TESIS ING. MECANICO

“RECIPIENTES A PRESION”
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INDICE
Objetivo y justificación……………………………………………………………………...5
Introducción…………………………………………………………………………………6
CAPITULO 1 CODIGO ASME
Aspectos importantes para el usuario……………………………………………………......8
Código ASME sección VIII división 1………………………………………………….8
Limitaciones del código ASME……………………………………………………………..9
Clasificación de los recipientes……………………………………………………………...10
Eficiencia de soldadura e=1.00……………………………………………………………...11
CAPITULO II DISEÑO DE CUERPO Y TAPAS
Determinación del diseño optimo del recipiente…………………………………………...11
Determinación del casco cilíndrico dimensiones interiores…………………………..........12
Determinando el casco cilindro dimensiones exteriores…………………………………...15
Dimensiones de las cabezas………………………………………………………………..16
Formulas expresadas en función 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 flexión…………………………………...26
Esfuerzos de corte tangenciales…………………………………………………………....27
Analisis de silletas………………………………………………………………….............28
Diseño de silletas…………………………………………………………………………...31
Expansión y contracciones en recipientes horizontales……………………………………32
Dibujo de silletas…………………………………………………………………………...34
Orejas de izaje……………………………………………………………………………...35
Accesorios seleccionados para el recipiente……………………………………………….38
Dibujo representativo del recipiente……………………………………………………….39
Selección de bridas para boquillas…………………………………………………………40
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 SELECCIÓN DE ACCESORIOS
Accesorios manometro, termómetro……………………………………………………….51
Válvulas para el recipiente y el indicador de nivel………………………………….......…52
Coples………………………………………………………………………………………53
CAPITULO V SOLDADURA
Soldaduras en recipientes a presión……………………………………………………..…54
Por la norma uw-11 radiographic and ultrasonic examination and uw-12 joint
efficiencies……………………………………………………………………………........55
Simbolos basicos para la representación grafica de soldadura…………………….............57
Simbolos básicos 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 carbón………………………………………………………...62
Soldadura en orejas de izaje………………………………………………………………..63
Soldadura en las silletas…………………………………………………………………....64
CAPITULO V COSTOS
Costeo del recipiente………………………………………………………………………65
CAPITULO VI REVISION DE ESFUERZOS POR ELEMENTO FINITO
Calculos de algunas partes por elemento finito………………… ………………….……67
Recipiente Diseñado en Advance Pressure Vessel………………………………….…….70
Plano……………………………………………………………………………..………..75
Glosario………………………………………………………………………………...…..76
Definiciones………………………………………………………………………………..81
Bibliografía………………………………………………………………………………...82
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OBJETIVO
Diseñar y calcular un recipiente a presión capaz de brindar eficiencia y seguridad en
el almacenamiento de gas natural el cual tendrá una determinada presión, y
temperatura.
Se buscara que al fabricar este recipiente no solo tenga seguridad sino que también
tenga una fabricación sencilla y de un costo accesible teniendo como prioridad
calidad , durabilidad y sobre todo seguridad.
Así también se buscara que el transporte de este gas tan utilizado en la industria se
transporte con mayor facilidad, con las condiciones que se impondrán dentro del
desarrollo de dicho recipiente y las normas de seguridad que se dictan en el código
ASME sección VIII, teniendo como resultado un diseño de recipiente bastante
aceptable.
Como es un recipiente ya fabricado y muy conocido como lo es el recipiente a
presión horizontal se le atribuirán mejoras en cuestión de diseño y efectividad,
tomando en cuenta un aspecto importante lo cual es la durabilidad, seguridad etc.
JUSTIFICACIÓN
Existen varios tipos de recipientes a presión que se utilizan en las plantas
industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacen ar
sustancias para algún proceso requerido.
El manejo de fluidos es indispensable dentro de las actividades industriales así como
dentro de algunas instituciones. La inestabilidad de algunos fluidos significa un
problema para llevar a cabo procesos específicos 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 tendrá algún 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 características
físicas y químicas para así determinar por medio de cálculos y experimentaciones
que tipo de recipiente es el mejor y así tener satisfecho al usuario.
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INTRODUCCIÓN.
RECIPIENTES A PRESIÓN.
Son usados cuando la presión de vapor del líquido manejado puede determinar un
diseño más resistente. Varios códigos han sido desarrollados o por medio de los
esfuerzos del API y el ASME para gobernar el diseño 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 algún procedimiento especifico tienen
características físicas 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 características.
Se requiere almacenar gas natural en un recipiente de presión, el recipiente debe ser
capaz de almacenar 600ft3 de dicho fluido y mantenerlos a -61°F o -256°C como
requisito para el proceso de presión que se le aplicara cual será de 100psi.
1
NECESIDADES DEL USUARIO
1.1 El recipiente debe ser el mas económico sin descuidar parámetros de calidad y
eficiencia.
1.2 Todos los materiales requeridos para su fabricación (acero) deberán ser
comercializados en el mercado nacional para evitar gastos de importación (USL).y
cubrir todas las necesidades que el código ASME requiera.
1.3 El acero seleccionado y los materiales para la fabricación del recipiente estará
bajo las condiciones que dictan el código 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 diseño y fabricación del recipiente basado en el código ASME.
