título: diseño de recipientes a presión según las normas
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UNIVERSIDAD DE MATANZAS.
“Camilo Cienfuegos”
Facultad de Ingenierías
Departamento de Ingeniería Mecánica
Trabajo de Diploma
Título: Diseño de recipientes a presión según
las normas internacionales utilizados en la
Industria petrolera cubana.
Autor: Danyoel Conde López.
Tutores: Ing. Oscar Fernández Fernández
Msc. Roberto Perfecto Latorre Enríquez
MATANZAS
2014
I
Declaración de Autoridad
Yo, Danyoel Conde López, me declaro el único autor de este trabajo de diploma que ostenta el grado
de Ingeniero Mecánico y por este motivo autorizo a la Empresa “EPEP–C” y a la Universidad de
Matanzas “Camilo Cienfuegos” para hacer uso del mismo con el objetivo y finalidad que estimen
conveniente.
II
NOTA DE ACEPTACIÓN
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Presidente del Tribunal Firma
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Miembro del Tribunal Firma
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Miembro del Tribunal Firma
Danyoel Conde López
Facultad de Ingenierías
Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”
III
Pensamiento
"…no un alumno brillante de la universidad necesariamente es o será un buen tecnólogo, hay que
además, que aplicar los conocimientos, la inventiva, el espíritu de trabajo…"
Ernesto Che Guevara
Conferencia a los estudiantes de la Facultad
de Tecnología de la Universidad de la Habana.
11–5–1962.
IV
Dedicatoria
Dedico este trabajo a mis padres, hermanos, a mi abuela y amigos, ya que todos de una forma u otra
me han apoyado en el transcurso de mi carrera.
V
Agradecimientos
Le doy gracias a Dios por haberme dado la oportunidad de estudiar y haberme guiado hasta el final.
También dar las gracias a mis profesores que me han ayudado durante el transcurso de mi carrera, a
mis tutores Oscar Fernández y Roberto Latorre que sin su apoyo incondicional no hubiera sido posible
la realización de este trabajo. Doy las gracias a mis amigos que están aquí hoy conmigo y aquellos que
no están, pero que me han dado su ayuda durante toda la carrera, y por último a mi familia que siempre
me estuvieron apoyando y aconsejándome durante tantos años.
VI
Resumen
El objetivo de este trabajo consistió en diseñar recipientes horizontales a presión de 50 m3 que se
fabriquen para la industria petrolera cubana y cumplan con las normas internacionales; el cual fue
realizado en la empresa petrolera EPEP-C, para lo cual se realizó la selección del material de dicho
recipiente, se calculó todo el cuerpo cilíndrico, las cabezas semiesféricas, el diseño de las silletas, los
registros y salientes, el diseño de las orejas de izaje la metodología a seguir para la soldadura, se hace
además un análisis económico del costo total de fabricación de la tecnología propuesta. De esta
formase se obtuvo como resultado un recipiente que cumple con las normas internacionales para su
fabricación y su costo es muy inferior al que tiene en el mercado internacional.
VII
Abstract
The objective of this work consists of designing horizontal recipients to the pressure of 50 m3 that are
manufactured for the Cuban oil industry and fulfill international norms; which was carried out in the
oil company EPEP-C, for that which was carried out the selection of the material of this recipient, the
whole cylindrical body was calculated, the semi sphere heads, the design of the bedpans, the
registrations and salient, the design of the raising ears the methodology to continue for the welding,
and also making an economic analysis of the total cost of production of the proposed technology. Of
this form one can obtain a recipient that fulfills the international norms for their production and as a
result their cost is very inferior to that in international markets.
VIII
Índice
Introducción………………………………………………………………………………………….....1
Capítulo I: Estado del Arte……………………………..…………..…………………………………6
1.1.Definiciones……..…………………………………………………………………………………..7
1.1.1. Recipientes a presión……….……………………………………………………………………7
1.1.2. Presión de operación………...…………………………………………………………………..7
1.1.3. Presión de diseño……………...…………………………………………………………………7
1.1.4. Presión de trabajo máxima permisible…………….…………………………………………..7
1.1.5. Esfuerzo de diseño a la tensión……………...………………………………………………….8
1.1.6. Eficiencias de las soldadura……………..………………………………………………………8
1.2. Tipos de recipientes……….……………………………………………………………………….8
1.2.1. Por su uso………………..……………………………………………………………………….8
1.2.2. Por su forma……………………………………………………………………………………..9
1.3. Tipos de tapas……………………………………………………………………………………...9
1.3.1. Tapas planas……………………………………………………………………………………..9
1.3.2. Tapas planas con cejas………………………………….……………………………………….9
1.3.3. Tapas únicamente abombadas…………………………………………………………….……9
1.3.4. Tapas abombadas con ceja invertida…………………………………………………………10
1.3.5. Tapas toriesféricas……......…………………………………………………………………....10
1.3.6. Tapas semielípticas……………………….………………………………………………….…10
1.3.7. Tapas semiesféricas……….....………………………………………………………………....10
1.3.8. Tapas cónicas …………..……..………………………………………………………………..10
1.3.9. Tapas toricónicas……….………………………………………………………………………10
1.4. Soldadura en recipientes a presión.……………………………………………………………..11
1.5. Boquillas en recipientes a presión ……………...……………………………………………….13
1.5.1. Espesores de los cuellos de las Boquillas …………………...………………………………...14
1.6. Propiedades que deben tener y requisitos que deben llenar los materiales satisfacer las
condiciones de servicio…………………………………………………………….………………….15
1.6.1. Evaluación de los materiales sugeridos……...………………………………………………..16
1.6.2. Selección del material…………...……………………………………………………….……..17
1.7.Generalidades……..…………………………………………………………………………....…17
IX
1.7.1.Diseño...………………………………………………………………………………………….18
1.7.2.Fabricación……………………………………………………………………………………...20
1.7.3. Soldaduras………………………………………………………………………………...……23
Capítulo II: Desarrollo de la metodología de diseño………………………………………….……25
2.1.Selección de los materiales………………………………………………………………….……25
2.2.Cálculo por presión interna según el código ASME……………………………………….…...25
2.2.1.Cálculos para espesor del cuerpo cilíndrico con Presión ……………………………………26
2.2.2.Cálculos para espesor de cabeza semiesférica bajo presión interior………………………..27
2.2.3.Cálculos de las Silletas………………………………………………………………………….28
2.2.4.Diseño de silletas………………………………………………………………………………...30
2.3.Cálculo de las orejas de izaje……………………………………………………………………..32
2.4.Soldadura………………………………………………………………………………………….35
2.4.1.Selección de la máquina………………………………………………………………………...35
2.4.2.Determinación del tiempo de soldadura……………………………………………………….36
2.4.3.Selección del alambre y fundente a utilizar…………………………………………………..37
2.4.4.Determinación del consumo del alambre y fundente………………………………………...37
2.4.5.Determinación del consumo de corriente eléctrica……………………………………….......38
2.4.6.Determinación de los costos del proceso de soldadura…………….........................................39
2.5.Determinación del costo total del diseño del recipiente………………………………………..39
Capítulo III: Análisis de los Resultados……………………………………………………………..41
3.1. Materiales a Utilizar……………………………………………………………………………..41
3.2.Resultados de los cálculos por presión interna………………………………………………….42
3.3.Resultados de los cálculos de las silletas…………………………………………………………43
3.3.1.Analisis de los cálculos para el diseño de silletas……………………………………………...45
3.4. Resultado del cálculo de las orejas de izaje……………………………………………………..46
3.5.Resultado del tiempo del proceso soldadura…………………………………………………….46
3.6.1.Resultados del consumo del alambre y el fundente…………………………………………..47
3.6.2. Resultados del consumo de corriente eléctrica……………………………………………….47
3.6.3.Resultado de los costos empleados en el proceso de soldadura………………………………48
X
3.7.Resultado del costo total del diseño del recipiente…………………………………………….48
CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………....49
RECOMENDACIONES……………………………………………………………………………..50
BIBLIOGRAFIA...…………………………………………………………………………………...51
ANEXOS………………………………………………………………………………………………53
1
Introducción
Antecedentes:
Desde el último tercio del siglo XIX, el petróleo constituye la energía primaria más importante del
mundo. Prácticamente todas las actividades económicas, a escala global se sustentan en el petróleo
como fuente energética, representando alrededor del 40% de las necesidades energéticas mundiales.
En Cuba, aunque se conocía el petróleo, ya que en 1864 se descubrió el primer pozo en Bacuranao, no
se empezó a utilizar hasta el año 1892, fecha en que comenzó a operarse una pequeña planta situada en
el lugar conocido por la Puntilla o Chorrera, en la desembocadura del río Almendares. Esa planta fue
construida por un norteamericano socio de Rockefeller, en sociedad a su vez con un comerciante
cubano. El único producto que producía en esa planta era la kerosina, la cual se utilizaba en lámparas
para alumbrarse. Desde este período hasta finales de la década de los 50 la producción de petróleo en
nuestro país estuvo en manos de empresas privadas nacionales y extranjeras.
Desde el triunfo de la revolución cubana, la vida económica del país ha girado en torno al petróleo, que
ha provocado grandes crisis y fue también tabla de salvación en la época del internacionalismo
proletario. Una de las primeras medidas revolucionarias que despertaron las iras de Washington, a
principios de los sesenta, fue la nacionalización de las refinerías norteamericanas en la isla, después de
que éstas se negaran a procesar crudo soviético. Luego llegó el bloqueo.
