DISEÑO Y CALCULO DE
RECIPIENTES A PRESION
BAJO
ESPECIFICACIONES DEL
CODIGO ASME SECCION
VIII DIVISION 1
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ASME BOILER AND PRESSURE
VESSEL CODE AN
INTERNATIONAL CODE
Sección VIII
REGLAS PARA LA
CONSTRUCCION DE
RECIPIENTES A PRESION
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Partes de un recipiente a presión
Anillos Atiesadores
Soportes
Cabezal
Cuerpo o envolvente
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Inicio
Análisis de datos de
diseño
Análisis de espesores
mínimos requeridos
PROCEDIMIENTO
DE DISEÑO DE
RECIPIENTES A
PRESION
Análisis de rigidez del
tanque
No
Espesores mínimos
cumplen con la
condición de diseño
Si
Elaboración de
planos
Procura materiales
Fabricación
Prueba
hidrostática
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UG-16: General. Diseño
Con algunas excepciones, el mínimo espesor permitido para cuerpos y
cabezales luego de formado e independientemente de la forma es 1/16
pulg (1.5mm), excluido el espesor por corrosión
 El espesor mínimo
no se aplica a laminas de transferencia de calor o
intercambiadores tipo placas.
 El espesor mínimo no aplica al tubo interno de intercambiadores de calor tubos
concéntricos ni tampoco a intercambiadores de tubo y coraza, donde la tubería
pertenece NPS 6 (DN 150).
• El mínimo espesor para corazas y cabezales para calderas de vapor deberá ser ¼
pulg (6mm), excluyendo el espesor por corrosión.
• El mínimo espesor para corazas y cabezales para servicio de aire comprimido,
servicio de vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23
debe ser 3/32 pulg (2.4mm), excluyendo el espesor por corrosión.
•
•
El mínimo espesor para corazas y cabezales para calderas de vapor deberá ser ¼
pulg (6mm), excluyendo el espesor por corrosión.
El mínimo espesor para corazas y cabezales para servicio de aire comprimido,
servicio de vapor y servicio de agua construidos con materiales de la tabla UCS-23
debe ser 3/32 pulg (2.4mm), excluyendo el espesor por corrosión.
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La división solo indica las ecuaciones necesarias para el calculo del
espesor requerido de componentes básicos (cilindros, esferas, fondos,
etc.) sometidos a presión interna o externa y deja completa libertad al
diseñador para escoger procedimientos en busca de determinar los
esfuerzos causados por otras cargas (peso propio, contenido, viento,
terremotos, soportes).
UG-17: Métodos de fabricación en
conjunto
Un recipiente puede ser diseñado y construido combinando métodos de
fabricación previstos en esta división (UB, UF, UW). El recipiente esta
limitado al servicio permitido por el método de fabricación que tenga los
requerimientos mas restrictivos.
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UG-20: Temperatura de diseño
1.
2.
Máxima: la temperatura máxima utilizada , no debe ser menor que la
temperatura media a través del espesor (salvo excepciones en UW-2 y
apéndice 3-2) Esta temperatura puede ser determinada por calculo o
mediciones de equipos en sirvió en condiciones de operación equivalente.
Temperaturas de diseño mayores a las establecidas en las tablas UG-23
(máximos valores de esfuerzos admisibles Sección II), no son admitidas.
Para recipientes sometidos a presión externa no debe superar se la
temperatura dada en las cartas de presión externa (Sección II D).
Diferentes zonas de un recipiente pueden tener distintas temperaturas
de diseño. En el Apéndice C del código, métodos sugeridos para obtener la
temperatura de operación de paredes de recipientes en servicio.
Mínima: La temperatura mínima a usar en el diseño debe ser la mas baja
en servicio, excepto cuando se permiten temperaturas menores en UCS66 y/o UCS-160 Para la determinación de esta temperatura debe tenerse
en cuenta lo indicado para temperatura máxima y también la mas baja de
operación, posibles desvíos en la operación, auto refrigeración,
temperatura atmosférica y cualquier otro factor externo.
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UG-22: Cargas
Las cargas para ser consideradas en el diseño
deben incluir las siguientes:
de recipiente
Presión interna o externa de diseño
Peso del recipiente y contenido, en operación y ensayo (incluye la
presión por la columna del liquido)
Cargas estáticas de reacción por peso de equipos (motores,
maquinaria, recipientes, tubería, revestimientos y aislamiento)
•
•
•
•
Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a presión, variaciones
térmicas o por equipos montados en el recipiente y cargas mecánicas.
Viento, nieve y reacciones sísmicas .
Reacciones de impactos como las causadas por choque de fluido.
Gradientes de temperatura y expansión térmica.
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UG-23: Máximos valores de esfuerzo.
Máximos valores de tensión/esfuerzo admisible
para diseño a tracción en distintos materiales son
provistos en la subparte 1-Seccion II-Parte D.
Un listado de estos materiales se da en las
tablas: UCS-23, UNF-23, UHA-23, UCI-23, UCD23, UHT-23 y ULT-23.
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UG-25: Corrosión
Se debe prever un sobreespesor suficiente para toda la vida útil
planificada para recipientes sometidos a perdida de espesor por
corrosión, erosión o abrasión mecánica.
El espesor, para la corrosión, no requiere ser igual en todas las
partes del recipiente dependiendo de zonas mas propensas.


Los recipientes sometidos a corrosión deberán tener una abertura
de drenaje, en el punto mas bajo posible del recipiente o una
tubería inferior que llegue hasta 6 mm del punto mas bajo
Cuando el espesor se ha reducido a un grado peligroso puede
aplicarse los agujeros testigo (prohibidos en recipientes de
servicios letales). Los agujeros testigo deberán tener un diámetro
entre 1.6-4.8 mm y una profundidad no menor del 80% del espesor
requerido de una virola sin soldadura de las misma dimensiones y
deberán situarse en la superficie opuesta a donde se espera la
corrosión.
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UG-27: Espesor de recipientes bajo presión interna. Diseño.
Para cuerpos cilíndricos de pared delgada y sin costura sometidos a
presión, los esfuerzos circunferenciales son aproximadamente el doble de
los esfuerzos longitudinales debidos a la misma solicitación.
•
En la mayoría de los casos el espesor requerido por las formulas del
UG-27, basadas en el esfuerzo circunferencial gobiernan el espesor
requerido sobre las formulas basadas en los esfuerzos longitudinales.
Símbolos
Datos
t
Espesor mínimo de la coraza. pulg (mm)
P
Presión interna de diseño. psi (kPa)
R
Radio interno del recipiente. pulg (mm)
S
Esfuerzo máximo admisible. psi (kPa)
E
Eficiencia de junta para recipiente cilíndrico o esférico.
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Recipientes Cilíndricos
Esfuerzos Circunferenciales: cuando el espesor no excede ½ del radio
interno (0.5R), o P no supera 0.385SE, se debe aplicar las siguientes formulas.
t 
PR
SE  0.6 P
P 
SEt
R  0.6t
Esfuerzos longitudinales: Cuando el espesor del recipiente no supera ½ del
radio interno o la presión (P) no es mayor que 1.25SE, se debe aplicar las
siguientes ecuaciones.
2 SEt
PR
P

