talleres b31.3.pdf

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Problemas de Aplicacin de Problemas de Aplicacin de Tuberas de Proceso para Tuberas de Proceso para

Facilidades, Refineras y Plantas Facilidades, Refineras y Plantas PetroqumicasPetroqumicas

Presentado por:Presentado por:Ing. Fernando Dvila T., MBAIng. Fernando Dvila T., MBA

Global InstructorGlobal Instructordavilatorresfdavilatorresf@@asme.orgasme.org

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Talleres de PrcticaTalleres de Prctica

Diseos por PresinDiseos por Presin

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Clculo de Espesor de ParedClculo de Espesor de Pared Cul es el espesor requerido de una tubera NPS 2 roscada A 53 Grado B, sin costura, para las siguientes condiciones: Presin de diseo = 150 psi Temperatura de diseo = 500 F Tolerancia de corrosin = 1/16 Profundidad de roscado = 0.07

Clculo de Espesor de ParedClculo de Espesor de Pared

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t = 0.0094c = 0.0625 + 0.07 = 0.1325tm = 0.0094 + 0.1325 = 0.1419

t =t =PDPD

2(SEW+PY2(SEW+PY))

t =t =150 x 2.375150 x 2.375

2(18,900x1.0x1.0+0.4 2(18,900x1.0x1.0+0.4 x 150)x 150)

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Clculo de Espesor de ParedClculo de Espesor de ParedEl espesor nominal mnimo considerando la El espesor nominal mnimo considerando la

tolerancia de fabricacin ser:tolerancia de fabricacin ser:

TTmm = t= tmm/0.875 = 0.1419/0.875 /0.875 = 0.1419/0.875 == 0.16220.1622

Una tubera Schedule 80, XS, con un espesor Una tubera Schedule 80, XS, con un espesor nominal de 0.218 es aceptable.nominal de 0.218 es aceptable.

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Clculo de Espesor de ParedClculo de Espesor de ParedCual debe ser el espesor de pared:Cual debe ser el espesor de pared:Temperatura de diseo: 650 FTemperatura de diseo: 650 FPresin de diseo : 1,380 Presin de diseo : 1,380 psigpsig..Dimetro NPS de tubera: 14 Dimetro NPS de tubera: 14 plgplg..Material: ASTM A335, Gr. P11 (1 Cr Material: ASTM A335, Gr. P11 (1 Cr Mo), Mo),

sin costurasin costuraTolerancia de corrosin: 0.0625 Tolerancia de corrosin: 0.0625 plgplg. (1/16) . (1/16)

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Diseo por presinDiseo por presinPara tubera con t Para tubera con t < D/6 < D/6 ::

Donde:Donde:D = D = dimetro exterior (no nominal).dimetro exterior (no nominal).E = E = factor de calidadfactor de calidadP = P = presin interna de diseopresin interna de diseoS = S = valor de esfuerzo admisiblevalor de esfuerzo admisibleY = Y = coeficiente (tabla)coeficiente (tabla)W= W= factor de reduccin de soldadurafactor de reduccin de soldadura

t =t =PDPD

2(SEW+PY)2(SEW+PY)

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Diseo por presinDiseo por presin

t = 0.5784t = 0.5784ttmm = t + c = 0.5784 + 0.0625= t + c = 0.5784 + 0.0625ttmm = 0.6408= 0.6408

0.64080.64080.8750.875

t =t =1,380 x 141,380 x 14

2(16,150 x 1+1,380 x .4)2(16,150 x 1+1,380 x .4)

tnom. = = 0.732

Diseo por PresinDiseo por Presin

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared Temperatura de diseo: 260 FTemperatura de diseo: 260 F Presin de diseo: 150 psigPresin de diseo: 150 psig Dimetro tubera: 30Dimetro tubera: 30 Material tubera; A 106, Gr. B sin Material tubera; A 106, Gr. B sin

costuracostura Tolerancia de corrosin: 0.125Tolerancia de corrosin: 0.125 Tolerancia de laminacin: 12.5%Tolerancia de laminacin: 12.5% Determinar el espesor para la presin, Determinar el espesor para la presin,

y el nominal.y el nominal.