1.5 Se debe almacenar 600ft 3 sin ninguna dificultad.
1.6 El recipiente deberá soportar la presión a la cual se requiere que el fluido se
encuentre
6
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1.7 Se hará un recipiente en el cual el usuario pueda disponer de el sin gran
dificultad.
2
DETERMINACIÓN DE LIMITACIONES
2.1 Capacidad de almacenamiento restringido; el recipiente estará dispuesto a alojar
solo la cantidad de volumen fijado 600ft 3.
2.2 El recipiente permanecerá expuesto a la presión atmosférica, no será posible
someterlo a presiones externas que varíen en gran cantidad.
2.3 La presión externa en el recipiente será 1 Atm. como máximo.
2.4 El diseño y fabricación del recipiente estará delimitado a las normas establecidas
dentro del código ASME sección VIII referente a recipientes a presión.
2.5 Deterioro por exceso de uso o mal uso, por lo cual estará delimitado a ciertas
condiciones.
2.6 Algunos materiales más resistentes solo son materiales de importación lo cual
nos lleva a ocupar materiales del mercado nacional.
3
DETERMINACION DE FUNCIONES
3.1 La función que tienen los recipientes a presión es almacenar fluidos a
determinada presión y temperatura necesaria, según los requerimientos del proceso
a desarrollar.
3.2 Con esto se pretende que los recipientes a presión que se van a construir
tendrán una eficiencia alta, para los requerimientos específicos necesarios para el
proceso que vamos a requerir.
3.3 Al conservar fluidos dentro del recipiente a presión se tendrán sus respectivas
válvulas de entrada y válvulas de salida, con una presión de salida correspondiente
al fluido que se tendrá dentro, ya que se tendrá que tomar sus precauciones para el
fluido y las limitaciones de operación que establezca el fluido.
3.4 Podrá tener una determinada presión a cierta temperatura sin tener que
preocuparse por el aspecto de seguridad. Ya que el código ASME sección VIII Div 1
nos da un factor de seguridad.
3.5 Se realizara un diseño el cual sea factible para realizarle mantenimiento, cuando
asi lo requiera para que su vida útil sea mayor.
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3.6 Como aspecto importante se brindara un buen recipiente el cual cumpla con las
condiciones estándar de la industria como lo son presión y temperatura.
CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1
En esta parte del código se establecen los requerimientos mínimos para el diseño,
fabricación e inspección y para obtener la certificación autorizada de la ASME para
los recipientes a presión.
En base a esto se ha dividido en:
Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.
Subsección B. Requerimientos de fabricación
Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura.
Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado
Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno no
ferroso a este proceso se le denomina "brazing"
Subsección C. Requerimientos de materiales
Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.
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 dúctil.
Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensión
mejoradas por tratamiento térmico.
Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicanas.
Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles mas altos
a bajas temperaturas.
CLASIFICACIÓN DE LOS RECIPIENTES
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LIMITACIONES DE LA DIVISIÓN 1
La presión deberá ser menor a 3000 psi.
Calentadores tubulares sujetos a fuego.
Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas de
tubería
Sistemas de tuberías.
Componentes de tubería.
Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua, que
utilizan aire como elemento originador de presión.
Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes características:
Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h)
Temperatura del agua de 99° c (210°F)
Capacidad de 454.3 lt (120 galones)
Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm² (15psi)
Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.
LIMITACIONES DE ACUERDO AL CONSUMIDOR
El adquirente de un recipiente debe informar al fabricante sus requisitos minimos de
fabricacion tipo y características del fluido, capacidad volumétrica, forma de sustentación,
limitaciones dimensionales de emplazamiento y cualquier otra característica particular que
deba ser considerada para el buen diseño del mismo.
Todas las características propias para el diseño de los recipientes a presión son obtenidas
de fuentes alternativas previamente estudiadas, como son manuales de materiales de
diseño, empresas encargadas a la comercialización de dicho gas, manual de eficiencias
de soldaduras, etc., básicamente todas las propiedades están sustentadas en base a la
norma del Codigo ASME sección VIII, división I.
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Para el diseño se realiza un análisis detallado del gas NATURAL y se determinan las
siguientes limitaciones junto con las características necesarias para que el recipiente trabaje
eficientemente. Las cuales se presentan a continuación:




Presion de diseño 130Psi
Presión de operación 100 Psi.
Temperatura de trabajo 321.8° F (161° C).
Temperatura de Diseño 321.8° F (161°C)

Densidad del fluido (en estado líquido) 0.60
kg
.
m3
 Volumen del recipiente 600 ft 3 .
 Margen de corrosión de 1/16 pulgadas (1.5875 mm.)
 Tipo de material a utilizar según Codigo ASME Seccion VIII y en base al tipo de fluido
contendrá se determina el siguiente material Acero SA-283 Gr C


Esfuerzo ultimo del material Sy = 15700 Psi.
Temperatura de operación 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 corrosión excepto para recipientes
con espesor mínimo 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 corrosión no
menor de la sexta parte del espesor de placa calculado. No es necesario que la suma del
espesor calculado mas el margen de corrosión exceda de ¼ de Plg. (Norma UCS-25).
Para otros recipientes en los que sea predecible el desgaste por corrosión, la vida esperada
del recipiente será la que determine el margen y si el efecto de la corrosión es indeterminado
, el margen lo definirá el diseñador. Un desgaste por corrosión de 5 milesimas de plg por año
(1/16 de plg en 12 años) generalmente es satisfactorio para recipientes y tuberías.
