Tema 3.Recipientes a Presión

ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR Tema 3.- Recipientes a Presión

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3.1.- INTRODUCCIÓN 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 toda planta industrial existen recipientes a presión que desarrollan diversas funciones, tales como:

- Reactores: en ellos se producen transformaciones químicas. Normalmente sus condiciones de presión y temperatura son severas.

- Torres: en ellas se producen transformaciones físicas. Algunas de estas

transformaciones son: separación de componentes ligeros y pesados, absorción, arrastre con vapor, etc.

- Recipientes: 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 o depósitos de proceso.

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. En este capítulo se estudiarán básicamente los recipientes de forma cilíndrica, y vimos en capítulo 2 los de forma esférica. En la primera parte del capítulo se describen, bajo el punto de vista constructivo, las diversas partes de los recipientes, entendiendo éstos en su sentido amplio, esto es, incluyendo reactores, torres y recipientes propiamente dichos. Es muy común que en las plantas industriales sean necesarios equipos que almacenen materias primas, o bien productos intermedios o finales en estado líquido. En la industria química y alimentaria su utilización es obligada para productos como petróleo, fuel-oil, gasolinas, aceites lubricantes, ácidos, amoníaco, melazas, aceites, alcoholes, agua, etc. Los equipos utilizados para tal fin son los tanques de almacenamiento, que tienen como función única la de servir de almacén de grandes cantidades de líquidos. Como su función complementa ala realizada por los recipientes a presión, y aún distinguiéndose de éstos básicamente en no estar sometido a presión o estarlo a presión muy baja, se estudiaron en el capítulo 1. 3.2.- RECIPIENTES A PRESIÓN. PARTE DESCRIPTIVA Todo recipiente a presión está formado por la envolvente, dispositivo de sujeción o apoyo del propio equipo, conexiones por las que entran y salen los fluidos, elementos en


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el interior y accesorios en el exterior del recipiente. A continuación se procede a describir brevemente cada una de estas partes, mostrando la diversidad de posibilidades en cada una de ellas.

3.2.1.- Envolvente. Es la envoltura metálica que forana propiamente el recipiente. Como ya se ha indicado, los aparatos cilíndricos son los más utilizados, y en ellos la envolvente está formada, básicamente, por dos elementos: la parte cilíndrica o carcasa y los fondos o tapas. Si la carcasa está constituida por varios cilindros de diversos diámetros, la unión entre ellos se realiza generalmente por figuras troncocónicas que realizan la transición. 3.2.1.1.- Carcasa. La carcasa está formada por una serie de virolas soldadas unas a otras, entendiéndose por virola un trozo de tubería o una chapa (o más si el diámetro es muy grande) que convenientemente curvada y soldada forma un cilindro sin soldaduras circunferenciales y axiales o longitudinales. La unión de varias virolas forma la carcasa, de forma que los cilindros obtenidos por las virolas sea la requerida por la carcasa. Las soldaduras de una virola son axiales o longitudinales, ya que están realizadas siguiendo la generatriz del cilindro, y al contrario, las soldaduras que unen virolas, o los fondos con la carcasa, son circunferenciales o transversales, por estar realizadas siguiendo una circunferencia situada, obviamente, en un plano perpendicular al eje del cilindro. Cuando el diámetro de la carcasa es menor de 609 mm (24"), se utiliza, normalmente, tubería, y en diámetros superiores se realiza a partir de chapa; como dato indicativo, las dimensiones de éstas suelen oscilar entre 2 y 2,4 m de anchura y 6 y 8 m de longitud. Cuando los espesores requeridos para la carcasa son muy grandes se procede a realizarla con material forjado, o con varias carcasas de menor espesor embebidas en caliente. Actualmente las maquinarias de curvar pueden realizar el curvado de chapas de hasta 150 mm de espesor, aunque este valor es función del diámetro del cilindro. A partir de espesores mayores se debe recurrir a una de las soluciones antes indicadas. 3.2.1.2.- Fondos. Los fondos son las tapas que cierran la carcasa. Los fondos generalmente son bombeados, existiendo una gran diversidad de tipos entre ellos, y como excepción existen los fondos cónicos y planos, de muy reducida utilización. Todos estos fondos se realizan a partir de chapa, a la que mediante estampación se le da la forma deseada, salvo el caso de fondos cónicos y planos.


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En todos los fondos se realiza la transición de una figura bombeada a una cilíndrica, que es la carcasa; esta línea de transición, denominada justamente línea de tangencia, está sometida a grandes tensiones axiales que se traducen en fuerte, s tensiones locales, y éste es el punto más débil del recipiente; por esta razón no es aconsejable realizar la soldadura de unión fondo- carcasa a lo largo de esta línea. Para evitar esta coincidencia, los fondos bombeados (y algunos cónicos) se construyen con una parte cilíndrica, denominada pestaña o faldilla, cuya altura mínima “h” varía según la Norma o Código de Cálculo utilizado, pero en general deberá ser no menor que el mayor de los siguientes valores:

h ≥ 0,3 De × ef h ≥ 3 x ef h ≥ 25 mm Con un valor máximo de h = 100 mm, y siendo:

De: diámetro exterior de la carcasa, mm. ef: espesor del fondo, mm.

En la figura 3.1 se muestra una unión carcasa-fondo, representándose las líneas de soldadura y tangencia o transición.

FIG. 3.1 Unión fondo-carcasa. Los tipos más usuales de fondos son:

- Semiesféricos.

- Elípticos

- Policéntricos

- Cónicos

- Planos


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a) Semiesféricos. Son los formados por media esfera soldada a la carcasa. Su radio medio es igual al radio medio de la carcasa. El espesor requerido para resistir la presión es inferior al requerido en la carcasa cilíndrica, y como dato aproximado se puede adoptar que el espesor del fondo es la mitad del espesor de la carcasa. La construcción de este tipo de fondos es más costosa que el resto de los fondos bombeados, por lo que su utilización se restringe a casos específicos de grandes espesores o materiales especiales. Como guía práctica para el diseño se puede indicar que se utilizan fondos semiesféricos en los siguientes casos:

- Recipientes en acero al carbono con espesor de pared de carcasa mayor de 60 mm. pc > 60 mm.

