INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UPA

“DISEÑO DE RECIPIENTE A PRESIÓN HORIZONTAL PARA EL ALMACENAMIENTO DE

AGUA”

TESIS PROFESIONAL. QUE PARA OBTENER EL TITULO

DE INGENIERO MECÁNICO.

PRESENTA:

C. BRAVO BARCENAS OMAR ALFONSO.

ASESORES:

ING. JOSÉ CARLOS LEÓN FRANCO.

M. EN C. RICARDO SÁNCHEZ MARTÍNEZ.

MÉXICO, D.F. JULIO 2008

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UPA

DISEÑO Y FABRICACION DE RECIPIENTE HORIZONTAL

Agradecimiento

Gracias a Dios

Por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi vida y lograr otra meta más en mi carrera. Gracias a mis padres Ciria y David

Por su cariño, comprensión y apoyo sin condiciones ni

medida. Gracias por guiarme sobre el camino de la educación. Creo ahora entender porque me obligaban a mi media hora de máquina de escribir, a terminar mi tarea antes de salir a jugar, y muchas cosas más que no terminaría de mencionar. Gracias a mis hermanos

Por sus comentarios, sugerencias y opiniones. Además de ser unos buenos amigos son la mejor compañía para compartir el mismo techo. Gracias a mis amigos

Por hacer que cada pedazo de tiempo fuera ameno. No voy a olvidar sus consejos, enseñanzas y ayuda durante el lapso de mi tesis.

Gracias a mis asesores

Por permitirme ser parte del grupo de trabajo. Sus consejos, paciencia y opiniones sirvieron para que me sienta satisfecho en mi participación dentro del desarrollo de esta tesis.

Gracias a cada uno de los maestros

Que participaron en mi desarrollo profesional durante mi carrera, sin su ayuda y conocimientos no estaría en donde me encuentro ahora.

Omar Alfonso Bravo Barcenas

INDICE Introducción 1 Objetivo 2 Justificación 3 CAPITULO 1.- LIMITACIONES Y ESPECIFICACIOONES DEL DISEÑO 1.1.-Limitaciones del diseño 4 1.2.-Especificaciones del diseño 5 CAPITULO 2.- MEMORIA DE CALCULO 2.1.-Diseño por presión interna (CILINDRO) 7 2.1.2.-Diseño por presión externa 9 2.2.-Diseño de Tapas por presión interna 10 2.2.1.-Diseño de Tapas por presión externa 13 2.3.-Calculo de anillos atiezadores 14 2.4.-Diseño de Silletas 16 2.4.1.-Calculo de esfuerzos longitudinales 19 2.4.2.-Calculo de esfuerzos tangenciales 20 2.4.3.-Calculo de esfuerzos circunferenciales 21 2.5.-Selección de orejas de Izaje 22 2.6.-Selección de coples e instrumentos de medición 23 2.7.-Calculo de Boquillas 27 2.7.1.-Boquilla de alimentación 27 2.7.2.-Boquilla de descarga 27 2.7.3.-Boquilla de drenado 27 2.8.-Calculo de registro de hombre 30 2.9.-Soldadura 35 CAPITULO 3.- ANALISIS POR ELEMENTO FINITO 3.1.-Análisis por elemento finito 42 CAPITULO 4.- COSTOS 4.-Costos 53 Anexos (TABLAS) 58 Conclusiones y Recomendaciones 70 Bibliografía 71


DISEÑO Y FABRICACION DE RECIPIENTE HORIZONTAL 1

INTRODUCCIÓN

Este proyecto se realizo en base a los fundamentos del

código ASME sección VIII, que este marca en sus lineamientos la normatividad que debe llevar dicho recipiente así como los puntos importantes del diseño del mismo.

En base a esto el proyecto presenta una perspectiva amplia sobre el diseño de recipientes a presión, el contenido de la investigación esta desarrollado en base a la ejecución detallada sobre el proceso que debe de seguirse para la construcción de un recipiente de alta seguridad tratando de cubrir las necesidades del cliente y brindándoles un alto grado de seguridad en base a las normas ya mencionadas.

Por otra parte este diseño se realizo por cálculos de presión externa e interna, los elementos diseñados del recipiente que se calcularon por estos conceptos fueron los siguientes:

Tapas del recipiente Cuerpo del recipiente

Las silletas se van a calcular por esfuerzos

longitudinales, esfuerzos tangenciales y esfuerzos circunferenciales, por otra parte los componentes faltantes como son orejas de izaje, coples e instrumentos de medición estos se van a seleccionar por medio de manuales y tablas donde ya vienen normalizados y se tiene que ver cual es el mas adecuado para el diseño que se esta realizando. Por otra parte existe la posibilidad de que el diseño del recipiente tenga que llevar anillos atiesadotes debido a que la presión externa sea mayor a la interna en caso contrario no hará falta que el diseño lleve estos elementos.

Ya por ultimo se tiene que tener en cuenta el cálculo de las boquillas y el registro de hombre, en el cálculo de las boquillas dependiendo del diseño que se realice, se tiene que tener muy en cuenta si va a llevar placas de refuerzo o si no es necesario todo esto en base a la normatividad ya mencionada.

A continuación se muestra la clasificación que tienen los recipientes sujetos a presión:



OBJETIVO

Este proyecto se realizara con la finalidad de resolver

problemas de almacenamiento y suministro de agua, este recipiente será analizado y calculado tanto analíticamente como numéricamente, para la obtención de un buen diseño del recipiente y así obtener el mejor funcionamiento del mismo, el cual será de gran importancia tanto para el comprador como para los mismos diseñadores si se quiere que este producto sea competitivo dentro de la industria.

Otros factores que son de gran importancia dentro del diseño del recipiente a presión es que tienen que cumplir con la normatividad del código ASME, esto apoyado en el manual de Pressure Vessels todo esto para que cumplan con los lineamientos necesarios y para obtener una buena calidad y seguridad del recipiente a presión.

JUSTIFICACIÓN

Como ya se sabe en estos tiempos el almacenamiento de líquidos o gases a altas presiones y temperaturas es muy frecuente y necesario en la industria, por ese motivo se decidió realizar el diseño de un recipiente a presión horizontal que sea capaz de almacenar agua a altas presiones y temperaturas para el uso que es tan frecuente en la



industria. Para ello, es indispensable contar con el buen diseño de un recipiente, en este sentido, el marco referente actual del mercado nacional presenta oportunidades para la iniciativa privada, particularmente en actividades de distribución y almacenamiento de líquidos y gases, así como las inversiones suficientes en materia de producción e infraestructura.

En la actualidad los diferentes usos que se le dan de un recipiente a presión son muy diversos, en este caso el recipiente tiene como finalidad principal el almacenamiento de agua la cual servirá para controlar fugas de cloro en u banco de tanques de almacenamiento de esta sustancia.

Todo esto con la finalidad de evitar problemas en el sistema principalmente de fugas como ya se menciono anteriormente además de evitar problemas secundarios como es la corrosión de los diferentes materiales que se encuentran en el sistema y así mismo darle el mejor funcionamiento y tiempo de vida útil que se pueda tener.

Por otro lado este recipiente es hecho para hacer más funcional cualquier tipo de sistema que necesite el almacenamiento o suministro de agua a presiones y temperaturas altas; así para que este resista los esfuerzos que ahí se puedan presentar para que no falle y tenga el mejor funcionamiento.

Todo lo antes mencionado, frente a esta perspectiva, es indispensable contar con una industria que garantice el buen diseño y el suministro eficaz de los recipientes, bajo las mayores condiciones de seguridad hasta llegar a los consumidores finales.



CAPITULO 1.- LIMITACIONES DEL DISEÑO Y ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO

1.1 limitaciones del diseño.

Los recipientes sujetos a presión deberán diseñarse,

fabricarse, inspeccionarse y marcarse de acuerdo con la última edición de las normas de calderas y recipientes sujetos a presión del ASME sección VIII división 1.

