Cilindros de Pared Delgada sometido a Presion

04/10/2012CILINDROS DE PAREDES DELGADAS SOMETIDOS A PRESIÓN Que es un cilindro de pared delgada? vEs cualquier recipiente capaz de almacenar un fluído a presión manométrica, ya sea presión interna o vacío, cuya relación radio interior/espesor de pared sea >10, independientemente de su forma y dimensiones. 1 04/10/2012 Tipos de recipientes Tanque de almacenamiento Tanques acumuladores Intercambiador de calor Reactor Torre de destilación Esféricos ALGUNAS APLICACIONES 2 . es importante la relación: r / t ≥ 10 • (radio interior) / (Espesor de pared) ≥ 10 • Verificando esta relación el análisis de esfuerzos sobre el recipiente será sencillo Tensiones normales presentes en cilindros de pared delgada a) Cilindro sometido a presión interior “p” b)Tensiones que actúan sobre un elemento. Longitudinales ------- -------àà y Circunferenciales-- Circunferenciales --à à 3 . 04/10/2012 En CILINDROS DE PARED DELGADA. 04/10/2012 Tensiones Normales: • Actuan en dirección Circunferenciales tangente a la circunferencia • σc = p r y • t • Actúan en dirección del eje geométrico Longitudinales del cilindro • σL= p r 2t Tensiones Normales CIRCUNFERENCIALES π dFy = (dF ) senθ = pr senθdθ ⇒Fyext = ∫ pr senθdθ = 2pr 0 Fyint = −(2σT ) (t ) .L L p ds r dθ )θ pr σT = t 4 . se clasifican de la siguiente manera: • Por su forma: – Cilíndricos • Verticales • Horizontales – Esféricos • Por su uso: – De almacenamiento – De proceso 5 . 04/10/2012 Tensiones Normales Longitudinales Fextx = − (π r 2 ) p Fintx = σL (2πrt ) ∑F x =0 −π r 2 p + 2π rt σ L = 0 pr σL = 2t • CLASIFICACIÓN TIPOS DE RECIPIENTES Los diferentes tipos de recipientes a presión que existen. chaquetas para incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos • según el caso. pueden ser cilíndricos o esféricos. • Los recipientes esféricos se utilizan generalmente como tanques de • almacenamiento. reactores. • Los primeros pueden ser horizontales o verticales. Sin embargo. • FFS Fitness for Service = “Aptitud para el Servicio” es una evaluación ingenieril cuantitativa que permite demostrar o no la integridad estructural de un equipo dañado de un servicio. ésta sería la forma más económica para • almacenar fluidos a presión. torres de destilación. • tanques de día. etc. y de • acuerdo con su servicio son conocidos como tanques de almacenamiento. los recipientes a presión. Este tipo de evaluaciones cuentan con el respaldo de estándares y practicas recomendadas por organismos internacionales. Códigos de construcción de recipientes a presión • Los códigos de diseño proveen reglas para diseño. • Los recipientes a presión de proceso tienen múltiples y muy variados usos. tanques acumuladores. torres • fraccionadoras. 6 . la fabricación de este tipo de • recipientes es mucho más cara en comparación con los recipientes cilíndricos. inspección y ensayos de equipos nuevos. • Puesto que la forma esférica es la forma “natural” que toman los cuerpos • al ser sometidos a presión interna. y se recomiendan para almacenar grandes volúmenes a altas • presiones. no contemplan el hecho real de la degradación en servicio . etc. en algunos • casos. fabricación. y pueden tener. sin embargo. • entre ellos podemos citar los cambiadores de calor. • Los primeros nos sirven únicamente para almacenar fluidos a presión. 04/10/2012 • POR SU FORMA • Por su forma. • • POR SU USO • Por su uso los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en • recipientes de proceso. que además ha generado un código de diseño. 04/10/2012 • ASME : Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. calderas y recipientes a presión. inspección y pruebas para equipos. ASME tenía 120. Hasta el 2006. es decir si el equipo es apto o no para el servicio en las condiciones actuales). Es una asociación profesional. • API 579 fue desarrollada para evaluar fallas y daño asociado con la operación o servicio de componentes. Formulas para el cálculos de recipientes sometidos a presión interna y externa (según normas ASTM) C = Coef. por corrosión y erosión +c +c 7 . construcción.000 miembros. Este código tiene aceptación mundial y es usado en todo el mundo. • API 579 provee reglas para realizar evaluaciones FFS empleando métodos ajustados para equipos de la industria petroquímica y de refinerias.( Reglas para evaluar la aptitud para el servicios. Entre otros. Se publicó originalmente como una práctica recomendada en el año 2000. C.H. MEGYESY (1992) • Diseño y cálculo de recipientes sujetos a presión . DATOS: P: 100 PSI. YOUNG .D. JUAN MANUEL LEÓN ESTRADA Inglesa (2001).Ing. S: 17500 PSI VALOR DE TENSION A 650ºF E: 1. 