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  • TEMA 3. DIMENSIONAMIENTO

    Publicado por Eduardo Ramón Girón López el 7 de diciembre de 2020 a las 00:42

    Luis, agradecere tu apoyo a la siguientes cuestiones:

    1. La temperatura y presión de operación son parámetros definidos por la necesidad de un proceso, sin embargo ¿Cómo se establece la presión y temperatura de diseño de una instalación de tuberías?¿hay algún factor de seguridad que se añade o multiplica a los parámetros de operación?

    2. Entiendo que si la MDMT es menor que la temperatura del emplazamiento nuestro material es apto para trabajar a esas condiciones ¿es así?, por otro lado ¿Que pasa con las tuberías que trabajan en procesos criogenicos de gas dulce, donde la temperaturas rebasan los -29°c, que materiales son aptos para estas temperaturas y donde se encuentra el esfuerzo admisible de estos materiales?

    3. ¿Cual es la condicion para que una tubería sea considerada de pared delgada? en la pagina 13 se menciona que r/t>10 y sin embargo en la pagina 15 se menciona que r/t<10 esto me confunde.

    4.¿Como podemos obtener valores de corrosion admisible para obtener el “espesor de sacrificio”, ? ¿ Hay valores tabulados para diferentes parejas de fluido/material?.

    Saludos

    Formación Industrial respondió hace 1 año, 10 meses 1 Miembro · 5 Respuestas
  • 5 Respuestas
  • Formación Industrial

    Administrador
    7 de diciembre de 2020 a las 12:06

    Buenos Días Eduardo,

    Te contesto tus cuestiones una por una,

    La temperatura y presión de operación son parámetros definidos por la necesidad de un proceso, sin embargo ¿Cómo se establece la presión y temperatura de diseño de una instalación de tuberías?¿hay algún factor de seguridad que se añade o multiplica a los parámetros de operación?

    Aclarar estos conceptos es algo que cuesta comprender un poco al principio. Es importante establecer qué es condición de diseño y qué es condición de operación de tuberías.

    Te propongo un ejemplo práctico para su fácil entendimiento.

    Imagina una instalación térmica en la que tengamos dos condiciones extremas ( para presión y temperatura).

    Condición 1: Vapor de alta presión a 250 bares y 160ºC

    Condición 2: Vapor de baja presión sobrecalentado a 150 bares y 270ºC

    Definimos condición de diseño, como aquellas condiciones con las que diseñamos el espesor de tuberías. Es decir, la condición de máxima presión. Ya que el dimensionamiento del espesor, según los códigos, está ligado a la presión. Indirectamente también a la temperatura ya que según la temperatura variará la máxima tensión admisible, pero la presión P aparece específicamente en las fórmulas de cálculo de espesor.

    Definimos condición de operación, como aquella condición con la máxima temperatura. De hecho será la condición de operación la que utilicemos para calcular los esfuerzos en tuberías (que verás más adelante en el curso)

    Por tanto para fijar ambas condiciones debemos acudir a las condiciones de proceso para analizar dónde tendremos la máxima presión y dónde la máxima temperatura

    Entiendo que si la MDMT es menor que la temperatura del emplazamiento nuestro material es apto para trabajar a esas condiciones ¿es así?, por otro lado ¿Que pasa con las tuberías que trabajan en procesos criogenicos de gas dulce, donde la temperaturas rebasan los -29°c, que materiales son aptos para estas temperaturas y donde se encuentra el esfuerzo admisible de estos materiales?

    Es así, la mínima temperatura de diseño del metal nos marcará la temperatura límite que no debemos rebasar (negativamente) para no afectar la operabilidad de los materiales. Es decir, un material con una MDMT de -29ºC en un entorno con una temperatura de -15ºC podríamos operar sin problema. En una región donde tengamos -40ºC (Alaska por ejemplo) tendríamos que elegir otro material.

    Para saber que materiales aceptan las más bajas temperaturas es necesario acudir a los anexos de cada código. Por ejemplo la Tabla A1-1 del apéndice A del código ASME B31.3 muestra metales adecuados para esas temperaturas y sus esfuerzos admisibles, como el ASTM A333.

    ¿Cual es la condición para que una tubería sea considerada de pared delgada? en la pagina 13 se menciona que r/t>10 y sin embargo en la pagina 15 se menciona que r/t<10 esto me confunde.

    Es un error tipográfico Eduardo, muchas gracias por daros el aviso. La condición es que r/t>10. Ten en cuenta que si lo mostrado en la pagina 15 no fuese un error, una tubería de radio 20 y espesor 50 (un caso irreal) 20/50 = 0,4 < 10 podría considerarse “pared delgada” cuando lógicamente no es así. Bien visto!

