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INTRODUCCION AL ANALISIS DE ESFUERZOS DE

TUBERIAS

Traduccion de: Introduction to pipe stress analysis

Sam Kannappan, P.E.

Ingeniero

Tennessee Valley Authority

Knoxville, Tennessee

Revisin 1 (Septiembre 2013)

Realizado por: Benjamn Serratos ( Agosto 2008 )

Nota importante: El propsito de esta traduccin es proporcionar una herramienta que

considero importante a los proyectistas e ingenieros de diseo de tuberas. Se realizusando los modismos y palabras que se usan regularmente en Mxico, y en algunas

partes el libro original no es legible por lo que espero comentarios en la direccin mail

[email protected]. Para realizar una fe de erratas en el original.


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CONTENIDO

1 Anlisis de esfuerzo de tubera. 5

1.1 Fuerzas y momentos en un sistema de tuberas 5

1.2 Cargas estticas y dinmicas 8

1.3 Especificacin de tubera. 10

1.4 Explicacin de trminos relacionados a soportes de tubera 121.5 El mtodo de cantilver guiado 14

1.6 Comparacin de mtodos simplificados de anlisis 15

2 Diseo de componentes de presin 21

2.1 Calculo de grosor mnimo de pared de tubera 21

2.2 Refuerzo de conexiones de ramales soldados 27

3 Calculo del claro de tuberas 33

3.1 Limitaciones del claro 33

3.2 Frecuencia natural 34

3.3 Drenaje 36

3.4 Gua de espaciado para cargas de viento 41

3.5 Reglas de diseo para soportes de tubera 43

4 Cdigos de tubera ANSI y cdigos ASME 444.1 Presin interna y esfuerzos longitudinales 44

4.2 Requerimientos del cdigo de tuberas para refinaras de petrleo

para un anlisis formal 47

4.3 Momentos flexores en y fuera de plano 49

4.4 Factores de intensificacin de esfuerzo 50

4.5 Efecto de la presin en los factores de intensificacin de esfuerzos y flexibilidad 59

4.6 Esfuerzos en sistemas de tuberas 63


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4.7 Resorte frio 66

5 Espiras y juntas de expansin 72

5.1 Espiras de expansin 72

5.2 Esfuerzos y cargas en espiras 75

5.3 Juntas de expansin 81

5.4 Tipos de juntas de expansin 83

5.5 Fuerzas de empuje de presin 85

6 Juntas bridadas 906.1 Nomenclatura 90

6.2 Momentos externos 91

6.3 Comparacin de momentos reales y permisibles 92

7 Tuberas conectadas a equipo no rotatorio 96

7.1 Calculo de esfuerzos locales usando el boletn WRC 107 96

7.2 Tasa de resorte rotacional para recipientes cilndricos 102

8 Tuberas conectadas a equipos rotatorios 106

8.1 Tuberas conectadas a turbinas de vapor 106

8.2 Tuberas conectadas a compresores centrfugos 110

8.3 Tuberas conectadas a bombas centrifugas 110

8.4 Mtodo de cedencia en tuberas 113

9 Tpicos especiales 116

9.1 Vlvulas 116

9.2 Anlisis debido a fuerzas de reaccin para vlvulas de descarga 120

9.3 Tuberas de aluminio 122

9.4 Tuberas de aleacin de cobre 123

9.5 Tuberas subterrneas 126

9.6 Diseo para presiones externas 131


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9.7 Recipientes bajo presin externa 137

9.8 Sistema de tubera enchaquetada a presin 138

9.9 Unidades mtricas 139

9.10 Comportamiento del material a temperaturas elevadas 141

9.11 Recubrimiento refractario 143

10 Cdigo de componentes nucleares, ASME seccin III 147

10.1 Cargas de diseo y limites de servicio 147

10.2 Flexibilidad y factores de intensificacin de esfuerzos 147

10.3 Anlisis para la evaluacin de esfuerzos para tuberas clase 2 152

10.4 Frecuencia natural 154

10.5 Sistemas de tuberas a ser analizadas 155

10.6 Sugerencias tiles en diseo de tuberas 156

10.7 Modelaje por computadora 157

10.8 Anclaje inicial y movimientos de soportes 158

10.9 Modelaje de elementos de tubera 160

Apndices 170A1 Expansin trmica total para metales 171-180

A2 Mdulos de elasticidad para metales 181-184

A3 Esfuerzos permisibles en tensin para materiales 187-198

A4 Propiedades y pesos de tubera 199-203

A5 Clculos muestra para refuerzo de ramales 204

Anexos

Problemas resueltos 205

ndice 210

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