Información técnica

Cálculo de vainas
Hoja técnica WIKA IN 00.15

Aplicaciones■■ El cálculo de vainas sirve para el indicar la resistencia adeterminadas cargas estáticas y dinámicas considerando
la temperatura y la presión de su aplicación.

Características■■ Cálculo de vainas conforme a ASME PTC 19.3 TW-2016

para vainas estándar de material sólido como servicio deingeniería■■ Si se exceden los límites de carga admisibles, pueden
deducirse posibles modificaciones constructivas de lavaina

Ilustración del cálculo de stress con una vaina en flujo
con presentación de la carga en la punta y en la raíz

Descripción
El cálculo de vainas de acuerdo a ASME PTC 19.3 TW-2016
se utiliza en vainas de barras sólidas perforadas, dediseño cónico, recto o escalonado, como por ejemplo en
los modelos TW10, TW15, TW20, TW25 y TW30, comoasimismo en vainas forjadas de una sola pieza.
Los datos de procesos necesarios para el cálculo según
ASME PTC 19.3 TW-2016 son:
Unidad SIImperialOtros

kg/m³

lb/ft³---Caudalm/s

Temperatura°C

Densidad del medio
Presión

Viscosidad dinámica 1)

bar

mm²/s

ft/s
°F

psi

ft/1000s---------cP

WIKA garantiza que el cálculo se realiza en base a a
ASME PTC 19.3 TW-2016. El usuario final es responsable
de asegurar que los datos de proceso reales coincidan con
aquellos en los que se basa el cálculo. En general, WIKA
no puede asumir garantía alguna por el resultado de loscálculos según ASME PTC 19.3 TW-2016. Los resultados
tienen carácter informativo.
Para las propuestas de modificaciones constructivas en casode exceder las cargas admisibles se necesitan también lossiguientes datos:■■ Diámetro interior de la pieza de conexión■■ Altura de la pieza de conexión (longitud blindada)■■ Diámetro interior y grosor de pared del tubo/depósito

1) Opcional para ASME PTC 19.3 TW-2016

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Informaciones básicas sobre ASME PTC 19.3 TW-2016
ASME PTC 19.3 TW-2016 se subdivide en resultadosdinámicos y estáticos.
En gases de baja densidad el límite de frecuencia típico esde rmax = 0,8. En otros medios gaseosos no está permitido
un funcionamiento uniforme en el rango r = 0,4 ... 0,6
alrededor de la resonancia en línea. En los medios líquidos,generalmente se utiliza en numerosas aplicaciones la nueva
frecuencia límite rmax = 0,4 para la resonancia en línea.
Resonancia en línea:r = 0,5 („drag oscillation“)

Resonancia principal:
r = 1 („lift oscillation“)

rmax

00,10,20,30,4rmax

0,50,60,70,80,91

r = fs/fn

Sección 6-8.2:
0,8

Gases de baja densidad NSC > 2,5 y Re < 105
Sección 6-8.3 und 6-8.4:
Estado de estrés cícl.

0,40,60,8

En todos los otros casos:
0,4

Los resultados dinámicos se evalúan mediante el factor
de atenuación NSC (el número de Scruton NSC tiene una
relación directa con la razón de frecuencias admisible rmax
entre la frecuencia de excitación fs y la frecuencia propia fn).
Simplificando, los medios gaseosos tienen un valor NSC > 2,5;
los medios líquidos normalmente tienen un valor NSC < 2,5.
En el cálculo, el Número de Scruton NSC depende del factor
de amortiguación intrínseca, de la densidad del material de lavaina, del medio y del diámetro de la punta y del orificio de lavaina.

Los resultados estáticos de ASME PTC 19.3 TW-2016 se
calculan a partir de la presión máx. admisible (dependiendode la temperatura de proceso y los datos geométricos de lavaina) y de la tensión de flexión en la zona de la raíz de lavaina. La tensión de flexión es causada por el flujo que incide
en la vaina en relación a la longitud protegida de la pieza deconexión con brida.

La decisión sobre la inclusión, también en medios líquidos,de la relación de frecuencias r < 0,8 como criterio de decisión
sobre el valor límite, depende del análisis de las tensiones
admisibles en el material de la vaina con las tensiones reales
en caso de resonancia. Además, se evalúa la resistencia delmaterial de la vaina a la flexión alternante (fatigue stress) enla zona de sujeción de la vaina.