Las limitaciones de este diseño del recipiente van a estar dadas por el código ASME y por las presiones que se van a ejercer en el recipiente que son la presión interna y externa. Además de los siguientes puntos:

El espesor de la placa que se use para el casco y las cabezas será de ¼ de pulgada como mínimo.

Las silletas deberán soldarse al recipiente, excepto cuando se ordene específicamente no soldarse debido a factores como transportación.

Los materiales serán especificados por el comprador y su designación deberá aparecer indicados en los dibujos de taller.

El procedimiento de la soldadura y los registros de calificación de los soldadores de los fabricantes deberán ser sometidos a aprobación al recibo del pedido. Toda soldadura deberá hacerse por los procedimientos por arco metálico protegido o por arco sumergido.

Las costuras longitudinales de los cascos cilíndricos o cónicos, todas las costuras de los cascos esféricos y de las cabezas formadas por partes deberán situarse de manera que liberen las aberturas, sus parches de refuerzo y las placas de desgaste de las silletas. Las costuras circunferenciales de los cascos deberán situarse de manera que libren las aberturas, los parches de refuerzo, los anillos de artesa y de soporte de aislamiento y las placas de desgaste de las silletas. Cuando sea inevitable cubrir una costura longitudinal por un parche de refuerzo, se esmerilara la costura a ras y el parche mencionado se examinara en el sitio antes de soldarlo.



1.2.- Especificaciones del diseño.

1. Los recipientes a presión se diseñaran para soportar las cargas que sobre estos ejercen la presión interna o externa, el peso del recipiente, reacciones en los apoyos y la temperatura.

2. La presión máxima de trabajo permitida estará limitada por el casco y las cabezas y no por las partes secundarias.

3. Recipientes soportados en silletas. Se diseñaran aplicando el método de LP. Zick (esfuerzos que obran en los grandes recipientes horizontales montados en soportes de dos silletas).

4. Los esfuerzos que obran en los faldones, silletas, y

otros soportes y en sus soldaduras de sujeción pueden sobrepasar a los valores máximos de esfuerzos permitidos para los materiales que se indican en las norma ASME.

5. Los fabricantes del recipiente deberán someter sus

diseños a aprobación cuando el comprador no proporcione un diseño y no especifique el espesor de placa requerido.

POR SU USO

Por su uso los podemos dividir en recipientes de

almacenamiento y en recipientes de proceso.

Los primeros nos sirven únicamente para almacenar fluidos a presión, y de acuerdo con su servicio son conocidos como tanques de almacenamiento, tanques de día, tanques acumuladores, etc. Los recipientes a presión de proceso tienen múltiples y muy variados usos, entre ellos podemos citar los cambiadores de calor, reactores, torres fraccionadoras, torres de destilación, etc.



POR SU FORMA

Por su forma, los recipientes a presión, pueden ser

cilíndricos o esféricos. Los primeros pueden ser horizontales o verticales, y pueden tener, en algunos casos, chaquetas para incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos según el caso.

Los recipientes esféricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se recomiendan para almacenar grandes volúmenes a altas presiones.

Puesto que la forma esférica es la forma “natural” que toman los cuerpos al ser sometidos a presión interna, ésta sería la forma más económica para almacenar fluidos a presión, sin embargo, la fabricación de este tipo de recipientes es mucho más cara en comparación con los recipientes cilíndricos.

TIPOS DE TAPAS

Para “cerrar” recipientes cilíndricos, existen varios

tipos de tapas, entre otras tenemos las siguientes: Tapas planas, planas con ceja, únicamente abombadas, abombadas con ceja invertida, toriesféricas, semielípticas, semiesféricas, tapas 80-10, tapas cónicas, toricónicas, etc.



CAPITULO 2.- MEMORIA DE CALCULO

CALCULOS DEL RECIPIENTE CONSIDERANDO UN ACERO SA-516-70

2.1.-CALCULO DEL CILINDRO POR PRESION INTERNA.

T= 77°F. P Operación= 200 Psi. Sustancia a almacenar: Agua Material SAE 516-70: 17500 Psi a una temperatura -20 -650°F. E= 85% V= 5000 Lts.= 176.57 ft. (VER ANEXO A; Tabla #1)

PARA LA PRESION DE DISEÑO TENEMOS.

SI Po>300 Psi. SI<300 Psi. Pdis= 1.1Po Pdis= Po+30 Psi

CALCULO POR PRESIÓN DE DISEÑO.

csEP

F =

P= Presión de diseño c= Corrosión s= Esfuerzo permisible del material E= Eficiencia de la soldadura

CALCULO DE LA PRESION DE DISEÑO.



061.085.0*17500*25.0

230%85

1750025.0

2303020030

==

===

=+=+=

F

EPsis

cPsiPsiPsiPdis

PsiPoP

TOMANDO EL VALOR DEL DIAMETRO INTERIOR DE LA GRAFICA DE MEDIDAS OPTIMAS DEL CILINDRO. (VER

ANEXO A; Tabla #2)

.lg4.502.4int pftD ==

PARA CALCULAR EL ESPESOR DEL RECIPIENTE:

lg392.0)230*5.0()85.0*17500(

2.25*2305.0

ppsE

PRt =−

=−

= S/corrosión

P= Presión de diseño s= Esfuerzo permisible del material R= radio interior

Para recipientes a presión que servirán como almacenaje de agua el margen de corrosión recomendado es de 1/6 el espesor de pared calculado por lo que el margen de corrosión a recomendar será:

lg065.06392.0: pucorrosion =

Por lo que nuestro espesor de pared considerando la

corrosión será igual a:

lg457.0065.0392.0 put =+= C/corrosión

Tomando un espesor estandarizado tenemos:

0.457=0.5pulg



CALCULANDO EL DIAMETRO EXTERIOR.

lg4.51)5.0*2(4.502int putDDext =+=+=

CALCULANDO LA LONGITUD DEL CILINDRO.

ftDVL 746.12

2.4*)57.176*4(4

22 ===ππ

2.1.2.-CALCULO DEL CILINDRO POR PRESIÓN EXTERNA.

T= 77°F. Pext= 14.301 Psi. Material SAE SIG-70: 17500 Psi a una temperatura -20 a -650°F. E= 85% V= 5000 Lts.= 176.57 ft. c=0.25

003.017500*85.0*25.0

301.14===

csEPF

TOMANDO EL Dint. DE LA GRAFICA DE MEDIDAS

ÓPTIMAS PARA RECIPIENTES TENEMOS:

lg4.7195.5int pftD ==

CALCULANDO EL ESPESOR DEL RECIPIENTE.

.lg036.0)301.14*5.0()85.0*17500(

)7.35*301.14(5.0

pPsE

PRt =−

=−

= s/corrosión

lg042.06/036.0036.0 pt =+= c/corrosión

Tomando un espesor estandarizado tenemos que se utilizaría una lámina de 1/16 de pulg.



CALCULANDO EL DIAMETRO EXTERIOR.

.lg525.71)0625.0*2(4.712int ptDDext =+=+=

CALCULANDO LA LONGITUD.

tfDVL 35.6

95.5*57.176*44

22 ===ππ

2.2.-CALCULANDO Y SELECCIONANDO EL TIPO DE TAPAS.

Así como en los cilindros de recipientes sometidos a

presión, es recomendable usar una eficiencia de 0.85, en las tapas es conveniente usar un valor de E = 1.0, en algunos casos las tapas son fabricadas de una solo pieza, ello involucra que no tengan soldaduras y automáticamente el valor de la eficiencia es 1.0; Cuando las tapas no son fabricadas de una sola pieza, es conveniente radiografiar totalmente las soldaduras, cuyas longitudes son generalmente pequeñas, y consecuentemente, el radiografiado no es muy costoso comparado con el costo resultante del incremento en el espesor de las tapas. En las Figuras antes mencionadas, hemos elaborado los cálculos de los espesores de las tapas usando valores de E = 0.7, 0.85 y 1.0 respectivamente, el objeto de haberlos realizado, es hace una comparación entre los resultados obtenidos y de esta manera formarnos un criterio propio basado en este tipo de experiencias.