t 
R  0.4t
2SE  0.4 P
Recipientes Esféricos
Para diseñar un recipiente cilíndrico, el espesor no debe ser mayor que 0.356R
o la presión no debe superar 0.665SE por medio de las siguientes formulas.
t 
PR
2SE  0.2 P
P 
2 SEt
R  0.2t
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UG-27: Espesor de recipientes bajo presión externa.
Diseño.
1.
Recipientes cilíndrico (Do/t>10):
•
Paso 1 Asumir un valor para t y
determine la relación de L/Do y Do/t
•
Paso 2 Ingrese a la figura G en la Subparte 3-Seccion II, Parte D en el
valor de L/Do determinado en el paso 1. Para valores de L/Do
mayores que 50 ingrese al cuadro de L/Do=50. Para valores de L/Do
menores que 0.05 ingrese el ciadro en un valor de L/Do=0.005.
Paso 3 Muévase horizontalmente a la línea por el valor Do/t
determinado en el Paso 1. La interpolación puede usarse para
valores intermedios de Do/t. Desde dicho punto de la intersección
muévase verticalmente (hacia abajo) para determinar el valor del
Factor A.
•
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•
Paso 4 Usando el valor A, ingresar al cuadro de materiales aplicables
en Subparte 3-Seccion II-Parte D. Muévase verticalmente hacia la
intersección con la línea (material-temperatura)
En casos donde el valor de A cae a la derecha de la línea
(material/temperatura), asumir una intersección con la proyección
horizontal. Para valores A que caen a la izquierda de la línea (materialtemperatura) observe el Paso 7
•
Paso 5 De la intersección obtenida en el paso 4, muévase
horizontalmente a la derecha y observe el valor del factor B.
•
Paso 6 Usando el valor B, calcular
la presión externa máxima de
trabajo (Pa)
•
Paso 7 Para valores de A que caen
a la izquierda de la línea (material
y temperatura), el valor Pa puede
ser calculado mediante
4B
Pa 
3(Do / t )
2 AE
Pa 
3(Do / t )
Figura G, usado con los valores t, L D
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2. Recipientes Esféricos: El espesor mínimo de una
coraza esférica se determinara mediante el siguiente
procedimiento.
•
•
0.125
Paso 1 se asume un valor para
A
t y calcule el factor A, usando la
( Ro / t )
siguiente formula.
Paso 2 utilizando el valor de A, entrar al grafico
aplicable para el material de la Sección II, parte D
(curva apropiad para un material en particular se
determina de acuerdo a las tablas de tensión admisible.
En casos donde el valor de A finaliza a la derecha de la
línea (material/temperatura), asumir una intersección con
la proyección horizontal
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•
Paso 3 De la intersección obtenida en el paso 2, muévase
horizontalmente a la derecha y observe el valor del factor B.
•
Paso 4 Usando el valor B, calcule el
valor máximo de la presión de
trabajo (P) usando la siguiente
formula
B
Pa 
(Ro / t )
•
Paso 5 Para valores de A, que caen a
la derecha de la línea (material,
temperatura), el valor de P puede
calcularse mediante
0.0625E
Pa 
(Ro / t)2
•
Paso 6 Compare Pa obtenido en el Paso 4-5. Si Pa es mas pequeño que
P, seleccione un valor mayor para t y repita el procedimiento de diseño
hasta que se obtenga un nuevo valor Pa que sea mayor o igual que P.
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La máxima presión de diseño o la presión externa máxima de trabajo
no debe ser menor que la diferencia esperada máxima de la presión
de operación que podría existir entre la zona externa e interna del
recipiente en cualquier momento.
Recipientes para operar bajo presiones de trabajo externas (15 psi)
y menores) podrían adoptar el Simbolo Codigo asegurando una
titulación con las reglas de presión externa
Cuando hay una junta lap longitudinal en una corza cilíndrica o coraza
cilíndrica bajo presión externa, el espesor de la coraza debe
determinarse por las mismas reglas propuesta, a excepción que 2P se
use en vez de Pe los cálculos para el espesor necesario.
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UG-30: Anillos Atiesadores
Para calcular las dimensiones adecuadas de los anillos de refuerzo
se puede utilizar la Formula Levy para el calculo de colapso de un
anillo de sección circular sometido a una presión externa uniforme.
I 

Do2 Ls t 
Pc Do 







12
E
2
t




Sin embargo, Los anillos atiesadores pueden estar ubicados al
interior o exterior de un recipiente. Además, debe ser atado al
casco por soldadura o brazing.
Variables


D Ls
A
s
Momento requerido de la sección del anillo
Is  
(t 
)A


Ls 
14

Momento de inercia existente
2
o
Área de la sección del anillo de refuerzo


D Ls
A
Factores determinado
s

I  
(
t

)
A

Ls 
10.9
Mitad de la distancia entre el centro de la


'
s
2
o
Is
I
As
A, B
sección del anillo y la próxima línea de soporte
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Ls
La idoneidad del momento de inercia para que se considere que
actúa como refuerzo se detalla a continuación:
•
Conocido Do, Ls, t; seleccionar un anillo de refuerzo calcular
el área de sección As. Luego calcular B mediante:
B
•