8 .500 pulg. 04/10/2012 • EJEMPLO: • DETERMINE EL ESPESOR REQUERIDO.125 COEFICIENTE DE CORROSION DETERMINE LA PRESION DEL FUNCIONAMIENTO ACEPTABLE MAXIMA.A: 0.85 LA EFICACIA DE LA CABEZA SIN COSTURA R: 48” RADIO INTERIOR D: 96” DIAMETRO INTERIOR T: EL ESPESOR DE LA PARED REQUERIDA EN PULGADAS.TIMOSHENKO .0 EFICIENCIA E: 0. PRESION DE DISEÑO. (T) DE UNA CASCARA CILINDRICA. Bibliografía utilizada en esta unidad • “Mecánica de materiales “ .HIBBELER.Montaner y Simon S -(1979).R. (P) PARA 0.C. • Elementos de Resistencia de Materiales – S.Prentice Hall – (2006) • Pressure Vessel Handbook (aplicación de normas) - EUGENE F. pdf GRACIAS POR SU ATENCION!! 9 . 04/10/2012 Sitios de la Web: • http://www.com.inglesa.mx/books/DY CRP. 04/10/2012 10 . La falla repentina de un recipiente a presión corroído. La principal propiedad química que debemos considerar en el material que utilizaremos en la fabricación de recipientes a presión. VII. necesariamente debe ser retirado de operación. Un material que no sea resistente al ataque corrosivo. Un material. además de que los productos de la corrosión. pueden ser nocivos para la salud. II. Un recipiente a presión que ha sido atacado por la corrosión. puede corrroerse en poco tiempo de servicio. PROPIEDADES QUE DEBEN TENER Y RQUISITOS QUE DEBEN LLENAR LOS MATERIALES PARA SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO (CONT. dado que la mayoría de sus componentes son de construcción soldada..) c) PROPIEDADES QUÍMICAS. V.. puede ocasionar desgracias personales.Paros debidos a la corrosión de los equipos. La destrucción de un recipiente a presión por corrosión. VI. Para materiales poco resistentes a la corrosión. es necesario dejar un excedente en los espesores. Para el caso en que se tengan que soldar materiales diferentes entre sí. IV. 04/10/2012 PROPIEDADES QUE DEBEN TENER Y RQUISITOS QUE DEBEN LLENAR LOS MATERIALES PARA SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO (CONT. las consecuencias que se derivan de ello son: I. encarecen el diseño y además de no ser siempre la mejor solución.. lo cual en algunos casos es costosísimo.) d) SOLDABILIDAD.. dejando margen para la corrosión.. III. es su resistencia a la corrosión. de tal manera que se conserven las características que proporcionan los elementos de aleación.. Cuando en los componentes de los recipientes a presión se han llegado a producir perforaciones en las paredes metálicas. esto trae como consecuencia que los equipos resulten más pesados.Reposición del equipo corroído. puede dañar los equipos con los que esté colaborando en el proceso. Los materiales usados para fabricar recipientes a presión. mayores precauciones deberán tomarse durante los procedimientos de soldadura. Para proteger a los equipos del medio ambiente corrosivo es necesario usar pinturas protectoras. Este factor es de muchísima importancia. 11 .Mantenimiento preventivo.Sobre diseño en las dimensiones.Consecuencias de tipo social.Contaminación o pérdida del producto. deben tener buenas propiedades de soldabilidad. lo cual implica pérdidas en la producción. éstos deberán ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere.Daños a equipos adyacentes.. cuantos más elementos de aleación contenga. los productos de la corrosión contaminan el producto. ya que un material mal seleccionado nos causará múltiples problemas. Disponibilidad y tiempo de entrega del material.Confiabilidad del material.. II.) EVALUACIÓN DE LOS MATERIALES SUGERIDOS. Es conveniente tener en cuenta la producción nacional de materiales para construcción de recipientes a presión. En esta etapa. de operación y de mantenimiento. III. 04/10/2012 PROPIEDADES QUE DEBEN TENER Y RQUISITOS QUE DEBEN LLENAR LOS MATERIALES PARA SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO (CONT. IV.Duración estimada del material. Una planta se proyecta para un determinado tiempo de vida útil.. 2. se toman en cuenta los aspectos relacionados con la vida útil dela planta donde se instalarán los recipientes o equipos que se estén diseñando y se fija la atención en los siguientes puntos: I. ya que de éstos depende el funcionamiento correcto y seguro del equipo. es necesario auxiliarnos de la literatura existente sobre el comportamiento de los materiales en situaciones similares. Es necesario tener en cuenta las consecuencias económicas de seguridad del personal y del equipo en caso de que se llegaran a presentar fallas inesperadas... requiere de mantenimientos e inspecciones frecuentes. Para esto. ya que existiría la posibilidad de utilizar los materiales de que se dispone sin tener grandes tiempos de entrega y a un costo menor que las importaciones. Estos requisitos lo cumplen los materiales que impliquen los menores gastos como son los iniciales.Costo del material y de fabricación.Requisitos Técnicos. 