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared S = 20,000 psiS = 20,000 psi W = 1.0W = 1.0 Y = 0.4Y = 0.4

PDPD 150 x 30150 x 302(SEW+PY) 2(SEW+PY) 22[(20,000x1.0)+(150x0.4)][(20,000x1.0)+(150x0.4)]

t = 0.112t = 0.112

t = =

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared Tolerancia de corrosin:Tolerancia de corrosin:

ttmm = t + CA = 0.112 + 0.125= t + CA = 0.112 + 0.125ttmm = 0.237= 0.237

Tolerancia de laminacin:Tolerancia de laminacin:ttnomnom = t= tmm/0.875 = 0,237/0.875/0.875 = 0,237/0.875ttnomnom = 0.271= 0.271

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared Cul ser el espesor nominal de esta Cul ser el espesor nominal de esta

tubera:tubera: NPS 4 ERW tubera de acero al carbonoNPS 4 ERW tubera de acero al carbono Presin de diseo = 150 Presin de diseo = 150 psigpsig (1035 (1035 kPakPa)) Temperatura de diseo = 200 F (95 C)Temperatura de diseo = 200 F (95 C) S = 20,000 psi (138 S = 20,000 psi (138 MpaMpa)) Tolerancia de corrosin = 1/16 (1.6 mm)Tolerancia de corrosin = 1/16 (1.6 mm) Sistema de soldadura a tope (no tolerancia de Sistema de soldadura a tope (no tolerancia de rosca)rosca)

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared S = 20,000 psiS = 20,000 psi E = 1.0E = 1.0 Y = 0.4Y = 0.4

PDPD 150 x 4.5150 x 4.52(SEW+PY) 2(SEW+PY) 22[(20,000x0.85)+(150x0.4)][(20,000x0.85)+(150x0.4)]

t = 0.0198t = 0.0198

t = =

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared Tolerancia de corrosin:Tolerancia de corrosin:

ttmm = t + CA = 0.0198 + 0.0625= t + CA = 0.0198 + 0.0625ttmm = 0.0823= 0.0823

Tolerancia de laminacin:Tolerancia de laminacin:ttnomnom = = ttmm/0.875 = 0,0823 /0.875/0.875 = 0,0823 /0.875ttnomnom = 0.094= 0.094

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Determinar el espesor de paredDeterminar el espesor de pared

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RamalesRamales Una tubera NPS 8 tiene un ramal NPS 4 Una tubera NPS 8 tiene un ramal NPS 4 en ngulo rectoen ngulo recto

Las dos tuberas son Las dos tuberas son SchSch 40 API 5L Grado 40 API 5L Grado A sin costura.A sin costura.

Las condiciones de diseo son 300 Las condiciones de diseo son 300 psigpsig a a 400F.400F.

Tolerancia de corrosin de 0.1Tolerancia de corrosin de 0.1 Se necesita refuerzo?Se necesita refuerzo?

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RamalesRamales NPS 8, NPS 8, tthh = 0.322= 0.322 NPS 4, NPS 4, ttbb = 0.237= 0.237

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RamalesRamales TThh = 0.322 x 0.875 = 0.282= 0.322 x 0.875 = 0.282

TTbb = 0.237 x 0.875 = 0.207= 0.237 x 0.875 = 0.207 LL44 = 2.5(0.282 = 2.5(0.282 0.1) = 0.4550.1) = 0.455

2.5 (0.207 2.5 (0.207 0.1) + 0 = 0.268 el que sea menor = 0.1) + 0 = 0.268 el que sea menor = 0.2680.268

dd11 = [4.5 = [4.5 --2(0.207 2(0.207 0.1)]/0.1)]/sensen 90 = 4.28690 = 4.286 dd22 = (0.207 = (0.207 0.1) + (0.282 0.1) + (0.282 0.1) + 4.286/2 = 2.4320.1) + 4.286/2 = 2.432 dd11 = 4.286 es el mayor= 4.286 es el mayor 300(8.625)300(8.625)

2(16,000)(1.00)+2(0.4)(300)2(16,000)(1.00)+2(0.4)(300) 300(4.500)300(4.500)

2(16,000)(1.00)+2(0.4)(300) 2(16,000)(1.00)+2(0.4)(300) 23

th = = 0.080

tb = = 0.042

RamalesRamales ttcc = 0.7(0.237) = 0.166 0.25 el que = 0.7(0.237) = 0.166 0.25 el que sea menor sea menor

= 0.166= 0.166 Dimensin mnima de pierna o de filete Dimensin mnima de pierna o de filete 0.166/0.707 0.166/0.707

= 0.235= 0.235 AA11 = 0.080(4.286)(2= 0.080(4.286)(2-- sensen 90) = 0.343 plg90) = 0.343 plg22

AA22 = 4.286(0.282 = 4.286(0.282 0.08 0.08 0.10) = 0.437 plg0.10) = 0.437 plg2 2

AA33 = 2(0.268)[(0.207 = 2(0.268)[(0.207 0.042) 0.042) 0.10] = 0.035 plg0.10] = 0.035 plg22

