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  • Tema 11: Cargas aplicables a Sistemas de Piping

    Publicado por Luis Quispe Flores el 22 de diciembre de 2020 a las 00:50

    Buen día Luis,

    Favor me ayuda con las siguientes preguntas:

    1. En la pág. 5 se hace mención, fuerzas distribuidas, fuerzas puntuales como peso de otras tuberías soportadas en la tubería. Por favor podría darnos un ejemplo real de estas dos cargas, carga distribuida adicional y carga puntual tal vez una foto de una instalación (es especial de una tubería soportada en otra tubería).
    2. En la pág. 8 menciona que los códigos de diseño tratan de forma especial las tensiones ocasionales permitiendo factores de 10-33%. ¿esto es para todos los materiales de tubería?, tengo entendido que por ejemplo para HDPE es 100% de la tensión admisible.
    3. En la pág. 8 “Cargas de Viento”, por favor podría indicarnos que unidades tiene “v” y “P”
    4. ¿Las cargas ocasionales son siempre de corta duración? La prueba hidrostática es considerada carga ocasional pero generalmente estas pruebas duran horas.
    5. En la pág. 10 menciona que la ASCE 07 obliga el uso de 2/3 de la aceleración sísmica horizontal en vertical. ¿Estas cargas horizontal y vertical actúan en simultaneo?
    6. En la pág. 16, por favor podría confirmar en el eje de las abscisas, es decir el factor “b” resulta de multiplicar “Tiempo de apertura X periodo”.

    7. ¿Todas las cargas mencionadas en este capitulo como se combinan?, ¿los códigos nos dan pautas para combinarlas?, ¿la p. hidrostática se combina con otra carga?

    8. Por favor podría compartirnos ejemplos de cálculo de Cargas: Sismo (Estático y Dinámico), Prueba Hidrostática, disparo de válvulas de seguridad y golpes de ariete.

    9. Por favor nos brinda mayor bibliografía respecto a cálculo de cargas de viento y sismo (Estático / Dinámico).

    Muchas gracias por tu ayuda y aprovecho para saludarte a ti y a todo los miembros del foro ¡Feliz Navidad para todos!

    Formación Industrial respondió hace 1 año 1 Miembro · 3 Respuestas
  • 3 Respuestas
  • Formación Industrial

    Administrador
    27 de diciembre de 2020 a las 11:49

    Buenos Días Luis,

    Lo primero de todo desearte Felices fiestas y una buena entrada de año, paso a contestarte una a una las cuestiones planteadas,

    En la pág. 5 se hace mención, fuerzas distribuidas, fuerzas puntuales como peso de otras tuberías soportadas en la tubería. Por favor podría darnos un ejemplo real de estas dos cargas, carga distribuida adicional y carga puntual tal vez una foto de una instalación (es especial de una tubería soportada en otra tubería).

    Este tipo de instalaciones se puede ver en Plantas con tuberías de gran diámetro. En estas Plantas, muchas vece se utiliza una tubería principal de gran diámetro auto soportada como soporte para una tubería menor, la cual se ata y descansa sobre la tubería principal, provocando una carga distribuida.

    Otro tipo de carga distribuida muy común es la nieve en aquellos puntos del Planeta donde sabemos que no será una carga ocasional, si no que siempre estará presente en el desempeño de nuestro sistema y, por lo tanto, hay que considerarla. Como en la foto que podéis ver en éste enlace: https://thumbs.dreamstime.com/z/pipes-underground-high-pressure-pipeline-covered-snow-pipe-tubing-covered-snow-134090343.jpg


    En la pág. 8 menciona que los códigos de diseño tratan de forma especial las tensiones ocasionales permitiendo factores de 10-33%. ¿esto es para todos los materiales de tubería?, tengo entendido que por ejemplo para HDPE es 100% de la tensión admisible.

    Dependerá de cada material, servicio y Normativa. El diseño de tuberías Plásticas debe realizarse de acuerdo a normativas como la ISO 14692 o la normativa BS 7159. En ellas se pueden estudiar las curvas de falla a largo y a corto plazo y los coeficientes a aplicar cuando calculamos las tensiones admisibles.

    El concepto del 33% que aparece en el temario es aplicable a la Normativa ASME de forma general en materiales tipo aceros


    En la pág. 8 “Cargas de Viento”, por favor podría indicarnos que unidades tiene “v” y “P”
    ¿Las cargas ocasionales son siempre de corta duración? La prueba hidrostática es considerada carga ocasional pero generalmente estas pruebas duran horas.

