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UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NCLEO DE ANZOTEGUI

ESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICACURSOS ESPECIALES DE GRADO

REAS DE GAS

EVALUACIN DE LOS CRITERIOS DE DISEO Y CONFIGURACIN

ESTRUCTURAL DE RECIPIENTES A PRESIN

Realizado por:

BELKIS ENIDIAN ROMERO PINO

Barcelona, Agosto de 2010


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CAPTULO I

INTRODUCCIN

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

interior y exterior del mismo. La presin interna es usualmente ms alta que la externa,

excepto algunas situaciones aisladas. El fluido dentro del recipiente puede experimentar un

cambio de estado como en el caso de calderas de vapor, o puede combinarse con otros

reactivos como 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 fluidos inflamables o materiales altamente radioactivos.Debido a estos peligros 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 daos infraestructurales.

La seguridad e integridad de la planta son de inters fundamental en el diseo de recipientes a

presin y esto depende de la adecuacin de los cdigos de diseo.

Los recipientes a presin son ampliamente usados en la industria del gas, qumica,

petrolera, petroqumica y nuclear. Los mismos se utilizan para el transporte, produccin,

manipulacin, almacenamiento y procesos de transformacin de lquidos y gases. Su uso se ha

expandido alrededor del mundo.

En la industria del gas natural usualmente se trabaja con recipientes a presin que son

diseados basados en normas y cdigos, sin embargo el diseador 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 de evaluar cada uno de los parmetros que comprendan el diseo de los

mismos y las fallas que pueden presentar estos, las cuales regularmente no son consideradas

en el diseo del equipo. La importancia de evaluar todos estos criterios en conjunto radica en

ofrecer parmetros que contribuyan a alargar la vida til del recipiente y garantizar la


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seguridad e integridad de stos, para as evitar accidentes o eventualidades que puedan afectar

el factor de servicio de una planta que opere con recipientes de este ndole. Para esto se

realizar una evaluacin de los criterios de diseo y configuracin estructural de recipientes a

presin mediante el cumplimiento de los siguientes objetivos:

Objetivo General

Evaluar los criterios de diseo y configuracin estructural de recipientes a presin.

Objetivos Especficos

1 Identificar los diferentes tipos de recipientes a presin.

2 Especificar las caractersticas de diseo segn las distintas normas nacionales e

internacionales.

3 Explicar los clculos necesarios en el diseo de recipientes cilndricos y esfricos,

sujetos a presin.

4 Estudiar las diferentes pruebas que requieren los recipientes a presin una vez

fabricados para su certificacin.


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CAPTULO II

MARCO TERICO

2.1 ANTECEDENTES

Bonillo (2008) elabor una hoja de clculo para el diseo bsico de recipientes sometidos a

presin, considerando recipientes horizontales y verticales con diferentes tipos de cabezales:

planos, poliefricos, semielpticos, semiesfricos y cnicos. El procedimiento de cmputo

estuvo basado en la Seccin VIII, Divisin 1 del Cdigo ASME, la hoja de clculo fue

validada mediante la verificacin del diseo de recipientes horizontales y verticales yaexistentes [1].

Pereira y Arqumides (2008) desarrollaron una metodologa para evaluar proyectos de

tuberas, utilizando las normas ASME y API y consideraron los procedimientos establecidos

en ellas para evaluar un proyecto de tuberas, obteniendo resultados que permitieron verificar

el cumplimiento de las normas mencionadas[2].

Fuentes (2005) desarroll el diseo de anillos de prueba para los intercambiadores de

calor ubicados en la Unidad de Alquilacin Refinera Puerto La Cruz, con la finalidad de

disminuir el tiempo de mantenimiento a estos equipos en el momento de ejecutar la prueba

hidrosttica. Los clculos se realizaron siguiendo las recomendaciones del Cdigo ASME

Seccin VIII Divisin I, ASME B.16.5 y las Normas TEMA. Tambin elaboraron un

procedimiento para realizar la prueba hidrosttica en intercambiadores de calor, con los anillos

diseados, fundamentado en las normas y manuales de PDVSA [3].

Maestre (2005) elabor rutinas de mantenimiento para los recipientes a presin y tanques

apernados ms crticos de las estaciones y plantas compresoras del campo San Joaqun

mediante la aplicacin de la Metodologa de "Inspeccin Basada en Riesgo". Clasific el

riesgo en niveles de Bajo, Medio, Medio Alto y Alto, permitiendo precisar la mejor estrategia

para las frecuencias de inspeccin y actividades de mantenimiento [4].

Este trabajo contemplar la evaluacin de los criterios de diseo de recipientes a presin,

para los cuales Bonillo estudi su diseo bsico en recipientes cilndricos y esfricos. Algunos


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de estos criterios estn especificados en las Normas ASME y API, las cuales fueron empleadas

en los trabajos de Fuentes, Pereira y Arqumedes. Por otra parte tambin se estudiaran las

pruebas aplicadas para certificar un recipiente sometido a presin, entre estas se encuentra la

prueba hidrosttica, para la cual Fuentes elabor un procedimiento para realizar dicha pruebaen intercambiadores a calor.

2. 2 RECIPIENTES A PRESIN

2.2.1 Generalidades

Con la denominacin de recipientes a presin se incluye a cualquier envase constituido por

una envolvente, normalmente metlica, capaz de contener un fluido, en estado lquido o

gaseoso, cuyas condiciones de temperatura y presin son distintas a las del medio ambiente.

En la industria estos se utilizan con el objeto de aprovechar sus capacidades, es decir, sus

volmenes, para almacenar, procesar o transportar fluidos, bien sea en su estado lquido o

gaseoso, para su uso posterior.

El Cdigo ASME, Divisin 1, define los recipientes a presin como envases para la

contencin de fluidos bajo presin interna y/o externa [5]. Esta presin puede obtenerse de una

fuente externa, o por la aplicacin de calor desde una fuente directa y/o indirecta.

El tamao y la forma geomtrica de los recipientes a presin varan ampliamente desde

grandes recipientes cilndricos, como las torres fraccionadoras utilizadas para separar los

lquidos del gas natural, hasta pequeos equipos como cilindros presurizados para gas

vehicular.

Los recipientes a presin son usualmente esfricos o cilndricos, con cabezales de

diferentes configuraciones geomtricas y boquillas resistentes a las presiones. La presin deestos recipientes puede ser tan baja como 0.04psi o tan altas como 300psi. La American

Society of Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII,

Division1, especifica un rango de presiones internas de 1,4psi a 4000psi. Asimismo, equipos a

presin como los tanques de almacenamiento la American Petroleum Institute (API) son


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diseados para presiones internas restringidas a no ms de la presin generada por el cabezal

esttico del fluido contenido en el tanque.

2.3 PARTE DESCRIPTIVA

Todo recipiente a presin est formado por la envolvente, dispositivos de sujecin o apoyo del

propio equipo, conexiones por las que entran y salen los fluidos, elementos en el interior y

accesorios en el exterior del recipiente [6]. A continuacin se procede a describir cada una de

estas partes:

2.3.1

Envolvente

Es una envoltura metlica que forma propiamente el recipiente. Los aparatos cilndricos son

los ms utilizados, y en ellos la envolvente est formada, bsicamente, por dos elementos: el

cuerpo del recipiente (o cuerpo cilndrico) o cubierta (carcasa) y los fondos o cabezales.

Cuerpo del recipiente. Es el elemento estructural hecho para circundar un

espacio. La mayora de los cascos son generados por la revolucin de una curva plana,

en un recipiente a presin se llama casco esfrico.

Cabezales o tapas del recipiente. Es el extremo de un casco cilndrico. Los

tipos de cabezas ms usados son:

- Tapas Planas.Por lo general, se utilizan para recipientes sujetos a presin atmosfrica,

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 grandes dimensiones [7].

-Tapas Toriesfricas. Son las de mayor aceptacin en la industria, debido a su bajo

costo y a que soportan 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 6m [7].


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- Tapas Semielpticas. Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa

toriesfrica es relativamente alto, ya que las tapas semielpticas soportan mayores

presiones que las toriesfricas [7]. El proceso de fabricacin de estas tapas es

troquelado, su silueta describe una elipse relacin 2:1. Su costo es alto.

- Tapas Semiesfricas.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 [7].

- Tapas Cnicas.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 devrtice no deber de ser calculado como tapa plana [7].

A efectos tericos, las ms aconsejables son las tapas semiesfricas, por las reducidas

tensiones generales y de discontinuidad que presentan cuando se conectan a cilindros, pero

esto exige construir domos con mucha superficie curvada, y bastante sobresalientes respecto al

extremo del cilindro al cual van soldados. Los elpticos o elipsoidales ocupan una menor

eslora, pero son menos perfectos desde el punto de vista del reparto de tensiones, teniendo el

inconveniente constructivo de que su curvatura es continuamente variable. En las toriesfricas,slo hay dos radios principales y son ms fciles de construir, aunque el reparto de las

tensiones es un poco ms irregular que en los elpticos [7]. En la figura 12, de carcter

totalmente ilustrativo, se puede observar que, en el caso de un domo muy plano las tensiones

de traccin o compresin (segn el sentido de la presin) en la zona trica son ms altas,

comparadas con las de la esfera, a causa de los momentos flectores que se crean.


