones de operación a las que estarán sometidos y que sean compatibles con los fluidos transportados.

Componentes usados.

Los componentes usados deben ser limpiados y examinados para asegurar que están en buenas condiciones para el servicio que deben prestar y libres de defectos no permitidos. En los casos en los que el material no pueda identificarse adecuadamente se restringirá su empleo a presiones de diseño basadas en una tensión de fluencia de 24.000 psi (165 MPa) o menos.

Limitaciones en las uniones en tuberías. Soldadura de bisel.

Deben satisfacer los requerimientos del Capítulo V del Código. Uniones mediante bridas.

Deben satisfacer los requerimientos del párrafo 408 (Ver más arriba). Uniones roscadas.

Pueden utilizarse sujetas a casos en que la pared de la tubería sea de espesor estándar o superior (ASME B36.10).

Todas las roscas externas serán ahusadas (cónicas) de acuerdo con la norma API 5B o NPT según ASME B1.20.1. Lo mismo aplica a las roscas interiores, para diámetros supe-riores a NPS 2 con presiones que no excedan de 150 psi (10 bar), para las que pueden uti-lizarse roscas rectas.

Manguitos, cuplas y otras uniones patentadas. Deben satisfacer los requisitos de la norma API 6D. Otros tipos pueden utilizarse si se han calificado mediante pruebas de presión efectuadas sobre un prototipo, bajo condiciones ambientales similares a las de servicio del componente (vibraciones, fatiga, etc.).

Expansión, flexibilidad, soportes y restricciones.

Este Código se aplica a tuberías enterradas y aéreas, requiriéndose cálculos estructurales cuando existan dudas razonables sobre la flexibilidad del sistema. Esta cuestión puede ser particularmente crítica en el caso de tuberías enterradas (muy restringidas en su libertad de desplazamiento) cuando se encuentran sometidas a cambios de temperatura en el flui-do transportaflui-do.

Estos cambios de temperatura también pueden causar diferencias en la expansión volu-métrica entre el fluido y la tubería que lo contiene, produciendo incrementos en la presión que pueden ser suficientemente importantes como para tenerlos en cuenta en el diseño de la tubería y en la selección del “Rating” de los componentes estándar.

En los casos en que existan restricciones a la libre expansión (intencionales o consecuen-cia del tipo de tubería), puede ser necesario verificar la estabilidad (pandeo) de la tubería bajo las cargas de compresión a las que puede quedar sometida.

En los casos en que los cambios de temperatura produzcan tensiones inadmisibles sobre la tubería o cargas excesivas sobre los soportes, puede aumentarse la flexibilidad median-te las siguienmedian-tes medidas correctivas:

• Modificar el trazado incluyendo lazos, codos o “liras”. • Incluir juntas de expansión.

• Incluir acoplamientos deslizantes.

Las ventajas e inconvenientes de cada solución (aplicadas en forma concurrente o indivi-dual) debe ser analizada para cada caso particular. Las liras u omegas son las soluciones más comunes y – generalmente – las más económicas y seguras.

Los fuelles son más delicados y los manguitos deslizantes requieren mayores acciones de control debido a la posibilidad de pérdidas. Ambos modifican el comportamiento de la tubería en los tramos afectados, que se pasan a trabajar en compresión y transfieren es-fuerzos que pueden ser elevados a los soportes y al equipamiento cuando no se toman acciones convenientes.

Por esas razones, el uso de fuelles y manguitos deslizantes en general se limita a tuberías interiores de las plantas, accesibles de modo permanente a la inspección, control y even-tual mantenimiento.

Existe una gran variedad de diseños de juntas de expansión para atender a los diferentes requerimientos de diseño (movimientos permitidos) y operativos (materiales y revesti-mientos resistentes al entorno.

Análisis.

El análisis puede efectuarse mediante métodos simplificados manuales, métodos exactos manuales o utilizando programas utilitarios específicamente desarrollados para este tipo de verificaciones.

