Recipientes a Presion Final

7/27/2019 Recipientes a Presion Final

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RECIPIENTES A PRESION

ING. EN GAS Y PETROLEO

INDICE

ContenidoGENERALIDADES.................................................................................................................................. 5

*HISTORIA DEL CDIGO A.S.M.E.*.................................................................................................. 5

CLASIFICACIN DEL CDIGO A.S.M.E.............................................................................................. 5

CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1 ......................................................................................... 6

LIMITACIONES DE LA DIVISIN 1..................................................................................................... 7

Certificacin de Recipientes a Presin............................................................................................. 7

Marco Regulatorio en Bolivia ...................................................................................................... 8

Consideraciones del DS N25502................................................................................................. 8

SOCIEDADES E INSTITUTOS ............................................................................................................. 8NORMAS DE CALIDAD ISO ............................................................................................................. 10

INTRODUCCION......................................................................................................................... 10

QU SON LAS NORMAS ISO?................................................................................................... 10

ISO 9001. Sistema de calidad. ................................................................................................... 10

ISO 9002. Sistema de calidad............................................................................................. 10

ISO 9003. Sistema de calidad............................................................................................. 11

Normativa para Tanques de Almacenamiento .................................................................. 11

TIPOS DE RECIPIENTES................................................................................................................... 12

POR SU USO:.............................................................................................................................. 12

POR SU FORMA: ........................................................................................................................ 12

AP AR AT OS SO ME TI DOS A PRE SI ON (A SAP ) ......................................................................... 18

TIPOS DE TAPAS DE RECIPIENTES BAJO PRESION INTERNA .......................................................... 23

TAPAS PLANAS ....................................................................................................................... 23

TAPAS TORIESFERICAS:.............................................................................................................. 23

TAPAS SEMIELIPTICAS .......................................................................................................... 23TAPAS SEMIESFERICAS: ............................................................................................................. 23

TAPAS CONICAS ..................................................................................................................... 23

TAPAS TORICONICAS ............................................................................................................. 24

TAPAS PLANAS CON CEJA .................................................................................................... 24

TAPAS NICAMENTE ABOMBADAS:.......................................................................................... 24


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CRITERIOS DE DISEO ....................................................................................................................... 24

MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION................................................................................. 24

ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS........................................................................................... 24

CLASES DE MATERIALES. ............................................................................................................... 25

ACEROS AL CARBON .................................................................................................................. 26

ACEROS DE BAJA ALEACION ...................................................................................................... 26

ACEROS DE ALTA ALEACION...................................................................................................... 26

MATERIALES NO FERROSOS ...................................................................................................... 26

PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS MATERIALES PARA SATISFACER LAS CONDICIONES DE

SERVICIO........................................................................................................................................ 26

PROPIEDADES MECANICAS .................................................................................................. 26

PROPIEDADES FISICAS. .............................................................................................................. 27

PROPIEDADES QUIMICAS ..................................................................................................... 27

SOLDABILIDAD. .......................................................................................................................... 27

EVALUACION DE LOS MATERIALES SUGERIDOS............................................................................ 28

ACEROS RECOMENDABLES PARA DIFERENTES TEMPERATURAS .................................................. 28

CONCEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE ....................................................................................... 28

FILOSOFIA DE DISEO ................................................................................................................... 29

CATEGORIAS DE FALLAS TIPODE FALLAS - CARGAS....................................................................... 29

Categoras de fallas ................................................................................................................... 29

Tipo de fallas ............................................................................................................................. 30

COMPONENTES ESTRUCTURALES DE SOPORTES .......................................................................... 31

Consideraciones de diseo de soportes ......................................................................................... 32

Soportes de placa y carcasa. ......................................................................................................... 32

CRITERIOS DE DISEO EN RECIPIENTES............................................................................................. 33

DISCONTINUIDAD.......................................................................................................................... 35

COMPONENTES ESTRUCTURALES DE SOPORTES .......................................................................... 35Consideraciones de diseo de soportes ......................................................................................... 36

Soportes de placa y carcasa. ......................................................................................................... 37

EFICIENCIA DE JUNTAS SOLDADAS EN RECIPIENTES A PRESINFABRICADOS POR MTODOS DE

SOLDADURA .................................................................................................................................. 37

CONTROL DE DISEO. ................................................................................................................... 38


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ENTRADA DE DISEO ............................................................................................................ 38

SALIDA DE DISEO. .................................................................................................................... 38

REVISION DE DISEO ............................................................................................................ 38

CAMBIOS DE DISEO................................................................................................................. 38

ANEXO ........................................................................................................................................... 39

RECIPIENTES A PRESION DE ALMACENAMIENTO...................................................................... 39

RECIPIENTES A PRESION PEQUENOS ......................................................................................... 41

RECIPIENTES A PRESION DE TRANSPORTE................................................................................ 42

RECIPIENTES A PRESION ASME.................................................................................................. 43

BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................ 44


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INTRODUCCION

Un recipiente a presin es definido como un contenedor con un diferencial de

presi n en tre el i n t e r i o r y e x t e r i o r d e l m i s m o . L a p r e s i n i n t e r n a e s

usualmente ms alta que la externa, excepto algunas s ituaciones ais ladas. El

fl ui do de nt ro de l re cipie nt e pu ed e exp eri me nt ar un c a m b i o d e e s t a d o c o m o e ne l c a s o d e c a l d e r a s d e v a p o r , o p u e d e c o m b i n a r s e c o n o t r o s r ea ct iv os c om o

en el caso de reactores qumicos. Los recipientes a presin a menudo poseen una

combinacin de altas presiones junto con altas temperaturas y en algunos casos

fl ui do s in fl amabl es o ma te ri al es al ta me nt e rad io ac tiv os . De bi do a est os pe lig ro s es

imperativo que el diseo sea tal que ninguna fuga pueda ocurrir. Adems estos

recipientes tienen que ser cuidadosamente diseados para hacer frente a

las presiones y temperaturas de operacin. Debe tomarse en cuenta que la ruptura

de un recipiente a presin tiene un potencial para causar lesiones fsicas extensivas

y da os inf ra es truc tur al es . La seg uri da d e int eg ri dad de la pl an ta so n de int er s

fu nd am en tal en el di se o de re cip ien tes a pr esi n y es to de pe nd e de la ad ecu ac i nd e l o s c d ig o s d e d ise o . L o s rec ip ien tes a pres i n so n ampl iamen te u sad o s

en la in dus tr ia de l gas , qu mic a, petrolera, petroqumica y nuclear. Los mismos

se utilizan para el transporte, produccin, manipulacin, almacenamiento y

proc es os de tra ns fo rmac in de lq ui do s y gas es . Su us o se ha exp and ido al re de do r

del mundo. En la industria del gas natural usualmente se trabaja con recipientes a

presi n qu e son di se a do s basad os en no rm as y c di go s, si n emb ar go el di se ad or

debe considerar otros factores que afecten la integridad y seguridad tanto de los

recipientes como del personal que labora en la planta. Este informe se realizar

mediante una investigacin de tipo documental sobre los criterios de diseo,

configuracin estructural de equipos y recipientes presurizados con la finalidad

d e e v a l u a r c a d a u n o d e l o s p a r m e t r o s q u e c o m p r e n d a n e l d i s e o d e l o s

mismos y l as fallas que pueden prese ntar estos, las cuales regul armente no son

considerada sin el diseo del equipo. La importancia de evaluar todos estos

criterios en conjunto radica en ofre ce r pa r met ros que co nt rib uya n a

al arg ar l a v id a t i l d e l rec ip ien te y g aran t iz ar l a seg u rid ad e in teg r id ad d e

stos, para as evitar accidentes o eventualidades que puedan afectar e l

f a c t o r d e s e r v i c i o d e u n a p l a n t a q u e o p e r e

co n rec ip i en t es d e est e n d o l e . Para est o se realizar u na evalu aci n d e l os

criterios de diseo y configuracin estructural de recipientes a presin


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GENERALIDADES

*HISTORIA DEL CDIGO A.S.M.E.*A fin de 170 0, sob re sal e el us o de ca ld er as y la ne ce si da d de pr ot ege r al pe rs on al

de fallas catastrficas. Las calderas para generacin de vapor con presiones

mayores a la atmosfrica. El descuido y la negligencia de los operadores, las fallasde diseo en las vlvulas de seguridad, inspecciones inadecuadas producen muchas

fa lla s y exp lo si on es de ca ld er as en lo s Es tad os Un id os y Eu ro pa .

