ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

DPTO. CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO MECÁNICO

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BIBLIOGRAFÍA

• PRESSURE VESSEL, Handbook, 12th Edition Eugene Megyesy

• PRESSURE VESSEL, Design Manual, 3rd Edition, Dennis Moss

• Códigos: o ASME VIII Div1 o ASME IX o ASME B31 o API 650

• WEB:

o asme.org o api.org o coade.com

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ÍNDICE

Paginas

Unidad 1: Preingeniería 4

Unidad 2:

Código ASME VIII-1, Diseño de Recipientes 5 Unidad 3:

Código ASME IX, Calificación de soldadura y soldadores 44 Unidad 4:

Estándar AWS 56

Unidad 5: ASME B31, Códigos de Tuberías 64

Unidad 6:

Código API, Diseño de Tanques Atmosféricos 80

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UNIDAD 1 PREINGENIERIA Objetivo: Determinar pesos de materiales y cantidades de obra, basados en cálculos preliminares, uso de tablas y estándares Contenido:

• Diseño básico / elemental. • Utilización de estándares. • Determinación:

de pesos:

- laminas - bridas - pernos - etc.

cantidades de obra: - corte

- conformado - soldadura - Áreas de pintura - etc.

• Ejemplos y ejercicios

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UNIDAD 2 CÓDIGO ASME, SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1, “DISEÑO DE

RECIPIENTES A PRESIÓN” Objetivo: Proporcionar al alumno la información sobre la sección VIII División 1, incluyendo el diseño básico de recipientes a presión y los estándares de referencia.

Contenido:

RECIPIENTES A PRESIÓN ESFUERZOS EN RECIPIENTES A PRESIÓN La categoría e intensidad de los esfuerzos son función de la naturaleza de las cargas, la geometría y construcción de los componentes del recipiente. CARGAS (UG-22)

− Presión interna o externa. − Peso del recipiente y su contenido. − Reacciones estáticas. − Reacciones cíclicas y dinámicas.

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− Presión de viento. − Fuerzas por sismo. − Reacciones por impacto. − Gradientes de temperatura.

ESFUERZOS (UG-23)

− Esfuerzo de tensión. − Esfuerzo de compresión longitudinal.

Una presión interna o externa uniforme, induce en la soldadura longitudinal un esfuerzo dos veces mayor al esfuerzo producido en la soldadura circunferencial.

t*4D*PS1 = Esf. Longitudinal (Juntas Circunferenciales)

t*2D*PS2 = Esf. Circunferencial (Juntas Longitudinales)

D: diámetro. P: presión interna o externa. t : espesor.

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PRESIÓN INTERNA Presión de Operación: es la presión requerida por el proceso, a la cual el recipiente esta normalmente operando. Presión de Diseño: recomendable mayor que la de operación 10% o 30 psi, lo que sea mayor. También se debe considerar la presión del fluido o cualquier otro contenido del recipiente. 1 pie agua = 0.433 psi. 1psi = 2.309 pie de agua. MÁXIMA PRESIÓN ADMISIBLE DE TRABAJO (MAWP) Es la presión interna a la cual el elemento más débil del recipiente esta cargado en su punto máximo permisible, y el recipiente se asume:

− En condición corroída. − Bajo los efectos de la temperatura de diseño. − En posición normal de operación. − Bajo el efecto de otras cargas (viento, presión externa, presión

hidrostática, etc.). PRUEBA HIDROSTÁTICA Debe ser realizada una vez que la fabricación esta completa.

diseño) de ra(temperatu Sprueba) de ra(temperatu S x DISEÑO) (P. o MAWP x 3.1=hP

Ph: Presión de Prueba Hidrostática. MAWP: Máxima presión Admisible de Trabajo. P. Diseño: Presión de diseño. S : Esfuerzo admisible a tensión. Una prueba neumática puede ser realizada en lugar de la prueba hidrostática (UG-100). VALOR DEL MÁXIMO ESFUERZO ADMISIBLE El máximo valor del esfuerzo admisible a tensión, es el máximo valor de esfuerzo con el cual debemos diseñar y calcular los recipientes a presión.

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EFICIENCIA DE LA JUNTA (UW-12) El valor de la eficiencia de la junta (E), va a depender del tipo de unión y del grado de radiografiado que se aplique. Para el caso de juntas a tope soldadas por ambos lados, los valores son los siguientes:

E / Rx

1 FULL TOTAL 0.85 SPOT POR PUNTOS 0.7 NONE NO

FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE RECIPIENTES A PRESIÓN P: Presión de diseño o MAWP (psi). S: Valor del esfuerzo del material (psi). E: Eficiencia de la junta. R: Radio interior/exterior (in). D: Diámetro interior/exterior (in). t: Espesor de la pared (in). C.A.: Corrosión admisible (in). L: Radio de bombeo interno/externo (in). r: Radio de rebordeo (in). 1.- EN TÉRMINOS DE LAS DIMENSIONES INTERIORES. 1.1.- CUERPO CILÍNDRICO

P*0.6E*SR*Pt

−=

t*0.6Rt*E*SP

+=

• Usualmente gobierna el esfuerzo en la costura longitudinal. • Cuando t excede la mitad del radio interno o P excede 0.385 S*E

⇒ Fórmulas apéndice 1.2 1.2.- CABEZA HEMISFÉRICA

P*0.2E*S*2R*Pt−

= t*0.2Rt*E*S*2P

+=

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• Cuando t excede a 0.356 R o P excede 0.665 S*E ⇒ Fórmulas apéndice 1.3

1.3.- CABEZA ELIPSOIDAL 2:1

P*0.2E*S*2D*Pt−

= t*0.2Dt*E*S*2P

+=

• Para otra razón diferente a 2 :1 ⇒ Fórmulas apéndice 1.4 (c)

1.4.- CABEZA TORIESFÉRICA

1.4.1.- Cuando L / r = 16 2/3

P*0.1E*SL*P*0.885t

−=

t*0.1L*0.885t*E*SP

+=

1.4.2.- Cuando L / r < 16 2/3

P*0.2E*S*2M*L*Pt

−=

t*0.2M*Lt*E*S*2P

+=

1.4.3- Cuando L / r > 16 2/3

⇒ non – code construction

)3(41

rLM +=

1.5.- SECCIÓN CÓNICA

( ) ( )P*0.6-E*S*cos*2D*Pt

α= ( )

( )αα

cos*t*2.1Dcos*t*E*S*2P

+=

• α no debe ser mayor de 30° • Si α es mayor

⇒ Fórmulas apéndice 1 – 5 (e).

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Ejemplos / Ejercicios:

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2.- EN TÉRMINOS DE LAS DIMENSIONES EXTERIORES. 2.1.- CUERPO CILÍNDRICO

P*0.4E*SR*Pt

+=

t*0.4-Rt*E*SP =

• Usualmente gobierna el esfuerzo en la costura longitudinal. • Cuando t excede la mitad del radio o P excede 0.385 S*E

⇒ Fórmulas apéndice 1 –2. 2.2.- CABEZA HEMIESFÉRICA

P*0.8E*S*2R*Pt+

= t*0.8-Rt*E*S*2P =

• Cuando t excede 0.356 R o P excede 0.665 S*E.

⇒ Fórmulas apéndice 1 .3 2.3.- CABEZA ELIPSOIDAL

P*1.8E*S*2D*Pt+

= t*1.8-Dt*E*S*2P =

• Para otra razón diferente a 2 :1

⇒ Fórmulas apéndice 1 – 4 (c). 2.4.- CABEZA TORIESFÉRICA

2.4.1.- Cuando L /r = 16 2/3

P*0.8E*SL*P*0.885t

+=

t*0.8L*0.885t*E*SP

−=

2.4.2.- Cuando L /r < 16 2/3

0.2)-(M*PE*S*2M*L*Pt

+=

0.2)-(M*t-M*Lt*E*S*2P =

2.4.3.- Cuando L/r > 16 2/3

∴ non code construction

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2.5.- SECCIÓN CÓNICA

( ) ( )P*0.4E*S*cos*2D*Pt

+=

α ( )

( )αα

cos*t*8.0Dcos*t*E*S*2P

−=

• α no debe ser mayor de 30° • Si α es mayor

Ejemplos / Ejercicios:

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ABERTURAS

Las aberturas en recipientes a presión deben ser preferentemente: circulares, elípticas “obround”. La abertura “obround” es aquella formada por dos paralelas y los finales semicirculares.

TAMAÑO DE LAS ABERTURAS Las reglas que vamos a ver están en conformidad con los párrafos UG – 36 al UG – 43 y se aplican para:

• Recipientes de máximo 60″ de diámetro interior, la mitad del diámetro del recipiente, pero máximo 20″.

• Recipientes de más de 60″ de diámetro interior, un tercio del diámetro del recipiente, pero máximo 40″.

Para aberturas que exceden estos límites, se debe revisar las reglas del apéndice 1-7.

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CÓDIGO ASME

ORGANIZACIÓN E HISTORIA El trabajo inicial del comité ASME para calderas y recipientes produjo en 1911 el primer código para calderas y recipientes a presión, sección I, calderas de potencia. Este fue citado por primera vez en 1914, desde ese momento los códigos han crecido hasta incluir los diferentes volúmenes que se conocen hoy en día. Para prevenir la duplicación de los requisitos los códigos han sido catalogados en dos:

• Códigos de construcción. • Códigos de referencia.

HISTORIA DE LOS CÓDIGOS DE CONSTRUCCIÓN 1914 Sección I, Calderas de potencia. 1923 Sección IV, Calderas calefactores. 1928 Sección VIII, Recipientes a presión sin fuego directo. 1965 Sección III, Componentes de plantas de potencia nucleares. 1968 Sección VIII Div1 Recipientes a presión. 1968 Sección VIII Div2 Reglas alternativas para recipientes a presión. 1969 Sección X, Recipientes a presión plásticos reforzadas con fibra de vidrio. 1970 Sección XI, Inspección en servicio, plantas de potencia nucleares. 1997 Sección VIII Div3 Reglas alternativas para recipientes a alta presión. 1998 Sección III Div 3 Sistemas de contención y empacado para transporte de combustible nuclear desgastado y desechos con alto nivel de radioactividad.

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2004 Sección XII Reglas Para construcción de Tanques Transportables.

HISTORIA DE LOS CÓDIGOS DE REFERENCIA 1924 Sección II, Código de materiales (ASTM). 1937 Sección IX, Calificación de procedimientos de soldadura y soldadores. Antes, la sección IX aparecía como un suplemento de la sección VIII. 1971 Sección V, Ensayos no destructivos (NDE).Antes, los requisitos para los NDE aparecían en cada código de construcción. 1974 Sección IX, Se produce una revisión drástica a esta sección. ESTAMPES

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REGLAS PARA LOS CÓDIGOS DE REFERENCIA Los códigos de referencia son usados solamente cuando y como, sean referidos por el código de construcción. REGLAS PARA LOS CÓDIGOS DE INSPECCIÓN La sección XI es un código ASME para la inspección, reparación y alteración de plantas de potencia nucleares y es usado cuando es requerido por las jurisdicciones. EL FORMATO DE COMITÉ DEL ASME Los códigos ASME, son escritos revisados e interpretados, siguiendo un proceso de comité. El comité principal tiene que aprobar todos los ítems puestos a su consideración por los sub- comités antes de que estos sean incluidos en el código. Existen sub-comités para cada código y subgrupos y grupos de trabajo dentro de cada subcomité. EL SISTEMA ASME

M = Fabricantes poseedores del certificado

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REVISIONES AL CÓDIGO Una revisión al código, es un cambio en los requisitos anteriormente establecidos. Su utilización es opcional una vez editadas, pero se convierten en obligatorias seis meses después de la fecha de edición. Estas revisiones son llamadas adendas.

Ed Adenda

95 96 97

98 99 00

01 02 03

Se editan el primero de julio, pero se vuelven obligatorias el primero de enero del siguiente año. ERRATAS.- Son correcciones al código, por ejemplo: error de impresión o tipográfico; las erratas normalmente son retroactivas a la fecha de edición de la adenda. CASOS CÓDIGO.- Son alternativas o reglas nuevas para el código, y son aplicables únicamente al código especificado. Su uso no es obligatorio, pero si son usados, se tiene que aplicar todos los requisitos e identificar el uso del caso código en el reporte de datos. INTERPRETACIONES.- Son opiniones oficiales editadas por el ASME, las cuales clarifican el intento del código basadas en las preguntas hechas. Las interpretaciones no pueden ser hechas a ítems fuera del alcance del código. Las solicitudes de interpretaciones tienen que ser enviadas a la secretaría del sub-comité aplicable, y tienen que cumplir con lo delineado en el apéndice 16 de la sección VIII div. 1. OPINIONES.- Son interpretaciones no oficiales del intento del código y pueden ser dadas por:

• El “National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors”. • Las agencies de Inspección autorizadas. • Los miembros del ASME. • Las jurisdicciones.

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EL NATIONAL BOARD.- Es una organización comprendida por los jefes de inspectores de los Estados, Ciudades y Territorios de los Estados Unidos, las provincias y territorios de Canadá y México. Los objetivos del National Board son:

• La administración uniforme y hacer cumplir las leyes para calderas y recipientes a presión.

• La estandarización de la construcción. • La estandarización de la operación. • La estandarización de la calificación de los inspectores. • Las pruebas de las válvulas de seguridad construidas en cumplimiento

del ASME. Comisión del National Board.- para ser inspector autorizado (I.A) se necesita obtener una comisión y esta es emitida por el “National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors”. Su emisión esta basada en la aprobación de un examen escrito y tiene que ser renovado anualmente.