- Recipientes en acero aleado con espesores de pared de carcasa mayor de 50mm pc>

50 mm.

- Recipientes en acero inoxidable, o altamente aleados, con espesor de pared de

Carcasa mayor de 40 mm. pc > 40 mm.

En la figura 3.2 se muestra una sección del fondo semiesférico con el detalle de la unión fondo-carcasa.

FIG. 3.2 a)Fondo semiesférico. b)Detalle de unión fondo carcasa.

b) Elípticos. (Elipse de revolución) Son los fondos formados por una elipse de revolución. Los fondos utilizados son los elípticos con relación de ejes 2:1. Este tipo de fondos son junto con los policéntricos, los más utilizados para bajas y medias presiones, y a veces para altas presiones. La facilidad de su estampación ha multiplicado su utilización. En la figura 3.3 se muestra la sección del fondo elíptico.


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FIG. 3.3 Fondo elíptico.

c) Policéntricos. Formados por una figura de revolución cuyo perfil (sección del fondo con plano que pasa por eje del cilindro) interno está obtenido mediante dos radios de curvatura con centros diversos. En este tipo de fondos los más utilizados son:

- Seudoelíptico o Korbbogen, con radio mayor R = 0,8 De y radio menor r = De / 6,5 siendo De el diámetro exterior de la carcasa cilíndrica.

- Policéntrico 10:1 ó Klopper con radios: R = Dc; r = DJ 10.

Su construcción es por estampación. Los seudoelípticos tienen el mismo campo de utilización que los elípticos, mientras que solamente en casos de baja presión se usan los policéntricos 10:1, ya que éstos requieren mayores espesores. En la figura 3.4 se representan las secciones de ambos fondos, acotadas las dimensiones fundamentales.

FIG. 3.4 a) Fondo policéntrico 10:1 b) Fondo policéntrico 2:1.

Como resumen a los fondos bombeados se incluye la tabla 3.1 con los datos más significativos comparados.


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TABLA 3.1 Fondos Bombeados

Tipo de fondo R r H

Volumen parte

bombeada

Utilización recomendada

Semiesférico De + Di4

ef - R 2 3 π R3 Altas

presiones

Elíptico 2:1 - - 0,25 Di 0,13 Di3

Medias y bajas

presiones

Seudoelíptico ó Korbbogen 0,8 De

De6,5

0,25 Di 0,13 Di3

Medias y bajas

presiones Policéntrico

10:1 ó Klopper

De De10

0,194 Di 0,1 Di3 Bajas

presiones

FIG. 3.5 a) Fondo cónico sin radio de acuerdo b) Fondo cónico con radio de acuerdo.

d) Fondos Cónicos. Los fondos cónicos están formados por un cono fabricado con chapa, y por su forma se excluyen de los fondos denominados bombeados. Dependiendo de la unión con la carcasa se presentan dos formas de fondo:

- Con radio de acuerdo o transición de cono a cilindro por medio de zona esférica tangente a ambos elementos (ver figura 3.5 b).

El valor del radio de acuerdo no puede ser inferior a tres veces el espesor del cono o carcasa. Como en los fondos bombeados, se prolonga el fondo con un borde cilíndrico de altura 25 mm. El valor del semiángulo puede ser cualquiera, pero no es recomendable utilizar mayores de 45°.


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- Unión directa entre cono-carcasa (ver figura 3.5 a).

Este tipo de fondo ofrece una menor resistencia a presión, por lo que su uso está limitado a fondos con valor del semiángulo inferior (β) a 30°, y aún así no es recomendable utilizarlos para valores de β > 20°. en esta clase de fondos es preciso comprobar si es necesario reforzar la carcasa debido a la sobresolicitación a la que se somete el entorno de la línea de soldadura, y a la poca resistencia que esta zona ofrece a una posible ovalización.

e) Fondos planos. Consistentes en una chapa plana soldada directamente a la carcasa. En la figura 3.6 se muestran dos tipos de unión del fondo plano. Su utilización es muy escasa por presentar una sección muy poco resistente a la presión, lo que requiere grandes espesores, además de existir el punto débil de la soldadura en que se produce una concentración de tensiones. Su uso se restringe a recipientes de muy baja presión y diámetro pequeño.

FIG. 3.6 Fondos planos. 3.2.1.3.- Transición troncocónica. Cuando la carcasa está compuesta de varios cilindros de diverso diámetro es preciso incluir una figura de transición que normalmente es troncocónica. Las formas de la unión así, como las recomendaciones, son las indicadas en los fondos cónicos; siendo válidas para las dos uniones, esto es, al cilindro de diámetro mayor y al cilindro de diámetro menor. En este caso, al igual que en los fondos, se recomienda utilizar las uniones con radio de acuerdo, aunque su coste es superior.

3.2.2.- Dispositivos de sujeción o apoyo. Todo recipiente debe ser soportado, es decir, su carga debe ser transmitida al suelo o a alguna estructura que las transmita al suelo; esta misión la cumplen los dispositivos de sujeción o apoyo.


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Las cargas a las que está sometido el recipiente y que transmitirá al suelo a través de su apoyo son:

- Peso propio.

- Peso del líquido en operación normal, o agua en la prueba hidráulica.

- Peso de todos los accesorios internos y externos.

- Cargas debidas al viento.

