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• Cristiano Jesus

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norma española

UNE-EN 12516-2

Enero 2005 TÍTULO

Válvulas industriales Resistencia mecánica de la envolvente Parte 2: Método de cálculo para las envolventes de válvulas de acero

Industrial valves. Shell design strenght. Part 2: Calculation method for steel valve shells. Robinetterie industrielle. Résistance mécanique des enveloppes. Partie 2: Méthode de calcul relative aux enveloppes d'appareils de robinetterie en acier.

CORRESPONDENCIA

Esta norma es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN 12516-2 de julio de 2004.

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 19 Tuberías de Fundición, Grifería, Valvulería y Accesorios de Materiales Metálicos cuya Secretaría desempeña AGRIVAL.

Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 1888:2005

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

 AENOR 2005 Reproducción prohibida

C Génova, 6 28004 MADRID-España

100 Páginas Teléfono Fax

91 432 60 00 91 310 40 32

Grupo 55

S

NORMA EUROPEA EUROPEAN STANDARD NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM

EN 12516-2 Julio 2004

ICS 23.060.01

Versión en español

Válvulas industriales Resistencia mecánica de la envolvente Parte 2: Método de cálculo para las envolventes de válvulas de acero

Industrial valves. Shell design strenght. Part 2: Calculation method for steel valve shells.

Robinetterie industrielle. Résistance mécanique des enveloppes. Partie 2: Méthode de calcul relative aux enveloppes d'appareils de robinetterie en acier.

Industriearmaturen. Gehäusefestigkeit. Teil 2: Berechnungsverfahren für drucktragende Gehäuse von Armaturen aus Stahl.

Esta norma europea ha sido aprobada por CEN el 2004-04-16. Los miembros de CEN están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional. Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales, pueden obtenerse en la Secretaría Central de CEN, o a través de sus miembros. Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CEN en su idioma nacional, y notificada a la Secretaría Central, tiene el mismo rango que aquéllas. Los miembros de CEN son los organismos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Chipre, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza.

CEN COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN European Committee for Standardization Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung SECRETARÍA CENTRAL: Rue de Stassart, 36 B-1050 Bruxelles  2004 Derechos de reproducción reservados a los Miembros de CEN.

EN 12516-2:2004

-4-

ÍNDICE Página

PRÓLOGO ........................................................................................................................................

6

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................

7

1

OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ............................................................................

8

2

NORMAS PARA CONSULTA ............................................................................................

8

3

SÍMBOLOS Y UNIDADES ..................................................................................................

8

4

CONDICIONES GENERALES PARA EL CÁLCULO DE LA RESISTENCIA MECÁNICA...........................................................................................................................

9

5

PRESIONES DE DISEÑO ....................................................................................................

10

6

TENSIONES DE DISEÑO NOMINALES PARA PIEZAS SOMETIDAS A PRESIÓN EXCLUYENDO LOS TORNILLOS................................................................. Generalidades......................................................................................................................... Aceros y aceros fundidos diferentes a los definidos en los apartados 6.3, 6.4 ó 6.5.......... Acero austenítico y acero fundido austenítico con un alargamiento a la rotura mínima no inferior al 30%.................................................................................................................. Acero austenítico y acero fundido austenítico con un alargamiento a la rotura mínima no inferior al 35%.................................................................................................................. Aceros fundidos no aleados y de baja aleación.................................................................... Condiciones de fluencia .........................................................................................................

11 12 12

MÉTODOS DE CÁLCULO PARA EL ESPESOR DE LA PARED DE LOS CUERPOS DE LAS VÁLVULA .......................................................................................... Generalidades......................................................................................................................... Cuerpos de la válvula ............................................................................................................

12 12 13

MÉTODOS DE CÁLCULO PARA TAPAS Y CUBIERTAS DE VÁLVULA CON TORNILLOS.......................................................................................................................... Generalidades......................................................................................................................... Cubiertas realizadas con placas planas................................................................................ Cubiertas formadas por un fondo abombado semiesférico y un collarín contiguo.......... Cabezas abombadas...............................................................................................................

35 35 35 53 58

MÉTODO DE CÁLCULO PARA TAPAS Y CUBIERTAS DE VÁLVULA CON CIERRE ESTANCO A LA PRESIÓN.................................................................................

62

MÉTODOS DE CÁLCULO PARA BRIDAS...................................................................... Generalidades......................................................................................................................... Bridas circulares .................................................................................................................... Bridas ovales........................................................................................................................... Bridas rectangulares o cuadradas ........................................................................................ Cálculo del diámetro de los pernos.......................................................................................

65 65 65 74 78 79

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 7 7.1 7.2 8 8.1 8.2 8.3 8.4 9

10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

10 10 11 11

-5-

EN 12516-2:2004

11 11.1 11.2 11.3 11.4

MÉTODOS DE CÁLCULO PARA CASQUILLOS .......................................................... Cargas ..................................................................................................................................... Pernos del casquillo ............................................................................................................... Bridas del casquillo................................................................................................................ Otros componentes ................................................................................................................

81 81 81 81 81

12

FATIGA..................................................................................................................................

81

13

MARCADO ............................................................................................................................

81

ANEXO A (Informativo)

TENSIONES ADMISIBLES ............................................................

82

ANEXO B (Informativo)

VALORES CARACTERÍSTICOS DE LAS JUNTAS DE ESTANQUIDAD Y LAS UNIONES................................................

86

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO ..............................................

95

ANEXO ZA (Informativo) CAPÍTULOS DE ESTA NORMA EUROPEA RELACIONADOS CON LOS REQUISITOS ESENCIALES U OTRAS DISPOSICIONES DE LAS DIRECTIVAS DE LA UE ..

97

BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................................

98

ANEXO C (Informativo)

EN 12516-2:2004

-6-

PRÓLOGO Esta Norma Europea EN 12516-2:2004 ha sido elaborada por el Comité Técnico CEN/TC 69 Válvulas industriales, cuya Secretaría desempeña AFNOR. Esta norma europea debe recibir el rango de norma nacional mediante la publicación de un texto idéntico a la misma o mediante ratificación antes de finales de enero de 2005, y todas las normas nacionales técnicamente divergentes deben anularse antes de finales de enero de 2005. Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Cambio, y sirve de apoyo a los requisitos esenciales de las Directivas europeas. La relación con las Directivas UE se recoge en el anexo informativo ZA, que forma parte integrante de esta norma. La Norma EN 12516 − Válvulas industriales. Resistencia mecánica de la envolvente, consta de cuatro partes: − Parte 1: Método de tabulación para las envolventes de válvulas de acero − Parte 2: Método de cálculo para las envolventes de válvulas de acero − Parte 3: Método experimental − Parte 4: Método de cálculo para las envolventes de válvulas de materiales metálicos distintos al acero Los anexos A, B y C son informativos. Este documento incluye un capítulo de bibliografía. De acuerdo con el Reglamento Interior de CEN/CENELEC, están obligados a adoptar esta norma europea los organismos de normalización de los siguientes países: Alemania, Austria, Bélgica, Chipre, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza.

-7-

EN 12516-2:2004

INTRODUCCIÓN La Norma EN 12516 − Válvulas industriales. Resistencia mecánica de la envolvente tiene cuatro partes. Las partes 1 y 2 especifican métodos para determinar el espesor de las envolventes de válvulas de acero mediante métodos de tabulación o de cálculo respectivamente. La parte 3 establece un método experimental para comprobar la resistencia mecánica de las envolventes de válvulas de acero, fundición y aleaciones de cobre, aplicando una presión hidrostática elevada a temperatura ambiente. La parte 4 especifica métodos de cálculo del espesor de las envolventes de válvulas de materiales metálicos distintos al acero. El método de cálculo de la parte 2 es similar en sus planteamientos a la Norma DIN 3840, donde el proyectista calcula el espesor de la pared en cada punto sobre la curva presión/temperatura utilizando la tensión admisible a la temperatura del material que ha seleccionado (véase la bibliografía, referencia [1]). La tensión admisible se calcula a partir de las propiedades del material utilizando factores de seguridad que se definen en la parte 2. Las ecuaciones de la parte 2 consideran la válvula como un recipiente a presión y aseguran que no hay una deformación excesiva o una inestabilidad plástica. El método de tabulación de la parte 1 es similar en sus planteamientos a la Norma ASME B 16-34 donde el proyectista puede seleccionar el espesor mínimo de la pared del cuerpo de la válvula a partir de una tabla (véase la bibliografía, referencia [2]). El diámetro interior de la tubería recta en la que se va a montar la válvula proporciona la dimensión de referencia a partir de la cual se calcula el espesor de la pared del cuerpo tabulado. Los espesores tabulados en la parte 1 son los espesores mínimos en la zona de bifurcación y se calculan utilizando una tensión admisible igual a 118 N/mm2 y una presión de cálculo, pc, en N/mm2. Los valores de la presión de cálculo, pc, y la ecuación utilizada para calcular el espesor se dan en la parte 1. La parte 1 especifica relaciones de presión/temperatura normalizadas y especiales para cuerpos de válvula que tengan el espesor tabulado. Estas relaciones presión/temperatura tabuladas se aplican a un grupo de materiales y se calculan utilizando una tensión seleccionada, que se determina a partir de las propiedades del material representativas del grupo, utilizando los factores de seguridad definidos en la parte 1. Cada relación presión/temperatura tabulada proporciona una designación de presión de referencia para identificarla. La designación de presión B (cuerpo) se utiliza para diferenciarla de la designación de presión PN que se emplea para bridas ya que las reglas para determinar las relaciones presión/temperatura para las designaciones B y PN son diferentes. En el caso en el que un cuerpo de válvula diseñado de acuerdo con la parte 1 tenga extremos con bridas designadas por PN, el proyectista considera los requisitos fijados en la parte 1 para asegurar que el cuerpo de la válvula no es más débil que la brida. Las presiones máximas admisibles para relaciones especiales son mayores que las de las relaciones normalizadas, ya que se utiliza un examen no destructivo del cuerpo para relaciones especiales que permite el uso de factores de seguridad más bajos en el cálculo de la presión admisible. Un mérito del método de cálculo es que permite un diseño más eficaz para una aplicación específica utilizando las tensiones admisibles para el material real seleccionado para la aplicación. Un mérito del método de tabulación, que tiene un conjunto de dimensiones de envolvente fijas independientemente del material de la envolvente, es que es posible tener modelos y matrices de forja y fundición comunes. La relación presión/ temperatura admisible para cada material varía proporcionalmente para las tensiones seleccionadas del grupo de material al que pertenece el material. Los dos métodos están basados en diferentes supuestos, y en consecuencia el detalle del análisis es diferente (véase la bibliografía, referencia [7]). Ambos métodos ofrecen un medio seguro y probado para el diseño de componentes sometidos a presión para envolventes de válvulas.

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-8-

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta parte de la Norma EN 12516 especifica el método para el cálculo de la resistencia mecánica de la envolvente con respecto a la presión interior de la válvula.

2 NORMAS PARA CONSULTA Esta norma europea incorpora disposiciones de otras publicaciones por su referencia, con o sin fecha. Estas referencias normativas se citan en los lugares apropiados del texto de la norma y se relacionan a continuación. Para las referencias con fecha, no son aplicables las revisiones o modificaciones posteriores de ninguna de las publicaciones. Para las referencias sin fecha, se aplica la edición en vigor del documento normativo al que se haga referencia (incluyendo sus modificaciones). EN 19 − Válvulas industriales. Marcado de válvulas metálicas. EN 1092-1 − Bridas y sus uniones. Bridas circulares para tuberías, grifería, accesorios y piezas especiales, designación PN. Parte 1: Bridas de acero. EN 1515-1 − Bridas y sus uniones. Tornillería. Parte 1: Selección de la tornillería. EN 1591-1 − Bridas y sus uniones. Reglas de diseño de las uniones de bridas circulares con junta de estanquidad. Parte 1: Método de cálculo. EN 13445-3 − Recipientes a presión no sometidos a la acción de la llama. Parte 3: Diseño. 3 SÍMBOLOS Y UNIDADES En esta norma se utilizan los siguientes símbolos:

Tabla 1 Símbolos, características y unidades Símbolo

Características

Unidades

A

alargamiento después de la rotura

%

Bn

coeficiente de cálculo para secciones transversales ovaladas

—

E

módulo de elasticidad

e

espesor

f

tensión de diseño nominal

MPa o N/mm2

fd

valor máximo de la tensión de diseño nominal para casos de carga de servicio normal

MPa o N/mm2

fd/t

tensión de diseño nominal para condiciones de diseño a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

fexp

tensión de diseño nominal para condiciones excepcionales

MPa o N/mm2

kc

factor de soldeo

p

presión

MPa o N/mm2 mm

— MPa o N/mm2 (Continúa)

-9-

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Tabla 1 (Fin) Símbolos, características y unidades Símbolo

Características

Unidades

pc

presión de cálculo

MPa o N/mm2

pd

presión de diseño

MPa o N/mm2

PS

presión máxima admisible

MPa o N/mm2

Re

límite de elasticidad

MPa o N/mm2

límite superior de elasticidad a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

Rm

resistencia a la tracción

MPa o N/mm2

Rm/t

resistencia a la tracción a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

Rm/T/t

resistencia a la rotura por fluencia durante T horas a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

Rp0,2

resistencia de prueba al 0,2%

MPa o N/mm2

Rp0,2/t

resistencia de prueba al 0,2% a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

Rp1,0

resistencia de prueba al 1,0%

MPa o N/mm2

Rp1,0/t

resistencia de prueba al 1,0% a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

Rp1,0/T/t

resistencia de prueba al 1,0% a la fluencia durante T horas a la temperatura t en ºC

MPa o N/mm2

ReH/t

SF

factor de seguridad

—

T

tiempo

h

t

temperatura

°C

tc

temperatura de cálculo

°C

td

temperatura de diseño

°C

α

factor de expansión lineal

K–1

β

coeficiente de cálculo de conicidad

—

ε

deformación

%

µ

coeficiente de Poisson

—

4 CONDICIONES GENERALES PARA EL CÁLCULO DE LA RESISTENCIA MECÁNICA Las ecuaciones 1 y 2 se aplican a tensiones generadas principalmente por la presión interior estática. La utilización de estas ecuaciones se puede ampliar también a las tensiones producidas por presión interior pulsatoria como se describe en el capítulo 12.

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- 10 -

El espesor total de la pared se calcula añadiendo las siguientes tolerancias:

e0 = ec0 + c1 + c2

(1)

e1 = ec1 + c1 + c2

(2)

donde

ec0, ec1

son los espesores de pared calculados de acuerdo con las reglas dadas en esta norma para diferentes puntos de la envolvente de la válvula (véanse las figuras 1, 2, 5 y 8 a 20);

c1

es una tolerancia del fabricante

c2

es una tolerancia de corrosión.

