PRESSURE VESSEL

Procesos de Manufactura

Integrantes Fernando Xavier Erazo Navarrete

Edgar Xavier Mendoza Arce

Contenido Indice de Tablas ........................................................................................................................................ 2

Indice de Grafica ....................................................................................................................................... 2

Marco Terico ............................................................................................................................................... 3

Esfuerzos en cascos cilndricos ................................................................................................................. 3

Presin Interna .......................................................................................................................................... 3

Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones interiores. ............................................................. 5

Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones exteriores. ............................................................ 6

Tamao Optimo ........................................................................................................................................ 8

Materiales ..................................................................................................................................................... 8

Procedimiento ............................................................................................................................................... 8

Clculos ......................................................................................................................................................... 9

Tamao ptimo de Recipiente ............................................................................................................. 9

Preparacion de Pintura ....................................................................................................................... 10

Cantidad Requerida de Pintura ........................................................................................................... 10

Diagrama PITOC .......................................................................................................................................... 10

Bibliografa .................................................................................................................................................. 10

Anexos. ........................................................................................................................................................ 11

Graficas ................................................................................................................................................... 11

Tablas ...................................................................................................................................................... 12

Indice de Tablas Tabla 1. Resultados Diseo de Recipiente de Presin .................................................................................. 9

Tabla 2. Presin de los fluidos Carga Esttica ............................................................................................. 12

Tabla 3. Rangos de Presin para Accesorios Bridados y Bridas para Tuberas. .......................................... 13

Tabla 4. Mxima presin permitida para tubos. ......................................................................................... 14

Tabla 5. Tipos de Juntas Soldadas. .............................................................................................................. 15

Tabla 6. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura. ........................................................................ 16

Tabla 7. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura. (Continuacin) ............................................... 16

Tabla 8. Propiedades de los materiales: Acero al Carbono y de bajo contenido de elementos de Aleacin.

.................................................................................................................................................................... 17

Indice de Grafica Grfica 1. Relacin de Volumen de recipiente, Dimetro del recipiente y la Fuerza para determinar el

tamao ptimo del recipiente .................................................................................................................... 11

Indice de Ilustracion Ilustracin 1. Soldadura Tipo 1 Norma UW-12 ............................................................................................. 8

Ilustracin 2. Soldadura Tipo 6 Norma UW-12 ............................................................................................. 9

Marco Terico Se han utilizado procedimientos y frmulas de diseo de las normas de ASME American Society of

Mechanical Engineers, Code for Pressure Vessels, seccin VIII, divisin 1. Los recipientes fabricados se

tratan de materiales ferrosos y soldadura.

Esfuerzos en cascos cilndricos

La presin uniforme, interna o externa, induce en la costura longitudinal un esfuerzo unitario igual al

doble del que obra en la costura circunferencial, por la geometra misma del cilindro.

Cuando otras fuerzas (de viento, ssmicas, etc.) no son factores importantes, un recipiente sujeto a

presin externa, debe disearse para resistir slo la deformacin circunferencial. Las normas establecen

el mtodo de diseo para llenar tal requisito. Cuando actan adems otras cargas, la combinacin de las

mismas puede ser la que rija, y podr requerirse una placa de mayor espesor que el necesario para

resistir nicamente la deformacin circunferencial.

El esfuerzo a la compresin debido a la presin externa y el esfuerzo a la presin interna se

determinarn mediante las frmulas siguientes

Junta Circunferencial

1 =

4

Junta Longitudinal

2 =

2

Donde: D= Dimetro medio del recipiente, pulgadas P=Presin interna o externa, /2 1 = Esfuerzo longitudinal, /

2 2 = Esfuerzo circunferencial (o de zuncho), /

2 t= Espesor del casco, sin margen por corrosin, pulgadas

Presin Interna Presin de Operacin La presin que se requiere en el proceso del que forma parte el recipiente, a la cual trabaja

normalmente ste.

Presin de Diseo

Se recomienda disear un recipiente y sus componentes para una presin mayor que la de operacin.

Este requisito se satisface utilizando una presin de diseo de 30 /2 o 10% ms que la presin de

trabajo, la que sea mayor. Tambin debe tomarse en consideracin la presin del fluido y de cualquier

otra sustancia contenida en el recipiente. Ver la Tabla 2 para la presin de los fluidos.