TAPAS PLANAS

Se utilizan para “cerrar” recipientes sujetos a presión atmosférica generalmente, aunque en algunos casos se usan también en recipientes sujetos a presión. Su costo entre las tapas es el más bajo, se utilizan también como fondos de tanques de almacenamiento de grandes dimensiones.

TAPAS PLANAS CON CEJA

Al igual que las anteriores, se utilizan generalmente para presiones atmosféricas, su costo también es relativamente bajo, y tienen un límite dimensional de 6 metros de diámetro máximo.



TAPAS ÚNICAMENTE ABOMBADAS

Son empleadas en recipientes a presión manométrica relativamente baja, su costo puede considerarse bajo, sin embargo, si se usan para soportar presiones relativamente altas, será necesario analizar la concentración de esfuerzos generada al efectuar un cambio brusco de dirección.

TAPAS ABOMBADAS CON CEJA INVERTIDA

Su uso es limitado debido a su difícil fabricación, por lo que su costo es alto, siendo empleadas solamente en casos especiales.

TAPAS TORIESFÉRICAS

Son las que mayor aceptación tienen en la industria, debido a su bajo costo y a que soportan altas presiones manométricas, su característica principal es que el radio de abombado es aproximadamente igual al diámetro. Se pueden fabricar en diámetros desde 0.3 hasta 6 metros.

TAPAS SEMIELÍPTICAS

Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesférica es relativamente alto, ya que las tapas semielípticas soportan mayores presiones que las toriesféricas. El proceso de fabricación de estas tapas es el troquelado, su silueta describe una elipse relación 2:1, su costo es alto y en México se fabrican hasta un diámetro máximo de 3 metros. (VER ANEXO A; Tablas #3 y #4)

5.2.2.-TAPA HEMISPHERICAL (POR PRESIÓN DE DISEÑO)

.lg195.0)230*2.0()85.0*17500*2(

)2.25*230(2.02

pPsE

PRt =−

=−

= s/corrosión

P= Presión de diseño R= Radio interior s= Esfuerzo permisible del material E= Eficiencia de soldadura





Por lo que nuestro espesor de pared considerando la corrosión será igual a

lg227.00325.0195.0 put =+= c/corrosión


0.227=0.25pulg=1/4pulg

POR PRESIÓN EXTERNA.

.lg0121.0)301.14*2.0()85.0*17500*2(

)2.25*301.14(2.02

pPsE

PRt =−

=−

= s/corrosión

lg10*016.26

0121.0: 3 pucorrosion −=

lg32/1lg0141.010*016.20121.0 3 puput ≈=+= −

TAPA ELLIPSOIDAL (POR PRESIÓN DE DISEÑO).

.lg390.0)230*2.0()85.0*17500*2(

)4.50*230(2.02

pPsE

PDt =−

=−

= s/corrosión





Por lo que nuestro espesor de pared considerando la corrosión será igual a

lg455.0065.0390.0 put =+= c/corrosión


0.455=0.5pulg=1/2pulg POR PRESION EXTERNA

( )( )( )( )( ) ( )( )

lg024.0

301.140.2-85.01750024.50301.14

(0.2)P -))((2

pt

t

ESPDt

=

=

=

lg10*46024.0: 3 pucorrosion −=

lg32/1lg028.010*4024.0 3 puput ≈=+= −

La tapa seleccionada es elipsoidal ya que por presión de

diseño se obtiene un espesor “t” al espesor del cilindro que es 1/2 plg. y que por presión externa no fallara.

2.3.-CALCULANDO ANILLOS ATIESADORES

Este cálculo se realizara solo para el aprendizaje ya que estos anillos atiesadotes solo se requieren en el caso que la presión externa sea mayor a la presión interna.

Dado que en este caso la presión interna es de 200 psi y la presión externa es de 15 psi; por lo que se concluye que no se requiere de anillos atiesadotes por la condición antes mencionada. Do= Diámetro exterior del casco (Pie) Ls= Momento de inercia t=Espesor de la pared del casco As=Área de la sección transversal



A= Factor determinado P= Presión externa Do=51.4 plg Ls=76.476 plg t=0.392plg As=32 plg P=14.301 PSI DATOS:

Se cumple las condiciones de que I no debe de ser menor a Is por lo que las medidas del anillo son las correctas.

( ) ( )

( )

EBA

LsAst

DPB

ALsAstLD

I

o

so

S

2

43

14

2

=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

( )

( )

( )

028.9171320..

028.91714

)048.0(476.76

635.0476.764.51

048.017500

46.416246.416

476.76635.0

4.51301.1443

4

2

≥∴≥

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

=

=

=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

+=

inII

I

I

A

A

B

B

S

S

S



2.4.-CALCULO DE ESFUERZOS EN SILLETAS.

1. ESFUERZOS LONGITUDINALES POR FLEXION. 2. ESFUERZO DE CORTE TANGENCIALES. 3. ESFUERZOS CIRCUNFERENCIALES.

Para la realización del cálculo de los esfuerzos en las

silletas se tendrá que calcular el peso del recipiente.

CALCULO DEL PESO DEL RECIPIENTE TANTO VACIO COMO LLENO.

°=====

120"4.51

"5.0"7.25

"952.152:

θDtRLDATOS

OBTENIENDO EL PESO DEL AGUA

3

3

3

22

33

31.20610)735.337)(025.61(

025.611735.337

785.3123.8995.317373

)952.152()7.25(

036.0000.1222

inV

inltltV

ltgalgalVinV

LRV

VVVinLb

mgVW

TAPAS

TAPAS

TAPAS

CUERPO

CUERPO

TAPASCUERPOT

OHOHTOH

==

=∴=

=∴==

==

+=

=Κ

=∴=

ππ

γγ



lbVWinV

VVV

OHTOH

T

TAPASCUERPOT

40.12909)036.0)(55.358594(55.358594)3.20610(2)95.317373(

2

22

3

====+=

+=

γ

OBTENIENDO EL PESO DEL RECIPIENTE VACIO

( ) lbWWlbW

lbWDLW

inlb

WWW

RR

R

CUERPO

CUERPO

TAPASCUERPOR

5097637.46331.11.1637.4633)553(2)637.3527(

553lb:pesa tapaUna637.3527

)142.0)(952.152)(7.51()142.0(0.142lb/in1/2" de placa la Para

/284.0200kg/m pesa 1" de acero de placa una Para2

22

====+=

===

=

=

+=

ππ

lbW

lbWW

784.19086:serarecipinet del peso l que lopor este de 6% el

agrega le se calculado recipiente del pes al ASME norma laSegun 4.18006

509740.12909:sera recipiente del peso El

=

=+=

CALCULANDO LAS FUERZAS EN LA SILLETAS



CALCULANDO LAS REACCIONES EN LA SILLETAS

lbQ

WQ

A

A

392.95432

784.190862

1

=

==

CALCULANDO LOS ESFUERZOS EN LAS SILLETAS Q = fuerza en la silleta = 9543.392lb R = Radio exterior del casco = 25.7 in S = Esfuerzo del material = 17500 psi ts = Espesor del casco = 0.5 in th = Espesor de tapa = 0.5 in K = Constante θ = Angulo de contacto según ASME 120° A = Distancia de ubicación de la silleta = 30.6 in H = Longitud de tapa = 9.750 in L = Longitud del casco = 152.952 in