AA44 = 2(1/2)(0.235)= 2(1/2)(0.235)22 = 0.055 plg= 0.055 plg22

rea total = 0.527 plgrea total = 0.527 plg22 >> 0.343 plg0.343 plg22 no necesita no necesita refuerzorefuerzo

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RamalesRamales Un ramal NPS 6, Un ramal NPS 6, SchSch 40 tiene su eje con 40 tiene su eje con una inclinacin de 60 con el eje de un una inclinacin de 60 con el eje de un tubo NPS 16 tubo NPS 16 SchSch 4040

Las dos tuberas son API 5L Grado A sin Las dos tuberas son API 5L Grado A sin costuracostura

La conexin est reforzada con un anillo La conexin est reforzada con un anillo 12 O.D. hecho con plancha de ASTM 12 O.D. hecho con plancha de ASTM A 285 Grado CA 285 Grado C

Tolerancia de corrosin = 0.10Tolerancia de corrosin = 0.10

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RamalesRamales Si la presin de diseo es 500 Si la presin de diseo es 500 psigpsig a a 700F.700F.

Es este diseo adecuado para esa Es este diseo adecuado para esa presin?presin?

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RamalesRamales

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RamalesRamales S = 14.4 S = 14.4 ksiksi para el API 5L Grado A y para el API 5L Grado A y

ASTM A 285 Grado C; E = 1.0 para API ASTM A 285 Grado C; E = 1.0 para API 5L sin costura. 5L sin costura.

TThh = 0.500 (0.875) = 0.438= 0.500 (0.875) = 0.438 TTbb = 0.280 (0.875) = 0.245= 0.280 (0.875) = 0.245 TTrr = 0.500= 0.500 LL44 = 2.5(0.245 = 2.5(0.245 0.10)+0.500 = 0.86250.10)+0.500 = 0.8625 LL44 = 2.5(0.438 = 2.5(0.438 0.10) = 0.8450.10) = 0.845

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RamalesRamales500 (16)500 (16)

2(14,400)(1.00)+2(0.4)(500)2(14,400)(1.00)+2(0.4)(500)

500 (6.625)500 (6.625)2(14,400)(1.00)+2(0.4)(500)2(14,400)(1.00)+2(0.4)(500)

6.625 6.625 2(0.245 2(0.245 0.10) 6.3550.10) 6.355sensen 6060 0.866 0.866

= 7.315= 7.31529

th = = 0.274

tb = = 0.113

d2 = d1 = =

RamalesRamales AA11 = (0.274)(7.315)(2 = (0.274)(7.315)(2 0.866) = 2.27 plg0.866) = 2.27 plg2 2

AA22 = 7.315 (0.438= 7.315 (0.4380.2740.2740.10) = 0.468 plg0.10) = 0.468 plg2 2

AA33 =2 (0.245=2 (0.245--0.1130.113--0.10) = 0.062 plg0.10) = 0.062 plg2 2

AA44 =0.500 12 =0.500 12 -- = 2.175 plg= 2.175 plg2 2

En soldadura = 0.281 plgEn soldadura = 0.281 plg22

Total = 2.986 plgTotal = 2.986 plg22 >> 2.27 plg2.27 plg2 2 30

0.8450.866

0.8450.866

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RamalesRamales Una tubera NPS 8 tiene un ramal NPS 4 Una tubera NPS 8 tiene un ramal NPS 4 en ngulo rectoen ngulo recto

Los dos tubos son API 5L Grado A, Los dos tubos son API 5L Grado A, SchSch 40 40 sin costurasin costura

Las condiciones de diseo son 350 Las condiciones de diseo son 350 psigpsig a a 400F400F

Asuma que la tubera principal ni el ramal Asuma que la tubera principal ni el ramal aporta material al refuerzo, Aaporta material al refuerzo, A22 = 0= 0

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RamalesRamales Qu refuerzo Qu refuerzo se requiere?se requiere?