Mxima presin permitida de operacin. La presin interna a la que est sujeto el elemento ms dbil del recipiente correspondiente al esfuerzo

mximo admisible, cuando se supone que el recipiente e est:

a) En estado de desgaste por corrosin

b) A una temperatura determinada

c) En posicin normal de trabajo

d) Bajo el efecto de otras cargas (carga de viento, presin externa, presin hidrosttica, etc.) que

son aditivas a la presin interna.

Ver Tabla 3 para la mxima presin permitida para bridas. Ver Tabla 4 para la mxima presin permitida

para tubos.

Valores del esfuerzo mximo permitido. Los valores del esfuerzo de tensin mximo permitido para diferentes materiales se presentan en su

respectiva datasheet. El esfuerzo a compresin mximo permitido para usar en el diseo de recipientes

cilndricos sujetos a cargas que produzcan esfuerzo de compresin en el casco debe determinarse de

acuerdo a la norma, ver Error! No se encuentra el origen de la referencia..

Eficiencia de las juntas. La eficiencia de los diferentes tipos de juntas soldadas aparece en la Tabla 5. La eficiencia de las cabezas

o casquetes sin costura est tabulada en la Tabla 6 y Error! No se encuentra el origen de la referencia..

Las pginas que siguen contienen frmulas que se emplean para calcular el espesor de pared requerido

y la presin mxima de trabajo permitida para los tipos de casco y de cabeza de uso ms frecuente. Las

frmulas para casco cilndrico se dan para la costura longitudinal, ya que es la que rigen generalmente.

El esfuerzo de la costura circunferencial rige solamente cuando la eficiencia de la junta circunferencial es

menor que la mitad de la eficiencia de la junta longitudinal, o cuando adems de la presin interna, hay

cargas adicionales (carga de viento, reaccin de las silletas), que producen flexin o tensin

longitudinales. La razn de esto es que el esfuerzo que se origina en la costura circunferencial es igual a

la mitad del que se origina en la costura longitudinal.

De acuerdo con lo anterior, las frmulas para la costura circunferencial son:

Espesor Presin

=

2 + 0.4 =

2

0.4

Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones interiores.

Casco Cilndrico

=

0.6

=

+ 0.6

P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.

Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal.

Cuando el espesor de pared exceda de la mitad del radio interior o P exceda de 0.385 SE, se aplicarn

las frmulas dadas en el Apndice del Cdigo, 1-2.

Esfera y Cabeza Hemisfrico.

=

2 0.2

=2

+ 0.2

P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.

Para las cabezas sin brida recta, sese la eficiencia de la junta de la cabeza al casco si es menor que la

eficiencia de las costuras de la cabeza.

Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exceda de 0.665 SE, se aplicarn las formulas dadas

en el Apndice 1-3 de las normas.

Cabeza Elipsoidal 2:1

=

20.2

=2

+ 0.2

P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.

Para las cabezas elipsoidales cuya relacin del eje mayor al eje menor sea diferente 2:1, vase el

Apndice 1-4 (c) de las normas.

Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones exteriores.

Casco Cilndrico

=

+0.4

=

0.4

P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.

Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal. Cuando el espesor de pared exceda de la

mitad del radio interior o P exceda de 0.385 SE, se aplicarn las frmulas dadas en el Apndice del

Cdigo, 1-2.

Esfera y Cabeza Hemisfrico.

=

2+0.8

=2

0.8

P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.

Para las cabezas sin brida recta, sese la eficiencia de la junta de la cabeza al casco si es menor que la

eficiencia de las costuras de la cabeza.

Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exceda de 0.665 SE, se aplicarn las formulas dadas

en el Apndice 1-3 de las normas.

Cabeza Elipsoidal 2:1

=

2 + 1.8

=2

1.8

P= Presin de diseo presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.

Para las cabezas elipsoidales cuya relacin del eje mayor al eje menor sea diferente 2:1, vase el

Apndice 1-4 (c) de las normas.

Tamao Optimo Para la construccin de un recipiente a presin con la optimizacin de material debemos tener la

relacin de dimetro y longitudes, y las condiciones a las que nuestro recipiente estar sometido:

=

Siendo P=Presin de diseo, C=Margen por corrosin, S= Valore del esfuerzo del material, E=Eficiencia

de la junta. Una vez encontrada la fuerza, nos dirigimos a la Grfica 1 en la seccin de anexos.

=4

2

Siendo V= volumen del recipiente, D=dimetro interior del recipiente.