La vida deseada de un recipiente es una cuestión económica. Los recipientes principales o
mayores se diseñan generalmente para una vida larga de servicio (15 a 20 años) , mientras
que los secundarios o menores para periodos mas cortos ( 8 a 10 años).
No necesita aplicarse el mismo margen por corrosión 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 selección de la eficiencia de la unión cuando la junta esta radiografiada
Tipo de unión norma UW-12 al 100% en cuerpo y 85% en las tapas ya que será por
puntos.
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PRESIÓN DE DISEÑO (P)
Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes
constitutivas de los recipientes sometidos a presión, dicho valor será el siguiente:
Si Po > 300 lb/pulg2.
Si Po
300 lb/pulg2.
P = Po + 30 lb/pulg2.
P = 1.1. Po.
Donde P es la presión de diseño, y Po es la presión de operación.
Al determinar la presión de diseño (P), debe tomarse en consideración la presión
hidrostática debida a la columna del fluido que estemos manejando, si éste es líquido sobre
todo en recipientes cilíndricos verticales.
PRESION DE DISEÑO
La presión de diseño es de 130 psi
La presión de operación es de 100 psi
DISEÑO ÓPTIMO DEL RECIPIENTE
Para la construcción de un recipiente de una cierta capacidad con el mínimo material, la
longitud del diámetro en relación con la longitud horizontal del mismo, se recurre al diseño
óptimo del recipiente. Para encontrar el diámetro óptimo del recipiente se sigue el siguiente
proceso:
CALCULAR EL VALOR DE F:
F
P
CSE
DONDE:
P = presión de diseño (psi)
C = corrosión máxima 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
cálculo del valor de F:
F
130 psi
1
pu lg 15.7 * e3 psi 1
16
0.1637
S = valor del esfuerzo del material (psi)
El esfuerzo lo encontramos en la tabla que se encuentra abajo dada la temperatura de
diseño que no excede de °F:
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Una vez determinado el valor de F se recurre a la tabla adjunta para el diseño óptimo del
recipiente, en función del volumen del recipiente y el valor de F se determina el diámetro
óptimo del recipiente.
Se recorre de manera horizontal el valor del volumen del recipiente hasta encontrar la línea
que representa el valor de F una vez realizado esto, en la intersección se recorre de manera
vertical para determinar el diámetro óptimo del recipiente:
Donde F
4.8 5
D 5 pies 60in
De la tabla que se encuentra en la parte de abajo se determina el valor del Diámetro
conforme el valor encontrado que es (F=0.1637) y un volumen del recipiente de 600 ft 3
TABLA PARA DETERMINAR EL DISEÑO ÓPTIMO DEL RECIPIENTE
V
O
L
U
M
E
N
D
E
L
R
E
C
I
P
I
E
N
T
E
Una vez calculado el diámetro óptimo se prosigue a calcular el valor de la longitud del
recipiente.
L
4V
D2
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Donde:
L = longitud del recipiente (pies)
V = volumen del recipiente ( pies 3 )
D = diámetro óptimo (pies)
Calcular la longitud del recipiente:
L
4V
4 600 pies 3
D2
3.1416 5 pies 2
D 5 pies
L 30.557s
30.557 pies
366.9in
60 pu lg adas
366.9 pu lg adas
15
9.314mts
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El procedimiento para verificar el espesor del cilindro de un recipiente a presión 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 presión interna y tengamos un
valor de “t”, usaremos este mismo valor para obtener la relación antes mencionada.
2.- Con el valor de L/Do entramos a la gráfica mostrada en la Figura (Que se
encuentra en la parte de abajo), si L/Do es mayor que 50, entramos con este valor.
Así mismo, si L/Do es menor que 0.5, usaremos este valor para entrar a la gráfica.
3.- A la altura del valor L/Do, nos movemos horizontalmente hacia la derecha hasta
encontrar la línea representativa del valor Do/t, de esta intersección, nos moveremos
verticalmente hacia abajo y determinaremos el valor del factor “A”.
4.- Entramos en la gráfica aplicable en las figuras (de la parte de abajo)para el
material utilizado con el valor del factor “A”. Hasta la línea representativa de la
temperatura de diseño, desde esta intersección nos movemos horizontalmente hacia la
derecha y leemos el valor de “B”.
5.- Con el valor de “B”, calculamos la máxima presión exterior de trabajo permitida
por medio de la ecuación:
Si el valor de “A” estubiera a la izquierda de la línea de temperatura indicada en el
punto No. 4, el valor de la máxima presión exterior de trabajo permisible será calculada
por medio de la ecuación:
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TOMANDO ENCUENTA
1/2 Plg
1/2
Plg
1 1/2 Plg
54.27Plg
60 Plg
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 presión interna
20
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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CÁLCULO DE LOS ANILLOS ATIESADORES
Hasta ahora hemos hablado de los anillos atiesadores sin profundizar en ellos. A
continuación, describiremos el procedimiento para calcular este tipo de anillos.
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1.- Seleccione el tipo de anillo atiesador más económico y calcule sus áreas As.
2.- Suponga un número de anillos y distribúyalos uniformemente entre la sección
enchaquetada, la unión cono-cilindro, o la distancia entre las líneas de tangencia más 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
sección del cuerpo, sin incluir la sección del cuerpo (Is).