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Varios endosos pueden ser obtenidos posteriormente con un mayor entrenamiento y exámenes adicionales. Pérdida de la Comisión del “N.B.”.- las comisiones del “N.B.” se pueden revocar por:

• Falsificación de la información en la aplicación. • Faltar a los deberes indicados en cualquier de los códigos ASME. • Falsificación en cualquier reporte de datos.

Agencia de Inspección Autorizada (A.I.A).- una agencia de inspección autorizada puede ser:

• Una compañía aseguradora autorizada por escrito para asegurar calderas y recipientes a presión dentro de una jurisdicción en particular.

• La jurisdicción encargada de hacer cumplir las reglas de seguridad para la operación de calderas y recipientes de presión.

Todas las A.I.A tienen que ser acreditadas por el ASME y poseer un certificado de acreditación válido. Deberes de la AIA.- los deberes de la AIA están delineados en las reglas y regulaciones del “N.B”, y son:

• Participar en las revisiones conjuntas. • Emplear supervisores de inspectores autorizados para que supervisen

las actividades de los inspectores. • Suministrar a todos los IA el nombre y número telefónico de su

supervisor. • Suministrar instrucciones escritas a los IA explicándoles que tienen que

contactar a su supervisor cuando los problemas de incumplimiento del código no puedan ser resueltos, y cuando los nuevos requisitos del código los puedan afectar.

Deberes del Inspector Autorizado.- los deberes específicos del IA están descritos en los diferentes códigos, como también en las reglas y regulaciones del “National Board”, estos incluyen:

• Verificar que el fabricante tenga un certificado de autorización válido. • Verificar que el fabricante tienen los libros del código adecuados, las

adendas y cualquier caso código aplicable. • Monitorear la implementación del sistema de control de calidad y aceptar

los cambios en este sistema. • Verificar que los cálculos de diseño aplicables estén disponibles. • Verificar que todos los materiales cumplen los requisitos del código. • Verificar que todos los soldadores estén calificados apropiadamente. • Verificar que solamente sean usados procedimientos y soldadores

calificados.

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• Verificar que los tratamientos térmicos requeridos cumplan con el código y sean registrados apropiadamente.

• Verificar que los ensayos no destructivos sean efectuados apropiadamente por personal calificado y sus resultados registrados como es requerido.

• Atestiguar la prueba de presión, si ésta es requerida. • Verificar que todas las inconformidades código sean resueltas

apropiadamente. • Verificar que los datos en la placa de datos sean correctos y que ésta

sea pegada al recipiente apropiadamente. Proceso de Acreditación del ASME.- antes de aplicar para un certificado de autorización ASME, un taller debe tener:

• El personal entrenado y calificado apropiadamente y con un completo conocimiento y entendimiento de los códigos ASME aplicables y los estándares de referencia.

• Las facilidades adecuadas para poder manejar el alcance del trabajo que se esta solicitando.

• Un contrato con una agencia de inspección autorizada. REVISIÓN CONJUNTA Es una evaluación del manual de control de calidad con el fin de observar si este es adecuado y una auditoria para verificar la implementación apropiada de este. La revisión es efectuada por el ASME o el designado ASME (National Board, jurisdicción, etc.) y la A.I.A. La revisión es realizada antes de obtener el certificado y luego cada tres años (Joint Review).

ALCANCE DE LAS SECCIONES I Y VIII Alcance Sección I

• Calderas de potencia, vapor de agua u otro vapor excediendo 15 psi. • Calderas eléctricas, de potencia o calderas calefactores calentadas por

medio de electricidad. • Calderas miniatura, de potencia o calefactores. • Calderas de agua caliente, mayores de 160 psi y/o 250 °F. • Calderas de vapor de agua sin fuego, calderas recuperadoras. • Tanques de expansión.

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Alcance Sección VIII Div.1 El alcance de la sección VIII Div 1, intenta cubrir, pero no esta limitado a:

• Recipientes que contengan agua bajo presión y que excedan: − Una presión de diseño de 300 psi. − Una temperatura de diseño de 210 °F.

• Tanques de almacenamiento de agua caliente calentados por medios indirectos y que exceden de:

− 200.000 BTU/ hr. − 210 °F. − 120 Gl.

• Recipientes que tengan un diámetro interior mayor de 6″. • Recipientes que tengan una presión de operación interna o externa

mayor de 15 psi. • Recipientes que tengan una presión de diseño que no excede de 3000

psi. Alcance de la Sección VIII Div 2 Este código contiene las reglas alternativas para los requisitos mínimos de construcción, inspección y certificación de recipientes que caen dentro del alcance de la sección VIII div.1. Estas reglas son más restrictivas en las áreas de diseño, NDE, y materiales, y son usadas especialmente en la construcción de recipientes a presión de pared gruesa y con altas presiones. Alcance Sección VIII Div. 3 El alcance de la sección VIII div 3, intenta cubrir, pero no esta limitado a:

• Recipientes metálicos generalmente sobre los 10000 psi. • Contenedores a presión para retener fluidos. • Recipientes a presión estacionarios. • Recipientes con fuego directo que no están dentro del alcance de la

sección I. Alcance Geométrico de la Sección VIII Div 1 El alcance geométrico del código es:

• Hasta el borde a soldar de la primera junta circunferencial para conexiones soldadas.

• Hasta la primera junta roscada para conexiones roscadas. • Hasta la cara de la brida de las conexiones bridadas.

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• Hasta la tapa en entradas de hombre y aberturas de inspección. • Hasta la soldadura de las partes de no presión soldadas a las partes de

presión.

SECCIÓN VIII-1: DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESIÓN Organización de la Sección VIII, Div 1

• Sub- Sección A: sección general. UG, requisitos generales.

• Sub-Sección B: métodos de fabricación. UW, recipientes soldados. UF, recipientes forjados. UB, recipientes soldados por Brazing.

• Sub-Sección C: sección de materiales. UCS: Aceros al carbón y bajamente aleados. UNF: Materiales no ferrosos. UHA: Aceros altamente aleados (inox). UCI: Materiales de hierro fundido UCL: Materiales Clad UCD: Materiales de fundición dúctil UHT: materiales tratados térmicamente. ULW: Recipientes por capas ULT: Materiales para baja temperatura

• Apéndices: 1 – 31 obligatorios. A – EE no obligatorios “buenas prácticas sugeridas”.

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Filosofía del Diseño en la Sección VIII Div 1 Los requisitos de diseño en la sección VIII, div 1 están basados en:

− El tipo de fabricación. − El tipo de material usado.

Requisitos de Servicio El dueño tiene (es obligatorio) que especificar el tipo de servicio como también cualquier otra información pertinente, o el fabricante podría no estar capacitado para cumplir con los requisitos aplicables del código, para las condiciones de servicio requerido. Fórmulas de Diseño Si una fórmula del código es aplicable para un componente en particular bajo consideración, el uso de esta fórmula es obligatorio. Tipos de Servicio.- UW – 2 Cinco tipos de condiciones de servicio son relacionados en la sección VIII:

− Servicio letal. − Servicio a baja temperatura. − Calderas de vapor sin fuego directo. − Recipientes con fuego directo. − Sin restricciones (no se encuentra en UW – 2).

Cargas de Diseño.- UG – 22 Varios tipos de cargas son identificados en la sección VIII y todos tienen que ser considerados en el diseño del recipiente, estos son:

− Cargas por presión (int. o ext.). − Gradientes de temperatura y expansión térmica. − Peso del recipiente y su contenido (durante operación o prueba). − Cargas superpuestas, por ejemplo: estáticas. − Esfuerzos localizados. − Cargas de impacto. − Cargas cíclicas. − Cargas de viento/ terremoto (cuando sean aplicables). − Presiones anormales causadas por la deflagración (cuando se presenta

una carga explosiva de los equipos adyacentes). La sección VIII Div 1, suministra reglas únicamente para calcular las cargas por presión. Para las otras condiciones, cualquier práctica de ingeniería aplicable puede ser usada.

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Responsabilidades del Usuario El usuario deberá suministrar al fabricante la siguiente información tal que el recipiente sea diseñado para cumplir las condiciones de servicio requeridos:

• Presión y temperatura de diseño. • Cargas. • Tolerancias de corrosión. • Requisitos de servicio. • PWHT o RT sino son requeridos por el código.

El Diseño puede ser realizado por: Los recipientes de acuerdo con la sección VIII div 1, pueden ser diseñados por el comprador, su agente designado, el poseedor del certificado o su sub-contratista. Sin embargo, el poseedor del certificado quien estampará el recipiente será siempre responsable, por cumplir todos los requisitos del código, incluyendo aquellos relacionados con el diseño. No existe en la sección VIII div 1 requisitos para la calificación de diseñadores.

RADIOGRAFÍA Tipos de RT: Total (Full) Por puntos (Spot) Ninguna (None) Requisitos de RT Además del RT requerido por el servicio, las soldaduras a tope que exceden ciertos espesores también tienen que ser radiografiados. Cuando la RT no es requerida por las reglas específicas del código, el grado de RT es una opción del diseño y es determinado por la eficiencia de la junta deseada, por lo cual el diseñador puede usar eficiencias de diseño más altas, si se realizan radiografías adicionales. Radiografía Total.- UW – 11 (a) RT 1 Las siguientes soldaduras tienen que ser examinadas en su longitud total:

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• Todas las juntas a tope en cuerpos y cabezas de recipientes usados

para contener sustancias letales. • Todas las juntas a tope en recipientes con un espesor nominal en las

juntas soldadas excediendo 1 1/2″. • Todas las juntas a tope en cuerpos y cabezas de calderas a vapor sin

fuego directo con presiones de diseño sobre los 50 psi. Radiografía por Puntos.- UW – 12 (b) RT 2 La radiografía por puntos (“spot”) es una herramienta de inspección y un chequeo de control de calidad. La mínima extensión de un “spot” a examinar por RT debe incluir:

• Un “spot” (punto) de 6″ por cada incremento de soldadura de 50′ o fracción de este.

• Cada incremento de 50′ debe incluir un número suficiente de puntos para examinar el trabajo de cada soldador.

• La localización del “spot” a ser RT debe ser escogido por el IA. • Las radiografías requeridas para satisfacer otras reglas no deben ser

usadas para satisfacer estos requisitos.

CONSIDERACIONES DE ESPESOR Requisitos Generales UG – 16 (b) El mínimo espesor para cuerpos y cabezas después de conformado e independientemente de la forma de producto y material, deben ser 1/16″ excluyendo cualquier tolerancia para corrosión con las siguientes excepciones:

1. No aplica para placas que transfieran calor de intercambiadores de calor.

2. No aplica para tubos de intercambiadores de calor, donde la tubería o los tubos sean de 6″ NPS y menores.

3. El mínimo espesor de cuerpos y cabezas de calderas de vapor sin fuego directo debe ser 1/4″ excluyendo cualquier tolerancia para corrosión.

4. El mínimo espesor de cuerpos y cabezas usados en servicio de aire comprimido, hechos en materiales de UCS, deberá ser 3/32″ excluyendo cualquier tolerancia para la corrosión.

UG – 16 (c) La tolerancia por bajo espesor en la fabricación de láminas es el menor valor entre 0.01″ o el 6 % del espesor ordenado. UG – 16 (d) La tolerancia por bajo espesor en la tubería, si la tubería o los tubos son ordenados por su espesor de pared nominal, la tolerancia por bajo

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espesor en la fabricación deberá ser considerado. La tolerancia por bajo espesor es del 12.5 %. UG – 16 (e) La tolerancia de corrosión en las fórmulas de diseño, los valores en las ecuaciones están dimensionados en la condición corroída. UG – 25 Corrosión. El usuario o su agente deberán especificar la tolerancia de corrosión, los recipientes sujetos a corrosión, deberán tener una abertura de drenaje en la parte más baja del recipiente.

FÓRMULAS PARA CUERPOS BAJO PRESIÓN INTERNA P: Presión de diseño o MAWP (psi). S: Valor del esfuerzo del material (psi). E: Eficiencia de la junta. R: Radio interior (in). Ro: Radio exterior (in). t: Espesor de la pared (in). C.A.: Corrosión admisible (in).

CUERPOS CILÍNDRICOS Esfuerzo Circunferencial (juntas longitudinales)

− En términos del radio interior ( t ≤ R /2 o P ≤ 0.385 SE)

P*0.6-E*SR*Pt =

t*0.6Rt*E*SP

+= UG – 27 (c) (1)

− En términos del radio exterior ( t ≤ R /2 o P ≤ 0.385 SE)

P*0.4E*SR*Pt o

+=

t*0.4Rt*E*SP

o −=

Esfuerzo longitudinal (juntas circunferenciales)

− En términos del radio interior ( t ≤ R /2 o P ≤ 1.25 SE)

P*0.4E*S*2R*Pt+

= t*0.4-Rt*E*S*2P = UG – 27 (c) (2)

Para un cuerpo cilíndrico de pared delgada, sin costura, el esfuerzo circunferencial será aproximadamente el doble del esfuerzo longitudinal.

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En la mayoría de los casos, las fórmulas para el espesor requerido basados en los esfuerzos circunferenciales de UG – 27 gobernaron sobre las fórmulas para el espesor requeridos basados en los esfuerzos longitudinales. Existen sin embargo unos pocos casos en los cuales esta regla no se mantiene, por ejemplo: recipientes verticales muy altos bajo cargas de viento y terremotos, o en recipientes horizontales muy largos soportados por sillas.

