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H:\TITICO\SIGNA\ING. CAO CRE-X1\003 MECANICOS REV_CAO\DOCUMENTOS\COPE-10-1248-OS 01-M-MC-001 REV_CAO.docx
10/21/2015
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
CLIENTE:
1 de 12
PROYECTO:
INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
ÍNDICE DE REVISIONES
Fecha Revisión Observaciones
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 2 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
CONTENIDO
1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................ 3
2. OBJETIVO ................................................................................................................................... 3
3. PROCEDIMIENTO ....................................................................................................................... 3
4. NORMA DE APLICACIÓN ........................................................................................................... 4
5. CONDICIONES DE DISEÑO ....................................................................................................... 4
6. CRITERIOS PARA EL ANALISIS DE TENSIONES..................................................................... 5
7. RESUMEN DE RESULTADOS .................................................................................................... 8
8. CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 10
9. ANEXOS .................................................................................................................................... 10
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 3 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
1. ANTECEDENTES
La empresa S.A. dentro de sus atividades operativas para La presente gestión tiene planificado el
desarrollo del nuevo pozo Este-1, el cual permitirá la producción de la formación, Arenisca Roboré-I,
en la estructura de Este.
Con el objetivo de transportar la producción de hidrocarburo desde este pozo hasta las facilidades del
colector de la Planta, es necesario realizar la Ingeniería Básica y de Detalle de la línea de producción
así como de las facilidades del pozo.
2. OBJETIVO
El presente reporte, tiene como objetivo analizar el comportamiento de las nuevas instalaciones en
planchada cumpliendo las condiciones de diseño, para su funcionamiento dentro de los parámetros
de tensiones admisibles establecidos en el Código de Aplicación
La comprobación del comportamiento de la estructura es realizada por medio de cálculo por elemento
finito, para lo cual se emplea el software CAESAR II, versión 5.2, el cual ejecuta el cálculo de
flexibilidad comprobando que la estructura proyectada no esté sometida a sobre tensiones causadas
por las temperaturas y presiones operativas.
Los parámetros operativos adoptados corresponden a las condiciones extremas máximas de
operación.
Para este estudio se baso en los codigops B31.8 y B31.3 , analizando la parte en planchada
correspondiente al código B31.3 y después de las válvulas lanzadoras se analizo bajo el código B31.8
en este tramo se analizo un tramo de tubería enterrada de aproximadamente 200 metros.
3. PROCEDIMIENTO
En base a la estructura definida de acuerdo a los planos de tuberías e isométricos se ha realizado el
modelo para la respectiva corrida, en función al diseño definido.
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 4 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
Se ha tomado las conexiones a equipos con desplazamiento nulo de la cañería, donde se asume que
ésta se encuentra completamente restringida, puntos que fueron considerados como parte inicial del
modelo.
Normalmente es recomendable realizar el análisis a tuberías de diámetros mayores a 4” dado que en
nuestro caso la línea es de 3” solo se analiza la línea desde arbolito hasta entierro.
Los soportes en la línea no restringen el movimiento en sentido longitudinal pero si en sentido lateral
con una holgura de 10 mm.
4. NORMA DE APLICACIÓN
ASME B31.3- 2006 EDITION PROCESS PIPING
ASME B31.8- 2007 EDITION GAS TRANSMISSION & DISTRIBUTION PIPING
5. CONDICIONES DE DISEÑO
Densidad del suelo 0.00185 kg/cm3
Profundidad de entierro promedio 1000mm
Angulo de Fricción 30º
Coeficiente de fricción suelo 0.5
Temperatura de montaje 20 ºC
Tuberia diametro 3”
Material Sch XS ASTM A 312 TP. 321
Sch XS A106 Gr.B
Sch XS API 5L X42
Temperatura de Operación máxima 120 º F (48.9 ºC)
Presión de Diseño 2220 psig (153 bar)
Sobre espesor de corrosión y erosión: 3.81 mm (0.15”)
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 5 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
6. CRITERIOS PARA EL ANALISIS DE TENSIONES
6.1. LIMITES DE TENSIONES CALCULADAS SOBRE LA BASE DE CARGAS SOSTENIDAS Y
EXPANSIÓN TERMICA (SUS) (302.3.5) Parágrafo ASME B-31.3
A continuación se describen los límites de tensiones establecidos por el código debido a las
siguientes causas:
6.1.1. Presión interior y exterior: El criterio de no exceder las tensiones admisibles del Apéndice
A, es satisfecho cuando el espesor de pared (incluyendo refuerzo) del componente de tubería
cumple con los requerimientos dados en parágrafo ¶304 de la norma B-31.3
6.1.2. Tensiones longitudinales: La suma de las tensiones longitudinales Sl debidas a la
presión, peso y otras cargas sostenidas no deben exceder la tensión admisible en condición
caliente Sh. El espesor utilizado para calcular Sl debe ser el espesor nominal T menos los sobre
espesores de corrosión (c), erosión y resistencia mecánica.
hl SS (SUS)
6.2. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD (EXP) (319.4)
En los cálculos de flexibilidad los sistemas de cañerías entre puntos de anclaje deben ser tratados
como un conjunto.
Debe considerarse la importancia de todas las partes de la línea y /o todas las restricciones colocadas
con el propósito de reducir momentos y fuerzas sobre los equipos o pequeñas líneas que se bifurcan.
Los cálculos de flexibilidad deben tomar en cuenta las condiciones de intensificación de tensiones de
los componentes y juntas.
Las propiedades dimensionales de los caños y accesorios a utilizar en los cálculos de flexibilidad
deben basarse en las dimensiones nominales.