4.- El momento de inercia requerido en el anillo atiesador no deberá ser menor que
el determinado por una de las siguientes ecuaciones:
Donde As es el área transversal del anillo propuesto.
El valor de “A” deberá ser calculado por el siguiente procedimiento:
I.- Calcule el factor “B” usando la ecuación:
II.- Entre a la gráfica correspondiente al material utilizado en las Figuras y con el
valor de “B” y muévase horizontalmente hasta la curva representativa de la temperatura
de diseño.
III.- Desde esta intersección muévase verticalmente hacia abajo y lea el valor de
“A”.
Cuando el valor de “B” resulte menor a 2,500, “A” debe calcularse por la ecuación:
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 combinación del anillo con la sección 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 número 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 será el valor que se utilizara en el diseño de las silletas.
Con este valor se tiene:
Análisis de esfuerzos.
Se determinan los valores de . A , H , b y Ѳ
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 diámetro de 60” y el peso máximo que soporta en la silleta .
ø = 120”
29
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CALCULO DE SILLETAS
ESFUERZOS LONGITUDINALES POR FLEXIÓN
1.- El máximo esfuerzo longitudinal S1 puede ser de tensión o compresión.
2.- Cuando se calcule el esfuerzo a la tensión, en la ecuación de S1, debemos usar el
valor de K1 en vez del factor K.
3.- Cuando se calcule el esfuerzo a compresión en la ecuación de S1,
usar el valor de K8 en vez del factor K.
debemos
4.- Cuando se usen anillos atiesadores en el cuerpo, el valor de K será igual a 3.14
en la ecuación para S1.
5.- Cuando la relación t/R sea mayor o igual a 0.005 en un recipiente de
acero, el esfuerzo de compresión no se deberá tomar en consideración y
el
recipiente será diseñado para trabajar solamente a presión interna.
6.- Si el valor del esfuerzo máximo permisible es excedido por el valor de
se deberán usar anillos atiesadores en el cilindro del recipiente.
S 1,
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 más el espesor de la placa de respaldo, deberá 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 máximo 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 sumándolo al causado por la
presión interna en las tapas.
3.- Cuando se usan anillos atiesadores, el máximo 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 continuación se tabulan los valores de K9 y K10, en los cuales se
deberán hacer interpolaciones para valores intermedios.
ÁNGULO DE
CONTACTO
120°
K9
0.34
K10 0.053
130°
140°
150°
160°
170° 180°
0.33
0.32
0.30
0.29
0.27
0.25
0.045
0.037
0.032
0.026
0.022 0.017
A continuación, haremos algunas consideraciones que se deberán 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 tensión, y los negativos nos dicen que el elemento en estudio trabaja a
compresión.
2.- La primera parte de la ecuación para obtener S6, nos da directamente el valor del
esfuerzo y la segunda da el esfuerzo, circunferencial por flexión.
3.- Si el esfuerzo gobernante es el de tensión, se le agregará el esfuerzo debido a la
presión interna Pr/ts.
Cabe hacer notar que los valores de “B” obtenidos por medio de las gráficas donde se
localiza el facto ”B” dado el factor “A” representan los valores del esfuerzo a compresión de
los materiales, los cuales como puede observarse, dependen además del material de que se
trate y de su forma.
Finalmente, para determinar el cálculo de las silletas, es necesario definir el espesor
de las mismas. En los cálculo de diseño de las silletas se muestra el formato para
calcular este espesor. Anteriormente, hemos enunciado la forma de llevar a cabo los
cálculos necesarios para diseñar silletas y anillos atiesadores en recipientes a presión
cilíndricos horizontales, sin embargo, cuando las dimensiones de nuestro recipiente son
relativamente pequeñas, 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 diseño 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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3/4 DREN
3/4 MANOMETRO
3/4" DE SEGURIDAD
3/4" TERMOMETRO
Válvula de seguridad para tanque estacionario
Apertura válvula de seguridad1.7 MPa 250 Psig
Conexión de entrada a cilindro58 m3/min 2060
CFM Conexión de entrada 34" NPT Medida del
hexágono de apriete1 3/4"
Válvula de llenado para tanque (CAN
LOCK)Descripción Conexión de entrada a
cilindro 3" NPT Conexión de acoplamientoACME
1 3/4"-6Medida del Hexagono para apriete1 7/8"
Válvula de drenado para tanque estacionario con
control de exceso de flujo DescripciónConexión
de entrada a cilindro 3/4" NPT Conexión de
acoplamiento 3/4" NPTMedida del Hexagono
para apriete1 3/8"
INDICADOR
Rango de Medición: Max. 19.7 ft.
Conexión: 3/4" NPT, 2"-4" ANSI
Material: Acero Inoxidable, PVC, PPH, PTFE
Max. Presión: 290 PSIG
Max. Temperatura:350°F
Precisión: 0.4-0.8"
Salida: Resistencia, 4-20 mA
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SELECCIÓN DE BRIDAS PARA BOQUILLAS
Se recomienda que las boquillas de 1-1/4” de diámetro y menores sean instaladas por
medio de coples roscados de 3,000 y 6,000 libras/pulgada2. Las boquillas de 1 - 1/2” y
mayores deberán 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 CÉDULA
Especificación
SA-106-B
SA-53
SA-333-1
C-Si
C-Si
C-Si
Esfuerzo de cedencia en KPSI
30
30
30
Esfuerzo último en PKSI
48
48
55
Composición nominal
Esfuerzo de diseño en KPSI
15
(de - 20 a 650ºF)
44
15
13.7
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(1)
t
d
C P/SE
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(2)
Ó
t
(C P / S E ) 19
. W hg / S E d 3
d
Las ecuaciones anteriores serán usadas con las siguientes restricciones:
1.- La tapa deberá ser ciega, es decir, no deberá tener aberturas ni boquillas.