Los valores de la tolerancia de corrosión son: c2 = 1 mm para aceros ferríticos y ferritico-martensíticos; c2 = 0 mm para el resto de aceros. Cuando se verifica el espesor de la pared de envolventes sometidas a presión, estas tolerancias se deben restar del espesor real de la pared.

5 PRESIONES DE DISEÑO

Se deben tener en cuenta todas las condiciones razonablemente previsibles que podrían darse durante el servicio y el reposo. En consecuencia, la presión de diseño pd no debe ser inferior a la presión PS máxima admisible.

6 TENSIONES DE DISEÑO NOMINALES PARA PIEZAS SOMETIDAS A PRESIÓN EXCLUYENDO LOS TORNILLOS 6.1 Generalidades

Las tensiones de diseño nominales (tensiones admisibles) para aceros con un alargamiento mínimo después de la rotura ≥ 14% y una energía de impacto mínima medida en una probeta de impacto Charpy ≥ 27 J, se deberían calcular de acuerdo con la tabla 2.

- 11 -

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Tabla 2 Tensiones de diseño nominales (tensiones admisibles) Material

Acero definido en el apartado 6.2

Condiciones de diseño

Condiciones de fluencia

f = mín. (Rp0,2/t / 1,5 ; Rm/20 / 2,4)

f = Rm/100 000/t / 1,5

Acero austenítico y acero fundido definidos en f = mín. (Rp1,0/t / 1,5 ; Rm/20 / 2,4) el apartado 6.2

f = Rm/100 000/t / 1,5

Acero austenítico definido en el apartado 6.3 f = Rp1,0/t / 1,5 con un alargamiento a la rotura ≥ 30%

f = Rm/100 000/t / 1,5

Acero austenítico definido en el apartado 6.4 f = máx. [Rp1,0/t / 1,5; con un alargamiento a la rotura ≥ 35% mín. (Rp1,0/t / 1,2; Rm/t / 3,0)]

f = Rm/100 000/t / 1,5

Acero fundido definido en el apartado 6.5

f = Rm/100 000/t / 1,9

f = mín. (Rp0,2/t / 1,9; Rm/20 / 3,0)

Extremos deslizables para soldar en acero f = mín. (Rp0,2/t / 1,5; Rm/20 / 2,4) a fundido definido en el apartado 6.5 a

f = Rm/100 000/t / 1,5

La zona de transición situada inmediatamente fuera de la longitud útil l0 o l1 se puede calcular con esta resistencia de diseño nominal más alta si la longitud de la zona de transición es ≥ 3 × ev, sin embargo el mínimo es de 50 mm y el ángulo de transición ≤ 30º.

Los materiales con valores de alargamiento más bajos y/o valores para el ensayo de impacto Charpy más bajos se pueden aplicar también, asegurando que se han tomado medidas adecuadas para compensar estos valores más bajos y que los requisitos específicos son verificables. 6.2 Aceros y aceros fundidos diferentes a los definidos en los apartados 6.3, 6.4 ó 6.5

El valor máximo de la tensión de diseño nominal para casos de carga de servicio normal, fd, no debe superar el menor de los siguientes valores: − el límite de elasticidad ReH/t o la resistencia de prueba al 0,2% Rp0,2/t para la temperatura de cálculo, como se da en la norma de material, dividida por el factor de seguridad SF = 1,5. Para aceros austeníticos y fundidos con un alargamiento a la rotura inferior al 30% y con una relación, a 20 ºC, entre la resistencia de prueba y la resistencia a la tracción menor o igual a 0,5, se puede utilizar la resistencia de prueba al 1% Rp1,0/t dividida por el factor de seguridad SF =1,5; − la resistencia a la tracción mínima, Rm, a 20 ºC, dada en la norma del material, dividida por el factor de seguridad SF = 2,4. 6.3 Acero austenítico y acero fundido austenítico con un alargamiento a la rotura mínimo no inferior al 30%

El valor máximo de la tensión de diseño nominal para casos de carga de servicio normal, fd, no debe superar la resistencia de prueba al 1,0% Rp1,0/t a la temperatura de cálculo, dada en la norma del material, dividida por el factor de seguridad SF = 1,5. NOTA − Las tensiones de diseño nominales de este apartado están de acuerdo con la Directiva de Equipos a Presión 97/23/EC, anexo 1, capítulo 7. El término “tensión de diseño nominal” significa “tensión general de membrana admisible” en el contexto de dicha Directiva.

6.4 Acero austenítico y acero fundido austenítico con un alargamiento a la rotura mínimo no inferior al 35%

El valor máximo de la tensión de diseño nominal para casos de carga de servicio normal, fd, no debe superar el mayor de los siguientes valores:

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− la resistencia de prueba al 1,0% Rp1,0/t a la temperatura de cálculo, dada en la norma del material, dividida por el factor de seguridad SF = 1,5; − el menor de los siguientes valores: − la resistencia de prueba al 1,0% Rp1,0/t a la temperatura de cálculo, dada en la norma del material, dividida por el factor de seguridad SF = 1,2; − la resistencia a la tracción mínima Rm/t a la temperatura de cálculo dividida por el factor de seguridad SF = 3,0. 6.5 Aceros fundidos no aleados y de baja aleación

El valor máximo de la tensión de diseño nominal para casos de carga de servicio normal, fd, no debe superar el más pequeño de los siguientes valores: − el límite de elasticidad ReH/t o la resistencia de prueba al 0,2% Rp0,2/t a la temperatura de cálculo, como se da en la norma de material, dividido/a por el factor de seguridad SF = 1,9; − la resistencia a la tracción mínima Rm a 20 ºC como se indica en la norma de material, dividida por el factor de seguridad SF = 3,0. 6.6 Condiciones de fluencia

El valor máximo de la tensión de diseño nominal para casos de carga de servicio normal no debe superar la resistencia a la ruptura por fluencia media para la temperatura de cálculo Rm/T/t divida por el factor de seguridad SF = 1,5 para el valor de T = 100 000 h. La tensión de diseño nominal calculada en los apartados 6.2 a 6.5 se tiene que comparar con la tensión de diseño nominal calculada en este apartado y se debe utilizar el valor más bajo. Para el acero fundido definido en el apartado 6.5, el factor de seguridad SF = 1,9 para el valor de T = 100 000 h. Para tiempos de servicio limitados y en ciertos casos justificados, se pueden utilizar para cálculos los valores de resistencia a la ruptura por fluencia para tiempos cortos pero con tiempos no inferiores a T = 10 000 h.

7 MÉTODOS DE CÁLCULO PARA EL ESPESOR DE LA PARED DE LOS CUERPOS DE LAS VÁLVULAS 7.1 Generalidades

Los cuerpos de las válvulas se consideran cuerpos huecos que penetran unos en otros con diferentes ángulos, es decir, cuerpos básicos con derivaciones. Los cuerpos básicos y las derivaciones pueden ser tuberías, piezas huecas esféricas o cónicas con secciones transversales cilíndricas, esféricas, elípticas o rectangulares. En casos especiales, el cuerpo está constituido sólo por un cuerpo básico. La pieza del cuerpo básico es la parte del cuerpo con el diámetro o la sección transversal mayor, se denota con el símbolo d0. Para las derivaciones, los símbolos son, por ejemplo, d1, d2. Esto conduce a que: d0 ≥ d1; b2 ≥ d1, véase la figura 8.

- 13 -

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7.2 Cuerpos de la válvula 7.2.1 Generalidades. El espesor de la pared de un cuerpo de válvula compuesto de diferentes componentes geométricos huecos no se puede calcular directamente. El cálculo precisa dos etapas: − el cálculo del espesor de la pared del cuerpo básico y de las derivaciones fuera de la intersección o zona de la bifurcación, véase el apartado 7.2.2; − el cálculo del espesor de la pared en la zona de la bifurcación, véase el apartado 7.2.3.

Es necesario verificar el espesor de la pared en la zona de la bifurcación teniendo en cuenta el equilibrio de fuerzas, véase el apartado 7.2.3. 7.2.2 Espesor de la pared de los cuerpos y de las derivaciones fuera de la zona de la bifurcación 7.2.2.1 Generalidades. Fuera de la intersección o zona de la bifurcación, hay que asegurar que el cuerpo hueco calculado no tiene aperturas o cortes en esta zona (por ejemplo, una tubería lisa).

El factor de soldeo kc en la siguiente ecuación es un factor de cálculo que depende del nivel de ensayos destructivos o no destructivos a los cuales se va a someter la soldadura o serie de soldaduras. Los valores del factor de soldeo kc deben ser: 1,0 para equipos sometidos a ensayos destructivos y no destructivos, que confirmen que las series completas de uniones no muestran defectos significativos; 0,85 para equipos en los cuales un 10% de las soldaduras se someten a ensayos no destructivos aleatorios y todas las soldaduras se someten a una inspección visual al 100%; 0,7 para equipos que no se someten a ensayos no destructivos distintos de inspección visual al 100% de todas soldaduras; 1,0 para equipos sin soldadura. Todos los espesores de pared calculados son espesores de pared sin tolerancias. di = diámetro interior o radio; do = diámetro exterior o radio. 7.2.2.2 Cuerpos o derivaciones cilíndricos

do / di ≤ 1,7

di× p ( 2 × f − p )×kc

(3)

do× p ( 2 × f − p )× kc+ 2 × p

(4)

ec = o ec =

7.2.2.3 Ambas ecuaciones son equivalentes cuando di = do – 2 × ec

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- 14 -

7.2.2.4 Cuerpos o derivaciones esféricos

do / di ≤ 1,2 ri × p (2 × f − p ) × k c

(5)

ro × p (2 × f − p ) × k c + p

(6)

ec = o ec =

1,2 < do / di ≤ 1,5   2× p − 1 ec = r i ×  1 + (2 × f − p ) × k c  

(7)

o 1+ ec = r o ×

2× p −1 (2 × f − p ) × k c

1+ Ambas ecuaciones son equivalentes cuando ri = ro – ec. 7.2.2.5 Cuerpos o derivaciones cónicos

ec / do > 0,005

2× p (2 × f − p ) × k c

(8)

- 15 -

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Fig. 1 − Coeficiente de cálculo de conicidad

ec =

p×dK 1 × 2 × f × k c − p cos (ϕ )

(9)

Espesor de la pared en la soldadura de la charnela o en escuadra:

ecK =

ecK también se requiere en la zona x y

do× p×β 4× f ×kc

(10)

x 2 x = d o × ec

(11)

kc es ahora un factor para una soldadura situada en la charnela o en la zona de influencia de la charnela según la dirección meridiana.

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- 16 -

En los casos de soldaduras en escuadra que son admisibles para ángulos φ ≤ 30º, ecK ≤ 20 mm y doble soldadura de unión, β debe obtenerse a partir de la figura 1 tomando para la relación r/do el valor 0,01. Para soldaduras en escuadra, el diámetro dk es igual al diámetro interior del extremo ancho. En el caso de conos planos con una charnela y φ > 70º:

e c = 0 ,3 × ( d o − r ) ×

ϕ 90

×

p f ×kc

(12)

Tabla 3 Coeficiente de cálculo de conicidad

β para la relación r / do

Ángulo

cos

ϕ

0,01

0,02

0,03

0,04

0,06

0,08

0,10

0,15

0,20

0,30

0,40

0,50

ϕ

10

1,4

1,3

1,2

1,2

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

0,985

20

2,0

1,8

1,7

1,6

1,4

1,3

1,2

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

0,940

30

2,7

2,4

2,2

2,0

1,8

1,7

1,6

1,4

1,3

1,1

1,1

1,1

0,866

45

4,1

3,7

3,3

3,0

2,6

2,4

2,2

1,9

1,8

1,4

1,1

1,1

0,707

60

6,4

5,7

5,1

4,7

4,0

3,5

3,2

2,8

2,5

2,0

1,4

1,1

0,500

75

13,6

11,7

10,7

9,5

7,7

7,0

6,3

5,4

4,8

3,1

2,0

1,1

0,259

Si dos envolventes cónicas con diferentes ángulos de conicidad se unen, el ángulo φ entre la porción cónica con el cono más pronunciado y la que tiene el cono menos pronunciado se debe determinar a partir de β. 7.2.2.6 Cuerpos o derivaciones con secciones transversales ovales o rectangulares 7.2.2.6.1 Generalidades. Las siguientes reglas de cálculo se aplican a los cuerpos de válvula ovales o rectangulares con una relación entre el espesor de la pared y el diámetro ec/b2 ≤ 0,15 y una relación b1/b2 ≥ 0,4.

Para relaciones ec/b2 ≤ 0,06, estas reglas se aplican para b1/b2 ≥ 0,25 (véase la bibliografía, referencia [3]). 7.2.2.6.2 En el caso de secciones transversales con forma oval (véase la figura 2a)) y con formas rectangulares con o sin esquinas redondeadas (véanse las figuras 2b) a 2d)), se deben tener en cuenta las cargas de flexión adicionales, que se pueden alcanzar en las paredes o en las esquinas.