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Soluciones en caso de excederse las relaciones de frecuencia rmax mediante
modificaciones de diseño
Si se excede la frecuencia límite máx. admisible rmax parala resonancia en línea o principal, se pueden efectuar las
modificaciones de diseño siguientes:a) Reducir la longitud de montaje
Eso es el método recomendado por ASME PTC 19.3
TW-2016 y el más eficiente para mejorar la relación defrecuencia r.
b) Aumento del diámetro de la raíz
Aumentando el diámetro de la raíz se reduce la frecuencia
propia fn, optimizando así la razón de frecuencias r.
c) Aumentar el diámetro de la punta
Aumentando el diámetro de la punta se reduce lafrecuencia de separación del vórtice fs, optimizando así larazón de frecuencia r.
d) Anclaje de apoyo
Anclajes de apoyo u otros dispositivos de soporte noestán incluidos en el alcance de la norma. Por lo general,
no se recomienda un soporte de la vaina mediante un
anclaje de apoyo, dado que un soporte fijo sólo puede
lograrse con una interferencia entre dicho anclaje y eltubo incorporado, véase ASME PTC 19.3 TW-2016,
puntos 6-7- (e). A petición del cliente puede utilizarse
un anclaje de apoyo, diseñándolo de tal forma que seasegure una interferencia con la conexión a proceso.
El diseño de la vaina cumple con los criterios de diseño
y cálculo de ASME PTC 19.3 TW-2016, los cuales sinembargo no están incluidos en el alcance de ASME PTC
19.3 TW-2016. La empresa operadora es responsabledel soporte estable del anclaje en la tobera, lo que puede
implicar un necesario retoque de dicho anclaje. ¡Por reglageneral, WIKA no asume responsabilidad alguna por
soluciones de anclajes de apoyo!

e) Diseño ScrutonWell®
El diseño ScrutonWell® se puede utilizar para vainas debarra con conexión bridada, versión Vanstone o también
para conexiones a proceso soldadas o atornilladas.
Este diseño permite una instalación sencilla y rápida
de la vaina in situ sin necesidad de realizar trabajos deseguimiento costosos y laboriosos y, al mismo tiempo,
reduce la amplitud de las oscilaciones en más deun 90 % 1). El diseño ScrutonWell® de WIKA ha sido
probado en laboratorio y aprobado por laboratorios
independientes, tanto de la Asociación de inspección
técnica (TÜV) NEL de Glasgow, como del Instituto deMecánica y Dinámica de Fluidos de la Universidad
Técnica de Freiberg.
Para más información, véase la hoja técnica SP 05.16.
Cálculo del diseño ScrutonWell® según
ASME PTC 19.3 - TW-2016■■ Carga de presión máxima permitida en relación a lasdimensiones orginales del bulbo.
■■ Esfuerzo de flexión máximo permitido en relación a lasdimensiones modificadas del bulbo.
■■ La parte dinámica no es necesario para los cálculospara la vaina, dado que la amplitud de oscilación seamortigua en más de un 90 %Vaina modelo TW10 con diseño ScrutonWell®

ASME PTC 19.3 TW-2016 no es aplicable a las vainas detubo (en versión soldada). Para recibir cálculos según
Dittrich/Klotter para vainas de tubo, póngase en contacto
con el personal de WIKA.

1) Journal of Offshore and Mechanics and Artic Engineering Nov 2011,número 133/041102-1, editor: ASME

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Realización de un cálculo de vaina estándar según ASME PTC 19.3 TW-2016
El diagrama de flujo simplificadomuestra la realización gradualde un cálculo de vaina estándar
según ASME PTC 19.3 TW-2016.
El diagrama se aplica solamentea discrepancias de la relación defrecuencias. Una lista completa
de los posibles códigos de fallos
se encuentra en el manual deinstrucciones de WIKA.
Debido a las diferentes
configuraciones de vainas en
combinación con diversos parámetrosde proceso, este método estándar nose puede aplicar a todos los cálculosde vainas.
Si con el método indicado no seconsigue un buen resultado, póngase
en contacto con el representante deventas WIKA para obtener asistencia,
ya que en tal caso se requiera una
solución técnica específica.