A mediados de los años ochenta, la reexportación del petróleo procedente de Moscú llegó a convertirse
en la primera fuente de ingreso de dólares, por encima de las exportaciones de azúcar. En 1989, Cuba
recibía una cuota de 13,2 millones de toneladas anuales, 220 000 barriles diarios, a precios
subsidiados, de las cuales ahorraba una tercera parte. Pero cuando en 1991 la desintegración de la
Unión Soviética dejó a Cuba en bancarrota, sin el 75 % de sus mercados y con menos de la tercera
parte de sus abastecimientos de combustibles, el gobierno cubano se trazó como línea estratégica
desarrollar la producción de crudo nacional con el objetivo de garantizar la autosuficiencia de la
producción de energía eléctrica, en momentos en que los apagones eran entre 10 y 14 horas diarias. En
más de una decena de sus 47 bloques en tierra entraron a trabajar compañías extranjeras y la
producción se elevó de 500 000 toneladas en 1991 a 4,3 millones de toneladas en 2003 entre petróleo
crudo y gas acompañante.
En la década del 90-99 al verse afectada la economía con el derrumbe del campo socialista, se hizo
necesario reajustar las diferentes actividades y de hecho los consumos de combustibles, enmarcándose
2
ésta etapa dentro del período especial. Los consumos de los combustibles disminuyen; y al final del
período son del orden de los 7,5 millones de toneladas. Se reducen las importaciones de crudo y
derivados. En casi su totalidad se adquieren en área cercana, a firmas del área capitalista.
Los volúmenes de refinación disminuyen ostensiblemente. La Refinería de Cienfuegos comienza a
operar de forma intermitente, durante el período de 1991-1995.
El crudo nacional ha sustituido al fuelóleo (fuel oil) en un porciento notable en la generación de
electricidad y en su totalidad en la producción de cemento, proyectándose utilizar en otras esferas. Se
crea la empresa Cubalub dentro de la organización de Cuba Petróleo, para importar, producir y
comercializar los lubricantes. Esta empresa cubana, ha mostrado un incremento en sus ventas durante
el período de operación.
Década actual
Concepción e implementación de un Sistema Integral de Gestión y Operación de los combustibles
desde la importación hasta su comercialización. Aplicación de un profundo Programa de
Transformaciones y Perfeccionamiento en todo el sistema empresarial. Creación y desarrollo de
empresas especializadas de servicios que incluye Servicios Petroleros, Mantenimiento, Construcción,
Transporte y Servicios Generales.
CUPET, es una empresa estatal petrolera cubana, fundada el 26 de marzo de 1992, es parte del
Ministerio de Energía y Minas que barca también la Unión Eléctrica, el Níquel, y la Minería. La
misma tiene como estrategia general incrementar las reservas de petróleo y gas, garantizando su
óptima utilización como vía fundamental para satisfacer el suministro de combustibles y lubricantes a
los clientes y al pueblo, de forma oportuna, con alta calidad y bajos costos. CUPET está dividida en
tres ramas: Refinación, Empresas Comercializadoras y las Empresas de Exploración Producción que
son las siguientes: EPEP-Occidente, EPEP-Centro y EPEP-Majagua; EPEP-Centro tiene tres zonas de
operación Matanzas, Cienfuegos y Villa Clara, el área fundamental es la costa Norte Habana-Matanzas
que contempla el yacimiento Varadero.
Para garantizar el flujo de producción es necesario que los recipientes a presión horizontales que se
utilizan como separadores del gas acompañante del petróleo en los centros colectores y otras
instalaciones de la empresa EPEP–Centro estén en perfectas condiciones, estos recipientes a presión
trabajan con una presión interna generalmente menor de 10 atmósferas.
Los utilizados por la empresa tienen forma de balas, con casquetes de diferentes forma geométricas
que pueden ser hemisféricos, semiesféricos, elipsoidal, torisféricos. Estos recipientes se fabricaban de
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diferentes tamaños y capacidades de acuerdo con el volumen de fluido a tratar, en el caso de
exploración-producción los volúmenes más utilizados son los de 50 m3 , 100 m3 y 200 m3 .
La EPEP-Centro cuenta hoy con 7 Centros Colectores, estos Centros tienen como función realizar la
separación del gas y agua que acompaña al crudo de petróleo, los cuales están conformados por los del
ramal Este llamados ERE (Estación de Rebombeo Este) y los del ramal Oeste llamados ERO (Estación
de Rebombeo Oeste) donde se recibe el 90% del petróleo que se produce en el campo y la totalidad del
gas que consume la empresa mixta “ENERGAS.S.A.”, la cual es una empresa que se dedica a la
producción de corriente a través del gas extraído del petróleo crudo. El equipo fundamental con que
cuentan estos centros son los separadores, que tienen la función de separar el gas que viene en el
fluido de los pozos y enviarlo por la red de ductos hacia el único consumidor en este caso ENERGAS.
El petróleo y agua es medido en estos recipientes y bombeado hacia las estaciones de rebombeo Este y
Oeste. Estos recipientes llevan trabajando en la empresa un prolongado tiempo de explotación que
sobrepasan los 20 años, explotándose en un medio altamente agresivo tanto por el medio ambiente
como por las características del fluido que manejan.
En las últimas inspecciones realizadas a estos equipos se puede apreciar pérdidas considerable de
espesor, relacionados principalmente con corrosión interna fundamentalmente en la parte mas baja del
sector cilíndrico, esta corrosión afecta solamente a la parte cilíndrica y no a los casquetes, por este
motivo se le han realizado varias reparaciones que consisten en el desmontaje de la estructura interna
realizándole a este una limpieza interior, se le sustituye la sección defectuosa soldando la plancha del
fondo y se le efectúa la prueba de líquidos penetrantes, se pinta el interior del recipiente con esquema
de larga duración y se sueldan todos lo elementos internos.
Según el Código ASME (The American Society of Mechanical Engineering) Sección VIII, reglas para
la construcción de recipientes sujetos a presión. División 1, los recipientes principales o mayores se
diseñan generalmente para una vida larga de servicio que oscila de 15 a 20 años, por tanto la empresa
EPEP-Centro tiene como prioridad la realización de un proyecto para el diseño de recipientes
horizontales a presión de 50 m3 de acuerdo con las normas internacionales, ya que estos recipientes
con los que cuentan la empresa han llegado a su límite de explotación e incluso algunos no llegaron a
durar el tiempo establecido por el fabricante, en estos momentos no existe un mercado interno o
externo donde se puedan adquirir o fabricar estos recipientes que cumplan con todos los requisitos del
código ASME Sección I.
4
Situación Problemática:
Debido a su largo tiempo de explotación estos recipientes a presión no deben utilizarse más en la
producción, debido a sus condiciones actuales, ya que son un peligro potencial para los operarios y el
medio ambiente, por lo que necesitan ser sustituidos por recipientes nuevos.
Estos se compraban en la antigua Unión Soviética, y en estos momentos no existe un mercado interno
o externo donde se puedan adquirir o fabricar que cumplan con todos los requisitos del código ASME
Sección I, que es la norma reconocida internacionalmente para certificar el uso de estos equipos
estáticos.
Problema:
Necesidad de diseñar recipientes horizontales a presión de 50m3 que cumplan con todos los requisitos
del código ASME Sección I, que es la norma reconocida internacionalmente para certificar el uso de
estos equipos estáticos.
Objetivo general del trabajo:
Diseñar de acuerdo con las normas internacionales, recipientes horizontales a presión de 50 m3 para la
industria petrolera cubana.
Objetivos específicos:
-Conocer los parámetros fundamentales de los recipientes a presión en la industria de la extracción y
recolección de petróleo.
-Aplicar las normas y procedimientos internacionales para fabricación de los recipientes a presión.
-Determinar los factores que mejoren la duración de los separadores horizontales.
-Realizar el cálculo del costo del recipiente diseñado.
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Tareas a desarrollar:
-Búsqueda bibliográfica de la literatura de fabricación e inspección de los recipientes a presión.
-Selección del Materiales para la fabricación de los recipientes a presión.
-Calculo a partir del código ASME de un recipiente a presión horizontal con dos apoyos y capacidad
de 50m3.
-Realizar estudio de los costos de la construcción de los recipientes horizontales.
Hipótesis:
¿Será posible diseñar recipientes a presión de 50m3 que cumplan con todos los requisitos del código
ASME Sección I ?
6
CAPITULO I: Estado del Arte.
A principios del siglo XX y finales del anterior, no existía ningún criterio a la hora de diseñar calderas
y recipientes a presión. Como consecuencia de esto, en Norte América se produjeron unas 10000
explosiones en calderas entre los años 1870 y 1910. A partir de 1910 la media de explosiones por año
pasó a ser 1400. Tal cantidad de accidentes hicieron que surgieran duras críticas por parte de la opinión
pública y se exigieron medidas para remediar dicho tipo de accidentes. Estas protestas tuvieron sus
frutos en 1911 al producirse la creación del "Boiler Code Committee" dentro de "The American
Society of Mechanical Engineering" (ASME) que elaboró un Código sobre Calderas, publicado en
1915 y posteriormente incorporado a las leyes de los EEUU y Canadá.
Desde entonces ASME ha seguido progresando y ampliando sus códigos, entre los cuales se encuentra
el relacionado con el cálculo y diseño de recipientes a presión, regulado en la Sección VIII División 1
de su código.
Actualmente ASME es una de las sociedades de mayor prestigio mundial en temas relacionados con el
desarrollo tecnológico, educación e investigación.
Uso en el territorio español del Código ASME Sec. VIII Div. 1.
En el año 1997 aparece en la Unión Europea la Directiva de Aparatos a Presión (Directiva 97/23/CE)
que fue transpuesta en España por el Real Decreto 769/1999 y que es de obligado cumplimiento desde
el 29 de Mayo de 2002. El código ASME Sec VIII Div 1 es uno de los métodos de cálculo que el
Ministerio de Ciencia y Tecnología acepta como válido para asegurar el cumplimiento de dicha
normativa, siendo necesario incluir los cálculos justificativos necesarios dentro de la documentación
exigida para la legalización de un aparato a presión.
Con la denominación de recipientes a presión se encuadra a los aparatos constituidos por una
envolvente, normalmente metálica, capaz de contener un fluido, líquido o gaseoso, cuyas condiciones
de temperatura y presión son distintas a las del medio ambiente. En ellos pueden producirse
transformaciones físicas (separación de líquido-vapor, separación de dos líquidos no miscibles con
diferentes densidades) o simplemente realizan la misión de acumulación de fluido.
