Estudio Recipientes a Presion Asme Viii Div 1

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INDICE

CAP. I GENERALIDADES. FUNCION DEL RECIPIENTE INTRODUCCION HISTORIA DEL CODIGO A.S.M.E. CLASIFICACION DEL CODIGO A.S.M.E. LIMITACIONES DE LA DIVISION 1 SOCIEDADES E INSTITUTOS NORMAS DE CALIDAD ISO 9000 TIPOS DE RECIPIENTES TIPOS DE TAPAS PARA RECIPIENTES A PRESION

CAP. II CRITERIOS DE DISEO MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION CONSEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE FILISIFIA DE DISEO TIPO DE CARGAS - ESFUERZOS TOLERANCIAS ECUACION DE LA MEMBRANA MODIFICADA POR ASME CATEGORIA DE CARGAS

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

A fin de 1700, sobresale el uso de calderas y la necesidad de proteger al personal de fallas catastrficas. Las calderas para generacin de vapor con presiones mayores a la atmosfrica. El descuido y la negligencia de los operadores, las fallas de diseo en las vlvulas de seguridad, inspecciones inadecuadas producen muchas fallas y explosiones de calderas en los Estados Unidos y Europa. En junio de 1817, el comit del consejo de Filadelfia expone las explosiones de calderas de barcos. Este comit recomienda que se establezca un Instituto Legislador y se reglamenten las capacidades de presin, Instalacin adecuada a la vlvula de alivio e inspeccin mensual. En 1911, debido a la falta de uniformidad para la fabricacin de calderas, los fabricantes y usuarios de calderas y recipientes a presin recurrieron al consejo de la A.S.M.E., para corregir est situacin. En respuesta a las necesidades obvias de diseo y estandarizacin, numerosas sociedades fueron formadas entre 1911 y 1921, tales como la A.S.A. (Asociacin Americana de Estndares) ahora ANSI (Instituto Americano de Estndares Nacionales) el A.I.S.C. (Instituto Americano del Acero de Construccin) y la A.W.S. (Sociedad Americana de Soldadura). Los cdigos estndares fueron establecidos para proporcionar mtodos de fabricacin, registros y reportar datos de diseo.

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CLASIFICACIN DEL CDIGO A.S.M.E.

Seccin I Seccin II Seccin III Seccin IV Seccin V Seccin VI Seccin VII

Calderas de Potencia Especificacin de Materiales Requisitos generales para Divisin 1 y Divisin 2 Calderas para Calefaccin Pruebas no Destructivas Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operacin de Las Calderas de Calefaccin Gua y recomendaciones para el cuidado de Calderas de Potencia Recipientes a Presin Calificacin de Soldadura Recipientes a Presin de Plstico reforzado en fibra de Vidrio Reglas para Inspeccin en servicio de Plantas Nucleares

Seccin VIII Seccin IX Seccin X

Seccin XI

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CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1

En esta parte del cdigo se establecen los requerimientos mnimos para el diseo, fabricacin e inspeccin y para obtener la certificacin autorizada de la ASME para los recipientes a presin. En base a esto se ha dividido en: Subseccin A. Parte UG que cubre los requerimientos generales. Subseccin B. Requerimientos de fabricacin Parte UW.- Para recipientes que sern fabricados por soldadura. Parte UF.- Para recipientes que sern fabricados por forjado Parte UB.- Para recipientes que sern fabricados utilizando un material de relleno no ferroso a este proceso se le denomina "brazing" Subseccin C. Requerimientos de materiales Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbn y de baja aleacin. Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos. Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido. Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento tipo "lining". Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dctil. Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensin mejoradas por tratamiento trmico. Parte ULW.- Para los fabricados por el mtodo de multicanas. Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles mas altos a bajas temperaturas. 1. LIMITACIONES DE LA DIVISIN 1

1. La presin deber ser menor a 3000 psi. 2. Calentadores tubulares sujetos a fuego. 3. Recipientes a presin que son parte integral de componentes de sistemas de tubera 4. Sistemas de tuberas. 5. Componentes de tubera.

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6. Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua, que utilizan aire como elemento originador de presin. 7. Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes caractersticas: 8. Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h) 9. Temperatura del agua de 99 c (210f) 10. Capacidad de 454.3 lt (120 galones) 11. Recipientes sujetos a presin interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm (15psi) 12. Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de dimetro.