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Figura 1. Distribucin de esfuerzos en un cabezal

2.3.2

Dispositivos de sujecin o apoyo

Todo recipiente debe ser soportado, es decir, su carga debe ser transmitida al suelo o a alguna

estructura que las transmita al suelo; esta misin la cumplen los dispositivos de sujecin o

apoyo. Las cargas a las que est sometido el recipiente y que transmitir al suelo a travs de su

apoyo son: peso propio, peso del lquido en operacin normal o agua en la prueba hidrulica,

peso de todos los accesorios internos y externos, cargas debidas al viento, cargas debidas al

terremoto.

Los dispositivos de apoyo, as como los pernos de anclaje que los fijan al suelo o

estructura portante, debern estar dimensionados para que resistan cada una de las condiciones

de carga posible del recipiente. Entre estos dispositivos se puede mencionar:

-Silletas. Son utilizadas en recipiente de tipo horizontal como soportes. Desde dospuntos de vista, esttico y econmico, se prefiere el uso de dos silletas nicamente a

diferencia del sistema de varios soportes, y esto es vlido aun cuando sea necesario

usar anillos atiesadores. La ubicacin de las silletas la determina a veces la situacin de

aberturas, resumideros, etc., en el fondo del recipiente. Si no es tal caso, las silletas


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pueden situarse en los puntos estticamente ptimos. Los recipientes de pared delgada

y dimetro grande se soportan mejor cerca de las cabeceras, para utilizar el efecto

atiesador de las mismas. Respecto a los recipientes largo de pared gruesa, se aconseja

soportarlos donde el esfuerzo flexionante mximo longitudinal sobre las silletas seacasi igual al esfuerzo sobre la mitad del claro. Este punto vara con el ngulo de

contacto de las silletas. La distancia entre la lnea tangente a la cabeza y la silleta, en

ningn caso debe ser mayor a 0.2 veces la longitud del recipiente.

- Faldn.Es el soporte de uso ms frecuente y el ms satisfactorio para los recipientes

verticales. Se une por soldadura continua a la cabeza y por lo general, el tamao

requerido de esta soldadura determina el espesor del faldn.

-Anillos de retencin.Pueden colocarse en el interior o en el exterior de un recipientepueden ser de seccin rectangular que son los ms utilizados o hasta de cualquier

forma.

- Pernos de Anclaje. Los recipientes verticales, deben anclarse a la cimentacin o

fundacin de concreto, por medio de pernos de anclaje y anillo de la base. Los pernos

de anclaje deben instalarse en mltiplos de cuatro y para torres altas es preferible

instalar un mnimo de ocho pernos. En una cimentacin de concreto, la capacidad de

anclaje de pernos demasiado prximo es reducida. Es aconsejable situar los pernos adistancias no menores de 18 pulgadas. Para mantener esta separacin, en el caso de

recipientes de dimetro pequeo, puede ser necesario agrandar el crculo de

localizacin de los pernos usando un faldn cnico o un anillo de base ms ancho con

placas angulares de refuerzo.

2.3.3 Conexiones

Todo recipiente debe tener como mnimo una conexin de entrada del fluido y otra de salida,

aunque siempre tienen muchas ms. Los servicios ms comunes que precisan conexiones en el

recipiente son: de entrada y salida de fluidos; para instrumentos, como manmetros,

termmetros, indicadores o reguladores de nivel; para vlvula de seguridad; para servicios


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tales como drenaje, venteo, de limpieza, paso de hombre, paso de mano, etc. Salvo en casos

excepcionales, las conexiones se realizan embridadas, ya que permiten su montaje y

desmontaje sin tener que realizar ningn corte ni soldadura. Solamente en casos de fluidos

extremadamente txicos, o altamente explosivos en contacto con el aire, se realizan lasconexiones soldadas.

2.4 MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESIN

Aceros al carbn. Es 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 aleacin. Como su nombre lo indica, estos aceros contienen

bajos porcentajes de elementos de 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.

Aceros de alta aleacin.Comnmente llamados aceros inoxidables. Su costo

en general es mayor que para los dos anteriores. El contenido de elementos de aleacin

mayor, lo que ocasiona que tengan alta resistencia a la corrosin.

Materiales no ferrosos.El 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.

2.3.1 Propiedades que deben tener los materiales para satisfacer las condiciones de

servicio

Propiedades mecnicas.Al considerar las propiedades mecnicas del material

es deseable que tenga una buena resistencia a la tensin, alto nivel de cedencia, por


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cierto de alargamiento alto y mnima reduccin de rea. Con estas propiedades

principales se establecen los esfuerzos de diseo para el material en cuestin.

Propiedades Fsicas. En este tipo de propiedades se buscar que el material

deseado tenga coeficiente de dilatacin trmica.Propiedades qumicas.La principal propiedad qumica que se debe considerar

en el material a utilizar en la fabricacin de recipientes a presin es su resistencia a la

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

nos causar muchos problemas, las consecuencias que derivan de ello son:

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

puede corroerse en poco tiempo de servicio.

-Sobrediseo de las dimensiones. Para materiales poco resistentes al ataque corrosivopuede ser necesario dejar un excedente en los espesores dejando margen para la

corrosin, esto trae como consecuencia que los equipos resulten ms pegados, de tal

forma que encarecen el diseo adems de no ser siempre la mejor 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

por la corrosin necesariamente debe ser retirado de operacin, lo cual implica lasprdidas en la produccin.

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

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

productos de la corrosin contaminan el producto, el cual en algunos casos es

corrosivo.

Esfuerzos admisibles. 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 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.


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- El porcentaje de resistencia a la cedencia usando como esfuerzo admisible 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.

2.5

PRESIONES DENTRO DE UN RECIPIENTE A PRESION

Dentro de los recipientes a presin se suele hablar de diferentes tipos de valores de presin,

entre los que destacan:

2.3.1 Presin de Diseo

Es la presin mxima, interna o externa, utilizada para determinar los espesores mnimos en el

recipiente. Es recomendada para el diseo de un recipiente y sus partes, ya que es una presin

superior a la presin de operacin. La presin de diseo es superior a una presin de operacin

por 30 psi o en un 10%; es decir, cualquiera que sea mayor y que satisfaga este requerimiento.

La presin del fluido que maneje el recipiente tambin debe ser tomada en cuenta para

determinar la presin de diseo.

2.3.2 Presin de Servicio

Es identificada como la presin de operacin. Se define como la presin manomtrica a la cual

estar sometido un equipo en condiciones normales de operacin. La presin de operacin

puede llegar a ser mxima, siendo sta la presin prevista en el sistema debida a desviaciones

de la operacin normal. La mxima presin de operacin debe ser al menos 5% mayor que lapresin de operacin. La presin de operacin mnima es la presin subatmosfrica ms baja

que puede tener el sistema, basada en las condiciones esperadas de la operacin, incluyendo

arranque y parada.


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2.3.3

Presin de Trabajo Mxima Permisible

Es la presin mxima que el recipiente puede soportar en condiciones seguras, normalmente

coincide con la presin de diseo. Es la mxima presin manomtrica permisible en el tope de

un recipiente colocado en su posicin de operacin, a una temperatura establecida.

La presin mxima de trabajo permisible no se determina normalmente para recipientes

nuevos, pero se usa en recipientes que van a ser redimensionados. Cuando no se realizan los

clculos de dicha presin, la presin de disea puede ser usada como la presin de trabajo

mxima permisible [7]. Una prctica comn seguida por muchos usuarios y fabricantes de

recipientes a presin es limitar la presin de trabajo mxima permisible por la resistencia del

cuerpo y los cabezales; y no por elementos pequeos como bridas, boquillas, etc.

2.3.4 Presin de Tarado

Es la presin a la cual abre la vlvula. Las vlvulas de seguridad no estarn taradas a presin

superior a la de timbre, ni a 1,2 veces la de estanqueidad. Las vlvulas de seguridad

dispondrn del reglamentario precinto como garanta de su correcto tarado. La instalacin de

tales precintos podr realizarse por los fabricantes, instaladores y conservadores-reparadores

frigoristas autorizados. A tal efecto, los fabricantes instaladores y conservadores-reparadores

frigoristas autorizados debern disponer de precintos propios, que debern llevar en el anverso

las siglas de la provincia y se nmero de inscripcin en el registro industrial, pudiendo hacer

figurar otra marca particular en el reverso del mismo.

2.3.5 Presin de Precinto

Es la presin a la que estn tarados los elementos de seguridad que protegen el recipiente o

sistema. Tambin se denomina timbre cuando se refiere a la presin mxima de servicio y es

la que limita el propio sistema de seguridad.


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2.3.6

Presin de Prueba

Se entender por presin hidrosttica de prueba1. Tambin es conocida como la presin

manomtrica aplicada al equipo durante la prueba hidrosttica. La mnima presin requerida y

la mxima presin permisible para la prueba dependen del cdigo aplicado.

En la figura 2. Se muestra la relacin entre las diversas presiones con respecto a la presin

de diseo.