Casi todos estos programas incluyen bases de datos de los componentes estándar con las propiedades y características necesarias para su análisis, de propiedades de los materiales permitidos y además de determinar los esfuerzos, efectúan la mayoría de las verificacio-nes requeridos por los distintos códigos aplicables a la construcción de tuberías (No solo los ASME B31 y ASME B&PVC Section III).

El efecto de las restricciones, incluyendo la fricción debe ser tenido en cuenta para un cálculo suficientemente exacto de las tensiones que, por otra parte, deben estar calculadas utilizando los factores de intensificación de tensiones correspondientes a cada componen-te (Fig. 419.6.4 (c)).

Independientemente del hecho que la tubería pueda estar precargada, el cálculo de ten-siones debe efectuarse para el rango total de temperaturas (máxima – mínima) que se es-pera durante el servicio.

Cargas sobre los soportes.

A partir del análisis estructural – manual o por computadora – se pueden determinar las cargas sobre los soportes, los que deberán seleccionarse o diseñarse de modo de poder resistir esos esfuerzos.

Los soportes estándar fijos, elásticos o de carga constante, deben seleccionarse de modo de satisfacer los requerimientos y especificaciones establecidos por los fabricantes, utili-zando los métodos que ellos mismos proporcionan en sus catálogos técnicos.

Otros soportes tales como pórticos o parrales metálicos o de concreto, deberán diseñarse utilizando las normas específicas que resulten aplicables (Manual of Steel Construction, AISC7, ASCE, ACI, etc.).

En algunas ocasiones es necesario incluir amortiguadores para absorber vibraciones que no pueden ser eliminadas mediante cambios en la posición, tipo o cantidad de soportes. Cuando la tubería se diseña para tensiones próximas a los valores admisibles, debe pres-tarse particular atención al modo en que se la vincula con los soportes, para evitar que los esfuerzos localizados que se producen en las áreas de contacto excedan los valores admi-sibles para ese tipo de esfuerzos.

Cuando sea necesario, deben incluirse chapas de refuerzo que abracen todo el perímetro del tubo en esa zona o utilizar soportes que transfieran la carga a la tubería a través de anillos, cunas, etc.

7

También debe prestarse atención a las tensiones que pueden tener lugar debido al efecto de aleta de las chapas o elementos vinculados a la tubería. Estas tensiones tienen lugar debido a los gradientes de temperatura inducidos por la presencia de superficies disipado-ras del calor adicionales.

Las especificaciones MSS SP-58 y MSS SP-69 son aplicables en la selección y diseño de soportes de tuberías.

En las figuras siguientes se muestran distintos tipos de soportes utilizados habitualmente en las tuberías aéreas.

M

ATERIALES

(C

APÍTULO

III)

Materiales y especificaciones aplicables.

Los materiales a utilizar responderán a una de las especificaciones incluidas en la Tabla 423.1. Para los materiales que no conforman una de las especificaciones de la citada ta-bla, deberá requerirse la aprobación del Comité Técnico ASME B31 antes de su empleo. El Código establece cuales especificaciones de materiales pueden ser utilizadas y el modo de proceder en caso de un material que responda a una especificación no autorizada pero no proporciona reglas o guías para la selección del material más apropiado para una de-terminada aplicación.

Se establece la necesidad de tener en cuenta la temperatura de operación y la agresividad del entorno operativo (externo e interno). En el primer caso apela al juicio profesional del diseñador y en el segundo caso remite al “Corrosion Data Survey” de la National Asso-ciation of Corrosion Engineers (NACE).

Una publicación particularmente útil para el caso de Tuberías en medios agresivos es el Estándar NACE MR0175 – Standard Material Requirements. Sulfide Stress Cracking Re-sistant Metallic Materials for Oilfield Equipment.

La fundición de hierro, fundición maleable y el hierro no se pueden utilizar en compo-nentes sometidos a presión.