- 17 -

EN 12516-2:2004

Fig. 2 − Secciones transversales El espesor de pared mínimo teórico de estos cuerpos sometidos a presiones interiores se puede calcular por medio de la siguiente ecuación, sin ninguna tolerancia para los efectos de borde:

ec0 =

p × b2 4f × B 02 + × Bn p 2f

(13)

7.2.2.6.3 Los cálculos se deben realizar con respecto a las posiciones 1 y 2 (designadas en la figura 2a para secciones transversales ovales), y con respecto a las posiciones 1 y 3 (designadas en las figuras 2b a 2d para secciones transversales rectangulares), ya que los momentos de flexión, que tienen una influencia predominante en la resistencia mecánica, muestran sus valores máximos en dichas posiciones. En casos excepcionales (por ejemplo, una relación b1/b2 baja) puede ser necesario verificar también la posición 2 en secciones transversales cuadradas. 7.2.2.6.4 El coeficiente de cálculo B0, que es función de las fuerzas normales, debe ser: B0 = b1 / b2 para la posición 1 B0 = 1 para la posición 2

Para la posición 3, B0 se puede obtener a partir de la figura 3 como una función de la relación de los lados b1/b2 y de la relación de los radios de las esquinas r/b2, o se puede calcular de acuerdo con la ecuación (14):

 2r   b 2r  B0 = 1 − (1 − senϕ k )  senϕ k +  1 − (1 − cos ϕ k )  cos ϕ k  b2   b2 b2 

con

tan ϕ k =

1 − 2r / b2 b1 − 2r b2 b2

(14)

(15)

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- 18 -

Fig. 3 − Coeficiente de cálculo B0 para la posición 3

- 19 -

Fig. 4 − Coeficiente de cálculo Bn para secciones transversales ovales

EN 12516-2:2004

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- 20 -

Fig. 5 − Ejemplos de cambios en la sección transversal de cuerpos básicos ovales 7.2.2.6.5 Los coeficientes de cálculo Bn que dependen de los momentos flectores, aparecen reflejados en la figura 4 en función de la relación b1/b2 para secciones transversales ovales para las posiciones 1 y 2. Estas curvas se corresponden con las siguientes ecuaciones:

B1 =

1 − k E2 K ′ 1 − 2k 2E × − 6 E′ 6

(16)

1 + k 2E 1 − k 2E K ′ − × 6 6 E′

(17)

B2 =

b  con k 2E = 1 −  1   b2 

2

(18)

- 21 -

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Estos valores resultan de la solución analítica de las ecuaciones de equilibrio para un cilindro con forma curva. Los valores de K’, E’ se explican en la referencia [4] de la bibliografía. Para determinar los coeficientes de cálculo, se pueden utilizar las siguientes ecuaciones de aproximación para b1/b2 ≥ 0,5:  b  B1 =  1 − 1   b2 

 b1  0,625 − 0, 435 × 1 − b 2 

  

 b    b  B2 =  1 − 1  0,5 − 0,125 ×  1 − 1    b2    b2 

(19)

(20)

Los coeficientes de cálculo son también válidos para cambios en la sección transversal de cuerpos básicos ovales (por ejemplo, para válvulas de compuerta de acuerdo con la figura 5, diseño a) y diseño b)); en estas válvulas, la longitud lateral b1 se incrementa desde la zona del vértice de la boquilla de entrada (oval aplanada) hasta la longitud de valor b2 (forma circular) sobre la longitud l. En este caso, el valor b1 en la sección transversal B-B hasta l/2 es decisivo para la determinación de Bn. l se obtiene a partir de:

d  l = H − y −  1 + e1  − l ′ 2  

(21)

y la longitud l’que está afectada por la boquilla de entrada se obtiene a partir de: ′ × e0 l ′ = 1, 25 × d m

(22)

b′ + ′ = 1 b2 con d m 2

(23)

donde b1′ y b2 se deben determinar en la sección transversal A-A, a una distancia l’ de la boquilla de entrada. El espesor de la pared en esa zona es e0.

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- 22 -

Fig. 6a − Coeficiente de cálculo B1 para secciones transversales rectangulares

- 23 -

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Fig. 6b − Coeficientes de cálculo B2 y B3 para secciones transversales rectangulares Fig. 6 − Coeficientes de cálculo 7.2.2.6.6 Los coeficientes de cálculo Bn para secciones rectangulares aparecen reflejados en la figura 6 en función de la relación b1/b2 para las posiciones 1 a 3 que se están considerando. Los coeficientes de cálculo Bn se deben introducir siempre en la ecuación (13) como valores positivos.

Las curvas para Bn se pueden determinar también analíticamente con la ayuda de las siguientes ecuaciones: 3

2

3

     2r     2r   9 2r  π  1 − 2 ×  b1  + 3 ×  b1  − 3 × ×  2 −  − 3 ×    1 + b1  (π − 3) +    π – 14  2 2 1 b b b b b b     2 2  2  2  2   2 B1 = × 2r  π 6 1 + b1 − ×  2 −  2 b2 b2  1   b1  B 2 = B1 − 1 −   2   b2  

(24)

2

  

(25)

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B3 =

1 2

- 24 -

  2r 4r 2 b1 2r 1 − 2 × (1 − senϕ k ) + 2 × (3 − 2 senϕ k − 2 cos ϕ k ) − 2 × × × (1 − cos ϕ k )  − B1 b2 b2 b2 b2  

(26)

donde la ecuación (15) se debe aplicar al ángulo de momento máximo. 7.2.2.6.7 Para cuerpos de válvula cortos (por ejemplo, diseño a) o b) de la figura 5) con la longitud inalterable l correspondiente a la geometría de cálculo, se puede tener en cuenta en el cálculo la acción de apoyo de los componentes adyacentes a los extremos (por ejemplo, bridas, tapaderas, accesorios finales). En este caso, el espesor de pared mínimo requerido, de acuerdo con la ecuación (13), es:

ec = ec0 × k

(27)

El factor de corrección k se obtiene a partir de la ecuación (28) siguiente, por analogía con la amortiguación de las tensiones en envolventes cilíndricas, teniendo en cuenta los resultados derivados de la investigación experimental en alojamientos no circulares: k = 0, 48 × 3

l2 d m × ec0

(28)

con 0,6 ≤ k ≤ 1 Esta curva aparece en la figura 7 como una función de l2 / dm × ec0. dm se debe introducir en la ecuación con un valor dm = (b1 + b2) / 2 y ec0 corresponde a la ecuación (13). En el caso de cambios en la sección transversal en la longitud l (por ejemplo, de acuerdo con los diseños a) o b) de la figura 5), las dimensiones b1 y b2 se deben tomar en la sección B-B (para l/2). Las desviaciones locales de la forma del alojamiento del cuerpo, sean cóncavas o convexas, se pueden ignorar como regla general.

Fig. 7 − Factor corrección k para cuerpos cortos 7.2.2.6.8 Se puede considerar que se satisfacen las condiciones de resistencia mecánica si se alcanza localmente el espesor de pared requerido, con la condición previa de que las transiciones en el espesor de la pared sean suaves y graduales.

- 25 -

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Si un diseño acabado no cumpliese la condición de resistencia mecánica de acuerdo con la ecuación (13) o (27), se puede facilitar un refuerzo local, por ejemplo, en forma de nervadura, y esto requerirá una verificación por separado de la resistencia mecánica del diseño o alternativamente se debe verificar la resistencia mecánica mediante algún otro procedimiento aprobado. 7.2.3 Espesor de pared en la zona de la bifurcación. No es posible calcular directamente el espesor de la pared en esta zona.

Como primera fase, se debe asumir un determinado espesor de pared en esta zona, que puede venir derivado del cálculo del espesor de la pared en el apartado 7.2.2. Este espesor de pared asumido se debe verificar considerando el equilibrio de fuerzas. La zona de la bifurcación está limitada aquí por las distancias l, véanse las figuras 8 a 20.

Fig. 8a

Fig. 8b

Fig. 8 − Procedimiento de cálculo en la zona de la bifurcación

De acuerdo con la figura 8, el equilibrio de fuerzas se corresponde con la ecuación:

p × Ap = f × Af × kc donde

p × Ap I o p × Ap II

es el área de carga de presión;

f × Af I o f × Af II

es el área de la sección transversal metálica útil considerada como compensación;

kc

es el coeficiente de cálculo que depende del proceso de soldeo.

(29)

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- 26 -

Las áreas Ap y Af vienen determinadas por las líneas centrales de la tapa de la válvula y del paso de fluido así como por las distancias l, véanse las figuras 8 a 20. Para el valor admisible de f, véase el capítulo 6. La tabla 4 muestra las ecuaciones para f , en función de la forma del cuerpo. Condición: ec del cuerpo ≥ ec de las derivaciones, si esto no fuese posible: ec de las derivaciones = ec del cuerpo en toda la zona Af incluyendo las distancias l. Tabla 4 Ecuaciones de cálculo

Relación de diámetros d1 / d0 < 0,7 sección circular

 Ap I 1 p× + ≤ f  Af I × k c 2 

(30)

 Ap I 1 p× +  ≤ f /1, 2  Af I × k c 2 

(31)

 Ap II 1 p× +  ≤ f /1, 2 ×  Af II k c 2 

(32)

sección no circular

Relación de diámetros d1 / d0 ≥ 0,7

sección circular

 Ap I 1 p× + ≤ f  Af I × k c 2 

(33)

 Ap II 1 p× + ≤ f ×  Af II k c 2 

(34)

Relación de diámetros d1 / d0 ≥ 0,7 y ec1 / ec0 < d1 / d0 — Relación de diámetros (33) — Ecuación (35) sección circular

— adicional para Sección II: (figura 8, derecha)

d + e d +e d 0 + e c0  p ×  0 c0 + 0,2 × 1 c1 ×  ≤ 1,5 × f e c1 e c0   2 × e c0

(35)

— Ecuación (31) — Ecuación (32) sección no circular

— adicional para Sección II:

b + e d +e b +e  p ×  2 c0 + 0, 25 × 1 c1 × 2 c0  ≤ 1,5 × f e c1 ec0   2 × e c0

(36)

- 27 -

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7.2.4 Ejemplos de áreas Ap con carga de presión y áreas Af de sección transversal metálica 7.2.4.1 Generalidades. Las áreas Ap sometidas a presión y las áreas Af de la sección útil se deben determinar mediante cálculos o planos de CAD. Las longitudes útiles se deben determinar a partir de las siguientes relaciones.

Para la determinación del área sometida a presión Ap, la limitación dentro del cuerpo de la válvula se circunscribe a las líneas centrales geométricas del cuerpo básico y de la derivación (véanse las figuras 9 a 18). Los asientos reducidos, como los que se muestran en la figura 9, no se deben tener en cuenta. Debido a las formas geométricas complicadas de los cuerpos de acuerdo con las figuras 9 a 13, las longitudes útiles l0 y l1 se indican en el plano como paralelas al contorno exterior de la envolvente, comenzando en el punto de tangencia de la normal al contorno del círculo formado por el radio de transición entre el cuerpo básico y la derivación (véanse ejemplos en la figura 9). Para radios de transición pequeños, es suficiente partir de la intersección de los contornos de los cuerpos extendidos linealmente (véase la figura 13). En el punto final, la perpendicular se traza hasta la línea central pertinente. Cualquier material del cuerpo básico o de la derivación que sobresale hacia el interior se puede incluir en el área de la sección útil Af hasta una longitud máxima de l0/2 o/y l1/2 con la limitación así determinada que representa también el límite de la sección con carga de presión (véanse por ejemplo las figuras 8, 9 y 16). Para soldaduras con penetración que se puedan ensayar, los anillos de asiento soldados dentro del cuerpo de la válvula se pueden incluir en el cálculo. Se deben evitar transiciones bruscas en el espesor de la pared (ángulo del cono ≤ 30º). Para relaciones de diámetros d1/d0 > 0,8 entre la derivación y el cuerpo de la válvula, el factor que precede a la raíz cuadrada debe ser 1 en todas las ecuaciones siguientes para longitudes útiles. Para todas las formas de cuerpos de válvula en la sección transversal II (figura 8b):

l0′ = 1, 25 × (b2 + e0 ) × e0

(37)

l3 = (b2 + e3 ) × e3

(38)

7.2.4.2 Cuerpos de válvula cilíndricos. Las longitudes útiles para cuerpos cilíndricos, por ejemplo de acuerdo con la figura 9, son:

l0 = ( d 0 + e0 )× e0

(39)

l1 = 1, 25 × (d1 + e1 ) × e1

(40)

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- 28 -

Fig. 9a

Fig. 9b Fig. 9 − Cuerpo de válvula cilíndrico

Fig. 10a

Fig. 10b Fig. 10 − Válvula en escuadra

- 29 -

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Fig. 11 − Válvula de husillo

Para cuerpos de válvula cilíndricos con cuerpo básico o derivación oblicuos (por ejemplo, de acuerdo con la figura 12) con φA ≥ 45º, se debe utilizar la siguiente ecuación para l0 en lugar de la ecuación (39):

φ   l0 =  1 + 0, 25 A  (d 0 + e0 ) × e0 90 ° 

Fig. 12 – Cuerpo de válvula cilíndrico con derivación oblicua

(41)

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- 30 -

Para cuerpos básicos o derivaciones cónicos, se deben tomar en cada caso para d0 y d1 los diámetros más pequeños predominantes en la abertura (véanse las figuras 10b) y 13).

Fig. 13 − Cuerpo de válvula en escuadra 7.2.4.3 Cuerpos de válvula esféricos. Para derivaciones en cuerpos de válvula esféricos con d1/d0 o con d2/d0 ≤ 0,5, las longitudes útiles l0 se deben determinar utilizando la ecuación (39) con la condición de que:

l0 ≤ 0,5 × l3 (véase la figura 14, tipo a)) La longitud correspondiente en la derivación sea:

l1 = ( d1 + e1 ) × e1

(42)

En los casos en los que

d1 / d0 > 0,5 y d2 / d0 > 0,5 la sección sometida a presión Ap y la sección sometida a tensiones Af, se deben determinar para ambas derivaciones juntas, de acuerdo con la figura 14, tipo b). Las longitudes útiles se deben determinar del siguiente modo:

l1 = ( d1 + e1 ) × e1

(43)

l2 = (d 2 + e2 ) × e2

(44)

l0 se corresponde con la longitud útil entre las derivaciones.

- 31 -

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Fig. 14 − Cuerpo de válvula esférico 7.2.4.4 Secciones transversales ovales y rectangulares. Para cuerpos de válvula con secciones transversales ovales o rectangulares (véase la figura 2), las longitudes de acuerdo con la figura 8 se deben determinar del siguiente modo:

l0 = (b1 + e0 ) × e0

(45)

l1 = 1, 25 × (d1 + e1 ) × e1

(46)

7.2.4.5 Detalles. Para tipos de diseño con rebajes (por ejemplo, la figura 15), el espesor de pared con el rebaje se debe introducir como el espesor de pared e0 para la determinación del área de la sección transversal sometida a carga Af. No se deben admitir en el cálculo incrementos en el espesor de la pared más allá del área rebajada.

Para tipos de diseño de acuerdo con la figura 15, en los que la previsión para el alojamiento de una junta de estanquidad asegura que el área sometida a presión Ap es inferior que el área correspondiente a la longitud útil l0 o l1, la línea central de la junta se puede considerar como el límite del área Ap, mientras que el área de tensiones At está limitada por la longitud calculada l0 o l1. La siguiente limitación sólo es para diseños de tapas de válvulas sellados frente a la presión, de acuerdo con la figura 15. En el caso en el que el anillo ranurado esté situado dentro de la longitud útil l0 o l1, el área de tensiones Af se debe determinar sólo teniéndose en cuenta el valor de l0 o l1 hasta la línea central del anillo ranurado. Esto es así para asegurar que se limitan las fuerzas radiales introducidas por la junta de estanquidad y las fuerzas de flexión que actúan en la parte más baja de la acanaladura.

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- 32 -

Leyenda 1 2

Anillo ranurado Línea central de la junta de estanquidad

Fig. 15 − Ejemplo de cerramiento

Fig. 16 − Ejemplo de una conexión final

- 33 -

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Las bridas no se deben tener en cuanta para el cálculo. El chaflán del extremo cónico tampoco se debe tener en cuenta.

Fig. 17 − Ejemplo de una conexión final

En el caso de extremos con bridas muy cortos, puede haber ocasionalmente taladros ciegos para pernos dentro de la zona Af. En estos casos, se debe restar el área del taladro ciego (de Af). Esto se aplica a taladros de pernos situados dentro de una zona de ± 22,5º de la sección transversal calculada vista desde arriba (figura 18). Se tiene que tener en cuenta la influencia de la carga de la brida en el cuerpo de la válvula.