Figura 2. Relacin entre las diversas presiones

2.6 CDIGOS Y NORMAS NACIONALES E INTERNACIONALES

110

105

100

95

90

85

Acumulacin

Presin acumulada

mxima permitida

Presin de reasiento o cierre

Presin normal de servicio

Presin mxima de servicio

Margen de diseo

Presin de diseo

Presin de alivio

Sobrepresin

Presin mxima de tarado

Presin de tarado

Escape

% de la presinde diseo

Presin Mxima de alivio

RECIPIENTE VLVULA DESEGURIDAD


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El clculo mecnico de un recipiente consiste, bsicamente, en la determinacin de los

espesores de las diferentes partes que lo forman, tomando como datos de partida: la forma del

equipo, sus dimensiones, el material utilizado, las condiciones de presin temperatura, lascargas debidas al viento y terremoto, peso especfico del fluido y la reglamentacin, norma o

cdigo que debe cumplir el diseo del recipiente. Muchos pases exigen que los equipos a

presin que se instalan en su suelo cumplan unos reglamentos e incluso unas normas de

clculo de obligado cumplimiento. De todas estas normas o cdigos existen algunas que se

han hecho de uso comn en todo el mundo. En Venezuela, estas especificaciones son

derivadas, en gran parte, del ASME (American Society of Mechanical Engineers), cdigo para

calderas y recipientes a presin conocido en la industria como Cdigo ASME. El cual en su

seccin VIII, divisin 1, y seccin VIII, divisin 2, indica los mtodos de clculo, as como los

requisitos mnimos exigidos a los materiales, detalles constructivos y pruebas que deben

satisfacer los equipos a presin. An solapndose los campos de aplicacin de ambas

divisiones, en la prctica la divisin 1 se utiliza para el diseo y construccin de equipos

sometidos a vaco, baja, media y alta presin; la divisin 2 se reserva a los equipos de alta y

muy alta presin.

Adems del cdigo ASME, otros pases han generado sus propios cdigos para el diseo,

fabricacin y certificacin de recipientes a presin, a continuacin se enlistan los principales

Cdigos existentes en el mundo:

Tabla 1.Cdigos para el diseo, fabricacin y certificacin de recipientes a presin.

Pases Cdigos

Alemania Occidental A. D. Merkblatt Code

Estados Unidos de Norteamrica A.S.M.E. Code. Section VIII

Divisin 1 y 2Inglaterra British Code BS 5500

Italia Italian PressureVessel Code

Japn Japanesse Pressure Vessel Code

Japn Japanesse Std. Pressure Vessel


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Construction

2.6.1 Cdigo ASME Para Calderas y Recipientes a Presin

El Cdigo ASME (ao 2007) est compuesto por 11 secciones dedicadas a reglamentar en

forma integral la construccin de calderas, recipientes a presin y reactores nucleares. Esto

incluye los requerimientos de diseo, seleccin de materiales, fabricacin, pruebas, inspeccin

y estampado.

Concretamente en la Seccin VIII del Cdigo se establecen las normas y procedimientos

para la fabricacin de recipientes a presin. Esta Seccin est constituida por tres divisionesque son:

- Divisin 1. Reglas para la Construccin de Recipientes a Presin.

- Divisin 2. Reglas Alternativas para la Construccin de Recipientes a Presin

- Divisin 3. Reglas Alternativas para la Construccin de Recipientes de Alta Presin.

Organizacin de la Divisin 1. La Divisin 1 est compuesta por tres Sub-

secciones, y apndices (que pueden ser de cumplimiento obligatorio o no). La tabla 2describe de forma resumida la estructura organizativa de esta Divisin.

Tabla 2.Estructura organizativa de la Divisin 1

Sub-Seccin Parte Descripcin

A

Requerimientos Generales

UG Requerimientos generales para todos los mtodos deconstruccin y todos los materiales

B

Pertinente a los Mtodos deFabricacin

UW Mediante soldadura

UF Mediante forjado

UB Mediante soldadura con latn

C

Pertinente a los tipos demateriales

UCS Aceros al carbono y de baja aleacin

UNF Materiales no ferrosos

UHA Aceros de alta aleacin


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UCI Hierro fundido

UCL Material con cladding (integral y overlay) o con planchassoldadas

UCD Hierro fundido dctil

Tabla 2.Estructura organizativa de la Divisin 1 (Continuacin)

Sub-Seccin Parte Descripcin

UG Requerimientos generales para todos los mtodos de construcciny todos los materiales

UHT Aceros ferrticos con tratamiento trmico

ULW Construccin layered

ULT Materiales con altos valores de esfuerzos permisibles a bajatemperatura.

UHT Aceros ferrticos con tratamiento trmico

ULW Construccin layered

ULT Materiales con altos valores de esfuerzos permisibles a bajatemperatura.

Apndices obligatorios: cubren aspectos especficos de construccin de recipientes que no estn

incluidos en las tressubsecciones. Si la construccin de un recipiente contempla alguno de esosaspectos, estos apndices son de obligatorio cumplimiento.

Apndices no obligatorios: proveen informacin y emiten recomendaciones para la construccin derecipientes, su uso no es obligatorio.

Alcance da la Seccin VIII Divisin 1. La seccin VIII, divisin 1 del cdigo

ASME presenta los siguientes objetivos:

- Indicar requerimientos obligatorios, prohibiciones, especificaciones y

recomendaciones no obligatorios para el diseo, seleccin de materiales, fabricacin,

inspeccin, exmenes, pruebas y certificaciones de recipientes a presin.

- El Cdigo no incluye todos los aspectos relacionados con estas actividades.

- Los aspectos no incluidos deben ser objeto de la aplicacin de criterios de ingeniera,

siempre considerando la filosofa de este Cdigo.
http://sub-secciones.si/http://sub-secciones.si/


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- En ningn caso, se deben utilizar criterios de ingeniera para obviar los requerimientos

obligatorios y prohibiciones especficas del Cdigo.

Estampado ASME.Un recipiente construido de acuerdo con todas las reglas

aplicables del cdigo ASME ser identificado con el correspondiente sello ASME,

estampado en las paredes o en la placa de identificacin del recipiente, por empresas

certificadas.

Presin de diseo. Las reglas de esta divisin han sido establecidas para la

construccin de recipientes con presin de diseo menor o igual a 3000 psi. Para

presiones mayores, se generan desviaciones a las consideraciones en esta divisin. Sin

embargo, si estas desviaciones son ajustadas, y se cumplen con los requerimientos de

la divisin, el recipiente se puede estampar bajo esta divisin.Partes incluidas.

- Tuberas externas presurizadas:

Conexiones soldadas: la primera junta circunferencial.

Conexiones roscadas: la primera junta roscada.

Conexiones bridadas: la cara de la primera brida.

- Partes no presurizadas que son soldadas directamente al recipiente: Orejas de levantamiento, soportes.

Bocas de visita o boquillas de inspeccin.

Para conexin de instrumentos, la primera superficie que se puede sellar.

2.6.2 Normas en Nuestro Pas

En cuanto al diseo de recipientes en Venezuela, la empresa encargada del aspecto petroleroPDVSA (Petrleos de Venezuela, S.A.) ha establecido algunas especificaciones, en su

mayora fundamentadas en el Cdigo ASME. Estas especificaciones se encuentran en el

Manual de Ingeniera de Diseo, Volumen 21 de esta empresa. A continuacin se mencionan

algunas de ellas:


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D-211-PRT Recipientes a presin

D-251-PRT Requerimientos de diseo para recipiente a presin

D-252 Tanque semirremolque para transporte de GLP

DB-201-R Bandejas de fraccionamiento con bajantesFC-203-P Separadores de produccin

FC-203-P Separadores de agua de proceso

YF-239-POT Requerimientos de control de calidad para recipientes a presin e

intercambiadores de calor

A2.701 Tolerancias para recipientes a presin

A2.00244 Boca de visita de baja presin

A2.105 Conexiones roscadas tpicas para recipientes a presin

10603.2.202 Asientos de acero para soportes de concreto

10603.2.203 Asientos de acero para soportes de acero

0603.1.622 Reduccin de esfuerzos en equipos para manejo de materiales

custicos

10602.2.002 Disposiciones varias de boquillas

10603.2.101 Bisagras para cubiertas de bocas de visita de 150, 300 y 600psi

10603.2.102 Pescantes para tapas de bocas de visita

10603.2.201 Patas de soporte para recipientes verticales

0603.1.306 Pernos de anclaje

0603.1.402 Recipientes en servicio de hidrgeno

0603.1.403 Recipientes en servicio de sulfuro de hidrgeno

0603.1.404 Tanques y recipientes en servicio custico

0603.1.405 Recipiente en servicio de amina

0603.1.117 Cargas y momentos debidos a efecto ssmico

0603.1.121 Anillos rigidizadores de paredes0603.1.124 Recipientes enterrados

A su vez, la Comisin Venezolana de Normas Industriales (COVENIN) creada en 1958,

es el organismo que ha elaborado algunas normas para la verificacin y certificacin de

recipientes a presin, estas son:


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- (3139:1994) Cilindros de alta presin para gas. Prueba hidrosttica. Esta norma

contempla los mtodos de ensayo para determinar si un cilindro de alta presin para

gas se encuentra en el rango de expansin adecuado para su funcionamiento [8].

