Maestría en Diseño y Gestión de Procesos · 2026
Transporte de hidrógeno en tuberías industriales: diferencias estructurales definidas en los códigos ASME B31.12 y ASME B31.3
This thesis examines the structural implications associated with using industrial pipelines for the transportation of hydrogen, in comparison with natural gas, based on a systematic comparison between the ASME B31.12 and ASME B31.3 design codes. The work is framed within the context of the energy transition and the need to adapt existing infrastructure— particularly in Colombia—to meet decarbonization commitments, while simultaneously ensuring structural integrity, operational safety, and the technical feasibility of transporting H2 through pipelines. Methodologically, the research is structured into two main components. First, a detailed code-based review is conducted of the stresses considered by both standards and of key parameters such as the material performance factor, stress intensification factors, and flexibility factors.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 12
- MARCO CONCEPTUALp. 15
- Marco teóricop. 15
- Hidrógeno como elemento y vector energéticop. 15
- Infraestructura para el transporte de hidrógenop. 16
- Normatividad para la infraestructura de hidrógenop. 17
- ASME B31.12 (2019)p. 18
- ASME B31.3 (2018)p. 19
- Cumplimiento de los esfuerzos permitidos por la normap. 19
- Accesorios en un sistema de tuberías: Factor SIF y de flexibilidadp. 21
- Software de simulaciónp. 24
- Estado del artep. 24
- Producción de hidrógeno y clasificación por “colores”p. 26
- penalizacionesp. 31
- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓNp. 36
- OBJETIVOSp. 40
- Objetivo Generalp. 40
- Objetivo específico 1p. 40
- Objetivo específico 2p. 40
- METODOLOGÍAp. 41
- Metodología para abordar el objetivo específico 1p. 41
- Revisión de normativas ASME B31.12 y ASME B31.3p. 41
- Simulación por AutoPIPE Advancedp. 42
- Análisis de esfuerzo anular/circunferencialp. 47
- Metodología para abordar el objetivo específico 2p. 51
- desempeñop. 54
- Selección y organización de las unidades de contenidop. 52
- RESULTADOSp. 55
- ASME B31.12p. 61
- Escenario 1: Tubería sobre dos soportes con carga puntualp. 56
- Escenario 2: Tubería sobre dos soportes con carga puntual y válvulap. 66
- Escenario 3: Sistema de tuberías con codosp. 74
- Escenario 4: Sistema de tuberías con cabezales y ramalesp. 80
- Análisis de esfuerzo anular/circunferencialp. 47
- en la ASME B31.12 y ASME B31.3 y cómo abordarlas de manera efectivap. 107
- Primer bloque: comprensión de los esfuerzos en normativasp. 108
- Segundo bloque: comprensión de SIF y flexibilidad en sistemasp. 110
- Tercer bloque: análisis comparativo entre Apéndice D y ASME B31Jp. 112
- Cuarto bloque: Análisis de Presiones Máximas Admisibles (PMA)p. 115
- CONCLUSIONESp. 119
- TRABAJO FUTUROp. 121
- PRODUCTOS PUBLICADOSp. 123
- DISPONIBILIDAD DE DATOS E INFORMACIÓNp. 123
- REFERENCIASp. 124
- ANEXOSp. 130
- Figura 2.1. Componentes de tuberías estudiadosp. 22
- Figura 2.2. Orientación de los momentos para codos y ramificacionesp. 23
- Hydrogen Energy en los últimos 10 añosp. 26
- Figura 3.1. Emisiones de gases de efecto invernadero por sectorp. 36
- Figura 5.1. Boceto del sistema 1: Tubería apoyada a ambos extremosp. 43
- Figura 5.2. Boceto del sistema 2: Tubería empotrada a ambos extremos con válvulap. 43
- Figura 5.3. Boceto del sistema 3: Sistema de tubería con codos y soportesp. 45
