SERIE HOJAS DE CALCULO No. 0031SC

Cálculo del Espesor de Pared de Cabezal Torisférico Bajo Presión Interna

ASME Sección VIII Div 1 - Apéndice 1-4 - Fórmulas para el Diseño de Cabezales Conformados Bajo Presión Interna ⁽⁹⁾

Apéndice 1-4(d) Cabezales Torisféricos

(Ingrese valores en celdas amarillas para cálculos)

DATOS DE ENTRADA

Condiciones de Diseño

Material

Presión de Diseño, Pd =

barg

Especificación del Material del Cabezal ⁽¹⁾⁽²⁾

Temperatura de Diseño, Td =

°C

Esfuerzo Permisible del Cabezal ⁽³⁾, S =

MPa

Eficiencia de Junta, E =

Dimensiones

Ver Tabla UW-12

Diámetro Interior de la falda del cabezal, Di =

Tolerancia a la Corrosión, CA =

Espesor nominal de la pared antes de la conformación ⁽⁴⁾, tn =

Espesor minimo especificado después de la conformación ⁽⁵⁾, tf =

Espesor mínimo requerido después de la conformación, tr =

Radio interior del nudillo (Radio de Transición) ⁽⁶⁾, r =

Radio interior del nudillo (r = 0.06Do) =

Radio interior del nudillo (r = 3t) =

El radio interior del nudillo debe ser el mayor entre 0.06Do y 3 veces el espesor del cabezal (t) =

El radio interior del nudillo no debe ser inferior a 0.06Do, pero en ningún caso inferior a 3t

Diametro Exterior de la falda del cabezal, Do =

Radio interior esférico o de corona⁽⁶⁾,L =

Longitud de la falda recta ⁽⁷⁾⁽⁸⁾, SK =

Comprobar si tr ≤ tn

Comprobar si tr ≤ tf

Notas:

(1)

S ≤ 66.66% de σy @ temp.

(2)

S > 66.66% pero < 90% de σy @ temp.

(3)

Según ASME VIII-1 EndNote 90. Las cabezas torisféricas hechas de materiales que tengan una resistencia a la tracción mínima especificada que exceda las 70,000 psi (485 MPa) deben diseñarse usando un valor de S igual a 20,000 psi (138 MPa) a temperatura ambiente y reducidas en proporción. a la reducción de los valores máximos permisibles de tensión a temperatura para el material como se muestra en la tabla correspondiente (ver UG-23).

(4)

Se recomienda un espesor nominal antes de la conformación un 15% mayor que el espesor mínimo especificado para garantizar que después de la conformación el espesor está por encima del mismo.

(5)

Según UG-79(d)(3) La reducción de espesor de la soldadura después de la conformación no debe exceder 1/32 in. (1 mm) o 10% del espesor nominal de la superficie adyacente, lo que sea menor.

(6)

Según UG-32(i) El radio interior de la corona no debe ser mayor que el diámetro exterior de la falda del cabezal. El radio interior del nudillo de un cabezal toriesférico no debe ser inferior al 6% del diámetro exterior de la falda del cabezal.

(7)

Según UG-32(k) Todos los cabezales conformados, más gruesos que la carcasa y cóncavas a presión, destinadas a uniones soldadas a tope, tendrán una longitud de falda suficiente para cumplir los requisitos de la Figura UW-13.1, cuando una transición gradual es requerida. Todos los cabezales conformados cóncavos a presión y destinados a unión a tope no necesitan tener una falda integral cuando el espesor del cabezal es igual o inferior al espesor de la carcasa. Cuando se proporciona una falda, su espesor debe ser al menos el requerido para una carcasa sin costuras del mismo diámetro interior.

(8)

Según UG-32(l) Los cabezales cóncavos a presión, destinados a unirse mediante soldadura fuerte, deben tener una longitud de falda suficiente para cumplir con los requisitos de las juntas circunferenciales en la Parte UB.

(9)

Las ecuaciones de este párrafo prevén el diseño de cabezales conformados de proporciones distintas a las dadas en UG-32, en términos de diámetro interior y exterior.