Materiales para tuberías de transporte de amoníaco anhidro.

Solamente los aceros que conforman las especificaciones del Apéndice A del Código pueden utilizarse con este tipo de fluido. Las costuras longitudinales o espirales de los tubos deben ser normalizadas, del mismo modo que los accesorios conformados en frío.

El uso de cobre, zinc o aleaciones de esos metales esta prohibido en componentes sometidos a presión en tuberías de transporte de amoníaco anhidro.

Materiales para tuberías de transporte de dióxido de carbono.

Los materiales para expansión de dióxido de carbono deben conformar las especificacio-nes ASTM A 333 y ASTM A 420.

R

EQUERIMIENTOS

D

IMENSIONALES

(C

APÍTULO

IV)

Las normas que definen los requerimientos dimensionales aplicables a los componentes estándar de tuberías se listan en la Tabla 426.1.

C

ONSTRUCCIÓN

,

SOLDADURA Y ENSAMBLADO

(C

APÍTULO

V)

Generalidades.

Las construcciones nuevas y los reemplazos de instalaciones existentes deberán confor-mar los requerimientos de este capítulo.

Cuando se requieran procedimientos escritos, estos poseerán suficientes detalles como para asegurar el cumplimiento de los requerimientos del Código. Tales especificaciones contendrán detalles sobre el manipuleo de los tubos, equipamiento, materiales, soldaduras y todos los factores que intervienen en la fabricación y que contribuyen a la calidad y se-guridad.

Aunque no se establezca expresamente, todos los materiales y la calidad de la mano de obra debe satisfacer las reglas del arte para alcanzar los estándares de seguridad requeri-dos.

Inspección.

La compañía operadora de la instalación deberá desarrollar las actividades de inspección necesarias en la tubería e instalaciones relacionadas, utilizando inspectores calificados para asegurar el cumplimiento de las especificaciones aplicables.

La calificación de los inspectores y del personal afectado deberá satisfacer los requeri-mientos establecidos en el párrafo 436 (Inspección y Pruebas, Capítulo VI).

Las reparaciones requeridas por las construcciones nuevas deberán conformar los requisi-tos de los párrafos 434.5, 434.8 y 461.1.2.

Derechos de paso. Ubicación.

La ubicación y el trazado para el tendido de la cañería será seleccionado de modo de dis-minuir los riesgos ocasionados por futuras urbanizaciones poblacionales o industriales. Requerimientos constructivos.

La seguridad pública y la minimización de los inconvenientes a los propietarios de las tierras afectadas serán priorizados.

• Las voladuras deberán efectuarse de conformidad con los requerimientos de las leyes, regulaciones y disposiciones vigentes para cada sitio afectado. El personal involucra-do deberá ser competente y calificainvolucra-do para las tareas asignadas.

• Se diseñarán las actividades de modo de minimizar los daños a la tierra, medio am-biente, restableciendo las condiciones anteriores a los trabajos de construcción.

• Cuando deban efectuarse cruces de ferrocarriles, carreteras, etc., deberán observarse todas las precauciones posibles tales como señalización, barreras, protecciones, etc. La ruta de tendido deberá ser explorada y marcada, manteniendo dichas marcas durante todo el proceso de construcción.

Manipuleo, transporte y almacenamiento de materiales.

Deberán tomarse las precauciones necesarias para evitar daños a las tuberías y a los recu-brimientos protectores. Cuando sea aplicable, podrán utilizarse las recomendaciones de la Práctica Recomendada API RP 5L1.

Daños a los elementos fabricados y a la tubería.

Los componentes fabricados tales como trampas de rascadores, múltiples, cámaras, etc. Serán inspeccionados antes de su montaje en la línea principal. Todo defecto que se de-tecte será reparado de acuerdo con las especificaciones aplicables para su manufactura. Las tuberías se inspeccionarán antes de aplicarles el revestimiento protector y antes de su montaje en la línea principal. Distorsiones, abolladuras, dentaduras, aplanamientos, ranu-ras o marcas deberán repararse, eliminarse según sea requerido.

