Variables en el cálculo del Espesor de Tuberías
Suponiendo que el análisis se muestra en la imagen es correcto (que lo es), el espesor de pared de un sistema de tuberías bajo presión interna es una relación de su radio interior, la presión interna y los valores de los esfuerzos axiales y radiales inducidos de acuerdo con el material seleccionado. Veamos cada uno de éstos elementos.
Condiciones de diseño
Una parte esencial de todos los esfuerzos que se deben realizar para el diseño de sistemas de tuberías es el establecimiento de las condiciones de diseño para cada proceso. Una vez establecidas, estas condiciones se convierten en la base del diseño del sistema. Los componentes clave de las condiciones de diseño para el cálculo del espesor de pared son la presión de diseño y la temperatura de diseño. Los diseñadores deben tener en cuenta puede existir más de una condición de diseño en cualquier sistema de tuberías.
La Presión de Diseño se define como la presión sostenida más severa que resulta en el mayor espesor de los componentes y la clase o rating más alta de los accesorios. No deberá ser menor que la presión en las más severas condiciones de presión interna o externa coincidente con la temperatura máxima o mínima esperada durante el servicio.
La Temperatura de Diseño se define como la mayor o menor temperatura sostenida del metal de la tubería, coincidente en la condición de presión y temperatura más severas. Ahora bien, ¿por qué es importante definir la temperatura de diseño si esta variable no se menciona en las ecuaciones de la imagen mostrada arriba? Es un parámetro crítico, ya que la resistencia de un material varía con la temperatura.
Tensión Admisible
Puesto que no estamos interesados en obtener el nivel de estrés de un tubo con un espesor dado, sino todo lo contrario, determinar el espesor mínimo requerido para un determinado nivel de esfuerzo, es esencial conocer el límite hasta donde podemos “esforzar” el material, la tensión admisible. La tensión admisible de un sistema de tuberías o de un componente del sistema es una función de la resistencia a la fluencia o de la resistencia a la tracción del material. Los sistemas de tuberías, entre otros equipos mecánicos, no deben trabajar en la zona de deformación plástica bajo ninguna circunstancia. Por lo tanto, el esfuerzo admisible es establecido por el código de diseño para cada condición de carga, y siempre es un porcentaje por debajo del límite de elasticidad o límite de fluencia.
¿Qué pasa si se superan las condiciones de diseño?
Una vez que se han establecido la presión y temperatura de diseño para un sistema, podríamos preguntar ¿pueden estas condiciones sobrepasarse alguna vez? La respuesta es que sí, se pueden superar. En el funcionamiento normal de una refinería o planta química, existe la necesidad, en ocasiones, para la regeneración del catalizador, pruebas hidráulicas, vapor de salida o de otras condiciones de corto plazo que pueden causar variaciones de presión-temperatura por encima de las de diseño. En lugar de basar la presión y temperatura de diseño de estas operaciones a corto plazo, los códigos de diseño permiten hacer frente a cargas ocasionales que se acercan al límite de elasticidad durante cortos períodos de tiempo sin causar una preocupación genuina por sobre-esfuerzo.
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