TESIS FINAL Recipientes a Presion

RECIPIENTES A PRESION INTEGRANTES INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MEJIA RODRIGUEZ ALBERT GONZALO

MECANICA YELECTRICA

E.S.I.M.E. AZCAPOTZALCO REYES MADRIGAL CARLOS ALBERTO

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INDICE

Objetivo y justificacin...5 Introduccin6 CAPITULO 1 CODIGO ASME

Aspectos importantes para el usuario......8 Cdigo ASME seccin VIII divisin 1.8 Limitaciones del cdigo ASME..9 Clasificacin de los recipientes...10 Eficiencia de soldadura e=1.00...11 CAPITULO II DISEO DE CUERPO Y TAPAS

Determinacin del diseo optimo del recipiente...11 Determinacin del casco cilndrico dimensiones interiores..........12 Determinando el casco cilindro dimensiones exteriores...15 Dimensiones de las cabezas..16 Formulas expresadas en funcin de las dimensiones exteriores del casco.......17 Calculos de factor A y B...18 Calculo de anillos atiesadores...20 Calculo de los pesos del recipiente...........23 CAPITULO III ANALISIS DE ESFUERZOS

Calculo de silletas esfuerzos longitudinales por flexin...26 Esfuerzos de corte tangenciales....27 Analisis de silletas.............28 Diseo de silletas...31 Expansin y contracciones en recipientes horizontales32 Dibujo de silletas...34 Orejas de izaje...35 Accesorios seleccionados para el recipiente.38 Dibujo representativo del recipiente.39 Seleccin de bridas para boquillas40 Ancho efectivo del asentamiento del empaque.41 Tipos de bridas..43 Calculo de brida para registro de hombre.45 Calculo de boquillas registro de hombre...48 Calculo de boquillas del Llenado .....48 Calculo de boquillas de coples..50 CAPITULO IV SELECCIN DE ACCESORIOS

Accesorios manometro, termmetro.51 Vlvulas para el recipiente y el indicador de nivel.......52 Coples53 CAPITULO V SOLDADURA

Soldaduras en recipientes a presin..54 Por la norma uw-11 radiographic and ultrasonic examination and uw-12 joint

efficiencies........55 Simbolos basicos para la representacin grafica de soldadura.............57 Simbolos bsicos de soldaduras de arco y gas..59



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Soldadura interior .....60 Union de placas por soldadura..61 Union de placas de acero al carbn...62 Soldadura en orejas de izaje..63 Soldadura en las silletas....64

CAPITULO V COSTOS

Costeo del recipiente65 CAPITULO VI REVISION DE ESFUERZOS POR ELEMENTO FINITO

Calculos de algunas partes por elemento finito .67 Recipiente Diseado en Advance Pressure Vessel..70 Plano....75 Glosario.....76 Definiciones..81 Bibliografa...82



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OBJETIVO Disear y calcular un recipiente a presin capaz de brindar eficiencia y seguridad en el almacenamiento de gas natural el cual tendr una determinada presin, y temperatura. Se buscara que al fabricar este recipiente no solo tenga seguridad sino que tambin tenga una fabricacin sencilla y de un costo accesible teniendo como prioridad calidad , durabilidad y sobre todo seguridad. As tambin se buscara que el transporte de este gas tan utilizado en la industria se transporte con mayor facilidad, con las condiciones que se impondrn dentro del desarrollo de dicho recipiente y las normas de seguridad que se dictan en el cdigo ASME seccin VIII, teniendo como resultado un diseo de recipiente bastante aceptable. Como es un recipiente ya fabricado y muy conocido como lo es el recipiente a presin horizontal se le atribuirn mejoras en cuestin de diseo y efectividad, tomando en cuenta un aspecto importante lo cual es la durabilidad, seguridad etc.

JUSTIFICACIN

Existen varios tipos de recipientes a presin que se utilizan en las plantas industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias para algn proceso requerido. El manejo de fluidos es indispensable dentro de las actividades industriales as como dentro de algunas instituciones. La inestabilidad de algunos fluidos significa un problema para llevar a cabo procesos especficos algunos de los cuales tienen un alto de riesgo, por lo cual se necesita de estos recipientes para poder llevar acabo ciertos procesos teniendo la seguridad de que no se tendr algn accidente en el uso de estos recipientes. Existen fluidos que por su naturaleza no pueden permanecer almacenados en cualquier recipiente, por lo que es necesario hacer un estudio de sus caractersticas fsicas y qumicas para as determinar por medio de clculos y experimentaciones que tipo de recipiente es el mejor y as tener satisfecho al usuario.



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INTRODUCCIN. RECIPIENTES A PRESIN.

