13Trabajo practico N2 Materia: Sistema mecnico. Escuela: E.E.S.T N4 Gral. E Mosconi Profesor: Aserbi Gastn. Tema: Tanques de almacenamiento y recipientes a presin.Integrantes Email

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Fecha de entrega: 20 de agosto de 2015

Recipientes a presin

DefinicinUn recipiente a presin o deposito bajo presin es un contenedor diseado para contener fluidos (gases o lquidos) a presiones muchos mayores que la presin ambiental ya sea presin interna o externa.Losrecipientes a presinpueden clasificarse en:Losrecipientes bajo presinestn sujetos a diversas cargas, que causan esfuerzos en las diferentes partes del recipiente. El tipo e intensidad de los esfuerzos es funcin del tipo de las cargas, de la forma del recipiente y de su construccin.

Las cargas a las que pueden estar sometidos son las siguientes: Presin Interna o externa Peso del recipiente y su contenido Reacciones estticas del equipo auxiliar, tubera, revestimiento, aislamiento, piezas internas, apoyos Reacciones cclicas y dinmicas debidas a la presin o a las variaciones trmicas Presin del viento y fuerzas ssmicas Reacciones por impacto debido a choque hidrulico Gradientes de temperatura y expansin trmica diferencial

Normativa recipientes a presin

Cdigo ASME seccin VIII Divisin 1 : Recipientes a presin Normas de calidad ISO: ISO 9001: Sistema de calidad ISO 9002: Sistema de calidad modelo para aseguramiento de calidad en produccin, instalacin y servicios. ISO 9003: Sistema de calidad modelo para aseguramiento de calidad en prueba de inspeccin final. ISO 9004: 2000 Sistemas de gestin de la calidad Directrices para la mejora del desempeo ISO 10005: 2005 Sistemas de gestin de la calidad-directrices para los planes de la calidad ISO 148-1: 2006 ISO 148-2/-3: 2008 Prueba de impacto de pndulo charpy. ISO 6507-1/-2: 2005 Prueba de dureza vickers. ISO 6508-1/-2: 2005 Prueba de dureza Rockwell, escala A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.

Partes de un recipiente a presin

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. A continuacin se procede a describir brevemente cada una de estas partes, mostrando la diversidad de posibilidades en cada una de ellas: Envolvente:Es una envoltura metlica que forma propiamente el recipiente. Como ya se ha indicado, los aparatos cilndricos son los ms utilizados, y en ellos la envolvente est formada, bsicamente, por dos elementos: la parte cilndrica o cubierta (carcasa) y los fondos o cabezales. Si la cubierta est constituida por varios cilindros de diversos dimetros, la unin entre ellos se realiza generalmente por figuras troncocnicas que realizan la transicin.1. Cubierta.La cubierta est formada por una serie de virolas soldadas unas con otras, entendindose por virola un trozo de tubera o una chapa que convenientemente curvada y soldada forma un cilindro sin soldaduras circunferenciales.

La unin de varias virolas forma la cubierta, de forma que la suma de las alturas de los cilindros obtenidos por las virolas sea la requerida por la cubierta.

Las soldaduras de una virola son axiales o longitudinales, ya que estn realizadas siguiendo la generatriz del cilindro, al contrario, las soldaduras que unen virolas, o los cabezales con la cubierta, son circunferenciales o transversales, por estar realizadas siguiendo una circunferencia situada, obviamente, en un plano perpendicular al eje del cilindro.

Cuando el dimetro de cubierta es menor de 24 pulgadas (60.9 cm) se utiliza, normalmente, tubera, y en dimetros superiores se realiza a partir de chapa.

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.

Los recipientes a presin se subdividen en dos clases, dependiendo de la posicin en que se encuentran instalados:

- Recipientes Verticales.- Recipientes Horizontales.

- Patas.- Faldn cilndrico o cnico.- Mnsulas.

Cada uno de estos dispositivos tiene las siguientes caractersticas:

a) Patas:Con este tipo de dispositivo de sujecin el recipiente se apoya en 3 o 4 patas soldadas a la cubierta. Estas patas son perfiles en L-U-I soldados por encima de la lnea de soldadura, bien directamente a la cubierta o bien a una placa de refuerzo soldada sobre el recipiente; la primera solucin se utiliza para cubiertas en acero al carbono y de pequeo peso, mientras que la segunda se utiliza para cubiertas en acero aleado o recipientes de gran peso; en esta segunda solucin el material de la placa es igual al de la cubierta y las patas son de acero al carbono. Cada pata est fijada al suelo por un perno de anclaje que resiste las cargas de traccin.