Los defectos pueden ser reparados mediante procedimientos de soldadura que conformen los requerimientos de la norma API 5L o removidos mediante amolado, siempre que el espesor remanente sea mayor que el mínimo permitido por la especificación.

Cuando no puedan cumplirse las condiciones anteriores, la parte dañada será removida como un cilindro completo. Los parches no están permitidos en tuberías que están diseñadas para trabajar a tensiones circunferenciales mayores al 20% de la tensión de fluencia mínima.

Las ranuras y delaminaciones no serán reparadas así como las partes distorsionadas o aplanadas.

Las depresiones que contengan concentradores de tensiones tales como ralladuras, ranu-ras, etc., deben ser removidas y restauradas.

Las depresiones de una profundidad mayor a 6 mm en tuberías de diámetro menor de 4” o el 6% del diámetro para los tamaños mayores no están permitidas en tube-rías diseñadas para operar a tensiones circunferenciales superiores al 20% de la tensión de fluencia mínima especificada.

Zanjas o trincheras.

La profundidad de las trincheras deberá ser apropiada para cada zona del tendido. Los valores mínimos de la tapada se indican en la Tabla 434.6 (a) y cuando esos valores no puedan satisfacerse, se deberán proveer de protecciones adecuadas para evitar esfuerzos excesivos sobre la tubería.

La Práctica Recomendada API RP 1102 – Steel Pipelines Crossing Railroads and High-ways proporciona métodos para el cálculo de los esfuerzos inducidos por las ruedas de trenes y camiones a través de la tapada y criterios para establecer valores admisibles ante la falla estática y a la fatiga.

Deben tomarse precauciones y prevenciones para evitar que estructuras enterradas se en-cuentren a distancias menores de 30 cm de la pared de la tubería o componente de la ins-talación.

Curvas fabricadas por conformado de tubos.

Cuando las curvas requieran calentar tubos que hubieran sido trabajados en frío para sa-tisfacer criterios de resistencia, se adoptará el menor valor de tensión de fluencia para el cálculo del espesor requerido.

Las curvas deberán efectuarse con los debidos cuidados para preservar la forma de la sec-ción transversal de la tubería. Deberá verificarse que no existan abolladuras, fisuras u otras evidencias de daño mecánico.

El diámetro de la tubería no podrá reducirse en ningún punto por debajo del 2,5% de su valor nominal y una vez completada la operación de conformado deberá verificarse que el “chancho” de control pasa libremente.

Preferentemente se dejarán tramos rectos tangentes a la curva de aproximadamente 2 m de longitud en cada extremo de codos conformados en frío.

Codos en gajos (“Mittered”).

Las uniones de los gajos serán de penetración total. Soldadura.

Alcance.

Los requerimientos del Código se refieren a las soldaduras de arco y gas que se efectúan a las tuberías, accesorios, conexiones con aparatos y equipos, etc. Están excluidas las sol-daduras longitudinales o espirales que se efectúan durante la fabricación del tubo, acceso-rios, válvulas y recipientes de presión.

Los términos y definiciones se corresponden o adhieren a las normas específicas de apli-cación, ANSI/AWS A3.0 y API 1104.

Prácticas seguras.

Antes de efectuar tareas de corte y soldadura, deberán tomarse todas las precauciones y cuidados necesarios por la posible presencia de elementos inflamables o explosivos. Procedimientos de soldadura y materiales de aporte.

Antes de efectuar cualquier soldadura por cualquiera de los métodos permitidos (SMAW, SAW, GMAW, etc.) bajo los requerimientos del Código, deberán prepararse y calificarse los procedimientos de soldadura correspondientes. Los materiales de aporte deberán cumplir con los requerimientos de la norma API 1104.

Calificación de procedimientos.