PDo 
3 

4
As

t
L
s 

Con B, ingresar a la figura (material del anillo) realizar un
desplazamiento horizontal, considerando la temperatura de
diseño. Luego, descendemos verticalmente hasta el obtener
el valor A.
Para valores de B menores de los indicados en el grafico,
considerar A=2B/E.
•
•
Calcular los momentos Is e I’s, mediante las ecuaciones
previas
Calcular los momentos I e I’, mediante las ecuaciones previas
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•
Obtenido los cálculos, compararemos y determinares su validez
Símbolo
Si I>Is
El anillo es idóneo
Si I<Is
Considerar la virola como refuerzo
Si I’>I’s
El anillo junto al casco (x-refuerzo) es
adecuado
Si I’<I’s
Aumentar la sección del anillo y repetir calculo
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La soldadura para los anillos atiesadores debe dimensionarse
para soportar la carga radial total que se da en el casco
(distribuido en los atiesadores) y para compartir las cargas que
actúan radialmente a través del anillo causado por cargas externas
de diseño.
•
La carga radial de la presión del casco, lb/pulg (N/m) es igual
a PLs
•
La carga radial es igual a 0.01PLsDo
•
P, L y Do son definidos en UG-29
•
Mínima medida de las soldaduras; la medida del filete no
debe ser menor que el mas pequeño
¼ pulg. (6 mm)
Espesor de recipiente
en la zona de
soldadura
Espesor de anillo
en zona de
soldadura
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UG-32: Cabezales y Secciones formadas
El espesor requerido en las paredes más delgadas para cabezales
conformados de
Es usual usar planchas de mas espesor para compensar posible
reducción de espesor durante el proceso conformado.
Tipos de cabezales
• Hemisféricos
• Elípticos
• Torisfericos
• Cónicos
• Toriconicos (cono con radio
de transición a la parte
cilíndrica).
• Cabezales planos
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Símbol
o
t
Espesor mínimo de cabezal, in (mm)
P
Presión interna de diseño, psi (kPa)
D
Diámetro interno de cabezal
Di
Diámetro interno de la porción cónica de la cabeza
toriconico. Equivale=D-2r(1-Cosα )
r
Radio interno, in (mm)
S
Esfuerzo máximo , psi (kPa) según Tablas UG-23
E
Eficiencia de alguna junta en el cabezal
L
Radio esférico interior, in (mm)
α
Mitad de ángulo del cono
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1.
Cabezales elipsoidal: El espesor requerido para un cabezal de
forma semielipsoidal, en la que la mitad del eje menor es igual a ¼
del diámetro interno del cabezal , debe determinarse por medio de
las siguientes fórmulas.
Una aproximación considerable de un
cabezal elipsoidal de 2:1 es aquel con
un radio pequeños de 0.17D y un radio
esférico de 0.90D
PD
t
2SE  0,2 P
P 
2SEt
D  0,2t
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2.
Cabezales Torisféricos: El espesor requerido para este tipo de
cabezal en el cual el radio (r) es igual al 6% de radio interno. Y el
radio interno equivale al diámetro externo de la falda.
Los cabezales torisfericos fabricados con materiales que poseen
esfuerzos de tensión que superan los 70000 psi (483 Mpa) deben
diseñarse usando el valor S que equivale a 20000 psi (138000
kPa) a temperatura del recinto. Y reducirse en proporción
0.885PL
t
SE  0.1P
P 
SEt
0.885L  0.1t
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3.
Cabezales hemisféricos: cuando el espesor del cabezal
hemisférico no exceda 0.356L, o P no exceda 0.665SE.20
PL
t
2SE  0.2 P
•
•
P 
2SEt
L  0.2t
Para cabezales esféricos de mayor espesor, ver formulas en el Apéndice 1-3.
Usualmente, el espesor del cabezal hemisférico es aproximadamente igual a
la mitad del espesor de un cuerpo cilíndrico
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4.
Cabezales cónicos: El espesor requerido para cabezales y cuerpos
cónicos, sin radio de transición , con α (α es la mitad del ángulo del
cono) que a su vez no debe ser mayor de 30º debe calcularse así:
t 
5.
PD
2Cos (SE  0.6 P)
P 
2SEt
D  1.2tCos 
Cabezales Toriconicos: El espesor requerido para la zona cónica de una
cabezal toriconico, cual radio knuckle tampoco es menor que el 6% del
diámetro externo de la falda del cabezal ni menor que 3 veces el espesor
del knuckle, debe determinarse con las formulas anteriores, usando Di
por D.
L 
Di
2Cos
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UG-75: Generalidades. Fabricación
La fabricación de los recipientes a presión o de alguna de sus partes
deberá cumplir con los requisitos generales aquí indicados y con los
requisitos específicos indicados en las subsecciones B y C
UG-76: Corte de Chapas y otros materiales de almacén
Las chapas, los bordes los fondos y demás partes podrán ser
cortadas por medios mecánicos tales como el mecanizado, amolado,
aserrado o por arco. Luego del corte por arco , toda la escoria y
material fundido debe ser retirado por medios mecánicos antes de
continuarse la fabricación.
UG-80: Ovalidad permitida en corazas cilíndricas, cónicas y esféricas.
Bajo presión inferior: Al finalizar la fabricación, la diferencia entre
el diámetro exterior e interior en cualquier sección no deberá
exceder el 1% del diámetro nominal de dicha sección
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Bajo presión
exterior: Al
finalizar la
fabricación, la
diferencia entre el
diámetro exterior e
interior en
cualquier sección
no deberá exceder
de la desviación
máxima permitida
según la figura.
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UG-84: Ensayo de impacto Charpy
La tenacidad de los materiales es su capacidad de absorber
energía durante su deformación plástica. Luego para que un
material tenga una tenacidad alta deberá poseer una alta
resistencia a la tracción y una alta deformabilidad.
Esta prueba de impacto se debe realizar sobre las soldaduras y a
todos los materiales que se empleen en la construcción (partes).
Para la prueba (ensayo y maquina) se deberá contar con la
especificación americana SA-370. La temperatura de la probeta no
debe ser superior a la temperatura mínima de diseño
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UG-98: Presión máxima de trabajo
La presión máxima de trabajo en un recipiente es la que máxima
que puede soportar en la parte superior del recipiente en su
posición de operación y a la temperatura especificada para dicha
presión.
Dicha presión es el menor de los valores de la presión máxima de
trabajo calculados para cada una de las parte esenciales del
recipiente, teniendo en cuenta las posibles presiones estáticas
(columnas de agua) entre la parte considerada y la parte superior
del recipiente.
La presión máxima de trabajo admisible para una parte
determinada de un recipiente a presión, es la máxima interna o
externa incluyendo la presión de la columna del liquido existente,
determinada por las ecuaciones de esta división y considerando
también las posibles cargas alternas (UG-22).
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UG-99: Prueba Hidrostática Standard
Una prueba hidrostática debe dirigirse en todos los recipientes
luego de:
•
Haber concluido la fabricación, excepto por operaciones que no
pudieron efectuarse previo a la prueba como culminación de la
soldadura, etc sobre
•
Realizarse todas las examinaciones, excepto por aquellas obligadas luego
de la prueba.