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SOCIEDADES E INSTITUTOS

A.W.S. (American Welding Society) Proporciona la informacin fundamental de soldadura, diseo de soldadura, calificacin, pruebas e inspeccin de soldaduras, as como una Gua de la aplicacin y uso de la soldadura.

A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction) Fundado en 1921, su primer manual surgi en 1926, proporciona una Gua y cdigo para maximizar la eficiencia del diseo de acero estructural y seguridad. El cdigo A.I.S.C. contiene ecuaciones de diseo, criterios de diseo y diseos prcticos para acero estructural. Su uso es recomendado para el diseo de edificios, puentes o cualquier estructura de acero, incluyendo aquellas que sirvan como soportes rgidos de tubera.

A.N.S.I. (American National Standars Institute) Inicialmente establecida en 1918 como A.S.A. (American Standars Association) cambio su nombre en 1967 a U.S.A.S.I. (U.S.A. Standars Institute) y en 1969 cambio a A.N.S.I. No todos los estndares de U.S. son directamente resueltos por A.N.S.I. El A.S.M.E., A.W.S., y numerosas organizaciones definen los estndares y cdigos aplicables a la tubera. A.N.S.I. clasifica la aplicacin del sistema de tuberas, bridas, pernos, roscas, vlvulas.

A.S.M.E. (American Society of Mechanical Engineers) En 1913, en comit edit el primer reporte preliminar de 2000 ingenieros mecnicos, profesionales e inspectores de seguros. En 1914, se edito la seccin 1 del cdigo A.S.M.E., uno de los primeros cdigos y estndares en U.S.

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El comit recomienda del cdigo para calderas y recipientes a presin as como el estndar para construccin y cdigo de inspeccin.

A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) Fue fundada en 1898 para desarrollar los estndares de la caracterstica y eficiencia de los materiales, productos, suministros de servicios y producir lo relativo a su comportamiento.

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NORMAS DE CALIDAD ISO

INRODUCCION. Este estndar internacional es uno de los tres estndares internacionales relacionados con los requerimientos de calidad, los cuales pueden ser utilizados para propsitos de aseguramiento de calidad establecidos por los tres estndares internacionales mencionados.

1. ISO 9001. Sistema de calidad. Modelo de aseguramiento de calidad en diseo, desarrollo, produccin, instalacin y servicio. Para usarse cuando la conformidad de requerimientos especificados debe ser asegurada por el proveedor durante el diseo, desarrollo, produccin, instalacin y servicio.

2. ISO 9002. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en produccin, instalacin y servicio. Para usarse cuando la conformidad de requerimiento especificado debe ser asegurada por el proveedor durante la produccin, instalacin y servicio.

3. ISO 9003. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en prueba de inspeccin final.

1. NORMAS DE REFERENCIA

El siguiente estndar contiene provisiones, las cuales son mencionadas en este texto constituyendo provisiones de este estndar internacional. Todos los estndares son sujetos a revisin y las partes de los acuerdos de este estndar son impulsados a investigar la posible aplicacin de la ms reciente edicin del estndar.

POLITICA DE CALIDAD. La administracin del proveedor con responsabilidad ejecutiva de definir y aumentar su poltica para la calidad. La poltica de calidad debe ser relacionada a8

los propsitos organizacionales del proveedor as como las expectativas y necesidades de sus clientes, el proveedor deber tomar en cuenta las diferentes actividades como apropiadas, en reunir requerimientos especificados para productos.

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CONTROL DE DISEO. ENTRADA DE DISEO. Los requerimientos de entrada de diseo relacionado con el producto, incluyendo requerimientos aplicables mandatarios y regulatorios deben ser identificados, documentados y revisado su seleccin con el proveedor, para su educacin. Los requerimientos incompletos, ambiguos o conflictivos, deben ser resueltos con aquellos responsables de establecer estos requerimientos.

SALIDA DE DISEO. Debe ser documentada y expresada en trminos que pueda ser verificada y validada contra los requerimientos de entrada de diseo. La salida de diseo debe ser; a) Satisfacer los requerimientos de entrada de diseo. b) Contener o hacer referencia a criterios de aceptacin. c) Identificar aquellas caractersticas del diseo que son cruciales en la seguridad y funcionamiento apropiado del producto. Los documentos de salida de diseo deben ser revisados antes de su liberacin.