Todos los procedimientos de soldadura y los operadores de soldadura (soldadores) debe-rán calificarse de acuerdo con los requerimientos de la norma API 1104 o la Sección IX del ASME B&PVC, según sea aplicable para el proceso bajo consideración.

Los procedimientos de soldadura deberán especificar las temperaturas de precalentamien-to, temperatura entre pasadas y el ciclo del tratamiento térmico post-soldadura, cuando los materiales, consumibles de soldadura, restricciones mecánicas (Embridamiento) o las condiciones meteorológicas lo requieran.

Las secciones correspondientes de la API 1104 y de la Sección IX del ASME B&PVC, establecen cuales son variables esenciales del proceso y de los soldadores. Las reglas de esas secciones deben ser cumplidas con la excepción que – para los propósitos del ASME B31.4 – todos los aceros al carbono que no excedan de 0,32% de C y un carbono equiva-lente (C + ¼ Mn) menor de 0,65% son considerados materiales P1 (Requerimiento Eli-minado en edición 2002 del Código). Todos los aceros aleados que tengan características de soldabilidad demostrables y similares a las de esos aceros serán soldados, precalenta-dos y postrataprecalenta-dos como esos aceros al C.

Otras aleaciones de acero serán soldadas, precalentadas y postratadas de acuerdo con los requerimientos de la Sección VIII, Div. 1 del ASME B&PVC, a menos que pueda de-mostrarse mediante la calificación del procedimiento y las mediciones de dureza (NACE MR-01-75) que el precalentamiento, poscalentamiento o ambos son innecesarios.

Los operadores de soldadura deberán ser recalificados cuando hayan permanecido inactivos por un período de seis meses o mayor.

Registros de calificación de procesos y operadores.

Los procesos y pruebas de calificación de procesos y de operadores serán registrados (es-critos). Incluirán todos los detalles y observaciones que sean pertinentes, la fecha y los resultados de las pruebas, debiendo permanecer en archivos durante todo el proceso de construcción y (al menos) durante los 6 (seis) meses posteriores a su finalización.

Calidad de las soldaduras.

• Métodos de Inspección. La calidad de las soldaduras deberá establecerse mediante END o mediante la extracción de muestras de soldaduras terminadas – a criterio y se-lección del inspector – para ensayos destructivos.

Los END consistirán de exámenes radiográficos u otros métodos apropiados que permitan obtener indicaciones de la presencia de defectos que puedan ser interpreta-das precisamente y evaluainterpreta-das.

Cuando se utilice el examen radiográfico, deberá satisfacer los requerimientos de la norma API 1104.

Para considerar aceptable una muestra o espécimen de un cordón de soldadura extraí-do para exámenes destructivos, deberán satisfacerse los requerimientos de la norma API 1104 para la calificación de soldadores mediante ensayos destructivos. No se uti-lizarán los métodos de ensayo mediante trepanación.

Cuando la tubería haya sido diseñada para trabajar a una tensión circunferencial supe-rior al 20% de la tensión de fluencia mínima, un mínimo del 10% de las costuras efectuadas durante el día, seleccionadas al azar por la compañía operadora, serán ins-peccionadas.

La inspección se efectuará mediante examen radiográfico u otra técnica de END ade-cuada, con excepción expresa del examen visual. Cada cordón de soldadura será inspeccionado en su circunferencia completa.

• Criterios de aceptación. Los criterios de aceptación por falta de fusión o penetración incompleta, quemaduras, inclusiones de escoria, porosidad o bolsas de gas, fisuras,

discontinuidades acumuladas y socavaduras son los establecidos en la Norma API 1104 – Standards of Acceptability. Non Destructive Testing.

Tipos de soldaduras, diseños de junta y accesorios de transición. Los diseños de junta permitidos se muestran en las figuras siguientes.

Las soldaduras de retención, posicionamiento, punteo, etc., deberán ser realizadas por soldadores calificados.

