UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
ELEMENTOS ESTRUCTURALES PARA EL IZAJE DE
COMPONENTES CONTENEDORES A PRESION, EN
ACUERDO CON PROCEDIMIENTO ASME
VESV1002.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Pasos en el diseño
Teniendo en cuenta :
•
el peso total
•
la geometría del Recipiente
•
la ubicación del centro de gravedad sobre la
base del peso erigido
Se aplicarán los siguientes pasos para diseñar o analizar un diseño ya
realizado.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Paso 1: como punto inicial de partida, seleccionar el tipo de dispositivo de elevación :
Extremo de elevación, parte superior del recipiente ("pick end") :
a. Oreja en el cabezal
• la más simple
• más económica
• produce menos tensiones.
b. Oreja en la transición cónica:
• Similar a un terminal del cabezal, pero situado en una sección de transición
cónica del recipiente.
c. Oreja lateral
d. Muñones:
•
•
complejo
costoso.
•
•
simple
económico.
Se utiliza en una amplia variedad de recipientes.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
d. Oreja de brida superior:
• Este método no es económico para el promedio de las aplicaciones.
•
Aplicable a recipientes de alta presión en donde la brida superior central y el cabezal
son muy rígidos.
e. Oreja de brida lateral :
• Rara vez se utiliza, ya que requiere una boquilla muy pesada y refuerzo en las
cáscara.
g. Otros.
Extremo inferior del recipiente (tail end):
a. Viga trasera.
b. Oreja trasera.
c. Lazo de alambre metálico (Cincha)
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Paso 2 : determinar las fuerzas T y P para todos los ángulos de elevación.
Paso 3: diseño y chequeo de los soportes de elevación para la fuerza trasera T, y la fuerza de
elevación inicial P.
Paso 4: diseño y chequeo del ensamble del aro base para tensiones debido a la fuerza trasera T
Paso 5: determinar la configuración del refuerzo del aro base, si se requiere, y diseñar el puntal.
Paso 6: chequear las tensiones de cáscara debido a tensiones de flexión durante el izado, esto
incluiría el centro de la luz, así como cualquier voladizo.
Paso 7: analizar cargas locales en la cáscara del recipiente y la pollera debido a las cargas de los
soportes.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Tensiones Admisibles
Por AISC
a.
Tracción:
Fa = 0.6 Fy sobre el área total
Fa = 0.5 Fy sobre el área efectiva
Fa = 0.45 Fy para miembros conectados a través de pines
b.
Compresión (Para miembros cortos)
Fc = 0.6 Fy para soportes estructurales
Fc = 1.33 x Factor “B” ASME, para la cáscara del recipiente
c.
Corte:
Fs = 0.45 Fy área neta del agujero del pin
Fs = 0.4 Fy para otros miembros mas allá de los conectados por pines
Fs = Soldaduras achaflanadas en corte
E60XX: 9600 lb/in. o 13600 psi
E70XX: 11200 lb/in. o 15800 psi
d.
Flexión:
Fb = 0.66 Fy a 0.75 Fy, dependiendo de la forma del miembro.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Combinaciones:
Tracción y Corte
a
Fa


Fs
1
Tracción y Flexión
a
Fa

b
Fb
1
Nota: los dispositivos de elevación, de diseño personalizado, se rigen en general por ASME
B30.20 "Por debajo del enganche de los dispositivos de elevación. "Bajo esta especificación, las
tensiones de diseño se limitan a Fy/3.
El uso de cantidades permisibles por AISC con un factor de carga de 1,8 o mayor por lo general
satisface este requisito.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Tipos de sistemas de Izaje
Recipientes Horizontales
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Recipientes Verticales
Tail End
Pick End
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Opciones de extremo de elevación
Oreja en Brida Lateral
Muñón
Oreja en Brida Superior
Oreja Lateral
Oreja en Cabezal Superior
Oreja en Transición Cónica
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Opciones de elevación parte inferior
Viga Trasera
Oreja Trasera
Cuerda de Alambre / Eslinga
Refuerzo de Aro Base
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Fuerzas y Cargas de Izaje
Efecto de la Línea de Orientación respecto del elemento de izaje
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
P
Diagramas de
Fuerzas y Cargas
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Cargas
Donde :
• Factor de Carga Total, KL.
Ki = factor de impácto, 0.25-0.5
Ks = factor de seguridad
KL = 1.5-2.0
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
K L  Ki  K s
• Peso de Elevación de Diseño, W L
Si KL varía entre 1.5 a 2.0 y Ki
varía entre 0.25 y 0.5 entonces
el factor de seguridad Ks variará
entre 1.25 y 1.5.
WL  K L WE
• Carga de Trasera, T.
WL  cosq  L2
T
cosq  L1  senq  L4
• Para q = 0, punto inicial de elevación, recipiente horizontal.