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REVISION DE DISEO. En apropiadas etapas de diseo, revisiones formales documentadas de los resultados de diseo deben ser planeadas y conducidas. Los participantes en cada revisin deben incluir representantes de todas las funciones relacionadas con la etapa de diseo esta siendo revisada, as como otro personal especialista cuando se requiera. CAMBIOS DE DISEO. Todos los cambios y modificaciones de diseo deben ser identificados, documentados, revisados y comprobados por personal autorizado antes de su implementacin.

TIPOS DE RECIPIENTES

Existen numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias que se dirigen o convergen de algn proceso, este tipo de recipientes son llamados en general tanques. Los diferentes tipos de recipientes que existen, se clasifican de la siguiente manera: POR SU USO: Los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientes de procesos. Los primeros nos sirven nicamente para almacenar fluidos a presin y de acuerdo con sus servicios son conocidos como tanques de almacenamiento, tanques de da, tanques acumuladores, etc.

POR SU FORMA: Los recipientes a presin pueden ser cilndricos o esfricos. Los primeros son horizontales o verticales y pueden tener en algunos casos, chaquetas para incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos segn sea el caso. Los esfricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se recomiendan para almacenar grandes volmenes esfricos a altas presiones. Puesto que la forma esfrica es la forma natural que toman los cuerpos al ser sometidos a presin interna esta sera la forma ms econmica para almacenar11

fluidos a presin sin embargo en la fabricacin de estos es mucho ms cara a comparacin de los recipientes cilndricos.

Los tipos ms comunes de recipientes pueden ser clasificados de acuerdo a su geometra como: 1.- Recipientes Abiertos. a) Tanques Abiertos. 2.- Recipientes Cerrados. 2.1 Tanques cilndricos verticales, fondo plano. 2.2 Recipientes cilndricos horizontales y verticales con cabezas formadas. 2.3 Recipientes esfricos.

Indicaremos algunas de las generalidades en el uso de los tipos ms comunes de recipientes:

1. RECIPIENTES ABIERTOS: Los recipientes abiertos son comnmente utilizados como tanque igualador o de oscilacin como tinas para dosificar operaciones donde los materiales pueden ser decantados como: desecadores, reactores qumicos, depsitos, etc. Obviamente este tipo de recipiente es ms que el recipiente cerrado de una misma capacidad y construccin. La decisin de que un recipiente abierto o cerrado es usado depender del fluido a ser manejado y de la operacin. Estos recipientes son fabricados de acero, cartn, concreto. Sin embargo en los procesos industriales son construidos de acero por su bajo costo inicial y fcil fabricacin.

1. RECIPIENTES CERRADOS: Fluidos combustibles o txicos o gases finos deben ser almacenados en recipientes cerrados. Sustancias qumicas peligrosas, tales como cidos o sosa custica son menos peligrosas si son almacenadas en recipientes cerrados.

1. TANQUES CILINDRICOS DE FONDO PLANO: El diseo en el tanque cilndrico vertical operando a la presin atmosfrica, es el tanque cilndrico con un techo cnico y un fondo plano descansando directamente en una cimentacin compuesta de arena, grava o piedra triturada. En los casos donde se desea usar una alimentacin de gravedad, el tanque es levantado12

arriba del terreno y el fondo plano debe ser incorporado por columnas y vigas de acero.

1. RECIPIENTES CILINDRICOS HORIZONTALES Y VERTICALES CON CABEZAS FORMADAS: Son usados cuando la presin de vapor del lquido manejado puede determinar un diseo ms resistente. Varios cdigos han sido desarrollados o por medio de los esfuerzos del API y el ASME para gobernar el diseo de tales recipientes. Una gran variedad de cabezas formadas son usadas para cerrar los extremos de los recipientes cilndricos. Las cabezas formadas incluyen la semiesfrica, elptica, toriesfrica, cabeza estndar comn y toricoidal. Para propsitos especiales de placas planas son usadas para cerrar un recipiente abierto. Sin embargo las cabezas planas son raramente usadas en recipientes grandes.