- (3226-1:1997) Gas Natural para vehculos. Cilindros de almacenamiento. Parte 1:

Cilindros de acero sin costura. Esta Norma Venezolana especifica los requerimientos

mnimos de seguridad para los materiales, diseo, construccin, ensayos y control de

calidad de cilindros de acero sin costura utilizados para el almacenamiento de gas

natural vehicular [9].

- (3017:2000) Cilindros de alta presin para gas. Requisitos para la verificacin de

diseo y mantenimiento. Establece los requisitos mnimos y procedimientos paraverificar el diseo y realizar el mantenimiento de los cilindros de acero al carbono,

acero al manganeso y acero al cromo molibdeno no soldados, de alta presin para gas,

aptos para el envasado, almacenaje y transporte de gases comprimidos y licuados cuya

capacidad nominal este comprendida entre 0,5L y 60L de agua y presiones mayores de

7,3Mpa (995,61psig) [10].

2.7

FILOSOFA DE DISEO

En general el diseo de recipientes a presin en concordancia con el Cdigo ASME, Seccin

VIII, Divisin 1, son diseados por reglas y no requieren una evaluacin detallada de todos los

esfuerzos. Se admite que altos esfuerzos secundarios elevados flexionantes pueden existir pero

son admitidos debido al uso de un factor de seguridad elevado y reglas de diseo para detalles.

Sin embargo, se requiere que todas las cargas sean consideradas [11].

Mientras el Cdigo da frmulas para el espesor y los esfuerzos de componentes bsicos,

depender del diseador seleccionar los procedimientos analticos para determinar los

esfuerzos debidos a otras cargas.

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

diseo econmico y seguro. El diseador tambin debe considerar algunas teoras de esfuerzos


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21

y fallas con el fin de combinar esfuerzos y fijar lmites de esfuerzos admisibles. Es en contra

de los modos de falla que se debe comparar e interpretar los valores de esfuerzos y definir

cmo actan los esfuerzos en un componente que contribuyen a rigidizar de esa parte.

2.8 ANLISIS DE ESFUERZOS

El anlisis de esfuerzos consiste en la determinacin de la relacin entre las fuerzas externas

aplicadas al recipiente y los esfuerzos correspondientes. El anlisis de esfuerzos es necesario

para determinar el espesor del material y tamaos de las partes del recipiente. No es necesario

encontrar todos los esfuerzos pero si conocer los que gobiernan y como ellos estn

relacionados al recipiente o sus partes respectivas, accesorios y soportes [11].

El primer punto para realizar un anlisis de esfuerzos es determinar todas las condiciones de

diseo para un proyecto determinado y luego determinar todas las fuerzas externas

relacionadas. Se debe relacionar estas fuerzas externas a las partes del recipiente que deben

resistirlas para conseguir los esfuerzos correspondientes. Separando las causas (cargas), los

efectos (esfuerzos) puede ser ms preciso determinarlos [11].

El diseador debe darse cuenta de los tipos de cargas y como ellas afectan el recipiente como

un todo. Como estos esfuerzos con interpretados y combinados, que significado tienen en la

seguridad general del recipiente y que esfuerzos admisibles son aplicados ser determinado

por tres cosas:

La fuerza, utilizada en teora de falla.

Los tipos y categoras de cargas

Los peligros que los esfuerzos representan para el recipiente

2.9 TEORA DEL ANLISIS DE ESFUERZOS DE MEMBRANA EN RECIPIENTES

A PRESIN

Las ecuaciones empleadas en el diseo de recipientes a presin se basan en la teora de los

esfuerzos de membrana que se producen en las paredes del recipiente. Como su nombre lo


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indica, el principal propsito de estos recipientes es contener un medio sometido a presin y

temperatura; sin embargo, en el cumplimiento de su funcin estn sujetos a la accin de cargas

estticas y dinmicas por soportera, conexiones de tuberas, expansin trmica y presin

interna y/o externa, que requieren el conocimiento general de los esfuerzos impuestos porestas condiciones para obtener un diseo seguro, confiable y con larga vida til. Al estar

sometidos a presin, el material del cual est hechos los recipientes soporta una carga desde

todas las direcciones. Cuando estos equipos se construyen de placas en la que el espesor es

pequeo en comparacin con otras dimensiones se pueden considerar como recipientes de

pared delgada o membranas, y como tal ofrecen poca resistencia a la flexin perpendicular a

su superficie, por lo cual en este caso los esfuerzos que se calculan obviando dicha flexin se

conocen como esfuerzos de membrana [12].

Estas membranas son bastante resistentes a las fuerzas que actan en el plano formado por

ellas, pero no ofrecen mucha resistencia a la flexin que se puede generar en el plano

perpendicular a la pared; esta condicin es un hecho deseable en el sentido de que estas

membranas permiten al recipiente deformarse tranquilamente en esta direccin, sin que se

generen grandes esfuerzos en los puntos de discontinuidad como boquillas o cabezales.

De acuerdo a la relacin entre el espesor de sus paredes y dimetro, los recipientes pueden

ser clasificados como de pared delgada o de pared gruesas. Segn el Cdigo ASME, se

consideran recipientes de pared delgada, cuando el cociente entre el espesor de la pared y el

dimetro interior del recipiente es igual o menor a 0,10, mientras menor sea esta relacin,

menor ser el error que hay entre el esfuerzo que se predice por esta teora y el esfuerzo

mximo real en el recipiente. Para determinar si un recipiente es de pared delgada o gruesa se

utiliza la siguiente ecuacin:

0,10 Ec. 2.1

Los recipientes de pared delgada constituyen una aplicacin importante del anlisis de

esfuerzo plano. Como sus paredes oponen poca resistencia a la flexin, puede suponerse que

las fuerzas internas ejercidas sobre una parte de la pared son tangentes a la superficie del

recipiente, es decir, las paredes se comportan como membranas sometidas a tensin.


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En cualquier recipiente sujeto a presin interna o externa, los esfuerzos ocurren en la

pared del cuerpo. El estado de esfuerzos es triaxial y los principales esfuerzos son:

x = esfuerzo longitudinal o meridional = esfuerzo circunferencial o latitudinal

r = esfuerzo radial

Adems pueden existir esfuerzos flexionantes y cortantes. El esfuerzo radial es un

esfuerzo directo, el cual es el resultado de la presin actuando directamente en la pared y causa

un esfuerzo compresivo igual a la presin. En recipientes de pared delgada este esfuerzo es tan

pequeo con los otros esfuerzos principales que es generalmente ignorado. As se asume que

para propsitos del anlisis el estado del esfuerzo es biaxial [11]. A continuacin se mostrar el

anlisis de esfuerzos que se producen por efectos de la presin interna en recipientes

cilndricos y esfricos de pared delgada:

2.9.1 Recipientes Cilndricos

Considere un recipiente cilndrico de radio interior r y espesor de pared t, que contiene un

fluido a presin, tal como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Recipientes cilndricos de pared delgada

Se requiere determinar los esfuerzos presentes ejercidos sobre un pequeo elemento de

pared con lados respectivamente paralelos y perpendiculares al eje del cilindro como se ilustra


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en la figura 4, de tal modo que de este cuerpo se asla un segmento haciendo pasar planos

imaginarios perpendiculares y paralelos al eje del cilindro.

Figura 4. Esfuerzos principales

Debido a la simetra axial del recipiente y de su contenido, no se ejercen esfuerzos

cortantes sobre el elemento. En consecuencia, los esfuerzos que pueden existir en las

secciones del elemento solo pueden ser los esfuerzos normales 1y 2indicados en la figura 4,

siendo por lo tanto esfuerzos principales. El esfuerzo 1se conoce como esfuerzo tangencial y

se presentan en los aros de los barriles de madera, por lo tanto tambin son llamados esfuerzos

de aro. El esfuerzo 2es el esfuerzo longitudinal. Estos esfuerzos, multiplicados por las reas

respectivas en las que actan, mantienen en equilibrio al elemento del cilindro en contra de la

presin interna [13].

Para determinar los esfuerzos tangenciales 1 se retira una porcin de recipiente y su

contenido limitado por un plano imaginario al plano xyy por dos planos, tambin imaginarios,

paralelos al plano yz con una distancia x de separacin entre ellos como se muestra en lafigura 5.


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Figura 5. Esfuerzos tangenciales en recipientes de pared delgada

Adems, si el esfuerzo normal medio que se ejerce en la seccin longitudinal es 1, la

fuerza resistida por las paredes del cilindro son las fuerzas paralelas al eje z que actan en el

cuerpo libre. Es decir, consiste en las fuerzas internas elementales (1dA) en las secciones de

pared y en las fuerzas de presin elementales (p dA) ejercidas sobre la porcin de fluidoincluido en el cuerpo libre. Ntese que p es la presin manomtrica del fluido, es decir, el

exceso de la presin interior sobre la presin atmosfrica exterior. La resultante de las fuerzas

internas 1dAes igual al producto de 1y del rea transversal 2tx de la pared, mientras que

la resultante de las fuerzasp dA es el producto de py el rea 2rx. La ecuacin de equilibrio

se escribe:

= 22=0 Ec.2.2

Resolviendo para el esfuerzo tangencial 1se obtiene:

= Ec.2.3


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La ecuacin anterior es vlida solo en el caso de cilindros de pared delgada, ya que da el

esfuerzo medio en el aro. Se debe tener presente que el grueso de la pared debe ser menor o

igual a 1/10 del radio interno para que la ecuacin anterior tenga validez, el error cometido alaplicar la Ec. 2.3 ser todava pequeo en la medida que esta relacin sea mayor.