2.- Deberá ser circular.
3.- Deberá ser fabricada con alguno de los materiales ferrosos listados en las normas
ANSI B-16.5.
4.- Deberá estar entre los rangos de presión y temperatura mostrados en la tabla B16.5 de las normas ANSI.
5.- El espesor
obtenido,
de
la ecuación
correspondiente, deberá
considerarse como mínimo y deberá agregarse la tolerancia por corrosión si
existiera.
6.- La ecuación (2) se usará para calcular bridas ciegas atornilladas, de acuerdo con
los detalles “E” y “F” de la figura No. 4, y se deberán considerar independientemente
las condiciones de operación y las condiciones de sello de empaque, usando la mayor de
ellas.
Para las condiciones de operación, el valor de “P” será dado por la presión de
diseño, el valor de “S” se tomará a la temperatura de diseño y el valor de “W” será el
que resulte mayor de:
Wm1 = 0.785 G2P + 2b (
) Gm P
ó
Wm2 = ( ) b Gy
Para las condiciones de sello del empaque, se tomará P = 0, el valor de “S” a la
temperatura ambiente y “W será:
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CÁLCULO DE LA BRIDA PARA EL REGISTRO DE HOMBRE
SE PONDRA UNA BRIDA DE LINEA SLIP-ONN
int erior 24
(.25)(1)
diametro
nom
ext 32"
N
barrenos 20
24.25"
24"
circulo
barrenos 29.625
1
barrenos 1 "
4
Ancho del empaque
N
32 24.25
3.875"
2
Empaque de asbesto m=2 ; y=1600
bo
bo
3
(3.875) 1.4531"
8
1.4531
0.6
2
Localización de cara de reacción
G
32 24.25
2
28.125"
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Wm1 (0.785)(27.25) 2 (130) (0.6) (27.25)2(130)
Wm1 91773.07lb
Wm2
W
(1600)(0.6)(27.25) 82184.06lb
Wm1 91773.07lb
Tornillos SA-193
Sa=sB=25ksi
Am1
hg
t
91773.07
25e3
3.67in2
29.625 27.25
1.1875in2
2
27.25
(0.3)130 1.9(91773.07)(1.1875)
15700
(15700)(27.25)
t 1.4509"
sin
corrosion
t 1.4509 0.0625 1.5134" con
W
Am
Ab
2
( sa)
corrosion
(3.67 19.38)
(2500) 295412.5lb
2
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t
27.5
1.9(295412.5)(1)
(25000)(27.5) 3
0.903"
sin
t 0.903 0.0625 0.966"
t 1.51" 0.966"
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Para los accesorios, utilizados en el recipiente:
Manómetro Marca De Wit
Exactitud: +/- 2% del total de la escala
Elemento: Tubo bourdon de Bronce
Conexión: Bronce 3/4” N.P.T. Inferior o Posterior al centro
Mecanismo: Bronce
Caja: Lámina de acero esmaltado negro
Bisel: A presión de lámina de acero esmaltado negro
Ventana: Acrílico
Carátula: Aluminio fondo blanco, números negros
Aguja: Aluminio esmaltado negro
Tamaños: ø 40 mm (1 1/2”)
Rangos: Doble escala, kg/cm2 + psi max. 0 – 160 psi.
Termómetro Marca De Wit
Exactitud:+/- 1% del total de la escala.
Elemento: Espiral de acero actuado por tensión de gas
Conexión: con compensador de temperatura ambiental.
Mecanismo: Acero inoxidable AISI 304.
Caja: Acero inoxidable AISI 304.
Bisel: Cristal inastillable.
Ventana: Aluminio fondo blanco, números negros.
Aguja: Aluminio esmaltado negro con micro ajuste.
Bulbos: Acero, bronce, acero inoxidable de 100 mm hasta
1000 mm (ver guía de selección)
Fluidos: Glicerina (agregar “V” después del modelo)
Tamaños: ø 63 mm (3/4”), ø 100 mm (4”), ø 160 mm (6”) y
ø 250 mm (10”)
Rangos: -200ºC hasta +600ºC
Válvula de llenado Marca Nacobre
Modelo TE-2
Válvula de llenado para tanque estacionario
Descripción
Conexión de entrada a cilindro
1 1/4"-11.5 NPT
Conexión de acoplamiento
ACME 1 3/4"-6
Medida del hexágono para apriete
55
3”
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Válvula de seguridad Marca Nacobre
Modelo TE-1
Válvula de seguridad para tanque estacionario
Descripción
Apertura válvula de seguridad
1.7 MPa 250 Psig
58 m3/min 2060
Conexión de entrada a cilindro
CFM
Conexión de entrada
3/4 14 NPT
Medida del hexágono de apriete
3/4"
Válvula de drene Marca Nacobre
Modelo TE-4
Válvula de drenado para tanque estacionario con
control de exceso de flujo
Descripción
Conexión de entrada a cilindro
3/4" 14 NPT
Conexión de acoplamiento
3/4" 14 NPT
Medida del hexagono para apriete
56
1 3/8"
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Indicador de Nivel
Rango de Medición: Max. 19.7 ft.