CUERPOS HECHOS A PARTIR DE TUBERÍA UG – 31 permite la fabricación de cuerpos a partir de tubería. Simplemente establece que UG – 27 deberá ser usada para calcular el espesor. Se debe tener cuidado cuando se compre tubería, que puede venir en dos formas SMLS (sin costura) o ERW (soldada por resistencia eléctrica), y por lo tanto tiene dos valores de esfuerzo diferente. ERW resiste 15% menos que un tubo sin costura.

ECUACIONES PARA CUERPOS CILÍNDRICOS GRUESOS

t: espesor mínimo requerido. P: presión de diseño interior. R: radio interior. Ro: radio exterior. S: máximo esfuerzo admisible. E: eficiencia de la junta. Apéndice 1, fórmulas de diseño suplementarias:

• En el caso donde t > R/ 2 o P > 0.385 SE Esfuerzo circunferencial (juntas longitudinales).

• Donde P es conocido y t deseado.

21

21

21

1*1*

Z

ZRoZRt

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

PESPESZ

−+

=**

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• Donde t es conocido y P es deseado.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

=11**

ZZESP

222

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=tRo

RoRRo

RtRZ

DISEÑO DE CABEZAS P: Presión de diseño. D: Diámetro interior del faldón de la cabeza. Longitud interior del eje mayor de una cabeza elíptica. Do: Diámetro exterior. h: La mitad de la longitud del eje menor de una cabeza elíptica. L: Radio interior de la esfera (para cabezas toriesféricas y

hemiesféricas). r: Radio de rebordeo. K: Factor de las fórmulas de cabezas elipsoidales. M: Factor de las formulas de cabezas toriesféricas.

Tipos de Diseños de Cabezas

• Hemiesférica / semiesférica.

• Elíptica.

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• Toriesférica.

• Cónica.

• Toricónica.

• Tapas planas.

Las reglas del código están localizadas en: UG – 32 y el Apéndice 1 – 4: cabezas formadas con la presión en el lado cóncavo (presión interna). UG – 33: cabezas formadas con la presión en el lado convexo (presión externa).

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REQUISITOS DE ESPESOR UG-32(a) y UG-32(b) Para las cabezas formadas (elípticas, toriesféricas, hemiesféricas, etc.), el espesor requerido es el espesor en el punto más delgado después del conformado. Es una costumbre usar una lámina más gruesa para prevenir el posible adelgazamiento durante el proceso de conformado. CABEZAS ELÍPTICAS 2 : 1 El eje menor es la mitad del eje mayor Una aproximación aceptable de las cabezas elípticas 2:1 es una con un radio de rebordeo de 0.17 D y un radio de bombeo esférico de 0.90 D [UG – 32 (d)]. El mínimo espesor requerido o la MAWP esta dado en [UG – 32 ( d)] como:

PES

DPt*2.0**2

*−

= tDtESP

*2.0***2

+=

OTRAS CABEZAS ELÍPTICAS Para otras relaciones de ejes mayor y menor de cabezas elípticas, el apéndice 1-4(c) suministra las formulas. En términos del diámetro interior:

P*0.2E*S*2

K*D*Pt−

= t*0.2D*K

t*E*S*2P+

=

Donde:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

2

*22

61K

hD

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CABEZA TORIESFÉRICA. Cabeza bombeada y rebordeada Cabeza F&D estándar ASME. UG-32(j)

L Máximo: D.E. del faldón r mínimo: 6% D.E. del faldón, pero en ningún caso menos que 3 veces el espesor de la cabeza. L = D.E. r = 6%L = 6% D.E.

Las fórmulas para el espesor y la presión para éste caso son dados en UG-32(e)

PESLPt

*1.0***885.0

−=

tLtESP

*1.0*885.0**+

=

Para materiales que tengan una mínima resistencia a la tensión que exceda 80,000 psi; las cabezas toriesféricas deberán ser diseñadas usando un esfuerzo admisible S = 20,000 psi a temperatura ambiente. Las fórmulas para otras proporciones son suministradas en el apéndice 1 – 4 (d). En términos del radio interior:

PESMLPt

*2.0**2**−

= tML

tESP*2.0*

***2+

=

TRANSICIÓN GRADUAL UG – 32 (l) Todas las cabezas formadas, más gruesas que el cuerpo, las cuales vayan a ser soldadas a tope, deberán tener una longitud de faldón para cumplir con los requisitos de la figura UW-13(1), esto suministra una transición 3:1 y una tolerancia para el desalineamiento de la línea de centro.

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Todas las cabezas formadas, con un espesor menor o igual que el espesor del cuerpo, al cual se van a soldar a tope, no necesitan tener un faldón integral. Cuando un faldón es suministrado, su espesor deberá ser al menos igual al requerido para un cuerpo sin costura del mismo diámetro.

FIG UW-13.1

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La línea de centro de la lámina del cuerpo puede estar en cualquier lado de la línea de centro de la lámina de la cabeza. CABEZA HEMIESFÉRICA UG-32(f) Cuando el espesor de una cabeza hemiesférica no exceda 0.356L ó P no exceda 0.665SE.

PESLPt

*2.0**2*−

= tL

tESP*2.0

**+

=

Para cuerpos esféricos gruesos App. 1.3. Típicamente el espesor de una cabeza hemiesférica es aproximadamente igual a la mitad del espesor de un cuerpo cilíndrico.

ABERTURAS Y SU REFUERZO. PROPÓSITO DE LAS ABERTURAS.

- Procesar los contenidos del recipiente - Realizar inspecciones - Darle servicios e instalar las partes internas

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- Limpiar y drenar el recipiente REQUISITOS GENERALES. Forma de las Aberturas. UG-36(a) Las aberturas en los cuerpos ó cabezas de los recipientes, deberán ser preferentemente circulares, elípticas u oblongadas. Sin embargo el código no prohíbe otras formas de aberturas. Tamaño de las Aberturas. UG-36(b)

1. Para cuerpos con diámetros ≤ 60’’, la abertura que no exceda ½ del diámetro ó 20’’

2. Cuerpos con diámetros > 60’’, la abertura que no exceda 1/3 del diámetro ó 40’’.

3. Para aberturas que excedan los límites arriba indicados, las reglas del apéndice 1-7, deberán ser satisfechos además de las reglas de UG-36 a UG-43.

Excepciones del Refuerzo. UG-36(c)(3) Las aberturas en recipientes que no están sujetos a rápidas fluctuaciones en la presión no requieren refuerzo otro que el inherente a la construcción bajo las siguientes condiciones:

a) Conexiones soldadas con una abertura no mayor que: - 3 ½” de diámetro, en cuerpos ó cabezas de recipientes de 3/8” ó menos

de espesor. - 2 3/8” de diámetro en cuerpos ó cabezas de recipientes sobre 3/8” de

espesor. b) Para conexiones roscadas, atornilladas ó expandidas en las cuales el

agujero cortado en el cuerpo ó cabeza no es mayor que 2 3/8” de diámetro.

c) Ningunas dos aberturas sin refuerzos, deberán tener sus centros más

cerca que la suma de sus diámetros.

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d) Ningunas dos aberturas sin refuerzo en un racimo de tres ó más

deberán tener sus centros más cerca de lo siguiente.

- Para cuerpos cilíndricos ó cónicos:

(1+1.5*cosθ)*(d1+d2) - Para cuerpos con doble curvatura (cabezas):

2.5*(d1+d2)

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ÁREA DEL REFUERZO

h: Proyección interna de la boca. t: Espesor de la pared del recipiente menos la C.A. tr: Espesor del la pared del recipiente calculado. tn: Espesor nominal de la boca, menos la C.A. trn: Espesor requerido en la pared de la boca. d: Diámetro interior de la abertura en condición corroída. Rn: Radio interior en condición corroída. x: Límite del refuerzo. x = d o Rn+tn+t (el mayor). y: Límite del refuerzo y = 2.5 t o 2.5 tn (el menor). Para recipientes bajo presión interna el área total transversal requerida no debe ser menor que: A = d ∗ tr Existen 5 fuentes de refuerzo: 1.- Exceso de espesor en la pared del recipiente.

A1 = (t - tr) d A1 = (t – tr) ( tn + t) 2 el mayor

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2.- Exceso de espesor en la proyección externa de la boca.

A2 = ( tn – trn) 5t A2 = ( tn – trn ) 5 tn el menor 3.- Exceso de espesor en la proyección interna de la boca.

A3 = ( tn – c) 2h 4.- Área disponible en las soldaduras

A4 = in 2

5.- Área del refuerzo

A5 = in 2

Si el valor del esfuerzo del refuerzo es menor que el valor del esfuerzo del recipiente, el área considerada como refuerzo debe ser proporcionalmente reducida y el área “A” requerida debe ser proporcionalmente incrementada. Consideraciones para el cálculo de tr:

tr: espesor requerido para cuerpo o cabezas, calculado con las fórmulas aplicables, considerando E = 1.

Cuando la apertura pasa a través de cualquier junta soldada, E = a la

eficiencia de esa junta.

Cuando se realiza una abertura en un recipiente que no es radiografiado E = 0.85 para juntas tipo 1 y E = 0.80 para juntas tipo 2.

Para cabezas toriesféricas M = 1

Ejemplos / Ejercicios:

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REQUISITOS DE FABRICACIÓN

EL FORMADO DE LOS ACEROS AL CARBÓN. El código coloca ciertos requisitos adicionales al formado de los aceros al carbono y bajamente aleados, estos incluyen:

- El formado en frío por medio de golpes no es permitido. - El formado por golpes es permitido si el material está a la temperatura

de forja (900-1000°C) y el material es PWHT. - Si la parte es formada en frío por otro diferente al poseedor del

certificado, la certificación de acuerdo a UCS-79 tiene que ser suministrada por el fabricante de la parte.

PARTES FORMADAS EN FRÍO. UCS-79

Requiere el tratamiento térmico de las partes formadas en frío, si el alargamiento de la fibra es mayor del 5% desde la condición como se laminó y si cualquiera de las siguientes condiciones existe:

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- El recipiente será para servicio letal - La prueba de impacto es requerida. - El espesor antes del conformado excede 5/8’’ - El espesor es reducido en mas del 10% ó - La temperatura de formado estuvo entre 250°F y 900°F.

Si ninguna de las condiciones existe, el porcentaje puede llegar a ser tan alto como el 40%, para materiales P1. FÓRMULAS PARA EL ALARGAMIENTO DE LA FIBRA.

t: Espesor cuerpo o cabezas (plg). Rf: Radio final de conformado (plg). Ro: Radio inicial de conformado (plg).

Para doble curvatura:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

RoRf

Rft 175externa fibra toalargamien %

Para curvatura sencilla:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

RoRf

Rft 150externa fibra toalargamien %

FUERA DE REDONDEZ. UG-80, establece que el D.I. máximo, menos el D.I. mínimo no deberá exceder el 1% del D.I. nominal. El D.I. nominal es el D.I. ordenado o intentado. FUERA DE REDONDEZ EN UNA BOQUILLA. Si la medida de fuera de redondez es tomada dentro de un D.I. de una boquilla un 2% del D.I. de la abertura, puede ser agregado. TOLERANCIAS EN CABEZAS CONFORMADAS. La superficie interior de cabezas, toriesféricas, toricónicas, hemiesféricas ó elípticas, no se deberán desviar de la forma especificada por más de 1 ¼% del D.I. hacia fuera ni por más de 5/8% del D.I. hacia adentro. El radio de rebordeado no puede ser menor que el especificado. La parte recta de la cabeza, deberá cumplir con los requisitos de redondez de UG-80.

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TRATAMIENTO TÉRMICO El tratamiento térmico es un proceso usado para recobrar o mejorar las propiedades de un material tal que éste incremente la seguridad y tiempo de vida útil de un ítem. La información sobre el tratamiento térmico utilizado para mejorar las propiedades básicas del material, se pueden encontrar en la especificación básica del material ó sub-sección “C”. TIPOS DE TRATAMIENTO TÉRMICO. PRECALENTAMIENTO: Es un método de tratamiento térmico usado para

reducir la dureza y los esfuerzos en el metal base y la zona afectada por el calor (haz). Esto disminuye la posibilidad de agrietamiento.

RECOCIDO: Es un tipo de tratamiento térmico utilizado para hacer un material más dúctil. PWHT: Se utiliza para reducir los esfuerzos metalúrgicos y las condiciones indeseables que puedan haber ocurrido durante la soldadura. TEMPLADO Y REVENIDO: Su propósito es mejorar la tenacidad y la resistencia a la tensión.

PRUEBAS DE PRESIÓN, ESTAMPADO Y REPORTE DE DATOS PRUEBAS DE PRESIÓN. Dos tipos de pruebas son usadas en la sección VIII, para determinar la integridad estructural. Estos son, la prueba hidrostática y la prueba neumática, y su propósito es detectar defectos gruesos en el diseño y la fabricación.

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REQUISITOS DE LA PRUEBA HIDROSTÁTICA. TEMPERATURA DE LA PRUEBA HIDROSTÁTICA. UG-99 (h) recomienda que la temperatura del metal durante la prueba hidrostática sea mantenida al menos 30°F, arriba de la mínima temperatura de diseño del metal para minimizar el riesgo de fractura frágil. La presión de la prueba no deberá ser aplicada hasta que el recipiente y su contenido estén a la misma temperatura. Una inspección visual cercana al recipiente no deberá ser efectuada cuando la temperatura exceda 120°F.