- Figura 5.4. Boceto del sistema 4: Sistema de tuberías con cabezales y ramalesp. 46
- Figura 5.5. Combinaciones de todos los registros analizados para PMPp. 50
- Figura 6.1. Simplificación gráfica del escenario 1p. 56
- ASME B31.12p. 61
- Figura 6.3. Efecto Bourdon en una tubería restringida en ambos extremosp. 62
- ASME B31.12p. 61
- Figura 6.5. Simplificación gráfica del escenario 2p. 66
- Figura 6.6. Porcentaje de utilización escenario 2 para ASME B31.3 y ASME B31.12p. 68
- B31.3 y ASME B31.12p. 56
- Figura 6.8. Factor de amplitud de esfuerzosp. 73
- Figura 6.9. Diferencia porcentual de 𝑓 de ASME B31.12 respecto a ASME B31.3p. 74
- B31.12p. 54
- ASME B31.3 y ASME B31.12p. 55
- ASME B31.3 y ASME B31.12p. 55
- 20 del escenario 4 para ASME B31.3 y ASME B31.12p. 93
- acuerdo con la ASME B31.12p. 96
- B31.3p. 54
- B31.12 y ASME B31.3p. 103
- B31.12 y ASME B31.3p. 103
- Figura 6.18. Descubrimiento 1: Análisis básico de cargas normativasp. 108
- Figura 6.19. Guía para el estudiante descubrimiento 1p. 109
- Figura 6.20. Descubrimiento 2: Flexibilidad e inclusión de válvulap. 110
- Figura 6.21. Guía para el estudiante descubrimiento 2p. 111
- Figura 6.22. Descubrimiento 3: Flexibilidad e inclusión de codosp. 112
- Figura 6.23. Guía para el estudiante descubrimiento 3p. 113
- Figura 6.24. Descubrimiento 4: Flexibilidad e inclusión de bifurcacionesp. 114
- Figura 6.25. Guía para el estudiante descubrimiento 4p. 115
- Figura 6.26. Descubrimiento 5: PMAp. 116
- Tabla 2.1. Propiedades físicas del hidrógenop. 16
- Tabla 2.2. Códigos y normativas internacionales para la infraestructura de hidrógenop. 18
- Tabla 2.3. Esfuerzo permitido por los códigos ASME B31.12 y ASME B31.3p. 21
- Tabla 2.4. Factor de flexibilidad, 𝑘, y factor de concentración de esfuerzos, 𝑖p. 24
- Tabla 3.1. Análisis del problema: relación causa-efectop. 38
- Tabla 5.1. Nodos, longitudes y componentes del sistema 1p. 43
- Tabla 5.2. Nodos, longitudes y componentes del sistema 2p. 44
- Tabla 5.3. Nodos, longitudes y componentes del sistema 3p. 45
- Tabla 5.4. Nodos, longitudes y componentes del sistema 4p. 46
- Tabla 5.5. Materiales clasificados por rango de resistencia mínima especificadap. 48
- Tabla 5.6. Valores M𝑓 para tuberías de acero al carbonop. 50
- Tabla 5.7. Matriz de elementos estructurantes del cursop. 54
- Tabla 6.1. Resumen de resultados escenario 1 sin restricción axial (nodo 01)p. 61
- Tabla 6.2. Resumen de resultados escenario 1 con restricción axial (nodo 01)p. 64
- Tabla 6.3. Resumen de resultados escenario 2 (nodo 03)p. 69
- Tabla 6.4. Resumen de resultados escenario 2 con brida de junta solapada (nodo 03)p. 71
- Tabla 6.5. Factor de concentración de esfuerzos según el tipo de juntap. 72
- Tabla 6.6. Resumen de resultados escenario 3: sistema con codos (nodo 30 F)p. 79
- Tabla 6.7. Resumen de resultados escenario 4: sistemas con bifurcación (nodo 20)p. 84
- Tabla 6.8. Resumen de resultados escenario 4: sistemas con bifurcación (nodo 30)p. 88
- bifurcación (nodo 20)p. 93
- correspondiente PMAp. 97
- Tabla 6.11. PMA por tipo de material para diámetros de tubería NPS 4p. 102
- para una tubería NPS 4 STD y XSp. 106
- Ecuación 2.1p. 20
- Ecuación 2.2p. 20
- Ecuación 2.3p. 20
- Ecuación 2.4p. 20
- Ecuación 2.5p. 20
- Ecuación 2.6p. 21
- Ecuación 2.7p. 21
- Ecuación 2.8p. 21
- Ecuación 2.9p. 21
- Ecuación 5.1p. 49
- Ecuación 5.2p. 49
- Ecuación 5.3p. 50
- Anexo A. Resumen cumplimiento de los códigosp. 130
- Anexo B. Nomenclaturap. 130
- Anexo C. Base de datos de resultados y material de capacitaciónp. 132