Cálculo del Espesor de Pared de Cabezal Elipsoidal 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(c) Cabezales Elipsoidales
     
    (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, S  =  MPa  
                                                   
    Eficiencia de Junta, E =
  Dimensiones      
    Ver Tabla UW-12     Diámetro Interior de la falda del cabezal, Di =   mm  
    Tolerancia a la Corrosión, CA =  mm                                          
          Espesor nominal de la pared antes de la conformación (3), tn =
 mm  
                                               
      Espesor minimo especificado después de la conformación (4), tf =  mm  
      Espesor mínimo requerido después de la conformación, tr =  mm  
                                               
    Profundidad interior del cabezal elipsoidal con la corrosión removida, h (5) =  mm  
      Proporción del Cabezal = Di/2h (6) =    
      Diámetro Exterior de la falda del cabezal, Do =  mm  
                                               
      Longitud de la falda recta (7)(8), SK =  mm  
                                               
      Compruebe si tr ≤ tn    
      Compruebe si tr ≤ tf    
                                                   
                                                   
                                                   
    Notas:                                              
  (1) S ≤ 66.66% de σy @ temp.                                              
  (2) S > 66.66% pero < 90% de σy @ temp.                                              
  (3) 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.  
  (4) 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.  
  (5) Para Cabezal Elipsoidal 2:1 h = Di/4  
  (6) Proporción del Cabezal = Di/2h (Relación entre 3 y 1)  
  (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 requerido. 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, deberán tener una longitud de falda suficiente para cumplir con los requisitos de las juntas circunferenciales en la Parte UB.  
  (9) La fórmula para la cabeza elíptica típica 2: 1 se enumera en el párrafo UG-32 (d) de la Sección VIII, División 1 del Código ASME. La fórmula general para todas las cabezas elípticas dentro del alcance dimensional se trata en el Apéndice 1-4. El factor K varía según la forma de la elipse.  
                                                 
  CÁLCULOS
                                                   
    Cabezal Elipsoidal                                              
    con tf/L ≥ 0.002                                              
                                                   
    Espesor después del conformado ajustado por corrosión, nt =  mm   nt = tf-CA                          
    Diámetro interior con corrosión removida, D =  mm   D = Di + 2CA                          
                                                   
    Profundidad interior del cabezal elipsoidal con la corrosión removida, h  mm   (Para Cabezal Elipsoidal 2:1 h = D/4)              
    Proporción del Cabezal = D/2h                                            
    Factor K (10)     (El valor se obtiene de la Tabla 1-4.1)                
    Factor K1     (El valor se obtiene de la Tabla UG-37)              
    Radio interior esférico o de la corona, L = k1D  mm                                          
    Radio interior del nudillo (11), r =  mm                                          
                                                   
    Espesor mínimo de pared  [Apéndice 1-4(c)]                                              
    Espesor mínimo requerido después de la conformación, t =  mm   t = P D K                          
            2 S E - 0.2 P                          
                                                   
    Espesor mínimo requerido después de la conformación, tr =  mm   tr = P D K + CA                    
            2 S E - 0.2 P                    
                                                   
    Compruebe si tr ≤ tf                                              
                                                   
    Presión de trabajo máxima permisible [Apéndice 1-4(c)]                                              
    Presión de trabajo máxima permisible para el cabezal elipsoidal, MAWP =  barg   MAWP = 2 S E nt                      
            K D + 0.2 nt                      
                                                   
    Compruebe si MAWP ≥  P                                            
                                                   
    Compruebe                                              
    Limitaciones: tf/L ≥ 0.002 tf/L ≥ 0.002                                          
                                                   
    Volumen =  m³   V = ( π Di³ + π Di² SK ) / 10⁹      
            24 4      
                                                   
    Peso =  Kg   W = (( π (Do³-Di³) + π (Do²-Di²) SK ) / 10⁹) ρm      
            24 4      
                                                   
    Nota:                                              
  (10) Según ASME VIII-1 EndNote 90. Los cabezales elipsoidales diseñados bajo K> 1.0 deben diseñarse usando un valor de S igual a 20,000 psi (138 MPa) a temperatura ambiente y reducidos en proporción a la reducción en los valores máximos de esfuerzo permisible a temperatura para el material como se muestra en la tabla correspondiente (ver UG-23).  
  (11) Según UG-32 (c) Una aproximación aceptable de un cabezal elipsoidal 2:1 es una con un radio de nudillo de 0.17D y un radio esférico de 0.90D.  
                                                   
     
  RESULTADOS
           
    Condiciones de Diseño        
    Presión de Diseño, Pd =    
    Temperatura de Diseño, Td =  °C    
             
    Material        
    Material del Cabezal      
             
    Dimensiones        
    Diámetro Exterior, Do =  mm    
    Espesor nominal de la pared antes de la conformación, tn =  mm    
    Espesor después de la conformación, tf =  mm    
    Diámetro Interior, Di =  mm    
    Radio interior esférico o de la corona, L =  mm    
    Radio interior del nudillo, r =  mm    
    Para cabezal elipsoidal 2:1 h =   mm    
             
    Presión de trabajo máxima permisible, MAWP =  barg    
    Volumen =  m³    
    Peso =  Kg    
       
                                                   
     
                                       
    Discusión y Referencias  
    Información sobre el Cálculo del Espesor de Pared de Cabezal Elipsoidal 2:1 Bajo Presión Interna    
    ASME Section VIII Div 1 Appendix 1-4(c)    
    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    
       
    Cabezal Elipsoidal con ts/L ≥ 0.002                  
                                         
                                       
                                         
                                         
                                         
                                         
                                         
                                         
                                         
    Espesor mínimo requerido [ASME VIII.1 APP 1-4(c)]    
      t = P D K                      
      2 S E - 0.2 P                      
    Presión de diseño interna [ASME VIII.1 APP 1-4(c)]    
      P = 2 S E t                          
      K D + 0.2 t                          
    Donde:    
    P: Presión de Diseño, en barg (psig)    
    D: Diámetro interno (en estado corroído), en mm (inches)    
    L =  K1D para cabezales elipsoidales en las que K1 se obtiene de la Tabla UG-37.    
    S: Esfuerzo Permisible, en MPa (psi)    
    E: Eficiencia de Soldadura    
    K: un factor en las ecuaciones para cabezales elipsoidales dependiendo     
       de la proporción D/2h    
    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, en mm (inches).    
    Caracteristicas:    
    - Alta disponibilidad
- Admite presiones más altas que la Torisférica
- La cabeza elipsoidal tiene la mitad del eje menor, h, igual a un cuarto del diámetro interior de la falda del cabezal, D
- Una aproximación aceptable de un cabezal elipsoidal 2: 1 es una con un radio de nudillo de 0.17D y un radio esférico de 0.90D
- Para las cabezas con ts / L <0.002, consulte el Apéndice. 1-4 (f)