    Las unidades de presión son N/m^2 y la velocidad en m/s. Pero ten en cuenta que el factor Cv^2/16 debe multiplicarse por la gravedad (9,81 m/s^2) para obtener las unidades deseadas.

    En cuanto a las cargas ocasionales, la prueba hidráulica se considera ocasional porque sólo sucede una vez (o varias en caso de reparaciones o verificaciones adicionales), nunca en continuo. No obstante, al tener un carácter de larga duración su tratamiento es bien distinto.

    Esta carga debe ser evaluada como otro caso de presión y temperatura al que se someterá la tubería y verificar claramente que está dentro de los límites admisibles por la Normativa o código. Importante: En este caso no se aplica el 33% que se aplica en sismo, nieve o PSV. La prueba hidráulica debe evaluarse como un caso de presión y temperatura adicional, tal como podeis observar en la descripción de la página 9.


    En la pág. 10 menciona que la ASCE 07 obliga el uso de 2/3 de la aceleración sísmica horizontal en vertical. ¿Estas cargas horizontal y vertical actúan en simultaneo?

    Sí, normalmente se aplican en software de diseño (tipo Autopipe) en una ventana donde se especifican las aceleraciones en cada eje. Por regla general actuarán las siguientes parejas (X,Z) e (Y,Z) considerando que Y y X son los ejes que describen el plano horizontal y Z el eje vertical.

    En la pág. 16, por favor podría confirmar en el eje de las abscisas, es decir el factor “b” resulta de multiplicar “Tiempo de apertura X periodo”.

    El eje abscisas toma el valor (tiempo de apertura de la válvula (en segundos) / periodo de la válvula)

    7. ¿Todas las cargas mencionadas en este capitulo como se combinan?, ¿los códigos nos dan pautas para combinarlas?, ¿la p. hidrostática se combina con otra carga?

    Por regla general se establecen las siguientes combinaciones:

    • Carga Sostenida
    • Carga Sostenida + Secundaria
    • Carga Sostenida + Ocasional (excluimos temperatura para evaluar carga ocasional)
    • Sostenida (con presión de prueba hidráulica)-> Para el cálculo de la prueba hidrostática

    8. Por favor podría compartirnos ejemplos de cálculo de Cargas: Sismo (Estático y Dinámico), Prueba Hidrostática, disparo de válvulas de seguridad y golpes de ariete.

    En cuanto a los sismos, normalmente son datos que deben darnos los responsables del estudio geotécnico de Planta, los cuales nos suministrarán los valores de aceleración o sismograma que deberemos considerar computacionalmente.

    Para prueba hidrostática bastará con realizar un cálculo de carga sostenida con la presión de prueba hidráulica y comprobar que cumple el código.

    En cuanto al disparo de PSV y golpe de ariete son cálculos complejos que podrás ver más adelante en el módulo Estresista Industrial Avanzado (disculpa que no te conteste en éste post directamente pero daría lugar a una respuesta demasiado extensa). Ahí podrás ver claramente cuales son las ecuaciones que gobiernan los transitorios y cómo se evalúan estas combinatorias de cargas

    9. Por favor nos brinda mayor bibliografía respecto a cálculo de cargas de viento y sismo (Estático / Dinámico).

    Por supuesto, te facilito un artículo que leí no hace mucho sobre el cálculo sísmico en refinerías:

    https://www.researchgate.net/publication/263131870_Seismic_Design_Criteria_of_Refinery_Piping_Systems

    Al final del mismo encontrarás también una bibliografía muy extensa sobre el cálculo sísmico de tuberías.

    No obstante Luis, ten en cuenta que este tipo de cálculos exhaustivos suelen quedar fuera del alcance de un ingeniero de piping y el motivo es muy sencillo. Son datos de entrada para nuestros cálculos y deben ser suministrados por el estructurista o responsable de la geotecnia del proyecto, ya que si el ingeniero de piping tuviese que realizar este cálculo con un detalle tan exhaustivo, consumiría todo su tiempo en ésta labor, provocando el desajusto del time line del Proyecto.

