Tubi in pressione

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Ciao a tutti, avrei bisogno di un chiarimento, quando si deve dimensionare e poi verificare una tubazione, per ricavare le sollecitazioni si fa riferimento alle formule dei recipienti in parete sottile? La mia perplessità riguarda in particolar modo la tensione longitudinale dovuta, nei recipienti chiusi, alla presenza dei fondi. Nei tubi è presente questa sollecitazione e va considerata? La flessione del tubo e le deformazioni termiche si tengono in conto? Esiste una norma riguardo le tubazioni? Grazie anticipatamente.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Se un tubo è in pressione e il fluido è fermo hai 100% il comportamento teorico del recipiente in pressione in parete sottile.
Se il fluido è in movimento, in prima approssimazione è considerabile comunque come sopra.
Se le estremità son aperte, la pressione è molto più bassa e quindi l'effetto trazione della tubazione scende, anche se è sempre bene calcolare.
Se un tubo in S275 lo fai lavorare a -20⁰C oppure a 400⁰C non ha le stesse capacità di resistenza meccanica perché i materiali variano le caratteristiche meccaniche ed in funzione della temperatura.
Se le tensioni di flessione o torsione sono presenti e dello stesso ordine di grandezza delle tensioni di pressione vanno considerate.
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Grazie per il chiarimento, se il fluido è in movimento come si calcolano le tensioni? Con che criterio si combinano le tensioni generate dalla pressione e quelle di torsione o flessione? Grazie di nuovo
 

bip

Utente Junior
Professione: faccio funzionare le cose
Software: un grosso martello
Regione: un po' tutto il mondo
Se il fluido è in movimento, devi tener conto delle perdite di carico (la pressione non sarà unoforme) e di eventuali effetti cinematici se il flusso non è costante (ad ssempio il colpo d'ariete se chiudi velocemente una valvola).

Per combinare le tensioni dati dal flusso e dalla pressione con i carichi di torsione/flessione/trazione sui tubi dati dall'esterno, semplicemente sommi le tensioni, sfruttando il principio di sovrapposizione degli effetti, con particolare attenzione ai segni!
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
L'andamento delle tensioni su un tubo è:
1600506895719.png
Dove si ha che:
1600506907662.png
 

essebi

Utente Standard
Professione: ingegnere progettista
Software: Inventor Solidworks Creo MSC.NASTRAN
Regione: lombardia
per le tubazioni in pressione ci sono codici di calcolo specifici (ASME B31.3 per esempio); in generale è necessario tenere conto anche delle dilatazioni termiche, effetti dei supporti, azioni in corrispondenza delle connessioni flangiate... Ci sono anche software specifici per il calcolo.
 

Cadinpiedi

Utente poco attivo
Professione: Disegnatore
Software: Cocreate
Regione: Lombardia
Ma l'oggetto misterioso, recipiente chiuso in presone, fondi fissi e tubi che li collegano in cui circola un fluido, è uno scambiatore di calore? In tal caso varrebbero le norme PED per gli scambiatori con codici di calcolo VSR, TUV, ASME, Norme armonizzate tc. ampiamente coprenti le casistiche.
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Ciao, grazie a tutti per le risposte che mi avete dato e per i consigli utili a non commettere errori.
Ma l'oggetto misterioso, recipiente chiuso in presone, fondi fissi e tubi che li collegano in cui circola un fluido, è uno scambiatore di calore? In tal caso varrebbero le norme PED per gli scambiatori con codici di calcolo VSR, TUV, ASME, Norme armonizzate tc. ampiamente coprenti le casistiche.
Riguardo alla natura dell'oggetto misterioso, sto solo approfondendo l'argomento serbatoi/tubi, sul quale mi piacerebbe avere almeno un'infarinatura.
Avrei bisogno di un solo chiarimento: la tensione di taglio calcolate secondo la formula di meccanica mg come perchè è presente? Va considerata nel dimensionamento? Grazie di nuovo a tutti
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
In questa dispensa allegata c'è la trattazione completa analitica del problema.
 

Allegati

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paulpaul

Utente Standard
Professione: Macchinista
Software: Solid Edge, Autocad, Matlab
Regione: Parma
@Mattymecc

Ti porto un punto di vista "pratico" che però non prescinde assolutamente dalla teoria, che è quella che Meccanicamg ti ha linkato.
Ci tengo molto a precisare alcuni aspetti sui recipienti a pressione, in quanto si tratta di componenti delicati, potenzialmente molto pericolosi e sui quali c'è spesso grande confusione.