La forma más común de los recipientes a presión es la cilíndrica, por su más fácil construcción y
requerir menores espesores que otras formas geométricas para resistir una misma presión, salvo la
forma esférica, cuyo uso se reduce a grandes esferas de almacenamiento, dada su mayor complejidad
en la construcción.
Todo recipiente a presión está formado por la envolvente, dispositivos de sujeción 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
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1.1. Definiciones
1.1.1. Recipiente a presión.
Se considera como un recipiente a presión cualquier vasija cerrada que sea capaz de almacenar un
fluido a presión manométrica, ya sea presión interna o vació, independientemente de su forma y
dimensiones. Los recipientes cilíndricos a que nos referimos en este trabajo, son calculados como
cilindros de pared delgada.
1.1.2. Presión de operación. (Po)
Es identificada como la presión de trabajo y es la presión manométrica a la cual estará sometido un
equipo en condiciones de operación normal. [6]
1.1.3. Presión de diseño. (P)
Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes constitutivas de los
recipientes sometidos a presión, dicho valor será el siguiente:
Si Po > 2,068427 N/m2. Si Po ≤ 2,068427 N/mm2.
P = 1.1. Po. P = Po + 0,206847 N/mm2.
Donde P es la presión de diseño, y Po es la presión de operación. [6]
1.1.4. Presión de trabajo máxima permisible.
Es la presión máxima a la que se puede someter un recipiente, en condiciones de operación,
suponiendo que él está [16]:
a) En condiciones después de haber sido corroído.
b) Bajo los efectos de la temperatura de diseño.
c) En la posición normal de operación.
d) Bajo los efectos de otras cargas, tales como fuerza debida al viento, presión hidrostática, cuyos
efectos deben agregarse a los ocasionados por la presión interna.
Es una práctica común, seguida por los usuarios, diseñadores y fabricantes de recipientes a presión,
limitar la presión de trabajo máxima permisible por la resistencia del cuerpo o las tapas, y no por
elementos componentes pequeños tales como bridas, boquillas, etc.
El término “Máxima presión de trabajo permisible nuevo y frío” es usado frecuentemente. Esto
significa: La presión máxima permisible, cuando se encuentra en las siguientes condiciones:
a) El recipiente no está corroído (nuevo).
b) La temperatura no afecta a la resistencia a la tensión del material (temperatura ambiente) (frío).
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c) Tampoco se consideran los efectos producidos por la acción del viento, presión hidrostática, etc.
El valor de la presión de trabajo máxima permisible, se obtiene despejando “p” de las ecuaciones que
determinan los espesores del cuerpo y las tapas, y usando como “t” el espesor real del equipo y su
valor será el que resulte menor.
1.1.5. Esfuerzo de diseño a la tensión. (S)
Es el valor máximo al que podemos someter un material, que forma parte de un recipiente a presión, en
condiciones normales de operación. Su valor es aproximadamente el 25% del esfuerzo último a la
tensión del material en cuestión. [6]
1.1.6. Eficiencia de la soldadura. (E)
Se puede definir la eficiencia de las soldaduras, como el grado de confiabilidad que se puede tener de
ellas. Sus valores están dados en el (Anexo 3), en la cual se muestran los tipos de unión más
comúnmente usados en la fabricación de recipientes a presión.
1.2. Tipos de recipientes.
Los diferentes tipos de recipientes a presión que existen, se clasifican de la siguiente manera [15]:
De almacenamiento
Por su uso
De proceso
Recipientes Horizontales
a Presión Cilíndricos
Por su forma Verticales
Esféricos
1.2.1. Por su uso.
Por su uso los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientes de proceso. Los
primeros nos sirven únicamente para almacenar fluidos a presión, y de acuerdo con su servicio son
conocidos como tanques de almacenamiento, tanques de día, tanques acumuladores, etc. Los
9
recipientes a presión de proceso tienen múltiples y muy variados usos, entre ellos podemos citar los
cambiadores de calor, reactores, torres fraccionadoras y torres de destilación. [15]
1.2.2. Por su forma.
Por su forma, los recipientes a presión, pueden ser cilíndricos o esféricos. Los primeros pueden ser
horizontales o verticales, y pueden tener, en algunos casos, chaquetas para incrementar o decrecer la
temperatura de los fluidos según el caso.
Los recipientes esféricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se recomiendan
para almacenar grandes volúmenes a altas presiones.
Puesto que la forma esférica es la forma “natural” que toman los cuerpos al ser sometidos a presión
interna, ésta sería la forma más económica para almacenar fluidos a presión, sin embargo, la
fabricación de este tipo de recipientes e mucho más cara en comparación con los recipientes
cilíndricos.
1.3. Tipos de tapas.
Para cerrar recipientes cilíndricos, existen varios tipos de tapas, entre otras tenemos las siguientes:
Tapas planas, planas con ceja, únicamente abombadas, abombadas con ceja invertida, toriesféricas,
semielípticas, semiesféricas, tapas cónicas, termiónicas.
1.3.1. Tapas planas.
Se utilizan para cerrar recipientes sujetos a presión atmosférica generalmente, aunque en algunos casos
se usan también en recipientes sujetos a presión. Su costo entre las tapas es el más bajo, se utilizan
también como fondos de tanques de almacenamiento de grandes dimensiones.
1.3.2. Tapas planas con cejas.
Al igual que las anteriores, se utilizan generalmente para presiones atmosféricas, su costo también es
relativamente bajo, y tienen un límite dimensional de 6 metros de diámetro máximo.
1.3.3. Tapas únicamente abombadas.
Son empleadas en recipientes a presión manométrica relativamente baja, su costo puede considerarse
bajo, sin embargo, si se usan para soportar presiones relativamente altas, será necesario analizar la
concentración de esfuerzos generada al efectuar un cambio brusco de dirección.
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1.3.4. Tapas abombadas con ceja invertida.
Su uso es limitado debido a su difícil fabricación, por lo que su costo es alto, siendo empleadas
solamente en casos especiales.
1.3.5. Tapas toriesféricas.
Son las que mayor aceptación tienen en la industria, debido a su bajo costo y a que soportan altas
presiones manométricas, su característica principal es que el radio de abombado es aproximadamente
igual al diámetro. Se pueden fabricar en diámetros desde 0.3 hasta 6 metros.
1.3.6. Tapas semielípticas.
Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesférica es relativamente alto, ya que las
tapas semielípticas soportan mayores presiones que las toriesféricas. El proceso de fabricación de estas
tapas es el troquelado, su silueta describe una elipse relación 2:1, su costo es alto y en México se
fabrican hasta un diámetro máximo de 3 metros.
1.3.7. Tapas semiesféricas.
Utilizadas exclusivamente para soportar presiones críticas. Como su nombre lo indica, su silueta
describe una media circunferencia perfecta, su costo es alto y no hay límite dimensional para su
fabricación.
1.3.8. Tapas cónicas.
Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulación de sólidos y como transiciones
en cambios de diámetro de recipientes cilíndricos. Su uso es muy común en torres fraccionadoras o de
destilación, no hay límite en cuanto a dimensiones para su fabricación y su única limitación consiste en
que el ángulo del vértice no deberá ser mayor de 60º. Las tapas cónicas con ángulo mayor de 60º en el
vértice, deberán ser calculadas como tapas planas. Deberá tenerse la precaución de reforzar las uniones
cono-cilindro de acuerdo al procedimiento.
1.3.9. Tapas toricónicas.
A diferencia de las tapas cónicas, este tipo de tapas tienen en su diámetro mayor un radio de transición
que no deberá ser menor al 6% del diámetro mayor ó 3 veces el espesor.
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1.4. Soldadura en recipientes a presión.
El procedimiento más utilizado actualmente en la fabricación de recipientes a presión es el de
soldadura [6] el cual eliminó el sistema de remachado que se usó hasta hace algunos años.
Todas las soldaduras serán aplicadas mediante el proceso de arco eléctrico sumergido, el cual puede
ser manual o automático, En cualquiera de los dos casos, deberá tener penetración completa y se
deberá eliminar la escoria dejada por un cordón de soldadura, antes de aplicar el siguiente. [13]
Con el fin de verificar si una soldadura ha sido bien aplicada se utilizan varias formas de inspección,
entre ellas está el de radiografiado, la prueba de líquidos penetrantes y algunas veces se utiliza el
ultrasonido. La prueba más comúnmente utilizada es el radiografiado, éste puede ser total o por puntos.
Cuando practicamos el radiografiado por puntos en recipientes a presión, debemos tomar por lo menos,
una radiografía por cada 15 metros de soldadura y la longitud de cada radiografía será de 15
centímetros como mínimo.
Antes de aplicar cualquier soldadura, en recipientes a presión, debemos preparar un Procedimiento de
Soldadura para cada caso en particular, el cual nos indica la preparación, diámetro del electrodo, etc,
para cada tipo y espesor de material. Debemos también hacer pruebas a los soldadores para
asegurarnos que la soldadura será aplicada por personal debidamente calificado. Los electrodos más
comúnmente utilizados para soldar recipientes a presión de acero al carbón, son el 6010 y el 7018.
Cuando aplicamos soldadura en recipientes a presión de acero inoxidable, es necesario utilizar gas
inerte y se recomienda pasivar las soldaduras con una solución a base de ácido nítrico y ácido
clorhídrico. Debemos tratar de evitar los cruces de dos o más cordones de soldadura. La distancia
mínima entre dos cordones paralelos será de 5 veces el espesor de la placa, sin embargo, cuando sea
inevitable el cruce de dos cordones,[6] nos recomienda radiografiar una distancia mínima de 102
milímetros a cada lado de la intersección.
Se recomienda no aplicar soldadura a un recipiente a presión después de haber sido relevado
de esfuerzos.