El esfuerzo longitudinal 2 se determina resolviendo un simple problema de fuerzas

axiales, se hace un corte perpendicular al eje x y se considera el cuerpo libre que consta de la

parte del recipiente y de su contenido como se muestra en la figura 6.

Figura 6. Esfuerzos longitudinales en el recipiente

Observando que el rea de la seccin de fluido es r2y que el rea de la seccin de la

pared corresponde a (2 r t).Se escribe la ecuacin de equilibrio:

= 2 = 0 E c . 2 . 4

Despejando para el esfuerzo longitudinal 2 se obtiene:


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= 2 Ec.2.5

Se observa en las ecuaciones 2.3 y 2.5 que el esfuerzo circunferencial 1es el doble del

esfuerzo longitudinal 2, por lo tanto se tiene que:

= 2 Ec.2.6

En la figura 7 se dibuja el crculo de Mohr por los puntos A y B, que corresponden

respectivamente a los esfuerzos principales 1 y 2, y recordando que el mximo esfuerzo

cortante en el plano es igual al radio del crculo y se tiene:

max = 12 =4 Ec.2.7

Figura 7. Crculo de Mohr para un cilindro

El esfuerzo de la ecuacin 2.7 corresponde a los puntos D y E y se ejerce sobre un

elemento obtenido mediante la rotacin de 45 del elemento original de la figura 7, dentro del


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plano tangente a la superficie del recipiente. El esfuerzo cortante mximo en la pared del

recipiente, sin embargo, es mayor. Es igual al radio del crculo de dimetro OA y corresponde

a una rotacin de 45 alrededor de un eje longitudinal y fuera del plano de esfuerzo, se tiene:

max = = 2 Ec.2.8

2.9.2 Recipientes Esfricos

Considrese ahora un recipiente esfrico, de radio interiorry espesor de pared t, que contiene

un fluido bajo presin manomtricap. Obsrvese en la figura 8 que, por simetra, los esfuerzos

en las cuatro caras de un elemento pequeo de pared deben ser iguales.

Figura 8. Esfuerzos en las caras del elemento.

Por lo tanto se tiene:

= = Ec. 2.9

A fin de hallar los esfuerzos en un recipiente esfrico, se realiza un corte a travs de la

esfera segn un plano diametral (figura 9a) y se asla la mitad del cascarn junto con su

contenido de fluido como cuerpo libre como se muestra en la (figura 9b). Sobre este cuerpo

libre actan los esfuerzos de tensin en la pared del recipiente y la presin p del fluido. La

presin acta en sentido horizontal contra el rea circular plana de fluido que permanece


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dentro del hemisferio [13]. Puesto que la presin es uniforme, la fuerza resultante de la presin

(P) es:

= Ec.2.10

Donde, r corresponde al radio interno de la esfera ypa la presin manomtrica.

Si las presiones interna y externa son las mismas, ningn esfuerzo se desarrolla en la

pared del recipiente, por lo tanto, slo el exceso de la presin interna sobre la presin externa

tiene efecto sobre esos esfuerzos.

Figura 9. Esfuerzos de tensin en la pared de un recipiente esfrico a presin

Debido a la simetra del recipiente y su carga, el esfuerzo de tensin es uniforme

alrededor de la circunferencia; adems como la pared es delgada, se puede suponer con buena

precisin que el esfuerzo est uniformemente distribuido a travs del espesor t. La precisin de

esta aproximacin aumenta conforme el cascarn se vuelve ms delgado y decrece conforme

se incrementa el espesor[13]

. Para un recipiente esfrico, la ecuacin de equilibrio es:

= = 2 Ec.2.11


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En la figura 10, se puede visualizar que los esfuerzos principales de igual intensidad

actan en los elementos esfricos cualquiera que sea la inclinacin del elemento. Esto significa

que sin que importe la inclinacin del plano en el elemento estudiado, el esfuerzo normal

permanece constante y no existen esfuerzos cortantes.

Figura 10. Recipientes esfricos a presin

Como los esfuerzos principales 1 y 2 son iguales, el crculo de Mohr para la

transformacin de esfuerzos, dentro del plano tangente a la superficie del recipiente, se reduce

a un punto (figura 10).

Se concluye que el esfuerzo normal en el plano es constante y que el esfuerzo cortante

mximo en el plano es cero. El mximo esfuerzo cortante en la pared del recipiente, sin

embargo, no es cero; es igual al radio del crculo de dimetro OA y corresponde a una rotacin

de 45 fuera del plano de esfuerzo. Se tiene:

max = 12 =4 Ec.2.12


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Figura 11. Crculo de Mohr para una esfera

Para los mismos valores de presin interna, dimetro y espesor de pared, el esfuerzo

mximo en un recipiente esfrico es aproximadamente la mitad del esfuerzo mximo que se

presenta en uno cilndrico.

2.10TEORA BSICA DE COMPENSACIN DE REAS EMPLEADA EN EL

DISEO DE ABERTURAS Y BOQUILLAS EN RECIPIENTES A PRESIN

Las aberturas en recipientes a presin son muy frecuentes y necesarias, ms si el equipo forma

parte de un proceso en el que hay salida y entrada de diversos flujos hacia y desde el interior

del recipiente en cuestin.

En la figura 12, se puede ver la distribucin del esfuerzo en la cercana de una abertura

circular pequea de radio a, la cual se encuentra en una placa que est sujeta a la accin de un

esfuerzo de tensin en la direccin del eje polar = 0.


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Figura 12. Abertura sobre placa plana sujeta a tensin

Estos esfuerzos vienen dados por las ecuaciones:

= 21 + 21 + 3 4 2 Ec.2.13

= 21 + 21 + 3 2 Ec.2.14 = 21 3 + 2 2 Ec.2.15

Sobre la circunferencia de la abertura se tiene que:

r = a

= 0 =122

= 0

El esfuerzo tangencial es mximo en el punto =/2 y en el punto =3/2 localizados

sobre la circunferencia de la abertura y en el eje perpendicular a la direccin de la tensin

aplicada; en estos puntos se tiene entonces = 3. Por otra parte, cuando r=a y =0 =180se tiene entonces = . De este modo se puede apreciar que una abertura pequea


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en una placa sujeta a tensin en una direccin determinada, como por ejemplo por efecto de

una presin interna, causa un aumento en los esfuerzos en la vecindad de la abertura hasta un

valor mxima de tres veces el esfuerzo promedio que se tiene en la placa continua [12].

A pesar de que la teora exacta se basa en aberturas pequeas en placas infinitas, en laprctica se ha podido apreciar que los efectos de una abertura pequea son muy limitados y

estos se desvanecen con rapidez; por lo tanto, para propsitos prcticos las ecuaciones 2.13,

2.14 y 2.15 pueden ser empleadas en placas que tengan una dimensin 5 veces mayor al

dimetro del agujero.

Por otra parte, es obvio que al realizar una abertura en el cuerpo del recipiente, se est

retirando una parte del material que lo conforma, debilitando as la estructura del recipiente. El

cdigo ASME propone una metodologa de clculo que se basa en el principio de

compensacin de reas, es decir, se busca que el rea aportada por la conexin de la boquilla

compense aquella que es retirada al realizar la abertura. Lo que se busca es que el efecto de los

esfuerzos (carga entre rea) sobre los bordes de la abertura sea compensado por el rea que se

aade al instalar la boquilla. En caso de que esta rea aportada no sea suficiente, se

considerar la opcin de instalar un soporte anular de refuerzo que rigidice la seccin crtica,

buscando que de este modo se mantenga la integridad del recipiente. A continuacin se detalla

dicha metodologa de clculo empleada en la prctica.

2.10.1 Espesor del cuello de boquilla

De acuerdo con el prrafo UG-45 del Cdigo ASME, el mnimo espesor requerido para el

cuello de la boquilla, no deber ser menor que el mayor valor de los siguientes:

2.10.2 Por UG-45.a

El espesor del tubo se debe calcular para todas las cargas aplicables segn el prrafo UG-22

del cdigo. Dado que todas las boquillas estn hechas de tubos, stas se calculan como si

fueran recipientes a presin cilndricos mediante la aplicacin de la ecuacin 2.8, en este caso

se deben emplear las dimensiones corrodas de la boquilla, as como las propiedades

mecnicas del material del componente.