Remoción y reparación de defectos.

• Quemado por arco. Este tipo de defecto es causa de concentración de tensiones que pueden conducir a la iniciación de fisuras u otros daños debidos al daño metalúrgico. Por lo tanto, este debe ser removido mediante amolado, en la medida en que el espe-sor remanente no quede por debajo de los valores mínimos requeridos por la especifi-cación del material.

Después de remover el defecto, se debe remojar la zona con una solución de polisul-fato de amoníaco al 20%. Cualquier mancha ennegrecida indicará la presencia de zo-nas alteradas metalográficamente que requieren de tareas de remoción adicionales. En caso que el espesor remanente sea inferior al mínimo permitido, se procederá al reemplazo de la zona afectada mediante la sustitución del tramo cilíndrico completo.

• Defectos de soldadura. La autorización para reparar defectos y los ensayos y pruebas posteriores conformarán los estándares de aceptabilidad de la API 1104.

Precalentamiento y temperatura entre pasadas.

Los aceros al carbono con un contenido de más de 0,32% de C y más de 0,65% de carbo-no equivalente (C + ¼ Mn) deberán ser precalentados, debiendo controlar la temperatura entre pasadas mediante el empleo de lápices, pirómetros o termocuplas (Eliminado en edición 2002 del Código).

Alivio de tensiones.

Los cordones de soldadura serán sometidos a tratamiento de alivio de tensiones cuando la garganta efectiva de la soldadura (Fig. 438.6(a)-(2)) exceda de 1¼”, excepto que a través

de las pruebas de calificación del procedimiento pueda demostrarse que ello no resulta necesario.

Los cordones de soldadura con tamaños de garganta comprendidos entre 1¼” y 1½” in-clusive, podrán exceptuarse del alivio de tensiones cuando sean precalentados a 200 º F (93 ºC).

Pese a lo anterior, el tratamiento de alivio de tensiones puede ser necesario para es-pesores menores a los indicados cuando el material base, el de aporte o la tempera-tura ambiente lo hacen necesario.

Ajustes de montaje.

Debe disponerse de equipamiento del tipo, cantidad y calidad necesarios para evitar es-fuerzos sobre la tubería al intentar alinear partes que deban ser unidas en cruces de ríos, carreteras, vías ferroviarias, etc.

Instalación de la tubería en las zanjas.

Debe prestarse atención al modo en que la tubería es ubicada en su posición en las zanjas, de modo de evitar esfuerzos excesivos o deterioros a los recubrimientos protectores. Idénticas precauciones deben tomarse durante el llenado que debe efectuarse después de asegurar que la tubería se encuentra en su posición, conveniente y firmemente apoyada en el lecho de la zanja.

Cuando las zanjas se encuentren inundadas, debe asegurarse que la tubería no flote antes de completar las operaciones de tapado y compactación.

Cruces especiales.

La compañía operadora deberá gestionar los permisos necesarios y autorizaciones sufi-cientes para evitar perjuicios a terceros por afectación del tránsito, inaccesibilidad a las áreas afectadas, etc.

Cruces de agua.

El diseñador debe tener en cuenta las condiciones particulares de cada caso para evaluar el impacto en el diseño y/o las maniobras de instalación de las tuberías. Entre otras cues-tiones a tener en cuenta, pueden mencionarse la composición y características del lecho, velocidad del agua, agresividad química y condiciones estacionales especiales para de-terminar la conveniencia de un cruce aéreo o bajo agua.

Se deberán generar planes y especificaciones que muestren la relación entre la tubería, el lecho del río, la profundidad media del agua, etc. Se debe prestar especial atención a los recubrimientos protectores y a la necesidad de utilizar de muertos de concreto.

La inspección debe ser particularmente extensiva y cuidadosa, debiendo extremarse las precauciones para evitar esfuerzos por encima de los que producen abolladuras (pandeo local) de la tubería debido a la ovalización de las secciones de la tubería.