Procesos de soldadura
Para adentrarse en el desarrollo de tecnologías de soldadura es necesario retomar algunos conceptos
básicos empleados en el campo de los procesos tecnológicos de soldadura. Dentro de ellos se
encuentran [11]:
- Soldadura: Son un conjunto de procesos tecnológicos en los cuales se logra la unión indesarmable
de dos o más piezas unidas con la ayuda del calor y (o) presión concentrados y en las cuales se pueden
utilizar o no metal de aporte que puede ser de la misma o diferente composición química que la del
metal base.
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- Soldeo: Es la acción mediante la cual se llevan a cabo los procesos de soldadura.
-Unión Soldada: Es la unión indesarmable de dos o más piezas obtenida como resultado de la acción
de soldar
-Costura: Es el metal líquido que después de la solidificación compone la zona fundida de la unión
soldada.
-Cordón: Es el metal líquido que se deposita en una sola pasada y que al solidificarse pasa a formar
parte de la costura. Una costura puede estar formada por uno o varios cordones.
-Metal Base: Es el metal base de las piezas que se van a unir por soldadura.
-Material de Aporte: Material que se funde y se suministra a la zona de los bordes de soldadura que
se suministra durante el proceso de soldeo y que van a formar parte de la costura.
-Bordes de soldadura: Son las superficies del metal base preparadas o no, donde se realiza la
soldadura. Pueden tener preparación de bordes o no.
-Junta: Disposición espacial o forma de una unión soldada
Soldadura por arco eléctrico sumergido.
De los métodos de soldadura que emplean electrodo continuo, el proceso de arco sumergido
desarrollado simultáneamente en EE.UU. y Rusia a mediados de la década del 30, es uno de los más
difundidos universalmente.[13]
Este proceso se caracteriza porque el arco se mantiene sumergido en una masa de fundente, provisto
desde una tolva, que se desplaza delante del electrodo. De esta manera el arco resulta invisible, lo que
constituye una ventaja, pues evita el empleo de elementos de protección contra la radiación infrarrojo y
ultravioleta, que son imprescindibles en otros casos.
Las corrientes utilizadas en este proceso varían en un rango que va desde los 200 hasta los 2000
amperes, y los espesores que es posible soldar varían entre 5 mm y hasta más de 40 mm.
Usualmente se utiliza corriente continua con electrodo positivo, cuando se trata de intensidades
inferiores a los 1000 amperes, reservándose el uso de corriente alterna para intensidades mayores, a fin
de evitar el fenómeno conocido como soplo magnético.
El proceso se caracteriza por sus elevados regímenes de deposición y es normalmente empleado
cuando se trata de soldar grandes espesores de acero al carbono o de baja aleación.
13
Ventajas
Entre las principales ventajas podemos citar [13]:
a) Alta velocidad y rendimiento: con electrodos de 5/32" y 3/16" a 800 y 1000 Amperes, se logra
depositar hasta 15 kgs. de soldadura por hora. Con electrodos de 1/4" y 1300 amperes, se depositan
hasta 24 kgs. por hora (tres a cuatro veces más rápido que en la soldadura manual).
b) Propiedades de la soldadura: Este proceso permite obtener depósitos de propiedades comparables o
superiores a las del metal base.
c) Rendimiento: 100%
d) Soldaduras 100% radiográficas.
e) Soldaduras homogéneas.
f) Soldaduras de buen aspecto y penetración uniforme.
g) No se requieren protecciones especiales.
1.5. Boquillas en recipientes a presión.
Todos los recipientes a presión deberán estar provistos de boquillas y conexiones de entrada y salida
del producto, válvula de seguridad, entrada de hombre, venteo, etc; A continuación se enlistan algunas
de las boquillas que se deben instalar en los recipientes a presión:
A.- Entrada (s) de producto.
B.- Salida (s) de producto.
C.- Drene.
D.- Venteo.
E.- Entrada (s) de hombre.
F.- Conexión para válvula de seguridad.
G.- Conexión para manómetro.
H.- Conexión para termómetro (termopozo).
I.- Conexiones para indicadores de nivel.
J.- Conexiones para control de nivel.
De acuerdo con el tipo de recipiente a presión que vayamos a diseñar, éste puede tener una o varias
boquillas de las antes mencionadas. Los diagramas de tubería e instrumentación nos indican cuantas
boquillas, de que diámetro y para qué servicio debemos instalar en dichos recipientes.
Todas las boquillas mayores de 3 pulgadas de diámetro [6], instaladas en recipientes a presión, deberán
tener una placa de refuerzo en la unión del cuello de la boquilla con el recipiente. Todas las placas de
refuerzo de boquillas de 12 pulgadas de diámetro y menores, deberán llevar un barreno de prueba de
14
1/4” de diámetro con cuerda NPT, las placas de refuerzo de boquillas de 14” de diámetro y mayores,
deberán tener dos barrenos de prueba.
Para instalar una boquilla, en un recipiente a presión, es necesario hacer un agujero en el cuerpo o tapa
en que se vaya a instalar. Al efectuar este agujero estamos “quitando área” y las líneas de esfuerzos
que pasaban por el área que quitamos pasarán tangentes al agujero practicado. Para evitar fallas en la
periferia de donde practicamos el agujero, es necesario reponer el material que quitamos.
1.5.1. Espesores de los cuellos de las boquillas.
Los espesores de los cuellos de las boquillas deberán ser determinados en base a [15]:
a).- Presión interna.
b).- Tolerancia por corrosión.
c).- Fuerzas y momentos debidos a dilataciones térmicas en tuberías, fuerzas transmitidas por otros
equipos y acciones debidas al peso propio de las tuberías.
a).- Presión interna:
Generalmente el espesor del cuello de una boquilla calculado para soportar presión interna, resulta
muy pequeño debido al diámetro tan reducido que ellas tienen en comparación con el diámetro del
recipiente.
b).- Tolerancia por corrosión:
La corrosión es uno de los factores decisivos para seleccionar las cédulas de los cuellos de las
boquillas, ya que los espesores de los cuellos de tubos de diámetro pequeño son muy reducidos y
únicamente la corrosión puede acabar con ellos.
c).- Es muy importante, al diseñar recipientes a presión, analizar los arreglos de tuberías para hacer
recomendaciones a los responsables de este departamento respecto a que las tuberías no deberán
transmitir grandes fuerzas y momentos a nuestros recipientes.
Cuando se trabaja con líneas de tuberías relativamente grandes en diámetro y que éstas manejan
fluidos a altas temperaturas, debemos recomendar al departamento de tuberías hacer un estudio de
análisis de esfuerzos en las líneas críticas a fin de minimizar las cargas y los momentos en las boquillas
de los recipientes. Este análisis de esfuerzos incluye la selección y localización adecuada de soportes
para las tuberías.
15
1.6. Propiedades que deben tener y requisitos que deben llenar los materiales para satisfacer las
condiciones de servicio.
a) Propiedades mecánicas.
Al considerar las propiedades mecánicas del material, es deseable que tenga buena resistencia a la
tensión, alto punto de cedencia, por ciento de alargamiento alto y mínima reducción de área, con estas
propiedades principalmente, se establecen los esfuerzos de diseño para el material en cuestión.
b) Propiedades físicas.
En este tipo de propiedades, se buscará que el material deseado tenga bajo coeficiente de dilatación
térmica.
c) Propiedades químicas.
La principal propiedad química que debemos considerar en el material que utilizaremos en la
fabricación de recipientes a presión, es su resistencia a la corrosión. Este factor es de muchísima
importancia, ya que un material mal seleccionado nos causará múltiples problemas, las consecuencias
que se derivan de ello son:
I.- Reposición del equipo corroído.
Un material que no sea resistente al ataque corrosivo, puede corroerse en poco tiempo de servicio.
II.- Sobre diseño en las dimensiones.
Para materiales poco resistentes a la corrosión, es necesario dejar un excedente en los espesores,
dejando margen para la corrosión, esto trae como consecuencia que los equipos resulten más pesados,
encarecen el diseño y además de no ser siempre la mejor solución.
III.- Mantenimiento preventivo.
Para proteger a los equipos del medio ambiente corrosivo es necesario usar pinturas protectoras.
IV.- Paros debidos a la corrosión de los equipos.
Un recipiente a presión que ha sido atacado por la corrosión, necesariamente debe ser retirado de
operación, lo cual implica pérdidas en la producción.
V.- Contaminación o pérdida del producto.
Cuando en los componentes de los recipientes a presión se han llegado a producir perforaciones en las
paredes metálicas, los productos de la corrosión contaminan el producto, lo cual en algunos casos es
costosísimo.
VI.- Daños a equipos adyacentes.
La destrucción de un recipiente a presión por corrosión, puede dañar los equipos con los que esté
colaborando en el proceso.
16
VII.- Consecuencias de tipo social.
La falla repentina de un recipiente a presión corroído, puede ocasionar desgracias personales, además
de que los productos de la corrosión, pueden ser nocivos para la salud.
d) Soldabilidad.
Los materiales usados para fabricar recipientes a presión, deben tener buenas propiedades de
soldabilidad, dado que la mayoría de sus componentes son de construcción soldada. Para el caso en
que se tengan que soldar materiales diferentes entre sí, éstos deberán ser compatibles en lo que a
soldabilidad se refiere. Un material, cuantos más elementos de aleación contenga, mayores
precauciones deberán tomarse durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se
conserven las características que proporcionan los elementos de aleación. [6]
1.6.1. Evaluación de los materiales sugeridos.
En esta etapa, se toman en cuenta los aspectos relacionados con la vida útil de la planta donde se
instalarán los recipientes o equipos que se estén diseñando y se fija la atención en los siguientes puntos
[15]:
I.- Vida estimada de la planta.
Una planta se proyecta para un determinado tiempo de vida útil, generalmente 10 años, esto sirve de
base para formarnos un criterio sobre la clase de posibles materiales que podemos utilizar.