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2.10.3 Por UG-45.b

El espesor de la boquilla no debe ser menor que el ms pequeo de los siguientes;2.10.3.1 Para recipientes sometidos a presin interna, el espesor del cabezal o cuerpo

(dependiendo del componente al que est conectada la boquilla) necesario para soportar la

presin interna ms el margen por corrosin, pero que en ningn caso deber ser menor a

1/16 para recipientes soldados

2.10.3.2. Para recipientes sometidos a presin externa, el espesor del cabezal o cuerpo

(dependiendo del componente al que est conectada la boquilla) necesario para soportar la

presin interna equivalente ms el margen por corrosin, pero que en ningn caso deber ser

menor a 1/16 para recipientes soldados.

2.10.3.3 Para recipientes sometidos a la accin conjunta de presin interna y externa se

debe elegir el espesor mayor determinado en 2.10.3.1 y 2.10.3.2

2.10.3.4 El espesor mnimo de la pared del tubo Standard, sin considerar la tolerancia de

fabricacin (12,5%), ms el margen de corrosin.

Una vez calculados los espesores requeridos por UG-45.a y UG-45.b se elige el mayor de

estos como valor mnimo requerido por la boquilla.

2.10.4 Requerimientos Mnimos de Soldadura para Adjuntar Boquillas

Se considera que la soldadura que une la boquilla al cuerpo del recipiente es de penetracin

completa, por lo que el refuerzo que aporta dicha soldadura se considera parte integral del

cuerpo del equipo, tal y como se muestra en la figura 13.


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Figura 13. Junta soldada de boquillas al cuerpo del tipo integral (Figura UW-16.1 ASME)

El procedimiento para dimensionar las soldaduras de las boquillas consiste en lo

siguiente:

1) Primero se calcula tmin=menor (3/4, espesor corrodo de la seccin ms delgada de la

junta).

2) Luego se procede a calcular tc=menor (1/4, 0,7tmin) como el mnimo espesor

requerido por la soldadura.

3) Se selecciona por exceso un cordn de soldadura estndar para facilitar la fabricacin

del componente,

A travs de este procedimiento se obtiene una soldadura fuerte y confiable para evitar

posibles fugas por la boquilla. Mencin aparte debe hacerse a la inspeccin que se realiza a

estas uniones soldadas, ya que al ser a filete no pueden ser examinadas radiogrficamente, sino

nicamente por inspeccin visual y su integridad se pone a prueba con la realizacin de la

prueba hidrosttica.

En caso de que el rea provista por este tipo de conexin no sea suficiente para compensar

el rea retirada al abrir el agujero de la boquilla, se debe colocar un refuerzo por separado que

es colocado en la parte externa de la superficie del recipiente, el cual es soldado tanto en la

pared del equipo como a la pared de la boquilla, tal como se muestra en la figura 25.


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Figura 14. Junta soldada de boquillas al cuerpo que requieren de refuerzo adicional

(Fuente UW)

Cuando se coloca una placa anular de refuerzo externa, la junta de la boquilla y el cuerpo

del recipiente no pueden considerarse de tipo integral, en cuyo caso se debe disear

considerando una concentracin de esfuerzos de la junta para garantizar un desempeo

confiable de operacin.

2.10.5 Teora de Refuerzos para Aberturas

Como ya se mencion anteriormente las aperturas ms comunes en los recipientes son

aquellas que sern empleadas como boquillas. El material de refuerzo a emplear debe ser

compatible con aquel que se emplea en el cuerpo del recipiente o en la boquilla, de este modo

se tiene una conexin del tipo integral, como la que se obtiene por forjas o soldaduras a

penetracin completa, en contrario de lo que se obtiene si estas boquillas son instaladas con

pernos o remaches.

Los dos requerimientos bsicos para la instalacin de refuerzos son:


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- Suficiente material debe ser aadido para compensar el efecto de debilitamiento

por la realizacin de la abertura, aun conservando los patrones de esfuerzo

predominantes en el recipiente.

- El material de refuerzo debe ser colocado de forma inmediatamente adyacente a

la abertura, pero uniformemente distribuido en el perfil y contorno de la misma para no

introducir concentraciones de esfuerzos.

El refuerzo de un abertura no se obtiene por aadir grandes cantidades de material, por el

contrario esto genera el efecto opuesto al crear un punto de dureza sobre la estructura. Este

punto de dureza no permite que el recipiente crezca naturalmente bajo los efectos de la

presin, o que no se desarrollen los patrones normales de esfuerzo sobre el cuerpo del equipo

por la presin de esta zona sobre reforzada. El resultado es una concentracin de esfuerzoslocal, lo cual puede ser visualizado como un pinchazo sobre un baln. Por otra parte, los

lmites geomtricos para aadir material de refuerzo de manera efectiva pueden obtenerse

mediante un examen de los gradientes de esfuerzo que se producen a lo largo de la seccin nn

de la figura 15.

A cierta distancia desde el borde de la abertura y por la teora desarrollada en la seccin

2.6 para un recipiente cilndrico sujeto a presin interna, donde el esfuerzo longitudinal es la

mitad del esfuerzo circunferencial, se tiene que la ecuacin 2.14 toma la siguiente forma:

= 44 + 3 + 3 Ec.2.16


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Figura 15. Variaciones del esfuerzo en la cercana de una abertura circular

El esfuerzo decrece rpidamente con la distancia a partir del borde de la abertura, como semuestra en el rea rallada de la figura 14. En el borde del agujero se tiende que r=a, y de la

ecuacin 2.15 se tiene entonces que el mximo esfuerzo es =2,5. En otro caso, a unadistancia del borde r=2a, el esfuerzo disminuye hasta =1,23, por lo que los efectos de laabertura a esta distancia en la distribucin del esfuerzo son despreciables. Por lo expuesto

anteriormente es usualmente aceptado que para una distancia igual al radio de la apertura a

partir del borde del agujero se tiene un lmite vlido para el refuerzo efectivo de la abertura en

la direccin paralela a la pared del recipiente. Para el lmite en la direccin perpendicular a la

superficie se puede aproximar por las caractersticas deflectoras de la boquilla o del anillo que

se est utilizando como refuerzo. En el caso de una boquilla cilndrica esta deflexin es una

distancia L por encima de la superficie del recipiente y que es igual a 1/, donde es un

coeficiente numrico. Si se toma un espesor de pared de boquilla promedio como un dcimo

del radio de la boquilla, se tiene entonces:


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= 1,285 =0,1

1,285 =0,25 Ec.2.17

De este modo se establecen los lmites de refuerzo como una funcin del radio de la

boquilla. Entonces se considera que el rea provista por el espesor de la boquilla dentro de los

lmites de refuerzo compensa el rea removida del cuerpo por la abertura respectiva. En caso

de que se requiera colocar ms rea, esta debe ser instalada dentro de los lmites de refuerzo

para una efectividad completa. ste es el mtodo bsico para reemplazar reas de refuerzo

usado en el diseo de recipientes y es aplicado por la ASME en su cdigo de normas con las

siguientes salvedades:

- El lmite paralelo a la superficie del recipiente se toma como el mayor valor

entre el dimetro de la apertura o la sumatoria del radio de boquilla ms el espesor de

la boquilla ms el espesor del cuerpo del recipiente en el punto donde se hace la

abertura; todo en dimensiones corrodas.

- En el lmite normal a la pared del recipiente se extiende por encima de la

superficie del mismo una distancia que debe ser la menor entre 2,5 veces el espesor del

cuerpo o 2,5 veces el espesor de la boquilla ms el espesor del anillo de refuerzo.

2.11 FALLAS EN RECIPIENTES A PRESIN

Las 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 del equipo. La falla puede ser el resultado de una deformacin plstica

excesiva o elstica o por termo fluencia. Como un resultado de tal deformacin el equipo

puede fallar al no realizar su funcin especfica sin llegar a la ruptura [11].

Las fallas en recipientes a presin pueden ser agrupadas en cuatro grandes categoras, las

cuales describen el porqu una falla ocurre en el recipiente. Las fallas tambin pueden ser

agrupadas entre tipos de fallas, las cuales describen el cmo ocurre la falla [11]. Cada falla tiene


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su cmo y porqu para su historia. sta puede haber fallado a travs de fatiga por corrosin

debido a la seleccin de un material equivocado. El diseador debe estar familiarizado con las

categoras y tipos de falla as como con las categoras y tipos de esfuerzos y cargas. Al fin y al

cabo todas ellas estn relacionadas.

2.11.1 Categoras de fallas

- Material.Inadecuada seleccin del material, defectos en el material.

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

- 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.

2.11.2 Tipos de fallas

- Deformacin 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 forma de la estructura es

alterada como resultado de rigidez insuficiente.

- Fractura.Es cuando el material del recipiente se fragmenta, puede ocurrir a bajas o

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

de carbono en un rango de 40-50F durante la prueba hidrosttica cuando existen

defectos menores.

-Inestabilidad plstica.El criterio de mayor uso para el diseo de equipo es aquel quemantiene los esfuerzos inducidos dentro de la regin elstica del material de

construccin con el fin 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 deformacin plstica.


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- Esfuerzo por corrosin. 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 material

es crtica en estos servicios.

- Fatiga por corrosin. Ocurre cuando efectos corrosivos y fatigas ocurren

simultneamente. La corrosin puede disminuir la duracin de la fatiga socavando la

superficie y propagando las grietas.