2.4.1.- ESFUERZOS LONGITUDINALES POR FLEXION

PsiS

KtRKLH

LAHR

LA

QA

SS

416.546632.110

085.10604.02.011)79.292027(

)5.0)(7.25()952.152(3

)750.9(41

)952.152)(6.30(2)750.9()7.25(

)952.152()6.30(1

1)6.30)(392.9543(

))(()(3)(41

))((21

1

1

2

22

2

22

1

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−−

=

=⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

−+−

−

=⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

−+−

−

=



PsiS

tR

LA

LHL

HRQL

SS

351.585.1037

8.0085.1048.1223.364920

)5.0()7.25(

952.152)6.30(4

)952.152(3)750.9(41

)952.152()750.9()7.25(21

4)952.152)(392.9543(4

341

21

4

1

2

2

22

2

2

22

1

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −

±=

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−+

−+

±=⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−+

−+

±=ππ

CALCULANDO EL ESFUERZO RESPECTO A LA PRESION INTERNA

Psit

PR

S

5911)5.0)(2(

)7.25)(230(2

==

LA SUMA DE LOS ESFUERZOS A TENSION NO DEBE DE EXEDER AL

ESFUERZO PERMISIBLE POR 0.85. 58.351+5911=5969.351 psi S = (17500) (0.85)=14875psi POR LO TANTO S>S1 14875>5969.351

El esfuerzo a compresión no es considerable ya que t/R>0.005 esto es: 0.0195>0.005

2.4.2.- ESFUERZO DE CORTE TANGENCIALES. Como A > R/2 se utiliza la siguiente formula para el esfuerzo

30.6 > 12.85

PsiHL

ALRt

QKS

PsiHL

ALRt

QKS

S

S

985.130)750.9(

34952.152

)6.30(2952.152)5.0)(7.25(

)392.9543)(319.0(

342

827.480)750.9(

34952.152

)6.30(2952.152)5.0)(7.25(

)392.9543)(171.1(

342

32

22

=

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

−=

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

−=

=

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

−=

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

−=



2S no debe exceder el esfuerzo del material multiplicado por 0.8 por lo tanto tenemos que:

psiS 140008.0*17500 ==

S > 2S

Esfuerzo adicional en las tapas:

PsiRt

QKS 813.297

)5.0)(7.25()392.9543)(401.0(5

3 ===

3S Mas el esfuerzo debido a la presión interna no deberá exceder de 1.25 veces el esfuerzo a la tensión del material de la tapa.

3

3 813.62085911813.297S que lopor

5911psi:internapresion por esfuerzo El2187525.1*17500

SSPsiS

PsiS

PI

≥=+=+

==

2.4.3.- ESFUERZOS CIRCUNFERENCIALES.

Como L >= 8R se aplican las siguientes formulas.

( ) ( )

( )

PsiRtbt

QKS

SSpsiS

S

tQK

RtbtQS

SS

ssS

233.1067)5.0)(7.25(56.18(5.0

)392.9543)(760.0()56.1(

26250783.34765.1783.3476798.3034866.253

5.02)392.9543)(053.0(3

)5.0)(7.25(56.1)8((5.04392.9543

23

56.1(4

75

4

4

24

26

4

−=+

=+

−=

≤∴≤

−=−−=

=−+

−=

−+

−=



2.5.- SELECCIÓN DE OREJAS DE IZAJE



2.6.-SELECCIÓN DE COPLES PARA LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION

MEDIDOR DE PRESION TIPO 232.54 PARA AMBIENTE HUMEDO DESIGNACION ASME B40.100 Y EN 837-1 TAMAÑO DE 2 ½” RANGO DE PRESION < 1000 Psi TIPO C CONEXIÓN: MATERIAL ACERO INOXIDABLE 316C CON CUERDA DE ½” DE DIAMETRO YIPO NPT SE SELECCIONO UN COPLE TIPO CAMPANA DE 1/2" POR 3/8”

MEDIDOR DE TEMPERATURA MODELO 55 B BIMETAL PARA PROCESOS INDUSTRIALES RANGO DE TEMPERATURA 0-60 °C PRESION MAXIMA 25 BAR CONEXIÓN: TIPO G ½” B

MEDIDOR DE NIVEL SERIE KFC MODELO DC 18-33 V PTFE- SENSOR CONEXIÓN: M12 CONECTOR 1/2" SE SELECCIONO UN COPLE TIPO CAMPANA DE ½ POR 3/8”



PARA EL RECIPIENTE SE SELECCIONO LOS INDICADORES DE

NIVEL QUE ACONTINUACION SE ILUSTRA.

SE SELECCIONO UN COPLE TIPO CAMPANA DE 1/2" POR 3/8”



PARA LOS TRES INSTRUMENTOS DE MEDICION ANTES MENCIONADOS SE SELECCIONO EL COPLE QUE ACONTINUACION SE ILUSTRA.



2.7.-CALCULO DE BOQUILLAS

PARA LA ALIMENTACION SE TOMARA UN TUBO DE 3 1/2 pulg. LO

CUAL NOS DA UN DIAMETRO DE BOQUIILLA DE 5 pulg. LA CUAL TAMBIEN SE UTILIZARA PARA EL TUBO DE DESCARGA EL CUAL ES DE 3 pulg. DE DIAMETRO Y PARA ESTO SE REALIZO EL SIGUIENTE CÁLCULO DE BOQUILLA: P= 230 psi. D= 51.4 plg Material SA-516-70 S= 17500 psi. C= 0.0654 E= 100% BOQUILLA DE 5 plg. Tubocedula120 Espesor nominal de 0.5 plg Espesor mínimo 0.438 plg Material SA-516-70 S= 17500 psi 1.- CALCULO DEL ESPESOR DEL CUELLO DE LA BOQUILLA.

lg5.0405.0065.0340.0

sin340.0)230(6.0-)1(*)17500(

7.25*2306.0

ptrcorrosiòncontr

corrosiònPSrE

PRtr

==+=

===

oo

oo

2.- CALCULO DEL ESPESOR REAL DEL CUERPO

lg435.0065.0-5.0 pctrt === 3.- CALCULO DEL ESPESOR DEL CUELLO DE LA BOQUILLA POR PRESIÒN INTERNA

PSnERnPtrn

6.0-*

=



PARA UNA BOQUILLA DE 5 plg.

lg4)5.0(*252

pdtrDextd

=−=−=

Se le agrega 2 veces la corrosión:

lg0319.0=)230(6.0)1)(1500(

)065.2(*)230(=

lg065.2=213.4

=2

=

lg13.4=)065.0(*2+4=

ptrn

pd

Rn

pd

4.- CALCULO DEL ESPESOR DE LA BOQUILLA

lg435.02

13.452

pdDexttn =−

==

5.- CALCULO DE LA PARTE DELCUELLO DE LA BOQUILLA QUE PENETRA EL RECIPIENTE

h=? h<H2-2c

{{

9575.0)065.0(2087.1lg087.1

087.1)435.0(5.25.2≤087.1)435.0(5.25.2≤

2

2

2

=−==

====

hpH

tnHtH

6.- CALCULO DE LA ALTURA LIMITE DE LA BOQUILLA QUE ACTUA COMO REFUERZO

{{

lg087.1=587.1=5.0+)435.0(5.2=+5.2≤

087.1=)435.0(5.2=5.2≤

1

1

1

pHtetnH

tH



7.- CALCULO DEL RADIO DE LA PLACA DE REFUERZO W

lg13.4=

3=5.0+435.0+

213.4

=++2

13.4=≥

pW

ttndd

W

8.- CALCULO DEL AREA DEL AGUJERO DEL RECIPIENTE

2lg421.1=)344.0(*)13.4(= pA 9.- CALCULO DE LAS AREAS QUE ACTUAN COMO REFUERZO

a)

{{

21

1

1

lg375.0

070.0)344.0435.0(*)344.0435.0())((≥375.013.4*)344.0435.0()(≥

pA

ttntrtAdtrtA

=

=+−=+−=−=−

b)

{{

22

2

2

lg878.0

878.0)435.0(5*)031.0435.0(5)(≤878.0)435.0(5*)031.0435.0(5)(≤

pA

tntrntnAttrntnA

=

=−=−=−=−

c)