La sujecin por medio de patas se utiliza en recipientes de altura no superior a 5 m y dimetros no superiores a 2.4 m, siempre que los esfuerzos a transmitir no sean excesivos, o dicho de otro modo, siempre que el peso no sea muy grande, en cuyo caso se utilizar como apoyo el faldn cilndrico.

b) Faldn cilndrico o cnico:En los recipientes que no pueden ser soportados por patas, bien sea por su tamao o por tener que transmitir esfuerzos grandes, se utilizan los faldones cilndricos, consistentes en un cilindro soldado al fondo. Con este tipo de apoyo la carga se reparte uniformemente a lo largo del permetro de la circunferencia de soldadura, evitando concentraciones de esfuerzos en la envolvente y disminuyendo la presin transmitida al suelo.

Los pernos de anclaje se sitan a lo largo del permetro de la circunferencia de apoyo y a una distancia entre 400 y 600 mm, segn el tamao y el nmero requerido. En todo caso, el nmero de pernos deber ser mltiplo de 4 (4, 8, 12, 20, 24).

Si la presin transmitida sobre el suelo es muy grande o el nmero requerido de pernos no cabe en la circunferencia del faldn, se realiza un faldn cnico que aumenta el tamao de esta. El semingulo del cono no debe ser mayor a 6.

Para evitar momentos debidos al peso del recipiente se debe realizar el faldn de forma que su dimetro medio coincida con el dimetro medio de la cubierta.

Este tipo de apoyo es el ms utilizado para torres, reactores y recipientes de tamao medio y grande.

Al disear los faldones se debe tener en cuenta que ha de incluirse un acceso a su interior (dimensiones mnimas de 600 mm de dimetro) y unas ventilaciones para evitar la acumulacin de gases en su parte interna.

c) Mnsulas:Es el tipo de apoyo utilizado en recipientes verticales que deben soportarse en estructuras portantes, cuando las dimensiones y cargas no son muy grandes. El nmero de mnsulas utilizadas son 2, 4, 8 y raramente mayor, pero si as fuera necesario, su nmero deber ser mltiplo de 4. Al igual que las patas, pueden ser soldadas directamente a la cubierta o a una placa de refuerzo soldada al recipiente. Las razones que conducen a la adopcin de uno u otro sistema son las mismas a las expuestas en el caso de apoyos del tipo de patas.

Para la columna de destilacin los dispositivos que mejor se ajustan es el faldn cilndrico, ya que nuestro recipiente es de gran tamao, y este tipo de sujecin o apoyo aguantara mejor el peso de la columna evitando as que se puedan producirse concentraciones de esfuerzos.

Conexiones

Todo recipiente debe tener como mnimo una conexin de entrada del fluido y otra de salida, aunque siempre tienen muchas ms. Seguidamente se indican los servicios ms comunes que precisan conexiones en el recipiente:

- De entrada y salida de fluidos.- Para instrumentos, como manmetros, termmetros, indicadores o reguladores de nivel.- Para vlvula de seguridad- Para servicios 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 las conexiones soldadas.

Las diversas partes que conforman la conexin embridada son las siguientes:

- Tubuladura.- Placas de refuerzo.- Brida.- Pernos y turcas.- Juntas o guarniciones.- Tapas o bridas ciegas para las conexiones de servicios.

Accesorios externos

En la parte exterior de la envolvente van soldados numerosos accesorios, de los cuales indicaremos los ms comunes:

- Soportes de instalacin del aislamiento: Cuando la temperatura del fluido interior es superior a 60 C, o bien inferior a 0 C, se debe instalar un aislante para impedir la prdida de calor o evitar el calentamiento del interior, as como por proteccin personal. Para poder aplicar el aislamiento se sueldan unos anillos que servirn de soporte de las mantas de aislamiento.

- Anclajes para aplicacin de proteccin contra incendios: Si un equipo est instalado en una zona donde existe peligro de incendio, se aplica a su parte inferior (soporte normalmente) un cemento que los protege del fugo. Para aplicar este cemento se sueldan unos anclajes que sirven de soporte del cemento antifuego.

- Soportes de escalera y plataformas: Cuando se prev instalar escaleras y plataformas, se sueldan unas pequeas placas en la envolvente (clips), a las que se atornillan estas escaleras y plataformas para su sujecin.