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

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

modos de falla que el diseador debe comparar e interpretar los valores de esfuerzos.

Determinando el esfuerzo admisible no es suficiente. Para la inestabilidad plstica se debeconsiderar la geometra, rigidez y las propiedades del material. La seleccin del material es

una de las mayores consideraciones relacionadas con el tipo de servicio. Detalles de diseo y

mtodos de fabricacin son tan importantes como el esfuerzo admisible en el diseo de

recipientes para servicios cclicos. El diseador y todas aquellas personas que definen el

diseo deben tener una imagen clara de las condiciones bajo las cuales el recipiente va a

operar.

2.12 COMPONENTES ESTRUCTURALES DE SOPORTES

Los 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.


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

- Cargas muertas, que son las que la gravedad ejerce sobre el equipo y sus

estructuras soporte.

- Cargas vivas, que varan en magnitud y a veces en ubicacin, se tienen 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 flujo

de fluido.

- Peso de los elementos componentes del soporte.

- Cargas superpuestas, estticas y trmicas, inducidas por los componentes

soportados

- Cargas medioambientales, debidas al viento y nieve.

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

cambios bruscos de presin.

- Cargas debidas a expansiones trmicas de tuberas y a expansiones o

contracciones inducidas por la presin.

- Cargas debidas a instalaciones de anclajes de componentes.

2.12.1 Consideraciones de diseo de soportes

Estas consideraciones implican la determinacin de tensiones sobre los componentes

estructurales 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.


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- El anlisis del lmite plstico se usa en estructuras lineales ensambladas,

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 recipiente

para reducir las tensiones locales de pandeo, en la unin zcalo-recipiente,

construccin que permite variaciones de la presin radial y trmica del recipiente

soportado, mediante el correspondiente pandeo del zcalo; 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 inherentes al

recipiente.

Figura 16. Detalles del zcalo soporte de carcasa

Se establece una altura de zcalo y se determinan las fuerzas y momentos en la base del

mismo, debidas a las cargas aplicadas. Si se considera la carcasa (superficie cilndrica) como

una viga, el esfuerzo normal en el zcalo se calcula por la expresin:


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=

Ec.2.18

Donde: = la tensin axial en el zcalo= la carga total vertical de diseoA = el rea de la seccin transversal

M = el momento en la base debido a las cargas de diseo

C = la distancia radial desde el eje central a la superficie del zcalo

I = el momento de inercia

Los esfuerzos normales debido a carga axial y momento flexionante para carcasas

delgadas se definen como:

= 2

Ec.2.19

Como el esfuerzo admisible por compresin es menor que el esfuerzo admisible por

traccin, es la de compresin la que normalmente controla el diseo.

Los niveles globales de tensiones facilitan, en todos los casos, un diseo ms exacto.

Frecuentemente se pueden presentar tensiones locales de pandeo trmico, como consecuencia

de la posible diferencia de temperaturas entre el zcalo y la placa base soporte; su magnitud

depende del gradiente trmico axial; los gradientes ms elevados dan lugar a tensiones ms

altas.

2.13 EFICIENCIA DE JUNTAS SOLDADAS EN RECIPIENTES A PRESIN

FABRICADOS POR MTODOS DE SOLDADURA

La mayora de los recipientes a presin son construidos a partir del ensamblaje de partes y/o

secciones que han sido prefabricadas o subensambladas, tales como cilindros, cabezales, etc.,


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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 requeridas por el equipo. Slo aquellos cierres que sern removidos

frecuentemente, ya sea por servicio, inspeccin o mantenimiento, son unidos con pernos ytuercas para que as el nmero de cierres mecnicos con empacaduras sea mnimo y tener de

este modo una mayor superficie de la estructura a prueba de fugas. Este hecho hace que los

efectos de soldaduras en el diseo de recipientes a presin sea un elemento importante en el

clculo mecnico de estos equipos dadas 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 respecto almaterial base.

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

por encogimiento.

- 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.

Dada la importancia de las soldaduras en la construccin y diseo de los recipientes, el

Cdigo ASME introduce las variable E como la eficiencia de de junta en la ecuacin 2.8para el clculo de espesor del recipiente cilndrico. Esta variable toma en consideracin los

tres factores anteriormente descritos, junto con el nivel de inspeccin radiogrfica que se

realiza a la junta en consideracin, as como la localizacin de dicha soldadura en la estructura

del recipiente, para as definir la capacidad o confiabilidad que tiene la soldadura para resistir

los efectos de las cargas bajo las cuales estar sometida. Esta variable puede tener alguno de

los siguientes valores:

E =1 para radiografiado total

E = 0,85 para radiografiado aleatorio

E = 0,70 para equipo sin radiografiado.

El cdigo ASME modifica la ecuacin 2.8 para el clculo del espesor del recipiente y as

obtener de ese modo un diseo ms seguro y confiable. Quedando la ecuacin de la siguiente

manera:


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= , Ec.2.20

Donde:

t = espesor mnimo requerido (in)

P = presin de diseo (psi)

R = radio interno (in)

S = esfuerzo mximo permisible (psi)

E = eficiencia de las soldaduras

La ecuacin 2.20 es la ecuacin modificada por el Cdigo ASME, la cual est

especificada en el prrafo UG-27 del cdigo y que da como resultado un espesor mayor al quese obtiene por la ecuacin terica 2.8 pues considera un factor de seguridad de (0,6P) que hace

que el denominador de la ecuacin anterior sea menor, y por lo tanto se tenga un espesor ms

grueso. Adicionalmente introduce los efectos de la soldadura en el ensamblaje del recipiente al

considerar la eficiencia de junta soldada E. Al introducir esta variable se obliga a que el

espesor obtenido sea mayor al calculado por la teora de pared delgada en la ecuacin 2.8.

2.14 EFECTOS DE VIENTOS Y SISMOS SOBRE LA ESTRUCTURA DE

RECIPIENTES A PRESIN

El procedimiento de diseo tiene como norma que estas condiciones ambientales no actan de

manera conjunta sino por separado, es decir o se tienen cargas de viento o se tienen cargas

ssmicas actuando sobre el recipiente.

2.14.1 Calculo de Cargas Generadas por Accin del Viento

El diseo se hace siguiendo la norma ASCE (7-98) American Society of Civil Engineers

para el diseo de estructuras de forma simtrica y regular y que no cuentan con caractersticas


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especiales de respuesta para contrarrestar los efectos del viento. De acuerdo a esta norma, la

fuerza ejercida por el viento sobre la superficie de una estructura se calcula como:

= Ec.21Donde:

=0,00256 (lbs/ft2) presin de Velocidad V a una altura Z = 1 Factor de direccin del viento para estructuras abiertas Coeficiente de exposicin de la presin de velocidad del viento, en funcin de la

categora de exposicin de la estructura D para reas planas sin obstculos y

expuestas al viento circulando sobre la superficie del agua

Factor topogrfico de la regin en la que se ubica la estructuraV Velocidad mxima del viento

I=1 Factor de importancia para estructuras petroqumicas que presentan poco peligro

para la vida humana.

G Efecto de las rfagas para una categora de exposicin D y a una altura Z

=0,8Coeficiente de fuerza total o factor de forma para estructuras cilndricas. rea proyectada de contacto

La ecuacin 2.21 da como resultado la fuerza resultante por la accin del viento de

acuerdo a las caractersticas del sitio en el que est ubicado el recipiente. Esta fuerza acta

sobre la punta de la torre, por lo que al ser trasladada a la base es la misma, se transforma en

un sistema de cargas equivalente de fuerza y momento.

2.14.2 Clculo de cargas generadas por la accin de sismos

Los clculos se basan en el mtodo de diseo expuesto en la norma UBC-1991 Uniform

Building Code, en el que se considera que las condiciones de carga sobre el recipiente son

similares a las de una viga en voladizo con una carga que se incrementa uniformemente hacia

el extremo libre. Este sistema de cargas se plantea como una fuerza cortante distribuida sobre


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la longitud del recipiente y un momento de volcamiento que acta sobre las bases de la

estructura.

La carga cortante total que acta sobre el recipiente se calcula como:

= ( ) Ec.2.22

Donde

= 1 , 2 5

Coeficiente Numrico que no debe ser mayor a 2,75.

=0,035 (seg) Perodo fundamental de vibracin de la estructuraH Altura de la estructura

S Coeficiente de las caractersticas del suelo en el sitio. S=2 Lecho

marino con ms de 40 ft de arcilla suave (valor mximo)

Rw Coeficiente numrico de forma. Rw=4 para recipientes a presin

cilndricos.

I=1 Factor de importancia para estructuras petroqumicas que presentan

poco peligro para la vida humana.

W Peso total de la torre.

La carga cortante que acta sobre el tope de la estructura se calcula como:

=0,07(lbs)

FTNo debe ser mayor a 0,25V y en caso de que T 0,7 entonces FTser cero.

El momento de volcamiento mximo ocurre en la base del recipiente y viene dado por:

= + (lbs in)


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El momento de volcamiento a una distancia X del tope de la estructura se calcula por las

expresiones:

= [](lbs in); para X H/3 = [ + 3 ](lbs in); para X H/3

El cortante en la base es la fuerza horizontal ssmica total actuando en la base de la

estructura, sobre la cual se tiene una distribucin triangular de fuerzas. Una porcin, F T, de la

fuerza horizontal ssmica total acta sobre el tope del recipiente, mientras el resto se distribuye

a lo largo de la longitud del mismo.