Excepto lo permitido anteriormente, los recipientes diseñados para
presión interna deben estar sujetas a la presión para pruebas
hidrostáticas cuales en cada punto de la superficie es igual a 1.3
veces la presión máxima de trabajo
Cualquier liquido no-peligroso (a cualquier temperatura) podría
usarse para la prueba hidrostática si esta por debajo de su punto
de ebullición. Los líquidos que tienen un punto de inflamación
menor que 110 ºF (43ºC) ,como los destilados de petróleo, podría
usarse solo para pruebas a temperaturas atmosféricas.
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Se recomienda que la temperatura del metal durante las prueba se
mantenga al menos a 30ºF (17ºC) por encima de la temperatura
mínima de diseño pero sin exceder 120ºF (48ºC).
Dicho intervalo se requiere para reducir el riego de fractura (Vease
UG-20 y UCS-66.2)
La presión no debe aplicarse hasta que el recipiente y su
contenido estén bajo la misma temperatura. Si la temperatura
excede lo permitido 120ºF solo se tendrá que esperar que la
temperatura disminuya.
Los respiraderos deberán instalarse en los puntos altos del
recipiente el cual sea para purgar posibles bolsas de aire mientras
que el recipiente es llenado.
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UG-100: Prueba Neumática
Podrá realizarse esta prueba en sustitución a la hidráulica, siempre
cuando:
•
•
Que estén diseñado y/o soportados para no soportar el peso del agua
durante la prueba.
Que no puedan ser fácilmente secados y que restos de fluidos sean
inadmisibles en el funcionamiento posterior del recipiente
Para minimizar riesgos de rotura, se recomienda que la
temperatura del metal se mantenga 17 ºC por encima de la
temperatura mínima de diseño del metal.
La presión se incrementa gradualmente hasta alcanzar la mitad de
la presión de prueba. Luego, será aumentada a escalones a
relación
de 1/10
Se realizara
por medio de inspección visual y solo se tolerara
fugas excepto en las uniones temporales que serán luego
soldadas.
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UG-103: Ensayo No-destructivos
Este código, UG, presenta dos tipos de ensayos no destructivos:
Examinación de partículas magnéticas APPENDIX 6
Examinación de liquido penetrante APPENDIX 8
UG-116: Marcas Requeridas
Cada recipiente a presión debe marcarse con lo siguiente:
•El símbolo oficial U mostrado sobre los recipientes
inspeccionados con la relación a lo expuesto en UG-90
•El símbolo oficial UM mostrado sobre los recipientes
construidos con relación a lo previsto en U-1 (j)
• Nombre del fabricante del recipiente
•Presión máxima de trabajo
•Temperatura mínima de diseño
• Numero serie del fabricante
•Año de construcción
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Forma de Estampa
Nombre de
constructor
Presión máxima de
trabajo
Temperatura mínima
de diseño
Tipo de construcción
Año de construcción
Numero de serie del
fabricante
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El tipo de construcción usado para el
recipiente debe indicarse directamente
bajo Símbolo mediante la letra
apropiada: los recipientes que tienen
Categoría A ,B o C
Tipo de Construcción
Letras
Arc or gas welded
W
Pressure welded
P
Brazed
B
Resistance welded
RES
Los recipientes que poseen mas de un tipo de construcción deben
marcarse para indicar los métodos usados.
Cuando un recipiente es destinado
Tipo de Construcción
Letras
para un trabajo y los requerimientos
Servicio letal
L
especiales han sido correctamente
UB
completados.
La
codificación
DF
apropiada debe ser aplicada como se
muestra
Cuando un recipiente ha sido
Símbolo
Características
radiografiado de acuerdo a lo
RT1
expuesto en UW-11, la marcación
RT2
debe aplicarse bajo los siguientes
RT3
códigos:
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UG-118: Métodos de Marcación
Cuando la marcación requerida (UG-116) se aplica directamente al
recipiente, se debe estampar con letras y figuras con una altura
mínima de 5/16pulg (8mm)
Sin embargo, no se hará este marcado cuando el espesor sea
menor de 6 mm, pero si el material no es ferroso entonces el
espesor mínimo será 13 mm
Cuando el recipiente a presión es de pequeño diámetro el tamaño
de los caracteres podrá ser menor de acuerdo al cuadro.
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UG-119: Placa de Fabricante
Las placas deben usarse sobre recipientes a excepción cuando las
marcas cuando se aplican directamente junto con UG-118. Placas
requeridas deben localizarse en un lugar sobresaliente sobre el
recipiente (UG-116, j)
El espesor de la placa debe ser lo suficiente para resistir la
distorsión causada por la instalación de la misma y compatible con
el método de atadura. El espesor nominal de la placa no debe ser
menor que 0.02 pulg (0.5mm).
Los caracteres deberán tener una altura mínima de 4 mm y
deberán de sobre salir o tener una profundidad de al menos 0.1mm
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Soportes para Recipientes
Hay varios métodos que son usados para las estructuras de los
recipientes a presión, y los presentamos a continuación:
•Tipo Faldón
•Tipo Columna o “pata”
•Tipo Silletas
•Tipo Agarradera
 Tipo Faldón: Uno de los soportes más comunes
para sostener recipientes verticales. Este método de
apoyo minimiza las tensiones locales al punto de
atadura, y la carga es uniformemente distribuida
encima de la circunferencia.
El uso de faldas cónicas es más caro desde el
punto de vista de fabricación, e innecesario para
la mayoría de situaciones de diseño.
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•
•
•
Tipo Silleta: tanques y recipientes
horizontales están sobre, “silletas”. El uso
de más de dos silletas depende de los
calículos. El Código de ASME especifica
que el mínimo ángulo de arco (el ángulo
del contacto) es 120º. Las silletas son de
acero aunque en raras ocasiones se
hacen de concreto.
Normalmente un extremo del recipiente es
sujetado (apoyo fijo) y el otro superpuesto
(apoyo libre). Con el fin de evitar
expansiones por variación térmica.
Tipo Columna:
Las columnas deben
espaciarse igualmente alrededor de la
circunferencia. Las abrazaderas de la
oscilación son los miembros diagonales
llamados contraventeos, que transfieren
cargas
horizontales,
pero
las
contraventeos en cruz, solo trabajan a
tensión .
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PROBLEMAS DE LA
SECCION VIII
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Estimación de espesor para recipiente de presión interna
Datos de diseño
Valores
Diámetro interno (Di)
24 pulg
Altura de recipiente (H)
43 pies
Presión interna de diseño (P)
200 psi
Temperatura (T)
200 ºF
Valor de esfuerzo (S)
Peso de recipiente
Densidad de contenido (g)
Peso de contenido (Wc)
13800 psi
3200 lb
70 lb/pie3
9500 lb
Eficiencia de junta (S circunferen.)
0.85
Eficiencia de junta (S longitudin.)
0.65
Momento causado por el viento
665000 lb.pulg
Aplicando lo expuesto
en UG-27 (c)
Material
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Para dar inicio a diseño del recipiente, se debe considerar 3
casos para determinar el mínimo espesor.
Esfuerzos circunferenciales: La siguiente ecuación contabiliza
los esfuerzos causados por la presión interna y la carga estática
del contenido en el recipiente
t 
PR