En junio de 1817, el comit del consejo de Filadelfia expone las explosiones de

calderas de barcos. Este comit recomienda que se establezca un Instituto

Legislador y se reglamenten las capacidades de presin, instalacin adecuada a la

vlvula de alivio e inspeccin mensual.

En 1911, debido a la falta de uniformidad para la fabricacin de calderas, los

fabr ic an tes y us ua ri os de ca ld er as y re ci pi ent es a pr es in re cur ri ero n al co ns ej o de

la A.S.M.E., para corregir esta situacin.

En respuesta a las necesidades obvias de diseo y estandarizacin, numerosas

sociedades fueron formadas entre 1911 y 1921, tales como la A.S.A. (Asociacin

Ameri can a de Est nd ar es) ah or a AN SI (I ns ti tut o Ameri can o de Es tn da re s

Nacionales) el A.I.S.C. (Instituto Americano del Acero de Construccin) y la A.W.S.

(Sociedad Americana de Soldadura).

Los cdigos estndares fueron establecidos para proporcionar mtodos de

fabr ic ac i n, re gi st ro s y re po rt ar datos de di seo .

CLASIFICACIN DEL CDIGO A.S.M.E.Seccin I Calderas de Potencia

Seccin II Especificacin de Materiales

Seccin III Requisitos generales para Divisin 1 y Divisin 2

Seccin IV Calderas para Calefaccin

Seccin V Pruebas no Destructivas

Seccin VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operacin de

Las Calderas de Calefaccin

Seccin VII Gua y recomendaciones para el cuidado de Calderas de

Potencia


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Seccin VIII Recipientes a Presin

Seccin IX Calificacin de Soldadura

Seccin X Recipientes a Presin de Plstico reforzado en fibra de

Vidrio

Seccin XI Reglas para Inspeccin en servicio de Plantas Nucleares

CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1En esta parte del cdigo se establecen los requerimientos mnimos para el diseo,

fabr ic ac i n e inspec ci n y pa ra ob ten er la ce rt ifi cac i n aut or iza da de la AS ME

pa ra los re ci pi en tes a presi n .

En base a esto se ha di vidido en:

Subseccin A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.

Subseccin B. Requerimientos de fabricacin

Parte UW.- Para recipientes que sern fabricados por soldadura.

Parte UF.- Para recipientes que sern fabricados por forjado

Parte UB.- Para recipientes que sern fabricados utilizando un material de relleno

no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"

Subseccin C. Requerimientos de materiales

Parte UCS.- Para recipie ntes construidos con acero al carbn y de baja aleacin.

Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos.

Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido.

Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento

tipo "lining".

Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dctil.

Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensin

mejoradas por tratamiento trmico.

Parte ULW.- Para los fabricados por el mtodo de multicanas.

Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles ms

altos a bajas temperaturas.


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LIMITACIONES DE LA DIVISIN 1 La presin deber ser menor a 3000 psi.

Calentadores tubulares sujetos a fuego.

Recipientes a presin que son parte integral de componentes de sistemas de

tubera

Sistemas de tuberas.

Componentes de tubera.

Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua,

que utilizan aire como elemento originador de presin.

Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes caractersticas:

Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h)

Temperatura del agua de 99 c (210f)

Capacidad de 454.3 lt (120 galones)

Recipientes sujetos a presin interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm(15psi)

Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de dimetro.

Certificacin de Recipientes a Presin La certificacin de recipientes a presin es la accin documentada en la cual se

verifica que el recipiente a presin a cumplido con todos los requerimientos del o

los cdigos aplicables, a lo largo de la vida t il del mismo.

Todo mecanismo de certificacin metodolgicamente establece las competencias

de la autoridad certificadora en todas las etapas de la vida del recipiente. El mecanismo de certificacin generalmente tiene que estar respaldado por un

cuerpo de leyes de una regin geogrfica o ser aceptado por el medio donde se

utilizara el recipiente como una prctica recomendada por medio de contrato

pr iva do de se rvi ci o.


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Marco Regulatorio en Bolivia El estado de Bolivia ha establecido los requerimientos para todos los aspectos

que rigen la vida til de recipientes a presin en refineras, plantas petroqumicas

y un id ade s de pr oc eso me di an te el De cre to Sup re mo N 255 02 .

Este decreto tiene una modificacin establecida en el Decreto Supremo N 25638,en el cual establece que las empresas privadas que compraran las facilidades del

estado contemplados en el proceso de privatizacin de YPFB, tienen que adecuarse

a lo establecido en el Decreto Supremo N 25502.

Consideraciones del DS N25502 El decreto supremo N 25502 establece una serie de marcos normativos y

regulatorios para garantizar con el mayor nivel de seguridad posible, que las

instalaciones petroleras en territorio boliviano operen adecuadamente.

Esta ley se apoya en estndares, cdigos de construccin y practicas

recomendadas por instituciones internacionales que se citan por especialidad como

el ASME, API, AISC, AWS, NFPA, etc. Si se utiliza algn cdigo o estndar que no

est citado en esta ley expresamente, este tiene que brindar igual o mayor nivel de

seguridad y de exigencia para garantizar la adecuada operacin de las facilidades

pe tr ol era s.

Las instrucciones para la fabricacin de recipientes a presin se encuentran

establecidas en el Anexo A Seccin IV.

La seccin IV establece literalmente que: Los recipientes para fluidos de alta

presi n de be n se r di se ado s, fa br ic ad os , ins pec cio nado s y pro ba do s de ac ue rd o co n

las normas ASME para Calderos y Recipientes de Presin, Seccin VIII, Divisin 1 o

2 , AP I 510 o eq uival en te s.

Las instrucciones para la inspeccin de recipientes a presin se encuentran

establecidas en el Anexo B Seccin VI.

La seccin VI establece literalmente que: las instalaciones tendrn un programa

de inspeccin basado en la normas API 12R1, 510, 570, 572, 573, 574, 575, 576, 598

y 65 3 o equ iv al ent es y se in cl ui r n di se os y re gi st ro s de lo s ma te ri al es ,

condiciones de operacin y registros de observaciones de la inspeccin.

SOCIEDADES E INSTITUTOSA. W. S. (Ame ric an Wel di ng So cie ty )

Proporciona la informacin fundamental de soldadura, diseo de soldadura,

calificacin, pruebas e inspeccin de soldaduras, as como una Gua de la

aplicacin y uso de la soldadura.

A. I. S. C. (A me ri can In sti tu te of St ee l Co ns tr uc ti on)


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Fundado en 1921, su primer manual surgi en 1926, proporciona una Gua y cdigo

pa ra ma ximiz ar la efi cie nc ia de l di se o de ac ero est ru ct ur al y se gu rid ad .

El cdigo A.I.S.C. contiene ecuaciones de diseo, criterios de diseo y diseos

pr c tic os pa ra ac ero est ru ctu ra l. Su us o es re co me nd ad o pa ra el di se o de

edificios, puentes o cualquier estructura de acero, incluyendo aquellas que sirvancomo soportes rgidos de tubera.

A. N. S. I. (A me ri ca n Nat io na l St an da rd In sti tu te )

Inicialmente establecida en 1918 como A.S.A. (American Standard Association)

cambio su nombre en 1967 a U.S.A.S.I. (U.S.A. Standard Institute) y en 1969 cambioa A.N.S.I.

No todos los estndares de U.S. son directamente resueltos por A.N.S.I. El A.S.M.E.,

A. W. S., y nu me ro sas or gani za cio ne s de fi ne n los es tn da re s y c di go s aplic ab le s a la

tubera.

A. N. S.I . clas if ic a la ap li ca ci n de l si ste ma de tub er as , bri das , pe rn os , ro sc as ,

vlvulas.

A. S. M. E. (A me ric an So ci et y of Me ch an ic al Eng in ee rs )

En 1913, en comit edit el primer reporte preliminar de 2000 ingenierosmecnicos, profesionales e inspectores de seguros.

En 1914, se edit la seccin 1 del cdigo A.S.M.E., uno de los primeros cdigos y

estndares en U.S.

El comit recomienda el cdigo para calderas y recipientes a presin as como el

estndar para construccin y cdigo de inspeccin.