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- 34 -

Fig. 18a – Sección transversal calculada

Fig. 18b − Vista desde arriba Fig. 18 − Ejemplo de una conexión con bridas con taladros ciegos

Los refuerzos con forma de disco del cuerpo básico que se muestran en las figuras 19 y 20 se pueden utilizar sólo para temperaturas de cálculo ≤ 250 ºC. Para la determinación del área de la sección transversal metálica adicional Afs, la anchura útil bs se puede tener en cuenta sólo si su valor no supera:

bs = n1 × (d 0 + e0 ) × e0

(47)

El espesor del disco es se puede tener en cuenta en el cálculo sólo si su valor no supera el espesor real de la pared del cuerpo básico. El factor de carga es generalmente n1 = 0,7, excepto para diseños con refuerzos tubulares y una longitud de la proyección interior de la derivación de acuerdo con el diseño A de la figura 20, donde n1 = 0,8 se puede utilizar para el cálculo.

- 35 -

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Fig. 19 − Ejemplo de refuerzo de abertura

Fig. 20 − Ejemplo de refuerzo de abertura

8 MÉTODOS DE CÁLCULO PARA TAPAS Y CUBIERTAS DE VÁLVULA CON TORNILLOS 8.1 Generalidades

Las tapas utilizadas como cierres de cuerpos de válvula se subdividen en tres tipos normalizados de tapas o cubiertas:

− cubiertas realizadas con placas planas; − cubiertas formadas por una envolvente semiesférica y un collarín contiguo; − tapas de cierre estancas a la presión. 8.2 Cubiertas realizadas con placas planas 8.2.1 Generalidades. Las dos siguientes ecuaciones se aplican a placas con una relación espesor/diámetro ≤ ¼.

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- 36 -

El espesor de la placa hc se calcula de acuerdo con la ecuación (48a):

hc = C x × C y × C z × d D ×

p + c1 + c 2 f

(48a)

Cx, y, z son los coeficientes de cálculo que dependen de: − las diferentes relaciones de diámetros; − la relación δ entre las fuerzas en los pernos y las fuerzas debidas a la presión (véase la figura 28).

δ = 1+ 4 ×

m × bD × SD dD

(48b)

donde

SD

es igual a 1,2 para las condiciones de servicio;

m

es el coeficiente de la junta, véase el anexo B.

Para conocer los coeficientes Cx, y, z y el diámetro dD, se utilizan las figuras 21 a 25 y las indicaciones que aparecen en dichas figuras. 8.2.2 Cubierta circular sin abertura, con:

a) junta de frente completo

Fig. 21 − Cubierta con junta de frente completo

b) junta situada enteramente dentro del círculo de pernos

Fig. 22 − Cubierta con junta situada enteramente dentro del círculo de pernos

- 37 -

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8.2.3 Cubiertas circulares con abertura circular concéntrica

a) junta situada enteramente dentro del círculo de pernos

Fig. 23 − Cubierta con junta situada enteramente dentro del círculo de pernos

b) cubierta con junta situada enteramente dentro del círculo de pernos y boquilla central

Fig. 24 − Cubierta con boquilla central 8.2.4 Cubiertas no circulares (elípticas o rectangulares). En las cubiertas no circulares, el espesor de la placa se calcula también de acuerdo con las ecuaciones (47) y (48).

Los coeficientes de cálculo Cx, y ,z son los mismos que se utilizan en los apartados 8.2.2 y 8.2.3. El diámetro dD se sustituye por la distancia pequeña e1 según la siguiente figura.

Fig. 25 − Diámetro de las cubiertas no circulares

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- 38 -

8.2.5 Cubiertas especiales hechas de placas circulares planas para condiciones específicas de carga y de fijación. Las cubiertas, cerramientos y extremos en forma de placas planas se adoptan a menudo como cerramientos exteriores e interiores de los cuerpos de la válvula. En la mayoría de los casos, las placas planas circulares y anulares que se consideran son las que aparecen en la tabla 5. Placas con otras formas (por ejemplo, rectangulares o elípticas) representan casos especiales que no son parte del apartado 8.2.4.

Los diseños más utilizados aparecen en la tabla 5 para diversas condiciones de carga y fijación. Los momentos flectores Mr en la dirección radial y Mt en las direcciones tangenciales en correlación con una distancia variable x, aparecen en la tabla para casos individuales. También se enumeran las designaciones para los momentos máximos y sus puntos centrales y todo esto es suficiente para verificar la resistencia mecánica. La condición de resistencia mecánica es: 6× Mi h2

≤ 1,5 × f

(49)

Con Mi igual a Mmáx, Mr, Mt calculados de acuerdo con la tabla 5 o con el momento determinado a partir de un caso de carga compuesta. Se pueden producir casos de cargas superpuestas en válvulas formadas por la carga de la presión interior y fuerzas adicionales, como la fuerza ejercida por la junta de estanquidad Fg. Estos casos de cargas se pueden reducir a las cargas individuales indicadas en la tabla 5 y se pueden determinar mediante la suma de los momentos. Sin embargo, se debe tener en cuenta que los momentos máximos de las cargas individuales no proporcionan siempre el momento máximo total. En estos casos, la posición y la magnitud del momento máximo se deben determinar a través del diagrama de momentos. Los ejemplos de placas circulares con agujeros centrales: − no reforzadas = tipo I, con ro/rD − reforzadas en el borde = tipo II, con rF/rD se muestran en la tabla 6. Para los coeficientes de cálculo BP, BF y BM, véase la figura 26.

- 39 -

EN 12516-2:2004

Fig. 26 − Coeficientes de cálculo BP, BF, y BM

La fuerza en la junta de estanquidad Fg se considera que es el 25% de la fuerza resultante de la presión interior, véase la figura 27: Fg = 0, 25 × p ×

π × d i2 4

Fig. 27 − Placa plana con acanaladura anular

(50)

EN 12516-2:2004

- 40 -

Para una placa plana, el espesor de la placa de la cubierta hc viene dado por:

hc = 0, 4 × d i ×

p f

(51)

con las siguientes condiciones:

d  1,3 hN ≥ p ×  i − r  × 2   f hN

no debe ser inferior a 5 mm.

r

debe ser ≥ 0,2 × hc pero no inferior a 5 mm.

y hN = ≤ 0,77 × ec

(52)

1

Caso de carga

Sujeción libre en el borde

Diagrama de carga

Mi  Mr; Mt; Mmáx.

M máx. = M r = M t =

P ×r12 × (3 + µ ) 16

Momento máx. para x = 0 (centro de la placa)

P × r12  x2  ×  (3 + µ ) − (1 + 3µ ) × 2  16 r1  

Mt=

x2   r12 

 P × r12 × ( 3 + µ ) × 1 −  16 

Momento flector específico

≤ 1,5 f

Mr =

h2

6M i

r, r0, r1, R (véanse los casos de carga), en mm

h espesor de la placa, en mm Condición σ i =

Mt momento flector específico en la dirección tangencial, en N mm/mm

F fuerza anular, en N

µ número de Poison (para el acero ≈ 0,3)

Mr momento flector específico en la dirección radial, en N mm/mm

P carga específica, en N/mm2

Tabla 5 Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

(Continúa)

- 41 EN 12516-2:2004

2

Caso de carga

Sujeción libre en el borde exterior

Diagrama de carga

P × r 02  r 02 r1 x2   4(1 + µ ) ln + 4 − (1 − µ ) 2 − (1 + 3µ ) × 2  16  r0 r1 r 0 

Mt=

 r 2 r 2  P × r 02  r  4(1 + µ ) ln 1 + 4 (1 − µ ) − (1 − µ )  02 + 02   x 16  x r1    

Mt=

M máx. = M r = M t =

P × r02 16

 r2  r  4 (1 + µ ) ln 1 + 4 − (1 − µ ) 02  r0 r1  

Momento máx. para x = 0 (centro de la placa)

 r 2 r 2  P × r 02  r  4(1 + µ ) ln 1 + (1 − µ )  02 − 02   x x 16  r1    

Mr =

para x > r0:

P × r 02  r 02 r1 x2   4(1 + µ ) ln + 4 − (1 − µ ) 2 − (3 + µ ) × 2  16  r0 r1 r 0 

Mr =

para x ≤ r0:

Momento flector específico

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

(Continúa)

EN 12516-2:2004 - 42 -

3

Caso de carga

Sujeción libre en el borde exterior

Diagrama de carga

 r2 F  r  2(1 + µ ) ln 1 + 2(1 − µ ) − (1 − µ )  02 + x x 8π   

Mt=

M máx. = M t =

F 8π

r 02    r12  

 r F  2(1 + µ ) ln 1 + (1 − µ )1 −  8π  r0  

 2 r 02   2(1 − µ ) − (1 − µ ) 2  r1  

Momento máx. para x = r1 (borde exterior)

M max = M r = M t =

Momento máx. para 0 ≤ x ≤ r0

 r 2 r 2  F  r  2(1 + µ ) ln 1 + (1 − µ )  02 − 02   x 8π  x r1    

 r 2  F  r  2(1 + µ ) ln 1 + (1 − µ )  1 − 02    r  8π  r0 1   

Mr =

para x > r0:

Mr = Mt =

para x ≤ r0:

Momento flector específico

r 02   r12 

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

(Continúa)

- 43 EN 12516-2:2004

4

Caso de carga

Borde exterior rígidamente fijado

Diagrama de carga

P × r12  x2  (1 + µ ) − (1 + 3µ ) 2  16  r1 

Mt=

16

P × r12

(1 + µ )

M máx. = M r = −

8

P × r12

Momento máx. para x = r1 (borde exterior)

M máx. = M r = M t =

Momento máx. para x = 0 (centro de la placa)

P × r12  x2   (1 + µ ) − (3 + µ ) 2  16  r1 

Mr =

Momento flector específico

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

(Continúa)

EN 12516-2:2004 - 44 -

5

Caso de carga

Borde exterior rígidamente fijado

Diagrama de carga

P × r 20  r r2 x2   4(1 + µ ) ln 1 + (1 + µ ) 20 − (1 + 3µ ) 2  16  r0 r1 r 0 

Mt=

P × r 20  r1 r 02 r 02   4(1 + µ ) ln − 4 µ + (1 + µ ) 2 − (1 − µ ) 2  x 16  r1 x 

Mt=

M máx. = M r = M t =

P × r 02  r 20  r1  4(1 + µ ) ln + (1 + µ ) 2  16  r0 r1 

Momento máximo para x = 0 (centro de la placa)

P × r 02  r1 r 02 r 02   4(1 + µ ) ln − 4 + (1 + µ ) 2 + (1 − µ ) 2  x 16  r1 x 

Mr =

para x > r0:

P × r 02  r r2 x2   4(1 + µ ) ln 1 + (1 + µ ) 02 − (3 + µ ) 2  16  r0 r1 r 0 

Mr =

para x ≤ r0:

Momento flector específico

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

(Continúa)

- 45 EN 12516-2:2004

7

6

Caso de carga

Sujeción libre en el borde exterior

Borde exterior rígidamente fijado

Diagrama de carga

F  (1 + µ ) 8π     1 − 

(Continúa)

r 20    x 2    r 02   r 2   1 − 2  + (1 − µ )  1 − 02   x    r1   Momento máx. en el borde exterior: F  r 02  1 −  M máx. = M r = − 4π  r12  Momento máx. en el borde interior   r P  r14(3 + µ ) + r 04(1 − µ ) − 4(1 + µ ) r12 r 02 ln 1 − 4r12 r 02  M máx. = M t = 2 2 8( r1 − r 0 )  r0   r 02   1 − 2  − (1 − µ )  r1 

 r r 2   2 ln 1 − 1 + 02    r0 r1   

para x > r0: r F   2(1 + µ ) ln 1 − (1 + µ ) Mr = 8π  x  r F   2(1 + µ ) ln 1 − (1 + µ ) Mt= 8π  x 

Mr = Mt =

para x ≤ r0:

Momento flector específico

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

EN 12516-2:2004 - 46 -

9

8

Caso de carga

Borde exterior rígidamente fijado

Carga total F distribuida de manera lineal en las proximidades del borde interior

Sujeción libre en las proximidades del borde exterior

Diagrama de carga

F  2 r12(1 + µ ) R R2 − r2   2 2 ln + (1 − µ ) 2 2  r 4π  r1 − r 0 r1 − r 0 

M máx.

  r   (1 − µ 2 )  r14 − r 04 − 4r12 r 02 ln 1    r 0   P  = Mt =   8 r12(1 − µ ) + r 02(1 + µ )      (Continúa)

  r r 40(1 − µ ) − 4r 04(1 + µ ) ln 1 + r12 r 02(1 + µ )   r0 P  M máx. = M r =  r12 − 2r 02 + 2 2  8 r1 (1 − µ ) + r 0(1 + µ )     Momento máx. en el borde interior

Momento máx. en el borde exterior

M máx. = M t =

Momento máx. en el borde interior

Momento flector específico

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

- 47 EN 12516-2:2004

12

11

10

Caso de carga

Borde interior rígidamente fijado

Borde interior rígidamente fijado

Borde exterior rígidamente fijado

Diagrama de carga

 2  r1 2 2  2 r1 (1 + µ ) ln + r1 (1 − µ ) − r 0(1 − µ )  r0 F   M máx. = M r = 2(1 + µ ) + 2(1 − µ )  4π  r1 r0    

Momento máx. en el borde interior

(Continúa)

 4 r1 4 4 2 2   4r1 (1 + µ ) ln − r1 (1 + 3µ ) + r 0(1 − µ ) + 4r 0 r1 µ  r0 P  M máx. = M r =   8 r12(1 + µ ) + r 02(1 − µ )    

Momento máx. en el borde interior

     r  (1 − µ 2 )  r12  2 ln 1 − 1 + r 02    r0     F     M máx. = M t = 4π  (1 − µ )r12 + (1 + µ )r 02     

Momento máx. en el borde interior

 r1 2 2 2   2(1 + µ )r 0 ln r + (1 − µ )( r1 − r 0 )  F  0  M máx. = M r = −  4π  (1 − µ )r12 + (1 + µ )r 02    

Momento máx. en el borde exterior

Momento flector específico

Tabla 5 (Continuación) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

EN 12516-2:2004 - 48 -

15

14

13

Caso de carga

M máx. = M t = 8 ( r12 − r 02)

P

  r  4r14(1 + µ ) ln 1 + 4r12 r 02µ + r 04(1 − µ ) − r14(1 + 3µ )  r0  

Momento máx. en el borde interior

Momento flector específico

Sujeción libre en el borde exterior, placa central rígida F 4π

 (1 + µ ) + (1 − µ ) r 20 / x 2   r1  x  (1 + µ ) ln + 1 − (1 + µ ) ln − 1 2 2 r0  r0   (1 + µ ) + (1 − µ ) r 0 / r1 

F 4π

  2 r1   (1 + µ ) ln + 1 − 1   2 2 r0    (1 + µ ) + (1 − µ )r 0 / r1 

  r   r12 − r 02  1 + 2 ln 1    r 0   F (1 − µ 2 )   M máx. = M r =  2  2 4π  r1 (1 + µ ) + r 0(1 − µ )     

Momento máx. en el borde exterior

M máx. = M r =

Momento máx. en el borde interior

Mr =

Sujeción con movimiento libre en el centro, sujeción libre Momento máx. en el borde interior en el borde exterior  4  r1    r1 (3 + µ ) + r 40(1 − µ ) − 4r12 r 02 1 + (1 + µ ) ln   r0   P  M máx. = M r =  2 2  8 r1 (1 + µ ) + r 0(1 − µ )    

Sujeción libre en el borde interior

Diagrama de carga

Tabla 5 (Fin) Placas circulares anulares y planas. Momentos flectores en función de los casos de carga y las condiciones de fijación

- 49 EN 12516-2:2004

II

I

Caso de aplicación

h1 ≤ 1, 25 (2r 0 + b) × b

Borde interior rígido

Orificio central reforzado

Borde interior con movimiento libre

Orificio central no reforzado

Diagrama de carga

M MII =

 r 2  F D 2a   B MII − 0,35  1 − D2    π r D  r1   

  r 2D   M FII = F 1  B FII − 0,028  1 − 2   r1    

  r 2D   M PII = p r 2D  B PII − 0,044  1 − 2   r1    

 r 2  F D 2a   B MI − 0,35  1 − D2    π rD  r1   

Los coeficientes de cálculo Bp, BF y BM se deben tomar de la figura 26.