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. Dentro de la industria existen numerosos tipos de procesos relacionados con el uso de fluidos diversos, por lo que es fundamental el poder almacenarlos para disponer de ellos cuando se requiera. Muchos de los fluidos que se requieren para algn procedimiento especifico tienen caractersticas fsicas especificas, las cuales se deben contemplar cuando se les desea almacenar, por lo que cada fluido requiere un recipiente calculado y seleccionado con respecto a dichas caractersticas. Se requiere almacenar gas natural en un recipiente de presin, el recipiente debe ser capaz de almacenar 600ft3 de dicho fluido y mantenerlos a -61F o -256C como requisito para el proceso de presin que se le aplicara cual ser de 100psi.

1 NECESIDADES DEL USUARIO 1.1 El recipiente debe ser el mas econmico sin descuidar parmetros de calidad y eficiencia. 1.2 Todos los materiales requeridos para su fabricacin (acero) debern ser comercializados en el mercado nacional para evitar gastos de importacin (USL).y cubrir todas las necesidades que el cdigo ASME requiera. 1.3 El acero seleccionado y los materiales para la fabricacin del recipiente estar bajo las condiciones que dictan el cdigo ASME (American Society of Mechanical Engeniers) en su seccion VIII. 1.4 Se garantiza el buen funcionamiento del recipiente, considerando una durabilidad adecuada la cual nos disipe posibles accidentes. Todo es prevenido con el diseo y fabricacin del recipiente basado en el cdigo ASME. 1.5 Se debe almacenar 600ft3 sin ninguna dificultad. 1.6 El recipiente deber soportar la presin a la cual se requiere que el fluido se encuentre



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1.7 Se har un recipiente en el cual el usuario pueda disponer de el sin gran dificultad.

2 DETERMINACIN DE LIMITACIONES 2.1 Capacidad de almacenamiento restringido; el recipiente estar dispuesto a alojar solo la cantidad de volumen fijado 600ft3. 2.2 El recipiente permanecer expuesto a la presin atmosfrica, no ser posible someterlo a presiones externas que varen en gran cantidad. 2.3 La presin externa en el recipiente ser 1 Atm. como mximo. 2.4 El diseo y fabricacin del recipiente estar delimitado a las normas establecidas dentro del cdigo ASME seccin VIII referente a recipientes a presin. 2.5 Deterioro por exceso de uso o mal uso, por lo cual estar delimitado a ciertas condiciones. 2.6 Algunos materiales ms resistentes solo son materiales de importacin lo cual nos lleva a ocupar materiales del mercado nacional.

3 DETERMINACION DE FUNCIONES 3.1 La funcin que tienen los recipientes a presin es almacenar fluidos a determinada presin y temperatura necesaria, segn los requerimientos del proceso a desarrollar. 3.2 Con esto se pretende que los recipientes a presin que se van a construir tendrn una eficiencia alta, para los requerimientos especficos necesarios para el proceso que vamos a requerir. 3.3 Al conservar fluidos dentro del recipiente a presin se tendrn sus respectivas vlvulas de entrada y vlvulas de salida, con una presin de salida correspondiente al fluido que se tendr dentro, ya que se tendr que tomar sus precauciones para el fluido y las limitaciones de operacin que establezca el fluido. 3.4 Podr tener una determinada presin a cierta temperatura sin tener que preocuparse por el aspecto de seguridad. Ya que el cdigo ASME seccin VIII Div 1 nos da un factor de seguridad. 3.5 Se realizara un diseo el cual sea factible para realizarle mantenimiento, cuando asi lo requiera para que su vida til sea mayor.



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3.6 Como aspecto importante se brindara un buen recipiente el cual cumpla con las condiciones estndar de la industria como lo son presin y temperatura.

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.

CLASIFICACIN DE LOS RECIPIENTES



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LIMITACIONES DE LA DIVISIN 1

La presin deber ser menor a 3000 psi.

Calentadores tubulares sujetos a fuego.

Recipientes a presin que son parte integral de componentes de sistemas de tubera

Sistemas de tuberas.

Componentes de tubera.

Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua, que utilizan aire como elemento originador de presin.

Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes caractersticas:

Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h)

Temperatura del agua de 99 c (210F)

Capacidad de 454.3 lt (120 galones)

Recipientes sujetos a presin interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm (15psi)

Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de dimetro.

LIMITACIONES DE ACUERDO AL CONSUMIDOR

El adquirente de un recipiente debe informar al fabricante sus requisitos minimos de fabricacion tipo y caractersticas del fluido, capacidad volumtrica, forma de sustentacin, limitaciones dimensionales de emplazamiento y cualquier otra caracterstica particular que deba ser considerada para el buen diseo del mismo.

Todas las caractersticas propias para el diseo de los recipientes a presin son obtenidas de fuentes alternativas previamente estudiadas, como son manuales de materiales de diseo, empresas encargadas a la comercializacin de dicho gas, manual de eficiencias de soldaduras, etc., bsicamente todas las propiedades estn sustentadas en base a la norma del Codigo ASME seccin VIII, divisin I.