- Soportes para tuberas: De igual forma que para las escaleras se instalan unos clips para la soportacin de las tuberas que bajan a lo largo del recipiente.

- Pescantes: Si el recipiente contiene elementos pesados en su interior, como platos, rellenos, etc., es necesario instalar un pescante en la parte superior del equipo para facilitar la instalacin la retirada de dichos elementos.

Usos y aplicaciones de recipientes a presin Los recipientes de presin se utilizan en numerosas aplicaciones en la industria y los servicios. Los mismos se utilizan para el transporte, produccin, manipulacin, almacenamiento y procesos de transformacin de lquidos y gases en todo tipo de industrias y aplicaciones.Ejemplos de recipientes de presin y su uso son:torres de destilacin, despojadores, autoclaves, etc., en refineras, petroqumicas, minera, etc., as como industrias donde se requieren reservorios para almacenar gases, reservorios hidrulicos a presin, y tanques de almacenamiento de gases licuados como amonaco, propano, butano, gas licuado del petrleo, etc.En principio los recipientes de presin podran tener casi cualquier forma, sin embargo por lo general se utilizan formas que son secciones de esferas, cilindros y conos.

Tanques de almacenamiento

Definicin:

LosTanques de Almacenamientoson estructuras de diversos materiales, por lo general de formacilndrica, que son usadas para guardar y/o preservar lquidos o gases a presin ambiente, por lo que en ciertos medios tcnicos se les da el calificativo deTanques de Almacenamiento Atmosfricos. Los tanques de almacenamiento suelen ser usados para almacenar lquidos, y son ampliamente utilizados en las industrias de gases, delpetrleo, yqumica, y principalmente su uso ms notable es el dado en lasrefineraspor sus requerimientos para el proceso de almacenamiento, sea temporal o prolongado; de los productos y subproductos que se obtienen de sus actividades.

Tipos de taquesTanques atmosfricos. Se empleas aqu el trmino de "tanque atmosfrico" para cualquier depsito diseado para su utilizacin dentro de ms o menos vanos centenares de pascales (unas cuantas libras por fi cuadrado) de presin atmosfrica. Pueden estar abiertos a la atmsfera o cerrados. Por lo comn, se obtiene el costo mnimo en una forma cilndrica vertical y un fondo relativamente plano al nivel del terreno.

Tanques elevados. Estos pueden proporcionar un flujo grande cuando se requiere, pero las capacidades de bombeo no tienen que ser de ms de flujo promedio. En esa forma, es posible ahorrar en inversiones de bombas y tuberas. Tambin proporcionan flujo despus que fallan las bombas, lo que constituye una consideracin importante en los sistemas contra incendios.

Tanques abiertos. Estos se pueden utilizar para almacenar materiales que no se vean daados por el agua, el clima o la contaminacin atmosfrica. De otro modo, se necesitar un tejado, ya sea fij flotante. Los tejados fijos suelen ser escalonados o de cpula. Tos tanques grandes tienen tejados escalonados con soportes intermedios. Puesto que las presiones son desdeables, las principales cargas de diseo son la nieve y el viento. Con frecuencia se pueden encontrar los valores que se requieren en los cdigos locales de la construccin.

Los tanques atmosfricos de tejados fijos requieren ventilas para evitar los cambios de presin que se producirla de otro modo debido a los cambios de temperatura y el retiro o la adicin de lquidos.

Tejados flotantes: Estos deben tener un sello entre el tejado y el cuerpo del tanque Si no se protege mediante un tejado fijo, deben tener drenes para la eliminacin del agua y el cuerpo del tanque debe tener una viga contra el viento" , con el fin de evitar las distorsiones. Una industria ha desarrollado una tcnica para ajustar los tanques existentes, con tejados flotantes

Tanques a presin. Se pueden construir tanques cilndricos verticales con tejados escalonados o de cpula, que funcionan a presiones por encima de varios cientos de pascales (de unas cuantas libras por pie cuadrado); pero que se acercan todava bastante a la presin atmosfrica, segn las especificaciones de la norma API 650 La fuerza de la presin que acta sobre el tejado se trasmite al cuerpo del tanque, que puede tener un peso suficiente para resistirla. Si no es as, la fuerza ascendente actuar sobre el fondo del tanque. Sin embargo, la resistencia del fondo es limitada y si no es suficiente, ser preciso utilizaron anio de anclaje o una cimentacin fuerte En los tamaos mayores, las fuerzas ascendentes limitan este tipo de tanques a las presiones muy bajas.A medida que aumenta el tamao o la presin se hace necesaria la curvatura en todas las superficies.Estanques y almacenamiento subterrneo. Los materiales lquidos de bajo costo, si no se daan debido a las lluvias o a la contaminacin atmosfrica, se pueden almacenar en estanques.