Resultante de un momento de borde

Resultante de una fuerza única (fuerza puntual)

Resultante de la presión interior

M MI =

  r 2D   M FI = F 0  B FI − 0,028  1 − 2   r1    

Resultante de una fuerza única (fuerza puntual) Resultante de un momento de borde

  r 2D   M PI = p r 2D  B PI − 0,044  1 − 2   r1    

Resultante de la presión interior

Momentos únicos específicos

Tabla 6 Casos de aplicación de placas circulares con orificio central sin refuerzo y con refuerzo

M iII = M PII + M FII + M MII

F 1 = π r 2F × p

M iI = M PI + M FI + M MI

F 0 = π r 02 × p

Momentos flectores resultantes Mi y fuerzas puntuales F0, F1

EN 12516-2:2004 - 50 -

- 51 -

EN 12516-2:2004

Fig. 28 − Coeficiente de cálculo Cy para placas planas con momentos marginales complementarios que actúan en el mismo sentido que la carga debida a la presión

Fig. 29 − Factor de apertura CZ para placas planas con momento marginal adicional

EN 12516-2:2004

- 52 -

Tipo A d1 dt dD e1

diámetro interior de la abertura diámetro del círculo de los agujeros de los pernos diámetro medio de la junta de estanquidad lado más corto de un extremo elíptico

   d1   6 4  ≤ 0,8  i −1 j −1 0 <  d  d     dD  Aij ×  1  ×  t    d   dD   dD   i =1 j =1 1,0 ≤  t  ≤ 1, 6     dD    Cz =      d1    < ≤ 0 0,8   i − j − 1 1  6 4   d1   dt   dD  Aij ×   ×      dt   i =1 j =1  e1   e1   1,0 ≤   ≤ 1,6    dD   

∑∑

∑∑

0,783 610 00; A11 = – 6,176 575 00; A21 = 55,155 200 00; A31 = A41 = – 102,762 800 00; 17,634 760 00; A51 = 76,137 990 00; A61 =

A12 = 0,576 489 80; A22 = 25,974 130 00; A32 = – 187,501 200 00; A42 = 385,656 200 00; A52 = – 218,652 200 00; A62 = – 99,252 910 00;

A13 = A23 = A33 = A43 = A53 = A63 =

– 0,501 335 00; – 20,204 770 00; 151,229 800 00; – 328,177 400 00; 223,865 800 00; 46,208 960 00;

A14 = 0,143 743 30; A24 = 5,251 153 00; A34 = – 40,465 850 00; A44 = 92,130 280 00; A54 = – 71,600 250 00; A64 = – 3,458 830 00;

0,021 445 46; 1,553 827 00; – 13,276 560 00; 47,627 930 00; – 71,673 550 00; 74,767 170 00;

A14 = – 0,004 895 828; A24 = – 0,423 889 000; A34 = 3,535 713 000; A44 = – 11,935 440 000; A54 = 16,794 650 000; A64 = – 17,856 930 000;

Tipo B

d1 dt dD e1

diámetro interior de la abertura diámetro del círculo de los agujeros de los pernos diámetro medio de la junta de estanquidad lado más corto de un extremo elíptico

  6    i =1   Cz =     6   i =1  

   ≤ 0,8  d  d    Aij ×  1  ×  t   d d d   D  D j =1 1,0 ≤  t  ≤ 1,6    dD      d1   < ≤ 0 0,8   i −1 j −1 4   d1   dt   dD  Aij ×   ×     dt   e1   e1   j =1 1, 0 ≤   ≤ 1,6  d  D  4

∑∑

i −1

j −1

d 0 di

Ø d1 diámetro de intersección de la superficie de la brida con el segmento esférico Detalle Tipo I

Fig. 31 − Fondo abombado semiesférico

Tipo II: Fondo abombado semiesférico con concavidad profunda ri ≤ di Fig. 32 −Fondo abombado semiesférico con concavidad profunda

- 55 -

EN 12516-2:2004

8.3.2 Espesor de pared y cálculo de la resistencia mecánica del segmento esférico. El espesor de pared eC, excluyendo las tolerancias, se calcula a partir de:

− Para la relación (ri + eO) / ri ≤ 1,2 ec =

ri p (2 f − p ) × kc

(53)

− Para la relación 1,2 < (r1 + eO) / r1 ≤ 1,5  ec = ri  

1+

 2p − 1 (2 f − p ) × kc 

(54)

En la zona de transición entre la brida y el segmento esférico, el espesor de pared es: ec′ = ec × β

(55)

β tiene en cuenta el hecho de que, debido al gran porcentaje de tensiones de flexión, hay un incremento de la capacidad

de carga. Partiendo de la relación de tensión de prueba δ1 de las cabezas abombadas que caracteriza la capacidad de carga, se entra con β = 3,5. Lo anterior es para bridas con juntas interiores de acuerdo con las figuras 31 y 32 y es una α en la figura 33. aproximación para β = δ1

Fig. 33 − Coeficiente de cálculo

No es necesario que e′c sea superior al espesor que se obtendría como resultado del cálculo de una cubierta de placa plana de acuerdo con el apartado 8.3. 8.3.3 Cálculo del collarín 8.3.3.1 La condición de resistencia mecánica es:

FH ≤ f 2 × π × b × hF

(56)

EN 12516-2:2004

- 56 -

Ma FH + ≤ 1,5 × f  b 2 d1  2 ×π × b × hF 2 2 2π  × h F + × ( e′ c − e 0 )  12 6 

(57)

Los momentos con sentido horario se deben introducir en las ecuaciones con signo menos. Las ecuaciones de la condición de resistencia se deben calcular también con los dos momentos MaB y MaO → eC = 0 para las condiciones de montaje. Los momentos, fuerzas, brazos de fuerza y otras dimensiones geométricas de las ecuaciones de condición de resistencia aparecen en los apartados 8.3.3.2 a 8.3.3.5. 8.3.3.2 Fuerzas y momentos de las ecuaciones (56) y (57). La componente horizontal de la fuerza aplicada en el extremo:

FH = p ×

π

d2 × d i × ri2 − i 2 4

(58)

Para condiciones de servicio: MaB = FV × aV + FF × aF + FDB × aD + FH × aH

(59)

MaO = FSO × aD

(60)

Para condiciones de montaje:

8.3.3.3 Fuerzas en las ecuaciones de momentos (59) y (60)

FV = p ×

FF = p ×

π 4

π

d2 4 i

(61)

(d 2D − d 2i )

(62)

F DB = p × π × d D × m × b D × S D; S D = 1, 2 m

véase la tabla B.1

FH

véase la ecuación (58)

FS

fuerza en los pernos para las condiciones de servicio, es: FS = FV + FF + F DB

FSO

fuerza en los pernos para las condiciones de montaje, es el mayor de entre los siguientes valores:

FS × K con K = 1,1 en general K = 1,2 para juntas flexibles

(63)

(64)

- 57 -

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o FDV = π × d D × σ vu × bD

(65)

σvu véase la tabla B.1. 8.3.3.4 Brazos de fuerza en las ecuaciones de momentos (59 y 60)

Tabla 7 Brazos de las fuerzas en las ecuaciones de momentos Tapa de válvula

Brazo de la fuerza Tipo I

Tipo II

aV =

0,5 × (dt – d1)

aD =

0,5 × (dt – dD)

aH = aF =

a determinar en forma de diagrama

0,5 × hF

aD + 0,25 × (dD – di)

8.3.3.5 Otras dimensiones geométricas en las ecuaciones (56 y 57)

b – el espesor que soporta la carga de la brida b = 0,5 × ( d a − d i − 2d L′ )

(66)

con d'L = V × dL → di ≥ 500 → V = 0,5 di < 500 → V = 1 – 0,001 × di 8.3.4 Refuerzo de la sección del prensaestopa. El cálculo se realiza de acuerdo con el método de cálculo de las secciones de la bifurcación, véase el apartado 7.2.2, es decir mediante la comparación entre las áreas sometidas a presión Ap y las áreas de sección transversal metálica Af.

 Ap 1  p× + ≤ f  Af 2 

(67)

La sección del prensaestopa está limitada por las longitudes útiles: l 0 = (2 × r + e 0) × e 0

(68)

l1 = (d A + e A ) × e A

(69)

Para las áreas Ap, Af, las longitudes l0 y l1, véanse las figuras 31 y 32.

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- 58 -

8.4 Cabezas abombadas 8.4.1 Observaciones generales. Las reglas de cálculo se deben aplicar a las cabezas abombadas formadas por una envolvente esférica, una charnela y un borde cilíndrico para las cabezas abombadas sólidas (véase la figura 34) y para las cabezas abombadas con aberturas (véase la figura 36) o con derivaciones (véase la figura 37).

Como norma general, se deben aplicar las siguientes condiciones a cabezas abombadas con un diámetro del fondo do: Radio interno de la tapa esférica Ri ≤ do Radio de la charnela r ≥ 0,1 × do Espesor de pared asociado 0,001 ≤ ec / do ≤ 0,10 En particular, se deben aplicar los siguientes valores: a cabezas toriesféricas Ri = do; r = 0,1 × do, hw = 0,1935 × do – 0,455 × eK a cabezas semielípticas Ri = 0,8 × do; r = 0,154 × d'o, hw = 0,255 × do – 0,635 × eK a cabezas semiesféricas do / di ≤ 1,2 En los casos en los que las cabezas abombadas están fabricadas a partir de una tapa esférica soldada a una porción de charnela, la unión soldada debe estar situada a una distancia suficientemente grande de la charnela. Esta distancia viene dada por las siguientes relaciones: a) si los espesores de pared de la porción de charnela y de la tapa esférica son diferentes: x = 0,5 × R i × e cK

(70)

b) si el espesor de pared de la porción de charnela es igual al de la tapa esférica: para cabezas abombadas toriesféricas x = 3,5 × ec para cabezas abombadas semielípticas x = 3,0 × ec pero x debe ser igual, al menos, a 100 mm. Para cabezas soldadas, kc se puede introducir como kc = 1,0 si existe una intersección de la soldadura con la zona del vértice para 0,6 × do. En otros casos kc = 0,85. 8.4.2 Cabezas abombadas sólidas. El espesor de pared requerido sin tolerancias en la tapa esférica se debe obtener a partir de las ecuaciones (71) a (77).

- 59 -

EN 12516-2:2004

Fig. 34 − Cabeza abombadas sólida

Para cabezas semiesféricas, el espesor de pared determinado de acuerdo con las ecuaciones (71) a (77) se debe multiplicar por un factor de 1,1 en la zona de la unión soldada. El espesor de pared requerido sin tolerancias en la zona de la charnela debe ser: ecK =

p×do×β 4× f ×kc

(71)

El coeficiente de cálculo β se puede obtener a partir de la figura 35 en función de ec/do para cabezas toriesféricas (1) y semielípticas (2).

Fig. 35 − Coeficiente de cálculo β 8.4.3 Cabezas abombadas con aberturas. En los casos de cabezas abombadas con aberturas sometidas a presión interior, la tensión más alta se puede dar en la charnela o en la zona de la abertura, dependiendo de las circunstancias en cada caso, y en consecuencia el cálculo se debe llevar a cabo para ambas posiciones.

EN 12516-2:2004

- 60 -

Cuando se trata de una abertura en la zona del vértice 0,6 × do de cabezas toriesféricas y semielípticas, y en la totalidad de cabezas semiesféricas, la debilidad del cuerpo básico se puede contrarrestar con las siguientes medidas.

Fig. 36 − Cabeza abombada con abertura

Fig. 37 − Cabeza abombada con derivación (refuerzo tubular soldado)

a) mediante un incremento del espesor de la pared en comparación con el espesor de la parte inferior no debilitada. Este incremento de espesor se debe extender, al menos, a la totalidad de la longitud: l0 =

(2 Ri + e c0) × e c0 (véase la figura 36)

(72)

b) mediante refuerzos tubulares, combinados o no con un incremento en el espesor de la pared del cuerpo básico. Si una parte de la derivación sobresale hacia el interior, sólo se puede incluir una parte de la longitud: l 2 ≤ 0,5 ( d1 + ec1 ) × ec1

(73)

como apoyo de la carga en el cálculo. Si ec1 > ec0, el cálculo se debe hacer con ec1 = ec0. c) mediante rebajes junto con un incremento en el espesor de la pared del cuerpo básico. Si las áreas Ap sometidas a presión y las de las secciones transversales útiles Af se determinasen en este caso de la misma forma que en el caso de refuerzos tubulares, es decir, sin tener en cuenta el radio del rebaje y las pérdidas de sección transversal, entonces se debe introducir en el cálculo de Af el valor Af′′ = 0,9 × Af (véase la figura 38).

- 61 -

EN 12516-2:2004

Fig. 38 − Cabeza abombada con abertura con rebaje

d) mediante refuerzos con forma de disco (véase la figura 39) para temperaturas utilizadas para el cálculo ≤ 250 ºC. Estos refuerzos se deben diseñar para que se ajusten muy bien al cuerpo básico. Su longitud útil bs no se debe introducir si su valor supera l0. Su espesor es no debe superar el espesor de pared real ec0 del cuerpo básico. No se permiten los refuerzos de la abertura mediante discos soldados en su interior. Los refuerzos en forma de disco se deben tener en cuenta en el cálculo con un factor de valoración ks = 0,7.