SE  0.6 P
t 
200 x12

13800 x0.85  0.6 x 200
t 
0.207 
0.021 
Hg


R


144


Hg

SE  0.6


144


 43x70144 x12

13800 x0.85  0.6 43 x70
144
0.228 pulg
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Esfuerzos longitudinales: La forma general de la ecuación para
espesor debido al esfuerzo longitudinal.
t 
W  Wc
PR
M
2

2SE  0.4 P  R SE
 DSE
Para el caso mas severo, la máxima carga se presentara cuando
el recipiente se encuentre completamente lleno .
t
200 x12
665000
3200


2(13800 x1.2)0.65  0.4 x200 122 (13800 x1.2)0.65
24(13800 x1.2)0.65
t  0.111  0.137  0.004  0.244 pulg
Según UG23-d
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
Esfuerzos de compresión: Esta ecuación es similar a la mostrada
anteriormente para longitudinales; sin embargo, el caso critico ocurre
sin presión y con el recipiente totalmente lleno. Según:
A
0.125
0.125


R0
12.294
0.244
t
B  15500  13800
0.00248
Usando 13800x1.2=16560 (Según UG 23-d)
t 
t 
M
W

 R 2 SE  DSE
Según UG23-b
665000
3200

2
 12 (13800 x1.2)x1  24(13800 x1.2)x1
t 
0.089 
0.003 
0.092 pulg
El espesor requerido (excluyendo de corrosión) será
equivalente a 0.244 pulg. Donde prima los esfuerzos
longitudinales
Según UG23-d
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Diseño de anillo atiesador para un recipiente a presión externa
Datos de diseño
Valores
Diámetro externo (Do)
Espesor de recipiente (t)
169 pulg
0.3125 pulg
Distancia entre soportes (Ls)
40 pulg
Presión externa (P)
15 psi
Temperatura (T)
700 ºF
Material
Aplicando lo expuesto
en UG-29 (a)
Casco (SA285),
anillo (SA36)
Para ilustrar el procedimiento
1.1 Dot  1.1 169 x0.3125 
8 pulg
•
Usando el valor determinado, el momento de inercia en conjunto
es aproximadamente 8 pulg4.
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El factor B será:




15
x
169


PDo

3
B  3 
 5107


4
2
.
39


4
As
0.3125 
t



40 

L
s 

B 
•
Ingresar
al lado derecho de la tabla (CS-2) y luego trasladar
horizontalmente a la izquierda de la línea de los materiales (a 700ºF).
Luego, descender y hallar el valor A=0.0004
I s' 
Do2 Ls (t  As Ls ) A
10.9
1692 x40(0.3125  2.39 / 40)x0.0004
I 
 15.61 pul 4
10.9
'
s
•
Este valor del momento de inercia es mucho mayor que el provisto
por la sección previamente seleccionada. Además, una nueva forma
debe seleccionarse o el método de atadura al recipiente debe ser
cambiado. Para nuestro propósito, se escoge una barra rectangular
(2pulgx3.75pulg). Asi, proporciona un As=7.5 pulg2 y Is=16.57 pulg4.
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
B 
•
Hallando B, remplazando con los
nuevos valores:


15
x
169
3 

 3803
4
0.3125  7.5 
40 

Hallando B, remplazando con los
nuevos valores:
1692 x40(0.3125  7.5 / 40)x0.00031
I 
 16.25 pul 4
10.9
'
s
Como el momento de inercia requerido de 16.25 pulg2
es menor que el existente 16.57 pulg2, el anillo de
refuerzo es el indicado.
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Recipiente cilíndrico bajo presión externa
Una torre de destilación fraccionada con 14
pies (4267.2 mm) de diámetro interior y 21
pies (6400.8 mm) de longitud y con bandejas
de fraccionamiento apoyadas en anillos
soldados al casco cilíndrico separados por 39
pulg.
La presión de diseño es de 15 psi (103.4 kPa) y
temperatura de diseño a 700 ºF (371 ºC). Usando
material acero al carbono SA-285. Determine
el espesor requerido para la operación.
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Variables
Diámetro interno (Di)
Espesor de recipiente (t)
Distancia de soportes (Ls)
14 pies
0.3125 pulg
Presión externa (P)
15 psi
Temperatura (T)
700 ºF
Material
•
Aplicando lo expuesto
en UG-29 (a)
39 pulg
Casco (SA285)
Asumir un espesor, t=0.3125 pulg. Además, ya asumido, el
Diámetro externo es Do=168,625
L

Do
39

168,625
0.231
Do

t
168,62

0.3125
540
•
Ingresar a la Figura G, observando el valor 0.231 trasladarse
horizontalmente hacia la línea Do/t.
•
Ingresar a la Figura CS-2 en el valor de A y moverse
verticalmente a la línea del material (a 700ºF)
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L/Do
Do/t
A=0.0005
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A=0.0005
B=6100
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•
La máxima presión de trabajo para el espesor
asumido (0.3125 pulg) es
Pa 
4B