2.15 ESFUERZOS TRMICOS

En un recipiente a presin de pared delgada, un elemento de material est sujeto a esfuerzos de

tensin en dos dimensiones perpendiculares, de modo que aparecen deformaciones ,midiendo stas en las direcciones 1 y 2 se pueden calcular los esfuerzos S1y S2, de la siguiente

forma:

= + 1 = + 1 Ec.2.25

Donde:

v= relacin de Poisson

E= mdulo de elasticidad

La restriccin de la expansin o contraccin debida a un cambio de temperatura da como

resultado una induccin de esfuerzos trmicos. La mayora de las condiciones de servicio de

recipientes a presin involucra una restriccin en dos dimensiones; en este caso,

= = . Entonces reemplazando en las ecuaciones 2.25 se tiene que losesfuerzos mximo que se pueden inducir son:


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= = 1 = 1

Donde:

S1 y S2 = esfuerzos principales mximos que se pueden inducir por restriccin de

contracciones trmicas.

T2y T1= temperatura nueva y temperatura inicial respectivamente.

Un esfuerzo trmico puede causar una falla por fluencia, o una falla por fatiga por ciclos

trmicos. Las expansiones trmicas tambin pueden volver una estructura inoperante debido a

distorsiones o deflexiones excesivas, por ejemplo, con rotores de turbinas. Para reducir los

esfuerzos inducidos por gradientes trmicos se acostumbra a realizar un calentamiento o

enfriamiento gradual para evitar dao trmico en cuerpos de calderas, rotores de turbinas y

otros equipos de procesos.

Cuando en un recipiente se introducen o se descargan fluidos se pueden inducir esfuerzos

trmicos de fatiga en las toberas, debido a una variacin de temperatura en relacin con la

inicial del material del recipiente. Cuando los gradientes de temperatura son pequeos no se

presentan problemas en el material del recipiente, pero con una variacin excesiva y recurrente

los esfuerzos trmicos inducidos pueden causar una falla por fatiga. La variacin admisible detemperatura se puede estimar suponiendo que el cambio cclico de temperatura induce un

esfuerzo cclico de temperatura induce un esfuerzo cclico igual al esfuerzo alterno admisible

de fatiga.

2.16 CORROSIN

Los recipientes o partes de los mismos que estn sujetos a corrosin, erosin o abrasin

mecnica deben tener un margen de espesor para lograr la vida deseada, aumentando

convenientemente el espesor del material respecto al determinado por las frmulas de diseo,

o utilizando algn mtodo adecuado de proteccin.


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Las normas no prescriben la magnitud del margen por corrosin excepto para recipientes con

espesor mnimo requerido menor de 0,25 in que han de utilizarse para servicio de vapor de

agua, agua o aire comprimido, para los cuales se indica un margen de corrosin no menor de

la sexta parte del espesor de placa calculado. No es necesario que la suma del espesorcalculado ms el margen por corrosin exceda de pulgada. (Norma UCS-25)

Para otros recipientes en los que sea predecible el desgaste por corrosin, la vida esperada del

recipiente ser la que determine el margen y si el efecto de la corrosin es indeterminado, el

margen lo definir el diseador [15]. Un desgaste por corrosin de 5 milsimas de pulgada por

ao (1/16 in en 12 aos) generalmente es satisfactorio para recipientes y tuberas.

La vida deseada de un recipiente es una cuestin econmica. Los recipientes principales o

mayores se disean generalmente para una vida larga de servicio (15 a 20 aos), mientras que

los secundarios o menores para perodos ms cortos (8 a 10 aos).

No necesita aplicarse el mismo margen por corrosin a todas las partes. Existen varios

mtodos diferentes para medir corrosin, el ms simple consiste en taladrar agujeros de prueba

o indicadores de corrosin (Prrafo UG-25.c).

De acuerdo con el Cdigo ASME, los recipientes sujetos a corrosin debern tener una

abertura de purga y debern ser provistos con abertura de inspeccin.

La seleccin del material adecuado es de vital importancia para brindar cierto grado de

seguridad particularmente cuando puede producirse una falla debida a corrosin, que origine

una situacin peligrosa o se traduzca en tiempo muerto costoso.

2.16.1 Seleccin del material

La seleccin de materiales se refiere a la seleccin y empleo de materiales resistentes a la

corrosin, tales como: acero inoxidable, plsticos y aleaciones especiales que alarguen la de

vida til de una estructura. Los materiales a ser utilizados en recipientes a presin deben serseleccionados a partir de las especificaciones de material aprobadas por el Cdigo ASME.

Este requerimiento no es un problema ya que est disponible un extenso catlogo de tablas

enlistando materiales aceptables. Los factores que necesitan ser considerados para elegir una

tabla apropiada son: costo, condicin de servicio (desgaste, corrosin, temperatura de

operacin), disponibilidad y requerimientos de resistencia [15].


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2.16.2 Registros

Todos los recipientes sujetos a presin que contengan aire comprimido y aquellos sometidos acorrosin interna, erosin o abrasin mecnica, deben proveerse de un registro para hombre,

un registro para la mano u otras aberturas de inspeccin para ser revisados y limpiados.

Los registros de inspeccin deben ser de preferencia circulares, elpticos u oblongos [16]. Un

registro oblongo es formado por dos lados paralelos y extremos semicirculares. La abertura

para un tubo o una tobera circular cuyo eje no sea perpendicular a la pared o cabeza de

recipiente, puede tomarse para fines de diseo como registro elptico[16]. Los registros que

aparecen en la tabla 3 se han seleccionado de las opciones permitidas por el Cdigo ASME.

Tabla 3. Registros de inspeccin de acuerdo al dimetro del recipiente

Dimetro interno del recipiente Registro de inspeccin requerido

Mayor de 12 in y menor de 18 in. Dos aberturas con tubo roscado de 1 in de

dimetro.

Desde 18 in hasta 36 in. Registro de hombre con un mnimo de 15 in de

dimetro interno o dos aberturas con tubo

roscado de 2 in de dimetro.

Mayor de 36 in. Registro de hombre con un mnimo de 15 in de

dimetro interno o dos boquillas con tubo de 6 in

de dimetro.

No se requieren registros de inspeccin cuando:

En recipientes de 12 in de dimetro o menores, si tiene por lo menos dos conexiones

removibles para tubos de de pulgada, como mnimo.

En recipientes de ms de 12 in de dimetro interior que se van a instalar de manera que puedan

desconectarse de un arreglo para permitir su inspeccin, si tienen por lo menos dos conexiones

para tubo removibles no menores de 1 de pulgada.


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En recipientes de ms de 12 in de dimetro interior sujetos a presin interna de aire que

tambin contengan otras sustancias que impidan la corrosin, siempre que el recipiente tenga

aberturas adecuadas por la que se pueda hacer conveniente su inspeccin.

En recipiente (no mayores de 36 in de dimetro interno) provistos de agujeros de aviso (comomnimo un agujero por cada 10ft2) que cumplan con las disposiciones de la norma, que estn

sometidos solo a corrosin y que no para uso con aire comprimido.

2.17 DISEO DE RECIPIENTES A PRESIN

En el diseo de recipientes a presin se abarcan diferentes etapas, entre las cuales se

encuentran el desarrollo del diseo conceptual, del diseo bsico y del diseo de ingeniera

detalles.

El diseo conceptual constituye la etapa inicial donde se definen los datos iniciales de un

diseo preliminar, mediante la evaluacin de las distintas alternativas de solucin, en base a

ciertos criterios elegidos para demostrar su facilidad tcnica-econmica, adems de su

rentabilidad. En el desarrollo del diseo conceptual para un recipiente sometido a presin se

debe construir un esquema de la informacin que se tiene para el diseo. A esquema se le

denomina esquema conceptual. Al construir el esquema, los diseadores descubren el

significado de los datos de diseo, es decir, se comprenden los datos independientemente de su

representatividad fsica y la aplicacin de cada uno de los datos.

El diseo bsico comprende la informacin necesaria para evaluar definitivamente el

diseo. Se procede a dimensionar el recipiente y especificar los materiales, basndose en losdatos obtenidos en el diseo conceptual. En esta etapa del diseo se especifican los clculos a

realizar y el procedimiento que se debe seguir para realizarlos.

Despus de desarrollar los clculos del diseo, deben ser sometidos a la aprobacin

definitiva de la industria petrolera y proseguir con la etapa del diseo de detalles. En el diseo

de detalles se especifica toda la informacin obtenida del diseo bsico, no obstante, al


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iniciarse esta etapa, se debe realizar una revisin, a fin de adecuar el diseo a posibles nuevas

exigencias o algn redimensionamiento. De manera que se presenta toda la informacin

necesaria para llevar a cabo la procura de los materiales y la construccin del diseo y

finalmente realizar el montaje y puesta en operacin del recipiente a presin.

2.17.1 Ingeniera Conceptual

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