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Para el diseo se realiza un anlisis detallado del gas NATURAL y se determinan las siguientes limitaciones junto con las caractersticas necesarias para que el recipiente trabaje eficientemente. Las cuales se presentan a continuacin:

Presion de diseo 130Psi Presin de operacin 100 Psi. Temperatura de trabajo 321.8 F (161 C). Temperatura de Diseo 321.8 F (161C)

Densidad del fluido (en estado lquido) 0.60 3m

kg.

Volumen del recipiente 600 3ft .

Margen de corrosin de 1/16 pulgadas (1.5875 mm.) Tipo de material a utilizar segn Codigo ASME Seccion VIII y en base al tipo de fluido contendr se determina el siguiente material Acero SA-283 Gr C

Esfuerzo ultimo del material Sy = 15700 Psi. Temperatura de operacin del material -20 a 650 F.

Eficiencia de soldadura en base a la experiencia de los fabricantes de recipientes, E = 1 CUERPO , 0.85 PARA TAPAS. Limite elastico minimo 30Ksi Esfuerzo Ultimo a la tension 55 a 75 ksi

CORROSION

Las normas no prescriben la magnitud del margen por corrosin excepto para recipientes con espesor mnimo requerido menor de 0.25 Plg. que han de utilizarse para servicio de vapor de agua, agua o aire comprimido, para los cuales indica un margen por corrosin no menor de la sexta parte del espesor de placa calculado. No es necesario que la suma del espesor calculado mas el margen de corrosin exceda de de Plg. (Norma UCS-25).

Para otros recipientes en los que sea predecible el desgaste por corrosin, la vida esperada del recipiente ser la que determine el margen y si el efecto de la corrosin es indeterminado , el margen lo definir el diseador. Un desgaste por corrosin de 5 milesimas de plg por ao (1/16 de plg en 12 aos) generalmente es satisfactorio para recipientes y tuberas.

La vida deseada de un recipiente es una cuestin econmica. Los recipientes principales o mayores se disean generalmente para una vida larga de servicio (15 a 20 aos) , mientras que los secundarios o menores para periodos mas cortos ( 8 a 10 aos).

No necesita aplicarse el mismo margen por corrosin a todas las partes del recipiente si se esperan diferentes grados de ataque para distintas partes( Normas UG-25).



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EFICIENCIA DE SOLDADURA EN BASE A EXPERIENCIA DE LOS FABRICANTES DE

RECIPIENTES E=1.00 EN CUERPO Y 0.85 EN TAPAS

La seleccin de la eficiencia de la unin cuando la junta esta radiografiada

Tipo de unin norma UW-12 al 100% en cuerpo y 85% en las tapas ya que ser por puntos.



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PRESIN DE DISEO (P)

Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el clculo de las partes constitutivas de los recipientes sometidos a presin, dicho valor ser el siguiente:

Si Po > 300 lb/pulg2. Si Po 300 lb/pulg2.

P = 1.1. Po. P = Po + 30 lb/pulg2.

Donde P es la presin de diseo, y Po es la presin de operacin. Al determinar la presin de diseo (P), debe tomarse en consideracin la presin hidrosttica debida a la columna del fluido que estemos manejando, si ste es lquido sobre todo en recipientes cilndricos verticales.

PRESION DE DISEO

La presin de diseo es de 130 psi La presin de operacin es de 100 psi

DISEO PTIMO DEL RECIPIENTE

Para la construccin de un recipiente de una cierta capacidad con el mnimo material, la longitud del dimetro en relacin con la longitud horizontal del mismo, se recurre al diseo ptimo del recipiente. Para encontrar el dimetro ptimo del recipiente se sigue el siguiente proceso:

CALCULAR EL VALOR DE F:

CSE

PF

DONDE:

P = presin de diseo (psi)

C = corrosin mxima permitida (pulgadas)

S = valor del esfuerzo del material (psi)

E = eficiencia de soldadura



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En base a las propiedades del fluido a almacenar y el tipo de material utilizado se procede al clculo del valor de F:

1637.0

13*7.15lg16

1

130

psiepu

psiF

S = valor del esfuerzo del material (psi)

El esfuerzo lo encontramos en la tabla que se encuentra abajo dada la temperatura de diseo que no excede de F:



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Una vez determinado el valor de F se recurre a la tabla adjunta para el diseo ptimo del recipiente, en funcin del volumen del recipiente y el valor de F se determina el dimetro ptimo del recipiente.

Se recorre de manera horizontal el valor del volumen del recipiente hasta encontrar la lnea que representa el valor de F una vez realizado esto, en la interseccin se recorre de manera vertical para determinar el dimetro ptimo del recipiente:

Donde inpiesDF 60558.4

De la tabla que se encuentra en la parte de abajo se determina el valor del Dimetro

conforme el valor encontrado que es (F=0.1637) y un volumen del recipiente de 600 3ft

TABLA PARA DETERMINAR EL DISEO PTIMO DEL RECIPIENTE

Una vez calculado el dimetro ptimo se prosigue a calcular el valor de la longitud del recipiente.