3(Do / t )
4(6100)
 15.1 psi
3(540)
A causa que Pa es mayor que la
presión de diseño P (15 psi), el
espesor asumido se estima correcto
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Cabezal Semiesférica
Datos de diseño
Valores
Diámetro interno (Di)
14 pies
Espesor de recipiente (t)
Distancia de soportes (Ls)
0.3125 pulg
40 pulg
Presión externa (P)
15 psi
Temperatura (T)
700 ºF
Material
•
Aplicando lo expuesto
en UG-33 (c)
Casco (SA285)
Asumir el espesor de cabezal t (0.3125 pulg). Y calcular el valor del factor A:
A
0.125

Ro
(
)
t
0.125

84
.
5
(
)
0.3125
0.00046
•
Ingresar a la Figura CS-2 con el valor A y trasladarse
verticalmente por la línea de temperatura
•
Moverse horizontalmente hacia la derecha y leer el valor de B (5200)
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A=0.00046
B=5200
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•
La máxima presión externa de trabajo para el
cabezal asumido es:
Pa 
B

R
( o )
t
5200
(84.5
)
0.3125
 19.23 psi
A causa que Pa (19.23) es mayor que la presión
externa de diseño P (15 psi), el espesor asumido0.3125pulg- se estima correcto
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UW 2
•Las categorías B y C deberá ser el número (1) o (2)
•Juntas de la categoría D plena penetración se
extiende a través de todo el espesor de la pared del
cuerpo o en la pared de la boquilla.
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La categoría B serán de tipo Nº (1) o Nº
(2)
Todas las juntas de la categoría Nº A
Tipo (1)
las juntas de la categoría C serán
soldaduras de penetración completa
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Todas las uniones soldadas a tope serán
plenamente de radiografiadas
prueba hidrostática y prueba neumática de
acuerdo con las especificaciones del
material de aplicación
examen de ultrasonido o no destructivo
debe ser de sensibilidad suficiente para
detectar la superficie muescas de
calibración en cualquier dirección
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uniones soldadas en la categoría A se
hará de conformidad con el Nº (1) de la
tabla UW-12
las juntas soldadas en la Categoría B,
cuando el espesor es superior a 5 / 8 de
pulgada ( 16 mm), se hará de conformidad
con el tipo Nº (1) o Nº (2) de la tabla UW12
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UW 3
requisitos especiales, que se basan en el
servicio, el material y el grosor, no se
aplican a todas las juntas soldadas, sólo
las juntas a las que se aplican requisitos
especiales se incluyen en las categorías
A, B, C y D.
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Categoría A. longitudinal de uniones
soldadas en el cuerpo principal, transiciones
de diámetro, o boquillas, uniones
circunferenciales soldadas las cabezas
hemisféricas de los depósitos principales
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Categoría B. uniones soldadas
circunferenciales en el depósito principal,
transiciones de diámetro, incluyendo las
juntas entre la transición y el cilindro,
uniones soldadas circunferenciales
conectadas que forman la tapa
hemisférica de los depósitos, las
transiciones de diámetro, a las boquillas.
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Categoría C, Uniones soldadas las bridas,
placas tubulares.
Categoría D. Las juntas soldadas uniendo
boquillas al cuerpo principal, a las esferas,
a las transiciones de diámetro, a los tapas.
*el ángulo α no será superior a 30 grados
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UW 5
Los materiales utilizados para partes a
presión deberán demostrar la calidad de
soldar.
Las piezas no sometidas a presión deberá
ser probada la calidad soldable
De conformidad con UG-10, UG-11, UG15, o UG-93
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El procedimiento de soldadura sólo debe
ser calificado una vez por un análisis
químico o mecánico para materiales no
especificados no permitidas en esta
División.
Para materiales que no se puede
identificar puede ser demostrada su
calidad soldable mediante la elaboración
de pruebas de soldadura para cada pieza
de material no identificado que vaya a ser
utilizado.
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Dos materiales de especificaciones
diferentes se pueden unir mediante
soldadura si se cumplen los
requerimientos de la Sección IX, QW-250.
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Materiales ferríticos y los aceros
austeníticos tipo SA-240 Tipo 304, 304L,
316 y 316, SA-182 F304, F304L, F316, y
F316L, SA-351 CF3, CF3A, CF3M, CF8,
CF8A y CF8M podrán ser soldados por
ELECTROSLAG o ELECTROGAS
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UW 9 Diseño de uniones soldadas
Los tipos de uniones soldadas permitidas
en los procesos de soldadura por arco y
gas están listados en la Tabla UW-12,
junto con el espesor de la placa limitante
permitidos para cada tipo.
Las dimensiones y la forma de los bordes
a unir deberán ser tales que permitan la
fusión completa y la penetración conjunta
completa
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Transiciones cónicas. Una transición
cónica que tiene una longitud no inferior a
tres veces el desplazamiento entre las
superficies adyacentes de las secciones
colindantes, como se muestra en la figura.
UW-9. La soldadura a tope puede ser
parcial o totalmente en la sección cónica o
adyacentes a ella.
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Las soldaduras de filete se añadirán donde sea necesario para
reducir la concentración de esfuerzos.
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Los tanques compuestos por dos o más
placas tendrán los centros de las uniones
soldadas longitudinales adyacentes
escalonadas o separados por una
distancia de por lo menos cinco veces el
espesor de la placa más gruesa.
Para las juntas espaciadas, la superficie
de superposición no será inferior a cuatro
veces el espesor de la placa interna.
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UW 11 Exámenes radiográficos
todas las soldaduras a tope en los
tanques en los que el espesor nominal en
la unión soldada excede 1 1/2 pulgadas
(38 mm).
categorías B y C de soldadura a tope en
las boquillas no excedan 1 1/8 pulgadas
(29 mm) de espesor de pared no
requieren un examen radiológico.
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Categoría A y B soldaduras de
conexión entre las partes tanque o
tapas
Categoría de soldaduras B o C que
se intersecan con soldaduras de
Categoría A.