T
WL  L2
L1
P
WL  L3
L1
P  WL  T
• Para q = 90, punto inicial de elevación, recipiente Vertical.
T 0
P  WL
• Calcular las cargas para varios ángulos de elevación, q
Los ángulos de elevación mostrados son
sugeridos únicamente para ayudar a
encontrar el peor caso para las cargas T y P
Máxima carga transversal por Oreja, PT.
P  cosq
PT 
nL
Donde :
nL = número de orejas
• Máxima carga longitudinal por Oreja, PL.
PL 
P  senq
nL
• Cargas radiales en la cáscara debido a ángulos de eslinga, qv o qH
Recipiente en Horizontal
Pr  PT  tan q H
Recipiente en Vertical
Pr  PL  tan q v
• Cargas Traseras, fL y fr
f L  T  cosq
f r  T  senq
• Flexión longitudinal en la cáscara del recipiente, v
b 
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
•
4M
  D2  t
El máximo momento ocurre cuando se inicia la elevación, es decir para q  0. Ver casos 1 hasta 4 para momento máximo, M
Nota: Si los puntos traseros están por debajo del C.G., como es el caso cuando un marco trasero o un trineo se utiliza, el
apoyo trasero podría soportar el peso completo del recipiente cuando la elevación se aproxima a 90.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Dimensiones y Momentos para Varias Configuraciones de Recipientes
• Caso 1: Oreja o Muñón o Brida de Cabezal Superior
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
• Caso 2 : Oreja o Muñón Lateral
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
• Caso 3: Oreja o Muñón de Transición Cónica.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
• Caso 4: Oreja o Muñón de transición Cónica con Pollera Trasera Intermedia
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Orejas de elevación
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Tipos de Fallas en de Orejas de elevación
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Diseño de Orejas de elevación en Cabezal Superior y
Transición Cónica
Dimensiones
• Oreja
• Momento Flector máximo, ML.
• Modulo de Sección, oreja, Z.
• Tensión de flexión, oreja, b.
• Espesor requerido de oreja, tL.
• Tensión en el borde de placa, T.
• Sección neta en el orificio del pasador, AP
• Tensión de corte en el orificio del pasador, .
•
Sección neta en la parte superior
de la oreja, An.
• Tensión de corte en la parte superior de la oreja, .
• Tensión de flexión en el pin, p.
•
Chequeos de soldaduras.
• Momento de Inercia polar, Jw.
• Momento, Mt.
Soldadura en la Oreja
•
Encontrar las cargas en las soldaduras.
• Corte transversal debido a PT, f1.
• Corte transversal debido a M1, f2.
• Corte longitudinal debido a M1, f3.
• Carga de corte combinada, fr.
• Medida de soldadura requerida, w1.
Nota: si w1 excede el espesor de la placa de la cáscara, deberá colocarse un poncho de refuerzo
Soldadura el espesor de refuerzo.
• Momento, M2.
• Corte transversal debido a PT, f1
• Corte transversal debido a M2, f2.
• Corte longitudinal debido a M2, f3.
• Carga de corte combinada, fr.
• Medida de soldadura requerida, w2.
Soldadura del refuerzo en el ojo de la oreja
• Carga de corte unitario sobre la placa, f4.
• Medida de la soldadura necesaria, w3.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Dimensiones de orejas para cabezales superiores o transiciones cónicas
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Ejemplo simple de diseño de una oreja de elevación
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Diseño de muñones
Dimensiones de orejas
Dimensiones de muñones
Tipo 1: Muñón con Oreja fija
•Chequear orejas
•Chequear muñón
•Chequear soldaduras
•Chequear cáscara del recipiente
Chequeo de la oreja:
Transversal (recipiente horizontal)
Por lo tanto :
Longitudinal (recipiente vertical)
Área de la sección transversal en el agujero del pasador, Ap
Área de la sección transversal en la parte superior de la oreja, An
Tensión de corte, 
Resistencia al aplastamiento del Perno, p.
Chequeo del muñón
Momento longitudinal, ML (recipiente vertical)
Momento Torsional, MT ( recipiente horizontal)
Tensión de flexión
Tensión de corte Torsional, T.
Chequeo de Soldaduras
Modulo seccional de soldadura, Sw
Momento polar de Inercia, Jw
Tensión de corte en la soldadura debido
al momento flector, fs
Tensión de corte torsional en la soldadura, T.
Medida de la soldadura requerida w1 y w2
w1 > espesor de la placa final
w2 = ancho de soldaduras de ranura y de filete combinados
Tipo 2: muñón con orejas rotantes
Sección neta en la sección A-A, Ap
Tensión de corte en el agujero del pasador
Sección neta en la sección B-B, An
Tensión de corte en el muñón
Ángulo de contacto para mínimo
aplastamiento para oreja en el muñón, qB.