Ejemplo de falla por fractura frágil

PRESIÓN MÍNIMA DE PRUEBA. UG-99(b), la presión de la prueba hidrostática se determina por la fórmula:

diseñotempSpruebatempSMAWPPh ⋅⋅= 3.1

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UG-99(c), permite una prueba hidrostática, basada en una presión calculada por un acuerdo entre el usuario y el fabricante. Esta presión no puede estar por debajo que la de UG-99(b) y no puede estar por encima de la cedencia del material. REQUISITOS DE LA PRUEBA NEUMÁTICA. Una prueba neumática puede ser usada solamente, cuando el recipiente no haya sido diseñado para soportar el peso del líquido, ó donde los trazos del medio para la prueba hidrostática puedan ser peligrosos para las condiciones de servicio del recipiente. PRESIÓN MÍNIMA PARA LA PRUEBA NEUMÁTICA.

diseñotempSpruebatempSMAWPPN ⋅⋅= 1.1

INSPECCIÓN DEL RECIPIENTE. Antes de efectuar un examen visual de las juntas soldadas, la presión deberá ser bajada a la presión de la prueba dividida por 1.3 para la prueba hidrostática, ó a la presión de la prueba dividida por 1.1 para pruebas neumáticas.

“Nunca inspeccione a la Presión de la Prueba Total” Las pruebas de presión tienen que ser testificadas por el inspector autorizado, para todos los recipientes estampados “U”. Ejemplo: Placa de Identificación con “Estampe ASME”

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UNIDAD 3 CÓDIGO ASME, SECCIÓN IX, “CALIFICACIÓN DE

SOLDADURA Y SOLDADORES” Objetivo: Suministrar al alumno la información sobre la sección IX. Conocer la información básica que deben contener los documentos exigidos en esta sección el código. Contenido:

SECCIÓN IX: CALIFICACIONES DE PROCESOS DE SOLDADURA Y SOLDADORES

Es muy importante recordar que la sección IX, es un código de referencia, esto significa que solamente debe ser usada como y cuando haya sido referida. ORGANIZACIÓN GENERAL. La sección IX, contiene ó esta dividida en dos grandes grupos QW y QB (soldadura por brazing). Cada una de estas partes se divide adicionalmente en cuatro artículos y al final se encuentran tres apéndices que son comunes para las dos partes. Este curso se limitara a la parte QW. ARTICULO I: REQUISITOS PARA LA SOLDADURA QW-100 General QW-110 Orientación de la soldadura QW-120 Posición de prueba para soldadura de ranuraQW-130 Posición de prueba para soldadura de filete QW-140 Tipo y propósito de las pruebas y ensayos QW-150 Pruebas de Tensión QW-160 Pruebas de doblez guiado QW-170 Pruebas de tenacidad a las entenallas QW-180 Prueba a las soldaduras de filete QW-190 Otras pruebas y ensayo

ARTÍCULO II: CALIFICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA QW-200 General QW-210 Preparación de los cupones de prueba QW-250 Variables de la soldadura

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ARTÍCULO III: CALIFICACIONES DE LA HABILIDAD DE LOS SOLDADORES QW-300 General QW-310 Cupón de prueba para la calificación QW-320 Re-pruebas y renovación de la calificación QW-350 Variables de la soldadura para los soldadoresQW-360 Variables de la soldadura para los operadoresQW-380 Procesos especiales

ARTÍCULO IV: DATOS DE LA SOLDADURA QW-400 Variables QW-410 Técnicas QW-420 Números P QW-430 Números F QW-440 Composición química del metal soldadoQW-450 Especimenes QW-460 Gráficos QW-470 El proceso de atacado de los reactivos QW-490 Definiciones

ARTÍCULO V: ESPECIFICACIONES DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA ESTÁNDAR (SWPSs) QW-500 General QW.510 Adaptación de los SWPSs QW-520 Uso de los SWPSs sin demostración discretaQW-530 Formas QW-540 Uso en producción de los SWPSs

INTERPRETACIONES Y CASOS CÓDIGO Las interpretaciones no son parte del código, pero pueden ser muy útiles en el entendimiento del mismo. Los casos código relacionan las alternativas a las reglas nuevas, y aplican solamente al código especificado. El uso de casos código no es obligatorio. CONTROLES A LA SOLDADURA REQUERIDOS EN LOS MANUALES DE CONTROL DE CALIDAD. Cada uno de los códigos de construcción, requiere un programa de control de calidad, este programa debe incluir una descripción de los controles para soldadura, estos se encuentran:

- Sección I: Apéndice A-300 - Sección IV: Apéndice F - Sección VIII, div 1: Apéndice 10 - Sección VIII, div 2: Apéndice 18

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RETENCIÓN DE REGISTROS. No existen requisitos en los códigos no-nucleares para mantener los procedimientos de soldadura una vez un trabajo se termina. Pero como las calificaciones de los procedimientos no expiran, estos son normalmente mantenidos como procedimientos estándar de la compañía. CONTROL DE LA SOLDADURA DE PRODUCCIÓN. Para la soldadura de materiales que retengan presión, el fabricante tiene que:

1. Soldar dentro de los parámetros de un WPS calificado. 2. Usar un operador o soldador calificado. 3. Usar solamente el material de soldadura permitido en el WPS 4. Estampar o registrar la identificación del soldador sobre la parte. 5. Inspeccionar la soldadura para detectar defectos. 6. Efectuar cualquier NDE requerido.

INSPECCIÓN DE LAS SOLDADURAS. Algunas consideraciones para la inspección son:

- Que los materiales sean aceptables para el código y cumplan los criterios y diseño.

- Que la geometría de los armados cumplan con los requisitos de los WPS y todos los puntos de armado sean aceptables.

- El pase de raíz debe ser inspeccionado, para prevenir problemas posteriores en la vida de la junta.

- Inspeccionar el saneado de la raíz o el esmerilado para asegurar que un metal sano es obtenido antes de soldar desde el segundo lado.

- Examinar visualmente la soldadura final. - Efectuar cualquier NDE requerido. - Asegurar que toda la documentación apropiada esta disponible y

correcta.

RESPONSABILIDADES. RESPONSABILIDAD DEL INSPECTOR AUTORIZADO. Antes de la construcción:

- Verificar que los procedimientos cumplen con la sección IX. - Verificar que los procedimientos han sido calificados apropiadamente. - Verificar que todos los soldadores y operadores de soldadura estén

calificados apropiadamente.

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- Asegurarse que todos los requisitos del manual de CC hayan sido seguidos.

Durante la construcción:

- Asegurarse que toda la soldadura sea hecha dentro de los parámetros del WPS.

- Verificar que los límites de calificación de las soldaduras no sean excedidos o que no hayan expirado.

RESPONSABILIDAD DEL FABRICANTE. Cuando se califican los procedimientos es responsabilidad del fabricante:

- Preparar un registro de calificación del procedimiento (PQR) basado en los datos registrados durante la soldadura del cupón.

- Establecer un programa de CC para controlar las especificaciones. - Listar los parámetros para la construcción. - Preparar un WPS (especificación del procedimiento de soldadura)

escrito que relaciona todas las variables requeridas para el proceso. - Asegurar la compatibilidad metalúrgica del metal de aporte y el metal

base. Cuando se califican los soldadores, es responsabilidad del fabricante:

- Establecer un programa de CC para controlar la calificación de los soldadores.

- Calificar a cada soldador en cada proceso que el soldador vaya a usar. - Soldar el cupón de prueba de acuerda con un WPS. (calificado o no) - Controlar y supervisar la soldadura del cupón. - Mantener una identificación para los soldadores.

PROCESOS DE SOLDADURA.

OFW Soldadura con oxígeno y combustible SMAW Soldadura de arco con electrodo revestido SAW Soldadura de arco sumergido GMAW Soldadura de arco con electrodo metálico y

gas de protección (MIG) FCAW Soldadura de arco con electrodo de corazón

fundente GTAW Soldadura de arco con electrodo de

Tungsteno y gas de protección (TIG) PAW Soldadura de arco con plasma ESW Soldadura con electro-escoria EGW Soldadura con electro-gas EBW Soldadura con chorro de electrones. LBW Soldadura por rayo láser

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TIPOS DE SOLDADURA

Los tres tipos de soldadura relacionadas con la sección IX son:

1. Soldaduras de ranura: U, J, V, penetración parcial. 2. Soldaduras de filete. 3. Soldaduras de pernos.

SECCIÓN II PARTE C. Es la parte de las especificaciones de materiales que cubre los materiales de soldadura, la información incluida en estas especificaciones es:

- Los procesos que pueden ser usados con los diferentes electrodos. - Requisitos de almacenamiento recomendados. - Explicación del sistema de marcado AWS. - Las posiciones recomendadas para los electrodos. - La polaridad y corriente recomendada.

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Ej. : S: Especificación F: Filler (metal de aporte) SFA 5.1 Electrodos recubiertos de acero al carbono para soldadura de arco

E-6010/E-7018 5.4 Electrodos recubiertos de acero al Cr y Cr-Ni para soldadura de

arco resistentes a la corrosión. E-308L-15/E-309Cb-15

5.5 Electrodos recubiertos de acero bajamente aleado para soldadura de arco. E-7012-A1/E-7013-B3

5.17 Electrodos de acero al carbón y fundentes para SAW F7A6-EM12K

5.18 Metales de aporte de acero al carbón para GMAW. ER-7052/ER-7056

5.20 Electrodos de acero al carbón para FCAW

WPS

ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA.

Un WPS es un procedimiento escrito que ha sido preparado y probado por medio de la calificación y es usado para suministrar la dirección necesaria y el control cuando se efectúa la soldadura. Como mínimo este procedimiento tiene que relacionar todas las variables descritas en QW-250 para el proceso que sea aplicable, estas variables incluyen:

- Las variables esenciales y no esenciales relativas a cada proceso usado en el procedimiento.

- Los rangos aceptables (pejm: los calificados) - Otra información adicional que se desee.

CINCO PASOS PARA CALIFICAR UN WPS. En la calificación de un WPS, cinco pasos generales tienen que ser seguidos:

1. Escribir un WPS preliminar. 2. Suelde un cupón de prueba usando el WPS. 3. Prepare los especimenes de prueba. 4. Evalúe los resultados de las pruebas. 5. Documente los resultados en un PQR y certifíquelos (si es que cumple

con las normas ASME).

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ASPECTOS A CONSIDERAR CUANDO SE PREPARA UN WPS.

- Compatibilidad del metal soldado y el metal base(utilizar el electrodo adecuado)

- Propiedades metalúrgicas. - Requisitos de tratamiento térmico - Diseño de las juntas y las cargas. - Propiedades mecánicas deseadas. - Requisitos de servicio. - Habilidad de los soldadores. - Equipo disponible. - Localización de las soldaduras. - Economía. - Soldaduras aceptables de acuerdo al código no se debe juzgar las

soldaduras por su apariencia, sino por su funcionabilidad. CONTENIDO DEL WPS. Como mínimo un WPS tiene que relacionar las variables esenciales y no esenciales para el proceso y las variables esenciales suplementarias cuando la prueba de impacto sea requerida. PRUEBAS MECÁNICAS PARA UN WPS. QW-202 cubre las pruebas requeridas para las calificaciones de los procedimientos de soldadura. Como mínimo las pruebas mecánicas son dos pruebas de tensión y cuatro pruebas de doblez, los tipos de prueba de doblez son:

- Para cupones de prueba con espesores de hasta 3/8’’ incluye: Dos de cara y dos de raíz.

- Sobre 3/8’’ pero menos de ¾’’: dos de cara y dos de raíz, o cuatro de lado.

- ¾’’ y superiores: 4 pruebas de doblez de lado.

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CRITERIO DE ACEPTACIÓN DE LA PRUEBA DE TENSIÓN QW-151

- La mínima resistencia del material base. - La mínima resistencia del material más débil si se usan materiales

diferentes. - Si la rotura ocurre en el material base, fuera de la soldadura, o la línea

de fusión, el criterio puede ser 5% más bajo que la mínima resistencia del material base.

CRITERIO DE ACEPTACIÓN DE LA PRUEBA DE DOBLEZ QW-163

- Ningún defecto abierto en la soldadura ó en la zona afectada toda mayor de 1/8’’.

- Las grietas en las esquinas pueden ser ignoradas a no ser que resulten de defectos internos o escorias.

PQR

EL REPORTE DE CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTO El PQR es un documento que soporta el WPS por medio de la documentación de los resultados de la soldadura y las pruebas de un cupón.

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CONTENIDO DEL PQR. Cuando se suelda un cupón de prueba solamente lo testificado realmente y los datos actuales pueden ser registrados en el PQR. Como mínimo, el PQR tiene que documentar:

- Las variables esenciales de los procesos usados en el procedimiento. - Cuando sea aplicable las variables esenciales suplementarias. - Cualquier otra información si se desea y es medida.

CALIFICACIONES DE HABILIDAD DE LOS SOLDADORES. El artículo III (párrafos QW-300), contiene las reglas para la calificación de los soldadores y los operadores de soldadura. SOLDADOR.- es quien realiza una operación de soldadura en forma manual o semiautomática y controla las acciones durante la soldadura de un ítem. El propósito de calificar a los soldadores es determinar sus habilidades para depositar un metal soldado sano. OPERADOR DE SOLDADURA.- es quien opera una máquina de soldadura. El operador de soldadura ajusta la máquina para soldar con la cual luego efectúa la soldadura. El propósito de calificar al operador de soldadura es determinar su habilidad para operar el equipo.

WPQ

REGISTRO DE LA CALIFICACIÓN DE HABILIDAD DEL SOLDADOR. El WPQ es un documento para registrar las calificaciones de un soldador u operador. La forma exhibida en la sección IX no es obligatoria, el WPQ tiene como mínimo que documentar las variables aplicables usadas para soldar el cupón de prueba, los resultados de las pruebas, y los rangos calificados. El párrafo QW-103.2 requiere que cada fabricante mantenga un registro de los resultados obtenidos en las calificaciones de habilidad de los soldadores y operadores de soldadura. Estos registros (WPQs) tienen que ser certificados por el fabricante y deben estar disponibles al I.A.