II.- Duración estimada del material.
Para esto, es necesario auxiliarnos de la literatura existente sobre el comportamiento de los materiales
en situaciones similares, reportes de experiencias de las personas que han operado y conocen los
problemas que se presentan en plantas donde se manejen productos idénticos para hacer buenas
estimaciones.
III.- Confiabilidad del material.
Es necesario tener en cuenta las consecuencias económicas de seguridad del personal y del equipo en
caso de que se llegaran a presentar fallas inesperadas.
IV.- Disponibilidad y tiempo de entrega del material.
Es conveniente tener en cuenta la producción nacional de materiales para construcción de recipientes a
presión, ya que existiría la posibilidad de utilizar los materiales de que se dispone sin tener grandes
tiempos de entrega y a un costo menor que las importaciones.
V.- Costo del material y de fabricación.
Por lo general, a un alto costo de material le corresponde un alto costo de fabricación.
17
VI.- Costo de mantenimiento e inspección.
Un material de propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión menores, requiere de
mantenimientos e inspecciones frecuentes, lo cual implica tiempo fuera de servicio y mayores gastos
por este concepto.
1.6.2. Selección del material.
La decisión final sobre el material a utilizar será de acuerdo a lo siguiente.
Será aquel que cumpla con el mayor porcentaje de requisitos tales como:
1.- Requisitos Técnicos.
Cumplir con el mayor número de requisitos técnicos es lo más importante para un material, ya que de
éstos depende el funcionamiento correcto y seguro del equipo.
2.- Requisitos Económicos.
Estos requisitos lo cumplen los materiales que impliquen los menores gastos como son los iniciales, de
operación y de mantenimiento, sin que por este concepto se tenga que sacrificar el requisito técnico,
que repetimos, es el más importante.
1.7.Generalidades.
Si bien existen varias Normas que son de aplicación, elaboradas por países de reconocida capacidad
técnica en la materia, la Norma internacionalmente mas reconocida y de uso mas común, es la Secc
VIII Div.1 del Código ASME. Esta Norma, cubre el diseño, la selección de materiales, la fabricación,
la inspección, las pruebas, los criterios de aprobación y la documentación resultante.
El Adquirente de un recipiente, debe informar al Fabricante sus requisitos operativos (presión y
temperatura) tipo y características de fluido, capacidad volumétrica, forma de sustentación,
limitaciones dimensionales del lugar de emplazamiento y cualquier otra característica particular que
deba ser considerada. Si se cuenta con un anteproyecto previo, podrá incluir también la especificación
del material constructivo, tipo de cabezales, accesorios operativos y de inspección, nivel del control de
soldaduras, terminación superficial y tolerancia por corrosión.
18
El Fabricante, que es el único responsable del cumplimiento de todos los requisitos establecidos por la
Norma, previo a la presupuestación, deberá verificar la viabilidad de todos los requerimientos
solicitados, determinar el procedimiento y forma de realizar las soldaduras, la inspección considerada
para las mismas, definir la tolerancia por corrosión aconsejable, calcular todos los espesores requeridos
por las partes a presión para las condiciones de servicio y finalmente constatar la disponibilidad en el
mercado de los materiales que se prevee utilizar en la construcción.
El Fabricante siempre debe tratar de seleccionar materiales que puedan ser calificables bajo Código
ASME; deberá además, detallar tipo y forma constructiva de los cabezales, determinar el tratamiento
térmico (en los casos que corresponda), las características y dimensiones requeridas para los accesorios
soldados y toda otra información que pueda resultar necesaria para una correcta definición y
evaluación del suministro a realizar.
Cuando el Adquirente suministre la Ingeniería básica, especificando los espesores requeridos, el
Fabricante se limitará a verificar que los espesores de cálculo, adicionada la tolerancia por corrosión,
no superen los valores solicitados, ya que ésta es una responsabilidad de la que nunca podrá ser
eximido, aunque los cálculos hayan sido entregados por el Adquirente.
1.7.1. Diseño.
La Secc VIII Div1 y Div 2 del Código, son parte de los denominados Códigos de Construcción de
ASME. Los mismos contienen todo lo concerniente al diseño, la fabricación y el correspondiente
control. A su vez, también hacen referencia a las fuentes de consulta sobre aspectos específicos tales
como Materiales, Soldaduras y Ensayos no Destructivos, a los que denomina Códigos de Referencia.
Estos son: Secc.II: Materiales – Secc.V: Ensayos no Destructivos – Secc.IX: Calificación de
Soldaduras, los que también deben ser cumplidos por los Fabricantes en la medida que el Código de
Construcción invoque determinado requerimiento y remita al Código de Referencia correspondiente.
Si bien, en la gran mayoría de los casos se diseña y fabrica bajo la Secc VIII Div1, también se dispone
de la Div 2: Reglas Alternativas; esta Norma permite el diseño por Análisis de Tensiones, resultando
muy necesaria para el cálculo de grandes recipientes, espesores gruesos de pared, condiciones de
servicio severas, etc.
19
1. El criterio de diseño utilizado [6], establece que el espesor de pared de un recipiente a presión,
deberá ser tal que las tensiones generadas por la presión, no deben exceder el valor de la
tensión admisible del material.
2. La tensión admisible a la tracción para cada material, resultará de dividir por 3,5 a la tensión de
rotura de ese material a la temperatura de diseño.
3. No obstante que los valores de tensión de rotura que figuren en los certificados de Usina ó que
resulten de ensayos posteriores, tengan valores por arriba del valor que para ese material y esa
temperatura se establece en la Secc.II, este último es a partir del cual se tomará la tensión
admisible a utilizar en el cálculo.
4. La presión de trabajo máxima permitida, estará limitada por la envolvente ó los cabezales y no
por partes menores.
5. Los recipientes cubiertos [6], serán diseñados para las mas severas condiciones coincidentes de
presión y temperatura previstas para las condiciones normales de operación que le son
requeridas. Consecuentemente, la presión de diseño será la máxima de trabajo admitida por el
recipiente sin que se supere la tensión admisible del material en el punto mas comprometido.
6. Los recipientes sometidos a presión, deberán ser diseñados para poder soportar las tensiones
debidas a las cargas ejercidas por la presión interna ó externa, el peso del recipiente lleno de
líquido y toda otra solicitación que agregue tensiones sobre las partes que lo componen.
7. En el caso de tanques horizontales con longitud considerable y 2 cunas de apoyo, además del
peso propio y de elementos interiores, deben ser calculadas solicitaciones generadas en los
apoyos y en el centro de la luz por el peso del líquido durante la realización de la Prueba
Hidráulica, los que suman esfuerzos de tracción en esas zonas que son las mas comprometidas.
8. En los recipientes cilíndricos verticales de altura considerable, también deberán ser verificadas
las tensiones que provocan, además de la presión, otros factores tales como las cargas
excéntricas, la acción del viento y las cargas sísmicas (si correspondiere); asimismo, también
deben ser considerados el efecto de la temperatura si fuere el caso, la posibilidad de cargas de
impacto, etc. El análisis debe concentrarse en la verificación de la condición mas desfavorable,
provocada por su efecto combinado. En general se acepta que los recipientes verticales de
altura considerable (caso torres de destilación), deban diseñarse con espesores variables, de
manera tal que bajo las condiciones de operación normales, admitan una deflexión no mayor de
6” por cada 100 pies de altura, bajo la velocidad máxima del viento tenida en cuenta para el
diseño. Tolerancia por corrosión: Las superficies interiores de un recipiente, al estar en
contacto con el fluido, pueden estar expuestas a sufrir la pérdida de espesor por efecto de la
corrosión y en el caso de movimiento de sólidos en suspensión, por erosión ó abrasión
20
mecánica. El Código no permite que el espesor mínimo de la envolvente y de los cabezales
(luego de conformados) de un recipiente a presión, sea menor a 1/16” (1,59 mm), excluida la
tolerancia por corrosión; en todos los casos en los que se considere que esta pudiere aparecer,
se debe sumar un sobre espesor adicional al de cálculo; está establecido como recomendable,
adicionar un valor del orden de 1/16”, con lo cual el espesor mínimo, no debería ser menor de
1/8” (3,17 mm). En el caso de recipientes para aire comprimido, vapor de agua ó agua a
presión, el espesor mínimo será de 3/32”(2,38 mm) y previéndose corrosión, no debería ser
menor de 5/32” (3,97 mm). En el caso de generadores de vapor sin fuego, no será menor de ¼”
(6,35 mm) y adicionando la tolerancia por corrosión, no menor de 5/16” (7,93 mm).
9. Será responsabilidad del diseñador establecer en función del fluido y del servicio, el valor que
resulte apropiado para permitir una vida útil razonable. Salvo casos especiales, los recipientes a
presión deberán ser diseñados para una vida útil no menor de 15 años de operación continuada.
En el caso particular de la Normativa de la Provincia de Buenos Aires, la vida útil de un
recipiente habilitado, ha sido establecida en 30 años. Esto es un límite temporal válido siempre
y cuando el espesor se mantenga por sobre el mínimo admisible por cálculo; cuando el valor
medido resulte menor a ese mínimo, la vida útil del recipiente para operar a la presión para la
que ha sido diseñado ha concluido, cualquiera sea el tiempo transcurrido desde su puesta en
servicio.
Por lo indicado precedentemente y a los efectos de posibilitar el control periódico, los
recipientes deberán contar con aberturas de inspección. Así por ejemplo, el Código establece
que los recipientes con diámetro interior hasta 36” deberán contar con una boca de hombre ó 2
cuplas de 2” c/tapón roscado. Los diámetros mayores de 36” siempre deberán contar con boca
de hombre con diámetro mayor ó igual a 16”; lo aconsejable es utilizar 18 ó 20”. Cuando exista
seguridad de que el fluido no es corrosivo, la boca de hombre podrá ser obviada.
