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Discusión y Referencias
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API RP 1111 Design, Construction, Operation,
and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines (Limit State Design)
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Tablas y Estándares
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Tabla D-1 Specified Minimum Yield Strength
for Steel Pipe Commonly Used in Piping Systems
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Tabla A842.2.2-1 Design Factors for Offshore
Pipelines, Platform Piping, and Pipeline Risers
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Tabla 841.1.8-1 Temperature Derating Factor,
T, for Steel Pipe
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ASME B36.10M-Welded and Seamless Wrought
Steel Pipe
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ASME B36.19M-Stainless Steel Pipe
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Colapso debido a Presión Externa:
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La presión de colapso de la tubería debe exceder
la presión externa neta en todas partes a lo largo de la tubería de la
siguiente manera:
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Donde:
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fo es el factor de
colapso;
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foPc ≥ (Po-Pi)
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(9)
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= 0.7
para tubos sin costura o soldados por resistencia eléctrica (ERW);
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= 0.6
para tubería expandida en frío, como tubería soldada con doble arco sumergido
(DSAW);
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Pc es la presión de colapso de la tubería, en
N/mm² (psi).
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Las siguientes
ecuaciones se pueden usar para aproximar la presión de colapso:
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Pc =
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PyPe
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(10)
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Donde:
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(Py²+Pe²)
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½
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E
es el módulo de elasticidad, en N/mm² (psi);
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v
es la relación de Poisson;
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Py =
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2S
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(
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t
|
)
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(11)
|
Pe
es la presión de colapso elástico de la tubería,
en N/mm² (psi);
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D
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Py
es la presión de fluencia en colapso, en N/mm² (psi).
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|
La presión de colapso estimada por estas u otras
ecuaciones debe compararse con la presión hidrostática
|
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|
debida a la profundidad del agua para garantizar
que se elija un espesor de pared adecuado para el rango
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(
|
t
|
)
|
3
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|
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(12)
|
de profundidades del agua que se va a encontrar.
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Pe =
|
2E
|
D
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(1-v²)
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Pandeo debido a la
flexión y presión externa combinadas
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La deformación por
flexión y cargas por presión externa combinadas deben satisfacer lo
siguiente:
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ε
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+
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(Po-Pi)
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≤ g(δ)
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(13)
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Donde:
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εb
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fcPc
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fc es el factor de colapso
para uso con cargas combinadas de presión y flexión;
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valor recomendado para fc =
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fo
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ε =
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{
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g(δ) -
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(Po-Pi)
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}
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x εb
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g(δ)
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(fcPc)
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Para las condiciones
de instalación, se puede considerar factores de colapso más altos hasta 1.0.
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Independientemente
de la selección del valor de fc, las condiciones para el colapso en la ecuación (9)
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deben cumplirse.
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g(δ) factor de reducción del colapso =
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(1+20δ)ˉ¹
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δ Ovalidad =
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Dmax
- Dmin
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Dmax
+ Dmin
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Dmax es el diámetro máximo en cualquier sección transversal dada,
en mm (in.);
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Dmin es el diámetro mínimo en cualquier sección transversal dada,
en mm (in.).
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εb deformación por pandeo bajo flexión pura =
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t
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2D
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ε
es la deformación por flexión permisible en la
tubería [en presencia de presión externa];
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NOTA: La ecuación (13) es
aceptable para un D/t máximo = 50
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Para evitar pandeo, la
deformación por flexión debe ser limitada como sigue:
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ε ≥ f₁ε₁
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(14)
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ε1 es la deformación máxima por
flexión en la instalación;
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ε2 es la deformación máxima por
flexión in situ;
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ε ≥ f₂ε₂
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(15)
|
f1 es el factor de seguridad de
flexión por flexión en la instalación más presión externa;
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f2 es el factor de seguridad de
flexión por flexión in situ más presión externa;
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f₁, factor de seguridad de flexión por flexión de instalación más
presión externa:
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El factor de seguridad de 3.33 para la instalación
permite un gran aumento en la deformación por flexión antes de que se alcance
la tensión de flexión por
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pandeo crítica. Este factor de seguridad debe
seleccionarse en función de la estabilidad posicional de la gabarra durante
la colocación dinámica del tendido y
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|
el grado subjetivo de riesgo que se tolerará. Los
factores de seguridad más bajos pueden estar justificados para condiciones
excepcionales; por ejemplo,
|
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límites del equipo de tendido, restricciones
económicas u otros factores. (f1 = 3.33)
|
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|
ε₁, deformación máxima por flexión en la instalación;
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La deformación
máxima por flexión en la instalación se determina típicamente por análisis de
la instalación, limitaciones del equipo del contratista y
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|
especificaciones del propietario de la tubería. El
valor seleccionado de 0.15% se ha utilizado en numerosos proyectos de
tuberías. (ε1 = 0.0015)
|
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f₂, factor de seguridad de flexión por flexión in situ más
presión externa:
|
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|
El factor de seguridad de 2.0 para la operación
permite un aumento significativo de la deformación por flexión antes de que
se alcance la tensión de flexión
|
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|
por pandeo crítica. Este factor de seguridad se
reduce en comparación con el factor de seguridad de la instalación, ya que
las deformaciones por flexión
|
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|
máximas esperadas se pueden definir con mayor
precisión debido a las condiciones de contorno conocidas. En muchos casos, se
puede demostrar que las
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|
deformaciones de flexión en operación o in situ
son auto limitantes debido a la geometría de soporte. (f2 = 2.0)
|
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| |
|
ε₂, deformación máxima por flexión
in situ;
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El análisis de tuberías estructurales in situ y
las especificaciones del propietario de la tubería generalmente determinan la
deformación máxima de flexión en
|
|
| |
|
operación. El valor seleccionado de 0.15% es
típico para proyectos de tendidos de tuberías. (ε2 = 0.0015)
|
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