Cálculo de vainas según
ASME PTC 19.3 TW-2016

La vaina se encuentra
fuera del ámbitode aplicación dePTC 19.3 TW-2016

Sí¿Existenespecificaciones pararecubrimientos con Stellite,
superficies rugosas, anclajes de apoyo,
estructural espiraladas, perforaciones
graduales o diseños
diferentes de bulbo?

Diríjase al
representante deventas de WIKA paraobtener asistencia.

NoCálculo de vainas según
ASME PTC 19.3 TW-2016

Anclaje de apoyo
oDiseño ScrutonWell®

Sí¿Resultado
aprobado?
NoLongitud nosoportada propuesta(L) > longitud de la tobera +espesor de pared + 2"
(50 mm)SíNo¡ADVERTENCIA!
Si hay una situaciónde bucle, diríjase al
representante de ventas
de WIKA para obtenerasistencia.

Modificar longitud nosoportada para Lopt yrepetir el cálculo¿Resultado
aprobado?

SíNo¿Aumentar el diámetro dela punta y/o de la raíz yrepetir el cálculo?

¿Resultadoaprobado?

NoSíFIN del cálculo de vainas
Vaina aprobada

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Indicaciones para el diseño
Fijar la posición del primer anclaje de apoyo
La posición del anclaje de apoyo de la vaina se calcula delmodo siguiente: longitud de la tubuladura – 1" (25,4 mm)
Por ejemplo:
Longitud de la tubuladura 14" (355,6 mm). El 1er. anclaje deapoyo se encuentra a 13" (330,2 mm) de la superficie de labrida.

Longitud de la tobera

Longitud de la tobera

La longitud de la tubuladura está definida como la longitud
desde el diámetro exterior del tubo/de la tubería hasta la alturade la tubuladura (superficie de la brida o guarnición, etc.)

Cantidad y posición de los anclajes de apoyo
Si la posición del 1er. anclaje de apoyo es de solamente5" (127 mm), únicamente se requiere un anclaje de apoyo.
Si la posición del 1er. anclaje de apoyo es de 5" (127 mm) omás, se requiere un 2º anclaje de apoyo dividido en dos enla posición del 1er. anclaje. En el caso de una longitud detubuladura superior a 30" (762 mm) póngase en contacto
con su representantes de venta WIKA.
Ejemplo Nº 1: dos anclajes de apoyo
La longitud de la tubuladura es de 14" (356 mm). El anclajede apoyo 1 se encuentra a 14" (356 mm) – 1" (25,4 mm)= 13" (330 mm). Dado que este número es superior a5" (127 mm), se requieren dos anclajes de apoyo. Entonces13" (330 mm) / 2 = 6,5" (165 mm). El anclaje de apoyo 2 seencuentra a 6,5" (165 mm).
Ejemplo Nº 2: un anclaje de apoyo
La longitud de la tubuladura es de 4,5" (114 mm). El anclajede apoyo 1 se encuentra a 4,5" (114 mm) – 1" (25,4 mm) =3,5" (89 mm). Dado que este número es inferior a 5" (127 mm),se requieren un anclaje de apoyo.

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Anclaje de apoyo 2

Anclaje de apoyo 1

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Montaje típico en una tobera
DetalleEncaje sin juego entre
anclaje de apoyo ydiámetro interior de latubuladura≥ 45 mm (1,75")
12,7 mm (½")

“A”

“A”

ProcesoLongitud de montaje
cónica Uredvéase detalle

Anclaje de apoyo de 4 puntos

Corte A-A

Cálculo del diámetro exterior del anclaje de apoyo en base al tamaño y a la clase del tubo
NPS
1"
1 ½"
2"

UOM
pulgadamm

pulgadammpulgadamm

Diámetro exterior del anclaje de apoyo
SCH.10

SCH.40

SCH.STD

SCH.80

SCH.XS

SCH.160

SCH.XXS

28,126,926,924,6

24,6

21,0

15,5

1,107

1,692

43,0

2,167

55,0

1,059

1,620

41,1

2,077

52,8

1,059

1,620

41,1

2,077

52,8

0,967

1,510

38,4

1,949

49,5

0,967

1,510

38,4

1,949

49,5

0,825

1,348

34,2

1,697

43,1

0,609

1,110

28,2

1,513

38,4

Cálculo del diámetro máximo propuesto de la raíz en base al tamaño de la tubuladuray a la clase de tubo
NPS