23 lg833.0=)957.0)(435.0(2=2= puhtA n

d)

224 lg378.0=)435.0(2=2= puhA

e)

243215 lg135.3)378.0833.0878.0375.0(421.1)( puAAAAAA =−−−−=−−−−=

10.- CALCULO DEL DIAMETRO DE PLACA

lg8lg553.7)435.0(213.45.0

135.325 puputdtA

D ne

P ≈=++=++=



2.8.-CALCULO DE REGISTRO DE HOMBRE

%100=065.0=

17500=70516:

lg4.51=230=

:

EC

PsiSSAMATERIAL

puDPsiP

DATOS

PsiSCEDSAMATERIAL

puNOMINALESPESORpuBOQUILLA

15000=40 15106:lg812.0=

lg20=

1.- CALCULO DEL ESPESOR DEL CUELLO DE LA BOQUILLA POR PRESION INTERNA:

lg2/15.0:QUE TENEMOS ADOESTANDARIZ ESPESOR UNTOMANDO

/ lg405.0065.0340.0

/ lg340.0)230(6.0)1)(17500(

)7.25)(230(6.0

put

CORROSIONCput

CORROSIONSpuPES

PRt

r

r

rr

==

=+=

=−

=−

=

2.- CALCULO DEL ESPESOR REAL DEL CUERPO:

435.0065.05.0 PULGt r =−=

3.- CALCULO DEL ESPESOR DEL CUELLO DE BOQUILLA POR PERSION INTERNA:

PESPR

tn

nrn 6.0−=

SABEMOS QUE UNA BOQUILLA DE 20pulg

lg188.92376.18

lg506.18)065.0(2lg376.18)812.0)(2(20) (2-

puR

pupudBOQUILLADEESPESORDd

n

ext

==

=+=−==



POR LO QUE EL ESPESOR DE BOQUILLA POR PRESION INTERNA SERA:

lg142.0)230(6.0)1)(15000(

)188.9)(230(6.0

puPES

PRt

n

nrn =

−=

−=

4.- CALCULO DEL ESPESOR DE BOQUILLA:

lg747.02

506.18202

-pu

dDt EXT

n =−

==

5.- CÁLCULO DE LA PARTE DE LA BOQUILLA QUE PENETRA EN EL RECIPIENTE: SABEMOS QUE EL REGISTRO DE HOMBRE DEBE DE IR AL RAS DE LA PARTE INTERNA DEL RECIPIENTE POR LO QUE TENEMOS QUE:

0=∴0= 2Hh

6.- CÁLCULO DE LA ALTURA LIMITE QUE ACTUA COMO REFUERZO:

1H MENOR DE lg117.3=)5.0+747.0(5.2=)+(5.2lg087.1=)435.0(5.2=5.2

puttput

en

lg087.1=1 puH

7.- CALCULO DEL RADIO DE LA PLACA DE REFUERZO:

W MAYOR DE 435.10=435.0+747.0+2506.18

=++2

lg506.18=

ttd

pud

n

lg506.18= puW



8.- CALCULO DEL AREA DEL AGUJERO DEL RECIPIENTE:

2lg292.6=)340.0)(506.18(== pudtA r

9.- CÁLCULO DE LAS AREAS QUE ACTUAN COMO REFUERZO: a)

1A Menor de 2

2

lg107.0)435.0747.0)(340.0435.0())(-(

lg758.1506.18)340.0435.0()-(

putttt

pudtt

nr

rn

=+−=+

=−=

lg758.1=1 puA b)

2A Menor de 2

2

lg259.2)747.0(5)142.0747.0(5)-(

lg315.1)435.0(5)142.0747.0(5)-(

puttt

puttt

rnn

rnn

=−=

=−=

lg315.1=2 puA c)

0=∴0=2=

3

3

AhhtA n

d) 222

4 lg116.1=)747.0)(2(=2= puhA

e)

243215 lg965.6)116.10315.1758.1(292.6)---(- puAAAAAA =−−−−==



10.- CALCULO DEL DIAMETRO DE LA PLACA DE REFUERZO:

lg34≈lg93.33=)747.0(2+506.18+5.0

965.6=2++= 5 puplutd

tA

D ne

P

psiSBSATORNILLOSLOSDEMATERIAL

psi SSACIEGABRIDALADEMATERIAL

psiPDISEÑODEDATOS

puREALZADACARADEDIAMETRO

putDINTERIORDIAMETROpuBARRENODECIRCULARDIAMETRO

TORNILLOSDENUMEROpsiSSA

CUERPODELMATERIALC

CTpsiP

puDDATOS

BOQUILLANOMINAL

O

NOMINAL

25000= 7193:

25000= 105

230=:

lg5.30=

lg376.18=)812.0(220=2= lg27=

24= 17500= 70516

: 065.0=

°25=230=

lg20=:

CALCULO DEL ANCHO DEL EMPAQUE: (VER TABLAS 8 Y 9; ANEXO A)

lg062.62

376.185.302-

puDD

N INTERORREALZADA =−

==

MATERIAL DEL EMPAQUE: ASBESTO COMPRIMIDO DE 1/8 pulg. DE ESPESOR EL CUAL TIENE LAS SIGUIENTES PROPIEDADES:

psiYm 1600= 00.2=



lg753.0=2273.2

=2

=

lg273.2=8

)062.6(3=

83

=

pub

b

puN

b

O

O

LOCALIZACION DE LA CARA DE REACCION:

lg438.242

376.185.302

-pu

DDG INTREALZADA =

−==

CARGA TOTAL EN TORNILLOS: TOMAR EL VALOR QUE RESULTE MAYOR:

( )( ) ( ) ( ) ( )( )( )

( )( )( )

lg438.24==3.0=′

lg031.3=2

438.245.30=

2=

lg440.6=25000

44.161013==

44.161013==605.92497=1600438.24753.0=

=44.161013=

2302438.24753.02+230438.24785.0=

2+785.0=

11

1

2

2

1

21

21

puGdC

puGD

h

puS

WA

lbWWlbπW

bGYπWlbW

πW

GmPπbPGW

CBg

b

mm

m

m

m

m

m

m

lg1917.2=)438.24)(17500(

)031.3)(44.191013(9.1+

)1)(17500()230(3.0

438.24=

9.1+

′= 3

put

SdWh

SEPC

dt g



AREA TRANSVERSAL DE 24 TORNILLOS:

lbSAA

W

puA

bm 371200=2

25000)256.23+440.6(=

2)+(

=

lg265.23=)969.0)(24(= 2

lg3.2=)438.24)(1)(17500(

)031.3)(371200)(9.1(438.24=

9.1= 23 pu

SEdWh

dt g

EN LOS RESULTADOS OBSERVAMOS QUE EL ESPESOR DE UNA BRIDA COMERCIAL SA-105 DE 20 pulg. DE DIAMETRO NOMINAL NO CUMPLE CON LAS CONDICIONES DEL ESPESOR REQUERIDO POR CUAL SE UTILIZARA UNA BRIDA COMERCIAL DE 24 pulg. DE DIAMETRO NOMINAL. (VER TABLAS 6 Y 7; ANEXO A)

2.9.-SOLDADURA

La Soldadura de Arco Manual o MMA es también conocida como Soldadura de Electrodo Cubierto, Soldadura de Varilla o Soldadura de Arco Eléctrico, es la más antigua y más versátil de todos los diferentes procesos de soldadura de arco.

Un Arco Eléctrico es mantenido entre la punta de un electrodo cubierto (Coated Electrode) y la pieza a trabajar. Las gotas de metal derretido son transferidas a través del arco y son convertidas en un cordón de soldadura, un escudo protector de gases es producido de la descomposición del material fundente que cubre el electrodo, además, el fundente también puede proveer algunos complementos a la aleación, la escoria derretida se escurre sobre el cordón de soldadura donde protege el metal soldado aislándolo de la atmósfera durante la solidificación, esta escoria también ayuda a darle forma al cordón de soldadura

especialmente en soldadura vertical y sobre cabeza. La escoria debe ser removida después de cada procedimiento. Oscar Kjellberg fue el inventor del electrodo cubierto, y con este la invención de la soldadura de arco, cuando en 1904 entrego en la



oficina de patentes de Suecia una nota escrita a mano que describía su invención única, hasta ahora y al pasar del tiempo cientos de diferentes variedades de electrodos son producidos, a veces conteniendo aleaciones para el trabajo estructural metálico, fuerza y ductilidad para la soldadura.