1. Per i tubi di impianti di processo si usano norme ben specifiche: la già citata ASME B31.3, che è la "bibbia" di tutto il dimensionamento del piping di processo (o la B31.1 per il piping legato ad impianti per la produzione di energia), e il suo alter ego europeo, ossia la EN 13480 e per alcuni aspetti la EN 13445, che però è più orientata ai recipienti, per i quali il tubo potrebbe essere un componente (es. scambiatori di calore a fascio tubiero). Qualcuno, più attempato e legato al mercato italiano usa ancora le vecchie norme italiane VSR. La scelta di tali norme è spesso imposta dal settore o dal cliente stesso nelle proprie specifiche, ma ricordati che una norma è SEMPRE di applicazione facoltativa (nessuno te la può imporre, a meno di non concordarlo in fase commerciale);

2. In tutte le norme sopra, parlando di tubi, la tensione assiale non viene considerata;

3. Il calcolo dello spessore a pressione statica (peraltro immediato) è "il meno", in quanto spesso ci sono molti altri fattori (corrosione, pulsazioni, azioni meccaniche esterne, tensioni termiche, ecc.) che le norme ti dicono come considerare (ed è qui che vengono in aiuto, ad esempio). In ogni caso, il primo passo è la determinazione dello spessore a pressione statica, che assume sempre la forma del "calcolo dello spessore di tubi in parete sottile" che trovi in letteratura, con successiva verifica della veridicità di questa ipotesi (e formule alternative nel caso);

4. Le perdite di carico non influenzano minimamente il calcolo strutturale: questo va fatto a pressione di progetto, che non può essere inferiore alla pressione di taratura del dispositivo di sicurezza associato a questo tratto di tubo;

5. Le norme citate sopra ti dicono anche quali materiali preferire, e quale sia la tensione ammissibile in funzione della temperatura (il range di temperatura è la seconda variabile indipendente del progetto): questo è veramente molto importante!

6. Le norme ti dicono anche altre cose importantissime: come eseguire i collegamenti (saldati, filettati, ecc.) e i controlli (distruttivi e non) da eseguire;

7. Qualcuno ha norminato la PED: non è una norma (non dice nulla su come si calcola un tubo) ma una Direttiva, recepita dai singoli stati, quindi obbligatoria (al contrario della norma) per poter marcare CE il tuo impianto e venderlo nell'UE. Questa Direttiva si limita a definire dei "requisiti essenziali di sicurezza" (RES, espressi a parole e non a formule) che tu devi dimostrare di soddisfare allestendo il "fascicolo tecnico" (come per ogni altra Direttiva peraltro), per esempio seguendo una norma o facendo calcoli indipendenti. Esistono delle norme EN, dette "armonizzate per una Direttiva" (EN 13480 e EN 13445 sono tali per la PED), seguendo le quali hai una "presunzione di conformità" ai RES della Direttiva, facilitandoti il compito.
Ovviamente, se non vendi in Europa, il marchio CE non è necessario, ma possono esserci altri vincoli (es. "U" stamp per il nordamerica o EAC TR CU 032 per Russia, Bielorussia e Kazakhistan) che obbligano ad utilizzare altri approcci. Per questo dico che le VSR italiane sono oramai anacronistiche...

Quanto sopra vale soprattutto per impianti di processo: per altre applicazioni ci possono essere norme diverse, mentre per altre potrebbero non esistere proprio (per questo motivo la teoria va saputa SEMPRE, le norme da sole non bastano): se devi calcolare una canna di un cilindro di un compressore, devi approcciare il tutto secondo la teoria che ti hanno linkato. Per inciso, un componente in pressione di una macchina non rientra generalmente in PED (ma nemmeno in "U" o EAC), in quanto ne viene esclusa espressamente l'applicazione alle macchine a fluido quali turbine, compressori, ecc.
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Ciao a tutti, grazie davvero a paulpaul per la sua spiegazione chiara e completa, posso chiedere se un dimensionamento che ho fatto è corretto? Vi ringrazio.
 

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paulpaul

Utente Standard
Professione: Macchinista
Software: Solid Edge, Autocad, Matlab
Regione: Parma
Ciao

non ho controllato tutti i calcoli ma mi sembra che il ragionamento sia didatticamente corretto: a volte nelle norme non si considera nemmeno la tensione radiale (ci sono in compenso altri fattori che tengono conto di sovraspessori di corrosione, efficienza delle saldature, dell'eventuale curvatura del tubo, ecc.).
Le assunzioni sullo spessore vanno fatte considerando i tubi commerciali disponibili: va verificato anche che la formula dei tubi in parete sottile sia applicabile (per EN 13480 ad esempio deve essere, se non ricordo male, De/Di <= 1,7).
 

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