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REGISTRO DE CONTINUIDAD DEL SOLDADOR. Aunque este documento no es realmente especificado en la sección IX, se usa comúnmente como una manera conveniente de documentar el cumplimiento con QW-322. Ej: Nombre JPAV

Estampe J1

Fecha de Calificación Cuando soldó

SMAW: 6G 1’’ P1 a P-11 04-Dic-04 22-Abr-05

GTAW: 6G-3/4’’ Max P11 25-Ene-05 03-Mar-05 Procesos

GMAW: 1G-3/4’’ Max P1 a P11 16-Feb-06

La calificación no es válida sino existe un registro de continuidad.

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EXPIRACIÓN DE LAS CALIFICACIONES. QW-322.1 requiere que los soldadores y los operadores de soldadura suelden periódicamente para mantener sus aptitudes y habilidades.

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QW-322.1(a) establece: “Cuando el no haya soldado con el proceso durante un periodo de 6 meses o más, sus calificaciones para ese proceso deberán expirar”. La recalificación es requerida cuando el límite de tiempos de QW-322.1 sea excedido ó cuando exista una razón válida para cuestionar la habilidad del soldador u operador para depositar un metal soldado sano u operar el equipo. RENOVACIÓN DE LAS CALIFICACIONES. a) Cuando las calificaciones expiran debido al límite de tiempo, la

recalificación puede ser hecha:

- Con una prueba. - Con cualquier material, espesor o diámetro. - En cualquier posición.

b) Cuando las calificaciones han sido renovadas, los soldadores y operadores de soldadura deber ser recalificados. (Debe ser hecha en la misma probeta, espesor, diámetro, y demás variables).

CUPONES DE PRUEBA. El intento de la calificación de los soldadores es determinar la habilidad para efectuar soldaduras sanas en cada proceso que usan en la producción.

- El cupón de prueba tiene que ser soldado usando un procedimiento calificado.

- Si el procedimiento requiere precalentamiento y PWHT, estos se pueden omitir.

- La calificación del WPS puede ser usada para calificar al soldador (excepto en las soldaduras de filete).

- Cada soldador y operador de soldadura debe tener asignado un número, letra o símbolo de identificación el cual tiene que ser usado para identificar trabajos.

- La prueba puede terminar si esta parece inaceptable. TIPOS DE PRUEBAS. Los soldadores / operadores de soldadura pueden ser probados por uno de los siguientes métodos:

- P. Mecánicas - P. Radiográficas

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UNIDAD 4 ESTÁNDAR AWS A2.4-93 Objetivo: Revisar los conceptos básicos sobre el uso y aplicación del estándar AWS sobre símbolos de soldadura y ensayos no destructivos. Contenido:

SÍMBOLOS AWS

SÍMBOLOS BÁSICOS DE LA SOLDADURA.

Tipo de Junta:

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SÍMBOLOS SUPLEMENTARIOS

DIMENSIONES EN LAS SOLDADURAS

Las dimensiones relativas a la sección transversal de la soldadura deberán ser escritas a la izquierda del símbolo de la soldadura, mientras que las dimensiones longitudinales se escribirán a su derecha.

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Ejemplos de apertura de raíz o luz de penetración, y ángulo de la ranura:

La profundidad de la ranura y de la penetración se deberán colocar donde figuran en los siguientes ejemplos, la ausencia de éstos números implican completa penetración.

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El tamaño de los pies del filete deberá ser colocado a la izquierda de la representación gráfica de la soldadura.

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SOLDADURAS DISCONTINUAS

ACABADO SUPERFICIAL DEL CORDÓN DE SOLDADURA

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POSICIONES DE SOLDADURA

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SIMBOLOGÍA

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Ejemplos /Ejercicios:

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UNIDAD 5 ASME B-31 “CÓDIGOS DE TUBERÍAS” Objetivo: Revisar los códigos de tuberías mas usados en el país, entendiendo sus diferencias y aplicaciones a través de la resolución de ejercicios prácticos.

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Contenido:

ASME B31

El proyecto B31 fue iniciado en 1926 como una respuesta a las necesidades de la Industria y como resultado de una solicitud al ASME y a la Asociación Americana de Estándares (ASA). El ASME sirvió como el único patrocinador administrativo. La publicación inicial fue en 1935 era como un Código Estándar Americano Tentativo para Tubería de Presión. Las revisiones desde 1942 hasta 1955 fueron publicadas como un Código Estándar Americano para Tubería de Presión ASA B31.1. Se decidió publicar diferentes secciones para los varios segmentos de la industria, la primera Sección del Código para Refinerías de Petróleo fue designada ASA B31.3 - 1959. Las revisiones al ASA B31.3 fueron publicadas en 1962 y 1966 En 1967-1969, la Asociación de Estándares Americanos fue eventualmente cambiada al Instituto Nacional de Estándares Americanos (ANSI), La siguiente revisión al B31.3 fue designada ANSI B31.3 - 1973, Las adendas fueron publicadas hasta 1975. En 1974 un borrador del código para tuberías en plantas químicas estaba listo para aprobación Se decidió editar un nuevo código B31.3 pues estos estaban muy relacionados, El nuevo Código fue titulado Tubería para Plantas Químicas y de Refinerías de Petróleo publicado como ANSI B31.3 - 1976. En 1978 fue puesto a consideración de la organización operar como el Comité de Tubería bajo los procedimientos del ASME con la acreditación del ANSI. Los comités individuales de cada Sección (p. ej. B-31.1, B-31.3, B-31.6) permanecen iguales. La segunda edición del Código para Tubería de Plantas Químicas y Refinerías de Petróleo fue editada a partir de la Edición 1976 con sus Adendas Esta fue titulada como ANSI/ASME B-31.3 - 1980. La Edición 1984 del ANSI/ASME B31.3 incluyo los requisitos para la tubería criogénica la cual inicialmente estuvo en borrador bajo el Comité de la Sección B-31.10. La Adenda a la Edición 1984 trajo cambios significativos incluyendo la incorporación de las reglas para tubería de alta presión y reorganizo los valores de esfuerzo. Los capítulos de fabricación, examen, y pruebas fueron uniformemente reorganizados. Estos cambios de la Adenda fueron consolidados en la Edición 1987.

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La Adenda a la Edición 1987 fue principalmente para actualizar el Código. Cuando la adenda fue recopilada con la Edición 1987, y unas secciones nuevas fueron agregadas, el resultado fue la publicación del ASME B-31.3 Edición de 1990. Las Ediciones de 1990 y 1993 agregaron los requisitos para los fuelles de las juntas de expansión, la vida estimada de servicio y las bridas de aluminio. La Edición 1996 contiene cambios significativos en las frases de la introducción y el alcance para clarificar la aplicación de todas las secciones del B31, las cuales también revisaron sus secciones de alcance. El titulo del Código fue cambiado a Tubería de Proceso. La siguiente tabla muestra las secciones que componen el código y las aplicaciones consideradas por cada sección del código:

SECCIÓN INSTALACIONES CONSIDERADAS

EJEMPLOS

ASME B31.1 Tubería de potencia

Estaciones generadoras de electricidad, Sistemas de Enfriamiento y calefacción geotérmica, distrital, etc.

ASME B31.3 Tubería de proceso

Refinerías de petróleo, Plantas químicas, Farmacéuticas, Textil, Papel, etc.

ASMEB31.4 Sistemas de Transporte de Hidrocarburos Líquidos y Otros Líquidos

Transporte de productos, predominantemente entre plantas, terminales y dentro de terminales, bombeo, regulación, etc.

ASME B31.5 Tuberías de refrigeración

Tuberías para refrigerantes y enfriamiento secundario.

ASME B31.8

Sistemas de Transporte y Distribución de gas.

Sistemas de transporte fundamentalmente gas entre las fuentes y terminales, incluso compresión, regulación, etc.

ASME B31.9 Tuberías de Servicio de edificios

Típicamente Edificios industriales, institucionales, comerciales y públicos y residencias del multi-unidad que no requieren magnitudes de presiones y temperaturas cubiertas en B31.1

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ASME B31.11

Transporte de barros Sistemas de transportes de barros acuosos predominantemente entre plantas, terminales y dentro de terminales, bombeo, regulación, etc.

HISTORIA DEL ASME B 31.3 El ASME B31.3 (el "Código") establece requisitos de ingeniería los cuales se hacen necesarios para un diseño y construcción segura de tubería a presión. El intento del Código no es servir como manual de diseño, el uso del Código no evita la necesidad de un diseñador o del juicio de ingeniería competente. El Código prohíbe ciertos diseños y prácticas los cuales son conocidos por ser inseguros y contiene advertencias sobre ciertos riesgos, pero que no son prohibiciones. El Código incluye; • Referencias a las especificaciones de materiales aceptables y componentes estándar, incluyendo requisitos dimensionales y rateos de Presión - Temperatura; • Requisitos para el diseño de componentes y ensambles, incluyendo soportes de tubería, • Requisitos y datos para la evaluación y limitación de esfuerzos, reacciones, y movimientos asociados con la presión, cambios de temperatura, y otras fuerzas, • Guías y limitaciones en la selección y aplicación de materiales, componentes, y métodos de unión, • Requisitos para la fabricación, ensamble, y montaje de tubería; y • Requisitos para el examen, inspección, y prueba de tubería, EDICIÓN DEL CÓDIGO Y ADENDA Es el intento del Código que la Edición y la Adenda no sean retroactivos a no ser que un acuerdo sea específicamente hecho entre las partes contratantes para usar otra edición o cuando sea requerido por la jurisdicción legal. El Código gobernante deberá ser la Edición y Adenda editada al menos seis meses antes de la fecha del contrato original y deberá ser usada a través del trabajo completo y la operación inicial.

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El Código opera bajo los procedimientos del ASME y esta acreditado por el Instituto Nacional de Estándares Americanos (ANSI). El Código continuamente esta cambiando para mantenerse actualizado con los desarrollos de materiales y tecnología nuevos. Las Adendas son editadas cada año y se convierten en obligatorias seis meses después de la fecha de edición. Las nuevas Ediciones son publicadas cada tres años. INTERPRETACIONES La interpretación del Código es hecha de acuerdo con los procedimientos establecidos por el ASME. Las interpretaciones son editadas como un suplemento del Código. CASOS Un Caso es la forma prescrita de una respuesta cuando el estudio Indica que las palabras del Código necesitan clarificación, o cuando la respuesta modifica los requisitos existentes o garantizan el permiso para el uso de materiales nuevos o construcciones alternativas. Un Caso normalmente se edita para un periodo de tiempo limitado. Los requisitos del Caso pueden ser incorporados en el Código o el Caso puede expirar, o ser renovado. RESPONSABILIDAD Los propietarios son responsables por determinar cual Sección del Código es aplicable para la instalación del sistema de tubería. Si una Sección no cubre específicamente un sistema de tubería, los propietarios deberán determinar el Código más aplicable para ser usado en el trabajo planeado. El propietario tiene la responsabilidad global de cumplir con el código y por establecer los requisitos de diseño, construcción, examen, inspección, y pruebas. El propietario deberá establecer el fluido de servicio para el sistema de tubería. El diseñador es responsable con el propietario por asegurar que la ingeniería de diseño cumple con los requisitos del código y los requisitos adicionales del propietario. El manufacturador, fabricante y montador son responsables por suministrar materiales, componentes, y la mano de obra cumpliendo con el código y la ingeniería de diseño. El Inspector del propietario es responsable por asegurar que los requisitos del código para la inspección, examen y pruebas han sido cumplidos.

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INTENTO DEL CÓDIGO El código establece unos requisitos mínimos de ingeniería para el diseño e instalación segura de la tubería de proceso. Los requisitos del código no tienen como intento la tubería que esta en operación. Sin embargo las provisiones del código, con ciertas consideraciones adicionales, pueden ser aplicadas para este propósito. Los requisitos de ingeniería en el código, se consideran necesarios y adecuados para un diseño seguro, empleando una aproximación simplificada. Un diseñador capaz de aplicar una aproximación de diseño más rigurosa puede utilizarla si su validez es demostrada. Los elementos de tubería deberán estar conforme a las especificaciones y estándares listados en el código. Cuando los materiales no estén específicamente aprobados o prohibidos estos pueden ser usados siempre y cuando estos sean calificados como lo requiere el código. La ingeniería de diseño deberá especificar cualquier requisito adicional o inusual. Estos requisitos son obligatorios para cumplir el código. La compatibilidad de los materiales con el servicio y los peligros de inestabilidad para contener los fluidos no están dentro del alcance del código. DETERMINANDO LOS REQUISITOS DEL CÓDIGO Los requisitos del fluido de servicio designado por el propietario afectan la selección y la aplicación de materiales, componentes, y juntas. Los requisitos están basados en el más restrictivo cuando este aplique a cualquier elemento. B31.3 ORGANIZACIÓN Los capítulos I a VI (la base del código) contienen los requisitos para tubería metálica cuyo fluido de servicio no sea Categoría M o Alta Presión. Todas las cláusulas de la base del código empiezan con la numeración 3XX. Las cláusulas del código son resumidas abajo; Capitulo I Alcance y Definiciones

Cláusulas 300 a 300.4 Este capítulo contiene las declaraciones generales que han sido relacionadas sobre el intento y uso del código. Esta sección es usualmente mirada por encima aunque es esencial para entender la aplicación de los requisitos del código.