Se puede formar uno de estos ltimos mediante la excavacin o la construccin de presas en una barranca. Para evitar las prdidas por filtracin, el suelo que estar sumergido puede requerir un tratamiento para hacerlo suficientemente impermeable.

Esto se puede lograr tambin recubriendo el estanque con concreto, pelculas de plstico o alguna otra barrera. La prevencin de las filtraciones resulta especialmente necesaria cuando el estanque contiene materiales que puedan contaminar existencias de aguas actuales o futuras.Almacenamiento subterrneo. La inversin tanto en instalaciones de almacenamiento como en terrenos se puede reducir con frecuencia mediante el almacenamiento subterrneo. Tambin se utilizan medios porosos entre rocas impermeables. Se pueden formar cavidades en lechos y cpulas de sal mediante la disolucin de esta ltima y su bombeo hacia el exterior. En muchos lugares se puede encontrar formaciones geolgicas apropiadas para uno de estos mtodos La aplicacin ms extensa ha sido del almacenamiento de productos petroleros, tanto lquidos corno gaseosos, en la parte del sudoeste de Estados Unidos. Tambin se han manejado en esta forma productos qumicos.

Tambin se almacenan agua en depsitos subterrneos cuando se dispone en formaciones apropiadas. Cuando existe un exceso, en caso necesario, y se bombea a] interior del terreno para su recuperacin cuando se requiera. Aveces, el bombeo innecesario y el lquido se filtran en el terreno.

2. Almacenamiento De GasesRecipientes para gases. El gas se almacena a veces en recipientes dilatables ya sea de tipo de sello seco o sello lquido.

Los recipientes de sello lquido son muy conocidos. Tienen un recipiente cilndrico cerrado en la parte superior y un volumen que vara mediante su ascenso y descenso en un depsito anular, con sello lleno de agua. El tanque sellado se puede escalonar

En diversas alturas (hasta cinco). Se han construido tanques sellados en tamaos de hasta 280,000m3(10 x 106 ft3 ). Los recipientes de sello seco tienen una parte superior rgida a las paredes laterales mediante un diafragma de tela flexible que le permite ascender y descender. No incluye el peso ni los costos de cimentacin de los recipientes de sello lquido.

Solucin de gases en lquidos. Algunos gases se disuelven con facilidad en lquidos. En algunos casos en los que las cantidades no son grandes, ste puede construir un procedimiento prctico de almacenamiento Algunos de los ejemplos gases que se pueden manejar en esta forma son el amoniaco en agua, el acetileno en acetona y el cloruro de hidrgeno en agua. El empleo o no de este mtodo depende primordialmente de si la utilizacin final requiere cl estado lquido el anhidro. La presin puede ser atmosfrica o elevada. La solucin de acetileno en acetona es tambin un rasgo de seguridad, debido a la inestabilidad del acetileno.

Almacenamiento en recipientes a presin, botellas y lneas de tuberas La distincin entre recipientes a presin, botellas y tuberas es arbitraria. Todos ellos se pueden utilizar para el almacenamiento de gases a presin de almacenamiento suele ser casi siempre una instalacin permanente. El almacenamiento de gas a presin no slo reduce su volumen, sino que en muchos casos, lo lica a la temperatura ambiente. Algunos de los gases que se encuentran en esta categora son cl dixido de carbono, varios gases del petrleo, el cloro, el amoniaco, el dixido de azufre y algunos tipos de fren. Los tanques a presin se instalan con frecuencia en forma subterrnea.El termino botella se aplica por lo comn a un recipiente a presin suficientemente pequeo para ser convenientemente porttil. Las botellas van de aproximadamente 57 litros (2ft3) a las cpsulas de C02 de aproximadamente 16.4 ml (1 in3 ).

Las cuales son convenientes para cantidades pequeas de muchos gases, incluyendo aire, hidrgeno, oxigeno, argn, acetileno, fren y gas de petrleo. Algunos son recipientes utilizables una sola vez.

