SERIE HOJAS DE CALCULO No. 0035SD

Cálculo de Espesor de Pared de Cabezal Toricónico Bajo Presión Interna

ASME Sección VIII Div 1 - UG-32 - Cabezales Conformados y Secciones, Presión en el Lado Cóncavo

UG-32(g) Cabezales y secciones toricónicas (con articulación de transición)

(Ingrese valores en celdas amarillas para cálculos)

DATOS DE ENTRADA

Condiciones de Diseño

Material

Presión de Diseño, Pd =

psig

Especificación del material de la sección toricónica ⁽¹⁾⁽²⁾

Temperatura de Diseño, Td =

°F

Esfuerzo Permisible de la Sección Toricónica, S =

psi

Eficiencia de Junta, E =

Dimensiones

Ver Tabla UW-12

Diámetro interior extremo mayor, D =

in.

Tolerancia a la Corrosión, CA =

in.

Espesor nominal de la pared antes de conformar ⁽⁶⁾, tn =

in.

Tolerancia del Laminador Permisible ^(3)(4)(5), U1 =

valor predetermi

Espesor mínimo especificado después de la conformación ⁽⁷⁾, tf =

in.

Espesor mínimo requerido sección conica (extremo mayor), tr =

in.

(Extremo mayor) Radio interior del nudillo ⁽⁸⁾, r =

in.

Compruebe que el radio interior de los nudillos no sea inferior al 6% del diámetro exterior del faldón del cabezal

Compruebe que el radio interior de los nudillos de una cabeza torisférica no debe ser inferior a 3 veces el espesor de los nudillos (t_k)

Diámetro exterior del faldón del cabezal, Do =

in.

La mitad del ángulo incluido (vértice) del cono, α ≤ 30ᵒ =

deg.

Longitud de la falda recta ^(9)(10), Sk =

in.

If t_r ≤ t_f aceptable

If t_kr ≤ t_f aceptable

Notas:

(1)

S ≤ 66.66% de σy @ temp.

(2)

S > 66.66% pero < 90% de σy @ temp.

(3)

Según UG-16(c) Tolerancia del laminador. El material de la placa debe ordenarse no más delgado que el espesor del diseño. Los recipientes fabricados con placas provistos de un valor inferior a un valor menor de 0,01 pulg. (0,25 mm) o 6% del espesor ordenado se pueden usar a la presión de diseño total para el espesor solicitado. Si la especificación a la que está ordenada la placa permite un mayor margen de error, el espesor ordenado de los materiales debe ser lo suficientemente mayor que el espesor de diseño para que el espesor del material suministrado no sea mayor que el menor de 0,01 pulg. (0,25 mm) o 6% bajo el espesor del diseño.

(4)

De acuerdo con UG-16(d) Tolerancia de la Tubería. Si la tubería o tubo está ordenado por su espesor nominal de pared, se tendrá en cuenta el defecto de fabricación en el espesor de la pared, a excepción del refuerzo de la pared de la boquilla, que son requisitos de acuerdo con UG-37 y UG-40. Los defectos de fabricación se dan en las diversas especificaciones de tuberías y tubos enumeradas en las Tablas aplicables en la Subsección C. Después de determinar el espesor mínimo de pared, se aumentará en una cantidad suficiente para proporcionar la tolerancia de fabricación permitida en la especificación de la tubería o tubo.

(5)

Si está ordenando un cabezal u otro accesorio similar formado por una placa, como una cabezal elíptica, toriesférica, etc., no necesita incluir la tolerancia. Debe tener en cuenta el adelgazamiento durante la formación del cabezal. Los cálculos deben hacerse en función del espesor mínimo después de la formación. El vendedor de dichos cabezales debe proporcionar esa información.

(6)

It is recommended a nominal thickness before forming 15% higher than the minimum specified thickness to ensure after forming thickness is above it. Se recomienda un espesor nominal antes de conformar un 15% mayor que el espesor mínimo especificado para asegurar que después de conformar el espesor esté por encima de él.