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Capitulo II Cláusulas de Diseño 301 a 322 Este capitulo cubre las varias fuerzas y consideraciones que son aplicables en el de sistemas de tubería. Esta separado en seis partes.

Parte 1 Condiciones de Diseño y Criterio; Parte 2 Presión de Diseño de los Componentes de Tubería; Parte 3 Fluido de Servicio para los Componentes de Tubería; Parte 4 Requisitos para las Juntas de Tubería según el Fluido de

Servicio; Parte 5 Flexibilidad y Soportes; Parte 6 Sistemas,

Capitulo III Cláusulas para materiales 323.X Capitulo IV Cláusulas para Estándares para Tubería 326.X Capitulo V Fabricación, Ensamble, y Montaje cláusulas 327.X a 335.X Capitulo VI Inspección, Examen, y Pruebas cláusulas 340.X a 346.X TUBERÍA NO METÁLICA Y TUBERÍA RECUBIERTA CON NO METALES Los requisitos para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales están en el Capitulo VII. Las cláusulas en este capitulo comienzan todas con la letra "A". Estas cláusulas también son seguidas por el esquema numérico de la base del código. Como un ejemplo la cláusula de la base del código 323 trata sobre los requisitos generales para los materiales, la cláusula A323 contiene los requisitos generales para materiales no metálicos. FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA M Los requisitos para la tubería que el propietario designe como de Fluido de Servicio Categoría M están en el Capitulo VIII. Estos requisitos son usados en conjunción con la base del código. El esquema numérico es el mismo que el usado en la base del código y todas las cláusulas empiezan con la letra "M". Cuando exista un conflicto con la base del código los requisitos del Capitulo VIII prevalecen.

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FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA D Los requisitos para la tubería que el propietario designe como de Fluido de Servicio Categoría D están en los Capítulos I a VI. Otros elementos aplicables para otros Fluidos de Servicio pueden también ser usados. SERVICIO CÍCLICO SEVERO Los elementos de tubería para el Servicio de Fluido Normal pueden también ser usados bajo condiciones cíclicas severas a no ser que un requisito específico para condiciones cíclicas severas lo establezca. TUBERÍA DE ALTA PRESIÓN Los requisitos para la tubería que el propietario designe como Tubería de Alta Presión están en el Capitulo IX. Estos requisitos son usados en conjunción con la base del código. El esquema numérico es el mismo que el usado en la base del código y todas las cláusulas empiezan por "K". Estas reglas aplican únicamente como un todo. “Las reglas para Tubería de Alta Presión no son aplicables para el Fluido de Servicio Categoría M”. APÉNDICES Los apéndices contienen requisitos del Código, guías y otra información. La cláusula 300.4 define el estatus de estos apéndices. ALCANCE Los requisitos del Código para los materiales, el diseño, la fabricación, el ensamble, el montaje, el examen, la inspección y las pruebas de la tubería. El Código aplica a todos los fluidos incluyendo:

• Químicos en bruto, intermedios y terminados; • Productos del petróleo; • Gas, vapor, aire y agua; • Sólidos fluidizados; y • Refrigerantes

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Excepto como es excluido en el código, el código cubre toda la tubería dentro de los límites de la propiedad de las fabricas dedicadas al proceso o manejo de productos químicos, del petróleo, o relacionados. TUBERÍA PARA EQUIPO DE EMPACADO La tubería que interconecta la piezas o las etapas de los equipos en un ensamble para empacado deberá estar de acuerdo con el B31.3, excepto la tubería de empaque refrigerado, la cual puede cumplir con el B31.3 o B31.5. EXCLUSIONES El código excluye lo siguiente; • Presión manométrica Interna > cero pero <105 kPa (15 psi) siempre y cuando:

El fluido no sea inflamable, no sea toxico, y no dañe los tejidos humanos

La temperatura de diseño sea desde -29°C (-20ºF) a 186°C (366°F) • Las calderas de potencia de acuerdo con el ASME Sección I y la tubería externa requiere el uso del B31.1 • Tubos, cabezales de tubos, tubos pasantes, y colectores de homos con fuego, los cuales son internos a la cubierta del homo • Recipientes a Presión, intercambiadores de calor, bombas, compresores, y otros equipos para el manejo o proceso de fluidos • Tubería localizada en la propiedad de una compañía que este aledaña de líneas de tubería conformes a B31.4, B31.8, o B31.11 o regulaciones gubernamentales aplicables • Plomería, alcantarillado, y desagües • Sistemas de protección contra el fuego construidos de acuerdo con los requisitos de las compañías aseguradoras u otros estándares de ingeniería para la protección del fuego B31.3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES ENSAMBLE La unión de dos o mas componentes de tubería por medio de tornillos, soldadura, pegado, roscado, soldadura "brazing", o el uso de accesorios con empaques como sea especificado por la ingeniería de diseño.

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INSERTO CONSUMIBLE Un metal de aporte de reemplazo el cual es completamente fundido en la raíz de la junta y se convierte en parte de la soldadura. DAÑO A LOS TEJIDOS HUMANOS Para los propósitos del B31.3, esta frase describe un fluido de servicio el cual su exposición al fluido, causada por la fuga bajo las condiciones de operación, puede dañar la piel, ojos, o exponer las membranas mucosas, tal que un daño irreversible puede resultar a no ser que las medidas prontas de restauración sean tomadas. (Las medidas restaurativas pueden incluir el rociado con agua, la administración de antídotos, o medicamentos). TEMPERATURA MÍNIMA DE DISEÑO La temperatura mínima de diseño es la más baja temperatura de un componente esperada en servicio. Esta temperatura puede establecer requisitos de diseño especiales y requisitos de calificación de los materiales. PRESIÓN DE DISEÑO La presión de diseño de cada componente en un sistema de tubería deberá no ser menor que la condición mas severa de la presión interna o externa coincidente y la temperatura (mínima o máxima) esperada en servicio. La condición más severa es la que resulta en el mayor espesor requerido del componente y el más alto rateo del componente. Cuando más de una condición de presión - temperatura existe para un sistema de tubería, las condiciones que gobiernan el rateo de los componentes conforme a los estándares listados puede diferir de la condición que gobierna el rateo de los componentes. TEMPERATURAS DE DISEÑO La temperatura de diseño de cada componente en un sistema de tubería es la temperatura a la cual, bajo la presión coincidente, el mayor espesor o el mas alto rateo del componente se requiere. Al establecer las temperaturas de diseño, considere al menos las temperaturas de los fluidos, la temperatura ambiente, la radiación solar, y las temperaturas del medio de calentamiento o enfriamiento.

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DISEÑADOR La persona u organización responsable encargada de la ingeniería de diseño. INGENIERÍA DE DISEÑO El diseño detallado que gobierna un sistema de tubería, desarrollada desde los requisitos del proceso y mecánicos, conforme a los requisitos del código, e incluyendo todas las especificaciones necesarias, planos, y documentos de soporte. MONTAJE La instalación completa del sistema de tubería en las localizaciones y en los soportes designados por la ingeniería incluyendo el diseño; ensamble en campo, fabricación, examen, inspección, y pruebas del sistema como lo requiera el código. FABRICACIÓN La preparación de la tubería para el ensamble, incluyendo el corte, roscado, ranurado, formado, doblado, y la unión de los componentes en sub-ensambles. La fabricación puede ser realizada en la planta o en el campo.

CLASIFICACIÓN DEL FLUIDO DE SERVICIO FLUIDO DE SERVICIO GENERAL El propietario de una instalación tiene la responsabilidad global por el cumplimiento con el ASME B31.3, y por establecer los requisitos para el diseño, construcción, examen, inspección, y pruebas que serán gobernados enteramente por fluido manejado o proceso de la instalación de la cual la tubería es una parte. El propietario es también responsable por la designación de la tubería en ciertos fluidos de servicio. Los requisitos del ASME B31.3 para el diseño y la construcción incluyen requisitos del fluido de servicio, el cual afecta la selección y aplicación de los materiales, componentes, y juntas. Los requisitos del fluido de servicio incluyen prohibiciones, limitaciones, y condiciones, tales como límites de temperatura o requisitos de seguridad. FLUIDO DE SERVICIO NORMAL Un fluido de servicio al cual pertenece la mayoría de la tubería cubierta por el ASME B31.3, por ejemplo, no sujeta a las reglas para la Categoría D, Categoría M, o fluido de servicio a Alta Presión, y no sujeto a condiciones cíclicas severas.

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Las reglas para un Fluido de Servicio Normal están contenidas en el ASME B31.3 Capítulos I al VI para sistemas de tubería metálicos, y en el Capitulo VII para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales. Todas las cláusulas en el Capitulo VII empiezan con un prefijo "A''. FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA D Un fluido de servicio en el cual todas las siguientes condiciones aplican: (1) El fluido manejado no es inflamable, no es toxico, y no daña los tejidos humanos; (2) La presión de diseño manométrica no excede 150 psi; y (3) la temperatura de diseño esta entre -20 °F (-29 °C) y 366 °F (186 °C). Las reglas para el fluido de servicio categoría D se encuentran también en los Capítulos I a VI para sistemas de tubería metálicos y en el Capitulo VII para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales. FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA M Un fluido de servicio en el cual la exposición potencial del personal se juzga a ser significante y en cuyo caso la simple exposición a una muy pequeña cantidad de un fluido toxico, causada por el escape, puede producir daños irreversibles serios a las personas cuando se respira o se tiene contacto corporal, aunque se tomen medidas restauradoras prontamente. Las reglas especificas para el fluido de servicio categoría M están contenidas en el ASME B31.3 Capitulo VIII y deberán ser usadas en conjunción con los Capítulos I al VI para sistemas de tubería metálicos y con el Capitulo VII para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales, sin embargo las reglas en el capitulo VIII toman precedencia sobre las reglas en el Capitulo I a VII. Los párrafos en el Capitulo VIII están numerados con el prefijo "M" para tubería metálica y "MA" para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales. FLUIDO DE SERVICIO ALTA PRESIÓN El Capitulo IX, del ASME B31.3, suministra las reglas alternativas para el diseño y la construcción de tubería designada por el propietario como Fluido de Servicio Alta Presión. Estas reglas solamente aplican cuando sean especificadas por el propietario, y solamente como un todo no parcialmente. Las reglas del Capitulo IX no son aplicables para un Fluido de Servicio Categoría M.

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Todos los párrafos en el Capitulo IX comienzan con el prefijo "K". Estos se usan en conjunción con los Capítulos I a VII como esta definido en el Capitulo IX. Alta presión se considera cuando la presión excede la permitida por el rateo del ASME B16.5 Clase 2500 para la temperatura de diseño especificada y el grupo del material. Sin embargo, no existe un límite de presión especificada para la aplicación de las reglas. El propietario tiene la opción de usar estas reglas aunque las presiones y temperaturas sean menores a aquellas definidas. DISEÑO El diseño de sistemas de tubería esta basado en las más severas fuerzas que el sistema encontrara en servicio. CONDICIONES DE DISEÑO PRESIÓN DE DISEÑO La más severa condición coincidente de la presión interna o externa y la temperatura esperada durante el servicio. Se debe considerar todas las condiciones de presión y temperatura y sus variaciones, el diseño va enfocado a obtener el mayor espesor de componente o el más alto rateo requerido. Los sistemas de tubería deberán estar protegidos por medio de válvulas de alivio o deberán ser diseñados a la más alta presión posible que pueda desarrollar el sistema. TEMPERATURA DE DISEÑO La temperatura de Diseño es la temperatura a la cual, bajo la presión coincidente, el mayor espesor o el mas alto rateo del componente es requerido. Consideraciones mínimas a la Temperatura de Diseño

• Temperaturas del fluido • Temperaturas ambientales • Radiación solar • Temperaturas de los medios de calentamiento o enfriamiento

NOMENCLATURA La nomenclatura usada a través del B31.3 esta contenida en o cerca del párrafo aplicable que relaciona el sujeto. Si usted tiene alguna dificultad para localizar la nomenclatura especifica, esta la puede encontrar en el Apéndice J.

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ESFUERZOS Existen dos tipos de esfuerzos básicos que deben ser tenidos en cuenta en el diseñó según el B31.3, estos son esfuerzos primarios y esfuerzos secundarios. 1) Los esfuerzos primarios ocurren cuando las cargas crean deformaciones grandes en el sistema de tubería y se originan por:

• Las cargas sostenidas ocasionadas por la presión y el peso muerto • Las cargas ocasionales de terremoto y viento

2) Los esfuerzos secundarios ocurren cuando las cargas son cíclicas y permiten una falla por fatiga y se originan por:

• Expansión y contracción térmica • Vibración inducida por el flujo

TUBERÍA RECTA (PRESIÓN INTERNA) El espesor requerido para t < D/6 (Párrafo 304.1.2) cttm += Donde: tm = espesor mínimo requerido

t = espesor diseñado por presión

( )YPESDPt

**2*+

=

Donde:

c = la suma de las tolerancias mecánicas más corrosión más erosión P = la presión de diseño manométrica interna D = diámetro exterior de la tubería E = factor de calidad - Tabla A1-A o A1-B

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S = esfuerzo admisible a la temperatura (Tabla A-1) Y = coeficiente de temperatura (Tabla 304.1.1)

TABLA 304.1.1

VALORES DEL COEFICIENTE Y PARA t<D/6

TEMPERATURA ºC (ºF)

MATERIALES < 482 (900

Y MENORES)

510 (950)

538 (1000)

566 (1050)

593 (1100)

>621 (1150 Y SUPERIORES)

Aceros ferríticos 0,4 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7 Aceros Austeníticos 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,7 Otros Metales Dúctiles 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Hierro Fundido 0,0 Las siguientes ecuaciones son opcionales y pueden usarse cuando t < D/6

( )Y*PE*S2D*Pt+

=

( )

( )[ ]YPES −−+

=1*22cd*Pt

El espesor requerido para t>D/6 o para P/SE > 0.385 deberá estar basado en las siguientes consideraciones: Teoría de falla Pruebas experimentales y estudios efectuados para demostrar la relación esfuerzo deformación para desarrollar las formulas usadas para calcular los esfuerzos permisibles en los materiales. Efectos de la Fatiga El componente puede fallar después de cargas repetidas aunque nunca exceda la resistencia a la fractura del material. Esfuerzos términos (Gradientes a través del espesor)

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Un crecimiento diferencial entre las superficies interior y exterior de la tubería gruesa. Los procesos de templado pueden producir choques térmicos de áreas localizadas. Ejemplos / Ejercicios:

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UNIDAD 6 CÓDIGO API “DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS

SOBRE SUPERFICIE” Objetivo: Suministrar al alumno los conceptos básicos sobre el uso y aplicación del código, para el diseño de tanques verticales sobre superficie.

