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Home Foros Piping Industrial Cálculo de Tensiones según Norma I Calculo de Tensiones – Ducto Gases de Combustión

  • Calculo de Tensiones – Ducto Gases de Combustión

    Publicado por Maximiliano Herrero el 11 de julio de 2022 a las 18:11

    Dentro del scope de la B31.1 o B31.3, según corresponda:

    Existen valores límite a considerar para la relación t/Ø (espesor/diámetro)?
    Qué rango de valores t/Øext definen una tubería?
    Qué rango de valores t/Øext definen un ducto?
    Es decir, a partir de qué valores podemos considerar el elemento a analizar como una tubería o como un ducto? Es de utilidad hacer esta distinción al momento de emplear las normas?<div>

    Para el caso particular de un ducto de exhausto de gases de combustión de un horno de proceso con las siguientes características:

    • Temp Op.: 550°C
    • P. Op.: 0.04 bar
    • Øext=2200 mm
    • Espesor t=5 mm

    Es posible servirse del modelo de elemento tipo viga y utilizar Autopipe bajo la norma B31.3 para calcular tensiones y desplazamientos? O dada la pequeña relación t/Ø es necesario pasar un modelo FEM con elementos tipo shell por ejemplo?</div>

    Muchas gracias.

    Maximiliano Herrero respondió hace 1 año, 9 meses 3 Miembros · 5 Respuestas
  • 5 Respuestas
  • Formación Industrial

    Administrador
    13 de julio de 2022 a las 07:29

    ¡Hola @maximilianoherrero !

    Esta pregunta es muy interesante y seguramente muchos de los compañeros puedan aportar su punto de vista para ayudar.

    Vamos a marcarla como debate de la semana para que el resto de miembros pueda sumar puntos a sus perfiles contestándote.

    Si no obtenemos participación en unos 3-4 días o no conseguimos una respuesta acertada nosotros te contestaremos 😉

    Es una práctica habitual que hacemos con los debates que pueden dar lugar a intercambiar muchas experiencias, como este.

    ¡Saludos! 👋🏽

  • Ramón Martínez

    Miembro
    18 de julio de 2022 a las 09:01

    Buenos días @maximilianoherrero ,

    Parece que no hemos conseguido respuestas a este debate como debate de la semana, no te preocupes, yo mismo te responderé.

    Antes que nada, comentarte que la ASME B31.3 establece un límite mínimo de presión de 15 psi para su manejo (1 bar aprox), por lo que este ejemplo que comentas, sólo por el valor de presión, ya quedaría fuera.

    Si fuera sólo por el espesor, no tendrías problemas. La normativa ASME B31.3 no establece un límite por encima del cual considerar una tubería ducto, sólo establece el límite inferior de que el radio entre el espesor sea superior a 10 (o, según tengo entendido, espesor menor que 6 veces el diámetro en la última revisión) , para no diseñar tubos con esta normal, ya que los tubos están del lado de la B31.1.

    No obstante, al tratarse de un ducto, lo ideal sería dimensionar con la norma ASCE “The Structural Design of Air and Gas Ducts for Power Stations and Industrial Boiler Applications”

    Ya que hace referencias específicas al manejo de ductos.

    En cuanto a Autopipe, no podrías modelar tu problema con garantías de éxito por la presión que estás manejando. El código ASME B31.3 establece un mínimo de presión de 15 psi (1 bar aprox) y el diseño de tuberías a presión de vacío (que prácticamente es tu caso) debería realizarse según el BPVC sección VIII-I, tratándolo como recipiente.

    Me temo que este problema queda fuera del desarrollo de Autopipe y de las ASME mas comunes, no por su diámetro, si no por su presión.

    Para su cálculo mecánico lo ideal sería un modelo de elementos finitos para calcular los anillos rigidizadores (que te adelanto serán necesarios) que compensen la presión externa (asumiendo que está a presión atmosférica externa)

    ¡Espero haberte ayudado! Saludos 👋🏽

  • Maximiliano Herrero

    Miembro
    19 de julio de 2022 a las 19:30

    Muchas gracias @ramonformacionindustrial por la respuesta. Me queda más claro.

    Igualmente, para pasar en limpio y ver si entendí bien:

    Según B31.3

    P >= 1bar

    Consideraciones sobre espesor de tubería (incluye t > D/6 con factores adicionales a considerar): Ver Párrafo 304.1.2 (a) adjunto en foto 1.

    Según B31.1

    No encontré en la B31.1 una relación explicita para diferenciar tubo de tuberías, sino que depende de su estándar dimensional de fabricación. Ver párrafo adjunto en foto 2.

    Autopipe

    Me queda claro que los códigos B31.1 y B31.3 trabajan con presiones relativas y no absolutas, es decir que no consideran presiones negativas, y que el Code Compliance a aplicar en este caso es el ASME Section VIII Div. I, que NO es posible de analizar en Autopipe. Todo esto aplica para al caso de carga de presión interna y entiendo que justamente es la limitante de Autopipe y los códigos.

    Sin embargo, sería posible verificar los casos SUS (peso propio), de expansión y eventualmente OCC (viento), con el fin de evitar o reducir las iteraciones en el modelo FEM?

    Por último, cuál sería el equivalente europeo para la ASME VIII Div. I y la ASCE “The Structural Design of Air and Gas Ducts for Power Stations and Industrial Boiler Applications”, respectivamente, si es que existen?

    Muchas gracias y saludos!

    • Ramón Martínez

      Miembro
      20 de julio de 2022 a las 09:42

      ¡Hola @maximilianoherrero !

      En cuanto al primer resumen, así es. t<D/6 (ojo has escrito mayor) para ser considerado tubería de pared delgada y poder aplicar esta normativa.

      En cuanto a Autopipe, podría funcionar, pero esto es sólo una opinión desde un punto de vista técnico, ya que no hay normativa que lo sustente.

      Es posible que analizando el caso de gravedad y ocasional y suponiendo una presión de 1 bar, puedas simular el comportamiento del ducto para establecer su soportación usando el código B31.3.

      Luego tendrías que simular el ducto en FEM para comprobar que efectivamente la presión negativa no produce el “hundimiento” de la tubería bajo esas licitaciones y bajo las cargas que generan los soportes en el caso de gravedad y que podrían “punzonar” el ducto.

      Es posible que funcione, pero tendrás que argumentar en tu memoria de cálculo todas las suposiciones que realices.

      En cuanto al equivalente europeo del ASME VIII, es el EN 13445 que trata sobre recipientes a presión no sometidos a llama. Para el equivalente de ASCE en diseño de ductos tengo entendido que no existe…

      Espero haberte sido de utilidad, Saludos!👋🏽

       

  • Maximiliano Herrero

    Miembro
    21 de julio de 2022 a las 18:21

    Muchas gracias por tus respuestas @ramonformacionindustrial !

    Saludos!

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