- Cargas debidas al terremoto. No todas las cargas están actuando a la vez en el recipiente, y en el apartado de cálculo se estudiará cada condición o combinación posible de cargas. Los dispositivos de apoyo, así como los pernos de anclaje que los fijan al suelo o estructura portante, deberán estar dimensionados para que resistan cada una de las condiciones de carga posible del recipiente. Los recipientes a presión se subdividen en dos clases, dependiendo de la posición en que se encuentren instalados:

- Recipientes destinados a trabajar en posición vertical, denominados “recipientes verticales”.

- Recipientes destinados a trabajar en posición horizontal, denominados “recipientes

horizontales”. 3.2.2.1.- Apoyos para recipientes verticales. Los dispositivos de apoyo para recipientes verticales pueden ser de los siguientes tipos:

- Patas.

- Faldón cilíndrico o cónico.

- Ménsulas.

a) Patas Con este tipo de dispositivo de sujeción el recipiente se apoya en 3 ó 4 patas soldadas a la carcasa. Estas patas son perfiles en L-U-I soldados por encima de la línea de soldadura, bien directamente a la carcasa o bien a una placa de refuerzo soldada sobre el recipiente; la primera solución se utiliza para carcasas en acero al carbono y de pequeño peso, mientras que la segunda se utiliza para carcasas en acero aleado o recipientes de gran peso; en esta segunda solución el material de la placa es igual al de la carcasa y las


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patas son de acero al carbono. Cada pata está fijada al suelo por un perno de anclaje que resiste las cargas de tracción. La sujeción por medio de patas se utiliza en recipientes de altura no superior a 5 m y diámetros no superiores a 2,4m, siempre que los esfuerzos a transmitir no sean excesivos, o que dicho de otro modo, siempre que el peso no sea muy grande, en cuyo caso se utilizará como apoyo el faldón cilíndrico.

FIG. 3.7 Elemento de apoyo de un recipiente. B) Pata de apoyo. C) Placa base.

D) Taladro para perno de cimentación.

b) Faldón cilíndrico y cónico. En los recipientes que no pueden ser soportados por patas, bien sea por su tamaño o por tener que transmitir esfuerzos grandes, se utilizan los faldones cilíndricos, consistentes en un cilindro soldado al fondo. Con este tipo de apoyo la carga se reparte uniformemente a lo largo del perímetro de la circunferencia de soldadura, evitando concentraciones de esfuerzos en la envolvente y disminuyendo la presión transmitida al suelo.


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Los pernos de anclaje se sitúan a lo largo del perímetro de la circunferencia de apoyo ya una distancia entre 400 y 600 mm, según el tamaño y el número requerido. En todo caso, el número de pernos deberá ser múltiplo de 4 (4, 8, 12, 16, 20, 24). Si la presión transmitida sobre el suelo es muy grande o el número requerido de pernos no cabe en la circunferencia del faldón, se realiza un faldón cónico que aumenta el tamaño de ésta. El semiángulo del cono (α) debe ser superior a 6o. Para evitar momentos debidos al peso del recipiente se debe realizar el faldón de forma que su diámetro medio coincida con el diámetro medio de la carcasa. Este tipo de apoyo es el más utilizado para torres, reactores y recipientes de tamaño medio y grande. Al diseñar el faldón se debe tener en cuenta que ha de incluirse un acceso a su interior (dimensiones mínimas de 600 mm. de diámetro) y unas ventilaciones para evitar la acumulación de gases en su parte interna.

FIG. 3.8 Faldón cilíndrico.

c) Ménsulas Es el tipo de apoyo utilizado en los recipientes verticales que deben soportarse en estructuras portantes, cuando las dimensiones y cargas no son muy grandes. El número de ménsulas utilizadas son 2, 4, 8 y raramente mayor, pero, si así fuera necesario, su número deberá ser múltiplo de 4. Al igual que las patas, pueden ser soldadas directamente a la carcasa o a una placa de refuerzo soldada al recipiente; las razones que conducen a la adopción de uno u otro sistema son las mismas a las expuestas en el caso de los apoyos del tipo de patas.


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FIG. 3.9 Ménsula. 3.2.2.2.- Apoyos para recipientes horizontales. Los recipientes horizontales se apoyan en el suelo o en la estructura portante por medio de cunas, que pueden ser de acero o de cemento (figura 3.10). Las habitualmente utilizadas son las primeras y solamente en casos especiales se instalan en cunas de cemento. El número de cunas es normalmente 2, y sólo en el caso de recipientes muy largos se instalan un número superior. El motivo de utilizar generalmente dos cunas es el evitar los problemas que se originan en el caso de asentamientos diferentes en el terreno bajo las respectivas cunas. Con el objeto de no crear tensiones en el equipo, es necesario que éste pueda dilatarse libremente según el eje principal, por lo cual una de las dos cunas tendrá libre el movimiento en la dirección del eje, mientras que la otra estará fija por los pernos de anclaje.

3.2.3.- Conexiones. Todo recipiente debe tener como mínimo una conexión de entra da del fluido y otra de salida, aunque siempre tienen muchas más. Seguidamente se indican los servicios más comunes que precisan conexiones en el recipiente:

- De entrada y salida de fluidos.

- Para instrumentos, como manómetros, termómetros, indicadores o reguladores de nivel.

- Para válvula de seguridad.

- Para servicios tales como drenaje, ventea, de limpieza, paso de hombre, paso de

hombre, paso de mano, etc.


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FIG. 3.10 Cuna soporte: a) cunas metálicas b) cunas de cemento.

Salvo en casos excepcionales, las conexiones se realizan embridadas, ya que permiten su montaje y desmontaje sin tener que realizar ningún corte ni soldadura. Solamente en casos de fluidos extremadamente tóxicos, o altamente explosivos en contacto con el aire, se realizan las conexiones soldadas. Las diversas partes que conforman la conexión embridada se muestran en la figura 3.11, y son las siguientes:

- Tubuladura.

- Placas de refuerzo.

- Brida.

- Pernos y tuercas.

- Juntas o guarniciones.