A. S. T. M. (Ame ric an So cie ty fo r Te sti ng an d Ma te ri als)

Fue fundada en 1898 para desarrollar los estndares de la caracterstica yeficiencia de los materiales, productos, suministros de servicios y producir lo

relativo a su comportamiento.


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NORMAS DE CALIDAD ISO

INTRODUCCION.Este estndar internacional es uno de los tres estndares internacionales

relacionados con los requerimientos de calidad, los cuales pueden ser utilizados

pa ra pr op s it os de as eg ur amie nt o de cal id ad es ta bl ec id os po r los tre s est nd ar esinternacionales mencionados.

QU SON LAS NORMAS ISO?Las normas ISO 9000 son normas de "calidad" establecidas por la Organizacin

Internacional para la Estandarizacin (ISO) que se componen de estndares y

gu a s re la ci on ad os con sis tem as de ge st in , aplic ab le s en cua lq ui er tipo de

organizacin y de herramientas especficas como los mtodos de auditora (el

proc es o de veri fic ar qu e los si st ema s de ge st in cum pl en co n el est nd ar ).

Su implantacin en las empresas, aunque supone una cierta dedicacin, ofrece unagran can tid ad de ve nt ajas. Lo s pr inc ipal es be ne fi cio s son :

Reduccin de rechazos e incidencias en la produccin o prestacin del servicio

Aumento de la productividad

Mayor compromiso con los requisitos del cliente

Mejora continua

Ms fcil acceso a grandes clientes y administraciones pblicas

Mayor y mejor acceso a los mercados internacionales

La familia de normas apareci por primera vez en 1987 teniendo como base una

norma estndar britnica (BS), y se extendi principalmente a partir de su versin

de 1994, estando actualmente en su versin

ISO 9001. Sistema de calidad.Modelo de aseguramiento de calidad en diseo, desarrollo, produccin, instalacin

y se rv ic io . Para usa rs e cuand o la co nf ormi da d de re qu er im ient os es pe ci fi ca do s

debe ser asegurada por el proveedor durante el diseo, desarrollo, produccin,

instalacin y servicio.

ISO 9002. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad enpr odu cc in , in st alacin y ser vi ci o.

Para usarse cuando la conformidad de requerimiento especificado debe ser

asegurada por el proveedor durante la produccin, instalacin y servicio.


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ISO 9003. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad enpr ue ba de in spe cc i n fi na l.

Normativa para Tanques de Almacenamiento.

Para el clculo, diseo y construccin de estos equipos existen varias Normas yCdigos, pero las ms difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las

del American Petroleum Institute (API), siendo los estndares aplicables los

siguientes:

AP I St an da rd 62 0 (1 99 0) : es apl ic ab le a gr an de s ta nq ue s ho ri zo nt al es o ve rt ica le s

soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a

2. 5 ps ig y a tem pe rat ur as no superi or es a 93C

AP I St an da rd 65 0 (1 99 8) : es apl ic ab le a gr an de s ta nq ue s ho ri zo nt al es o ve rt ica le s

soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a

1.5 psig y a temperaturas no superiores a 121C

AP I Spe cif icat ion 12D : es ap li cab le a ta nq ue s ho ri zo nt al es o ve rt ic al es sol dado s en

el campo para almacenaje de lquidos de produccin y con capacidades

estandarizadas entre 75 y 1500 m3

AP I Spe cif ic at ion 12F : es ap li cab le a tan qu es ho ri zo nt al es o ver tic al es so ldado s en

taller para almacenaje de lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas

entre 13.5 y 75 m3

AP I St an dar d 653 (1 99 1) : es apli ca bl e a la in sp ecc i n, re pa rac i n, al ter ac in

desmontaje y reconstruccin de tanques horizontales o verticales, basndose en las

recomendaciones del STD API 650. Recomienda tambin la aplicacin de las

tcnicas de ensayos no destructivos aplicables.

Existen otras normas:

AS ME , Bo ile r an d Pr es sure Vess el Co de (e di th 200 1) , Se cti on VI II y X: es apl ic ab le

pa ra el di se o de di fere nt es re cipi ent es y tan qu es tan to cil n dr ic os , esf r ico s com o

de seccin rectangular. Se trata de los estndares ms reconocidos mundialmente

en este campo de aplicacin

Underwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de acero

de diferentes diseos soldados en taller para almacenaje de lquidos inflamables y

combustibles


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British Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilndricos horizontales de

acero al carbono soldado

BS 4994: comprende las especificaciones para el diseo y construccin derecipientes y tanques en plsticos reforzados

BS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y

tanques con materiales polimricos

AS TM D 32 99 / 40 21 / 40 97: co mpre nd e la s esp ec if icac ion es pa ra tanq ue s pl s ti co s

reforzados con fibra de vidrio

TIPOS DE RECIPIENTESExisten numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas industriales o

de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias que se

dirigen o convergen de algn proceso, este tipo de recipientes son llamados en

ge ne ra l ta nq ue s. Lo s dif ere nt es ti po s de re ci pi en te s qu e exi st en, se cla si fi ca n de la

siguiente manera:

POR SU USO:Los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientes de procesos.

Los primeros nos sirven nicamente para almacenar fluidos a presin y de acuerdo

con sus servicios son conocidos como tanques de almacenamiento, tanques de da,

tanques acumuladores, etc.

POR SU FORMA:Los recipientes a presin pueden ser cilndricos o esfricos. Los primeros son

horizontales o verticales y pueden tener en algunos casos, chaquetas para

incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos segn sea el caso.

Los esfricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se

recomiendan para almacenar grandes volmenes esfricos a altas presiones. Puestoque la forma esfrica es la forma natural que toman los cuerpos al ser sometidos a

presi n in te rn a esta se r a la fo rm a m s eco n mi ca par a al ma cena r fl ui do s a

presi n si n emb arg o en la fa br ic ac i n de est os es mu cho m s ca ra a co mp ar ac in

de los recipientes cilndricos.

Los tipos ms comunes de recipientes pueden ser clasificados de acuerdo a su

ge ometr a como:


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Recipientes cilndricos.Se usan como depsitos para contener una reserva suficiente de algn producto

p a r a s u u s o p o s t e r i o r y / o c o m e r c i a l i z a c i n , o p a r a e l d e s a r r o l l o d e

al g n proceso como evaporacin, enfriamiento, etc. En la figura 17 se muestra un

tanque cilndrico

Cilindros combinados.Se utilizan en procesos especiales, como por ejemplo reactores de plantas de

desintegracin cataltica u otro proceso petroqumico. En ellos juega un papel

i m p o r t a n t e l o s p r o c e d i m i e n t o s , y a q u e s e d e b e n a d a p t a r l a s p l a n c h a s alas formas ms convenientes para los procesos y los componentes internos.


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Recipientes esbeltos.S o n r e c i p i e n t e s e n d o n d e s u l o n g i t u d e s m u c h o m a y o r a s u

dimetro. Como ejemplo tpico se muestran en la figura 19, las torres de

fr ac cio na mi ent o de l qu id os de l ga s na tur al . Se pu ed en ten er to rre s de ha st a 250

pi es de al tur a. Su al tu ra se de be a qu e con tie ne n un a gr an ca nt id ad de pl at os de

donde se obtienen los diferentes derivados.

Recipientes esfricos.Se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se recomiendan para

almacenar grandes volmenes a altas presiones. Puesto que en la forma esfrica la

distribucin de los esfuerzos es menor que en la cilndrica debido a que el rea de

l a m i s m a e s m a y o r , y a d e m s e s l a f o r m a n a t u r a l q u e t o m a n l o s c u e r p o s

a l s e r s o m e t i d o s a p r e s i n i n t e r n a , e s t a s e r a l a f o r m a m s e c o n m i c a

p a r a a l m a c e n a r f l u i d o s a p r e s i n . S i n e m b a r g o , l a f a b r i c a c i n d e e s t o s e s


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mu cho ms cara en co mparaci n a l o s rec ip ien tes c i l n d r ico s . L as

capacidades y presiones utilizadas varan grandemente. En la figura 20 se

muestran esferas presurizadas utilizadas para almacenamiento de lquidos del gas

natural a la temperatura ambiente, y en volumen no mayor de 20000 barriles para

presi on es de 5 ps i.