1. RECIPIENTES ESFERICOS: El almacenamiento de grandes volmenes bajo presiones materiales son normalmente de los recipientes esfricos. Las capacidades y presiones utilizadas varan grandemente. Para los recipientes mayores el rango de capacidad es de 1000 hasta 25000 Psi (70.31 - 1757.75 Kg/cm). Y de 10 hasta 200 Psi (0.7031 - 14.06 Kg/cm) para los recipientes menores. Cuando una masa dada de gas esta almacenada bajo la presin es obvio que el volumen de almacenamiento requerido ser inversamente proporcional a la presin de almacenamiento. En general cuando para una masa dada, el recipiente esfrico es ms econmico para grandes volmenes y bajas presiones de operacin. A presiones altas de operacin de almacenamiento, el volumen de gas es reducido y por lo tanto en tipo de recipientes cilndricos es ms econmico.

TIPOS DE TAPAS DE RECIPIENTES BAJO PRESION INTERNA

Los recipientes sometidos a presin pueden estar construidos por diferentes tipos de tapas o cabezas. Cada una de estas es ms recomendable a ciertas condiciones de operacin y costo monetario.

TAPAS PLANAS: Se utilizan para recipientes sujetos a presin atmosfrica, generalmente, aunque en algunos casos se usan tambin en recipientes a presin. Su costo13

entre las tapas es el ms bajo. Se utilizan tambin como fondos de tanques de almacenamiento de grandes dimensiones.

TAPAS TORIESFERICAS: Son las de mayor aceptacin en la industria, debido a su bajo costo y a que soportan grandes presiones manomtricas, su caracterstica principal es que el radio del abombado es aproximadamente igual al dimetro. Se pueden fabricar en dimetros desde 0.3 hasta 6 mts. (11.8 - 236.22 pulgs.).

TAPAS SEMIELIPTICAS: Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesfrica es relativamente alto, ya que las tapas semielpticas soportan mayores presiones que las toriesfricas. El proceso de fabricacin de estas tapas es troquelado, su silueta describe una elipse relacin 2:1, su costo es alto y en Mxico se fabrican hasta un dimetro mximo de 3 mts.

TAPAS SEMIESFERICAS: Utilizadas exclusivamente para soportar presiones crticas, como su nombre lo indica, su silueta describe una media circunferencia perfecta, su costo es alto y no hay lmite dimensional para su fabricacin.

TAPA 80:10: Ya que en Mxico no se cuentan con prensas lo suficientemente grande, para troquelar tapas semielpticas 2:1 de dimensiones relativamente grandes, hemos optado por fabricar este tipo de tapas, cuyas caractersticas principales son: El radio de abombado es el 80% de dimetro y el radio de esquina o de nudillos es igual a el 10% del dimetro. Estas tapas las utilizamos como equivalentes a la semielptica 2:1.

TAPAS CONICAS: Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulacin de slidos y como transiciones en cambios de dimetro de recipientes cilndricos. Su uso es muy comn en torres fraccionadoras o de destilacin, no hay lmites en cuanto a dimensiones para su fabricacin y su nica limitacin consiste en que el ngulo de vrtice no deber de ser calculado como tapa plana.14

TAPAS TORICONICAS: A diferencia de las tapas cnicas, este tipo de tapas tienen en su dimetro, mayor radio de transicin que no deber ser menor al 6% del dimetro mayor 3 veces el espesor. Tiene las mismas restricciones que las cnicas a excepcin de que en Mxico no se pueden fabricar con un dimetro mayor de 6 mas.

TAPAS PLANAS CON CEJA: Estas tapas se utilizan generalmente para presin atmosfrica, su costo es relativamente bajo, y tienen un lmite dimensional de 6 mts. De dimetro mximo.

TAPAS NICAMENTE ABOMBADAS: Son empleadas en recipientes a presin manomtrica relativamente baja, su costo puede considerarse bajo, sin embargo, si se usan para soportar presiones relativamente altas, ser necesario analizar la concentracin de esfuerzos generada, al efectuar un cambio brusco de direccin.