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RamalesRamales

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RamalesRamales350 (8.625)350 (8.625)

2(16,000)(1.00)+2(0.4)(350)2(16,000)(1.00)+2(0.4)(350)

350 (4.500)350 (4.500)2(16,000)(1.00)+2(0.4)(350)2(16,000)(1.00)+2(0.4)(350)

dd11 = 4.500 = 4.500 2(0.0488) = 4.4022(0.0488) = 4.402

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th = = 0.0935

tb = = 0.0488

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RamalesRamales AA11 = 0.0935(4.402) = 0.412 plg= 0.0935(4.402) = 0.412 plg22. . LL44 = 2.5(0.0935) = 0.234 = 2.5(0.0935) = 0.234

2.5(0.0488) = 0.122 usamos ste 2.5(0.0488) = 0.122 usamos ste Asumimos un anillo de refuerzo de 6 Asumimos un anillo de refuerzo de 6

O.D. cortado de una pieza de NPS 8 O.D. cortado de una pieza de NPS 8 SchSch 40 API 5L Grado A sin costura y 40 API 5L Grado A sin costura y soldado a la conexin con un mnimo soldado a la conexin con un mnimo de filetes de suelda.de filetes de suelda.

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RamalesRamales TTrr = 0.322(0.875) = 0.282= 0.322(0.875) = 0.282

Nuevo LNuevo L44 = 2.5(0.0488) + 0.282 = 0.404= 2.5(0.0488) + 0.282 = 0.404 2.5(0.0935) = 0.234 usamos ste 2.5(0.0935) = 0.234 usamos ste

rea de refuerzo en el anillo (considerando rea de refuerzo en el anillo (considerando slo el espesor dentro de Lslo el espesor dentro de L44) ) X1 = 0.234(6.25 X1 = 0.234(6.25 4.5) = 0.410 plg2 4.5) = 0.410 plg2

Dimensin de la pierna de suelda:Dimensin de la pierna de suelda:0.5(0.322)/0.707 = 0.2280.5(0.322)/0.707 = 0.228

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RamalesRamales Refuerzo por los filetes de sueldaRefuerzo por los filetes de suelda XX22 = 2()(0.228)= 2()(0.228)22 = 0.052 plg= 0.052 plg22

rea de refuerzo total:rea de refuerzo total:AA44 = X= X11 + X+ X22 = 0.462 plg= 0.462 plg22

El refuerzo es correcto.El refuerzo es correcto.

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RamalesRamales

Calcular los refuerzos:Calcular los refuerzos:

Tubera: Sin costura, A 106/Gr. B para el Tubera: Sin costura, A 106/Gr. B para el cabezal y el ramal, S = 16,500 psi, cabezal y el ramal, S = 16,500 psi, DDhh = 24, = 24, DDbb = 16= 16

Condiciones de diseo: 550 Condiciones de diseo: 550 psigpsig @ 700 F@ 700 F c = 0.0625 c = 0.0625 plgplg.. Tolerancia de fbrica: 12.5%Tolerancia de fbrica: 12.5%

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RamalesRamales

Espesor nominalEspesor nominal Cabezal: 0.562 plg.Cabezal: 0.562 plg.tuberatubera Ramal: 0.375 plg.Ramal: 0.375 plg.

Espesor requerido Espesor requerido Cabezal: 0.395 plg.Cabezal: 0.395 plg.tuberatubera Ramal: 0.263 plg.Ramal: 0.263 plg.

Conexin de ramal a 90 Conexin de ramal a 90

40

RamalesRamales

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RamalesRamales

dd11 = = [D[Dbb 2(T2(Tbb c)]/sen c)]/sen dd11 = = [16 [16 2(0.375 x 0.875 2(0.375 x 0.875 0.0625)]/sen 0.0625)]/sen 9090

dd11 = 15.469 = 15.469 AA11 = t= thhdd11(2 (2 sen sen )) AA11 = 0.395 x 15.469(2 = 0.395 x 15.469(2 sen 90)sen 90) AA11 = 6.11 plg= 6.11 plg22

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RamalesRamales

Calcule el exceso de rea en el cabezal Calcule el exceso de rea en el cabezal AA22 = (2d= (2d22 dd11)(T)(Thh--tthh-- c)c) dd22 = d= d11 = 15.469 plg. = 15.469 plg. < D< Dhh = 24 plg.= 24 plg. AA22 = (2 x 15.469 = (2 x 15.469 15.469)(0.875 x 0.562 15.469)(0.875 x 0.562

0.395 0.395 0.0625)0.0625) AA22 = 0.5298 plg. cuad.= 0.5298 plg. cuad.