2

4

D

VL

V

O

L

U

M

E

N

D

E

L

R

E

C

I

P

I

E

N

T

E



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Donde:

L = longitud del recipiente (pies)

V = volumen del recipiente ( 3pies )

D = dimetro ptimo (pies)

Calcular la longitud del recipiente:

mtsinpiespies

pies

D

VL 314.99.366557.30

51416.3

60044

2

3

2

adaspusL

adaspupiesD

lg9.366557.30

lg605



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El procedimiento para verificar el espesor del cilindro de un recipiente a presin externa

es el siguiente:

1.- Suponemos un valor de t y calculamos las relaciones L/Do y Do/t. Cuando hayamos calculado un recipiente para soportar presin interna y tengamos un

valor de t, usaremos este mismo valor para obtener la relacin antes mencionada.

2.- Con el valor de L/Do entramos a la grfica mostrada en la Figura (Que se

encuentra en la parte de abajo), si L/Do es mayor que 50, entramos con este valor.

As mismo, si L/Do es menor que 0.5, usaremos este valor para entrar a la grfica.

3.- A la altura del valor L/Do, nos movemos horizontalmente hacia la derecha hasta

encontrar la lnea representativa del valor Do/t, de esta interseccin, nos moveremos

verticalmente hacia abajo y determinaremos el valor del factor A.

4.- Entramos en la grfica aplicable en las figuras (de la parte de abajo)para el

material utilizado con el valor del factor A. Hasta la lnea representativa de la temperatura de diseo, desde esta interseccin nos movemos horizontalmente hacia la

derecha y leemos el valor de B.

5.- Con el valor de B, calculamos la mxima presin exterior de trabajo permitida por medio de la ecuacin:

Si el valor de A estubiera a la izquierda de la lnea de temperatura indicada en el punto No. 4, el valor de la mxima presin exterior de trabajo permisible ser calculada

por medio de la ecuacin:



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TOMANDO ENCUENTA

Para h=profundidad interior de alabeamiento

R=radio interior corona de las cabezas ASME

L(r)=radio interior del alabeamiento(Radios de Nudillos)

M=factor que se utiliza en las formulas para presin interna

60 Plg

1/2 Plg

1/2 Plg

1 1/2 Plg 54.27Plg

10.362 Plg

15 Plg



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LA SELECION ESTA DADA EN COLOR

CON UN FACTOR ENCONTRADO DE

A=1.7e-3 ESTE VALOR SERVIRA PARA EL CALCULO DE NUESTRO CUERPO POR PRESION

EXTERNA Y ASI ENTRAR A LA TABLA PARA PODER ENCONTRAR EL FACTOR B



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EN ESTA GRAFICA ENCONTRAREMOS EL FACTOR B PARA EL CALCULO

POR PRESION EXTERNA TANTO DEL CUERPO COMO DE LAS TAPAS

SEMIELIPTICAS REL 2:1

B = 2800 PARA CUERPO

B = 1300 PARA TAPAS



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CLCULO DE LOS ANILLOS ATIESADORES

Hasta ahora hemos hablado de los anillos atiesadores sin profundizar en ellos. A

continuacin, describiremos el procedimiento para calcular este tipo de anillos.



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1.- Seleccione el tipo de anillo atiesador ms econmico y calcule sus reas As.

2.- Suponga un nmero de anillos y distribyalos uniformemente entre la seccin

enchaquetada, la unin cono-cilindro, o la distancia entre las lneas de tangencia ms un

tercio de la flecha de cada tapa y determine el valor de L.

3.- Calcule el momento de inercia del anillo propuesto (Is) combinado con la seccin del cuerpo, sin incluir la seccin del cuerpo (Is).

4.- El momento de inercia requerido en el anillo atiesador no deber ser menor que

el determinado por una de las siguientes ecuaciones:

Donde As es el rea transversal del anillo propuesto.

El valor de A deber ser calculado por el siguiente procedimiento:

I.- Calcule el factor B usando la ecuacin:

II.- Entre a la grfica correspondiente al material utilizado en las Figuras y con el

valor de B y muvase horizontalmente hasta la curva representativa de la temperatura de diseo.

III.- Desde esta interseccin muvase verticalmente hacia abajo y lea el valor de

A. Cuando el valor de B resulte menor a 2,500, A debe calcularse por la ecuacin:

IV.- Calcule el momento de inercia requerido con las ecuaciones anteriormente

mostradas.



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Si el momento de inercia del anillo, o de la combinacin del anillo con la seccin del

cuerpo es mayor que el momento de inercia requerido, el atiesamiento del cuerpo es

adecuado, en caso contrario, debemos proponer un anillo atiesador con un momento de

inercia mayor, o debemos incrementar el nmero de anillos para disminuir el valor de L.



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Como se puede observar, el mayor peso del equipo se obtiene cuando se llena del producto a utilizarse

, por lo que este ser el valor que se utilizara en el diseo de las silletas.