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 6 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
224 tbE SSS
))(25.1( lhcA SSSfS
Z
MiMiS
ii
b
2
00
2)()(
Flexibilidad Tensiones: En el rango de tensiones de flexiones y torsión debe computarse utilizando el
modulo de elasticidad a 70ºF (excepto en caso de variación de temperatura según 319.2.2.b.4 ASME
B31.3) y combinado de acuerdo a la ecuación (17) para determinar el rango de tensiones de
desplazamiento SE, el que no deberá superar el rango de tensiones SA.
(17)
Sb= Tensión resultante de flexión
St = Tensión de torsión = Mt / 2Z
Sc = Tensión admisible para el material base a la mínima temperatura indicada en las tablas de
tensión
Sh = Tensión admisible para el material base a la máxima temperatura indicada en las tablas de
tensión
Mt = Momento de torsión
f = Factor de reducción rango de tensión para condiciones cíclicas de un número total N de
ciclos completos de temperatura durante la vida útil esperada en operación.
Z = Modulo de sección de tubo
Las tensiones resultantes de flexión Sb a utilizarse en la ecuación (17) para codos, codos a gajos y
conexiones en derivación de tamaño completo, debe ser calculado de acuerdo con la ecuación (18).
(18)
AE SS (EXP)
ii= Factor de intensificación de tensiones en el plano
i0= Factor de intensificación de tensiones fuera del plano
Mi = Momento de torsión en el plano
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 7 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
M0=Momento de torsión fuera del plano
6.3. Limites de tensiones calculadas por cargas ocasionales (OCC) (302.3.6)
6.3.1. Durante la operación: La suma de las tensiones longitudinales producidas por la presión y
otras cargas sostenidas Sl (cargas vivas y muertas, soportes temporarios de extra peso, etc.) y de
las tensiones producidas por cargas ocasionales tales como viento y terremoto, pueden superar
como mucho 1.33 veces las tensiones básicas dadas en el apéndice A de la norma B31.3.
6.3.2. Durante ensayos o pruebas: Las tensiones debidas al ensayo que no están sujetas a las
limitaciones de (302.3) No es necesario considerar otras cargas adicionales, tal como viento y
terremoto como si actuaran de forma coincidente con las cargas de ensayo
hl kSS (OCC)
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 8 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
7. RESUMEN DE RESULTADOS
LOAD CASE DEFINITION KEY
CASE 1 (OPE) W+T1+P1
CASE 2 (SUS) W+P1
CASE 3 (EXP) L3=L1-L2
Piping Code: Multiple Codes
B31.3 = B31.3 -2006, May 31, 2007
B31.8 = B31.8 -2007, November 30, 2007
7.1.1. CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1
Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1
OPE Stress Ratio (%): 84.8 @Node 285
OPE Stress: 32052.3 Allowable: 37800.0
Axial Stress: 4862.0 @Node 208
Bending Stress: 27248.0 @Node 39
Torsion Stress: 5488.5 @Node 10
Hoop Stress: 12950.0 @Node 235
3D Max Intensity: 41955.4 @Node 270
MAX. DISPS. X -0.7596” @NODE 1020
MAX. DISPS. Y 0.8647” @NODE 1059
MAX. DISPS. Z 0.2411” @NODE 1039
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 9 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
7.1.2. CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 2 (SUS) W+P1
Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 2 (SUS) W+P1
CodeStress Ratio (%): 58.9 @Node 220
Code Stress: 11783.5 Allowable: 20000.0
Axial Stress: 11378.0 @Node 340
Bending Stress: 557.7 @Node 125
Torsion Stress: 45.1 @Node 215
Hoop Stress: 23816.7 @Node 340
3D Max Intensity: 27196.2 @Node 340
MAX. DISPS. X -0.0032” @NODE 128
MAX. DISPS. Y 0.0062” @NODE 138
MAX. DISPS. Z -0.0004” @NODE 1030
7.1.3. CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 3 (EXP) L3=L1-L2
Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (EXP) L3=L1-L2
CodeStress Ratio (%): 60.3 @Node 39
Code Stress: 27182.1 Allowable: 45068.4
Axial Stress: 6431.3 @Node 1027
Bending Stress: 27165.0 @Node 39
Torsion Stress: 5500.8 @Node 10
Hoop Stress: 0.0 @Node 10
3D Max Intensity: 29149.7 @Node 39
MAX. DISPS. X -0.7596” @NODE 1020
N°:
MEMORIA DE CALCULO
Hoja:
PROYECTO: 10 de 12 INGENIERIA
TITULO:
ANALISIS DE ESTRES
10/21/2015
MAX. DISPS. Y 0.8682” @NODE 1059
MAX. DISPS. Z 0.2416” @NODE 1039
8. CONCLUSIONES
Por los resultados obtenidos se observa que el sistema propuesto se comporta satisfactoriamente
desde el punto de vista tensional, cumple con los esfuerzos mínimos estipulados por la norma ASME
B31.3 y B 31.8 sin que ocurran situaciones críticas para el mismo, los desplazamientos son muy
pequeños y se los puede considerar despresiables. El modelo está anclado en las bridas de conexión
a arbolito donde se asume un desplazamiento nulo en todos los sentidos. Los soportes son del tipo
que permiten desplazamientos en el sentido longitudinal de la tubería y se tiene una holgura de 10 mm
en los otros sentidos.
9. ANEXOS
En anexo 1 se esquematiza el modelo de análisis y la ubicación de soportes.
ANEXO 1
CONEXIÓN A ARBOLITO
ANEXO 1
ARBOLITO
SOPORTES
ENTERRADO
CONEXIÓN VALVULA LANZADORA
ENTERRADO
VALVULA
LANZADORA