Fig. 39 − Cabeza abombada con refuerzo en forma de disco

EN 12516-2:2004

- 62 -

La condición de resistencia mecánica para aberturas en la zona del vértice 0,6 × d0, se da en la ecuación (74), con el área Ap sometida a presión y con las áreas de las secciones transversales útiles Af0, Af1 y AfS:  Ap 1 p × + ≤ f  Af 0 + Af1 + k s × AfS 2 

(74)

Las longitudes útiles para las tapas esféricas no se deben introducir si su valor supera: l 0 = (2 Ri + e c0) × ec0

(75)

y las longitudes para las derivaciones no deben superar: l1 = (d 1 + e c1) × e c1

(76)

l l2 ≤ 1 2

(77)

8.4.4 Tolerancias en el espesor de la pared. Además de las observaciones del capítulo 4, cualquier reducción del espesor de la pared debida a causas de fabricación (por ejemplo, en el caso de cabezas abombadas de fundición o embutidas) se debe tener en cuenta para la determinación de la tolerancia c1.

9 MÉTODO DE CÁLCULO PARA TAPAS Y CUBIERTAS DE VÁLVULA CON CIERRE ESTANCO A LA PRESIÓN

El objetivo del cálculo de la resistencia mecánica es investigar la sección transversal más débil (sección I-I o II-II de la figura 40). Al mismo tiempo, se deben calcular las dimensiones principales más importantes del cerramiento de acuerdo con procedimientos elementales.

- 63 -

EN 12516-2:2004

Fig. 40 − Cerramiento auto-sellado

La fuerza axial distribuida uniformemente a través de la circunferencia se debe calcular a partir de: FB = p×

π 4

d2

(78)

F1 y F2 son fuerzas axiales que pueden aparecer debido a procesos de actuación o al preajuste de los pernos.

La anchuras mínimas de las caras sometidas a presión en la cara del asiento y en el anillo de distancia deben venir dadas por la ecuación (79), teniendo en cuenta condiciones de fricción y los requisitos de la junta de estanquidad: a=

F B+ F 2

π × d a × 1,5 × f

da = (d1 + d0) / 2

(79) b=

F B+ F 2

π × d b × 1,5 × f

db = (d + d2) / 2

donde f es la tensión de diseño nominal de los materiales en cuestión. La altura mínima h1 del anillo insertado R se puede obtener a partir de cálculos en relación con el cizallamiento y la flexión. Se debe adoptar el mayor de los dos valores obtenidos a partir de estos cálculos.

EN 12516-2:2004

- 64 -

Para el esfuerzo de cizalla: h1 =

2( F B + F 2) π ×d × f

(80)

Para la flexión: h1 = 1,38 ×

( F B + F 2) × (d 1 − d 2) 4×d × f

(81)

La altura mínima h0 para el reborde del asiento (sección transversal II-II) se puede obtener a partir del cálculo con respecto al cizallamiento y a la flexión. Se debe adoptar el mayor de los dos valores obtenidos a partir de estos cálculos. Para el esfuerzo de cizalla: h0 =

2( F B + F 2) π × d1× f

(82)

Para la flexión: h 0 = 1,13 ×

d −d ( F B + F 2) × a con a = 1 0 2 d1× f

(83)

La profundidad mínima de la capa de sellado se puede obtener del cálculo con respecto al cizallamiento y la flexión. Se debe adoptar el mayor de los dos valores obtenidos a partir de estos cálculos. Para el esfuerzo de cizalla: hD =

2( F B + F 2) π ×d2× f

(84)

Para la flexión: h D = 1,13 ×

( F B + F 2) × b D 2×d2× f

(85)

Para diseños planos, la cubierta de cierre se debe verificar de acuerdo con las ecuaciones para placas anulares o circulares planas. La condición de resistencia mecánica para la sección transversal I-I:  e  π ( F B + F 2)  a + 1  ≤  h 02(d A − d1 ) + (d A − e1) e12 − e 22  × f  2 4 

(

donde e2 =

FB + F1

π × ( d A − e1 ) × f

)

(86)

(87)

- 65 -

EN 12516-2:2004

10 MÉTODOS DE CÁLCULO PARA BRIDAS 10.1 Generalidades

El cálculo de las bridas se debe realizar de acuerdo con, o siguiendo las directrices de, las especificaciones contenidas en la Norma EN 1591-1 o EN 13445-3. El cálculo sin embargo se puede realizar también de acuerdo con las ecuaciones que aparecen a continuación, que se han resuelto con respecto al espesor de la brida plana hF para simplificar. Para bridas de tuberías de acuerdo con la Norma EN 1092-1, con diámetros hasta DN 600 (éste incluido), no se requerirá un cálculo de verificación con la condición de que las presiones, temperaturas y materiales admisibles a utilizar en las bridas, pernos y juntas de estanquidad estén de acuerdo con la norma de bridas. La unión con bridas se debe diseñar de modo que pueda absorber las fuerzas que surjan durante el montaje (deformación inicial de la junta de estanquidad) y el servicio. 10.2 Bridas circulares 10.2.1 El factor decisivo para el diseño de la brida es la resistencia máxima requerida en la brida W, que se obtiene a partir de las ecuaciones (88) y (89).

×a W = F SB 1,5 × f

(88)

×a W = F SO D 1,5 × f

(89)

La fuerza mínima en los pernos FSB durante las condiciones de servicio se obtiene de la fuerza en la tubería Fp que resulta de la presión interior y de la fuerza en la junta de estanquidad durante el servicio FDB: F SB = F p + F DB =

π d 2D 4

× p + p ×π × d D × m × bD × S D

(90)

SD = 1,2 para juntas de estanquidad no metálicas y juntas de envolvente metálica; SD = 1,0 para juntas de estanquidad metálicas.

La fuerza mínima en los pernos FDV para las condiciones de montaje se obtiene de: F DV = π × d D × σ VU × b D

(91)

Los valores característicos para las juntas, m y σ VU se dan en la tabla B.1 en función de las formas de la juntas y de las condiciones del medio. Se deben tener en cuenta fuerzas adicionales añadiéndolas FSB y FDV. La fuerza mínima en los pernos FSO para la condición de montaje se obtiene de: F SO = máx.( χ × F SB; F DV )

con

χ = 1,1 para casos generales; χ = 1,2 para juntas de estanquidad no metálicas y juntas de envolvente metálica.

(92)

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- 66 -

10.2.2 Bridas con garganta cónica 10.2.2.1 Las bridas con garganta cónica de acuerdo con la figura 41, se deben someter a un cálculo de verificación para las secciones transversales I-I y II-II.

Fig. 41 − Brida con garganta cónica 10.2.2.2 Sección transversal I-I. El espesor requerido en la brida hF se obtiene a partir de:

hF =

1,91 × W − Z b

(93)

El brazo de la fuerza de los pernos en las ecuaciones (88) y (89) para la condición de servicio se obtiene de: d − d i − eF a= t 2

(94)

y para la condición de montaje: aD =

dt −dD 2

(95)

El espesor debe de la brida calculado b se obtiene de: b = d a − d i − 2d ′L

(96)

d L′ = v × d L

(97)

El diámetro reducido del taladro del perno d'L

con

ν = 1 – 0,001 × di

para di ≤ 500 mm

y

ν = 0,5

para di > 500 mm

- 67 -

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El coeficiente Z se obtiene de: Z = ( d i + e F) × e 2F

(98)

El espesor de la garganta de la brida eF no se debe introducir en las ecuaciones (94) y (98) si su valor supera 1/3 hF. 10.2.2.3 Sección transversal II-II. Las siguientes ecuaciones se aplican dentro de los límites:

0,5 ≤

hA − hF ≤1 y hF

(99)

e1 + e F ≤ 0,3 b

(100)

0,1 ≤

El resto de casos se deben calcular de acuerdo con la Norma EN 1591-1 o EN 13445-3. El espesor requerido en la brida hF se obtiene de: hF = B ×

1, 91 × W − Z1 b

(101)

El coeficiente Z1 se obtiene de: Z 1 = 43 (d i + e1)e12

(102)

2 1 + em × B h b B= 2e m 2 1+ ( B h + 2B h) b

(103)

El coeficiente de cálculo B se obtiene a partir de:

donde e m = y Bh =

eF + e1 2

(104)

hA − hF hF

(105)

El brazo de la fuerza en los pernos para la condición de servicio se calcula a partir de: a=

d t − d i − e1 2

(106)

y para la condición de montaje aD de la ecuación (95). 10.2.3 Bridas con DN superior a 1 000. Si la profundidad de la garganta hA – hF es, al menos, 0,6 × hF, el espesor de la garganta eF – e1 es, al menos, 0,25 hF, las ecuaciones siguientes (107) y (108) se pueden utilizar para las secciones transversales I-I y II-II en lugar de las ecuaciones (93) y (101); de este modo se obtendrán dimensiones más pequeñas:

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- 68 -

Sección transversal I-I: 2

1,59W − 0,8Z  0,05Z  0,05Z + hF =  − b b × eF  b × eF 

(107)

con Z de acuerdo con la ecuación (98). Sección transversal II-II:

hF = B ×

1,59W − 2 Z1 b

(108)

con Z1 de acuerdo con la ecuación (102). 10.2.4 Garganta soldada con garganta cónica de acuerdo con la figura 42. El cálculo se debe llevar a cabo de acuerdo con las ecuaciones (93) a (108), utilizando el valor para da en lugar de dt y d'L = 0.

Fig. 42 − Garganta soldada con garganta cónica 10.2.5 Bridas deslizables para soldar 10.2.5.1 Bridas deslizadas para soldar de acuerdo con la figura 43, diseño a) y diseño b), y brida integral de acuerdo con la figura 44.

- 69 -

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Fig. 43 − Bridas soldadas

Fig. 44 − Brida integral

El espesor de brida requerido hF es: 2,13W − Z b

(109)

b = d a − d 2 − 2d L′

(110)

hF = El espesor doble de la brida calculado b se obtiene de:

con d'L de acuerdo con la ecuación (97). En lugar del valor d2, se puede introducir en la ecuación anterior el valor di, si las soldaduras corresponden a los tipos 4 ó 5 de la tabla 8. Esto mismo se debe aplicar a bridas integrales totalmente de fundición o de forja de acuerdo con la figura 44.

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- 70 -

El coeficiente Z se obtiene de: Z = ( d1 + e1 ) × e12

(111)

donde e1 no se debe introducir si su valor supera ½ × hF. El brazo de la fuerza en los pernos para las condiciones de servicio se obtiene de: a=

d t − d i − e1 2

(112)

dt−dD 2

(113)

y para la condición de montaje: aD = 10.2.5.2 Collares deslizables de acuerdo con la figura 45.

El cálculo se debe efectuar de acuerdo con las ecuaciones (109) a (113), utilizando el valor para da en lugar de dt y d'L = 0.

Fig. 45 − Collar deslizable

- 71 -

EN 12516-2:2004

Tabla 8 Campo de aplicación de diferentes bridas deslizables para soldar Tipo de soldadura

La diferencia entre g1 y g2 no debe ser superior al 25%.

Espesor de la soldadura

Limitación di × p

mm × bar

g1 + g2 ≥ 1,4 × e1

10 000

g1 + g2 ≥ 1,4 × e1

10 000

g 1 + g 2 ≥ 2 × e1

20 000

g 1 + g 2 ≥ 2 × e1

—

g 1 + g 2 ≥ 2 × e1

—

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- 72 -

10.2.6 Bridas invertidas

Fig. 46 − Brida invertida

El espesor requerido en la brida hF se obtiene de la ecuación (109). El espesor doble de la brida calculado b se obtiene a partir de: b = d − d i − 2d L′

(114)

Z = ( d + e1)e12

(115)

El coeficiente Z se calcula a partir de:

El brazo de la fuerza en los pernos para las condiciones de servicio se obtiene de:

 d2  a = a1 + a 2  2 − 1  d   D  d − d t + e1 2

(117)

d − d D + 2e1 4

(118)

con a1 = y a2 =

(116)

y para la condición de montaje: aD =

dt −dD 2

(119)

10.2.7 Bridas orientables. El espesor requerido en la brida hF se obtiene de:

hF = 1,91 ×

W b

(120)

- 73 -

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Fig. 47 − Brida orientable

El espesor doble de la brida calculado b se obtiene a partir de: b = d a − d i − 2d L′

(121)

con d'L de acuerdo con la ecuación (97). El brazo de la fuerza en los pernos para las condiciones de servicio y montaje se obtiene de: a = aD =

dt −d4 2

(122)

La presión de contacto pF entre el collar y la brida orientable se calcula a partir de:

PF = 1, 27 ×

FSB d 42

− d i2

≤ 1,5 × f

(123)

En el caso de bridas orientables con hendiduras, la fuerza en los pernos se debe doblar; si las hendiduras están escalonadas 90º unas de otras, las fuerzas su pueden incrementar sólo en un 50%.

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- 74 -

10.3 Bridas ovales 10.3.1 Bridas ovales de acuerdo con la figura 48

Fig. 48 − Brida oval con dos pernos

Se deben examinar las secciones transversales I-I y II-II sometidas a una tensión más alta. El factor decisivo para el diseño de la brida es la resistencia máxima de la brida requerida W. Para la condición de M M servicio se aplica Wreq1 = y para la de montaje Wreq2 = . 1,5 × f d/t 2, 2 × f d La fuerza mínima en los pernos FSB para la condición de servicio se obtiene a partir de la fuerza en la tubería FP y de la fuerza de funcionamiento sobre la junta de estanquidad FDB: FSB = Fp + FDB = p × con

π × d D2 4

+ p × π × d D × m × bD × S D

(124)

SD = 1,2 para juntas de estanquidad no metálicas y juntas con envolvente metálica; SD = 1,0 para juntas de estanquidad metálicas

La fuerza mínima en los pernos FDV para conseguir el asiento de la junta se obtiene de: FDV = π × d D × σ VU × bD Los factores característicos para las juntas, m y σVU se dan en la tabla B.1. Se deben tener en cuenta las fuerzas suplementarias añadiéndolas a FSB y FDV.

(125)

- 75 -

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La fuerza mínima en los pernos FSO para la condición de montaje se obtiene a partir de: FSO = máx. ( χ × FSB ; FDV ) con

(126)

χ = 1,1 para aplicaciones generales; χ = 1,2 para juntas de estanquidad no metálicas y juntas combinadas.