    ¿Cómo podemos obtener valores de corrosión admisible para obtener el “espesor de sacrificio”, ? ¿ Hay valores tabulados para diferentes parejas de fluido/material?.

    Para el cálculo del sobreespesor de corrosión tenemos que fijar un tiempo de vida util (VU) y conocer el nivel de corrosión del fluido. Normalmente nos lo facilita el cliente y suele estar en torno a 1/8 pulgada o 1/16 pulgada.

    Otro ratio de corrosión admisible puede tomarse de la siguiente tabla publicada por Inemaka en 2007:

    El sobreespesor vendrá dado multiplicando la vida útil VU por el ratio de corrosión.

    La categorización del fluido dependerá en gran medida de sus características químicas y composición. Por lo general yo aconsejaría escoger un escalón superior. Es decir, si nos comunican que un fluido es de corrosión baja, siempre dimensionaría con corrosión media. Y así para el resto de casos,

    Muy interesantes estas cuestiones Eduardo, me resultan muy útiles y me traen buenos recuerdos, Espero haberte ayudado,

    Un Saludo!

     

    • Luis Carlos Martínez

      Miembro
      21 de junio de 2021 a las 22:54

      Estimado Luis

      Esperando que te encuentres bien me resulta la siguiente duda con respecto a este tema, con respecto a la primera pregunta resulta entonces que, por ejemplo si tenemos un proyecto que tiene 4 condiciones de presione y temperatura, debemos mirar las condiciones de proceso y de allí elegir la presión y temperatura máxima, para con eso cumplir con las condiciones de diseño y así calcular el espesor de la tubería? ya que las condiciones de operación ya están dadas y los cálculos de esfuerzos se hacen con cada condición de operación.

      Saludos cordiales.

      Atte. Luis Carlos Martinez

      • Formación Industrial

        Administrador
        28 de junio de 2021 a las 21:11

        Hola Luis Carlos!

        Efectivamente! El espesor siempre se calculará con la presión máxima del sistema (condiciones de diseño) y para los análisis de flexibilidad será dominante la temperatura (condiciones de operación)

        Más adelante encontrarás una referencia a las condiciones de diseño y operación que te ayudarán a comprenderlo mejor,

        Si siguen quedándote dudas escríbeme y lo vemos sobre la marcha,

        Saludos!!

        • Julio Andrés Casal Ramos

          Miembro
          24 de enero de 2022 a las 22:54

          Hola Luis, buenas noches.

          Me engancho a esta pregunta ya que me salta la curiosidad. ¿Qué pasa si, de las diferentes combinaciones de presión y temperatura indicadas por el proceso, existe una condición de menor presión y mayor temperatura que derive en un esfuerzo admisible menor del material y que a su vez resulte en un espesor de tubería mayor que la condición de mayor presión y menor temperatura?

          ¿Deberíamos verificar que la condición considerada como “condición de diseño” sea aquella que implique el mayor espesor de la tubería?

          Gracias de antemano.

          • Formación Industrial

            Administrador
            6 de febrero de 2022 a las 11:48

            Hola Julio Andrés!

            Muchas gracias por utilizar el foro para este tipo de cuestiones, estoy convencido de que a muchos le ha saltado este tipo de curiosidad,

            Realmente es complejo encontrar un problema de tales características ya que la presión resulta ser el factor dominante en la obtención del espesor y, un aumento de la temperatura suele acompañarse de un aumento de la presión. Efecto aún mas notorio en gases.

            Vayamos por ejemplo a un acero standar A106 grA. Los valores de tensión admisible se mantiene estables casi hasta los 500ºF y, a partir de este valor, su reducción se realiza en una progresión lenta que no alcanza ni 1/2 de la tensión admisible a temperaturas mas bajas.

            Por tanto, conviene preguntarse si podría darse el caso en que un sistema mantuviera su presión de operación estable mientras su temperatura sube por encima de los 500ºF, lo cual provocaría que el denominador de la expresión del espesor disminuyese y con eso, el espesor requerido fuese mayor.

            Este tipo de operativa es difícil de encontrar ya que generalmente una presión X a 500ºF, que nos arroja un espesor t, debería aumentar conforme vamos subiendo la temperatura. Incluso si el fluido es líquido, la presión debería ir en aumento para estar siempre por encima de la presión de vapor y evitar la evaporación del mismo.

            Dicho esto, si encontrases la situación en la que la temperatura arroja un espesor mayor que la presión, SIEMPRE se deberá utilizar el valor que arroje un mayor espesor, y así estar del lado de la seguridad. En este caso, la máxima temperatura sería la que gobernaría tanto el espesor como el estudio de estrés.

            Si encontrases este tipo de casos, puedes postearlo aquí mismo y lo analizamos entre todos! Seguro que a muchos compañeros también les gustará intervenir 🙂

            Espero haberte ayudado Julio Andrés! Saludos!

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