- Tapas o bridas ciegas para conexiones de servicios


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FIG. 3.11 Conexión A) Chapa de refuerzo B) Brida C) Perno D) Tuerca E) Brida ciega F) Junta G) Tubuladura H) Carcasa del recipiente.

a) Tubuladura

Es el tronco cilíndrico que se suelda al recipiente y a la brida, y está construida normalmente de tubería; sólo en caso de conexiones de grandes tamaños (diámetro nominal > 24") o no disponer de trozos de tubos para tamaños medios (DN entre 12" y 20") se construye de chapa soldada. Cuando las presiones son muy grandes, a veces se realizan las tubuladuras forjadas y de un gran espesor; en este caso se dice que la tubuladura es autorreforzada y no precisa placa de refuerzo (figura 3.12).

FIG. 3.12 Conexión autorreforzada A) Carcasa B) Tubuladura.


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Los diámetros y dimensiones de la tubería están normalizadas, por lo que se debe elegir un diámetro de conexión que esté incluido dentro de los normalizados. Dentro de las diferentes normalizaciones de la tubería la más utilizada y, por tanto, la que es más conveniente por existir mayor facilidad en el acopio de materiales, es la normativa americana ANSI B 36.10 y ANSI B 36.19, que define la tubería por un diámetro nominal en pulgadas y un “Schedule” del que deriva el correspondiente espesor.

b) Placas de refuerzo

Para realizar una conexión debe practicarse un agujero en el recipiente, lo que significa que se elimina una parte de pared resistente, y por lo tanto se precisa compensar esta eliminación con un aporte de material resistente en igual cantidad (sección) a la eliminada. Esta misión es la que cumple la placa de refuerzo, y el cálculo de su diámetro y espesor se realiza teniendo en cuenta que el área en sección de la placa (A4) deberá ser igualo mayor a la diferencia entre el área resistente eliminada (A1) y las áreas en exceso de la carcasa (A2) y la tubuladura (A3), es decir, debe verificarse que:

A4 ≥ A1 - (A2 + A3)

Cada norma o código impone unas limitaciones en el diámetro del refuerzo, áreas en exceso de los elementos, etc., que completan este simplísimo método de cálculo indicado. Como dimensiones aproximadas para la placa de refuerzo, se puede elegir una con diámetro exterior igual a dos veces el diámetro exterior de la conexión y espesor igual al de la carcasa. Normalmente sólo es necesario situar placa de refuerzo en conexiones con D N ≥ 3". En el caso de tubuladuras autorreforzadas, el cálculo de espesores se realiza siguiendo esta misma guía de cálculo.

c) Bridas Existen diversas normas que clasifican y definen sus dimensiones, siendo las más utilizadas la norma alemana DIN, inglesa BS y americanas MSS SP44, API y ANSI (American National Standard Institute). La más utilizada universalmente es la norma ANSI B 16.5, y por tanto en base a ésta se indican las clases de bridas y sus variables fundamentales. Para definir una brida por la norma ANSI B 16.5 es necesario indicar, aparte del material, los siguientes datos:

- Diámetro nominal (DN)

- La serie o rating de presión

- El tipo

- Forma de la cara de asiento


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El diámetro nominal (DN) se expresa normalmente en pulgadas y en la normativa ANSI, el mayor es de 24", por lo que se debe recurrir a otra norma, como MSS-SP44 0 BS, que prolongan el campo de utilización a mayores diámetros. La serie en las bridas es el indicativo de las condiciones de presión-temperatura máximas que soportan, y en la norma ANSI B 16.5 son de 150, 300, 600, 900, 1.500 y 2.500 libras. La determinación de la serie se realiza caso por caso y en función del material, temperatura y presión, siendo las más ligeras y, por tanto, más económicas las de las series inferiores, pero a su vez las menos resistentes. Para realizar la determinación de la serie en cada caso, remitimos a las tablas incluidas en el tema 7, relativo a tuberías. Los tipos de bridas incluidos en la norma ANSI B 16.5, y por tanto los habitualmente utilizados, son:

- Welding neck (WN). Cuello para soldar.

- Slip-on (SO). Brida plana.

- Lapjoint (LJ).Loca giratoria.

- Socked Welding (SW). De encastre con soldadura.

- Long Welding neck (LWN). Cuello largo para soldar. Todos estos tipos se representan esquemáticamente en la figura 13.3, y para mayor detalle de dimensiones, pesos etc., se puede recurrir a las formas indicadas. FIG. 3.13 Tipos de bridas a) Welding neck b) Slip-on c) Lap joint d) Socked Welding e) Long

Welding neck.


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Las caras de acoplamiento deben tener una forma tal que, en unión con la junta o guarnición, garanticen una perfecta estanqueidad y, por tanto, para los diferentes tipos de junta se recomienda diversas normas de la cara de acoplamiento. Las formas más utilizadas son:

- Raised face (RF). Cara con resalte.

- Ring joint (RJ). Anillo tórico.

- Fiat face (FF). Cara plana. El perfil de estos tipos de caras vienen representados en la figura 3.14:

FIG. 3.14 Tipos de caras de bridas a) Cara con resalte (RF) b) Cara para anillo (RJ) c) Cara plana (FF).

Dentro de la cara de acoplamiento, además del tipo ya descrito, es importante definir el acabado de la superficie de contacto con la junta. Es habitual realizar este acabado con un mecanizado con ranurado en circunferencias concéntricas o espiral continua, cuyas denominaciones son smooth finish, concentric serrated, stock finish, spiral serrated, siendo las dos primeras con ranurado concéntrico y las otras con ranurado en espiral. Las herramientas utilizadas y el número de ranuras y su altura difieren en cada tipo indicado. El acabado de las caras de las bridas no está incluido en la normativa ANSI considerada en este capítulo. Una vez elegidos todos estos parámetros de una brida, todas sus dimensiones, número y diámetro de pernos requeridos, etc., vienen perfectamente definidos en la norma. Como ejemplo indicaremos la correcta forma de definición de una brida ANSI B 16.5.