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Examen ultrasónico se puede sustituir la
radiografía de la costura de un recipiente
a presión si la construcción del tanque no
permite interpretar radiografías de
conformidad con los requisitos
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No se requiere examen radiográfico de
uniones soldadas cuando la parte tanque
o recipiente está diseñada para una
presión externa solamente, o cuando el
diseño conjunto cumple con la UW-12
Soldaduras de materiales ferríticos con
cualquier paso mayor que 1 1/2 pulgadas
(38 mm) será examinado por ultrasonido
en toda su longitud
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Para el examen radiográfico y ultrasonidos
de soldaduras a tope, la definición de
espesor nominal de la junta soldada en
cuenta será el espesor nominal de la más
delgada de las dos partes unidas.
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UW12
Tabla UW-12 da la eficiencia (E) conjunta
para ser utilizados en las fórmulas de la
División de las juntas
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La calidad de las soldaduras, usada en los
tanques o sus partes deberán probarse
como sigue: Las probetas deberán ser
representativas de la soldadura de
producción, por cada tanque.
Pueden ser retirados del cuerpo en sí
mismo o de una prolongación de la
cáscara incluida la junta longitudinal, o, en
el caso de los tanques que no incluya una
junta longitudinal, se realizará una prueba
del mismo material y grosor que el tanque
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UW 13
th =espesor nominal de la cabeza, pulg
(mm)
tp = distancia mínima de la superficie
exterior de la cabeza plana al borde de la
preparación de la soldadura medido como
se muestra en la figura. UW-13.2
pulgadas (mm)
ts = espesor nominal del cuerpo pulgadas
(mm)
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La soldadura a tope y soldadura de filete
deberán estar diseñados para tener
cortante de 1.5 veces el diferencial
máxima de presión que puede existir. El
valor de tensión admisible para la
soldadura a tope será del 70% del valor
de la tensión para el material del depósito
y para filete de 55%.
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Para los anillos guías de las bridas la
suma de a y b no será inferior a tres veces
el espesor nominal de pared adyacente
sometida a presión.
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Para las placas tubulares de apoyo: a + b no
menos de 2ts, c no menos de 0.7ts o 1.4tr, el
que sea menor.
Para las placas de tubos sin apoyo: a + b no
menos de 3ts, c no menos de ts o 2tr, el que
sea menor.
La dimensión b es producida por la
preparación de la soldadura y se verificará
después de encajar y antes de la soldadura.
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Para otros
componentes,
la suma de a y
b no será
inferior a dos
veces el
espesor
nominal de la
parte
sometida a
presión.
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UW 15
La fuerza de soldaduras de ranura se basará en
la superficie sometida a cortante o tensión. La
fuerza de las soldaduras de filete se basará en la
superficie sometida a cortante
Porcentajes de los valores de tensión para el
material del tanque.
la tensión de ranura
corte de ranura
corte en el filete
74%
60%
49%
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UW16
boquillas, conexiones, refuerzo forman
una categoría D unión soldada entre la
boquilla (o en otra unidad ) y la casco, la
tapa, etc
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Do = diámetro exterior del cuello o tubo
conectado mediante soldadura en el
interior de la casco del tanque, pulg (mm)
G = juego radial entre el agujero en la
pared del recipiente y el diámetro exterior
del cuello de la boquilla o el tubo, pulg
(mm)
Radio = 1 / 8 de pulgada (3,2 mm) como
mínimo radio
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r1 = mínimo dentro de radio de la esquina,
el menor de 1/4T o 3 / 4 pulgadas (19 mm)
t = espesor nominal del recipiente o tapa,
in (mm)
tn = espesor nominal de pared de la
boquilla, pulg (mm)
tw = dimensión de las soldaduras (filete de
un solo bisel, o simple-J), medido como se
muestra en la figura 16.1
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te = espesor de la placa de refuerzo
tmin = el menor entre 3/4 pulgadas (19
mm) o el espesor de la más fina de las
partes unidas por un filete de un solo bisel
o simple-J de soldadura, pulg (mm)
tc = no será inferior al menor entre 1/4 de
pulgada (6 mm) ó 0.7 tmin
* t1 o t2= no menos que el más pequeño
entre 1/4 de pulgada (6 mm) ó 0.7tmin.
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Boquillas unidas a una pared del tanque
se unen por soldadura de penetración
completa.(a, b, c, d y e)
Placas de refuerzo en el casco serán
adosadas al casco por penetración
completa Véase la figura. UW-16.1
bocetos (a), (b), (c), (d), (e), (f-1), (f-2), (f3), (f-4), (g ), (x-1), (y-1), y (z-1)
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La dimensión tw no podrá ser inferior a tn ni
menos que 1 / 4 "Ver la figura. UW-16.1
bocetos (t) y (u).
Cuando aparece radio, disponer un radio
mínimo de 1/8 pulgadas (3,2 mm).
Cuando el cuello o el tubo se conecta desde
el interior solamente, la profundidad de la
ranura de la soldadura o la garganta de la
soldadura de filete deberá ser al menos igual
a 1 ¼ tmin.
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Accesorios: Rosca interna, rosca externa,
Toma soldadas o soldadas a tope. La unión
de los accesorios deberán cumplir los
siguientes requisitos.
Fijará por una ranura de penetración
completa soldadura o por una o dos filete de
soldadura de penetración parcial, un en cada
cara de la pared del casco. Las dimensiones
mínimas serán de soldadura como se
muestra en la figura. UW-16.1 bocetos (x),
(y), (z),
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Para las soldaduras de penetración parcial o
soldaduras de filete, t2 o t1 no será inferior al
menor valor entre 3/32 pulg (2.4 mm) o
0.7tmin.
Brida: máximo espesor de la pared no
excederá de 3 / 8 de pulgada (10 mm).
La presión máxima de diseño no excederá de
350 psi (2410 kPa).
tf mínima es de 3 / 32 pulg (2.4 mm).
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La apertura en la pared del casco, no
podrá ser superior al diámetro exterior del
tamaño nominal de la tubería más 3/4 de
pulgada
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UW 17
Deberán estar debidamente separados
para tener la carga en proporción, pero no