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CÓDIGO API

Actualmente existen 10 códigos desarrollados por el API relacionados con tanques de almacenamiento:

12B Tanques empernados para almacenamiento de líquidos de producción. 12D Tanques soldados en campo (500 - 10000 bbl). 12F Tanques soldados en taller (90 - 750 bbl). 12P Tanques plásticos reforzados con fibra de vidrio. 620 Tanques soldados para bajas presiones. (Con presiones de gas internas de hasta 15 psi) 650 Tanques soldados para almacenamiento de petróleo. (Con presiones de gas internas de hasta 2.5 psi) 2000 Venteo de tanques de almacenamiento. 2015 Entrada y limpieza de tanques para almacenamiento de petróleo. 2551 Medición y calibración tanques horizontales. 2610 Diseño, operación, mantenimiento, e Inspección de

estaciones, tanques y terminales.

En general estos códigos son revisados y modificados, reafirmados o eliminados al menos cada cinco años.

API 650

El Código API 650 esta basado en el conocimiento y experiencia de fabricantes y usuarios de tanques de almacenamiento de petróleo soldados de varios tamaños y capacidades.

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Las ediciones y adendas pueden ser utilizadas desde la fecha de publicación indicada en la carátula, pero serán obligatorias seis meses después de esta fecha. En el código encontramos formulas del sistema común de unidades de los Estados Unidos y estándares americanos y unidades del Sistema internacional. Cuando se presenten incongruencias entre las unidades mandara el sistema de unidades de los Estados Unidos. ORGANIZACIÓN Sección 1. Alcance del código. Sección 2. Materiales. Sección 3. Diseño. Sección 4. Procesos de fabricación. Sección 5. Procedimientos de montaje y ensamble. Sección 6. Métodos de inspección de las juntas. Sección 7. Procedimientos de soldadura y calificación de soldadores. Sección 8. Identificación del Tanque. Apéndice A. Diseño Opcional para tanques pequeños. Apéndice B. Especificaciones de Diseño y construcción de bases de tanques Apéndice C. Diseño para almacenamiento de Hidrocarburos

(Pto. Inf. >200°F) Apéndice D. Relacionado con posibles consultas técnicas. Apéndice E. Factores sísmicos a ser considerados. Apéndice F. Diseño de tanques sometidos a pequeñas presiones Apéndice G. Techos de aluminio soportados estructuralmente. Apéndice H. Techos flotantes internos. Apéndice I. Detección de fugas en la parte inferior de tanques y protección de fundaciones. Apéndice J. Ensamble en taller de tanques de almacenamiento.

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Apéndice K. Ejemplo de la determinación del espesor de la lamina de un tanque por el método de punto variable. Apéndice L. Hojas de datos para tanques atmosféricos según API 650 Apéndice M. Requerimientos para tanques que operen entre 200 °F y 500 °F. Apéndice N. Condiciones para el uso de materiales que no hayan sido perfectamente identificados. Apéndice O. Recomendaciones para conexiones ubicadas en el fondo. Apéndice P. Cargas extremas permisibles en las aberturas del cuerpo del tanque. Apéndice S. Tanques de acero inoxidable. ALCANCE DEL CÓDIGO Este código contiene los requisitos de materiales, diseño, fabricación, erección y pruebas para tanques de acero soldados, verticales, cilíndricos, construidos sobre el nivel de la tierra, ya sean tapados o abiertos, cuya presión de operación sea cercana a la atmosférica. Se aplica a tanques cuyo fondo sea totalmente apoyado. Que no sean refrigerados y que su temperatura máxima de operación sea 200 °F. El código no establece geometrías estándares para los tanques, y mas bien se puede escoger cualquier tamaño que sea necesario. El constructor es siempre responsable del cumplimiento de todas las recomendaciones y obligaciones del código. El comprador puede rechazar cualquier material que no cumpla con las especificaciones, así como solicitar una inspección independiente. Una marca (*) al comienzo de un párrafo indica que se requiere la definición de una acción o decisión expresa por parte del cliente. Los apéndices dan un número de opciones de diseño que requieren decisiones del comprador, requerimientos estándar e información que suplementa la norma básica.

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Los apéndices se vuelven obligatorios cuando el cliente o el comprador especifiquen una opción cubierta por uno de ellos. LIMITACIONES DEL ALCANCE DEL CÓDIGO Las reglas del código no son aplicables mas allá de los siguientes limites en las tuberías conectadas interna o externamente al cuerpo fondo o techo del tanque:

La cara de la brida en juntas bridadas, salvo que se suministren bridas ciegas.

La primera superficie de sello en accesorios o instrumentos. La primera conexión roscada en juntas roscadas. La primera junta soldada, sino están soldadas a una brida.

MATERIALES El código menciona las especificaciones de materiales aceptados, sin embargo se pueden utilizar otros materiales siempre que cumplan con todos los requerimientos listados en el estándar y su utilización sea aceptada por el cliente. Materiales que no sean plenamente identificados pueden ser utilizados si cumplen con todas las pruebas del apéndice N. Las laminas están limitadas a un espesor máximo de 1 3/4" excepto para láminas usadas como insertos o bridas (las cuales pueden ser mas gruesas), las que tengan un espesor mayor a 1 1/2" deberán se normalizadas o templadas, calmadas fabricadas con método de grano fino y con pruebas de impacto. El espesor ordenado no debe ser menor que el espesor calculado o el mínimo permitido. El espesor real medido no puede estar mas de 0.01 in (0.25 mm) por debajo del espesor calculado o el mínimo permitido. Los perfiles deben ser ASTM A36 o ASTM A 131. Excepto para tanques abiertos el tamaño mínimo del ángulo tope deberá ser:

2” x 2” x 3/16” para tanques de hasta 35 ft de diámetro. 2” x 2” x 1/4” para tanques de hasta 60 ft de diámetro. 3” x 3” x 1/4” para tanques mayores de 60 ft de diámetro.

La tubería API 5L, A, B y X42, ASTM A 53 A, B. Las bridas de acuerdo al ASME B16.5 para bridas de hasta Ø 24” NPS, para diámetros mayores se pueden usar bridas que estén de acuerdo al ASME B16.47 serie B, sujeto a la aprobación del comprador.

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Pernos A-193, A-325 o A 307

Tanque colapsado

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DISEÑO El comprador debe establecer la temperatura de diseño del metal, la gravedad especifica de diseño, el sobre espesor de corrosión y la velocidad del viento. También deberá establecer la magnitud y dirección de las cargas externas y las restricciones de existir alguna, para las que se debe diseñar el cuerpo del tanque o sus conexiones. El comprador deberá tener especial cuidado y consideración con la fundación civil, las tolerancias de corrosión, las pruebas de dureza y cualquier otra medida de protección que se estime necesaria. El código define claramente las juntas aprobadas y restringe el tamaño mínimo de los filetes de soldadura a 3/16", para láminas cuyo espesor sea mayor, el filete debe ser al menos mayor a 1/3 de la lámina de menor espesor. Soldaduras traslapadas solo por un lado son permitidas únicamente en el fondo y techo, todo traslape debe tener al menos cinco veces el menor espesor de las laminas. Además:

Para juntas traslapadas soldadas por ambos lados, el traslape no requiere ser mayor de 2”.

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Para juntas traslapadas soldadas solo por un lado, el traslape no necesita exceder de 1”

El código API 650, no contiene ninguna medida para el diseño de tanques que están sujetos a vacío parcial interno. Pero los tanques que cumplen con todos los requisitos del código se pueden someter a un vacío parcial de 1 plg de agua (0.25 KPa). FABRICACIÓN El proceso de fabricación debe cumplir todas las partes del código. Las laminas pueden ser cizalladas, maquinadas u oxicortadas, todas las superficies resultantes del corte con gas deben ser limpiadas antes de ser soldadas. Todas las láminas fabricadas en taller deberán ser marcadas de acuerdo a los planos de fabricación.

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El fabricante deberá brindar al comprador todas las facilidades para la inspección del proceso de fabricación del tanque. EL comprador debe establecer la temperatura de diseño del metal, la gravedad especifica de diseño, el sobre espesor de corrosión y la velocidad del viento. CAPACIDAD DEL TANQUE El comprador debe especificar la máxima capacidad del tanque y el nivel de protección para sobre-llenado del mismo. La máxima capacidad es el volumen de producto en un tanque que esta lleno hasta el nivel de diseño del líquido. La capacidad neta de trabajo es el volumen de producto disponible bajo las condiciones normales de operación. Esta capacidad es igual a la máxima capacidad menos el volumen mínimo de operación que permanece en el tanque, menos el nivel de protección para el sobre-llenado del tanque. ESFUERZOS ADMISIBLES Los esfuerzos máximos admisibles Sd son mostrados en la tabla 3-2 del código API-650, y será el menor valor entre los siguientes:

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Dos tercios de la resistencia de fluencia (2*Sy/3) del material, y Dos quintos de la resistencia de tensión (2*Su/5) del material.

Los esfuerzos de diseño máximos admisibles de prueba hidrostática St son mostrados en la tabla 3-2 del código API-650, y será el menor valor entre los siguientes:

Tres cuartos de la resistencia de fluencia (3*Sy/4) del material, y Tres séptimos de la resistencia de tensión (3*Su/7) del material.

El apéndice A permite un método alternativo de calculo con un esfuerzo admisible fijo de 21000 psi (145MPa) y una eficiencia de la junta de 0.85 (Rx: Spot) o 0.70 (Rx: None). Este diseño solo se puede utilizar para tanques con espesores de cuerpo de ½” o menos. CÁLCULO DE ESPESOR POR EL MÉTODO DE 1 PIE Este método calcula el espesor requerido en sitios localizados 1pie por encima del borde inferior de cada anillo. Si se utiliza el apéndice A solo esta permitido este método de diseño. Este método no se debe usar para calcular tanques de diámetros mayores a 200 pies. El espesor mínimo requerido deberá ser el mayor entre los siguientes: 1.- Para condición de diseño:

CAS

GHDtd

d +−

=*)1(**6.2

td: Espesor de diseño del cuerpo [in] D: Diámetro nominal del tanque [ft] H: Nivel de diseño del líquido [ft] G: Gravedad especifica de diseño del liquido almacenado CA: Corrosión admisible [in] Sd: Esfuerzo admisible para la condición de diseño [psi] 2.- Para condición de prueba hidrostática:

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t

t SHDt )1(**6.2 −

=

tt: Espesor de prueba hidrostática [in] D: Diámetro nominal del tanque [ft] H: Nivel de diseño del líquido [ft] St: Esfuerzo admisible para la condición de prueba hidrostática [psi] CÁLCULO DE ESPESOR POR EL MÉTODO DEL PUNTO VARIABLE Este método se debe utilizar solamente cuando el cliente no haya especificado el método del 1 pie y cuando:

2≤HL ( ) 5.0**6 tDL =

t: Espesor del anillo inferior del cuerpo [in] H y D: [ft] L: [in] En el apéndice K del código existe un ejemplo de cálculo. DISEÑO DEL TECHO El código da requisitos para los siguientes techos:

Cónicos Domo Tipo Sombrilla Flotante

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Todos los techos y su estructura de soporte deben estar diseñados para soportar el peso propio (carga muerta) más una carga viva de al menos 25 lb/ft2. Las láminas de techo deben tener un espesor nominal mínimo de 3/16” mas la corrosión admisible. Las láminas de los techos cónicos soportados no deben ser soldadas a los elementos de la estructura soporte DISEÑO DEL FONDO Todas las láminas del fondo deben tener un espesor nominal mínimo de ¼” sin incluir ninguna tolerancia por corrosión.

ABERTURAS EN EL CUERPO Las aberturas en el cuerpo deben cumplir con lo indicado en el párrafo 3.7.2.