Con este valor se tiene:

Anlisis de esfuerzos.

Se determinan los valores de . A , H , b y

A = 0.2D A 0.2 L A = Distancia optima para colocar las silletas . A = 40 PLg

H = D /4 = 60 /4 = 15 H = Altura de la cabeza. B= 10 , este valor se obtiene de la tabla para soportes para recipientes horizontales.

Con el valor del dimetro de 60 y el peso mximo que soporta en la silleta .

= 120



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CALCULO DE SILLETAS

ESFUERZOS LONGITUDINALES POR FLEXIN

1.- El mximo esfuerzo longitudinal S1 puede ser de tensin o compresin.

2.- Cuando se calcule el esfuerzo a la tensin, en la ecuacin de S1, debemos usar el

valor de K1 en vez del factor K.

3.- Cuando se calcule el esfuerzo a compresin en la ecuacin de S1, debemos

usar el valor de K8 en vez del factor K.

4.- Cuando se usen anillos atiesadores en el cuerpo, el valor de K ser igual a 3.14

en la ecuacin para S1.

5.- Cuando la relacin t/R sea mayor o igual a 0.005 en un recipiente de

acero, el esfuerzo de compresin no se deber tomar en consideracin y el

recipiente ser diseado para trabajar solamente a presin interna.

6.- Si el valor del esfuerzo mximo permisible es excedido por el valor de S1,

se debern usar anillos atiesadores en el cilindro del recipiente.

2.4.3.2. ESFUERZOS DE CORTE TANGENCIALES

1.- Si se utilizan placas de respaldo en las silletas, el valor de la suma del espesor del

cuerpo ms el espesor de la placa de respaldo, deber ser utilizado como ts, en las

ecuaciones para calcular S2, haciendo que la placa de respaldo se proyecte R/10 sobre el

extremo de la silleta y hacia los lados de la misma.

2.- En recipientes sin anillos atiesadores, el mximo esfuerzo cortante se

presenta en la parte superior de las silletas. Cuando la tapa es usada como anillo

atiesador, colocando las silletas cerca de las tapas, el esfuerzo de corte tangencial

puede causar un esfuerzo adicional en las tapas (S3). Este esfuerzo debe

considerarse sumndolo al causado por la presin interna en las tapas.

3.- Cuando se usan anillos atiesadores, el mximo esfuerzo cortante se presenta en la

parte central del recipiente.



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VALORES DEL FACTOR K PARA CALCULO DE ESFUERZOS PARA SILLETAS



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En las Figuras que se encuentra en la parte de arriba respectivamente, se muestran los

valores de K1 a K8, a continuacin se tabulan los valores de K9 y K10, en los cuales se

debern hacer interpolaciones para valores intermedios.

NGULO DE

CONTACTO 120 130 140 150 160 170 180

K9 0.34 0.33 0.32 0.30 0.29 0.27 0.25

K10 0.053 0.045 0.037 0.032 0.026 0.022 0.017

A continuacin, haremos algunas consideraciones que se debern tomar en cuenta

al usar las ecuaciones mostradas en la Figura de la parte de abajo.

1.- En las Figuras y ecuaciones de la A a la F, los signos positivos indican esfuerzos a tensin, y los negativos nos dicen que el elemento en estudio trabaja a

compresin.

2.- La primera parte de la ecuacin para obtener S6, nos da directamente el valor del

esfuerzo y la segunda da el esfuerzo, circunferencial por flexin.

3.- Si el esfuerzo gobernante es el de tensin, se le agregar el esfuerzo debido a la

presin interna Pr/ts.

Cabe hacer notar que los valores de B obtenidos por medio de las grficas donde se localiza el facto B dado el factor A representan los valores del esfuerzo a compresin de los materiales, los cuales como puede observarse, dependen adems del material de que se trate y de su forma.

Finalmente, para determinar el clculo de las silletas, es necesario definir el espesor

de las mismas. En los clculo de diseo de las silletas se muestra el formato para

calcular este espesor. Anteriormente, hemos enunciado la forma de llevar a cabo los

clculos necesarios para disear silletas y anillos atiesadores en recipientes a presin

cilndricos horizontales, sin embargo, cuando las dimensiones de nuestro recipiente son

relativamente pequeas, podemos usar las dimensiones para silletas.



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Estas dimensiones son por norma, y son las que usaremos aproximadamente ya que nuestras silletas varian un poco por el diseo de nuestro tanque pero siempre estando dentro de esta norma. Mas adelante se mostrara en el plano de detalles del recipiente.



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IND

ICA

DO

R

Rango de M

edicin: Max. 19.7 ft.