se considerará que toman más del 30%
de la carga total a transmitir.
los agujeros de conexiones deberán tener
un diámetro no menor que t + 1 / 4 de
pulgada (6 mm) y no más de 2t + 1 / 4 de
pulgada (6 mm), donde t es el espesor en
pulgadas de la placa o parte adjunta en la
que
el
agujero
se
hace.
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los agujeros de las conexiones deberán
estar completamente llena con metal de
soldadura cuando el espesor de la placa
es de 5 / 16 "(8 mm) o menos, en placas
más gruesas se llenarán con una
profundidad de por lo menos la mitad del
espesor placa o 5/16”, el mayor valor,
pero en ningún caso será inferior a 5 / 16
pulgadas
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La carga de trabajo admisible de
soldadura, ya sea en corte o tensión se
calculará por la siguiente fórmula:
P = 0.63 S (d -1/4) 2
P = 0.63 S (d -6) 2
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P = carga total de trabajo admisible en la
soldadura lb (kN)
d = el diámetro del agujero en el que se
hace la soldadura, pulg (mm)
S = valor máximo de tensión admisible
para el material en el que se hace la
soldadura, psi (kPa)
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REQUISITOS PARA
RECIPIENTES A PRESION
CONSTRUIDOS DE ACERO
AL CARBONO Y DE BAJA
ALEACION
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MATERIALES
Especificación en la
SECC. II
MATERIALES
ACEROS AL
CARBONO Y DE
BAJA ALEACION
Se limitan a la tabla
UCS-23 (Salvo UG10 y UG-11)
Contenido mayor de
0.35% no se utilizara
para la soldadura
Las piezas pequeñas
conforme a ug11((a)(2)) serán de
calidad soldable
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MATERIALES (TABLA UCS-23)
Todos los materiales se rigen por la
TABLA UCS-23 ,salvo se especifique
alguna otra tabla
Los tensiones admisibles en función a
la temperatura se indican en la TABLA
1 A de la sección II , parte D, salvo se
especifique otras tablas
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PLACAS DE ACERO
• Planchas de acero según el SA-36, SA/CSAG40.21
38W, y SA-283 grados A, B, C y D puede utilizarse para
las partes a presión en recipientes a presión
• Requisitos
1. Los recipientes
sustancias
2.
no se utilizan para contener
letales, ya sea líquido o gaseoso.
Con la excepción de las bridas, tapas planas o
empernadas y anillos rigidezadores , el espesor de
las placas en que se aplica la fuerza de soldadura no
exceda del 5 / 8 pulgadas (16 mm).
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CASCOS FABRICADOS CON
TUBERIA (UCS-27)
• Especificaciones en la Tabla UCS-23
• Fabricacion
1.
2.
3.
Por horno de hogar abierto
Por horno de oxigeno basico
Horno Eléctrico
TUBERIAS SIN COSTURA
TUBERIAS ELECTRO SOLDADA ( Hasta diámetros
nominales de 762 )
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PERNOS, TUERCAS Y
ARANDELAS
PERNOS
• .La tabulación de los valores de esfuerzo admisible a
diferentes se dan en la tabla 3 de la Sección II, Parte D.
• Los pernos de aleación no ferrosos y de acero,
esparragos, y tuercas se puede utilizar. Deberán
ajustarse a los requisitos de la Parte UNF o
UHA,
según corresponda
• TUERCAS Y ARANDELAS(a SA-194, SA-563)
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CRITERIO DE SELECCIÓN DE
TUERCAS Y ARANDELAS
(1) Las tuercas de acero al carbono y arandelas de acero al carbono se pueden
usar con pernos de acero al carbono o espárragos.
(2) Las tuercas de acero al carbono o aleación de acero y arandelas de acero al
carbono o de aleaciones de acero de aproximadamente la misma dureza que
las tuercas se pueden utilizar con pernos de aleación de acero
(para las temperaturas no superiores a 900 ° F (482 ° C)).
(3) Tuercas de aleación de acero se utilizan con espárragos de aleación de
acero o pernos de aleación de acero
(A temperaturas superiores a 900 ° F (482 ° C).)
(4) Tuercas y arandelas no ferrosos se pueden utilizar con Pernos ferrosos y
Espárragos
Se tendrá en cuenta a las diferencias de expansión térmica y la posible corrosión
resultante de la combinación de metales diferentes. tuercas y arandelas no ferrosos
se ajustarán a los requisitos de la UNF-13.
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REQUISITOS PARA TRATAMIENTO
TERMICO POSTERIOR A LA
SOLDADURA (UCS-56)
(1) La temperatura del horno no será superior a 800 ° F(427 º C) en el momento que
el recipiente o una parte se coloca en el mismo.
(2) Por encima de 800 ° F (427 ° C), la velocidad de calentamiento no debe ser
mayor de 400 ° F / h (222 ° C / h) dividido por el espesor maximo del metal de la
placa del casco o de la cabeza en pulgadas, pero en ningún caso más de 400 ° / hr
(222 ° C / hr). Durante el período de calentamiento no debe haber una mayor
variación de temperatura en toda parte del recipiente de 250 ° F (139 ° C) dentro de
15 pies (4,6 m) intervalo de longitud.
(3) El recipiente o parte del recipiente se llevará a cabo en o por encima de la
temperatura especificada en la tabla UCS-56 o la tabla UCS-56.1 para el período de
tiempo especificado en las tablas. Durante el período de tenencia, no habrá una
diferencia mayor de 150 ° F (83 ° C) entre la temperatura máxima y mínima en toda
la parte del buque que se calienta, salvo cuando el rango es más limitado en la tabla
UCS-56
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REQUISITOS PARA EL TRATAMIENTO
TERMICO POSTERIOR A LA SOLDADURA
(4). Durante el periodos de calentamiento y estancia, la atmósfera del
horno deberá estar controlada para evitar excesiva oxidación de la
superficie del recipiente. El horno deberá ser diseñado tal que evite el
directo choque de la llama en el recipiente.
(5) Por encima de 800 ° F (427 ° C), el enfriamiento se llevará a cabo en un
horno cerrado o cámara de enfriamiento no a una velocidad superior a 500
° F / h dividido por el espesor máximo de la placa de metal del casco o de
la cabeza en pulgadas, pero en ningún caso más de 500 ° F / h (278 ° C). A
partir de 800 ° F(427 ° C) el buque se puede enfriado al aire en calma.
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REQUISITOS PARA EL TRATAMIENTO TERMICO
POSTERIOR A LA SOLDADURA
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EXAMEN RADIOGRAFICO (UCS-57)
UW-11 ( Requisitos
indicados)
Examen radiográfico al
100% a cada unión de
soldadura a tope en la
que la placa mas
delgada o los espesores
de pared del recipiente
en la unión, en caso
supera los limites e n al
tabla UCS-67
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