Tensión de Aplastamiento en el agujero del pasador, P.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Chequeo de Soldadura
Modulo seccional de la soldadura, Sw.
Momento longitudinal, ML. (recipiente vertical)
Tensión de corte en la soldadura debido a momento de flexión, f S
Medida de la soldadura requerida, w1 y w2
w1 > espesor de la placa final
w2 = ancho de soldaduras de ranura y de filete combinados
Tipo 3: Únicamente Muñón
Recipiente Vertical
Momento longitudinal, ML.
Tensión de flexión en el muñón, b.
Recipiente Horizontal
Momento circunferencial, MC.
Chequeo de Soldadura
Tensión de flexión en el muñón, b.
Igual a caso anterior
Cargas locales en la cáscara debido a las fuerzas de elevación
Oreja fija
Momento longitudinal máximo, Mx
Momento torsional máximo, MT
Momento circunferencial máximo, MC
Cargas para un ángulo de elevación dado, q
Oreja rotante
Momento longitudinal máximo, Mx
Momento circunferencial máximo, MC
Cargas para un ángulo de elevación dado, q
Muñon sin oreja
Momento longitudinal máximo, Mx
Momento circunferencial máximo, MC
Cargas para un ángulo de elevación dado, q
Orejas Laterales
Momento circunferencial, MC.
Momento longitudinal, Mx
Carga en el grupo soldadura, f
Cargas radiales, Pr y Pa
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Diseño de orejas en bridas
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Dimensiones de Orejas en Bridas
Propiedades de los bulones
Valores de Sv
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
• Orejas en brida Superior
• Orejas en bridas laterales
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
1. Determinar las cargas
2. Chequeo de la oreja
a. Corte en el agujero del pasador
b. Flexión de la oreja
c. Aplastamiento en el agujero del pasador
3.
4.
5.
6.
Chequeo de palca base
Chequeo de brida de boquilla
Chequeo de los bulones de brida
Chequeo de carga local de la boquilla al cabezal o unión de cáscara.
Paso 1: Determinar las cargas.
• Determinar las cargas PT y PL, para varios ángulos de elevación q.
• Determinar las cargas uniformes w1 y w2 para varios ángulos de elevación q.
• Determinar el peor caso de momento de flexión en la oreja, M3.
Paso 2: Chequeo de oreja.
a. Corte en el agujero del pasador.
• Área requerida en el orificio del pasador, Ar
• Área existente en el orifico del pasador, Aa
b. Aplastamiento en el agujero del pasador
• Aplastamiento requerido en el orificio del pasador, Ar
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
• Aplastamiento válido, Aa
c. Flexión en la oreja debido a M3.
• Modulo seccional de la oreja, Z
• Tensión de flexión en la oreja, b.
• Tensión máxima en la oreja
• Chequeo de brida de boquilla
• Carga Unitaria, w
• Momento d flexión, M
• Tensión de Flexión b.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Carga en los bulones para orejas en placas rectangulares
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Diseño de placa circular completa para oreja
•Si se utiliza una placa circular en lugar de una placa rectangular debe realizarse la siguiente evaluación.
• Carga unitaria en el circulo de los bulones, w
• Distancia al extremo desde el punto de carga, hp.
• Momento de flexión, M
• Tensión de Flexión, b.
• Chequear abulonado igual que para brida
Diseño de oreja de placa base.( de R.J. Roark, formulas for stress and strain, Mcgraw-Hill Book Co., 4Th edition, Tabla III, Caso 34)
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
• Carga unitaria, w.
• Reacción final, R1.
• Momento al extremo, Ma.
• Momento en mitad de la luz, Mx.
• Espesor requerido, tb.
Chequeo de Bulones
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
1: Bulones en la línea central
Caso 2: Bulones no se sitúan en la línea central
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Orejas en brida superior.
Cargas PT y PL
Momento sobre la brida, M
Momento sobre el cabezal, M
Momento sobre la unión recipiente cabezal, M
Carga longitudinal sobre cabezal y Boquilla = PL.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Orejas en brida lateral.
Cargas PT y PL
Momento sobre la Brida
Momento longitudinal sobre la cáscara, Mx.
Carga radial sobre cabezal y Boquilla = PT.
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO
DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Grilletes
de acero forjado
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
Vigas Traseras, Orejas y Aros Base, Detalles
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Configuración Aro Base – Refuerzos
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Cargas en la Pollera y la Base
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Configuración Aro Base - Refuerzos - Cargas
Nota: evaluar todos los puntales como miembros a tracción y compresión independientemente del signo,
porque cuando el recipiente se encuentra en el suelo, las cargas son de signo contrario al que se muestran
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Lazo de Cable de Acero
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
Dimensiones de orejas traseras
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA
NACIONAL - F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES
A PRESION - 2020
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL F.R.H.
DISEÑO Y SERVICIO DE COMPONENTES A
PRESION - 2020