12" - 300# - WN – RF

d) Pernos y tuercas Los pernos o tirantes aprietan las bridas entre sí para que deformen a las juntas y así se garantice la estanqueidad. El tamaño y número de pernos viene definido por la brida y, por lo tanto, debe fijarse solamente el material para completar su definición.


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De los diferentes tipos de roscas para pernos, se deben utilizar los fijados en ANSI B 1.1, que indica que para pernos y tuercas hasta 1" se usa la serie UNC, y para pernos de mayor diámetro la serie UN. La parte de la norma ANSI que define las dimensiones de las tuercas es ANSI B que se pueden utilizar con los pernos indicados.

e) Juntas y guarniciones

Tienen la misión de garantizar la estanqueidad de la unión. Las formas de las juntas están en función de la forma de la cara de acoplamiento (RF, FF, RJ), al igual que del material utilizado. Para las bridas RJ siempre se utilizan juntas totalmente mecánicas. Para bridas FF normalmente las juntas son de klingerit (abesto) o de teflón (poli-tetrafluor-etileno). Para diferentes servicios se usan los siguientes tipos de klingerit:

- klingeritrojo (agua, amoniaco) - Klingeritacidit (ácidos) - Klingerit vapor - Klingeritoilit (aceite) - Teflón ( ácido nítrico) - Klingerit 3xA (compuestos orgánicos)

Para las bridas RF los tipos y materiales de juntas pueden ser prácticamente todos los indicados en el caso de FF para 300#, y RJ para 600# (p.s.i.) además para este rating de presión, también se usan las juntas espirometálicas y las metaloplásticas. Las normas de ANSI a aplicar son: ANSI B 16.21 para juntas no metálicas, ANSI B 16.20 para metálicas, y como no existe norma ANSI para las metaloplásticas, se utilizan las contempladas en API STD 601.

f) Bridas ciegas Normalmente todas las conexiones de servicio están tapadas con bridas ciegas. Este tipo de bridas también es contemplado por la norma ANSI B 16.5. Las bridas ciegas se instalan, entre otras, en las conexiones de paso de hombre y paso de mano. Los tamaños de los primeros pueden ser de 18", 20" y 24"; actualmente, 18" solamente se utiliza en casos de recipientes de pequeño diámetro. El paso de mano tiene un tamaño normal de 6" y 8".

3.2.4.- Partes Internas. Son numerosos los elementos que se pueden encontrar en el interior de los recipientes, por lo que a continuación se describen brevemente los más comunes entre ellos.


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a) Rompetorbellinos

Son unas piezas de chapa en forma particular que, situadas a la salida del líquido, evitan se formen torbellinos que producen una mala conducción por las tuberías.

b) Distribuidores

Su misión es hacer que el fluido de entrada se reparta por toda la sección del recipiente. Los más simples y a la vez más comunes consisten en un tubo que prolonga la conexión hasta la pared opuesta de la carcasa, y que convenientemente agujereado distribuye el fluido por toda la sección del recipiente.

c) Catalizador

Es habitual en todo reactor, y únicamente en éstos. Su misión es controlar una reacción química desplazándola en algún sentido, acelerándola o retardándola. La presentación suele ser en bolas, piezas con forma de silla de montar etc., de forma que la superficie de contacto sea adecuada para la misión a realizar en el reactor concreto. Los materiales son muy variados, dependiendo de la reacción y empresa comercial propietaria del proceso, pero son habituales el cobre, platino, plata, pentóxido de vanadio, etc.

d) Rellenos Son unos lechos de muchas pequeñas piezas cuya misión es aumentar la superficie de contacto entre dos fluidos que circulan en sentido contrario y que normalmente son un líquido y un gas. Son muy utilizados en las torres de absorción y adsorción. La forma de las piezas, sus dimensiones y su material son muy importantes para conseguir el servicio requerido. Las formas más comunes son:

- Troncos cilíndricos (Raschig rings).

- Sillas de montar (Saddles).

- Otras formas como espiral, pall-rings, monturas intalox, etc.

Los materiales utilizados son muy variados, pero los tres tipos más comunes son:

- Cerámicos

- Plásticos

- Metálicos: acero al carbono, acero inoxidable, etc.


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Los tamaños habituales son de 1/2" a 3", y las variables más importantes a tener en cuenta son:

- Volumen libre en %. - Superficie ofrecida por unidad de volumen, m2/m3 de relleno. - Peso por unidad de volumen de relleno, Kg/m3 (y). - Caída de presión (AP) - Resistencia a la compresión.

En la actualidad se están usando mucho los rellenos metálicos. La firma SULZER CHEMTECH fabrica el Mellapak que es un relleno ordenado fabricados con láminas delgadas de metal corrugado dispuestas en paralelo una respecto de otras. Las láminas corrugadas producen la intersección de canales abiertos para un óptimo flujo en contracorriente líquido-vapor. El material está perforado y grabado en relieve con que permite una dispersión de líquido en forma de film y que da una máxima exposición al lujo de vapor, con lo que se optimiza el rendimiento de la separación. Estos rellenos ofrecen una serie de ventajas técnicas y económicas (menor pérdida de carga, mayor capacidad y misma eficacia). Puede ser utilizado en aplicaciones a alta presión. Se fabrica en acero al carbono aleado e inoxidable (304-L y 310).

FIG. 3.15 Relleno ordenado metálico tipo Mellapak, fabricado por SULZER CHENTECH.

e) Rejillas Son las piezas que soportan al catalizador, relleno, etc. Están constituidas normalmente por pletinas debidamente separadas de forma que impidan la salida del catalizador o relleno y unidas por un aro que se soporta en un anillo soporte. Para el cálculo de éstas, además del peso del elemento a soportar, se deberá tener en cuenta el líquido que éste contenga, y la caída, de presión en él. Además de las rejillas metálicas existen otras de tipo cerámico para fluidos extremadamente corrosivos.