CÁLCULOS

Cabezal Torisferico

con tf/L ≥ 0.002

Espesor después del conformado ajustado por corrosión, nt =

nt = tf - CA

Radio interior esférico o de corona ajustado por corrosión, Lc =

Lc = L + CA

Radio interior del nudillo ajustado por corrosión, rc =

rc = r + CA

Relación entre el radio int. de la corona y el radio int. del nudillo, Lc/rc ⁽¹⁰⁾ =

Factor M =

M =

1/4 (3 +

(

)

0,5

)

Espesor mínimo de pared [Apéndice 1-4(d)]

Espesor mínimo requerido después de la conformación, t =

t =

P Lc M

2 S E - 0.2 P

Espesor mínimo requerido después de la conformación, tr =

t_r =

P Lc M

+ CA

2 S E - 0.2 P

Compruebe si tr ≤ tf

Presión de trabajo máxima permisible [Apéndice 1-4(d)]

Presión de trabajo máxima permisible para Cabezal Torisférico, MAWP =

barg

MAWP =

2 S E nt

Lc M + 0.2 nt

Compruebe si MAWP ≥ P

Compruebe

Limitaciones: tf/L ≥ 0.002

tf/L ≥ 0.002

Cálculo de Volumen y Peso

Radio interior de la falda del cabezal, Ri =

R = Di/2

Radio interior esférico o de corona, Li =

Radio interior del nudillo , ri =

Li/Ri =

2ri/Ri =

Coeficiente Ki =

K i =

- [(

)(

2ri

)]

0,5

Radio exterior de la falda del cabezal, Ro =

R = Do/2

Radio exterior esférico o de corona, Lo =

Radio exterior del nudillo, ro =

Lo/Ro =

2ro/Ro =

Coeficiente Ko =

Ko =

- [(

)(

2ro

)]

0,5

Volumen Interior, Vi =

m³

Vi =

(

π Di³ Ki

π Di² SK

)

/ 10⁹

Volumen Exterior, Vo =

m³

Vo =

(

π Do³ Ko

π Do² SK

)

/ 10⁹

Peso =

W =

(Vo - Vi) ρm

Nota:

(10)

Según la nota 1 de la Tabla 1-4.2, L/r = 16,66 es la relación máxima permitida por UG-32(i) cuando L es igual al diámetro exterior de la falda del cabezal.

RESULTADOS

Condiciones de Diseño

Presión de Diseño, Pd =

barg

Temperatura de Diseño, Td =

°C

Material

Material del Cabezal

Dimensiones

Diámetro Exterior, Do =

Espesor nominal de la pared antes de la conformación, tn =

Espesor después de la conformación, tf =

Radio interior esférico o de la corona, L =

Radio interior del nudillo, r =

Presión de trabajo máxima permisible, MAWP =

barg

Volumen Interior =

m³

Volumen Exterior =

m³

Peso =

Discusión y Referencias

Información sobre el Cálculo del Espesor de Pared de Cabezal Torisférico Bajo Presión Interna

ASME Section VIII Div 1 Appendix 1-4(d)

Estándares, Párrafos y Apéndices

ASME BPVC.VIII.1 Rules for Construction of Pressure Vessels

ASME BPVC SEC II-D Material Properties

ASME Section VIII Div 1 Appendix 1-4 Formulas for the Design of Formed Heads Under Internal Pressure

Torispherical Head with ts/L ≥ 0.002

Espesor mínimo requerido [ASME VIII Div 1 APP 1-4(d)]

t =

P L M

2 S E - 0.2 P

Presión de diseño interna [ASME VIII Div 1 APP 1-4(d)]

P =

2 S E t

L M + 0.2 t

Donde:

P: Presión de Diseño, en barg (psig)

S: Esfuerzo Permisible, en MPa (psi)

E: Eficiencia de Soldadura

L: Radio interior de la corona no mayor que el diámetro exterior de la falda, en mm (inches)

M: un factor en las ecuaciones para cabezales toriesféricos dependiendo de la proporción de cabezal L/r

M =

1/4 (3 + (

)

0,5

)

t: Espesor mínimo requerido del cabezal después de la formación, en mm (inches)

ts: Espesor mínimo especificado del cabezal después de la formación, en mm (inches).

ts debe ser ≥ t

r = radio interior del nudillo

Caracteristicas:

- Alta disponibilidad
- Limitaciones: ts / L ≥ 0.002, L ≤ D + 2t, r ≥ 0.06 * (D + 2t)
- Para el cálculo de (t) se considerará L = D
- Para las cabezas con ts / L <0.002, vea el Apéndice. 1-4 (f)

Los cabezales toriesféricos hechos de materiales con una resistencia mínima a la tracción especificada superior a 70,000 psi (485 MPa) deben diseñarse usando un valor de S igual a 20,000 psi (138 MPa) a temperatura ambiente y reducirse en proporción a la reducción en los valores del esfuerzo máximo permisibles a la temperatura del material (ver UG-23).