1.7.2. Fabricación.
1 – Alcance del suministro: Es criterio generalizado entre los adquirentes de recipientes a presión que
conocen y exigen la aplicación de Normas Internacionales, incluir en su requerimiento el alcance
siguiente [15]:
Recipiente completo construido conforme a las especificaciones técnicas particulares y
generales incluidas en la documentación del Pedido de Cotización, mas aquellas cuya
21
definición ha sido asignada al Proveedor, todo lo cual constará en la oferta de éste y será
aceptada por el Adquirente por medio de la correspondiente Orden.
El suministro, como mínimo alcanza hasta los elementos de conexión externa vinculados por
soldadura al recipiente, tal como lo son las conexiones bridadas y roscadas.
Bocas de inspección ó control tales como entrada de hombre, entrada de mano y cualquier otro
tipo de abertura para esas finalidades. En todos los casos se entiende con las correspondientes
tapas ciegas, juntas y bulonería.
Aditamentos externos requeridos para la sustentación del recipiente, tales como cunas, patas,
faldones bridados, etc.
Aditamentos internos indicados en planos como soldados directamente al interior de la
envolvente.
Elementos necesarios para el transporte y movimientos, tales como orejas ó cáncamos de izaje,
rigidizadores, etc.
Bulones y juntas adicionales para ser utilizadas en las pruebas.
Certificados del Fabricante de la chapa ó de ensayos locales requeridos por Normas para
constatar la calidad del material.
Procedimientos de soldadura calificados por especialista nivelado y soldadores con habilidad
certificada y vigente.
Pruebas y ensayos requeridos por Norma, tales como: prueba hidráulica, tratamiento térmico en
los casos en que fuera requerido, radiografiado de soldaduras y todo otro ensayo no destructivo
que hubiere sido preestablecido ó que a criterio del Inspector del Adquirente, resultara
procedente para evaluar posibles defectos de fabricación.
Placa de Identificación del recipiente, con los datos de Norma y su correspondiente soporte.
Trabajos de limpieza y pintura de todas las superficies exteriores ó revestimientos interiores
que se hubieren acordado.
Preparación para el transporte, carga sobre camión en el Taller del Fabricante y transporte hasta
la Planta del Adquirente si así hubiere sido acordado.
Todo otro ó suministro que, aunque no estuviere explícitamente indicado, resulte necesario
para una fabricación acorde a la Norma constructiva aplicada y a las mejores reglas del arte.
22
Detalles constructivos:
El Fabricante deberá desarrollar los planos constructivos necesarios a partir de la
documentación de diseño.
Las envolventes deberán ser roladas con un diámetro coincidente con el de transición de los
cabezales.
En recipientes con cabezales de diferente espesor que la envolvente se efectuará la transición
de espesores sobre el exterior del recipiente. La longitud de transición nunca será menor que 3
veces la diferencia de espesores.
Los cordones longitudinales de las envolventes serán ubicados de manera de no ser afectados
por aberturas, placas de refuerzo, cunas de apoyo y permanecer perfectamente visibles.
Para los cordones circunferenciales son válidas las mismas consideraciones pero, si una
interferencia es inevitable, el cordón será rebajado a rás de la chapa y examinado
radiográficamente previo a la colocación del refuerzo.
No se permitirá ninguna conexión roscada directamente sobre la envolvente ó cabezales,
cualquiera fuere su espesor.
Toda conexión que no se prolongue hacia el interior del tanque, terminará a rás de la cara
interna y la soldadura se efectuará con penetración completa.
Los refuerzos de conexiones y entradas de hombre, deberán ser calculados conforme lo
especifica el Código. El material del refuerzo será el mismo tipo de acero que el utilizado en el
recipiente.
Los bordes interiores de las entradas de hombre ó de mano, serán amoladas con un radio
mínimo de 6 mm.
Para conexiones de Ø 2” ó menores, es recomendable la utilización de cuplas ó medias cuplas
forjadas de serie 3000 como mínimo; las de 21/2” y mayores deberán ser bridadas de tipo
SORF de Serie 150 como mínimo y para servicios de mayor presión, el tipo WNRF de la Serie
que corresponda. Los cuellos de conexión para diámetros menores a 11/2” serán sch 80 y la
conexión al cuerpo se realizará mediante accesorios socked weld..
Todos los agujeros para los bulones de bridas, quedarán a horcajadas de los ejes principales del
recipiente, salvo especificación en contrario.
Los recipientes horizontales con 2 cunas de apoyo soldadas al cuerpo, deberán tener el anclaje
de una de ellas con correderas para permitir la dilatación por temperatura.
23
Los recipientes de acero inoxidable podrán contar con medios de sustentación construidos en
acero al carbono, siempre que se suelden a placas externas del mismo material del cuerpo,
soldadas previamente.
Los tanques verticales podrán ser sustentados mediante patas soldadas a refuerzos
convenientemente ubicados en la envolvente ó cabezal inferior ó mediante faldón provisto de
silletas de anclaje ó brida. en el caso de recipientes de gran altura (caso de torres de
destilación), el faldón tendrá el mismo diámetro que el recipiente y se anclará a una base de
H°A° mediante una brida tipo silleta con bulones de anclaje. El faldón poseerá aberturas de
ventilación, en especial en servicios con hidrocarburos u otros combustibles líquidos ó
gaseosos.
1.7.3. Soldaduras.
El Fabricante no podrá comenzar a soldar hasta que el Procedimiento de Soldadura calificado y
la Habilidad del Soldador/Operador, sean aprobados por la Inspección del Adquirente.
Todas las soldaduras se realizarán en un todo de acuerdo con las normas A.W.S. (American
Welding Society) en cuanto a los materiales de aporte utilizados y con el Código ASME
Sección VIII y IX en lo referente a métodos y procedimientos de soldadura.
Para la soldadura de envolvente y casquetes se utilizará la forma “a tope” de penetración y
fusión completa. El procedimiento de soldadura más moderno, seguro y rápido es el de Arco
Sumergido (S.A.W) ó soldadura Automática.
Una de las prácticas mas comunes para soldadura de ambos lados es, con bisel en X (2/3
ext./1/3 int.), realizando desde la cara interna la soldadura que hará de respaldo al S.A.W . Este
respaldo, se realizará mediante procedimiento manual con electrodo revestido (S.M.A.W.).,
efectuando las pasadas necesarias s/espesor (s) ó bien con Semiautomática de alambre macizo
(G.M.A.W.) ó tubular (F.C.A.W), en ambos casos con el modo de transferencia globular.
Posteriormente, repelada la raíz, se efectuarán las pasadas externas de S.A.W. que sean
necesarias para completar la soldadura.
Si no es posible el acceso al interior del tanque, se utilizará bisel del tipo “V”, para soldar
totalmente desde el exterior. Para este tipo de soldadura, es imprescindible utilizar un
procedimiento adecuado que asegure la completa penetración; a este efecto, la raíz se efectuará
preferentemente con el procedimiento TIG (G.T.A.W.) ó bien con S.M.A.W. utilizando el
clásico electrodo celulósico 6010. Eventualmente se podrá colocar un anillo interno de respaldo
24
que quedará incorporado en forma permanente a la soldadura al soldar desde el exterior con el
S.A.W. ó con otro procedimiento. En todos los casos, los procedimientos, siempre deberán
estar calificados bajo ASME IX. Las restantes uniones menores (conexiones, refuerzos, etc)
podrán realizarse con S.M.A.W ó G.M.A.W., utilizando material de aporte acorde a lo
especificado por A.W.S.
Para cada forma y tipo de junta que se adopte y según sea el grado de control radiográfico que
se efectúe, el Codigo ASME establece el valor de la eficiencia de junta E que interviene en el
denominador de la fórmula de cálculo del espesor de pared del recipiente. Para el mismo tipo
de junta, a mayor control mayor será el E permitido y consecuentemente, menor será el espesor
mínimo requerido (ver UW-12 ASME VIII Div.1).
25
Capítulo II: Desarrollo de la metodología de diseño.
2.1. Selección de los materiales.
Materiales a utilizaren:
Placa
Bridas y Accesorios
Tuberías
Tornillería
2.2.Cálculo por presión interna según el código ASME.
A1 calcular un recipiente cilíndrico horizontal por presión interna, es necesario realizar
independientemente el cálculo del cuerpo y las tapas. En este capítulo analizaremos los cálculos
necesarios para seleccionar adecuadamente los espesores del cuerpo y de las tapas.
DATOS:
D.E = Diámetro exterior en pulgadas = 2250 mm
t = Espesor mínimo requerido en pulgadas= ?
P = Presión de diseño = ?
Po = Presión de operación = 0,810823 N/mm2
R = Radio exterior del cilindro = ?
E = Eficiencia de las soldaduras =?
S = Esfuerzo máximo permisible a tensión del material seleccionado para fabricar el recipiente a la
temperatura de diseño= ?
C=Corrosión Permisible = 1,1684 mm
L1 = Longitud entre líneas de tangencia del recipiente = 3657,6 mm
T = Temperatura de diseño = 120 °C
Temperatura de Operación = 60 °C
26
En la Figura No.1, se muestra un formato para el cálculo del espesor del cilindro por presión interna,
en él, se puede observar que se realizaron los cálculos con eficiencia de soldaduras de 1.0
respectivamente.
2.2.1. Cálculos para espesor del cuerpo cilíndrico con Presión.
Figura No.1
Para determinar la Presión de diseño se utilizará la fórmula:
Como Po ≤ 2,068427 N/mm2
P = Po + 0,2068427 N/mm2 (2.1)
Para determinar el Radio Exterior del cilindro:
C+2
D.ER (2.2)
Para determinar el espesor requerido del cuerpo del cilindro:
C+0,4P+ES
RPt
(2.3)
27
Para determinar la presión máxima de trabajo permitida P, para el casco cuando el recipiente este
nuevo:
0,4t+R
tESP
(2.4)
2.2.2. Cálculos para espesor de cabeza semiesférica bajo presión interior.
Figura No.2
Material del Cuerpo = ?