Conexin: 3/4" N

PT, 2"-4" A

NS

I

Material: A

cero Inoxidable, PV

C, P

PH

, PTFE

Max. P

resin: 290 PS

IG

Max. Tem

peratura:350F

Precisin: 0.4-0.8"

Salida: R

esistencia, 4-20 mA

Vlvula de seguridad para tanque estacionario

Apertura vlvula de seguridad1.7 M

Pa 250 P

sig

Conexin de entrada a cilindro58 m

3/min 2060

CFM

Conexin de entrada 34 " N

PT M

edida del

hexgono de apriete1 3/4"V

lvula de llenado para tanque (CA

N

LOC

K)D

escripcin Conexin de entrada a

cilindro 3" NP

T Conexin de acoplam

ientoAC

ME

1 3/4"-6Medida del H

exagono para apriete1 7/8"

Vlvula de drenado para tanque estacionario con

control de exceso de flujo DescripcinC

onexin

de entrada a cilindro 3/4" NP

T Conexin de

acoplamiento 3/4" N

PTM

edida del Hexagono

para apriete1 3/8"

3/4 MAN

OM

ETRO

3/4" DE S

EGU

RID

AD

3/4" TERM

OM

ETRO

3/4 DREN



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SELECCIN DE BRIDAS PARA BOQUILLAS

Se recomienda que las boquillas de 1-1/4 de dimetro y menores sean instaladas por medio de coples roscados de 3,000 y 6,000 libras/pulgada

2. Las boquillas de 1 - 1/2 y

mayores debern ser bridadas.

De acuerdo a la forma de unir las bridas a los cuellos de las boquillas, existen los

siguientes tipos de bridas:

1.- Brida de cuello soldable. (Welding Neck).

2.- Brida deslizable (Slip-On).

3.- Brida de traslape (lap-Joint).

TUBOS DE CDULA

Especificacin SA-106-B SA-53 SA-333-1

Composicin nominal C-Si C-Si C-Si

Esfuerzo de cedencia en KPSI 30 30 30

Esfuerzo ltimo en PKSI 48 48 55

Esfuerzo de diseo en KPSI 15 15 13.7

(de - 20 a 650F)



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(1) (2)

t d C P S E/ t d C P S E W hg S E d( / ) . /19 3

Las ecuaciones anteriores sern usadas con las siguientes restricciones:

1.- La tapa deber ser ciega, es decir, no deber tener aberturas ni boquillas.

2.- Deber ser circular.

3.- Deber ser fabricada con alguno de los materiales ferrosos listados en las normas

ANSI B-16.5.

4.- Deber estar entre los rangos de presin y temperatura mostrados en la tabla B-

16.5 de las normas ANSI.

5.- El espesor obtenido, de la ecuacin correspondiente, deber

considerarse como mnimo y deber agregarse la tolerancia por corrosin si

existiera.

6.- La ecuacin (2) se usar para calcular bridas ciegas atornilladas, de acuerdo con

los detalles E y F de la figura No. 4, y se debern considerar independientemente las condiciones de operacin y las condiciones de sello de empaque, usando la mayor de

ellas.

Para las condiciones de operacin, el valor de P ser dado por la presin de diseo, el valor de S se tomar a la temperatura de diseo y el valor de W ser el que resulte mayor de:

Wm1 = 0.785 G2P + 2b ( ) Gm P Wm2 = ( ) b Gy

Para las condiciones de sello del empaque, se tomar P = 0, el valor de S a la

temperatura ambiente y W ser:



MECANICA YELECTRICA


49

CLCULO DE LA BRIDA PARA EL REGISTRO DE HOMBRE

SE PONDRA UNA BRIDA DE LINEA SLIP-ONN

"4

11

625.29

20

"32

"24

"25.24)1)(25(.24int

barrenos

barrenoscirculo

barrenosN

ext

nomdiametro

erior

Ancho del empaque

"875.32

25.2432N

Empaque de asbesto m=2 ; y=1600

6.02

4531.1

"4531.1)875.3(8

3

bo

bo

Localizacin de cara de reaccin

"125.282

25.2432G



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50

lbWmW

lbWm

lbWm

Wm

07.917731

06.82184)25.27)(6.0)(1600(2

07.917731

)130(2)25.27()6.0()130()25.27)(785.0(1 2

Tornillos SA-193

Sa=sB=25ksi

lbsaAbAm

W

corrosioncont

corrosiont

t

inhg

ine

Am

5.295412)2500(2

)38.1967.3()(

2

"5134.10625.04509.1

sin"4509.1

)25.27)(15700(

)1875.1)(07.91773(9.1

15700

130)3.0(25.27

1875.12

25.27625.29

67.3325

07.917731

2

2



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51

"966.0"51.1

"966.00625.0903.0

sin"903.0)5.27)(25000(

)1)(5.295412(9.15.27

3

t

t

corrosiont



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52



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53



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54



MECANICA YELECTRICA


55

Para los accesorios, utilizados en el recipiente:

Manmetro Marca De Wit Exactitud: +/- 2% del total de la escala Elemento: Tubo bourdon de Bronce Conexin: Bronce 3/4 N.P.T. Inferior o Posterior al centro Mecanismo: Bronce Caja: Lmina de acero esmaltado negro Bisel: A presin de lmina de acero esmaltado negro Ventana: Acrlico Cartula: Aluminio fondo blanco, nmeros negros Aguja: Aluminio esmaltado negro Tamaos: 40 mm (1 1/2) Rangos: Doble escala, kg/cm2 + psi max. 0 160 psi.