Recipientes para almacenamiento de lquidos inflamables o combustibles podrn

ser de los siguientes tipos:

Recipientes Atmosfricos. Por lo general estos equipos estn diseados y equipados

pa ra al macena r pro du ct os . Us ua lm ent e so n em pl ead os com o ta nq ue s de

configuracin cilndrica vertical con

rangos en tamaos desde pequeos recipientes, fabricados en taller, hasta tanquesmuy grandes, fabricados en campo. Se encuentran en esta clasificacin tanques

apernados y ocasionalmente, tanques soldados rectangulares .Los tanques

atmosfricos pueden ser construidos bsicamente con techo cnico y techo flotante.

Los tanques de techos cnicos tienen un techo fijo sobre la superficie del lquido a

almacenar y son completamente cerrados usualmente contienen una concentracin

de vapores del lquido almacenado. Por lo general son destinados al

almacenamiento de productos de volatilidad moderada como el gasoil o el

queroseno


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Los tanques techo flotante tienen un techo que flota sobre la superficie del

lquido previniendo as prdidas por evapor acin. Estos tanques cuentan con unpo nt n o tec ho int er no qu e flo ta al nive l de l l qu id o re duc ie ndo la ev aporaci n del

prod uc to . Se ut il iza n en pr od uc to s al tam en te vo l ti le s co mo la s ga so li na s .

Recipiente Atmosfricos a baja presin (0,5 a 2,5 psi).Son normalmente usados para almacenar productos con una

presi n in tern a cerc an a a la at mo sf ri ca per o no ma yo r de 2, 5 ps i. Su for ma es ge ne

ralmente cilndrica y un techo en forma de domo. Estos tanques son utilizados para


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almacenaje refrigerado de gas licuado y gases que se licuan a la presin

atmosfrica. Para los p rimeros, se utiliza un si stema de chiller s para bajar su

temperatura de punto de ebullicin a la presin atmosfrica. Los tanques

refrigerados normalmente operan a presiones externas entre 0,5 a 2,0 psi.

Generalmente, se utiliza este tipo de almacenamiento para los productos como el

gas li cuad o de pe tr le o, en la fi gu ra 23 se mu est ra un ta nq ue pa raalmacenamiento de isobutano.

Recipientes Atmosfricos a media presin (2,5 a 15 psi).Estos tanques son utilizados para almacenar productos de alta volatilidad y que no

pu ed en ser al ma ce na dos en tan qu es de ba ja pr esi n . La fo rm a pu ede se r cil n dr ic a

con piso plano y techo en forma de domo. Se pueden construir tanques cilndricosverticales con tejados escalonados o de cpula, que funcionan a presiones por

encima de varios cientos de pascales (de unas cuantas libras por pi e cu ad ra do );

p e r o q u e s e a c e r c a n t o d a v a b a s t a n t e a l a p r e s i n a t m o s f r i c a , s e g n l a s

especificaciones de la norma API 650. Un ejemplo de recipiente de media presin se

muestra una esfera en la figura 24 para almacenar pentano a 2,5 psi.


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Recipientes Atmosfricos a alta presin (por encima de 15 psi)Diversidad de recipientes utilizados en procesos de plantas y almacenamiento

presu riz ado , so n m u y v a r i a d o s e n c u a n t o a s u f u n c i n e n e l p r o c e s o , s uf o r m a , d i m e n s i o n e s , r a n g o s d e pr es ion es y te mpe ratur as de trabaj o. So n

diseados para presiones externas o internas desde15psi hasta 3000 psi o ms.

Como ejemplo tpico de estos recipientes tenemos los separadores, los

intercambiadores de calor, evaporadores, reactores, tambores de reflujo, tambores

de mechurrios, balas de almacenaje, filtros, torres secadoras, fraccionadoras,

esferas, etc.

APARATOS SOMETIDOS A PRESION (ASAP)

Definicin :


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Se considera Equipos Sometidos a Presin a todo recipiente que contenga un fluido

sometido a una presin interna superior a la presin atmosfrica.

Segn la resolucin 1126/07, se consideran aparatos a presin todos aquellos

recipientes que se encuentren sometidos a presin interna y renan cualquiera de

las siguientes caractersticas:a) Con fuego: Volumen mnimo 200 litros y/o presin de trabajo manomtrica

mnima 0,5 kg / cm2.

b) Sin fuego: Volumen mnimo 80 litros y/o presin de trabajo

manomtrica mnima 3,00 kg / cm2.

c) En los equipos sometidos a esfuerzos combinados (dinmicos, flexotorsin, etc.)

los lmites sern: el volumen mnimo 80 litros y/o presin de trabajo manomtrica

1,00 kg / cm2..

Dado su carcter peligroso debido al riesgo de explosin, los mismos requieren de

diversas medidas de proteccin a fin de evitar contingencias no deseadas. La formacorrecta de minimizar el riesgo de accidentes es el mantenimiento preventivo y la

realizacin de ensayos peridicos de control. Las caractersticas y periodicidad del

pl an de man teni mi ent o y ensay os de pe nde r n de la s car ac ter s ti cas de l aparato y

de la legislacin vigente.

Clasificacin

Existen dos grandes grupos aparatos sometidos a presin: los aparatos sometidos a

presi n

Recipientes a presin con fuego :

En estos artefactos la presin del recipiente es producto del vapor generado por el

calentamiento de un fluido y el generador de calor es interno. Los mas comunes son

las calderas, aqu es necesaria la presencia fsica de un foguista, que realice el

mantenimiento y verifique el funcionamiento del equipo. La dedicacin y cantidad

de foguistas son determinados por las leyes vigentes (Resolucin 231/96-Art. 18)

Estos artefactos podrn ser manuales o automticos.

Los identificados como manuales sern atendidos en carcter de permanente porun foguista, quien deber revistar como tal para esa exclusiva finalidad, siendo

limitado por la Autoridad de Aplicacin, luego de rendir un examen de

competencia.

El foguista podr operar hasta dos generadores de vapor al mismo tiempo, siempre

y cuando se en cue nt re n en el mi smo lo ca l y con lo s el em en to s de con tr ol de ambo s

ge ne ra do re s a la vi st a.


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Los que se encuadren en la categora automticos) sern atendidos por personal

con carnet habilitante, pudiendo cumplir con otras tareas y no estar

pe rma ne nt eme nt e en el lu gar qu e se enc ue nt re emp la za do di ch o ge ne rad or , con la

condicin de poder percibir las alarmas que estos aparatos poseen y con fcil y

rpido acceso a este lugar.

La cantidad mnima de foguistas habilitados con que debe contar elestablecimiento, estar dada por la cantidad de turnos que se cumplan, ms uno

como reemplazante.

Esta autorizacin podr ser retirada si se detectaran faltas graves en el

cumplimiento de la funcin especfica, pudiendo ser sancionado con inhabilitacin

temporaria o definitiva.

El carnet habilitante ser otorgado por la Autoridad de Aplicacin como

de nica categora, limitado por el tipo de caldera y la superficie de calefaccin.

Este carnet podr ser actualizado por el foguista, rindiendo un nuevo examen a fin

de superar algunas de estas limitaciones.


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Ap ara tos some tid os a pr es i n si n fu eg o

Hay muchsima variedad de aparatos a presin sin fuego. Enumeramos los mscomunes:

Los recipientes a presin (con excepcin de las calderas) para contener vapor,

agua caliente, gases o aire a presin obtenidos de una fuente externa o por la

aplicacin indirecta de calor.

Los recipientes sometidos a presin calentados con vapor, incluyendo a todo

recipiente hermtico, vasijas o pailas abiertas que tengan una camisa, o doble

pa re d con cir cul ac in o ac um ul ac i n de va po r, us ado s par a coc ina r, y/o de st ila r,

y/o sec ar , y/ o evapo ra r, y/ o tratam ient o

Los tanques de agua sometidos a presin que puedan ser utilizados para calentar

agua por medio de vapor o serpentinas de vapor y los que se destinan paraalmacenar agua fra para dispersarla mediante presin.

Los tanques de aire sometidos a presin, o de aire comprimido que se emplean

como tanques primarios o secundarios en un ciclo ordinario de compresin de aire,

o directamente por compresores.

Recipientes para cloro lquido

Recipientes de gases comprimidos, licuados y disueltos


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Cilindros para gases comprimidos, permanentes, licuados y disueltos.

Recipientes para lquidos refrigerantes

A su ve z, est os ap ar at os de be r n cum pl ir con la s si gu ie nt es con di cio ne s:

Sern diseados de modo tal que resistan las presiones mximas a que estarn

expuestos los circuitos en operacin.