Conexión: 3/4"=2" NPT, 2"-4" ANSI
Material: Acero Inoxidable, PVC, PPH, PTFE
Max. Presión: 290 PSIG
Max. Temperatura:350°F
Precisión: 0.4-0.8"
Salida: Resistencia, 4-20 mA
Se utilizarán coples marca NACOBRE para los accesorios con diámetro nominal
(de roscado) menores a 1- ¼” . En este caso dichos accesorios no requieren cálculo
de boquilla.
Los accesorios y coples se presentan en la tabla adjunta al dibujo del recipiente.
Manómetro
COPLE SA-105
3/4
Valvula de
seguridad
3/4
Termometro
3/4
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SOLDADURA EN RECIPIENTES A PRESIÓN
El procedimiento más utilizado actualmente en la fabricación de recipientes a presión
es el de soldadura, el cual eliminó el sistema de remachado que se usó hasta hace
algunos años.
En las Figuras, se muestran algunos detalles para la preparación del material y
aplicación de soldaduras que se utilizan actualmente.
Todas las soldaduras serán aplicadas mediante el proceso de arco eléctrico
sumergido, el cual puede ser manual o automático, En cualquiera de los dos casos,
deberá tener penetración completa y se deberá eliminar la escoria dejada por un cordón
de soldadura, antes de aplicar el siguiente.
Con el fin de verificar si una soldadura ha sido bien aplicada se utilizan varias
formas de inspección, entre ellas está el de radiografiado, la prueba de líquidos
penetrantes y algunas veces se utiliza el ultrasonido.
La prueba más comúnmente utilizada es el radiografiado, éste puede ser total o por
puntos. Cuando practicamos el radiografiado por puntos en recipientes a presión,
debemos tomar por lo menos, una radiografía por cada 15 metros de soldadura y la
longitud de cada radiografía será de 15 centímetros como mínimo.
La eficiencia de las soldaduras está mostrada en el inicio del proyecto, en ella se dan los
diferentes valores de la eficiencia (E) que debemos usar en los cálculos de acuerdo con
el tipo de unión.
Antes de aplicar cualquier soldadura, en recipientes a presión, debemos preparar un
Procedimiento de Soldadura para cada caso en particular, el cual nos indica la
preparación, diámetro del electrodo, etc., para cada tipo y espesor de material.
Debemos también hacer pruebas a los soldadores para asegurarnos que la soldadura será
aplicada por personal debidamente calificado. Estas pruebas y procedimientos deberán
apegarse estrictamente a las recomendaciones hechas por el Código A.S.M.E., Sección
IX "Welding and Brazing Qualifications."
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El material de aporte, de la soldadura, deberá ser compatible con el material base a
soldar. Los electrodos más comúnmente utilizados para soldar recipientes a presión de
acero al carbón, son el 6010 y el 7018.
Cuando aplicamos soldadura en recipientes a presión de acero inoxidable, es
necesario utilizar gas inerte y se recomienda pasivar las soldaduras con una solución a
base de ácido nítrico y ácido clorhidrico.
Debemos tratar de evitar los cruces de dos o más cordones de soldadura. La
distancia mínima entre dos cordones paralelos será de 5 veces el espesor de la placa, sin
embargo, cuando sea inevitable el cruce de dos cordones, el Código A.S.M.E., Sección
VIII División 1, nos recomienda radiografiar una distancia mínima de 102 milímetros a
cada lado de la intersección.
Se recomienda no aplicar soldadura a un recipiente a presión después de haber sido relevado de
esfuerzos.
Por la Norma UW-11 RADIOGRAPHIC AND ULTRASONIC
EXAMINATION AND UW-12 JOINT EFFICIENCIES
SOLDABILIDAD.
Los materiales usados para fabricar recipientes a presión, deben tener buenas
propiedades de soldabilidad, dado que la mayoría de sus componentes son de
construcción soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales diferentes
entre sí, éstos deberán ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere. Un material,
cuantos más elementos de aleación contenga, mayores precauciones deberán tomarse
durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven las
características que proporcionan los elementos de aleación.
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68
INTEGRANTES
MEJIA RODRIGUEZ ALBERT GONZALO
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“RECIPIENTES A PRESION”
INTEGRANTES
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COSTOS DEL MATERIAL
MATERIAL
Tamaño
Especificacion
Placas del cuerpo y tapas
72”X 240”
¾”
Cople del manometro
Cople de seguridad y
drenado
Cantidad
$/unidad
Total
SA-283-Gr C
4
11.16KG
$98,766
SA-105
1
2
$25
$25
$25
¾”
SA-105
4” Diam.
4" Std
SA-53 B
Brida Ciega 150 PSI
4" Std
Empaque
Empaque
271/4”D.E X25.1/4” D.I.
6 3/16” D.E. X 4.57 “
D.I.