Las labores más ligeras son efectuadas usando potencia AC por el bajo costo de los transformadores que la producen, el trabajo de alta producción industrial usualmente requiere de fuentes DC más poderosas y grandes rectificadores, para darle la polaridad exacta al proceso. El proceso es principalmente usado para soldar aleaciones ferriticas en trabajos metálicos estructurales, fabricación de barcos e industrias en general. A pesar de lo relativamente lento del proceso, por el recambio de electrodos y la remoción de la escoria, se mantiene como una de las técnicas más flexibles y sus ventajas en áreas de acceso restringido son notables.

La Sociedad Americana de Soldadura "AWS" ha establecido una serie de códigos de identificación y a su vez de Clasificación para los diferentes productos que las grandes y medianas fabricas de electrodos producen para abastecer el mercado, estos códigos se han convertido en la referencia mas comúnmente usada en Latino-América por su fácil reconocimiento y manejo y aunque algunos fabricantes nombran sus productos con sus propios nombres comerciales, los usuarios en su mayoría prefieren llamarlos por su código de identificación de la AWS.

Otras agencias, especializadas en áreas especificas, han establecido sus código para identificar sus productos, como algunas agencias que regulan los productos de uso militar, Militar "MIL", La Sociedad Americana de Ingenieros Metalúrgicos (American Society of Metallurgical Engineer) "ASME", el Bureau Americano de constructores de Barcos (American Bureau of Shipping) "ABS", el Bureau Canadiense de Soldadura (Cannadian Bureau of Welding) "CBW", solo para nombrar los mayores.

Los electrodos, en particular, tienen su propio código en todas las agencias que los clasifica, que los separa de los demás productos y los hace identificables de manera especifica, el código que AWS usa para esto, y que probablemente sea el mas popular en Latino-América se ha convertido en la referencia que mas comúnmente se usa para Clasificar, son el AWS A5.1 para los electrodo de acero "dulce" o de relleno, y el AWS A5.5 para los electrodos de



aleación de acero (alto contenido de carbón), muchos los identifican separándolos erróneamente como "Electrodos de Bajo Hidrogeno y Electrodos de Alto Hidrogeno" respectivamente, pero algunas variaciones de los electrodos en ambas clasificaciones contienen en sus fundentes altas o bajas cantidades de Hidrogeno que los excluye de esa referencia.

La norma ASME maneja este modelo de soldadura para el recipiente teniendo el tipo de soldadura y la eficiencia en cada uno de los elementos.

Por lo que el recipiente estará dividido en las siguientes secciones y diferentes tipos de soldaduras en las diferentes uniones del recipiente. (VER TABLA #5; ANEXO A)

ACONTINUACION SE MUESTRAN LOS COMPONENTES DEL RECIPIENTE.

(Ver tabla #1) en el Anexo B.



SOLDADURA DE RECIPIENTES SOMETIDOS A PRESIÓN

Existen varios métodos para hacer juntas soldadas. En cada caso particular, la elección de un tipo de entre las numerosas alternativas, depende de: 1. Las circunstancias en que se ha de realizarse la

soldadura.

2. Los requisitos del código.

3. Los aspectos económicos.

1.- CIRCUNSTANCIAS PARA LA REALIZACIÓN DE LA SOLDADURA.

En muchos casos, la accesibilidad de la junta determina el tipo de soldadura. En un recipiente de diámetro pequeño (menos de 18-24 pulgadas), no puede aplicarse la soldadura manual. Se utiliza una tira de respaldo, ésta debe permanecer en su lugar. En los recipientes de mayor diámetro, si no tienen registro para hombre, la última junta (de cierre) sólo puede soldarse desde el exterior. El tipo de soldadura puede ser determinado también por el equipo del fabricante. 2.- REQUISITOS DE LAS NORMAS.

De acuerdo al tipo de junta, las normas establecen requisitos basados en el servicio, el material y la ubicación de la soldadura. Los procesos de soldadura que pueden aplicarse en la construcción de recipientes están restringidos también por las normas, como se describe en el párrafo UW-27. Las normas se representan en las páginas siguientes bajo los títulos:

a) Tipos de juntas soldadas (Juntas permitidas por las normas, su eficiencia y las limitaciones de sus aplicaciones) Tabla UW-12

b) Diseño de juntas soldadas (Tipos de juntas en recipientes para varios servicios y con ciertas condiciones de diseño). UW-2, UW-3.

c) Eficiencias de junta y reducciones de esfuerzos

(Eficiencias de juntas en ciertos puntos y esfuerzo permisible reducido para usarse en cálculos de componentes de recipientes).



Los datos de la tabla están basados en las siguientes regulaciones del código:

Total, por zonas, examen radiográfico parcial o no radiografiado de juntas A, B y C. UW-11 Para el cálculo del esfuerzo longitudinal, la eficiencia de junta parcialmente radiografiada es la misma que la de juntas radiografiadas por zonas. Las secciones de recipientes sin costura y cabezas con juntas a topes, categoría B, C o D que son radiografiadas por zonas, deberán diseñarse para esfuerzo circunferencial con un valor de esfuerzo igual al 85% del esfuerzo permisible del material UW-12(b).

Cuando las juntas no se radiografían, como eficiencia, E, de la junta deben usarse los valores de la columna “c” de la tabla “tipos de juntas soldadas”, y en todo otro cálculo de diseño deberá tomarse un valor de esfuerzo igual al 80% del esfuerzo permitido del material, excepto para cabezas planas no atirantadas, etc. UW-12(c). 3.- ECONOMÍA DE LA SOLDADURA.

Si los dos factores anteriores permiten la libre elección, la economía es el factor decisivo. Siguen algunas consideraciones relativas a la economía de la soldadura:

• La preparación de bordes en V, que puede hacerse a soplete, es siempre más económica que la preparación para juntas en J o en U.

• La preparación en V doble requiere sólo de la mitad del

metal de soldadura depositada de la que requiere la preparación en V sencilla.

• Al aumentar el tamaño de una soldadura de filete, su

resistencia aumenta en proporción directa, mientras que el metal de soldadura depositado aumenta en proporción al cuadrado de su tamaño.

• La soldadura de baja calidad hace necesaria la

utilización de placa de mayor espesor para el recipiente. El que sea más económico utilizar soldadura de mayor resistencia y placa más delgada o lo contrario, depende del tamaño del recipiente, del equipo de



soldadura, etc. Esto debe decirse en cada caso particular.

PARA COPLES Y BOQUILLAS LA NORMA MARCA LOS SIGUIENTES ESQUEMAS PARA SU COLOCACIÓN EN EL RECIPIENTE POR MEDIO DE SOLDADURA.



Se puede definir la eficiencia de las soldaduras, como

el grado de confiabilidad que se puede tener de ellas. Sus valores están dados en la siguiente tabla, en la cual se muestran los tipos de unión más comúnmente usados en la fabricación de recipientes a presión. (Ver tabla #2, #3, #4, #5, #6) en el Anexo B.

PRUEBAS REALIZADAS AL RECIPIENTE

PRUEBA HIDROSTTICA.- Para corroborar la eficiencia de dichas soldaduras se realizara esta prueba la cual consta de llenar de liquido en este caso agua el recipiente y aumentando la presión un 50% lo que es igual a 345 psi.