Se construirn con materiales adecuados de acuerdo con normas o cdigos como

IRAM, ASME, DIN, o cualquier otra reconocida internacionalmente, que reduzcan al

mnimo los riesgos de prdida de espesores o debilitamiento por corrosin,

desgaste o electrlisis.

Para el dimensionamiento de estos equipos se tendr en cuenta el desgaste de las

envolturas y tapas por corrosin, erosin o electrlisis.

Llevarn placa de identificacin en la que figurar, como mnimo, n ombre del

fabr ic an te, n me ro y a o de fab ri cac i n, pr esi n m xi ma ad mi si ble de traba jo y

diseo, presin de prueba, nmero de serie, volumen en litros, norma constructiva.


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TIPOS DE TAPAS DE RECIPIENTES BAJO PRESION INTERNA

Los recipientes sometidos a presin pueden estar construidos por diferentes tiposde tapas o cabezas. Cada una de estas es ms recomendable a ciertas condiciones

de operacin y costo monetario.

TAPAS PLANAS:

Se utilizan para recipientes sujetos a presin atmosfrica, generalmente, aunque

en algunos casos se usan tambin en recipientes a presin. Su costo entre las tapas

es el ms bajo. Se utilizan tambin como fondos de tanques de almacenamiento de

gran de s di mension es.

TAPAS TORIESFERICAS:Son las de mayor aceptacin en la industria, debido a su bajo costo y a quesoportan grandes presiones manomtricas, su caracterstica principal es que el

radio del abombado es aproximadamente igual al dimetro. Se pueden fabricar en

dimetros desde 0.3 hasta 6 mts. (11.8 - 236.22 pulgs.).

TAPAS SEMIELIPTICAS:

Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesfrica es

relativamente alto, ya que las tapas semielpticas soportan mayores presiones que

las toriesfricas. El proceso de fabricacin de estas tapas es troquelado, su silueta

describe una elipse relacin 2:1, su costo es alto y en Mxico se fabrican hasta undimetro mximo de 3 mts.

TAPAS SEMIESFERICAS:Utilizadas exclusivamente para soportar presiones crticas, como su nombre lo

indica, su silueta describe una media circunferencia perfecta, su costo es alto y no

hay lmite dimensional para su fabricacin.

TAPAS CONICAS:

Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulacin de slidos y

como transiciones en cambios de dimetro de recipientes cilndricos. Su uso es muy

comn en torres fraccionadoras o de destilacin, no hay lmites en cuanto a

dimensiones para su fabricacin y su nica limitacin consiste en que el ngulo de

vrtice no deber de ser calculado como tapa plana.


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TAPAS TORICONICAS:

A di fe ren cia de la s ta pa s cni ca s, est e ti po de tap as ti en en en su di metro , may or

radio de transicin que no deber ser menor al 6% del dimetro mayor 3 veces el

espesor. Tiene las mismas restricciones que las cnicas a excepcin de que en

Mxico no se pueden fabricar con un dimetro mayor de 6 mas.

TAPAS PLANAS CON CEJA:

Estas tapas se utilizan generalmente para presin atmosfrica, su costo es

relativamente bajo, y tienen un lmite dimensional de 6 mts. De dimetro mximo.

TAPAS NICAMENTE ABOMBADAS:Son empleadas en recipientes a presin manomtrica relativamente baja, su costo

pu ed e co ns ide rar se ba jo , sin em ba rg o, si se usan pa ra so po rt ar presi on es

relativamente altas, ser necesario analizar la concentracin de esfuerzos

ge ne ra da, al efe ctua r un cam bi o br us co de di rec ci n.

CRITERIOS DE DISEO

MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION

ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS.Los aceros al carbn y de baja aleacin son usualmente usados donde lascondiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran utilidad de estos

aceros.

Los recipientes a presin pueden ser fabricados de placas de acero conociendo las

especificaciones de SA-7, SA-113 C y SA-283 A, B, C, y D, con las siguientes

consideraciones:

1.- Los recipientes no contengan lquidos gases letales.

2. - La te mp era tur a de op er ac in es t ent re -2 0 y 650 F .

3.- El espesor de la placa no exceda de 5/8"

4.- El acero sea manufacturado por horno elctrico u horno abierto.

5.- El material no sea usado para calderas.


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Uno de los aceros ms usados en los propsitos generales en la construccin de

recipientes a presin es el SA-283 C.

Estos aceros tienen una buena ductilidad, fusin de soldadura y fcilmente

mquinables. Este es tambin uno de los aceros ms econmicos apropiados para

recipientes a presin; sin embargo, su uso es limitado a recipientes con espesoresde placas que no excedan de 5/8" para recipientes con un gran espesor de cascarn

y presi n de opera ci n mo de ra da s el ac er o SA -2 85 C es mu y us ad o. En el ca so de

presi on es al tas o di me tro s la rg os de re ci pi ent es , un ac ero d e al ta re sis te nc ia

pu ed e se r us ad o co mo el ac er o SA -2 12 B es co nv en ie nt e pa ra se me ja nt es

aplicaciones y requiere un espesor de cascarn de solamente de 790% que el

requerido por el SA-285 C. Este acero es tambin fcilmente fabricado pero es ms

caro que otros aceros.

El acero SA-283 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas sobre 650F;

el SA-285 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas que excedan de

900F, y el SA-212 tiene muchos esfuerzos permisibles bajos en las temperaturasms altas, por lo que el acero para temperaturas entre 650 y 1000F.

El acero SA-204, el cual contiene 0.4 a 0.6% de molibdeno es satisfactorio y tiene

buenas cualidades. Para temperaturas de servicio bajas (-50 a -150F) un acero

niquelado tal como un SA-203 puede ser usado. Los esfuerzos permisibles para

estos aceros no estn especificados por temperaturas bajas de -20F. Normalmente

el fabricante hace pruebas de impacto para determinar la aplicacin del acero y

fr ac tu ra s a ba ja s temp er at ura s.

En la etapa de diseo de recipientes a presin, la seleccin de los materiales de

construccin es de relevante importancia, para lo cual necesitamos definir unasecuencia lgica para la seleccin de estos.

As pu es re al iz are mo s un breve an l is is de la fi lo so f a a qu e si gu e la AS ME , par a

seleccionar sus materiales y por consiguiente para especificarlos como adecuados

en la construccin de los recipientes a presin.

CLASES DE MATERIALES.El cdigo ASME indica la forma de suministro de los materiales ms utilizados, lo

cual va implcita en su especificacin. A continuacin se dan algunos ejemplos de

materiales, su especificacin y forma de suministro. Ver tabla USC-23.

Debido a la existencia de diferentes materiales disponibles en el mercado, en

ocasiones no resulta sencilla la tarea de seleccionar el material ya que deben

considerarse varios aspectos como costos, disponibilidad de material,

requerimientos de procesos y operacin, facilidad de formato, etc.

As pu es es ne ce sar io una ex pl ica ci n m s ampl ia ac erc a de l cr ite ri o de la se le cci n

de los materiales que pueden aplicarse a los recipientes como:


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ACEROS AL CARBONEs el ms disponible y econmico de los aceros, recomendables para la mayora de

los recipientes donde no existen altas presiones ni temperaturas.

ACEROS DE BAJA ALEACIONComo su nombre lo indica, estos aceros contienen bajos porcentajes de elementosde aleacin como nquel, cromo, etc. Y en general estn fabricados para cumplir

condiciones de uso especfico. Son un poco ms costosos que los aceros al carbn.

Por otra parte no se considera que sean resistentes a la corrosin, pero tienen

mejor comportamiento en resistencia mecnica para rangos ms altos de

temperaturas respecto a los aceros al carbn.

En la tabla 3.1 se puede observar los aceros recomendados para los rangos de

temperatura ms usuales.

ACEROS DE ALTA ALEACIONComnmente llamados aceros inoxidables. Su costo en general es mayor que para

los dos anteriores. El contenido de elementos de aleacin es mayor, lo que ocasiona

que tengan alta resistencia a la corrosin.

MATERIALES NO FERROSOSEl propsito de utilizar este tipo de materiales es con el fin de manejar sustancias

con alto poder corrosivo para facilitar la limpieza en recipientes que procesan

alimentos y proveen tenacidad en la entalla en servicios a baja temperatura.

PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS MATERIALES PARA SATISFACERLAS CONDICIONES DE SERVICIO

PROPIEDADES MECANICAS.

Al con si de ra r las prop ied ad es mec n icas de l materi al es de sea bl e que ten ga bue na

resistencia a la tensin, alto nivel de cedencia, por cierto de alargamiento alto y

mnima reduccin de rea. Con estas propiedades principales se establecen los

esfuerzos de diseo para el material en cuestin.


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PROPIEDADES FISICAS.En este tipo de propiedades se buscar que el material deseado tenga coeficiente

de dilatacin trmica.

PROPIEDADES QUIMICAS.

La principal propiedad qumica que debemos considerar en el material que

utilizaremos en la fabricacin de recipientes a presin es su resistencia a la

corrosin. Este factor es de muchsima importancia ya que un material mal

seleccionado nos causar muchos problemas, las consecuencias que se derivan de

ello son:

Reposicin del equipo corrodo. Un material que no sea resistente al ataque

corrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio.

Sobre diseo en las dimensiones. Para materiales poco resistentes al ataque

corrosivo puede ser necesario dejar un excedente en los espesores dejando margenpa ra la cor ro si n, esto tr ae co mo con se cuen ci a qu e lo s eq ui po s re su lte n m s

pe ga do s, de ta l fo rm a qu e en ca re cen el di se o ad ems de no se r sie mp re la me jo r

solucin.

Mantenimiento preventivo. Para proteger los equipos del medio corrosivo es

necesario usar pinturas protectoras.

Paros debido a la corrosin de equipos. Un recipiente a presin que ha sido atacado

po r la corro si n ne ces ar iam ent e de be se r re tirado de operaci n, lo cu al im pl ic a la s

p rdi da s en la pr od uc cin .

Contaminacin o prdida del producto. Cuando los componentes de los recipientes

a presin se han llegado a producir perforaciones en las paredes metlicas, los

prod uc to s de la corr os in co nt amina n el pr od uc to, el cua l en al gu no s ca so s es

corrosivo.

SOLDABILIDAD.Los materiales usados para fabricar recipientes a presin deben tener buenas

prop ied ade s de so ld abi li da d, dad o qu e la mayo r a de lo s com po ne nt es so n de

construccin soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales

diferentes entre l, estos debern ser compatibles en lo que a soldabilidad se

refiere. Un material, cuando ms elementos contenga, mayores precauciones

debern tomarse durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se

conserven las caractersticas que proporcionan los elementos de aleacin.


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EVALUACION DE LOS MATERIALES SUGERIDOS

Vida estimada de la planta

Duracin estimada del material

Confiabilidad del material

Disponibilidad y tiempo de ent rega del material

Costo del material

Costo de mantenimiento e inspeccin

Para espesores mayores de 51 mm llevarn relevado de esfuerzos.

+ Para temperaturas de -20F llevar relevado de esfuerzos.

TABLA 3.1

ACEROS RECOMENDABLES PARA DIFERENTES TEMPERATURAS

CONCEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE

ESFUERZOS ADMISIBLES


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Son los grados de exactitud con los cuales las cargas pueden ser estimadas, la

confiabilidad de los esfuerzos estimados para estas cargas, la uniformidad del

material, el peligro a la falla ocurre y en otras consideraciones como:

Esfuerzos locales con concentracin de esfuerzos, fatiga y corrosin.

Para materiales que sean sometidos a temperaturas inferiores al rango de

termofluencia los esfuerzos admisibles se pueden considerar con el 25% de la

resistencia a la tensin o el 62.5% de la resistencia a la cedencia a la temperatura

de operacin. Los materiales usados para anclaje en el rango de temperatura de -

20 a 40 0F (-2 8.8 8 a 204 .4 4C ) se con sid era qu e es un 20% de la re si st enc ia a la

cedencia.

El porcentaje de resistencia a la cedencia usando como esfuerzo admisble es

controlado por un nmero de factores tales como la exactitud con la cual la carga

de confiabilidad de los esfuerzos con frecuencia se usa un esfuerzo admisible para

aceros estructurales.

Ad m. = Sy adm= 2 Sy

FILOSOFIA DE DISEOEn general los recipientes a presin diseados de acuerdo con el cdigo ASME Secc.

VIII Div. 1. son diseados por reglas que no requieren una evaluacin detallada de

todos los esfuerzos. Se reconoce que existen esfuerzos secundarios elevados

fl exion an te s pe ro al ad mi tir un fa ct or el evado de seg ur id ad y la s re gl as de l di seo ,

estos esfuerzos sern compensados como regla general cuando se realiza unanlisis mas detallado de esfuerzos permiten considerar esfuerzos admisibles

mayores en lugar de usar un factor de seguridad elevado como el utilizado en el

cdigo. Un factor de seguridad elevado refleja una falta de conocimiento de los

esfuerzos reales.

El diseador debe de familiarizarse con los diversos tipos de esfuerzos y cargas

pa ra log ra r un dis e o ec on m ic o y se gu ro .

CATEGORIAS DE FALLAS TIPODE FALLAS - CARGAS

Categoras de fallas Material

Inadecuada seleccin del material, defectos en el material.

Diseo.

Data de diseo incorrecta, mtodo de diseo inexacto o incorrecto.


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Fabricacin.

Pobre calidad de diseo, procedimientos de fabricacin inadecuado o

insuficiente incluyendo soldaduras.

Servicio.

Cambios en las condiciones de servicio por el usuario. Operadores inexpertos

o personal de mantenimiento.

Tipo de fallasDef ormaci n elsti ca.

Es un fenmeno asoc ia do con las es truc turas que tiene n limi tada su rigide z y es tn

su je tas a compres in, fl ex in, to rs in, combinac in de ta le s cargas. La

i n e s t a b i l i d a d e l s t i c a e s u n a c o n d i c i n d e l a c u a l l a f o r m a d e l a

es tr uc tu ra es alterada como resultado de rigidez insuficiente.Frac tu ra .

Es cuando el ma te rial de l re cipi ente se fragmenta, puede ocurri r a bajas o medianas

temperaturas. Las fracturas han ocurrido en recipientes hechos de bajo acero de

c a r b o n o e n u n r a n g o d e 4 0 - 5 0 F d u r a n t e l a p r u e b a h i d r o s t t i c a c u a n d o

exi st en defectos menores.I nestabi l i dad plsti ca.

El cr it er io de mayor uso para el di se o de equi po es aque l

quem a n t i e n e l o s e s f u e r z o s i n d u c i d o s d e n t r o d e l a r e g i n e l s t i c a d e l m a t e r i a l d e construccin con el f in de evitar la deformacin plstica como

resultado de exceder el punto de cedencia. La inestabilidad plstica ocasiona

tensiones cclicas acumulativas que pueden ocasionar la inestabilidad del recipiente

por de formacin pl s ti ca .Esfuerzo por corr osin

. Es bien sabido que sustancias cloradas causan esfuerzos por corrosin agrietando

el acero inoxidable, igualmente los servicios custicos pueden causar esfuerzos por

corrosin agrietando aceros de carbono. La seleccin del materiales crtica en estos

serv ic ios.

F a t i g a p o r c o r r o s i n .

O c u r r e c u a n d o e f e c t o s c o r r o s i v o s y f a t i g a s o c u r r e n simult

neamente. La corrosin puede disminuir la duracin de la

fa ti ga so cav an do la su pe rf ic ie y pro pa gan do la s gr ie ta s. Co noc ie ndo est os

varios modos de fallas, el diseador debe tener a su disposicin un bosquejo


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del estado de esfuerzos en las distintas partes del recipiente. Es en contra de

e st os m o do s de f a l l a q ue d i s e a do r de b e co m p a r a r e i nt e r p r e t a r l o s

valores de esfuerzos. Determinando el esfuerzo admisible no es suficiente.

Para la inestabilidad plstica se debe considerar la geometra, rigidez y las

pr opi edades de l ma ter ia l. La se le cci n del ma te ri al e su nna de la s ma yo res

consideraciones relacionadas con el tipo de servicio. Detalles de diseo y

m t o d o s d e f a b r i c a c i n s o n t a n i m p o r t a n t e s c o m o e l e s f u e r z o

admisible en el diseo de recipientes para servicios cclicos. El diseador

y todas aqu el las pe rs on as qu e de fi nen el d i s e o de b e n t e n e r u n a i m a ge n

cl a r a de l a s co ndi c i o ne s b a j o l a s cua l e s e l r e c i p i e nt e v a a o p e r a r .