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RamalesRamales

Calcule el exceso de rea en el ramal Calcule el exceso de rea en el ramal AA33 = 2L= 2L44(T(Tbb ttbb -- c)/sen c)/sen LL44 = 2.5 (0.875 x 0.562 = 2.5 (0.875 x 0.562 0.0625)0.0625) LL44 = 1.073 plg.= 1.073 plg. AA33 = 2x1.073(0.875x0.375= 2x1.073(0.875x0.375--0.2630.263--0.0625)/sen 900.0625)/sen 90

AA33 = 0.0056plg= 0.0056plg22

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RamalesRamales

Calcule el exceso de rea disponible, ACalcule el exceso de rea disponible, A44 AA44 = 0 = 0 Total de rea disponible:Total de rea disponible:

AATT = A= A22 + A+ A33 + A+ A44AATT = 0.52 + 0.0056+ 0 = 0.5256 plg= 0.52 + 0.0056+ 0 = 0.5256 plg22 de de refuerzo disponiblerefuerzo disponibleAAT T < A< A11 entonces se necesita una entonces se necesita una monturamontura

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RamalesRamales

Montura de refuerzo: A106, Gr. B, 0.562 in. Montura de refuerzo: A106, Gr. B, 0.562 in. espesor.espesor.

Recalcular el refuerzo disponible Recalcular el refuerzo disponible LL41 41 = 2.5 (T= 2.5 (Thh c) = 2.5 (0.875x0.562 c) = 2.5 (0.875x0.562 0.0625)0.0625)LL4141 = 1.073 in.= 1.073 in.LL4242 = 2.5 (T= 2.5 (Tbb c) + Tc) + TrrLL4242 = 2.5(0.875x0.375= 2.5(0.875x0.3750.0625) + 0.562(0.875)0.0625) + 0.562(0.875)LL4242 = 1.16 in.= 1.16 in.

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RamalesRamales

LL44 entonces = 1.073entonces = 1.073AA33 = 2L= 2L44(T(Tbb ttbb c)/senc)/senAA33 = 2x1.073(0.875x0.375= 2x1.073(0.875x0.375--0.2630.263--0.0625)/sen900.0625)/sen90AA33 = 0.005 plg= 0.005 plg22 (vs. 0.003 plg(vs. 0.003 plg22 calculadas antes)calculadas antes)AATT = A= A22 + A+ A33 + A+ A44AATT = 0.53 + 0.005 + 0= 0.53 + 0.005 + 0AAT T = 0.535 plg= 0.535 plg22

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RamalesRamales

Calcule el refuerzo adicional requerido y las Calcule el refuerzo adicional requerido y las dimensiones de la montura:dimensiones de la montura:AA44 = 6.11 = 6.11 0.535 = 5.575 plg0.535 = 5.575 plg22

Dimetro de la montura, DDimetro de la montura, Dpp es:es:TTrr = 0.562 (0.875) = 0.492 plg.= 0.562 (0.875) = 0.492 plg.

AA44 DDbb 5.5755.575TTrr sensen 0.4920.492

Entonces 2dEntonces 2d22 > D> Dpp, dimetro de montura aceptable, dimetro de montura aceptable

Dp = + = + 16 = 27.3

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Seleccin de BridasSeleccin de Bridas Tubera: 1 Cr Tubera: 1 Cr Mo Mo Bridas: ABridas: A--182 Gr. F11182 Gr. F11 Temperatura de diseo: 900 FTemperatura de diseo: 900 F Presin de diseo: 375 Presin de diseo: 375 psigpsig.. Seleccione el tipo de bridas a usarSeleccione el tipo de bridas a usar

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Seleccin de BridasSeleccin de Bridas

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Seleccin de BridasSeleccin de Bridas

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Seleccin de BridasSeleccin de Bridas Identifique la especificacin de material Identifique la especificacin de material

de la brida Ade la brida A--182 Gr, F11182 Gr, F11 Determine el grupo de Material, Grupo Determine el grupo de Material, Grupo

1.91.9 Determine la clase utilizando las tablas.Determine la clase utilizando las tablas. La Clase mas baja para una presin de La Clase mas baja para una presin de

diseo de 375 psig es la Clase 300.diseo de 375 psig es la Clase 300. Clase 300 tiene 450 psig como mxima Clase 300 tiene 450 psig como mxima

presin a 900 Fpresin a 900 F

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Seleccin de BridasSeleccin de Bridas Si los datos son:Si los datos son:Material: Material: 1 Cr 1 Cr Mo MoTemperatura de diseo: 700 FTemperatura de diseo: 700 FPresin de diseo: 500 Presin de diseo: 500 psigpsigQu bridas usaremos?Qu bridas usaremos?

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Seleccin de BridasSeleccin de Bridas Grupo: 1.9Grupo: 1.9 Para Clase 300, presin permisible = Para Clase 300, presin permisible =

570 psig.570 psig. Solicite bridas Clase 300Solicite bridas Clase 300

Anlisis de FlexibilidadAnlisis de Flexibilidad

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