Termmetro Marca De Wit

Exactitud:+/- 1% del total de la escala. Elemento: Espiral de acero actuado por tensin de gas Conexin: con compensador de temperatura ambiental. Mecanismo: Acero inoxidable AISI 304. Caja: Acero inoxidable AISI 304. Bisel: Cristal inastillable. Ventana: Aluminio fondo blanco, nmeros negros. Aguja: Aluminio esmaltado negro con micro ajuste. Bulbos: Acero, bronce, acero inoxidable de 100 mm hasta 1000 mm (ver gua de seleccin) Fluidos: Glicerina (agregar V despus del modelo) Tamaos: 63 mm (3/4), 100 mm (4), 160 mm (6) y 250 mm (10) Rangos: -200C hasta +600C

Vlvula de llenado Marca Nacobre

Modelo TE-2

Vlvula de llenado para tanque estacionario Descripcin

Conexin de entrada a cilindro 1 1/4"-11.5 NPT

Conexin de acoplamiento ACME 1 3/4"-6

Medida del hexgono para apriete 3



MECANICA YELECTRICA


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Vlvula de seguridad Marca Nacobre

Modelo TE-1

Vlvula de seguridad para tanque estacionario Descripcin

Apertura vlvula de seguridad 1.7 MPa 250 Psig

Conexin de entrada a cilindro 58 m3/min 2060

CFM Conexin de entrada 3/4 14 NPT

Medida del hexgono de apriete 3/4"

Vlvula de drene Marca Nacobre

Modelo TE-4

Vlvula de drenado para tanque estacionario con control de exceso de flujo Descripcin

Conexin de entrada a cilindro 3/4" 14 NPT

Conexin de acoplamiento 3/4" 14 NPT

Medida del hexagono para apriete 1 3/8"



MECANICA YELECTRICA


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Indicador de Nivel

Rango de Medicin: Max. 19.7 ft.

Conexin: 3/4"=2" NPT, 2"-4" ANSI

Material: Acero Inoxidable, PVC, PPH, PTFE

Max. Presin: 290 PSIG

Max. Temperatura:350F

Precisin: 0.4-0.8"

Salida: Resistencia, 4-20 mA

Se utilizarn coples marca NACOBRE para los accesorios con dimetro nominal

(de roscado) menores a 1- . En este caso dichos accesorios no requieren clculo de boquilla.

Los accesorios y coples se presentan en la tabla adjunta al dibujo del recipiente.

COPLE SA-105

Manmetro

3/4

Valvula de seguridad

3/4

Termometro

3/4



MECANICA YELECTRICA


58

SOLDADURA EN RECIPIENTES A PRESIN

El procedimiento ms utilizado actualmente en la fabricacin de recipientes a presin

es el de soldadura, el cual elimin el sistema de remachado que se us hasta hace

algunos aos.

En las Figuras, se muestran algunos detalles para la preparacin del material y

aplicacin de soldaduras que se utilizan actualmente.

Todas las soldaduras sern aplicadas mediante el proceso de arco elctrico

sumergido, el cual puede ser manual o automtico, En cualquiera de los dos casos,

deber tener penetracin completa y se deber eliminar la escoria dejada por un cordn

de soldadura, antes de aplicar el siguiente.

Con el fin de verificar si una soldadura ha sido bien aplicada se utilizan varias

formas de inspeccin, entre ellas est el de radiografiado, la prueba de lquidos

penetrantes y algunas veces se utiliza el ultrasonido.

La prueba ms comnmente utilizada es el radiografiado, ste puede ser total o por

puntos. Cuando practicamos el radiografiado por puntos en recipientes a presin,

debemos tomar por lo menos, una radiografa por cada 15 metros de soldadura y la

longitud de cada radiografa ser de 15 centmetros como mnimo.

La eficiencia de las soldaduras est mostrada en el inicio del proyecto, en ella se dan los

diferentes valores de la eficiencia (E) que debemos usar en los clculos de acuerdo con

el tipo de unin.

Antes de aplicar cualquier soldadura, en recipientes a presin, debemos preparar un

Procedimiento de Soldadura para cada caso en particular, el cual nos indica la

preparacin, dimetro del electrodo, etc., para cada tipo y espesor de material.

Debemos tambin hacer pruebas a los soldadores para asegurarnos que la soldadura ser

aplicada por personal debidamente calificado. Estas pruebas y procedimientos debern

apegarse estrictamente a las recomendaciones hechas por el Cdigo A.S.M.E., Seccin

IX "Welding and Brazing Qualifications."