Tomas a puentes.

Las particularidades de estos casos merecen la consideración sobre el uso de materiales de mayor resistencia para alcanzar diseños en los que se privilegie el peso total a sopor-tar.

Cruces de carreteras y de vías férreas.

Se privilegiarán el empleo de tubos sin coberturas de protección para tener un mejor con-trol sobre la corrosión de las superficies externas. La evaluación sobre la necesidad o no de incluir esas protecciones se hará de conformidad con la Práctica Recomendada API RP 1102 que provee reglas de diseño de esos componentes.

Las tensiones efectivas debidas a la presión interna y a las cargas exteriores (incluido el peso propio y las cargas vivas) no excederá el 90% de la tensión de fluencia mínima para la verificación estática. La verificación a fatiga debe realizarse y – en la medida en que se cumplan las limitaciones de su alcance – pueden hacerse utilizando la citada API RP 1102.

Tanques y almacenamientos tipo tubería.

Los tanques para almacenamiento de petróleo crudo y productos líquidos del petróleo con presiones de vapor próximas a la atmosférica se construirán de acuerdo con las normas API 650, 12B, 12D y 12F.

Los tanques de almacenamiento de líquidos con presiones de vapor comprendidas entre 0,50 psig y 15 psig, se construirán de acuerdo con las reglas de la norma API 620.

Los tanques de almacenamiento de productos con presiones de vapor superiores a 15 psi se construirán de acuerdo con las reglas de la Sección VIII, Divs. 1 o 2 del ASME B&PVC.

Diques y paredes de contención del fuego.

Se construirán para prevenir daños cuando pueda verse afectada la salud y seguridad pú-blicas, de modo de satisfacer los requerimientos de capacidad de la norma NFPA 30. Instalaciones eléctricas.

Se realizarán de acuerdo con los requerimientos de la NFPA 70 y la API RP 500C. Mediciones de líquido.

Serán diseñados e instalados de acuerdo con el API Manual of Petroleum Measurement Standards.

I

NSPECCIÓN Y

P

RUEBAS

(C

APÍTULO

VI)

General.

Las previsiones de inspección de tuberías y facilidades relacionadas deberán ser adecua-das para asegurar el cumplimiento de los requerimientos sobre materiales, construcción, soldadura, ensamblado y pruebas.

Calificación de los inspectores.

El personal de inspección deberá estar capacitado y entrenado para desarrollar las si-guientes actividades:

¾ Derechos de paso y nivelado. ¾ Cavado de zanjas.

¾ Inspección de las superficies de las tuberías. ¾ Soldadura.

¾ Revestimiento.

¾ Empalmes y posicionado. ¾ Rellenado y limpieza. ¾ Pruebas de presión.

¾ Tareas especiales de inspección de facilidades auxiliares, cruces de ríos, instala-ciones eléctricas, radiografía, control de corrosión, etc. según sea requerido.

Tipo y extensión de las inspecciones. Examen visual.

• Materiales.

Todas las tuberías y accesorios serán visualmente inspeccionados por daños mecáni-cos que pudieran haber ocurrido durante el transporte, manipuleo y almacenamiento previos al montaje.

En los casos en que se utilicen materiales y/o espesores diferentes (escalonados), debe controlarse que cada tramo corresponde a la posición en la que esta siendo instalado, generando registros permanentes que describan la ubicación de cada grado, espesor, tipo, especificación y fabricante del tubo.

• Construcción.

Los biseles se inspeccionarán antes de soldar para detectar daños mecánicos o desali-neación excesiva.

Una vez terminadas, las soldaduras serán limpiadas e inspeccionadas previo a las la-bores de pintado o recubrimiento. Toda irregularidad que pudiera emerger por encima de la capa protectora deberá eliminarse.

En general, deben efectuarse controles antes de comenzar y después de concluir todas las operaciones, particularmente aquellas después de las que el acceso a los elementos