COMPONENTES ESTRUCTURALES DE SOPORTESLos recipientes a presin, normalmente se soportan y, eventualmente se

cuelgan, mediante diversos tipos de estructuras, que se suelen agrupar en

silletas, zcalos cilndricos, abrazaderas colgantes, vigas circunferenciales ycolumnas integradas. Los elementos estructurales deben facilitar soporte,

refuerzo y estabilidad, al recipiente a presin, y tienen que estar rgidamente

unidos mediante soldadura o remachado. Se pueden considerar otros tipos de

ligamentos, como:

L igaduras indirectas, que utilizan abrazaderas, pasadores y grapas.

Ligaduras que estn completamente desligadas, capaces de transferir las

cargas a travs de superficies de rodadura o de friccin.

Las cargas aplicadas a componentes estructurales se clasifican en tresgr upo s:

C a r g a s m u e r t a s , q u e s o n l a s q u e l a g r a v e d a d e j e r c e s o b r e e l e q u i p o

y s u s es tr uct uras so po rt e.

C a r g a s v i v a s , q u e v a r a n e n m a g n i t u d y a v e c e s e n u b i c a c i n , s e

tienen en cuenta para computar las mximas tensiones exigibles en el

diseo.

Cargas transitorias, que dependen del tiempo; raramente se presentandurante la vida de los componentes estructurales.

Las cargas especficas que se consideran en el diseo de cualquier estructura

soporte de un componente a presin, comprenden:


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Peso de componentes y de su contenido, en operacin y en ensayo,

incluyendo las cargas debidas a otros factores como la altura esttica, la

altura dinmica y el flujo de fluido.

Peso de los elementos componentes del soporte.

C a r g a s s u p e r p u e s t a s , e s t t i c a s y t r m i c a s , i n d u c i d a s p o r l o s c o m p o

nentes soportados

Cargas medioambientales, debidas al viento y nieve.

Cargas dinmicas, que incluyen las provocadas por terremotos, vibraciones

y cam bio s br usco s de pr es i n.

C a r g a s d e b i d a s a e x p a n s i o n e s t r m i c a s d e t u b e r a s y a

e x p a n s i o n e s o co nt ra cc io ne s i nducidas po r l a p res i n.

Cargas debidas a instalaciones de anclajes de componentes.

Consideraciones de diseo de soportesE s t a s c o n s i d e r a c i o n e s i m p l i c a n l a d e t e r m i n a c i n d e t e n s i o n e s s o b r e

lo s co mp on en te sestructurales y sus conexiones, mediante mtodos

analticos, se realiza mediante:

El anlisis elstico lineal utilizando la teora de la carga mxima de rotura,

se aplica a placas, carcasas y soportes.

E l a n l i s i s d e l l m i t e p l s t i c o s e u s a e n e s t r u c t u r a s l i n e a l e s e n s a m b

ladas, siempre y cuando se apliquen los factores de ajuste de carga

adecuados.

Soportes de placa y carcasa.Para soportar recipientes a presin en disposicin vertical se utilizan zcalos

de carcasa cilndrica. Estos soportes se unen al

r e c i p i e n t e p a r a r e d u c i r l a s t e n s i o n e s l o c a l e s d e p a n d e o , e n l a u

n i n z c a l o - r e c i p i e n t e , const rucc i n q ue p er mi te v ar ia ci ones de l a

pr es i n ra dia l y t rm ica de l re cip ie nte so por ta do , me di an te elcorrespondiente pandeo del zcalo; la longitud axial del soporte

se elige de manera que se pueda producir el pandeo en forma segura. En la

fi gu ra 16, se mu es tran lo s de ta ll es par a un so po rte de l ti po de z ca lo

de carcasa. Para su diseo se determinan las cargas que tiene que soportar,

entre las que se incluyen:


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El peso del recipiente y su contenido.

Las cargas impuestas por cualquier otro equipo soportado por el recipiente.

Las cargas debidas a los sistemas de tuberas y otros tipos de ligaduras

inherentes al recipiente.

CRITERIOS DE DISEO EN RECIPIENTESLas unidades de equipo de proceso pueden fallar en servicio por diversas razones.

Las consideraciones por tipo de falla que pueda presentarse es uno de los criterios

que deben usarse en el diseo de equipo. La falla puede ser el resultado de una

deformacin plstica excesiva o elstica o por termofluncia (creep). Como un

resultado de tal deformacin el equipo puede fallar al no realizar su funcin

especfica sin llegar a la ruptura.

Ruptura por fragilidad, Termofluncia o Corrosin.

Las fallas pueden clasificarse:

Deformacin Elstica excesiva

Inestabilidad elstica, Inestabilidad plstica,

La Inestabilidad Elstica

Es un fenmeno asociado con las estructuras que tienen limitada su rigidez y estn

sujetas a compresin, flexin, torsin, combinacin de tales cargas. La

inestabilidad elstica es una condicin de la cual la inestabilidad elstica es una

condicin en la cual la forma de la estructura es alterada como resultado derigidez insuficiente.

Inestabilidad plstica

El criterio de mayor uso para el diseo de equipo es aquel que mantiene los

esfuerzos inducidos dentro de la regin elstica del material de construccin con el


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fi n de evi tar la de fo rm ac i n pl s ti ca com o re su lta do de exc ede r el pu nt o de

cedensia.

Fragilidad

En los recipientes se producen cambios crticos en las propiedades fsicas del

material del recipiente durante el servicio; uno de estos con frecuencia encontrado

es el hidrogeno el cual bajo la accin de elevada presin y/o elevada temperatura

prod uc e do s ef ec tos :

1.- Una difusin es el material produciendo una combinacin en su forma

molecular dentro del metal de manera que al estar el recipiente sometido a

elevadas presiones la superficie se combina se producen ampollas.

2. - Un a p rd id a de car bo no , est e at aq ue es ocas ion ado po r la fo rm ac in de me tan o

resultando en la creacin de fisuras con la consecuente prdida de resistencia y

dureza, con lo que se aumenta la ductilidad del metal, presentndose una falla por

fr ag il id ad .

Esto es ms frecuente en aceros con mayor nivel de resistencia, lo mismo que con la

prese nc ia de bo qu il las u ot ra s fu ent es de con cen tr ac in de es fue rzo s.

Los aceros ms usados para este tipo de servicios son los aceros al cromo -

molibdeno.

Termofluencia

Nos indica que a temperaturas elevadas la deformacin inelstica del material en

fu nc i n del tie mp o es def inida co mo la CRE EP .

El cromo, molibdeno y el nquel son los elementos adecuados de aleacin para

servicios de alta temperatura.

Fatiga

La falla a la fatiga se presenta por la aplicacin repetida de pequeas cargas, las

cuales por si mismas son incapaces de producir deformacin plstica que pueda

detectarse con el tiempo, estas cargas hacen que se habr una grieta y que se

prop ag ue a trav s de la pi eza ; oc ur re la int en si fi cac i n de lo s es fue rz os y po r

ltimo, resulta una fractura frgil y repentina. Los metales ferrosos y susaleaciones tienen un valor lmite de esfuerzos repentinos, los cuales pueden

aplicarse e invertirse para un gran nmero no definido de ciclos sin que se causen

fa lla s. Es te esf ue rz o se ll ama l mit e de fa ti ga .

Esfuerzo Admisible

El porcentaje de resistencia a la cedencia usado como esfuerzo admisible es

controlado por un numero de factores tales como la exactitud con la cual las


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cargas pueden ser estimadas, la confiabilidad de los esfuerzos calculados para esas

cargas, la uniformidad del material, el peligro si la falla ocurre y otras

consideraciones como concentracin de esfuerzos, impacto, fatiga y corrosin.

DISCONTINUIDAD

Discontinuidad de esfuerzos en recipientes

Las deformaciones diferenciales ocasionadas por los esfuerzos de membrana, de

magnitud variable, a travs del recipiente, puede tambin ocasionar flexin en la

pa re d y aun cu an do es tos esf ue rzo s fl exi on an te s so n lo ca le s pu ed en se r ele vad os en

magnitud.