    Puedes estudiarlo para tener una idea de donde vienen los cálculos, pero por regla general tendremos datos de aceleraciones o un histograma ya suministrado por geotecnia o normativa aplicable según especificaciones de Proyecto, que será el que debamos aplicar en nuestro sistema (dinámico o estático) para observar su comportamiento y determinar si estamos dentro de las tensiones del código, tenlo en cuenta para optimizar tu tiempo de cálculo.

    Espero haberte ayudado Luis, que pases unas muy buenas felices fiestas! y muchas gracias por utilizar el foro enriqueciendo la comunidad y ayudando a tus compañeros,

    Saludos!

    • Luis Quispe Flores

      Miembro
      12 de enero de 2021 a las 05:56

      Luis,

      Feliz año para ti y todos los miembros del foro.

      Gracias por tus respuestas, me quedan algunas dudas; tomare la misma numeración inicial de las preguntas para seguir con el mismo orden.

      1. No hay dudas
      2. No hay dudas
      3. ¿Según tu respuesta la formula quedaría de la siguiente forma? (imagen 1)

      Haciendo un análisis dimensional quedaría una igualdad de la siguiente forma: (imagen 2)

      3.1 Por favor, podrás ayudarnos con un ejemplo práctico cuantitativo de la utilización de esta fórmula esta un poco confuso, tal vez como hiciste con la solución del “Ejercicio 1 Tema 10”. una foto de un escrito a mano alzada

      3.2 ¿Cuándo se considera que una superficie es rugosa o lisa? Tal vez con con/sin pintura

      4. No hay dudas

      5. Menciona “normalmente se aplican en software de diseño (tipo Autopipe) en una ventana donde se especifican las aceleraciones en cada eje”, ¿más adelante existe algún video de ello?, ¿en qué capitulo?

      6. Si se dividen en el ejemplo del PDF seria “0.1/4 = 0.025” este valor no existe en el eje de las abscisas. En el cuestionario del presente capitulo se plantea lo siguiente: (imagen 3)

      Al dividir resultaría 0.5/10=0.05 tampoco ese valor esta presente en el eje de abscisas y la respuesta estaría mala.

      7. ¿algún código o norma sugiere esas combinaciones de carga?

      7.1 ¿existe más posibilidades de combinación de carga?

      8. Análisis Estático Sismo: por favor podría ayudarnos con un ejemplo cuantitativo del dato que nos daría el responsable del estudio geotécnico de Planta, o simplemente es un número que se introduce en el Autopipe.

      8.1 Análisis Dinámico Sismo – Espectro de respuesta: por favor podría ayudarnos con un ejemplo cuantitativo del dato que nos daría el responsable del estudio geotécnico de Planta.

      8.2 Análisis Dinámico Sismo – Histograma: por favor podría ayudarnos con un ejemplo cuantitativo del dato que nos daría el responsable del estudio geotécnico de Planta. Algún grafico de cómo son estos histogramas.

      9. Menciona “Puedes estudiarlo para tener una idea de dónde vienen los cálculos, pero por regla general tendremos datos de aceleraciones o un histograma ya suministrado por geotecnia o normativa aplicable según especificaciones de Proyecto”

      9.1 Algún ejemplo de cómo son los datos de aceleraciones o histograma suministrado por geotécnica o norma
      9.2 ¿más adelante existe algún video ejemplo de Análisis Sísmico Estático – Dinámico?, ¿en qué capitulo?

      • Formación Industrial

        Administrador
        16 de enero de 2021 a las 12:12

        Hola Luis! No te preocupes, vamos a responder todas tus consultas para que queden claras, Empezamos,

        3. ¿Según tu respuesta la formula quedaría de la siguiente forma?

        Haciendo un análisis dimensional quedaría una igualdad de la siguiente forma:

        Tu razonamiento es correcto Luis, pero se toma así por convenio y Normativa, el factor 16 corrige este desfase entre unidades para obtener N/m^2. Introduciendo los datos en esas unidades, se obtiene el resultado en N/m^2, aunque el análisis cualitativo no se corresponda.

        Si te sientes más cómodo, puedes utilizar otra fórmula completamente válida que arroja el mismo resultado, te la copio a continuación: (imagen 1)

        Esta fórmula se usa para antenas de radio que, al fin y al cabo, son cuerpos cilíndricos muy esbeltos y también es válida para tuberías.

        SI comparas ambos resultados con un valor de C=1 (propio de antenas de radio) obtendrás el mismo resultado ¡Pruébalo y me comentas tus impresiones!