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f) Separadores de gotas

Sirven para separar de un gas las pequeñas gotas de líquido que arrastran en suspensión. Están constituidos por una red de hilos metálicos entrecruzados entre sí que forman de este modo una malla metálica. El factor más importante a tener en cuenta es el tanto por ciento de volumen libre que indica el poder de separación y la caída de presión que se produce. Los materiales utilizados son acero al carbono y, más comúnmente, acero inoxidable, y se sujetan al recipiente atornillándose a un anillo soporte soldado a la carcasa.

g) Platos Los platos constituyen la parte fundamental de las torres en las que se separan unos componentes de otros, puesto que en ellos se produce el equilibrio de la fase líquida con la fase vapor, misión ésta pretendida en todas las torres de destilación, de lavado, etcétera. El contacto líquido-vapor se produce por un líquido que va descendiendo y rebosando plato a plato sobre el rebosadero de forma que se mantiene un nivel de líquido en cada uno, y el vapor que va subiendo borboteando por los agujeros, válvulas o campanas, estableciéndose de esta forma el equilibrio liquido-vapor en cada plato (ver figura 3.16). Dependiendo de las bajantes o rebosaderos que posea el plato, el flujo de líquido va (mido o se divide en varias corrientes, dando lugar a platos de un paso sino se divide el flujo, de dos pasos si el flujo se divide en dos corrientes, o incluso de tres, cuatro, etc., pasos, cuando el flujo se divide en dicho número de corrientes. Para que el equilibrio líquido-vapor sea el adecuado, debe existir una pequeña columna de líquido sobre el plato (normalmente 50 mm), y esto exige una perfecta horizontalidad de éstos, lo que precisa una construcción cuidadosa. Los platos pueden colocarse soldados a la torre, caso éste muy poco común, o desmontables, caso usual. Para poder desmontarse, los platos deben ser construidos en elementos que puedan pasar a través del paso de hombre de la torre. Aparte de esta limitación, debe situarse una puerta atornillada en cada plato que permita el descenso por cada uno de éstos para realizar inspecciones al interior de la torre. La sujeción a la torre de los platos desmontables se realiza mediante el atornillado de la circunferencia exterior del plato y rebosadero a anillos y placas soldadas a la pared de la torre. Entre el anillo soldado y el plato se colocan juntas que impiden el paso de líquido y vapor por esta unión. Son muy numerosos los tipos de platos que se utilizan, pero como ejemplo enumeramos los tres más comunes:

- Platos perforados

Son los más simples y consisten en chapas con agujeros regularmente repartidos.


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- Platos de campana

A los agujeros se les sueldan unos pequeños trozos de tubos ascendentes y sobre ellos se colocan unas campanas que reparten el vapor uniformemente.

- Platos con válvula

En los agujeros se sitúan unas “cazuelitas” que pueden moverse libremente en su asiento; éstos son los más utilizados actualmente. Los más utilizados son:

- Serpentines de calentamiento

- Intercambiadores tipo bayoneta

- Agitadores

- Testigos de corrosión

FIG. 3.16 a) plato de flujo b) Plato de flujo doble.

h) Existen otros posibles elementos internos, como serpentines de calentamiento, intercambiadores tipo bayoneta, agitadores, testigos de corrosión, etc., cuya misión es la que indica su propio nombre.


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3.2.5.- Accesorios externos. En la parte exterior de la envolvente van soldados numerosos accesorios, de los cuales indicaremos los más comunes.

a) Soportes para instalación del aislamiento Cuando la temperatura del fluido interior es superior a 60 ºC, o bien inferior a 0 ºC, se debe instalar un aislante para impedir la pérdida de calor o evitar el calentamiento del interior, así como por protección personal. Para poder aplicar el aislamiento se sueldan unos anillos que servirán de soporte de las mantas de aislamiento.

b) Anclajes para aplicación de protección contra incendios Si un equipo está instalado en una zona donde existe peligro de incendio, se aplica a su parte inferior (soporte normalmente) un cemento que los protege del fuego. Para aplicar este cemento se sueldan unos anclajes que sirven de soporte del cemento antifuego.

c) Soportes de escalera y plataformas Cuando se prevé instalar escaleras y plataformas, se sueldan unas pequeñas placas en la envolvente (clips), a las que se atornillan estas escaleras y plataformas para su sujeción.

d) Soportes para tuberías De igual forma que para las escaleras se instalan unos clips para el soporte de las tuberías que bajan a lo largo del recipiente.

e) Pescantes Contiene elementos pesados en su interior, como platos, rellenos, etc., es necesario instalar un pescante en la parte superior del equipo para facilitar la instalación y la re- tirada de dichos elementos, igualmente, para facilitar la apertura de los pasos de hombre, se instala un pescante que sostiene la brida ciega en la posición abierta de la conexión, facilitando las operaciones de mantenimiento.

f) Otros elementos soldados en la parte exterior son la placa de características del equipo, los anillos de rigidización para equipos sometidos a presión externa, orejetas de izado del equipo, etc.