(7)

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

(8)

Según UG-32(g) Cabezales y secciones toricónicas. El espesor requerido de la parte cónica de un cabezal o sección toricónica, en la que el radio de los nudillos no es menor al 6% del diámetro exterior del faldón del cabezal ni menos de tres veces el espesor del nudillo.

(9)

Según UG-32 (k) Todos los cabezales conformados, más gruesos que la carcasa y cóncavos a presión, destinados a uniones soldadas a tope, deben tener una longitud de faldón suficiente para cumplir con los requisitos de la Figura UW-13.1, cuando se requiere una transición cónica. Todas los cabezales conformados cóncavos a presión y destinados a uniones soldadas a tope no necesitan tener un faldón integral cuando el espesor del cabezal es igual o menor que el espesor de la carcasa. Cuando se proporciona un faldón, su espesor debe ser al menos el requerido para una carcasa sin costuras del mismo diámetro interior.

(10)

Según UG-32(l), los cabezales cóncavos a presión, destinados a la fijación mediante soldadura fuerte, deberán tener una longitud de faldón suficiente para cumplir con los requisitos para juntas circunferenciales de la Parte UB.

CÁLCULOS

Cabezal Toricónico

Espesor de Pared [ASME UG-32(g)]

Espesor por tolerancia de fabricación, U2 =

in.

U2 = tn*U1

Espesor nominal ajustado por corrosión y tolerancia, nt =

in.

nt = tn-CA-U2

Diámetro interior del extremo mayor con la corrosión y tolerancia removida, D_c =

in.

D_c = D+2CA+2U₂

Radio interior del nudillo con la corrosión y tolerancia removida, rc =

in.

r_c = r+CA+U₂

ID de la parte cónica con la corrosión y tolerancia removida, D_i =

in.

Di = D_c−2r_c(1−cos α)

Espesor mínimo requerido del cono, t =

in.

t =

P Dc

2 cos α (S E − 0.6 P)

Espesor mínimo requerido del cono, tr =

in.

t_r =

P Dc

+ CA

2 cos α (S E − 0.6 P)

Espesor mínimo especificado después de la conformación, tf =

in.

Verificar si tr ≤ tf

Espesor de Nudillos [ASME UG-32(g) & App 1-4(d)]

Radio interior esférico o de corona, L ⁽¹¹⁾ =

in.

L =

2 x cos α

Factor en función de la proporción del cabezal L/r_c, M =

M =

(

3 + (L/r_c)^1/2

)

Espesor mínimo requerido de nudillos, tk =

in.

t_k =

P L M

2 S E − 0.2 P

Espesor mínimo requerido de nudillos, t_kr =

t_kr =

P L M

+ CA

2 S E − 0.2 P

Verificar si t_kr ≤ t_f

Presión de trabajo máxima permisible Sección Cónica [ASME UG-32(g)

Presión de trabajo máxima permisible Sección Cónica, MAWP_C =

psig

MAWP_C =

2 S E nt cos α

Di + 1.2 nt cos α

Presión de trabajo máxima permisible Nudillo [ASME App 1-4(d)]

Presión de trabajo máxima permisible del Nudillo, MAWP_N =

psig

MAWP_N =

2 S E nt

L M + 0.2 nt

Cálculo de Volumen y Peso

Volumen Interior

Diámetro interior del extremo mayor, D =

in.

Diagrama, Dibujo de ingeniería

Descripción generada automáticamente

Radio interior del nudillo, r =

in.

α =

deg.

L₁ = 0.5D/Tag α =

in.

L₂ = r * sen α =

in.

L₃ = Longitud de la falda recta, SK =

in.

X = L₁ + L₂ + L₃ =

in.

ID de la parte cónica, D₁ = D – 2r(1 – cos α) =

in.

D₂ = D - 2r_c =

in.

Volumen Exterior

Diámetro exterior del extremo mayor, Do =

in.

Radio exterior del nudillo, ro =

in.

α =

deg.

L₁ = 0.5D_o/Tag α =

in.