LIQUIDOS PENETRANTES.- Para detectar fallas en soldaduras indicándose como en las figuras siguientes:



CAPITULO 3.-ANALISIS POR ELEMENTO FINITO

Este es un método de análisis alternativo ya que aquí podemos observar los esfuerzos y deformaciones que se presentan el los componentes analizar, todo esto debido a las restricciones y consideraciones de carga aplicadas.

Este método puede ser tan preciso como erróneo ya que estos programas dividen el elemento en miles de partes y este mismo toma una de esas miles de partes y la analiza; pero el error se presenta cuando uno no toma en cuenta las consideraciones necesarias para analizar el elemento.

Se analizar por ANSYS el cilindro, las tapas, silletas y orejas de izaje obteniéndose los siguientes gráficos:

CILINDRO

En las siguientes imágenes se observan los esfuerzos y deformaciones que se presentan en el cuerpo del recipiente esto debido a la presión interna que actúa sobre dicho elemento, es importante recalcar y observar la concentración de esfuerzos que se ejercen alrededor de los barrenos que se realizaron para la colocación de boquillas de alimentación, descarga y drenado; así como del registro hombre y para las conexiones de los instrumentos de medición.



Tapas

En las siguientes imágenes se observan los esfuerzos y

deformaciones que se presentan en las tapas del recipiente esto debido a la presión interna que actúa sobre dicho elemento, es importante recalcar y observar la concentración de esfuerzos que se ejercen alrededor de los barrenos que se realizaron para las conexiones de los instrumentos de medición.



Silletas En las siguientes imágenes se observan los esfuerzos y

deformaciones que se presentan en las silletas del recipiente esto debido al peso del recipiente, este se debe de considerar tanto vació como lleno para tener un buen análisis del elemento.



Orejas de izaje.

En las siguientes imágenes se observan los esfuerzos y deformaciones que se presentan en las orejas de izaje del recipiente esto debido a las cargas que se producen al tiempo que se realiza el transporte, tomando en cuenta que el recipiente va a estar vació.



CAPITULO 4.-COSTOS

COSTOS DEL RECIPIENTE A PRESIÓN PARA

ALMACENAMIENTO DE AGUA



ANEXOS

ANEXO A Tabla #1



Tabla #2



TABLA #3



TABLA #4



TABLA #5



TABLA #6



TABLA #7



TABLA #8



TABLA #9



ANEXO B

TABLA # 1. COMPONENTES DE RECIPIENTE HORIZONTAL PARA ALMACENAMIENTO DE AGUA COMPONENTE NOMBRE GRAFICO PROPIEDADES

A REGISTRO DE HOMBRE

REGISTRO HOMBRE DE 24" DE DIAMETRO LA CUAL CONTARA CON

BRIDA CIEGA DE MATERIAL SA-105 Y

CUELLO DE TUBO CED 40 DE SA-106-15

B BOQUILLA ALIMENTACION

BOQUILLA DE ALIMENTACION DE 31/2"

CON TUBO CED 120 MATERIAL SA-516-70

C BOQUILLA DE DRENADO

BOQUILLA DE DRENADO DE 31/2" CON CUELLO DE TUBO CED 120 MATERIAL

SA-516-70

D BOQUILLA DE DESCARGA

BOQUILLA DE DESCARGA DE 3" CON CUELLO DE TUBO CED

120 MATERIAL SA-516-71

E COPLES PARA ACCESORIOS

COPLES PARA ACCESORIOS DE

CUERDA NPT DE 1/2" SOLDABLE MATERIAL

COBRE.

F, G OREJAS DE IZAJE

MATERIAL SA-516-70 DIMENSIONES Y

ESPECIFICACIONES VER EN PLANO RP5-001



H, I SILLETAS

MATERIAL SA-516-70 DIMENSIONES Y

ESPECIFICACIONES VER EN PLANO RP5-001

TABLA #2.

TIPOS DE JUNTAS SOLDADAS

TIPOS NORMA UW-12

EFICIENCIA DE LA JUNTA, E. Cuando la junta es:

a.- Radiografiado totalmente.

b.- Examinada

por zonas.

c.- No examinada.

1 Juntas a tope hecha por doble cordón de soldadura o por otro medio con el que se obtenga la misma calidad de metal de soldadura depositada sobre las superficies interior y exterior de la pieza. Si se emplea placa de respaldo, debe quitarse ésta después de terminar la soldadura.

1.00 0.85 0.70

2 Junta a tope de un solo cordón con tira de respaldo que queda en su lugar después de soldar.

0.90 0.80 0.65

3

Junta a tope de un solo cordón sin tira de respaldo.

- - 0.60

4 Junta a traslape de - - 0.55



doble filete completo

5 Junta a traslape de un solo filete completo con soldaduras de tapón.

- - 0.50

6 Junta a traslape de un

solo filete completo sin soldaduras de tapón.

- - 0.45

TABLA #3

TIPOS DE JUNTAS SOLDADASLIMITACIONES AL APLICAR LOS DISTINTOS TIPOS DE SOLDADURA NOTAS

PARA EL TIPO 1, NINGUNA. 1. En esta tabla se indican los tipos de

juntas soldadas que son permitidas por las normas en procesos de soldadura por arco ycon gas.

2. La forma de los bordes por unir mediante

soldadura a tope deberá ser tal que permita lograr, una fusión y penetración completas.

3. Las juntas a tope deberán estar libres de

socavaciones, traslapes y lomos y valles bruscos. Para asegurarse de que se llenen completamente de soldadura las ranuras, el metal de soldadura puede acumularse como refuerzo. El espesor del refuerzo no debe exceder de las medidas siguientes.

PARA EL TIPO 2, NINGUNA Excepto soldadura a tope con una placa desplazada; para unionescircunferenciales únicamente.

PARA EL TIPO 3 Para uniones circunferenciales únicamente, no más de 5/8 de pulg. De espesor y no más de 24 pulg. Dediámetro exterior.

PARA EL TIPO 4 Uniones longitudinales de no más de 3/8 de pulg. De espesor. Uniones circunferenciales de no más de 5/8 de pulg. De espesor.

PARA EL TIPO 5 a) Uniones circunferenciales para juntas de cabezas de no más de 24 pulg. De diámetro exterior a cascos de no más de ½ pulg. De espesor. Se excluyen las juntas de cabezas hemisféricas a cascos. b) Uniones circunferenciales para juntas a cascos de no más de 5/8 de pulg. De espesor nominal, cuando la distancia del centro de la soldadura de tapón a la orilla de la placa no sea menor de 1 ½ veces el diámetro del orificio para el tapón.

Espesor de la placa

hasta ½” inclusive

de ½” hasta 1 inclusive más de 1"

Refuerzo máx. 3/32 1/8 3/16

4. Antes de soldar el segundo lado de una junta a tope de doble cordón, las impurezas de la soldadura del primer lado deben separarse por rebabeo, a esmeril o



PARA EL TIPO 6 a) Para la unión de cabezas convexas hacia la presión a cascos de no más de 5/8 de pulg de espesor requerido, sólo aplicando soldadura de filete en el interior del casco o b) Para la unión de cabezas con la presión en cualquiera de sus lados, a cascos de no más de 24 pulg de diámetro interior y no más de 1/4 de pulg de espesor requerido con soldadura de filete en el exterior de la brida de la cabeza solamente.

por fusión para que haya metal firme para penetración y fusión completas. Para la soldadura de arco sumergido se recomienda formar por rebabeo una ranura en el cráter.

5. Las máximas eficiencias permitidas para la

junta que se dan en esta tabla se usarán en los cálculos de las cargas, al hacer las uniones por los procedimientos de soldadura por arco o con gas.

TABLA #4

DISEÑO DE JUNTAS SOLDADASLas juntas designadas por las mismas letras están sujetas a las mismas

condiciones y tienen los mismos requisitos. Tales requisitos, relacionados con el servicio, material, espesor y otras

condiciones de diseño se indican a continuación.