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ANEXO II

REGLAMENTO DE APARATOS A PRESIÓN (R.A.P.) Desde el 16 Agosto de 1969, fecha de aprobación del vigente Reglamento de Recipientes a Presión, se han ido introduciendo nuevas técnicas en los aparatos sujetos al mismo. Por otra parte, el Reglamento Vigente no considera algunos aparatos cuya utilización se va extendiendo y que conviene introducir en la legislación actual. Todo ello hace necesario una revisión para acomodar sus preceptos a las necesidades actuales, dando al Nuevo Reglamento una cierta flexibilidad que permita adoptarlo a las nuevas tecnologías. Para ello se estima deben incluirse en el mismo únicamente las normas de carácter general, dejando los preceptos de carácter específico correspondientes a las diferentes clases de aparatos para unas INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLENTARIAS (I.T.C.), a publicar por Órdenes Ministeriales, más fácilmente aceptables al progreso técnico. En su virtud, a propuesta del Ministerio de Industria y Energía y previa de liberación del Consejo de Ministros en su reunión del 4 Abril 1979, se aprueba el Reglamento de Aparatos a Presión (R.A.P.) por el Real Decreto 1244/1979. CAPÍTULOS QUE CONSTITUYEN EL (R.A.P) El (R.A.P) está constituido por 32 artículos, agrupados en siete capítulos, cuyo contenido brevemente describimos: CAPÍTULO I.- Competencias Administrativas Constituido por los artículos n° 1, 2, 3 y 4. Artículo 1º: corresponde al Ministerio de Industria y Energía, la reglamentación, intervención e inspección de las condiciones de seguridad de los aparatos que producen o contienen fluidos a presión. Artículo 3º: el MIE vigilará en la forma prevista en este reglamento, su aplicación por parte de los constructores, instaladores y usuarios.


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CAPÍTULO II.- Aparatos a los que se refiere este Reglamento. Constituido solamente por el artículo 5o. Artículo 5º: se someterán a las prescripciones, inspecciones técnicas y ensayos que determina este Reglamento los aparatos destinados a la producción, almacenamiento, transporte y utilización de los fluidos a presión, en los términos que resultan de las correspondientes (I.T.C’s). no se incluyen en éste ámbito la aplicación de este Reglamento, los depósitos y cisternas destinados al transporte de materias peligrosas, que estarán sometidos únicamente a lo dispuesto en el Acuerdo Europeo sobre Transporte Internacional de Mercancías Peligrosas por Carretera (A.D.R) o en el Reglamento Nacional para el Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera (T.P.C). CAPÍTULO III.- Registro de Tipos Constituido por los artículos n° 6, 7, y 8. Artículo 6º: la fabricación e importación de los aparatos comprendidos en este Reglamento, con excepción de los generadores de aerosoles y las tuberías de conducción de fluidos a presión, exigirá el previo registro de sus tipos por el MIE referidos a un concreto establecimiento industrial. La solicitud de registro de un tipo de aparato a presión se verá acompañado, entre otros, de los documentos:

- Proyecto Técnico, descripción del tipo, materiales, código de diseño, cálculos, elementos de seguridad, etc., visado por el Colegio Oficial.

- Certificado de conformidad por una Entidad Colaboradora de la Administración autorizada (ECA).

- Ficha técnica con las hojas necesarias para definir el tipo, características, dimensiones, etc.

Artículo 8º: en las instalaciones de carácter único, de la que formen parte los aparatos a presión que se calculen, diseñen y fabriquen para un proyecto determinado y concreto, podrá prescindirse del registro previo de sus tipos. CAPÍTULO IV.- Fabricantes, Instaladores y usuarios. Constituido por los artículos 9o, 10° y 11°. Artículo 9º: se consideran empresas fabricantes aquellas que utilizan medios propios para la fabricación y ensamblaje total o parcial de los componentes de los aparatos incluidos en este Reglamento, y que estén inscritos en el Libro de Registros que a tal efecto dispondrán las Delegaciones Provinciales del Ministerio de Industria y Energía.


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Los talleres de construcción y reparación llevarán un libro de registro, visado y sellado por la Delegación Provincial MIE, en el que se hará constar la clase de aparato, fecha de construcción o reparación, características que lo identifican y nombre y dirección del cliente. Artículo 10º: Instaladores. La instalación de los aparatos a que se refiere el presente Reglamento se realizará por Técnico o Empresa Instaladora debidamente autorizada para estos efectos por la correspondiente Delegación Provincial del MIE, responsabilizante, así como del cumplimiento de lo que a estos efectos se dispone en el presente Reglamento. La Delegación Provincial de MIE llevará un libro de Registro donde figurarán los instaladores autorizados. Los instaladores llevarán un libro de Registro visado y sellado por la Delegación Provincial del MIE de su residencia, donde se hará constar las instalaciones realizadas, aparatos, características, cliente y fecha de su terminación. Artículo 11º: Usuarios. Los usuarios de los aparatos sujetos a este Reglamento deberán tener presentes las normas de seguridad y mantenimiento que correspondan en cada caso, conservando el buen estado, tanto los aparatos como los accesorios. CAPÍTULO V.- Inspecciones y pruebas. Constituido por los artículos n° 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 y 20. Artículo 12º: los aparatos afectados por este Reglamento serán inspeccionados durante su fabricación a efecto de controlar que su ejecución se lleva a efecto de acuerdo con el código o norma prevista y, que en su caso se ajusta al tipo oficialmente registrado. La inspección la efectuará y dejará constancia por escrito el Departamento de Control de Calidad del fabricante o una ECA indistintamente. Artículo 13º: todo aparato afectado por este Reglamento se someterá antes de su instalación y utilización al examen correspondiente y a la pruebe hidrostática que para caso se determine en las I.T.C. Para la prueba hidrostática el aparato completamente lleno de agua y también a la prueba de presión que corresponda; con autorización previa por la D.P del MIE se podrá sustituir el agua por otro fluido. Durante la prueba se mantendrá la presión el tiempo necesario para examinar el aparato y observar si existen fugas o se produzcan deformaciones y si éstas son permanentes.