L₂ = r_o * sen α =

in.

L₃ = Longitud de la falda recta, SK =

in.

X = L₁ + L₂ + L₃ =

in.

OD de la parte cónica, D₁ = D_o – 2r_o(1 – cos α) =

in.

D₂ = D_o - 2r_o =

in.

Volumen Interior

V₁ =

ft³

V₁ =

(

π L₁D₁²

)

/ 1728

V₂ =

ft³

V₂ =

(

πL₂(D₁² + D₁D₂ + D₂²)

)

/ 1728

V₃ =

ft³

V₃ =

(

120 r³ π sin(α/2) cos(α/2) + 0.25 D₂ r² (α/2)

)

/ 1728

V₄ =

ft³

V₄ =

(

πD²L₃

)

/ 1728

V_i=

ft³

V_i =

V₁ + V₂ + V₃ + V₄

Volumen Exterior

V₁ =

ft³

V₁ =

(

π L₁D₁²

)

/ 1728

V₂ =

ft³

V₂ =

(

πL₂(D₁² + D₁D₂ + D₂²)

)

/ 1728

V₃ =

ft³

V₃ =

(

120 r_o³ π sin(α/2) cos(α/2) + 0.25 D₂ r_o² (α/2)

)

/ 1728

V₄ =

ft³

V₄ =

(

πD_o²L₃

)

/ 1728

V_o=

ft³

V_o =

V₁ + V₂ + V₃ + V₄

Peso =

lbs

W =

(Vo - Vi) ρm

Nota:

(11)

Según UG-32(i) El radio interior de la corona no debe ser mayor que el diámetro exterior de la falda del cabezal

RESULTADOS

Condiciones de Diseño

Presión de Diseño, Pd =

psig

Temperatura de Diseño, Td =

°F

Material

Material del cabezal Toricónico

Dimensiones

Diámetro interior del extremo mayor, D =

in.

Radio interior esférico o de corona, L =

in.

Espesor mínimo especificado después de la conformación, tf =

in.

Longitud exterior del cabezal toricónico, X =

in.

Presión de trabajo máxima permisible Sección Cónica, MAWP_C =

psig

Presión de trabajo máxima permisible del Nudillo, MAWP_N =

psig

Volumen Interior =

ft³

Volumen Exterior =

ft³

Peso =

lbs

Discusión y Referencias

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

ASME Section VIII Div 1 UG-32(g)

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 paragraph UG-32 Formed Heads, and Sections, Pressure On Concave Side

Cabezales Cónicas (Con Nudillo de Transición)

Espesor mínimo requerido [ASME UG-32(g)]

En el que el radio de los nudillos no sea inferior al 6% del diámetro exterior del faldón del cabezal ni menos de tres veces el espesor de los nudillos.

Di = D_c−2R_c(1−cos α)

t =

P Di

2 Cos α (S E - 0.6 P)

El espesor requerido del nudillo se determinará por eq. 1-4(d)(3) en el que

L =

D_i

2 Cos α

M =

(

3 + (L/R_c)^1/2

)

t_k =

P L M

2 S E − 0.2 P

Presión máxima de trabajo [ASME UG-32(g)]

P =

2 S E t cos α

Di + 1.2 t cos α

Donde:

P: Presión de Diseño, en barg

S: Esfuerzo Permisible, en MPa

E: Eficiencia de Soldadura

D_i = diámetro interior de la parte cónica de un cabezal toricónico

t: espesor mínimo requerido, en mm

α = la mitad del ángulo incluido (vértice) del cono en la línea central del cabezal

L = radio interior esférico o de corona, en mm

r = radio interior de los nudillos

M = un factor en las ecuaciones para cabezales torisféricos dependiendo de la proporción del cabezal L/r

Características

- Se utiliza como transiciones en el cambio de diámetro de los recipientes.
- Limitaciones: α ≤ 30 °
- Se proporcionará un anillo de refuerzo cuando lo requiera la regla en 1-5(d) y 1-5(e).