Diámetro Exterior (D.E.) = 2250 mm
Temperatura de Diseño = 120 °C
Esfuerzo de Trabajo(A TEMP. De Diseño) (S) =?
P = Presión de diseño = ?
Po = Presión de operación = 0,810823 N/mm2
Eficiencia menor de cabeza (E)= ?
Corrosión Permisible (C)= 1,1684 mm
Espesor Mínimo Requerido (t) =?
Para determinar el espesor requerido t de un casco:
C+0,8P+ES2
RPt
(2.5)
28
Para determinar la presión máxima de trabajo permitida P, para la cabeza cuando el recipiente sea
nuevo:
t0,8+R
tES2P
(2.6)
2.2.3. Cálculos de las Silletas.
Figura No.3
A= distancia de la línea de tangencia de la cabeza al centro de la silleta=2250 mm
Q= Carga sobre una silleta = ?
R= Radio del casco = ?
S= Esfuerzo = ?
Ts= Espesor de la pared del casco = ?
Th= Espesor de la pared de las cabezas (sin margen de corrosión ) = ?
L= Longitud del recipiente, tangente a tangente = 13199,87 mm
K= Constante
H= Profundidad de la concavidad de la cabeza = 525 mm
29
b= Ancho de la silleta = 300 mm
Ø= Ángulo de apoyo de la silleta=?
Esfuerzo a flexión Longitudinal.
Esfuerzo en las silletas (tensión en la parte superior, compresión en la inferior).
St
L
HLA
HR
2
22
1RK
3
41
2L
A-1
-1AQ
S (2.7)
Esfuerzo a la mitad del claro (tensión en la parte inferior, compresión en la superior).
St
L
A
L
HL
HR
2
22
TR
4
3
41
221
4
LQ
S
(2.8)
Esfuerzo Cortante Tangencial.
Como A(88.6) R/2 (44.3/2), la fórmula aplicable es:
HL
AL
tS
3
4
2
R
QKS 2
2
(2.9)
Esfuerzo Circunferencial.
Como L(520) 8·R(354) la formula aplicable es:
2
6
42
3
56,14
QS
ssS t
QK
tRbt
(2.10)
30
En la parte inferior de la silleta.
sS tRbt
56,1
QKS 7
5
(2.11)
2.2.4. Diseño de silletas.
Figura No.4
En su sección más baja, la silleta debe resistir la fuerza horizontal (F). La sección transversal eficaz de
la silleta que resiste esta carga es igual a la tercera parte del radio del recipiente (R).
QK 11F (2.12)
En donde:
Q= carga sobre una silleta (lb)
K11= constante (tabulada)
Valores de la constante K11
(Tabla No1)
31
tR
3Efectiva Área
(2.13)
Soportes para recipientes horizontales de 24¨ a 144¨ de Ø.
Figura No.5
Sus valores están normalizados en la siguiente tabla:
32
(Tabla No2)
Como el diámetro de nuestro recipiente es de 2250mm se decide tomar los valores de la tabla para un
recipiente de 90 pulgadas de diámetro.
2.3. Cálculo de las orejas de izaje.
Con el fin de transportar, localizar y dar mantenimiento a los recipientes a presión, es necesario
equiparlos por lo menos con dos orejas de izaje, el espesor de éstas se calcula por medio de la siguiente
ecuación:
DS
W
0t
(2.14)
DONDE:
t0 = Espesor mínimo requerido en la oreja de izaje.
33
W = Peso del equipo vacío.
S = Esfuerzo a la tensión del material de la oreja.
D = Distancia mostrada en la Figura No.5
Debemos considerar que la capacidad máxima esta dada para cada una de las orejas. Por tanto ya que
el recipiente pesa aproximadamente 15,5 toneladas vacío, escogemos los datos para una capacidad de
carga de 13500 Kg.
(Tabla No3)
Capacidad
Max.Kgs
A B C D F Diámetro de
Barrenos
2000 3/4 4-1/2 4-1/2 1-1/2 2-1/4 3/4
4500 3/4 7-3/4 7-3/4 1-1/2 2-1/4 3/4
5800 1 8-7/16 8-7/16 1-1/2 2-1/2 3/4
13500 1-1/2 8-3/4 8-3/4 1-1/2 3-1/2 3/4
24500 2 9-3/4 9-3/4 1-5/8 3-1/2 13/16
Figura No.5
34
En la siguiente figurase muestra un croquis de localización de las orejas de izaje.
Figura No.6
Es conveniente verificar que el espesor del recipiente será suficiente para soportarlas fuerzas aplicadas
en la oreja de izaje, el espesor mínimo requerido en el cuerpo o en la placa de respaldo de la oreja está
dado por la ecuación:
2t
0
c
tCS
W
(2.15)
DONDE:
tc = Espesor mínimo requerido en la placa de respaldo o en el cuerpo.
W = Peso del equipo vacío.
S = Esfuerzo a la tensión del material del cuerpo o placa de respaldo.
C = Longitud mostrada en la Figura No.5
to = Espesor de la oreja de izaje.
35
2.4. Soldadura.
El sistema de soldadura para emplear en estos recipientes es el de soldadura automática por Arco
Sumergido. Este sistema de soldadura automática por Arco Sumergido permite la máxima velocidad
de deposición de metal, entre los sistemas utilizados en la industria, para producción de piezas de acero
de mediano y alto espesor (desde 5 mm. aproximadamente) que puedan ser posicionadas para soldar en
posición plana u horizontal: vigas y perfiles estructurales, estanques, cilindros de gas, bases de
máquinas, fabricación de barcos, etc. También puede ser aplicado con grandes ventajas de relleno de
ejes, ruedas de ferrocarriles y polines.
En el sistema de soldadura por Arco Sumergido, se utiliza un alambre sólido recubierto por una fina
capa de cobrizado para evitar su oxidación y mejorar el contacto eléctrico.
Generalmente contiene elementos desoxidantes, que junto a los que aporta él fundente, limpian las
impurezas provenientes del metal base o de la atmósfera y aportan elementos de aleación
seleccionados según sean las características químicas y mecánicas del cordón de soldadura que se
desee.
2.4.1. Selección de la máquina
Se utilizará una máquina automática modelo TC-26 (seleccionada del libro de Tecnología de
Soldadura, por Dr. José Burgos Sola) con la cual cuenta la empresa. La máquina presenta las
siguientes características:
Magnitud de la corriente de soldadura (A)= hasta 1500
Diámetro del alambre para electrodo(mm)= 3-6
Velocidad de avance del alambre(m/h)= 42-408
Velocidad de soldadura (m/h)= 9-80
Tipo de corriente de soldadura= Continua o alterna.
36
2.4.2. Determinación del tiempo de soldadura
21 aattot TTTT
(2.16)
Donde:
Ttot=Tiempo total.
Ta1= Tiempo de servicio del puesto de trabajo(6% del Ttot)
Ta2= Tiempo de descanso (5 % del Ttot)
s
op
tv
lT
60
(2.17)
Donde:
Tt=Tiempo principal
lop= Longitud de las costuras en la pieza para una pasada. (m)
vs=Velocidad de la soldadura. (min/m)
(Tabla No4)
Tabla de Regulación de Soldadura por Arco Sumergido.
37
2.4.3. Selección del alambre y fundente a utilizar.
Se utilizará el alambre H08CrMoA, el cuál es un alambre de acero de bajo hidrógeno Cr-Mo el cual es
conveniente para soldaduras de recipientes a presión resistentes al calor y tuberías.
El fundente a usar será el AH-348, este garantiza una gran estabilidad de arco y un bajo
desprendimiento de gases nocivos.
2.4.4. Determinación del consumo del alambre y fundente.
LFG (2.18)
Donde:
G=Peso del metal depositado.
F=Área de la costura.
L=Longitud de la costura.
Γ=Peso específico del metal.
Notas:
γdel acero = 7,83 g/cm3
221F FF
(2.19)
sa F1 (2.20)
hb 75,02F2
(2.21)
hbsa 75,02F
(2.22)
El consumo del fundente toma un valor igual a 0,95 del consumo del alambre.
1elG KG
(2.23)
38
Donde:
Gel=consumo de alambre
K1=coeficiente de consumo de alambre (1,3)
Figura No.7
Figura No.8
2.4.5. Determinación del consumo de corriente eléctrica.
El consumo de energía eléctrica por metro de costura durante la soldadura automática sin considerar
los gastos complementarios de energía eléctrica para la rotación de la pieza se determina según la
fórmula:
s
a
vn
W
A
(2.24)
Donde:
n= rendimiento de la instalación (0,9)
39
Wa= potencia del arco de soldadura, que se determina por la siguiente formula:
Iva 001,0Wa (2.25)
va=velocidad de soldadura.
Vs= tensión del arco.
I= intensidad dela corriente.
2.4.6. Determinación de los costos del proceso de soldadura.
Para determinar el costo total del proceso empleado en la soldadura del recipiente es necesario realizar
el análisis de todos los gastos realizados durante dicha tecnología. Para ello debemos calcularlo a
través de la siguiente fórmula:
Ctotsold=Cenergía+Csalario+Calambre+Cfundente (2.26)
Donde:
Ctotsold= Costo total de soldadura.
Calambre=Costo del alambre empleado en el proceso de soldadura.
Csalario= Costo en salario.
Cenergía=Costo de la energía eléctrica consumida.
Cfundente= Costo del fundente empleado en el proceso de soldadura.
Salario de un Soldador C = 1,3116 por hora.
Tarifa eléctrica establecida en empresas= O,25 centavos CUC por KW.
2.5. Determinación del costo total del diseño del recipiente.
Para determinar el costo total del diseño del recipiente a presión es necesario realizar el análisis del
costo empleado en la soldadura y el costo del material empleado para su construcción.
40
Ctotal= Ctotsold+Cmaterial (2.27)
Donde:
Cmaterial= Costo del material. (90 CUC la tonelada)
41
Capítulo III: Análisis de los Resultados.