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Artículo 14º: Inspecciones y pruebas en el lugar de Emplazamiento: los aparatos afectados por este Reglamentos y con las excepciones indicadas en la I.T.C. que se instalen con carácter fijo, deberán ser inspeccionados antes de su puesta en servicio por el instalados de los mismos, exigiéndose para aquellas instalaciones que presenten mayor riesgo potencial que sean supervisadas también por un ECA. Los aparatos previstos inicialmente para instalaciones fijas que cambien posteriormente de emplazamiento, deberán someterse también a examen y pruebas a que se refiere este artículo. Los aparatos se someterán también a pruebas hidrostáticas si, por haber sufrido alguna anomalía durante el transporte o por alguna otra razón, el instalador o la ECA, así lo estiman, y en todo caso si no han sufrido dicha prueba en los talleres del constructor o fabricante. Artículo 15º: Inspecciones y Pruebas de Aparatos Reparados: los aparatos que hayan sufrido una reparación que afecte a las partes sometidas a presión, deberán superar una prueba hidrostática igual a la de primera prueba y en las mismas condiciones, si así lo precisarán, a juicio de la D.P. del MIE, a la que previamente se habrá informado de la mencionada reparación. Una vez efectuada esta prueba y siempre que sea posible, se examinará el interior de los aparatos reparados para determinar cualquier defecto que puedan presentar las chapas y demás materiales de que están construidos y, especialmente, la presencia de corrosiones. Si no fuese posible un examen de su interior, el aparato se someterá a ensayos radiográficos, ultrasonidos u otros análogos, siempre que ello se considere necesario. Estas inspecciones y pruebas se llevarán a efecto por una ECA, extendiendo la correspondiente acta por triplicación, para el usuario, ECA y D.P del MIE, que a vista de la misma acordará si procede la puesta en servicio. Artículo 16º: Inspecciones y Pruebas Periódicas: Los aparatos sujetos a este Reglamento deberán someterse periódicamente a una inspección y una prueba de presión, así como a las comprobaciones y exámenes que en cada caso se indique en las I.T.C. Las inspecciones y pruebas periódicas serán realizadas por el instalador del aparato, el Servicio de Conservación de la Empresa en el cual éste instalado o alguna ECA. Cuando se realice por el instalador o el Servicio de Conservación de la Empresa en el cual se encuentra el aparato a presión, deberá justificar ante la D.P: del MIE, que dispone del personal idóneo y medios suficientes para llevarlas a cabo. Artículo 18º: Aparatos para pruebas y ensayos.


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Artículo 19°: Placas e identificación del aparato. Artículo 20°: Contrastación: Si el examen y prueba de presión dan resultados satisfactorios, el encargado del Servidor-Constructor, instalador, conservador, ECA o Delegación Provincial, grabará en la placa correspondiente la presión de diseño y, en su caso, la máxima de servicio, el n° de registro que corresponde al aparato y a la fecha de prueba. CAPÍTULO VI.- Autorización de la Instalación y Puesta en Servicio. Constituido por los artículos n° 21, 22, 23. Artículo 21º: Autorización de Instalación: La instalación de los aparatos comprendidos en este Reglamento, con las excepciones que se indiquen en las I.T.C., precisará la autorización previa de la D.P. del MIE correspondiente, debiendo presentarse la solicitud en dicho organismo por el interesado o persona autorizada. A la solicitud se acompañará Proyecto suscrito por un Técnico titulado competente, visado por el Colegio Oficial que corresponda, extendido de acuerdo con lo especificado en las I.T.C: Artículo 22º: Autorización de Puesta en Servicio: Para la puesta en servicio de la instalación será necesario presentar en la D.P. del MIE, la correspondiente solicitud acompañada de la siguiente documentación:

1. Certificado del fabricante de aparato, en el que se hará constar que éste cumple la Reglamentación en vigor, el código y normas utilizadas en su fabricación, pruebas a que ha sido sometido y resultado de las mismas, incluyendo una copia del acta correspondiente.

2. Certificados de pruebas en el lugar de emplazamiento para aquellos aparatos que se instalen con carácter fijo y requieran la correspondiente inspección según el Artículo 14°, en el que se describirán las pruebas a que ha sido sometido el aparato en el lugar en que ha sido instalado, con el resultado de las mismas, haciéndose constar que la instalación reúne las condiciones reglamentarias, se ajusta al Proyecto presentado al solicitar la autorización de instalación y que su funcionamiento es correcto. Este certificado será extendido por el instalador y en su caso, por la ECA que haya supervisado la instalación.

CAPÍTULO VIII.- Responsabilidades, Sanciones y Recursos. Constituido por los Artículos n° 24, 45, 26, 27, 28, 29, 30, 31 y 32. Artículo 24º: En caso de accidente, el usuario del aparato deberá dar cuenta a la D.P. del MIE, la cual dispondrá el desplazamiento de un facultativo en el plazo más


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breve posible, para que se persone en el lugar del accidente y tome los datos, muestras, medidas, etc., que estime oportuno que permitan estudiar y determinar las causas del mismo. Artículo 25º: los fabricantes e importadores se responsabilizan del cumplimiento de los preceptos de este Reglamento, así como de observar las normas de la buena fabricación y del correcto estado de los aparatos importados, respectivamente. Se presumen responsables, salvo prueba en contrario, de las infracciones de los preceptos de este Reglamento, en los supuestos respectivos; los fabricantes, importadores, instaladores, ECA y usuarios. Artículo 26º: las infracciones al reglamento y el cumplimiento de las obligaciones en él establecidas se sancionarán con multas de hasta 3.000 euros. En caso excepcional de gravedad se pueden poner multas hasta de 30.000 euros a propuesta del MIE. Con independencia de las sanciones anteriores, la D.P. del MIE podrá ordenar de inmediato la paralización de las actividades de que se trate en el caso de que racionalmente se derive de la infracción o incumplimiento de los preceptos de este Reglamento la existencia de un peligro manifiesto y grave para las personas o cosas. Artículo 30º: las sanciones previstas en este Reglamentos se impondrán con independencia de la responsabilidad que pueda ser exigida ante los Tribunales competentes. Esta responsabilidad puede abarcar campo en lo laboral, civil y penal.

Tema 3.Recipientes a Presión

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