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59

El material de aporte, de la soldadura, deber ser compatible con el material base a

soldar. Los electrodos ms comnmente utilizados para soldar recipientes a presin de

acero al carbn, son el 6010 y el 7018.

Cuando aplicamos soldadura en recipientes a presin de acero inoxidable, es

necesario utilizar gas inerte y se recomienda pasivar las soldaduras con una solucin a

base de cido ntrico y cido clorhidrico.

Debemos tratar de evitar los cruces de dos o ms cordones de soldadura. La

distancia mnima entre dos cordones paralelos ser de 5 veces el espesor de la placa, sin

embargo, cuando sea inevitable el cruce de dos cordones, el Cdigo A.S.M.E., Seccin

VIII Divisin 1, nos recomienda radiografiar una distancia mnima de 102 milmetros a

cada lado de la interseccin.

Se recomienda no aplicar soldadura a un recipiente a presin despus de haber sido relevado de

esfuerzos.

Por la Norma UW-11 RADIOGRAPHIC AND ULTRASONIC EXAMINATION AND UW-12 JOINT EFFICIENCIES

SOLDABILIDAD.

Los materiales usados para fabricar recipientes a presin, deben tener buenas

propiedades de soldabilidad, dado que la mayora de sus componentes son de

construccin soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales diferentes

entre s, stos debern ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere. Un material,

cuantos ms elementos de aleacin contenga, mayores precauciones debern tomarse

durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven las

caractersticas que proporcionan los elementos de aleacin.



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60



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COSTOS DEL MATERIAL

MATERIAL Tamao Especificacion Cantidad $/unidad Total

Placas del cuerpo y tapas 72X 240 SA-283-Gr C 4 11.16KG $98,766

Cople del manometro

SA-105 1 $25 $25

Cople de seguridad y drenado

SA-105

2 $25 $50

Tubo Ced 10s 4 Diam. SA-53 B 1 $250 $250

Brida S.O.R.F. 150 PSI 4" Std

SA-105 1

$250 $250

Brida Ciega 150 PSI 4" Std SA-105 1 $250 $250

Empaque 271/4D.E X25.1/4 D.I. NEOPRENO 1 $350 $350

Empaque 6 3/16 D.E. X 4.57

D.I. NEOPRENO 1 $300 $300

Tubo Ced 20 24 SA-53 B

1 $450 $450

Bridas S.O.R.F.150 PSI 24" SA-105 1 $350 $350

Brida Ciega 150 PSI 24" SA-106 1 $350 $350

Valvula de seguridad NPT SA-105 1

$550 $550

CAN-LOCK MACHO 3" Diam. SA-105 1 $450 $450

Valvula de Drene 3/4" NPT

316 SS Gr CF8M 1 $420 $420

Manometro 3/4 NPT Wit, 0-160psi 1

$630 $630

Termometro 3/4" NPT Wit, -200C a 600C

1 $700 $700

Indicador de nivel 3/4" NPT Acero inoxidable 1 $1,500 $1,500

Cople del Termometro SA-105 1 $25 $25

Tornillos Cab Hex. 1 1/4" SA-197 Gr B 20 $15 $300

Tuercas 1 1/4" SA-194 2H 20 $7 $140

Tornillos Cab Hex. 5/8 " SA-197 Gr B 4 $7 $28

Tuercas 5/8" SA-194 2H 4 $5 $20

tornillos tornilleria fina 25 $18 $450

$106,629



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70

COSTOS COMPLEMENTARIOS

COSTOS DE ELEMENTOS

Soldadura (7018) 30 Kg. $ 6000 $ 6000

PRIMER UNIVERSAL 20 lt. $ 2000 $ 2000

Cejado y Abombado de discos para Tapas 2 $4300 $8600

Radiografiado 1 $5000 $5000

COSTOS DE MANO DE OBRA COSTO QUINCENAL

Obreros 4 $ 2500 $ 20,000

Ingenieros 2 $ 6000 $ 24000

Renta del equipo y la planta 2 $ 15000 $ 30000

Prueba Radiograficas e Hidrostaticas $ 8000 $ 8000

Transportacin 1 $ 3,500 $ 3,500

Otros $10000

TOTAL DE COSTOS $ 223729

121,554 x 30% = 36466.2

COSTO TOTAL TOMANDO 30% DE TOTAL DE COSTOS 223729 + 65618.7 = $290847.7



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71

ANALISIS POR ELEMENTO FINITO.

OREJAS



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72

PLACA DEL RECIPIENTE.



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73

ANALISIS DEL CUERPO



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74

RECIPIENTE A PRESION GENERADO EN ADVANCE PRESSURE VESSEL

Se muestra el tanque ya montado en las silletas y las soldaduras.

Se ve tambin el registro de hombre asi como el anillo de atiesamiento que se puso para

Soportar por presin externa.



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75

Aqu se ve clarame

TESIS FINAL Recipientes a Presion

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