Tubo Ced 20
24”
Bridas S.O.R.F.150 PSI
Brida Ciega 150 PSI
Tubo Ced 10s
Brida S.O.R.F. 150 PSI
Valvula de seguridad
CAN-LOCK MACHO
Valvula de Drene
$50
1
1
$250
$250
$250
$250
SA-105
1
$250
$250
NEOPRENO
1
$350
$350
NEOPRENO
SA-53 B
1
$300
$300
1
$450
$450
24"
SA-105
1
$350
$350
24"
¾ NPT
SA-106
SA-105
1
1
$350
$350
$550
$550
3" Diam.
3/4" NPT
SA-105
1
$450
$450
316 SS Gr CF8M
Wit, 0-160psi
1
1
$420
$420
$630
$630
Wit, -200°C a
600°C
Acero inoxidable
1
$700
$700
$1,500
$1,500
$25
$25
$15
$300
$7
$140
$7
$28
$5
$20
$18
$450
3/4 NPT
SA-105
Manometro
Termometro
3/4" NPT
Indicador de nivel
3/4" NPT
Cople del Termometro
¾”
Tornillos Cab Hex.
1 1/4"
SA-105
SA-197 Gr B
1
20
Tuercas
1 1/4"
SA-194 2H
20
Tornillos Cab Hex.
5/8 "
SA-197 Gr B
4
Tuercas
5/8"
SA-194 2H
4
tornillos
tornilleria fina
1
25
$106,629
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“RECIPIENTES A PRESION”
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COSTOS COMPLEMENTARIOS
COSTOS DE ELEMENTOS
Soldadura (7018)
PRIMER UNIVERSAL
Cejado y Abombado de discos para Tapas
Radiografiado
30 Kg.
20 lt.
2
1
COSTOS DE MANO DE OBRA
Obreros
Ingenieros
Renta del equipo y la planta
Prueba Radiograficas e Hidrostaticas
4
2
2
Transportación
Otros
1
TOTAL DE COSTOS
121,554 x 30% = 36466.2
COSTO TOTAL TOMANDO 30% DE TOTAL DE COSTOS
$ 6000
$ 2000
$4300
$5000
COSTO
QUINCENAL
$ 2500
$ 6000
$ 15000
$ 8000
$ 6000
$ 2000
$8600
$5000
$ 3,500
$ 3,500
$10000
$ 223729
$ 20,000
$ 24000
$ 30000
$ 8000
223729 + 65618.7 = $290847.7
70
“RECIPIENTES A PRESION”
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ANALISIS POR ELEMENTO FINITO.
OREJAS
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PLACA DEL RECIPIENTE.
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ANALISIS DEL CUERPO
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RECIPIENTE A PRESION GENERADO EN ADVANCE PRESSURE VESSEL
Se muestra el tanque ya montado en las silletas y las soldaduras.
Se ve también el registro de hombre asi como el anillo de atiesamiento que se puso para
Soportar por presión externa.
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Aquí se ve claramente en color verde tanto las silletas con sus 2 cartabones intermedios y su placa de
refuerzo, como el registro de hombre de 24” Slip-Onn estándar igual con su placa de refuerzo esta para aguantar
las grandes presiones que provoca el haberle quitado el area de la boquilla y no genere una concetracion de
esfuerzos.
75
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Con el programa Advance Pressure Vessel se puede analizar y mallar lo que es el tanque para ver una real
distribución tanto de las placas para el cuerpo, las tapas y las silletas.
76
4
A
3/4
3/4
B
2
C
D
F LUID
130 P SI
600 Ft ³
GAS NAT URAL
S HE LL
S A -283 Gr C
1 1/2 Plg
V OLUME
312°F
S A -283 Gr C
DES IGN PRES SURE
S A -283 Gr C
REGIS TRO DE HOM BRE
S TIFF ENER RING
B OLTS
S A-36
S A -194-2H
S A -193 B7
INT ERNA L FINISH
WE LDING
GASK ETS
P RIM A RIO A NTICORROSIVO
NO
E -7018 / S A -5.17-EM13K/F70-EM13K
NE OP RENO
1/2 Plg
E XT ERNA L FINISH
P LA TF ORMS A ND STAIRS
S TRUCTURE
NUTS
A NCHOR BOLTS
REINF ORCING P AD
S A -106-B
197.23 P SI SHELL /222.8 PS I HE DS
170 P SI
12
T ORIS PHERICAL HEADS
S A -105
OPE RA TING T EM PE RATURE
1
150
M AX IM UM A LLOWAB LE WORKING P RE SS URE
100% S HE LL/85 % HEADS
13
13
18
S A -105
S ORF
A LIME NT ACION
HYDROST AT IC TEST
E LIPS PIDA LE S RE L 2:1
NIV EL
JOINT E FF ICIENCY
NONE
17.92 P SI
HEADS T YPE
0.0625 Plg
M AX . A LLOW, EX T. WORK ING PRES SURE
INS ULATION
NONE
T ERMOME TRO
M ANOM ET RO
V ALVULA DE SE GURIDAD
A LLOWA B LE CORROSION
A SM E, S EC. VIII DIV 1, EDIT ION 2007
T HRE A DE D COUPLINGS
6
S A -106-B
S A -105
DREN
S A-36
S A -105
S A -105
150
3000
3000
S ORF
3000
10
6
3/4
S A -105
3/4
3000
G
3/4
H
F
11
15
S TRES S RE LIEVE
NONE
12
16
DE S IGN CODE
16
NA T IONA L BOARD NO.