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Las puertas de limpieza con lo establecido en 3.7.7 y 3.7.8

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Las conexiones deben cumplir con las dimensiones y tamaños mostrados en las figuras 3-3 a 3-14. Si hay especificaciones de tamaños intermedios, se tomaran los detalles mostrados para la siguiente boca más grande. Las bocas de más de Ø 2 NPS bridadas o roscadas deben ser reforzadas. Los refuerzos para las conexiones deben tener un agujero roscado de Ø1/4” para la detección de fugas. ESTUDIO DE COMPONENTES En plantas de proceso se requieren diferentes instalaciones para almacenamiento de hidrocarburos tales como: petróleo crudo, productos intermedios y productos terminados (gasolina, diesel, fuel oil, glp, etc.). Algunos hidrocarburos deben ser almacenados a altas temperaturas para mantenerlos fluidos y otros a bajas temperaturas o altas presiones. Esto se traduce en que un solo tipo de tanque no es apropiado para todos los productos. Los principales factores a considerar para la selección de un tipo especial de recipiente son: su función (característica del producto) y localización, la naturaleza del fluido, la presión y temperatura, el volumen requerido. Los tipos de recipientes más comunes clasificados de acuerdo a su geometría son: tanques abiertos, tanques cilíndricos verticales de fondo plano, recipientes cilíndricos horizontales y verticales con extremos conformados, recipientes esféricos y sus modificaciones. Los institutos internacionales han desarrollado algunas ayudas básicas para el diseño de tanques, las mismas que toman las formas de especificaciones, reglas, estándares y/o códigos. Es posible indicar algunas generalidades en lo que respecta al uso de los recipientes comunes:

Grandes volúmenes de líquidos no peligrosos, así como salmuera y otras soluciones acuosas, pueden ser almacenados en estanques de muy bajo costo, o en tanques abiertos de acero, maderas o concreto de costo elevado.

Si el fluido es toxico, combustible o gaseoso en la condición de

almacenamiento, o si la presión es mayor que la atmosférica, se requiere de un sistema cerrado.

Para almacenamiento de fluidos a presión atmosférica, tanques

cilíndricos con fondos planos y techos cónicos son usados frecuentemente.

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Las esferas y esferoides se emplean para almacenamiento a presión de grandes volúmenes.

Para pequeños volúmenes bajo presión, tanques cilíndricos con cabezas

formadas son los más económicos. Un contenedor diseñado para soportar presiones desde la atmosférica hasta 15 psig, ordinariamente se denomina como TANQUE. Y aquellos contenedores diseñados para soportar presiones externas o internas superiores a las 15 psig reciben el nombre de RECIPIENTES. CLASIFICACIÓN DE LOS RECIPIENTES DE ACUERDO A SU FORMA

Tanques Abiertos

Tanques Cerrados

Tanques cilíndricos de fondo plano y techo (cónico, domo, flotante, combinaciones)

Tanques cilíndricos (verticales u horizontales) con extremos conformados

Tanques esféricos

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL CONTENIDO DE LOS PRODUCTOS A MANEJAR:

Tanques de Baja presión Recipientes con Presiones Internas

Recipientes en aluminio para Bajas Presiones

Recipientes de baja presión reforzadas con plástico FRP

Recipientes para Altas Presiones internas con FRP

Recipientes para almacenamiento criogénico

Para industrias químicas y petroleras, el API-650 es el estándar mas aceptado alrededor del mundo para el diseño de tanques de almacenamiento de líquidos. Existen dos tipos básicos de tanques de almacenamiento a presión atmosférica, que son los de mayor utilización en la industria:

Tanques con techo fijo

Tanques con trecho flotante

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TANQUES CON TECHO FIJO PARA LÍQUIDOS Los Tanques metálicos soldados que tienen techos fijos, resuelven la necesidad básica de almacenamiento de grandes cantidades de productos de baja volatilidad (con puntos de chispa por encima de 150 ºF) con mínima cantidad de capital invertido en las industrias petroleras, químicas, alimenticias y otras. Deben ser diseñados y construidos de acuerdo a requerimientos individuales de almacenamiento. Estos tanques pueden construirse con fondo plano o con una ligera inclinación desde o hacia su centro geométrico, y su diseño considera el tipo de fundación y las condiciones del suelo, requerimientos de corrosión permisible, condiciones especiales de carga (altos vientos y sismo) y otras consideraciones especiales de protección requeridas para servicios específicos. Se requieren de diseños especiales de tanques para alimentos, bebidas y químicos utilizando aceros inoxidables o aluminio. No existen estándares para el diseño de tanques en acero inoxidable, pero las industrias dedicadas a su fabricación desarrollan su propia ingeniería. Las condiciones del suelo y su costo son el factor económico influyente en la selección de las dimensiones del tanque. Sobre suelos pobres, los tanques tienen poca altura y grandes diámetros para conseguir economía, debido al costo que tendrían las fundaciones. Cuando el costo del suelo es elevado, sin embargo, el espacio adicional requerido para un tanque de gran diámetro puede traducirse en un mayor costo que el que tendrían las fundaciones de un tanque de gran altura. Estos tanques son casi siempre de techo cónico, el cual puede ser soportado por una estructura interna o auto soportado cuando se trata de tanques pequeños (hasta 50 pies de diámetro). Son mayormente utilizados en la industria del petróleo por ser los más baratos y de diseño más simple. Una desventaja de los tanques de techo cónico es la perdida permanente de vapor por los venteos del tanque ocasionada por la respiración del mismo.

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Cuando el tanque se llena, el vapor sobre el líquido es desplazado a la atmósfera, o condensado en un sistema de recolección de vapores. Cuando se esta vaciando el tanque, entra aire por los venteos y se origina una evaporación posterior que puede llegar a ser explosiva, dependiendo del producto. Otros tanques también frecuentemente usados son el tipo domo y el tipo sombrilla, se utilizan techos tipo domo para almacenar productos a bajas presiones de hasta 15 psig. TANQUES CON TECHO FLOTANTE PARA LÍQUIDOS Un techo flotante es una estructura compleja y debe ser diseñado para permanecer flotante bajo exposición a cargas combinadas por variados procesos, agua y producto. Se utilizan técnicas de análisis con elementos finitos y el diseño de su estructura puede requerir análisis rigurosos; por lo que muchos diseños son desarrollados previamente en computadora y los diseños finales son verificados con pruebas a escala que incluyen análisis de tensión y deflexión mientras se aplican condiciones de carga establecidas en los códigos de diseño.

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Existe una continua demanda en la implementación de tanques con techo flotante para almacenamiento de un amplio rango de petróleo y derivados de acuerdo a regulaciones estatales debido a su seguridad, efectividad y economía en almacenamiento de productos volátiles. Literalmente miles de tanques con techo flotante están operando alrededor del mundo algunos de los cuates están en operación continua desde hace 50 años, por lo que la selección adecuada del tipo de techo flotante puede reducir el riesgo potencial de algún problema durante la operación diaria e incidir en el tiempo de vida útil del conjunto. Control de evaporación del producto.- los tanques con techo flotante proveen uno de los más efectivos y prácticos métodos para reducir costos por emisión de vapores de líquidos volátiles almacenados. Las emisiones en tanques con techo fijo resultan de la evaporación, de operaciones de vaciado y llenado y del respiro inducido por cambios en la temperatura y presión atmosférica. Cuatro condiciones inciden sobre la evaporación del producto almacenado en un tanque:

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a) temperatura del líquido, b) espacio de vapor sobre el líquido, c) ventilación del espacio de vapor d) área disponible de la superficie del líquido.

Los elementos básicos responsables de reducir estas perdidas en tanques con techo flotante se deben a la flotación del techo sobre el líquido y un sello que cierra el espacio anular entre el techo y la pared del tanque. Esto reduce a un mínimo la superficie libre del liquido y el volumen de vapor susceptible de emisión bajo ciertas condiciones de operación, llegado a reducir dicha perdida hasta en un 98%, pero no puede eliminarse por completo.

PRINCIPALES PARTES Y ACCESORIOS INTEGRANTES

NOMBRE DESCRIPCIÓN Escalera espiral/vertical Plataforma

Escalera vertical interna Utilizadas en tanques con doble techo para acceso desde el techo fijo al flotante- también sirve como accesorio anti-rotación.

Conexiones para entrada y salida de fluidos

Las boquillas para la conexión de la tubería al casco consisten en cortas longitudes de tubo con bridas de cuello soldado. Cuando el diámetro del tubo es mayor de 3 pulgadas se emplean generalmente platinas de refuerzo. Para la evacuación del agua que se acumula en la base de los tanques, puede utilizase un sumidero a partir del cual el agua es expulsada al exterior.

Entradas de hombre en cuerpo v techo

Son accesorios que facilitan la entrada al interior del tanque por lo que van colocados en el primer anillo del cuerpo. Las entradas de hombre en cuerpo van colocadas en el casco den la lamina inferior y tienen un diámetro que oscila entre 20 y 30 pulgadas. Cuando el diámetro del tanque es mayor de 75 pies, se acostumbra a colocar dos manholes diametralmente opuestos, para facilitar el mantenimiento. Las entradas de hombre en el techo son de construcción ligera y deben colocarse aproximadamente sobre los manholes del casco y de 6 y 8 pies de la circunferencia del techo.

Conexiones de venteos De presión-vació cuando el punto de inflamación del producto almacenado esta por debajo de 150°

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F, o su temperatura esta a 15° F o menos del punto de inflamación. Se calibran a 1.3" de agua tanto para presión positiva como negativa. Abiertos cuando no se requiere el venteo de presión-vació, llamados cuellos de ganso. Se diseñan para permitir los máximos flujos de bombeo y de circulación de vapor y aire. Llevan una malla para evitar la entrada de agentes extraños y se aplican para productos de baja presión de vapor de aproximadamente 150° F. Automáticos en techos flotantes, con objeto de evitar el vació que se crearía al continuar el bombeo cuando el techo ha llegado a su limite inferior. De presión para el espacio anular del techo flotante cuando se usa un sello metálico flexible (tipo pantógrafo). Esto venteos se calibran normalmente a 1/2 onza por pulgada cuadrada.

Instrumentos Medidor de nivel Indicador de temperatura.- miden la temperatura del contenido del tanque a 3 pies de la base de este y a dos pies y medio del casco. Alarmas por alto y bajo nivel

Facilidades de aire-espuma

Requeridas en tanques de techo fijo en los siguientes servicios: Productos de bajo punto de inflamación (130° F o menos) Productos con un punto de inflamación entre 130° F y 215° F, siempre y cuando la temperatura de almacenamiento este por encima del punto de inflamaci6n o menos de 15° F por debajo de este En techos flotantes de mas de 150 pies de diámetro Se componen básicamente de un tubo acoplado verticalmente a la pared del tanque mediante una cámara de mezclado.

Toma Muestras (Gauge Hatch)

En caso de no tener un sistema de medición automático, se instalan aperturas de techo de 8 pulgadas para la introducción de un jalón o cinta de medición. Estos accesorios son construidos en aluminio o

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acero y normalmente van soldados al techo cerca de la plataforma

Arresta llamas (flame arrestors)

Con el fin de prevenir la propagación de llamas creadas por mezclas inflamables que puedan escapar de un tanque, se utilizan los detenedores de llamas o parallamas. En general se trata de una celda hecha de placas acanaladas o de una celda de mallas de alambre.

Calentadores

Utilizados en tanques cuyo contenido requiere de un calentamiento constante para conservación del fluido. Pueden ser serpentines instalados en el fondo del tanque o un intercambiador de calor en la Línea de succión. El medio de calefacción puede ser vapor o aceite caliente, aunque, en algunos casos, se emplean Calentadores de fuego directo.

Purgas de gas En tanques de techo cónico se puede proveer una purga de nitrógeno o de algún otro gas de refinería como sello de gas, para impedir el contacto de ciertos productos con el oxigeno del aire.

Soportes de techo flotante (Floating Roof Supports)

Instalados en posición de operación, normalmente entre 2.5 ~ 6 pies de longitud, son columnas ajustables en dos posiciones para facilidad de mantenimiento.

Conexiones a tierra (Grounding devices)

Dispositivos que permiten contacto eléctrico entre los componentes del tanque y el suelo

Sellos de columnas (Column Seals)

Sellos de techos flotantes

Escaleras rodantes Utilizadas en tanques abiertos con techos flotantes en los que el diámetro es mayor que la altura del tanque. Provee fácil y seguro acceso al techo desde el tope del cuerpo. Requiere de una corredera fijada al techo para garantizar su recorrido mientras el techo cambia de nivel. Están equipadas con peldaños auto nivelantes. Si el diámetro del tanque en menor que su altura se utilizan escaleras verticales.

Drenajes de techo Utilizados para remover agua desde el techo flotante en tanques abiertos. El sistema de drenaje lleva el agua fuera del tanque.

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Hay varios tipos de drenajes pero todos garantizan un caudal de drenado hacia fuera del tanque sin que el agua entre en contacto con el producto almacenado. Los drenajes de tubería rígida con uniones giratorias es muy utilizado permitiendo a sus secciones acomodarse de acuerdo al movimiento del techo, aunque drenajes tubería flexible resistente a hidrocarburos también se recomienda para prevenir el colapso de las juntas giratorias

Drenajes abiertos de emergencia

Utilizados en techos flotantes de doble membrana para drenaje automático de agua dentro del tanque si el nivel del agua sobre el techo excede ciertos limites que pueden causar colapso en su flotabilidad.

Accesorios anti-rotación Requeridos para prevenir la rotaci6n del techo flotante y evitar danos en sus escaleras rodantes, drenajes, y sellos. Consiste en un poste fijado al fondo del tanque en su parte inferior a al tope del tanque en su extreme superior y puede servir adicionalmente como pozo toma muestras o de medición.

Soportes de techo flotante

Provistos en todos los techos flotantes para mantenerlos sobre el nivel de conexiones de entrada y salida y drenajes o serpentines de calentamiento. Tienen altura ajustable para operación normal y de mantenimiento o limpieza.

Venteos automáticos Provistos en todos los trechos flotantes para eliminar el aire contenido debajo del techo en operaciones de llenado inicial del tanque o cuando el tanque esta vaciándose

Venteos del espacio anular

Provistos en todos los techos flotantes equipados con sellos metálicos para liberar excesos de presi6n en el espacio anular. Alivian cualquier presi6n generada en el espacio anular cuando el techo esta flotando sobre el producto almacenado.