        3.1 Por favor, podrás ayudarnos con un ejemplo práctico cuantitativo de la utilización de esta fórmula esta un poco confuso, tal vez como hiciste con la solución del “Ejercicio 1 Tema 10”. una foto de un escrito a mano alzada

        Por supuesto, te adjunto la comparativa de lo comentado: (imagen 2)


        3.2 ¿Cuándo se considera que una superficie es rugosa o lisa? Tal vez con con/sin pintura

        Correcto Luis, Normalmente se consideran todas las superficies rugosas para así tener un plus de seguridad. Se consideran lisas superficies mecanizadas con muy bajo nivel de imperfección. Por seguridad mejor utilizar 0,8

        En el ejemplo anterior hemos utilizado 1 para asemejar el Método 1 con el Método 2, que no tiene en cuenta estas imperfecciones y comprobar que el resultado a nivel dimensional es prácticamente idéntico.


        5. Menciona “normalmente se aplican en software de diseño (tipo Autopipe) en una ventana donde se especifican las aceleraciones en cada eje”, ¿más adelante existe algún video de ello?, ¿en qué capitulo?

        Sí, en el Vídeo número 5 se introducen cargas de viento y sismo


        6. Si se dividen en el ejemplo del PDF seria “0.1/4 = 0.025” este valor no existe en el eje de las abscisas. En el cuestionario del presente capitulo se plantea lo siguiente:

        Al dividir resultaría 0.5/10=0.05 tampoco ese valor esta presente en el eje de abscisas y la respuesta estaría mala.

        Hay un error en tus cálculos Luis. Debes dividir 0,5 / 0,1 ya que el eje de abscisa es (tiempo de apertura/ periodo) y el periodo es el inverso de la frecuencia (10Hz)

        En este caso obtenemos un valor de 5 y el DFL está entre 1,1 y 1,2


        7. ¿algún código o norma sugiere esas combinaciones de carga?

        En el mismo código B31.3 puedes encontrar las combinaciones de carga recomendadas en el apartado de cálculo de estrés

        7.1 ¿existe más posibilidades de combinación de carga?

        Por supuesto, todas las que el usuario o Proyecto estime. Ten en cuenta que los códigos son guías y recomendaciones de diseño mínimas. Es decir, según las especificaciones de nuestro cliente o Proyecto podríamos realizar todas las combinaciones que nos requieran.


        8. Análisis Estático Sismo: por favor podría ayudarnos con un ejemplo cuantitativo del dato que nos daría el responsable del estudio geotécnico de Planta, o simplemente es un número que se introduce en el Autopipe.

        En el análisis estático el ejemplo es sencillo, es el dato de aceleración en cada eje el que nos deben suministrar. Por ejemplo: 0,25 m/s^2 en el Eje X


        8.1 Análisis Dinámico Sismo – Espectro de respuesta: por favor podría ayudarnos con un ejemplo cuantitativo del dato que nos daría el responsable del estudio geotécnico de Planta.

        Podéis visualizar un espectro de respuesta en la página 12 del temario,


        8.2 Análisis Dinámico Sismo – Histograma: por favor podría ayudarnos con un ejemplo cuantitativo del dato que nos daría el responsable del estudio geotécnico de Planta. Algún grafico de cómo son estos histogramas.

        Por supuesto, en este gráfico puedes observar diferentes picos de aceleraciones en el tiempo. Estos serían los datos que usaríamos los estresistas. (imagen 3)


        9. Menciona “Puedes estudiarlo para tener una idea de dónde vienen los cálculos, pero por regla general tendremos datos de aceleraciones o un histograma ya suministrado por geotecnia o normativa aplicable según especificaciones de Proyecto”

        Serían tal cual aparecen en la foto anterior,


        9.1 Algún ejemplo de cómo son los datos de aceleraciones o histograma suministrado por geotécnica o norma

        Algo como esto, podremos verlo en detalle en el tema 8 del módulo estrés avanzado. (imagen 4)

        9.2 ¿más adelante existe algún video ejemplo de Análisis Sísmico Estático – Dinámico?, ¿en qué capitulo?

        Por supuesto, En el Módulo de estrés Avanzado, Tema 8. Análisis de vibraciones, vemos en detalle como introducir sismos según espectros de respuestas.