El momento exterior M en la sección transversal I-I a calcular se obtiene de:

M=

FS × dt 4

(127)

con FS = FSB o FSO. El área de la sección transversal A en la sección I-I se debe subdividir de manera que A1 = A2 =A/2. s1 y s2 son las dos distancias de los centros de gravedad de las áreas parciales A1 y A2 partiendo de la línea central. En consecuencia, la resistencia de la brida en esta sección transversal se obtiene de: WavI = 2 A1 ( s1 + s2 )

(128)

En la sección transversal II-II el momento exterior M se calcula a partir de: F M = s ×a 2

(129)

La resistencia de la brida W se obtiene de:

WavII =

b × hF2 6

(130)

EN 12516-2:2004

- 76 -

10.3.2 Bridas ovales de acuerdo con la figura 49

Fig. 49 − Brida oval con más de dos pernos

La fuerza mínima en los pernos FSB para la condición de servicio se obtiene de: FSB = Fp + FDB = p × π × mD1 × mD2 + p × U D × m × bD × S D con

(131)

SD = 1,2 para juntas de estanquidad no metálicas y juntas combinadas; SD = 1,0 para juntas de estanquidad metálicas.

La fuerza mínima en los pernos para la condición de montaje se obtiene de: FDV = U D × σ VU × bD

(132)

La circunferencia media UD de la junta de estanquidad se obtiene de: U D = π  3( mD1 + mD2 ) − (3mD1 + mD2 ) (3mD2 + mD1 )    Los factores característicos para las juntas, m y σVU, se dan en la tabla B.1.

(133)

- 77 -

EN 12516-2:2004

La fuerza mínima en los pernos FSO para la condición de montaje se obtiene de: FSO = máx. ( χ × FSB ; FDV ) con

(134)

χ = 1,1 para aplicaciones generales; χ = 1,2 para juntas de estanquidad no metálicas y juntas combinadas.

En consecuencia, la condición de resistencia mecánica será: Fp × aR + FD × aD f

π  e2 1 ≤  (mf − m1 − d 'L )hF2 + U D  eF2 − 1  4 4  2 

  1   mt1 2  1 ×   × 1 +    2   mt2   B5   

con B5 [5] de acuerdo con la figura 50.

 e1 e ; 0,01 < 1 ≤ 0,02  2 − 50 × m2 m2   e B5 = 1 ; 0,02 < 1 ≤ 0,05 m 2  2 e 2 e1 ; 0,05 < 1 ≤ 0, 25  +6 × 3 m2 m2 3

Fig. 50 – Factor de corrección B5 de la ecuación (135)

(135)

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- 78 -

10.4 Bridas rectangulares o cuadradas 10.4.1 Bridas rectangulares o cuadradas de acuerdo con la figura 51

Fig. 51 − Brida rectangular o cuadrada

El cálculo se debe llevar a cabo de acuerdo con el apartado 10.2. El diámetro de la brida da que se introduce en la ecuación es el diámetro dF del círculo inscrito más grande. 10.4.2 Bridas rectangulares deslizables de acuerdo con la figura 52

Fig. 52 − Brida rectangular o cuadrada deslizable

- 79 -

EN 12516-2:2004

El cálculo se debe llevar a cabo para las secciones transversales I-I, II-II y III-III. Con las dimensiones de acuerdo con la figura 52, y la fuerza mínima en los pernos FS de acuerdo con las ecuaciones (124) y (134), los momentos en los planos de las secciones transversales se deben calcular a partir de: F F M I = s × a1′ = s × ( a1 − s ) 2 2

(136)

F F M II = s × a2′ = s × (a2 − s ) 2 2

(137)

F M III = s  a12 + a22 − s  4  

(138)

s es la distancia del centro de gravedad del anillo semicircular medida desde la línea central: s=

2 d 43 − d i3 × 3π d 42 − d i2

(139)

La resistencia de la brida se puede calcular de forma análoga a partir de: h2 WI = F ( s2 − d i ) 6

(140)

h2 WII = F ( s1 − d i ) 6

(141)

h2 WIII = F ( s3 − d L′ ) × 2 6

(142)

con d'L de acuerdo con la ecuación (97). La condición de resistencia mecánica de acuerdo con las ecuaciones (88) y (89) deben satisfacerse por las tres secciones transversales. Esto implica que W ≥ M / (1,5f). 10.5 Cálculo del diámetro de los pernos 10.5.1 Diámetro de la tensión de tracción nominal. El diámetro requerido dS para el área de la tensión de tracción nominal de un perno se debe calcular del siguiente modo:

dS =

4

F × s +c

π n fη

donde Fs n f

η c

es la fuerza de tracción de la conexión por caso de carga; es el número de pernos; es la tensión admisible en los pernos; es el factor de calidad de mecanizado; es la tolerancia de diseño.

(143)

EN 12516-2:2004

- 80 -

10.5.2 Casos de carga. Se debe determinar el diámetro para los dos siguientes casos de carga:

a) para la condición de servicio, a la presión de diseño admisible pd y a la temperatura de diseño td; b) para la condición de montaje, antes de la aplicación de presión, a temperatura ambiente. 10.5.3 La tensión admisible en los pernos f se obtiene a partir del parámetro de resistencia mecánica (véase la Norma EN 1515-1) dividido por el factor de seguridad SF de acuerdo con la tabla 9.

Tabla 9 Factores de seguridad Pernos rebajados

Otros pernos

Servicio

1,5

1,8

Montaje

1,1

1,3

Condición

10.5.4 Para caras de soporte creadas mediante mecanizado con buril, o mediante algún otro proceso de frabicación que se pueda considerar equivalente, se puede utilizar un factor de calidad η = 1,0. Para superficies no mecanizadas, pernos de anilla y pernos articulados, se debe considerar un factor η = 0,75. 10.5.5 En el caso de pernos rígidos, se deben introducir en la ecuación (143) los siguientes valores para la tolerancia de diseño c en condiciones de servicio:

c = 3 mm para dS ≤ 20 mm c = 1 mm para dS ≥ 50 mm En el rango de dimensiones intermedio, se puede obtener c mediante una interpolación lineal de acuerdo con: c = (65 – dS) / 15 Para pernos con rebaje c = 0 mm. Para condiciones de montaje, c debe ser también c = 0 mm. 10.5.6 Para bridas de tuberías normalizadas, se debe considerar que los requisitos relativos a los pernos cumplen con la condición de que los diámetros y número de estos pernos se han seleccionado de acuerdo con las normas de tuberías correspondientes, y que no se sobrepasa la temperatura admisible utilizada para el cálculo de las bridas. 10.6 Temperatura de diseño

La temperatura de diseño de los pernos es una función del tipo de unión con pernos y del aislamiento térmico. Si no se lleva a cabo ninguna verificación de temperatura en particular y los pernos no se exponen directamente a un medio con una temperatura > 50 ºC, se puede considerar que la temperatura de diseño para las uniones con pernos de bridas sin aislamiento permanece por debajo de la temperatura máxima del medio conducido mediante los siguientes valores: a) brida orientable y brida orientable 30 ºC; b) brida integral y brida orientable 25 ºC; c) brida integral y brida integral 15 ºC

- 81 -

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11 MÉTODOS DE CÁLCULO PARA CASQUILLOS 11.1 Cargas

Los componentes de la tornillería del casquillo están sometidos a la presión interior Fp y eventualmente a las fuerzas adicionales Fz. FSB = Fp + Fz

(144)

La fuerza debida a la presión en el área de la superficie del anillo del casquillo es:

(

)

Fp = d a2 − d i2 ×

π 4

×p

(145)

donde da = diámetro exterior del casquillo; di = diámetro interior del casquillo. Se tienen que tener en cuenta, del modo adecuado, las fuerzas adicionales Fz que se producen en función del diseño. 11.2 Pernos del casquillo

Los pernos del casquillo se deben verificar mediante la fuerza FSB de acuerdo con la ecuación (144); en este caso se puede ignorar la tolerancia c. 11.3 Bridas del casquillo

Las bridas del casquillo se deben verificar mediante la fuerza FSB de acuerdo con el apartado 11.1, teniendo en cuenta el diseño real. 11.4 Otros componentes

Otros componentes que formen parte del diseño del casquillo y que estén sometidos a tensiones se deben verificar, de acuerdo con la práctica de la ingeniería acústica, mediante la fuerza F adecuada. Se deben tener en cuenta las tensiones de diseño nominales de acuerdo con el capítulo 6 y, en el caso de los pernos, la tabla 9.

12 FATIGA

En el caso de tensiones alternativas, la verificación se debe hacer de acuerdo con la Norma EN 13445-3.

13 MARCADO

Las envolventes de válvula diseñadas para una presión especificada y una temperatura asociada o para un rango de presiones especificadas para temperaturas asociadas se deben marcar de acuerdo con la Norma EN 19.

EN 12516-2:2004

- 82 -

ANEXO A (Informativo) TENSIONES ADMISIBLES

Las tablas A.1 a A.3 contienen las tensiones admisibles para los tres tipos diferentes de material; acero moldeado, productos planos y forja. RT en la columna tres indica un rango de temperatura desde –10 ºC a +20 ºC. Estas tablas son sólo informativas y están actualmente en revisión.

3E0

2E0

7E0

11E0

10E0

14E0

13E0

12E0

15E0

9E0

4E0

7E1

7E0

5E0

6E1

6E0

1.0619

1.0621

1.1131

1.4308

1.4309

1.4408

1.4409

1.4552

1.4581

1.4931

1.5419

1.5638

1.6220

1.7357

1.7365

1.7379

196,7

262,5

163,3

157,8

166,7

128,9

308,3

140,0

133,3

146,7

140,0

140,0

133,3

126,3

126,3

126,3

RT

196,7

262,5

160,0

—

—

124,0

308,3

133,7

124,5

135,4

130,0

128,7

123,3

—

—

120,4

50

196,7

262,5

150,6

—

—

116,1

308,3

123,3

110,0

116,7

113,3

110,0

106,7

—

—

110,5

100

193,4

262,5

141,1

—

—

108,0

308,3

115,0

103,3

106,7

101,7

98,3

95,0

—

—

101,3

150

186,8

260,0

131,6

—

—

100,0

300,0

106,7

96,7

96,7

90,0

86,7

83,3

—

—

92,1

200

96,7

86,7

76,7

76,7

73,3

73,3

—

—

76,3

300

91,7

84,4

73,3

73,3

66,7

68,3

—

—

71,1

350

86,7

80,0

70,0

70,0

60,0

63,3

—

—

68,4

400

—

—

86,8

—

—

81,6

—

—

78,9

184,2 181,6 173,7 165,8

256,7 253,3 250,0 246,7

126,3 121,1 113,2 105,3

—

—

93,4

293,3 286,7 273,3 260,0

101,7

91,7

86,7

83,3

80,0

78,3

—

—

84,2

250

114,7

225,0

100,0

—

—

76,3

206,0

83,3

76,7

66,7

68,0

53,3

58,3

—

—

43,7

450

71,6

70,7

61,6

—

—

44,7

Los valores que aparecen en las casillas sombreadas se aplican sólo si el contenido en carbono es 0,04% o superior.

Las tensiones admisibles se aplican a valores de espesor de pared de hasta 40 mm.

79,3

72,0

—

66,8

—

—

—

—

—

510

64,2

—

55,1

—

—

—

138,0 126,1

80,0

73,3

63,3

67,0

46,7

53,3

—

—

—

500

56,8

—

48,5

—

—

—

114,3

78,7

70,7

—

66,5

—

—

—

—

—

520

49,5

—

42,0

—

—

—

102,4

78,0

69,3

—

66,3

—

—

—

—

—

530

Tensiones admisibles f en N/mm2 a la temperatura t en ºC

Los valores de la resistencia mecánica del material se han seleccionado a partir de normas EN de materiales.

NOTA

Grupo de material

Material

Tabla A.1 Tensiones admisibles para acero moldeado

42,1

—

—

—

—

—

90,5

77,3

68,0

—

66,1

—

—

—

—

—

540

34,7

—

—

—

—

—

78,7

76,7

66,7

—

65,9

—

—

—

—

—

550

30,7

—

—

—

—

—

69,5

—

—

—

65,7

—

—

—

—

—

560

26,7

—

—

—

—

—

60,3

—

—

—

63,4

—

—

—

—

—

570

22,7

—

—

—

—

—

51,1

—

—

—

58,6

—

—

—

—

—

580

—

—

—

—

—

—

41,9

—

—

—

53,7

—

—

—

—

—

590

—

—

—

—

—

—

32,7

—

—

—

49,3

—

—

—

—

—

600

- 83 EN 12516-2:2004

3E1

8E0

8E2

7E0

8E1

8E3

7E1

7E0

7E1

11E0

10E0

10E1

14E0

13E0

12E0

12E0

15E0

15E0

4E0

7E1

7E2

7E1

7E0

7E1

5E0

1.0481

1.0486

1.0487

1.0488

1.0562

1.0565

1.0566

1.1104

1.1106

1.4301

1.4306

1.4311

1.4401

1.4404

1.4541

1.4550

1.4571

1.4580

1.5415

1.5637

1.5662

1.5680

1.6212

1.6228

1.7335

187,5

204,2

175,0

220,8

266,7

204,2

180,0

173,3

173,3

166,7

166,7

173,3

173,3

183,3

173,3

173,3

204,2

162,5

204,2

204,2

204,2

162,5

162,5

162,5

191,7

170,0

141,7

—

187,5

—

—

—

—

—

173,8

163,3

163,3

158,5

158,5

162,0

162,0

175,8

159,5

164,5

—

—

—

204,2

—

—

162,5

—

181,3

156,0

177,4

—

—

—

—

—

163,7

146,7

146,7

145,0

145,0

143,3

143,3

163,3

136,7

150,0

—

—

—

196,0

—

—

156,7

—

166,7

143,3

—

—

100

165,3

—

—

—

—

—

153,5

136,7

136,7

133,3

133,3

136,7

136,7

153,3

126,7

140,0

—

—

—

183,3

—

—

144,0

—

156,7

136,7

—

—

150

153,3

—

—

—

—

—

143,3

130,0

130,0

123,3

123,3

130,0

130,0

143,3

120,0

130,8

—

—

—

163,3

—

—

130,7

—

150,0

130,0

—

—

200

146,7

—

—

—

—

—

133,3

128,3

128,3

116,7

116,7

128,3

128,3

140,0

114,2

120,8

—

—

—

150,7

—

—

118,0

—

136,7

116,7

—

—

250

136,7

—

—

—

—

—

113,3

125,0

125,0

113,3

113,3

120,8

126,7

136,7

105,8

112,5

—

—

—

144,0

—

—

98,0

—

123,3

103,3

—

—

300

126,7

—

—

—

—

—

106,7

125,0

125,0

111,7

111,7

114,2

125,0

134,2

100,8

107,5

—

—

—

130,7

—

—

84,7

—

113,3

93,3

—

—

350

—

—

—

—

—

—

—

—

—

46,0

—

—

450

93,3

—

—

—

—

—

96,7

120,0 113,3

—

—

—

—

—

100,0

125,0 123,3

125,0 123,3

110,0 106,7

110,0 106,7

112,5 108,3

120,0 117,5

130,0 126,7

96,7

104,2 101,7

—

—

—

111,3

—

—

72,0

—

103,3

86,7

—

—

400

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

510

—

90,7

—

—

—

—

—

67,3

—

—

—

—

—

—

120,0 120,0

120,0 120,0

103,3 102,6

103,3 102,6

106,7 106,5

115,8 115,4

124,2

90,8

100,0 100,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

500

78,7

3E0

1.0425

—

50

1.7380 6E0 200,0 193,8 183,7 173,5 163,3 153,3 146,7 140,0 133,3 126,7 90,0 NOTA Los valores de la resistencia mecánica del material se han seleccionado a partir de normas EN de materiales. Las tensiones admisibles se aplican a valores de espesor de pared de hasta 40 mm. Los valores que aparecen en las casillas sombreadas se aplican sólo si el contenido en carbono es 0,04% o superior.