18
1/2 Plg
60 Plg
A
10.362 Plg
54.27Plg
15 Plg
P /REV IS ION Y/O AP ROBA CION
15/OCT/08
C.R.M.
RAZON SOCIAL S.A DE C.V
C.R.M
CLIENTE :
DIS EÑO:
(Desi gn by)
A .G.M.R C.R.M
A .G.M.R
DIB UJO:
(Drawi ng by)
REV IS O:
(Revi ew by)
A PROB O:
77
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GLOSARIO
Abrasión: La separación del material de la superficie en cualquier sólido mediante la fricción
de otro sólido, un sólido o un gas o una combinación de estos.
Aleación: Sustancia con propiedades metálicas formada por dos o más elementos; con
pocas excepciones, los componentes son generalmente elementos metálicos.
Casco: Elemento estructural hecho para circundar un espacio. La mayoría de los cascos
son generados por la revolución de una curva plana.
Cople: Manguito o casquillo que se utiliza para unir dos tubos.
Corrosión: Erosión química causada por agentes con o sin movimiento. Es la destrucción
gradual de un metal o aleación debido a procesos químicos como la oxidación o a la acción
de un agente químico.
Elástico: Capaz de sostener esfuerzo sin deformación permanente; el término se usa
también para designar conformidad con la ley de proporcionalidad de esfuerzo-deformación.
Escoria: Producto que se forma por la acción de un fundente sobre los elementos
constitutivos de un mineral procesado, o sobre los elementos constitutivos elementos
oxidados que son indeseables.
Factor de seguridad: La relación de la carga que ocasionaría la falla de un miembro o
estructura a la carga que se le impone en servicio.
Fatiga: Tendencia de los materiales a fracturarse cuando se someten a muchas repeticiones
de un esfuerzo considerablemente menor que la resistencia estática a la ruptura.
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Isotrópico: Que tiene las mismas propiedades de resistencia y elasticidad en todas la
direcciones.
Oxidación: Desprendimiento de escamas de los metales, es el fenómeno que ocurre a altas
temperaturas y cuando hay entrada de aire.
Presión absoluta: La presión media desde el cero absoluto de presión que, teóricamente se
obtiene en vacío o al cero absoluto de temperatura, para distinguirla de la presión
manométrica.
Presión de diseño: La presión que se usa para determinar el espesor mínimo permitido o
las características físicas de las diferentes partes del depósito.
Presión de operación: La presión a la que esta sometido normalmente un depósito y que
se localiza en su parte superior, no debe exceder de la presión máxima de trabajo permitida.
Presión manométrica: La cantidad por la cual es mayor la presión absoluta que la presión
atmosférica.
Prueba: Ensayo que sirve para comprobar que el recipiente es adecuado para la presión de
diseño.
Prueba hidrostática: El recipiente terminado una vez lleno con agua, debe someterse a una
presión de prueba igual a 1 ½ veces la presión máxima de trabajo permitida, la cual debe
marcarse en el recipiente, o a 1 ½ veces la presión de diseño, según acuerde el usuario y el
fabricante.
Prueba neumática: El recipiente terminado puede probarse con aire comprimido una vez de
aplicarle la prueba hidrostática cuando no puede llenarse con agua bajo condiciones de
seguridad o cuando no sean tolerables las trazas que pudieran quedar del líquido de prueba.
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La prueba a presión neumática debe hacerse a 1 ¼ veces la presión máxima de operación
permitida.
Radiografiado: El proceso de pasar radiaciones electrónicas a través de una objeto y
obtener un registro de su estado interno sobre una película sensibilizada.
Resistencia a la tensión: Esfuerzo máximo que puede soportar un material sometido a
carga de estiramiento sin que falle.
Soldadura: Unión localizada del metal producida por fusión con o sin uso de metal de aporte
y con o sin aplicación de presión.
Temperatura de diseño: La temperatura media del metal (a través del espesor) que se
espera bajo las condiciones de trabajo para la parte bajo consideración.
Válvula de alivio para presión: Una válvula que hace bajar la presión al rebasar un límite
especificado y vuelve a cerrarse al volver a lo norma las condiciones de operación.
Válvula de compuerta: Válvula que tiene una compuerta, a menudo en forma de cuña, que
deja pasar un fluido al ser levantada de su asiento.
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CONCLUSIÓN.
El uso de recipientes a presión permite el seguro almacenaje y operación de fluido.
Para lograr desarrollar un recipiente que garantice lo anterior debe estar regulado por
los códigos y normas ASME.
Al termino de este proyecto se ah generado una memoria de calculo que respalda todo
el diseño que se ah elaborado, lo cual permite ofrecer la calidad necesaria para
desempeñar las funciones que exigen las actividades que el consumidor requiere
Un aspecto importante que se ah considerado es el obtener la mayor eficiencia
posible al menor costo, lo anterior se cumplirá sin descuidar las medidas de
seguridad pertinentes.
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BIBLIOGRAFÍA
Manual de Recipientes a Presión
Diseño y Cálculo
Autor. Eugene F. Megyesy
Editorial Limusa
Primera edición 1989
Código A.S.M.E. Sección VIII División 1
Procesos de Manufactura Versión SI
B. H. Amstead
Myron l. Begeman
Editorial CECSA
Primera Edición
Manual de especificaciones
Altos hornos de mexico.
Pressure Vessel Desing Manual
Deniss Moss
Editorial GPP
THIRD EDITION
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