En la unin cabeza - envolvente, se presente esta discontinuidad debido a que el

crecimiento radial en la parte cilndrica del recipiente no es la misma que en la

cabeza cuando el recipiente est presurizado. Esta es la razn por la cual las tapas

o cabezas se suministran con una ceja (Sf).La tendencia de la cabeza elptica a

deformarse hacia adentro en la unin bajo presin, da como resultado una fuerzade corte radial hacia el interior del cuerpo, esta fuerza se opone a la presin

interna que acta en direcc in opuesta a la envolvente en la unin.

Para reducir los esfuerzos locales, se pueden tomar en cuenta las siguientes

consideraciones:

Incrementar el tamao de la ceja

Cambiar de forma los esfuerzos

Incrementar el espesor localmente de la envolvente

Ad ici on ar an ill os de re fue rz o en fo rm a pa rc ia l

COMPONENTES ESTRUCTURALES DE SOPORTESLos recipientes a presin, normalmente se soportan y, eventualmente se cuelgan,

mediante diversos tipos de estructuras, que se suelen agrupar en silletas, zcalos

cilndricos, abrazaderas colgantes, vigas circunferenciales y columnas integradas.

Los elementos estructurales deben facilitar soporte, refuerzo y estabilidad, al

recipiente a presin, y tienen que estar rgidamente unidos mediante soldadura o

remachado. Se pueden considerar otros tipos de ligamentos, como:

Ligaduras indirectas, que utilizan abrazaderas, pasadores y grapas.

Ligaduras que estn completamente desligadas, capaces de transferir las cargas a

travs de superficies de rodadura o de friccin.

Las cargas aplicadas a componentes estructurales se clasifican en tres grupos:


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C a r g a s m u e r t a s , q u e s o n l a s q u e l a g r a v e d a d e j e r c e s o b r e e l e q u i p o y

sus estructuras soporte.

C a r g a s v i v a s , q u e v a r a n e n m a g n i t u d y a v e c e s e n u b i c a c i n , s e t i e n e n

en cuenta para computar las mximas tensiones exigibles en el diseo.

Cargas transitorias, que dependen del tiempo; raramente se presentan durante la

vida de los componentes estructurales.

Las cargas especficas que se consideran en el diseo de cualquier estructura

soporte de un componente a presin, comprenden:

Peso de componentes y de su contenido, en operacin y en ensayo, incluyendo las

cargas debidas a otros factores como la altura esttica, la altura dinmica y el

fl uj o de fl ui do .

Peso de los elementos componentes del soporte.

C a r g a s s u p e r p u e s t a s , e s t t i c a s y t r m i c a s , i n d u c i d a s p o r l o s c o m p o n e n t

es soportados

Cargas medioambientales, debidas al viento y nieve.

Cargas dinmicas, que incluyen las provocadas por terremotos, vibraciones y

cambios bruscos de presin.

C a r g a s d e b i d a s a e x p a n s i o n e s t r m i c a s d e t u b e r a s y a e x

p a n s i o n e s o con traccio ne s in du cid as po r la pr esi n.

Cargas debidas a instalaciones de anclajes de componentes.

Consideraciones de diseo de soportesE s t a s c o n s i d e r a c i o n e s i m p l i c a n l a d e t e r m i n a c i n d e t e n s i o n e s s o b r e l o s c

omponentesestructurales y sus conexiones, mediante mtodos analticos, se

realiza mediante:

El anlisis elstico lineal utilizando la teora de la carga mxima de rotura, se

aplica a placas, carcasas y soportes.

E l a n l i s i s d e l l m i t e p l s t i c o s e u s a e n e s t r u c t u r a s l i n e a l e s e n s a m b l a d a

s, siempre y cuando se apliquen los factores de ajuste de carga adecuados.


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Soportes de placa y carcasa.Para soportar recipientes a presin en disposicin vertical se utilizan zcalos de

carcasa cilndrica. Estos soportes se unen al

r e c i p i e n t e p a r a r e d u c i r l a s t e n s i o n e s l o c a l e s d e p a n d e o , e n l a u n i

n zcalo-recipiente,construccin que permite variaciones de la presin radial

y t rmi ca de l re ci pi en te so po rt ado , me di an te el co rr es po nd ient e pan de o de l z ca lo ;

la longitud axial del soporte

se elige de manera que se pueda producir el pandeo en forma segura. En la figura

16,se muestran los detalles para un soporte del tipo de zcalo de carcasa. Para su

diseo se determinan las cargas que tiene que soportar, entre las que se incluyen:

El peso del recipiente y su contenido.

Las cargas impuestas por cualquier otro equipo soportado por el recipiente.

Las cargas debidas a los sistemas de tuberas y otros tipos de ligaduras inherentesal recipiente.

EFICIENCIA DE JUNTAS SOLDADAS EN RECIPIENTES A PRESINFABRICADOS POR MTODOS DE SOLDADURALa mayora de los recipientes a presin son construidos a partir del ensamblaje de

pa rt es y/ o se cci on es qu e ha n si do prefab ricad as o su b en sa mb lad as , ta le s co mo

cilindros, cabezales, etc., mediante juntas soldadas para as formar la estructura

del recipiente en s; posteriormente a sta estructura se le adjuntan por mtodos

de soldadura igualmente las conexiones, boquillas o aberturas que son

r e q u e r i d a s p o r e l e q u i p o . S l o a q u e l l o s c i e r r e s q u e s e r n r e m o v i d o sfr ec ue nt em ent e, ya sea po r se rv ic io , in spe cc i n o mant enimi ent o, so n un ido s con

pe rno s y tue rc as par a qu e as el n me ro de ci err es me cn ico s co n empac ad ur as se a

mnimo y tener de este modo una mayor superficie de la estructura a prueba de

fu ga s. Este he ch o ha ce qu e los ef ect os de so lda du ra s en el di se o de re cipi en te s a

presi n sea un el eme nt o im po rt an te en el cl cul o me c ni co de es tos eq ui po s da da s

las concentraciones de esfuerzo que se generan en la estructura del recipiente [14]

. Estas concentraciones de esfuerzo por juntas soldadas se producen por las

siguientes razones:

Por la diferencia de la estructura metalrgica del material de aporte con respectoal material base.

Por defectos en la soldadura como porosidades, incrustaciones de escoria, o

rupturas por encogimiento.


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Por la geometra del perfil del cordn de soldadura como filetes, soldaduras a

tope, o transiciones, as como tambin por el acabado superficial posterior a la

soldadura.

CONTROL DE DISEO.

ENTRADA DE DISEO.

Los requerimientos de entrada de diseo relacionado con el producto, incluyendo

requerimientos aplicables mandatarios y regulatorios deben ser identificados,

documentados y revisado su seleccin con el proveedor, para su educacin. Los

requerimientos incompletos, ambiguos o conflictivos, deben ser resueltos con

aquellos responsables de establecer estos requerimientos.

SALIDA DE DISEO.Debe ser documentada y expresada en trminos que pueda ser verificada y validada

contra los requerimientos de entrada de diseo.La salida de diseo debe ser;

Satisfacer los requerimientos de entrada de diseo.

Contener o hacer referencia a criterios de aceptacin.

Identificar aquellas caractersticas del diseo que son cruciales en la seguridad y

fu nc io na mi en to ap ro pi ad o de l prod uc to . Lo s do cume nt os de sal id a de di se o de be n

ser revisados antes de su liberacin.

REVISION DE DISEO. En apropiadas etapas de diseo, revisiones formales documentadas de los

resultados de diseo deben ser planeadas y conducidas.

Los participantes en cada revisin deben incluir representantes de todas las

fu nc io ne s re lac ion ad as con la et apa de di se o es t si en do re vi sa da, as como ot ro

pe rso nal espe ci al ist a cua nd o se re qu ier a.

CAMBIOS DE DISEO.Todos los cambios y modificaciones de diseo deben ser identificados,

documentados, revisados y comprobados por personal autorizado antes de su

implementacin.


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ANEXO

RECIPIENTES A PRESION DE ALMACENAMIENTO


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41/44



RECIPIENTES A PRESION PEQUENOS


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RECIPIENTES A PRESION DE TRANSPORTE


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RECIPIENTES A PRESION ASME


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BIBLIOGRAFIAhttp://repositorio.bib.upct.es/dspace/bitstream/10317/137/5/Anexo%206%20Calculo%20de%20r

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http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/752a78

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http://www.proyectosfindecarrera.com/definicion/Recipiente-presion.htm

http://www.construsur.com.ar/Article12.html
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Recipientes a Presion Final

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