CAPITULO II CRITERIOS DE DISEO

MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS. Los aceros al carbn y de baja aleacin son usualmente usados donde las condiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran utilidad de estos aceros. Los recipientes a presin pueden ser fabricados de placas de acero conociendo las especificaciones de SA-7, SA-113 C y SA-283 A, B, C, y D, con las siguientes consideraciones: 1.- Los recipientes no contengan lquidos gases letales. 2.- La temperatura de operacin est entre -20 y 650F. 3.- El espesor de la placa no exceda de 5/8" 4.- El acero sea manufacturado por horno elctrico u horno abierto.15

5.- El material no sea usado para calderas. Uno de los aceros ms usados en los propsitos generales en la construccin de recipientes a presin es el SA-283 C. Estos aceros tienen una buena ductilidad, fusin de soldadura y fcilmente mquinables. Este es tambin uno de los aceros ms econmicos apropiados para recipientes a presin; sin embargo, su uso es limitado a recipientes con espesores de placas que no excedan de 5/8" para recipientes con un gran espesor de cascarn y presin de operacin moderadas el acero SA-285 C es muy usado. En el caso de presiones altas o dimetros largos de recipientes, un acero de alta resistencia puede ser usado como el acero SA-212 B es conveniente para semejantes aplicaciones y requiere un espesor de cascarn de solamente de 790% que el requerido por el SA-285 C. Este acero es tambin fcilmente fabricado pero es ms caro que otros aceros. El acero SA-283 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas sobre 650F; el SA-285 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas que excedan de 900F, y el SA-212 tiene muchos esfuerzos permisibles bajos en las temperaturas ms altas, por lo que el acero para temperaturas entre 650 y 1000F. El acero SA-204, el cual contiene 0.4 a 0.6% de molibdeno es satisfactorio y tiene buenas cualidades. Para temperaturas de servicio bajas (-50 a -150F) un acero niquelado tal como un SA-203 puede ser usado. Los esfuerzos permisibles para estos aceros no estn especificados por temperaturas bajas de -20F. Normalmente el fabricante hace pruebas de impacto para determinar la aplicacin del acero y fracturas a bajas temperaturas. En la etapa de diseo de recipientes a presin, la seleccin de los materiales de construccin es de relevante importancia, para lo cual necesitamos definir una secuencia lgica para la seleccin de estos. As pues realizaremos un breve anlisis de la filosofa a que sigue la ASME, para seleccionar sus materiales y por consiguiente para especificarlos como adecuados en la construccin de los recipientes a presin. CLASES DE MATERIALES. El cdigo ASME indica la forma de suministro de los materiales ms utilizados, lo cual va implcita en su especificacin. A continuacin se dan algunos ejemplos de materiales, su especificacin y forma de suministro. Ver tabla USC-23. Debido a la existencia de diferentes materiales disponibles en el mercado, en ocasiones no resulta sencilla la tarea de seleccionar el material ya que deben considerarse varios aspectos como costos, disponibilidad de material, requerimientos de procesos y operacin, facilidad de formato, etc.16

As pues es necesario una explicacin ms amplia acerca del criterio de la seleccin de los materiales que pueden aplicarse a los recipientes como:

ACEROS AL CARBON Es el ms disponible y econmico de los aceros, recomendables para la mayora de los recipientes donde no existen altas presiones ni temperaturas.

ACEROS DE BAJA ALEACION Como su nombre lo indica, estos aceros contienen bajos porcentajes de elementos de aleacin como nquel, cromo, etc. Y en general estn fabricados para cumplir condiciones de uso especfico. Son un poco ms costosos que los aceros al carbn. Por otra parte no se considera que sean resistentes a la corrosin, pero tienen mejor comportamiento en resistencia mecnica para rangos ms altos de temperaturas respecto a los aceros al carbn. En la tabla 3.1 se puede observar los aceros recomendados para los rangos de temperatura ms usuales.

ACEROS DE ALTA ALEACION Comnmente llamados aceros inoxidables. Su costo en general es mayor que para los dos anteriores. El contenido de elementos de aleacin es mayor, lo que ocasiona que tengan alta resistencia a la corrosin.

MATERIALES NO FERROSOS El propsito de utilizar este tipo de materiales es con el fin de manejar sustancias con alto poder corrosivo para facilitar la limpieza en recipientes que procesan alimentos y proveen tenacidad en la entalla en servicios a baja temperatura.

PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO

MATERIALES

PARA

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PROPIEDADES MECANICAS. Al considerar las propiedades mecnicas del material es deseable que tenga buena resistencia a la tensin, alto nivel de cedencia, por cierto de alargamiento alto y mnima reduccin de rea. Con estas propiedades principales se establecen los esfuerzos de diseo para el material en cuestin.

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

PROPIEDADES QUIMICAS. La principal propiedad qumica que debemos considerar en el material que utilizaremos en la fabricacin de recipientes a presin es su resistencia a la corrosin. Este factor es de muchsima importancia ya que un material mal seleccionado nos causar muchos problemas, las consecuencias que se derivan de ello son: Reposicin del equipo corrodo. Un material que no sea resistente al ataque corrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio. Sobre diseo en las dimensiones. Para materiales poco resistentes al ataque corrosivo puede ser necesario dejar un excedente en los espesores dejando margen para la corrosin, esto trae como consecuencia que los equipos resulten ms pegados, de tal forma que encarecen el diseo adems de no ser siempre la mejor solucin. Mantenimiento preventivo. Para proteger los equipos del medio corrosivo es necesario usar pinturas protectoras. Paros debido a la corrosin de equipos. Un recipiente a presin que ha sido atacado por la corrosin necesariamente debe ser retirado de operacin, lo cual implica las prdidas en la produccin. Contaminacin o prdida del producto. Cuando los componentes de los recipientes a presin se han llegado a producir perforaciones en las paredes metlicas, los productos de la corrosin contaminan el producto, el cual en algunos casos es corrosivo.

SOLDABILIDAD.

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Los materiales usados para fabricar recipientes a presin deben tener buenas propiedades de soldabilidad, dado que la mayora de los componentes son de construccin soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales diferentes entre l, estos debern ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere. Un material, cuando ms elementos contenga, mayores precauciones debern tomarse durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven las caractersticas que proporcionan los elementos de aleacin.

EVALUACION DE LOS MATERIALES SUGERIDOS

1. Vida estimada de la planta 2. Duracin estimada del material 3. Confiabilidad del material 4. Disponibilidad y tiempo de entrega del material 5. Costo del material 6. Costo de mantenimiento e inspeccin

TEMPERATURA EN C -67 a -46.1 -45.6 a -40.5 -40 a 15.6 15.6 a 343 344 a 412.8

TEMPERATURA EN F -90 a -51 -50 a -41 -40 a +60 +60 a 650 -651 a +775

MATERIAL PARA CASCARON SA-203 B* SA-516-65 SA-516-70+ SA-285-C SA-515-70

CABEZAS Y PLANTILLAS DE REFUERZO SA-203 A SA-203 B SA-516-65 SA-515-70

Para espesores mayores de 51 mm llevarn relevado de esfuerzos.

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

TABLA 3.1 ACEROS RECOMENDABLES PARA DIFERENTES TEMPERATURAS

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CONSEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE ESFUERZOS ADMISIBLES

Son los grados de exactitud con los cuales las cargas pueden ser estimadas, la confiabilidad de los esfuerzos estimados para estas cargas, la uniformidad del material, el peligro a la falla ocurre y en otras consideraciones como: Esfuerzos locales con concentracin de esfuerzos, fatiga y corrosin. Para materiales que sean sometidos a temperaturas inferiores al rango de termofluencia los esfuerzos admisibles se pueden considerar con el 25% de la resistencia a la tensin o el 62.5% de la resistencia a la cedencia a la temperatura de operacin. Los materiales usados para anclaje en el rango de temperatura de -20 a 400F (-28.88 a 204.44C) se considera que es un 20% de la resistencia a la cedencia. El porcentaje de resistencia a la cedencia usando como esfuerzo admisble es controlado por un nmero de factores tales como la exactitud con la cual la carga de confiabilidad de los esfuerzos con frecuencia se usa un esfuerzo admisible para aceros estructurales.

Adm.= Sy 2

adm= 2 Sy 3

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FILOSOFIA DE DISEO En general los recipientes a presin diseados de acuerdo con el cdigo ASME Secc. VIII Div. 1. son diseados por reglas que no requieren una evaluacin detallada de todos los esfuerzos. Se reconoce que existen esfuerzos secundarios elevados flexionantes pero al admitir un factor elevado de seguridad y las reglas del diseo, estos esfuerzos sern compensados como regla general cuando se realiza un anlisis mas detallado de esfuerzos permiten considerar esfuerzos admisibles mayores en lugar de usar un factor de seguridad elevado como el utilizado en el cdigo. Un factor de seguridad elevado refleja una falta de conocimiento de los esfuerzos reales. El diseador debe de familiarizarse con los diversos tipos de esfuerzos y cargas para lograr un diseo econmico y seguro.