Lnea de tuberas.- Una lnea de tuberas no es por lo comn un depsito de almacenamiento, sin embargo, se ha enterrado tubera en una serie de lneas paralelas y conectadas y utilizando para el almacenamiento. Esto evita la necesidad de proporcionar cimentaciones y la tierra protege a la tubera contra las temperaturas extremas. La economa de este tipo de instalaciones sera dudosa si se diseara para los mismos esfuerzos que un recipiente a presin. Tambin se logra el almacenamiento mediante el incremento de la presin en lneas de tuberas operacionales y, en esa forma, se utiliza el volumen de tuberas como tanque.

Almacenamiento Criognico y a bajas temperaturas:

ste tipo se emplea para gases que se lican a presin a la temperatura atmosfrica. En el almacenamiento criognico, el gas est a la presin atmosfrica o cerca de ella y permanece lquido debido a la baja temperatura. Tambin puede funcionar un sistema con una combinacin de presin y temperatura reducida. El trmino "criogenia" se refiere por lo comn a temperaturas por debajo de -101 C0(-1500F). No obstante, algunos gases se lican entre -1010C(-1500F) y la temperatura ambiente. El principio es el mismo; pero las temperaturas criognicas crean diferentes problemas con los materiales de construccin y aislamiento.El gas licuado se debe mantener en su punto de ebullicin o por debajo de l. Es posible utilizar la refrigeracin, pero la prctica habitual consiste en enfriamiento por evaporacin.La cantidad de lquido evaporado se minimiza mediante el aislamiento. El vapor se puede descargar a la atmsfera (desecho), comprimirse y volverse a licuar o utilizar.

Para temperaturas muy bajas con aire lquido y sustancias similares, el tanque puede tener paredes dobles con el espacio intermedio evacuado. Como ejemplo se tiene el matraz Dewar, muy conocido, En la actualidad se construyen tanques grandes e incluso lneas de tuberas en esta forma, Una buena alternativa es utilizar paredes dobles sin vaco; pero con un material de aislamiento en el espacio intermedio. La perlita y las espumas de plstico son de los materiales de aislamiento que se emplea de este modo. A veces, se utilizan tanto en aislamiento como el vaco.Materiales los materiales para recipientes de gas licuado deben ser apropiado para las temperaturas y no quebradizos, Se pueden utilizar algunos aceros al carbono hasta temperaturas de 590C (-750F ) y aceros de bajas aleaciones hasta -101 0C (-1500F )y, a veces, -1290C (-2000F). Por debajo de esas temperaturas, los principales materiales que se emplean son los aceros inoxidables austenticos (AISI serie 300) y el aluminio.Los Tanques de Almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo general de forma cilndrica, que son usadas para guardar y/o preservar lquidos o gases a presin ambiente, por lo que en ciertos medios tcnicos se les da el calificativo de Tanques de Almacenamiento Atmosfricos.Los tanques de almacenamiento suelen ser usados para almacenar lquidos, y son ampliamente utilizados en las industrias de gases, del petrleo, y qumica, y principalmente su uso ms notable es el dado en las refineras por sus requerimientos para el proceso de almacenamiento, sea temporal o prolongado; de los productos y subproductos que se obtienen de sus actividades.

Normas para tanques de almacenamiento

Para el clculo, diseo y construccin de estos equipos existen varias Normas y Cdigos, pero las ms difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum Institute (API), siendo los estndares aplicables los siguientesAPI Standard 620 (1990): es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 y a temperaturas no superiores a 93CAPI Standard 650 (1998): es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 1.5 y a temperaturas no superiores a 121CAPI Especificacin 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el campo para almacenaje de lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas entre 75 y 1500 m3API especificacin 12F: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en taller para almacenaje de lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75 m3API Standard 653 (1991): es aplicable a la inspeccin, reparacin, alteracin 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:ASME, Boiler and Pressure Vessel Code (Edith 2001), Seccin VIII y X: es aplicable para el diseo de diferentes recipientes y tanques tanto cilndricos, esfricos como de seccin rectangular. Se trata de los estndares ms reconocidos mundialmente en este campo de aplicacinUnderwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de acero de diferentes diseos soldados en taller para almacenaje de lquidos inflamables y combustiblesBritish Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilndricos horizontales de acero al carbono soldadoBS 4994: comprende las especificaciones para el diseo y construccin de recipientes y tanques en plsticos reforzadosBS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y tanques con materiales polimricosASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques plsticos reforzados con fibra de vidrio

USOS Y APLICACIONES DE TANQUES DE ALMACENAMIENTOS

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