CONDICIONES DE DISEÑO TIPO DE SOLDADURA EXAMEN

RADIOGRÁFICO EFICIENCIA DE JUNTA

TRATAMIENTO

TÉRMICO DESPUÉS DE LA SOLDADU

RA

1. El diseño del

recipiente a

presión se basa en una

eficiencia de

junta de 0.85.

Norma UW-11(a) (5).

Juntas A y D. Completo 1.00

Por la norma UCS-56

Las juntas A y B (roblonado transversal

únicamente) deben ser del tipo No. (1) ó

(2)

Completo por zonas No

Tipo (1) 1.00 0.85 0.70

Tipo (2) 0.90 0.80 0.65

Las juntas B y C deben ser a tope UW-

11(a)(5)(b)

Parcial 0.85 Tipo (1) 0.80 Tipo (2)

Las juntas a tope B y C en boquillas y pasos a cámaras

menores de 10 pulg de diámetro nominal y espesor de pared menor de 1 1/8 de

pulg no requieren de examen radiográfico,

(La totalidad de la soldadura es aceptable

por el examen

radiográfico parcial) UW-

La eficiencia de roblonado

transversal puede regir únicamente cuando cargas

complementarias, como el viento, etc., producen



excepto para el acero ferrítico cuyas propiedades a la

tensión mejoran con tratamiento térmico

UHT-57

51 (c) (1) flexión longitudinal o tensión en las

juntas con presión interna.

2. Recipientes a presión en los que el examen

radiográfico

completo no es

obligatorio UW-11(b).

Todas las juntas a tope deben ser del tipo No. (1) o No.

(2) UW-11(b)

Juntas a tope

examinadas por zonas UW-12(b)

Las

secciones de recipiente sin costura

y las cabezas con juntas B, C o D, deben diseñarse

para esfuerzo

circunferencial con un valor de

esfuerzo del material del

85%.

0.85 Tipo No. (1) 0.80 Tipo No. (2)

Por la norma UCS-56

3. El recipient

e se diseña para

presión externa

únicamente o el diseño está

basado en UW-12(c)

(ver tabla).

Cualquier junta soldada UW-11(c)

No requiere examen

radiográfico.

0.70 Tipo No.(1) 0.65 Tipo No.(2) 0.60 Tipo No.(2) 0.55 Tipo No.(1) 0.50 Tipo No.(2) 0.45 Tipo No.(1)

En todos los demás cálculos de diseño se usará el 80% del valor del esfuerzo

del material.

Por la norma UCS-56



TABLA #5

DISEÑO DE JUNTAS SOLDADAS (CONT.)

CONDICIONES DE DISEÑO

TIPO DE SOLDADURA

EXAMEN RADIOGRÁFICO

EFICIENCIA DE JUNTA

TRATAMIENTO TÉRMICO

DESPUÉS DE LA SOLDADURA

4. Recipientes que contengan sustancias tóxicas y peligrosas UW-2(a).

Las juntas A serán del

tipo No. (1) UW-

2(a)(1)(a).

Completo 1.00

Los recipientes fabricados

de aceros al carbón o con

bajo contenido de elementos de aleación deben

tratarse térmicamente después de haberse

soldado, UW-2(c).

Las juntas B y C serán

del tipo No. (1) ó No. (2) UW-

2(a)(1)(b).

Las juntas D llevarán

soldadura de penetración total a través de todo el

espesor de la pared del recipiente o la boquilla

UW-2(a)(1)(c).

Todas lasjuntas a tope en cascos y cabezas deben examinarse radiográficamente por completo, excepto los tubos de intercambiadores y los intercambiadores UW-2(a)(2), (3) y UW-11(a)(4).

1.00 0.90*

*para usarse en cálculos de esfuerzo longitudinal (roblonado transversal).

5. Los recipientes que operen a menos de -20° F se requiere

pruebas de impacto del material o

del metal de aporte UW-

2(b).

Las juntas A serán del

tipo No. (1) (excepto para

acero inoxidable

304). Las juntas B serán del

tipo No. (1) ó del No. (2) UW-2(b) (1) y

(2).

Completo por zonas no

Tipo (1) 1.00 0.85 0.70

Tipo (2) 0.90 0.80 0.65

Por la norma UCS-56



6. Calderas con presión de diseño mayor de 50 lb/Pulg2.

Las juntas A serán del tipo No. (1).

Todas las juntas a tope en cascos y cabeceras deberán ser radiografiadas por completo excepto cuando así lo indican las normas UW-11(a)(4) UW-2(c).

1.00 Los recipientes fabricados con acero al carbono o de acero con bajo contenido de elementos de aleación deberán tratarse térmicamente después de haberse soldado. UW-2(c).

1.00 Tipo No. (1)

0.90 Tipo No. (2)

Las juntas B serán del tipo No. (1) o (2) UW-2(c).

TABLA #6

DISEÑO DE JUNTAS SOLDADAS (CONT.)

CONDICIONES DE DISEÑO

TIPO DE SOLDADURA

EXAMEN RADIOGRÁFICO

EFICIENCIA DE JUNTA

TRATAMIENTO TÉRMICO DESPUÉS DE LA SOLDADURA

7. Recipientes que contengan sustancias tóxicas y peligrosas UW-2(a).

Las juntas A serán del tipo No. (1).

Completo

Tipo (1) 1.000.850.70

Tipo (2) 0.90 0.80 0.65

Cuando el espesor en las juntas soldadas en acero al carbono (P-No.-1) sea mayor de 5/8 de Pulg, así como cualquier espesor para aceros con bajo contenido de elementos de aleación (diferentes del P-No.-1), es obligatorio el tratamiento térmico después de la soldadura.

Las juntas B serán del tipo No. (1) ó No. (2) cuando el espesor sea mayor de 5/8 de Pulg UW-2(d).

Por zonas No



8. Soldadura de electro escoria.

Todas las soldaduras a tope UW-11(a) (6).

Completo 1.00 Tipo No. (1)

0.90 Tipo No. (2)

Por código UCS-56

Cualquier soldadura.

Examen por ultrasonido en lugar de radiografiado.

9. Cierre final de recipientes

Cualquier tipo de soldadura UW-11(a)(7).

Completo Examen por ultrasonido cuando la construcción impide el radiografiado.

1.00 Tipo No. (1)

0.90 Tipo No. (2)

Por código UCS-56



CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

Con la realización de este proyecto aprendimos el desarrollo y la estructura que se debe de llevar acabo durante el diseño de un proyecto para así poder obtener buenos resultados. También pudimos aplicar todos los conocimientos adquiridos durante nuestra carrera como son resistencia de materiales, diseño asistido por computadora y el análisis por elemento finito ya que estas son herramientas muy importantes que nos servirán para nuestro desarrollo profesional. Por otra parte pudimos llegar a resultados satisfactorios para la necesidad mencionada en nuestra justificación esto aplicando y llevando acabo los procedimientos del código ASME sección 8 división 1 y del manual Pressure Vessel que trata de cómo llevar acabo el diseño de recipientes a presión de pared delgada. Es recomendable llevar acabo el diseño en base a varios métodos de análisis en este caso realizo el método analítico aplicando todas las ecuaciones necesarias, se modelo el recipiente en el programa de Mechanical desktop esto para obtener los diagramas necesarios y el plano definitivo del recipiente; se realizo el análisis por el método de elemento finito por medio del programa ANSYS donde se pudo apreciar el comportamiento de nuestro recipiente esto nos da la seguridad de obtener un buen diseño. En el análisis de costos es importe otorgar un buen precio a nuestro cliente esto se logra adquiriendo los materiales con bajo costo pero buena calidad aquí nos basamos en los costos que maneja el código ASME en su programa COSTER EVALUATION y obtuvimos un buen precio de nuestro recipiente y con la seguridad de tener buenos materiales.



BIBLIOGRAFIA:

• PRESSURE VESSEL AUTOR: EUGENE F. MEGYESY.

• NORMA ASME SECCION VIII DIVISON 1 Y 2

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