CATEGORIAS DE EXPOSICION Zona A Para grandes ciudades donde por lo menos el 50% de los edificios excede a 70' pies de altura. Zona B Areas urbanas suburbanas y boscosas. Zona C Para terreno abierto como terracerias donde cualquier obstruccin sea menor a 30' pies. Zona D Para reas costeras, planas, incluye aquellas reas localizadas como mnimo a 10 veces la altura de la estructura.

CATEGORIAS DE FALLAS Categoras de fallas Material Diseo Fabricacin Servicio

TIPODE FALLAS - CARGAS

1. 2. 3. 4.21

Letal Fatiga (cclica) Fragilidad T elevada

5. Elevado choque o vibracin 6. Contenido del recipiente 1. Hidrogeno 3. comprimido

2. Amoniaco 5. Cloruros Aire

4. Sosa custica

Tipo de fallas 1. 2. 3. 4. 5. Deformacin Elstica Fractura por Fragilidad Deformacin Plstica Inestabilidad Plstica Corrosin

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Tipo de Cargas Estable e Inestable Cargas Estables 1. 2. 3. 4. 5. 6. Presin Peso propio Carga de viento Fluido Escaleras, plataformas Carga trmica

Cargas Inestables 1. 2. 3. 4. 5. 6. b) Prueba Hidrosttica Ssmica Transporte Arranque y paro de equipo Carga trmica Montaje Emergencia

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CRITERIOS DE DISEO EN RECIPIENTES

Las unidades de equipo de proceso pueden fallar en servicio por diversas razones. Las consideraciones por tipo de falla que pueda presentarse es uno de los criterios que deben usarse en el diseo de equipo. La falla puede ser el resultado de una deformacin plstica excesiva o elstica o por termofluncia (creep). Como un resultado de tal deformacin el equipo puede fallar al no realizar su funcin especifica sin llegar a la ruptura. Las fallas pueden clasificarse: 1. Deformacin Elstica excesiva 2. Inestabilidad elstica, Inestabilidad plstica, Ruptura por fragilidad, Termofluncia o Corrosin.

La Inestabilidad Elstica Es un fenmeno asociado con las estructuras que tienen limitada su rigidez y estn sujetas a compresin, flexin, torsin, combinacin de tales cargas. La inestabilidad elstica es una condicin de la cual la inestabilidad elstica es una condicin en la cual la forma de la estructura es alterada como resultado de rigidez insuficiente.

Inestabilidad plastica El criterio de mayor uso para el diseo de equipo es aquel que mantiene los esfuerzos inducidos dentro de la regin elstica del material de construccin con el fin de evitar la deformacin plstica como resultado de exceder el punto de cedensia. Sadm = Su Fs ; Sadm = Sy Fs

Fs = 4 (ASME) Para controlar la presin en el recipiente nos ayuda la vlvula de alivio. Paj = Pop + 0.1 Pop = 1.1Po MAWP = Mxima P de Trabajo Adm. MOP < 10 a 20% de MAWP Mop = Max P de Op.

S = Esfuerzo F = Deformaciones Sy = Esfuerzo de cedencia24

Su = Esfuerzo ultimo

S

Sy

F

Fragilidad En los recipientes se producen cambios crticos en las propiedades fsicas del material del recipiente durante el servicio; uno de estos con frecuencia encontrado es el hidrogeno el cual bajo la accin de elevada presin y/o elevada temperatura produce dos efectos: 1.- Una difusin es el material produciendo una combinacin en su forma molecular dentro del metal de manera que al estar el recipiente sometido a elevadas presiones la superficie se combina se producen ampollas. 2.- Una perdida de carbono, este ataque es ocasionado por la formacin de metano resultando en la creacin de fisuras con la consecuente prdida de resistencia y dureza, con lo que se aumenta la ductibilidad del metal, presentndose una falla por fragilidad. Esto es ms frecuente en aceros con mayor nivel de resistencia, lo mismo que con la presencia de boquillas u otras fuentes de concentracin de esfuerzos. Los aceros ms usados para este tipo de servicios son los aceros al cromo molibdeno.