1E1

1.0038

RT

141,7

77,3

1E0

1.0037

68,7

62,7

—

—

—

—

—

—

120,0

120,0

101,9

101,9

106,3

115,1

—

90,5

100,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

520

60,0

52,0

—

—

—

—

—

—

116,6

116,6

101,3

101,3

106,1

114,7

—

90,3

100,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

530

Tensiones admisibles f en N/mm2 a la temperatura t en ºC

91,3

Grupo de material

Material

Tabla A.2 Tensiones admisibles para productos planos

—

—

—

—

—

—

—

—

113,3

113,3

98,2

98,2

105,9

114,4

—

90,2

100,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

540

—

—

—

—

—

—

—

—

110,0

110,0

94,7

94,7

105,8

114,1

—

90,0

100,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

550

—

—

—

—

—

—

—

—

106,7

106,7

86,0

86,0

—

113,7

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

560

—

—

—

—

—

—

—

—

102,7

102,7

78,7

78,7

—

105,3

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

570

—

—

—

—

—

—

—

—

94,0

94,0

71,3

71,3

—

96,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

580

—

—

—

—

—

—

—

—

85,3

85,3

64,0

64,0

—

86,7

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

590

—

—

—

—

—

—

—

—

77,3

77,3

57,3

57,3

—

78,7

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

600

EN 12516-2:2004 - 84 -

3E1

3E0

8E2

8E3

11E0

10E0

10E1

14E0

13E0

13E1

12E0

15E0

9E0

4E0

7E1

7E2

7E1

7E0

7E1

5E0

6E1

1.0426

1.0460

1.0477

1.0565

1.4301

1.4306

1.4311

1.4401

1.4404

1.4406

1.4541

1.4571

1.4922

1.5415

1.5637

1.5662

1.5680

1.6217

1.6228

1.7335

1.7366

266,7

183,3

195,8

175,0

212,5

266,7

195,8

183,3

291,7

150,0

156,7

193,3

163,3

170,0

166,7

153,3

166,7

204,2

162,5

166,7

186,7

146,7

166,7

158,0

162,5

202,7

150,0

136,7

163,3

143,3

143,3

173,3

138,7

146,7

291,7

176,0

163,4

162,5

204,2

160,4

147,0

165,4

160,0

155,8

185,8

149,9

148,7

291,7

183,3

173,3

230,0

261,2

—

—

—

—

— 183,3

—

—

—

—

130,0

179,1

—

—

—

140,4

100 —

223,3

163,3

—

—

—

—

—

163,3

291,7

136,7

130,7

163,3

136,7

136,7

153,3

126,7

140,0

189,3

156,7

144,0

156,7

123,3

—

150 —

218,0

160,0

—

—

—

—

—

150,0

286,7

130,0

124,0

153,3

130,0

130,0

143,3

120,0

130,8

170,0

137,3

126,7

150,0

116,7

—

200 —

215,3

153,3

—

—

—

—

—

136,7

276,7

128,3

118,0

150,0

128,3

128,3

140,0

114,2

120,8

156,7

124,0

113,3

136,7

106,7

—

250 —

214,7

143,3

—

—

—

—

—

120,0

260,0

125,0

111,3

145,8

120,8

126,7

136,7

105,8

112,5

144,0

104,7

100,0

123,3

96,7

—

300 —

210,7

133,3

—

—

—

—

—

113,3

253,3

125,0

107,3

140,8

115,8

125,0

133,3

100,8

107,5

130,7

91,3

86,7

113,3

90,0

—

350 —

204,0

126,7

—

—

—

—

—

106,7

240,0

125,0

104,0

136,7

112,5

120,0

130,0

96,7

104,2

111,3

78,7

73,3

103,3

83,3

—

400 —

184,0

120,0

—

—

—

—

—

103,3

220,0

122,3

101,7

134,2

109,6

117,9

127,1

93,3

102,1

—

—

46,0

—

46,0

—

450 —

91,3

—

—

—

—

—

62,0

157,3

120,0

99,3

131,7

106,7

115,8

124,2

90,8

100,0

—

—

—

—

—

—

500 —

77,3

—

—

—

—

—

49,3

141,3

119,5

99,0

131,5

106,5

115,4

—

90,7

92,2

—

—

—

—

—

—

510 —

78,7

3E0

1.0352

141,7

50 —

1.7383 6E0 206,7 195,4 176,7 166,7 156,7 153,3 146,7 136,7 130,0 123,3 90,0 NOTA Los valores de la resistencia mecánica del material se han seleccionado a partir de normas EN de materiales. Las tensiones admisibles se aplican a valores de espesor de pared de hasta 40 mm. Los valores que aparecen en las casillas sombreadas se aplican sólo si el contenido en carbono es 0,04% o superior.

1E1

1.0038

RT 141,7

—

1E0

1.0037

68,7

—

62,7

—

—

—

—

—

39,3

125,3

119,0

98,7

131,3

106,3

115,1

—

90,5

84,5

—

—

—

—

—

—

520 —

60,0

—

52,0

—

—

—

—

—

31,3

111,3

118,5

98,5

131,1

106,1

114,7

—

90,3

76,7

—

—

—

—

—

—

530 —

Tensiones admisibles f en N/mm2 a la temperatura t en ºC

75,3

Grupo de material

Material

Tabla A.3 Tensiones admisibles para productos forjados

52,0

—

40,7

—

—

—

—

—

—

98,0

118,0

98,2

130,9

105,9

114,4

—

90,2

69,0

—

—

—

—

—

540 —

45,3

—

32,7

—

—

—

—

—

—

85,3

117,6

94,7

130,8

105,8

114,1

—

90,0

61,3

—

—

—

—

—

—

550 —

38,7

—

26,7

—

—

—

—

—

—

74,0

111,3

86,0

—

—

113,7

—

—

—

—

—

—

—

—

—

560 —

34,0

—

22,0

—

—

—

—

—

—

63,3

102,7

78,7

—

—

105,3

—

—

—

—

—

—

—

—

—

570 —

29,3

—

—

—

—

—

—

—

—

54,0

94,0

71,3

—

—

96,0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

580 —

25,3

—

—

—

—

—

—

—

—

46,0

85,3

64,0

—

—

86,7

—

—

—

—

—

—

—

—

—

590 —

22,7

—

—

—

—

—

—

—

—

39,3

77,3

57,3

—

—

78,7

—

—

—

—

—

—

—

—

—

600 —

- 85 EN 12516-2:2004

EN 12516-2:2004

- 86 -

ANEXO B (Informativo) VALORES CARACTERÍSTICOS DE LAS JUNTAS DE ESTANQUIDAD Y LAS UNIONES

Las tablas B.1 y B.2 contienen valores característicos para el cálculo de uniones con bridas de acuerdo con esta norma. La utilización de asbestos está sometida a las leyes y directivas nacionales. La definición “junta de envolvente metálica” indica juntas combinadas. Los factores característicos para las juntas de estanquidad σVU, σVO en las columnas 3 y 4 de la tabla B.1 indican la tensión mínima requerida y máxima recomendada para las condiciones de montaje. El factor m es un factor de escala utilizado en el capítulo 10.

bD/hD

bD/hD

bD/hD

≥ 20 15 hasta < 20 10 hasta < 15 5 hasta < 10 ≥ 15 10 hasta < 15 7,5 hasta < 10 5 hasta < 7,5

≥5

Junta plana bD/hD 20 a 80 8 6 > 80 a 120 α = Ángulo de apertura del cono. Para la junta en forma de anillo f), α = 23º. Se deben introducir σVU, σVO o σBO para σ en función de las condiciones.

bD = 2 c ×

2

para formas e) a f) (con contacto por las dos caras)

bD

para la forma d) (junta lenticular, α = 70 ºC)

2

bD = c ×

La profundidad de sellado se calcula del siguiente modo, para formas a) a c)

Observaciones

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EN 12516-2:2004

- 94 -

Fig. B.1 − Profundidad de sellado Tabla B.2 Módulo de elasticidad equivalente de los materiales de la junta de estanquidad Material de la junta

It Caucho, blando (45 Shore-A) Caucho, duro (80 Shore-A) PTFE Grafito Junta corrugada Junta constituida por un arrollamiento en espiral Junta completamente encerrada Junta ranurada Hierro dulce, acero al carbono, acero de baja aleación Acero CrNi austenítico Al Cu

Módulo de elasticidad equivalente ED en N/mm2 a una temperatura de 20 ºC 200 ºC 300 ºC 400 ºC 500 ºC 1 000 hasta 1 500 — 2 200 — —

≈

30

—

—

—

—

≈

80

—

—

—

—

600 647 EDRT ≅ 5 000 8 000

45 (a 260 ºC) — —

—

—

—

— —

— —

— —

10 000

—

—

—

—

12 000

—

—

—

—

20 000

—

—

—

—

212 000

200 000

194 000

185 000

176 000

200 000 70 000 129 000

186 000 63 000 122 000

179 000 50 000 —

172 000 — 111 000

165 000 — 105 000

Para juntas no metálicas y con envolvente metálica, los valores anteriores se deberían verificar para las condiciones de servicio adecuadas.

- 95 -

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ANEXO C (Informativo) PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

El cálculo de la resistencia mecánica del cuerpo de la válvula con derivación, se realiza basándose en la consideración de equilibrio entre las fuerzas exteriores e interiores para las zonas sometidas a tensiones más elevadas. Se considera que éstas son zonas de transición entre los cuerpos básicos cilíndricos, esféricos o no circulares y la derivación. Para estos cálculos, el diámetro d0 y el espesor de pared e0 son los del cuerpo básico, y el diámetro d1 y el espesor e1 son los de la derivación. Se aplica la relación d0 ≥ d1. Para cuerpos básicos cilíndricos, como el de la figura C.1, la sección transversal I, situada en la sección longitudinal según el eje principal, presenta como norma general la tensión más alta, con una tensión principal media σ 1 . Sin embargo, si la relación entre la abertura de la boquilla y la del cuerpo básico es ≥ 0,7, se tienen que tener en cuenta las tensiones de flexión que aparecen en la sección perpendicular al eje principal (sección transversal II), por lo que también se calcula esta dirección.

Leyenda 1 Sección transversal I 2 Sección transversal II 3 Eje principal

Fig. C.1 − Secciones de cálculo de la resistencia mecánica de cuerpos de válvula con derivación

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- 96 -

En el caso de cuerpos de válvula no circulares con derivaciones, y en general en el caso de la acción de fuerzas adicionales en la dirección del eje principal, la tensión más alta a menudo suele darse en la sección transversal con la tensión principal media σ II (sección II). En estos casos, el cálculo se realiza para la sección longitudinal y la transversal (véase también la figura 8).

- 97 -

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ANEXO ZA (Informativo) CAPÍTULOS DE ESTA NORMA EUROPEA RELACIONADOS CON LOS REQUISITOS ESENCIALES U OTRAS DISPOSICIONES DE LA DIRECTIVA DE LA UE 97/23/CE

Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Cambio, y sirve de apoyo a los requisitos esenciales de la Directiva de Nuevo Enfoque 97/23/CE (DEP). Una vez que esta norma se cite en el Diario Oficial de la Unión Europea bajo esa directiva, y se implemente como norma nacional en, al menos, un Estado Miembro, la conformidad con los capítulos de esta norma indicados en la tabla ZA.1, dentro de los límites del objeto y campo de aplicación de esta norma, es un medio para satisfacer los requisitos esenciales específicos de la correspondiente Directiva y los Reglamentos de la AELC asociados.

Tabla ZA.1 Correspondencia entre esta norma europea y la Directiva 97/23/CE Capítulos/Apartados de esta norma europea

4 4 a 11

2.1 2.2.2

Generalidades Diseño para una resistencia adecuada - método de cálculo

4

2.6

Corrosión y otras acciones químicas

13

3.3

Marcas y etiquetado

6

4.2 a

Materiales

6

7.1.2

Tensión de membrana admisible

7.2.1

7.2

Coeficientes de resistencia de las juntas

ADVERTENCIA: Los productos incluidos en el campo de aplicación de esta norma pueden estar afectados por otros requisitos o Directivas de la UE.

EN 12516-2:2004

- 98 -

BIBLIOGRAFÍA

[1]

DIN 3840:1982-09, Armaturengehäuse; Festigkeitsberechnung gegen Innendruck.

[2]

ASME B 16.34, Valves. Flanged, threaded and welding ends; 1996.

[3]

M. Hillebrand, Festigkeitsverhalten ovaler Armaturengehäuse, Diplomarbeit, Universität Paderborn, Abt. Meschede, FB11, 1997.

[4]

G. Gaeller, G. Kauer, G. Osterloh, Festigkeitsberechnung von 3R international, 18. Jahrgang, Heft 6, Juni 1979, pp. 403 — 413.

[5]

L. Irmer, Festigkeitsverhalten ovaler Apparateflansche, Diplomarbeit, Universität Paderborn, Abt. Meschede, FB11, 1998.

[6]

S. Schwaigerer, G. Mühlenbeck, Festigkeitsberechnung im Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau, 5. Auflage, Springer, 1996.

[7]

O. Güldenberg, H. W. Klein, Vergleichende Untersuchungen zur Einführung der DIN EN 12516, Universität Paderborn, Abt. Meschede, 1999.

[8]

EN 10269:1999 − Aceros y aleaciones de níquel para elementos de fijación para aplicaciones a baja y/o elevada temperatura.

Armaturengehäusen

gegen

Innendruck,

- 99 -

UNE-EN 12516-2

ANEXO NACIONAL (Informativo)

Las normas europeas o internacionales que se relacionan a continuación, citadas en esta norma, han sido incorporadas al cuerpo normativo UNE con los códigos siguientes:

Norma Europea

Norma UNE

EN 19

UNE-EN 19

EN 1092-1

UNE-EN 1092-1

EN 1515-1

UNE-EN 1515-1

EN 1591-1

UNE-EN 1591-1

EN 13445-3

UNE-EN 13445-3

Dirección

C Génova, 6 28004 MADRID-España

Teléfono 91 432 60 00

Fax 91 310 40 32