UOM

Diámetro máximo de la raíz propuesto en el anclaje de apoyo

1"pulgada

0,938

1 ½"
2"mmpulgada

mmpulgadamm

SCH.10

SCH.40

SCH.STD

SCH.80

SCH.XS

SCH.160

SCH.XXS

23,822,222,220,620,617,512,7

1,500

38,11,875

47,6

Hoja técnica WIKA IN 00.15 ∙ 01/2019

0,875

1,375

34,9

1,750

44,50,875

1,375

34,9

1,750

44,50,813

1,250

31,8

1,625

41,30,813

1,250

31,8

1,625

41,30,688

1,125

28,6

1,500

38,10,500

1,000

25,4

1,250

31,8Página 6 de 7

Indicaciones para el diseño según ASME PTC 19.3 TW-2016
Descripción

Forma cónica y recta

Forma escalonada

Longitud de montaje L

63,5 mm (2,5")

609,6 mm (24")

127 mm (5")

609,6 mm (24")

46,5 mm (1,83")--Diámetro de agujero dMínimo

Máximo3,175 mm (0,125")

20,9 mm (0,825")

9,2 mm (0,36")

Diámetro de la punta B

0,58Razón de cono B/ARelación de longitud Ls/L

-Marcado

según ASME PTC
19.3 TW-2016

Longitud de montajeL

Diámetro de agujero

UdB

Diámetro de la punta B
Diámetro de la raízen hojas
técnicas deWIKAVAQ

0,875---

2-

3 mm (0,12")Grosor min. de pared (B-D)/d0,80,583

0,71

2

Relación sección L/B

-

0,5-

-

0-Máximo

6,7 mm (0,265")--

Relación de escalón B/A para B = 22,2 mm -0,166,1 mm (0,24")

1

Relación de escalón B/A para B = 12,7 mm Relación de taladro d/B

Mínimo0,63 mm (0,12")-Si las dimensiones de la vaina no coinciden con lasespecificaciones de ASME PTC 19.3 TW-2016 debido aespecificaciones efectuadas por el cliente o a aplicacionesespeciales, los resultados de cálculo sólo tienen carácter
informativo.
Por ese motivo WIKA no puede asumir ninguna
responsabilidad.

Preparación de los datos de cálculo
La tabla siguiente muestra a modo de ejemplo cómo sedeben preparar los datos de proceso y de la geometría en un
fichero Excel para proceder con el procesamiento en WIKA.
Ejemplo de una tabla con datos de cálculo para 6 puntos de medición
Nº pt.

Ten °C

TW-0301 220

TW-0303 220

TW-0305 235

TW-0307 220

TW-0309 235

04/2019 ES based on 01/2019 DETW-0311 400Pv

1,523,6

en bar en m/s

1,510

1030

31,525,719,6

13

8,931,9LeyendaNº pt.
Nº del punto de medición
TTemperatura
PPresiónv
Velocidad de circulaciónrho
Densidad del mediorho

en kg/m³

2,4

2,0

6,1

8,9

28,3

10,1L
Ød
ØA
ØB
Tt

Viscosidad
Modelodinám. en cP

0,013

0,017

0,015

0,014

0,013

0,017

TW10

TW10TW10TW10TW10TW10

Longitud de montaje
TaladroDiámetro de la raíz
Diámetro de la punta
Grosor del fondoDimensiones en mmL

250

250

250

355355355

Ød

ØA

8,525

8,525

8,525

8,525

8,525

8,525

ØB

19

19

19

19

19

19

Tt

6,46,46,46,46,46,4NID

38,338,338,338,338,338,3

NL

220

220

220

220

220

220

Material(EN)

1.44351.44351.44351.45711.45711.4571

NID
Diámetro interior de la pieza de conexión
NL
Longitud de la tobera
Modelo Tipo de vaina WIKA

© 03/2004 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, todos los derechos reservados.
Los datos técnicos descritos en este documento corresponden al estado actual de la técnica en el momento de la publicación.
Nos reservamos el derecho de modificar los datos técnicos y materiales.

Hoja técnica WIKA IN 00.43 ∙ 01/2019

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