3.1. Materiales a Utilizar (Ver Anexo N0.1 ).
Placa = SA-516 (C- Mn - SI)
Bridas y Accesorios = SA-350 (C-Mn)
Tuberías = SA-53 (C-Mn)
Tornillería = SA-307
3.2.Resultados de los cálculos por presión interna.
P = Po + 0,2068427 N/mm2
P = 1,017666 N/mm2
Radio Exterior del cilindro:
C+2
D.ER
R= 1126,5 mm
DATOS:
D.E = Diámetro exterior en pulgadas = 2250 mm
t = Espesor mínimo requerido en pulgadas= ?
P = Presión de diseño = 1,017666 N/mm2
Po = Presión de operación = 0,810823 N/mm2
R = Radio exterior del cilindro = 1126,5 mm
E = Eficiencia de las soldaduras =1 (ver Anexo N0.3)
S = Esfuerzo máximo permisible a tensión del material seleccionado para fabricar el recipiente a la
temperatura de diseño, (ver Anexo N0.2), para un material SA-516 (C-SI); S = 103,421359 N/mm2 a
una temperatura de diseño de –28° a 343 °C.
C=Corrosión Permisible = 1,1684 mm
L = Radio de abombado de la tapa en pulgadas
42
r = Radio de esquina o de nudillos en pulgadas
L1 = Longitud entre líneas de tangencia del recipiente = 3657,6 mm
T = Temperatura de diseño = 120 °C
Temperatura de Operación = 60 °C
Espesor requerido del cuerpo del cilindro:
C+0,4P+ES
RPt
t= 12,1 mm
Usar placa de 12,7 mm de espesor.
Para determinar la presión máxima de trabajo permitida P, para el casco cuando el recipiente este
nuevo, utilizaremos la fórmula:
0,4t-R
tESP
P= 1,171419 N/mm2
Para el espesor requerido de un casco utilizaremos la fórmula:
C+0,8P+ES2
RPt
t= 6,68 mm
Usar cabezas de 7,6 mm de espesor.
Para determinar la presión máxima de trabajo permitida P, para la cabeza cuando el recipiente sea
nuevo, utilizaremos la fórmula:
43
t0,8-R
tES2P
P= 1,406530 N/mm2
3.3. Resultados de los cálculos de las silletas.
Esfuerzo Flexionante Longitudinal.
DATOS:
A= distancia de la línea de tangencia de la cabeza al centro de la silleta= 2250 mm
Q= Carga sobre una silleta = 67805 lb
R= Radio del casco = 1126,5 mm
S= Esfuerzo = 103,421359 N/mm2
Ts= Espesor de la pared del casco = ?
Th= Espesor de la pared de las cabezas (sin margen de corrosión ) = ?
L= Longitud del recipiente, tangente a tangente = 13199,8 mm
K= Constante, (ver Anexo N0.4)
H= Profundidad de la concavidad de la cabeza = 525 mm
b= Ancho de la silleta = 300 mm
Ø= Ángulo de apoyo de la silleta=?
Esfuerzo en las silletas (tensión en la parte superior, compresión en la inferior).
St
L
HLA
HR
2
22
1RK
3
41
2L
A-1
-1AQ
S
44
S1= 14,513464 N/mm2
Esfuerzo a la mitad del claro (tensión en la parte inferior, compresión en la superior).
St
L
A
L
HL
HR
2
22
TR
4
3
41
221
4
LQ
S
ST= 5,4871236 N/mm2
Esfuerzo debido a la presión interna:
St
2
RP= 45,133081 N/mm2
Suma de los esfuerzos de tensión:
3,402562 + 45,133081 = 48,533643 N/mm2
La suma no es mayor que el valor del esfuerzo en la costura circunferencial:
103,421359 ·1= 103,421359 N/mm2
El esfuerzo de comprensión no es factor, en vista de que t/R>0.005
Esfuerzo Cortante Tangencial.
HL
AL
tS
3
4
2
R
QKS 2
2
S2= 9,420306 N/mm2
S2 no es mayor que el valor del esfuerzo del material del casco multiplicado por 0,8.
103,421359·0,8= 82,737087 N/mm2.
45
Esfuerzo Circunferencial.
Como L(520) 8·R(354) la formula aplicable es:
2
6
42
3
56,14
QS
ssS t
QK
tRbt
S4= -85,1424615 N/mm2
S4 no es mayor que el valor del esfuerzo del material multiplicado por 1,5.
103,421359∙1,5= 155,132039 N/mm2.
En la parte inferior de la silleta.
sS tRbt
56,1
QKS 7
5
S5= 16,4644046 N/mm2
S5 no es mayor que el punto de cedencia del material por compresión multiplicado por 0,5.
241,316505∙0,5=120,658253 N/mm2.
3.3.1. Análisis de los cálculos para el diseño de silletas.
DATOS:
Q= 67805 lb
K11= 0,279 (Tabla No1)
t= 7,62 mm
QK 11F
F=18917,6 lb
46
Para soportar esta fuerza el área efectiva debe de la placa del alma debe ser:
mm 112,776 =3
Efectiva Área tR
3.4. Resultado del cálculo de las orejas de izaje.
DS
W
0t
t0= 37,2 mm
DONDE:
t0 = Espesor mínimo requerido en la oreja de izaje.
W = Peso del equipo vacío= 30325,4 Lb
S = Esfuerzo a la tensión del material de la oreja= 95,14 N/mm2
D = Distancia mostrada en la Figura No.5= 38,1 mm
Usar 38mm de espesor.
Comprobación del espesor del cuerpo para las fuerzas aplicadas sobre las orejas de izaje.
2,794mm
2t
0
c
tCS
W
DONDE:
tc = Espesor mínimo requerido en la placa de respaldo o en el cuerpo.
C = Longitud mostrada en la Figura No.6= 222,25mm.
Como el espesor del cuerpo es 0,5 pulg se demuestra que este es resistente a las fuerzas aplicadas
sobre las orejas de izaje.
3.5. Resultado del tiempo del proceso soldadura.
min 111,260
s
op
tv
lT
47
Donde:
lop: longitud de las costuras en la pieza para una pasada= 92,6m
vs: velocidad de la soldadura= 50 m/h
Como se debe realizar dos pasadas, una interna y otra externa este tiempo lo multiplicamos por dos y
obtenemos el tiempo total que será de 3,7 horas.
horas 4,10721 aattot TTTT
Donde:
Ta1= 0,222 horas
Ta2=0,185 horas
3.6.1. Resultados del consumo del alambre y el fundente.
cm2 5,175,02F sahb
Kg 184,89G LF
Kg 240,4G 1el KG
Fundente= 228,4 Kg
3.6.2. Resultados del consumo de corriente eléctrica.
s
a
vn
W
A
A= 0,37 Kw por cada metro de costura
Como la longitud total de costura para una pasada es de 92,6 m lo multiplicamos por dos y obtenemos
185,2 m que es la longitud total a soldar, por tanto el consumo de energía eléctrica empleado en la
soldadura será de 68,5 Kw.
48
3.6.3. Resultado de los costos empleados en el proceso de soldadura.
Ctotsold= Cenergía+Csalario+ Calambre +Cfundente
Donde:
Calambre= 2,07CUC el Kg.
Csalario= Soldador Cgana1.3116 CUP por hora.
Cenergía= O,25 centavos CUC por KW.
Cfundente= 1,75 CUC el Kg.
Ctotsold= 68,5·0,25+4,1·0,057+240,4·2,07+228,4·1,75
Ctotsold= 914,7 CUC
3.7. Resultado del costo total del diseño del recipiente.
Ctotal= Ctotsold+Cmaterial
Donde:
Cmaterial= 90 CUC la tonelada.
Ctotal= 914,7+15,5· 90
Ctotal= 2309,7 CUC.
49
CONCLUSIONES
Con la realización de este trabajo se arribó a las siguientes conclusiones:
1. Empleando la metodología del código ASME Sección I se logró realizar el diseño de los
recipientes horizontales a presión de 50 m3 que necesita la empresa EPEP-Centro, cumpliendo
con las normas internacionales.
2. Con la correcta selección de los materiales y el espesor del recipiente se logra una prolongada
vida útil del mismo.
3. Después de haber realizado un análisis del costo de fabricación, podemos decir que este es muy
bajo con respecto a su precio en el mercado internacional.
50
RECOMENDACIONES
I. Es necesario aplicar un recubrimiento de pintura epóxica fenólica de larga duración a un tercio
de altura del inferior del recipiente de al menos 400 micrómetros.
II. Debe realizarse una vez al año una inspección con equipos de ultrasonido para determinar el
posible avance de corrosión.
III. Instalar una boquilla de drenaje en la parte inferior más baja y drenarlo sistemáticamente todos
los meses para evitar la acumulación de agua en la parte inferior del recipiente.
IV. Se recomienda utilizar el código ASME Sección I para el diseño de todos los recipientes a
presión utilizados en la empresa, ya que esta metodología esta vigente, además es confiable y
cumple con todas las normas internacionales.
51
BIBLIOGRAFIA
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process - A review". International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST). 02
February 2012.
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52
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21- S.P. Timoshenko, Theory of Plates and Shells, 1959, McGraw-Hill Book Co., Nueva York.
22- SzilárdR., Theory and Analysis of Plates, 1974, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ.
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Petroleum Institute.
24- Welded Steel Tanks for Oil Storage, 10a Ed, NOVEMBER 1998. American Petroleum Institute.
53
ANEXOS
Anexo 1
54
Anexo 2
55
Anexo 3
56
Anexo 4
57
Anexo 5
58
Anexo 6 (Ensamble de planchas para soldar)
Anexo 7 (Silleta junto a la plancha de refuerzo)
59
Anexo 8 (Vista frontal del Recipiente)
Ø de registros
1 240
2 200
3 120
4 480
5 110
60
Anexo 9 (Vista lateral del Recipiente)