Materiales Chapa de Acero SA283

Electrodo E6010

Pintura Vinilo Blanco SSPC-PC 4.04

Desengrasante(Preparacin de superficie)

Procedimiento Se compra la chapa de acero SA283 para realizar el casco cilndrico se procede a rolar, una vez realizado

esta accin aplicamos soldadura con juntas a tope hechas por doble cordon de soldadura o por otro

medio que se obtenga la misma calidad de metal de soldadura depositada en interior y exterior de la

pieza. Si se emplea placa de respaldo doble aplicarse este despus de aplicar la soldadura. El tipo de la

junta soldada corresponde a la norma UW-12.

Ilustracin 1. Soldadura Tipo 1 Norma UW-12

Para la fabricacin de la cabeza elipsoidal, se prensara para obtener la forma deseada, luego se procede

a la soldadura con el casco cilndrico que consiste de una junta a traslape de un solo filete complete sin

soldadura de tapn.

Ilustracin 2. Soldadura Tipo 6 Norma UW-12

Finalmente se aplica un acabado superficial con esmeriladora. En la preparacin de la pintura se

realizara una seleccin de las condiciones a la que nuestro recipiente estar sometido segn la Tabla I

pag 219 (Megyest, 1990), una vez seleccionado el sistema se escoge el tipo de preparacin de la

superficie y el tipo de pintura.

Clculos Tabla 1. Resultados Diseo de Recipiente de Presin

Casco Cilndrico

C.A.= Margen por corrosin,

pulgadas.

S= Valor de esfuerzo del

material

E= Eficiencia

de la junta

R= Radio interior, pulgadas

P= Presin de diseo o

presin mxima permitida de trabajo

t= Espesor de pared,

pulgadas.

0,082 30000 0,7 7,8 200 0,1567

Cabeza Elipsoidal 2:1

C.A.= Margen por corrosin,

pulgadas.

S= Valor de esfuerzo del

material

E= Eficiencia

de la junta

D= Dimetro interior,

pulgadas.

P= Presin de diseo o presin mxima permitida

de trabajo

t= Espesor de pared,

pulgadas.

0,023 30000 0,45 7,8 200 0,0809

Tamao ptimo de Recipiente

Siendo Presin de diseo 200psi, el margen de corrosin del casco igual 0,024, el esfuerzo del material

igual a 30000, y la eficiencia de la junta 0,7. La fuerza aplicada es:

=

=

200

0,024 30000 0,7= 0,11[]

Observando nuestro resultado en la Grfica 1 en la seccin de Anexos.

=4

2=

4 1250

3612

2 = 2,64 []

Preparacion de Pintura

Consideramos un ambiente en el cual estar expuesto al interperie severamente, por lo tranto ldebemos

hacer una preparacion de superficie de Limpieza Quimica, la cual coinsidera una eliminacion de las

escamas de laminacion, escamas de oxidacion. Al finaliar la superficie debe quedar sun restos de acidos,

alcali y todos los quimicos con los que se hayan hecho reaccionar. Las datos a continuacion se han

tomado de las especificaciones y recomendaciones del Steel Structures Painting Council. (Megyest,

1990)

Sistema SSPC-PS

Pretratamiento

Espesor de la pintura seca

1era Mano

2da Mano

3era Mano

4ta Mano

Espesor Total

[milesimas]

4,04 No requeire 9 9 9 9 4,5

*Espec. No.9=Pintura de Vinilo Blanco Epecificacion SSPC Norma 9-64No.9

Cantidad Requerida de Pintura

Teoricamente, un galon de pintura cubre 1600 [2] de superficie con una pelicula de 1 milesima de

pulgada de espesor, estando humeda. El contenido solido de pintura dada por nuestra especifcacion No

9 es de 17%, por lo tanto la cobertura maxima en seco estara teoricamnte entre 1600x0,17=272 [2].

Diagrama PITOC

Bibliografa Megyest, E. F. (1990). Manual de Recipientes a Presion. Mexico D.F: Limusa Noriega.

Anexos

Graficas

Grfica 1. Relacin de Volumen de recipiente, Dimetro del recipiente y la Fuerza para determinar el tamao ptimo del recipiente

Tablas Tabla 2. Presin de los fluidos Carga Esttica

Tabla 3. Rangos de Presin para Accesorios Bridados y Bridas para Tuberas.

Tabla 4. Mxima presin permitida para tubos.

Tabla 5. Tipos de Juntas Soldadas.

Tabla 6. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura.

Tabla 7. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura. (Continuacin)

Tabla 8. Propiedades de los materiales: Acero al Carbono y de bajo contenido de elementos de Aleacin.

*Los valores de esfuerzo de esta tabla pueden interpolarse para determinar los valores para

temperaturas intermedias.