Termofluencia Nos indica que a temperaturas elevadas la deformacin inelastica del material en funcin del tiempo es definida como la CREEP. El cromo, molibdeno y el nquel son los elementos adecuados de aleacin para servicios de alta temperatura.

Fatiga

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La falla a la fatiga se presenta por la aplicacin repetida de pequeas cargas, las cuales por si mismas son incapaces de producir deformacin plstica que pueda detectarse con el tiempo, estas cargas hacen que se habr una grieta y que se propague a travs de la pieza; ocurre la intensificacin de los esfuerzos y por ultimo, resulta una fractura frgil y repentina. Los metales ferrosos y sus aleaciones tienen un valor lmite de esfuerzos repentinos, los cuales pueden aplicarse e invertirse para un gran nmero no definido de ciclos sin que se causen fallas. Este esfuerzo se llama lmite de fatiga.

Esfuerzo Admisible El porcentaje de resistencia a la cedencia usado como esfuerzo admisible es controlado por un numero de factores tales como la exactitud con la cual las cargas pueden ser estimadas, la confiabilidad de los esfuerzos calculados para esas cargas, la uniformidad del material, el peligro si la falla ocurre y otras consideraciones como concentracin de esfuerzos, impacto, fatiga y corrosin.

TEORIA DE LA MEMBRANA MODIFICADA POR LA ASME A continuacin se harn algunas transformaciones de la siguiente ecuacin. De la siguiente ecuacin se tiene: St = a Pi . (1 + b) b - a r Sabemos que el Stmax se presenta cuando r = a por otra parte b/a = K; entonces: St = Pi ( a ) (1 + b) b - a a St = Pi ( 1 ) ( K + 1 ) b - a a St = K + 1 K - 1 En la ecuacin St = Pi r T Por lo tanto: St = Pi a ; pero t = b - a y r = a

St = Pi 1 K-1

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Hay una diferencia que existe entre las dos frmulas, esto ocurre debido a que la frmula de la membrana en la relacin t - D (espesor - dimetro) debe ser menor que 0.1, con el fin de acercarnos a la solucin lineal aplicada a la ecuacin de la membrana considerando: St = 1 Pi K - 1 + 0.6

Que es la formula de la ecuacin de la membrana modificada por la ASME. St = 1 + 0.6 ; Pi t t= Pi r St - 0.6 Pi

Si se incluye la corrosin permisible "c" y el factor de eficiencia de junta soldada "Eo", la ecuacin ser: T = Pi r St Eo - 0.6 Pi + C

Si al St lo limitamos al esfuerzo permitido del material S; entonces: T= + C Pi r S Eo - 0.6 Pi

Esta ecuacin es la que se especifica en el cdigo con: Eo = 1 Para radiografiado total Eo = 0.85 Para radiografiado por puntos. Eo = 0.70 Para equipo sin radiografiado. Existen restricciones adicionales para el uso de la ecuacin Cuando el valor de la presin exceda de 0.385 S Eo Cuando el espesor excede a la mitad del radio interior. En la figura siguiente se muestra las curvas obtenidas al disear recipientes con diferentes criterios de fallas. Como se ve la solucin ms conservadora es la ecuacin de Lame seguida por la ASME.

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TIPOS DE CARGAS CATEGORIA DE CARGAS

1.- CARGAS GENERALES. Carga Por Compresin: Presin interna, presin externa, presin de vaci, presin de prueba, presin hidrosttica, presin de diseo y presin de operacin. Cargas por momento: Sismo, montaje, transporte, etc. Cargas de tensin: Compresin, peso propio, equipo instalado, plataforma, tubera, escalera. Cargas trmicas: Viento, sismo, etc.

2.- CARGAS LOGICAS. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Radial De corte De tensin Tangencial De momento Trmicas

3.- CARGAS ESTABLES. 1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. Por presin Por peso propio Por contenido Por tubera y equipo Por soporte Trmicas Por viento

4.- CARGAS INESTABLES. 1. Por prueba hidrosttica 2. Por sismo29

3. 4. 5. 6.

Montaje Por transportacin Trmica Arranque y paro

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