12 . PROPIEDADES QUE DEBEN TENER Y RQUISITOS QUE DEBEN LLENAR LOS MATERIALES PARA SATISFACER LAS CONDICIONES DE SERVICIO (CONT. Un material de propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión menores.. Será aquel que cumpla con el mayor porcentaje de requisitos tales como: 1.. reportes de experiencias de las personas que han operado y conocen los problemas que se presentan en plantas donde se manejen productos idénticos para hacer buenas estimaciones. generalmente 10 años. VI.Requisitos Económicos. sin que por este concepto se tenga que sacrificar el requisito técnico. Por lo general.. Cumplir con el mayor número de requisitos técnicos es lo más importante para un material. es el más importante. a un alto costo de material le corresponde un alto costo de fabricación.Vida estimada de la planta. ésto sirve de base para formarnos un criterio sobre la clase de posibles materiales que podemos utilizar.) SELECCIÓN DEL MATERIAL La decisión final sobre el material a utilizar será de acuerdo a lo siguiente: Material más adecuado.. que repetimos. V.Costo de mantenimiento e inspección. P = Po + 30 lb/pulg2. debe tomarse en consideración la presión hidrostática debida a la columna del fluido que estemos manejando. Si Po ≤ 300 lb/pulg2. Donde P es la presión de diseño. Al determinar la presión de diseño (P). Po. • PRESIÓN DE DISEÑO (P) Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes constitutivas de los recipientes sometidos a presión. AGUNAS DEFINICIONES PRESIÓN DE PRUEBA (Pp) Se entenderá por presión hidrostática de prueba y se cuantificará por medio de la siguiente ecuación: Pp = P (1. 04/10/2012 AGUNAS DEFINICIONES • PRESIÓN DE OPERACIÓN (Po) Es identificada como la presión de trabajo y es la presión manométrica a la cual estará sometido un equipo en condiciones de operación normal.5) Sta/Std Donde: P = Presión de diseño. P = 1. Sta = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura ambiente. y Po es la presión de operación.1. 13 . dicho valor será el siguiente: Si Po > 300 lb/pulg2. si éste es líquido sobre todo en recipientes cilíndricos verticales. Std = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura de diseño. b) Bajo los efectos de la temperatura de diseño. tales como fuerza debida al viento. Su valor es aproximadamente el 25% del esfuerzo último a la tensión del material en cuestión. ALGUNAS DEFINICIONES ESFUERZO DE DISEÑO A LA TENSIÓN (S) Es el valor máximo al que podemos someter un material. etc. cuyos efectos deben agregarse a los ocasionadas por la presión interna. 14 . d) Bajo los efectos de otras cargas. en condiciones normales de operación. suponiendo que él está: a) En condiciones después de haber sido corroído. c) En la posición normal de operación.. en condiciones de operación. presión hidrostática. que forma parte de un recipiente a presión. 04/10/2012 ALGUNAS DEFINICIONES PRESIÓN DE TRABAJO MÁXIMA PERMISIBLE Es la presión máxima a la que se puede someter un recipiente. 15 . 2. Como su nombre lo indica. el cual generalmente es agua. 04/10/2012 PRUEBAS EN RECIPIENTES A PRESIÓN • Pruebas hidrostática • Pruebas neumáticas • Pruebas de elasticidad PRUEBA HIDRÓSTATICA Una vez terminado el recipiente consiste en someterlo a una presión de 1. 3. ya que además de ser peligrosas. Siempre que sea posible. con corrosión en cualquiera de sus componentes. Por ningún motivo debe excederse la presión de prueba señalada en la placa de nombre. Cuando se lleva a cabo una prueba hidrostática en un recipiente a presión. deberá reducirse la presión de prueba proporcionalmente.5 veces la presión de diseño y conservar esta presión durante un tiempo suficiente para verificar que no haya fugas en ningún cordón de soldadura. En recipientes a presión usados. es recomendable tomar las siguientes precauciones: 1. esta prueba se lleva a cabo con líquido. tienden a dañar los equipos. evítese hacer pruebas neumáticas. no tóxicos.Primeramente. se baja la presión hasta tener nuevamente la presión atmosférica en el recipiente. 2. rebasaron el límite elástico.Las pruebas neumáticas deben sobrepasar con muy poco la presión de operación. Como ya dijimos anteriormente..E.25 veces la máxima presión de trabajo permisible y definitivamente deben evitarse en recipientes a presión usados.La mayoría de los gases para pruebas neumáticas. el Código A. recomienda que la presión de prueba neumática sea como máximo 1. por lo tanto. 04/10/2012 PRUEBA NEUMATICA Las diferencias básicas entre este tipo de pruebas y la prueba hidrostática. El Freón es un gas recomendable para efectuar las pruebas neumáticas. cuando se haga indispensable la práctica de este tipo de prueba. ya que compararemos este volumen con el inyectado para aumentar la presión y esta comparación nos indicará si las deformaciones sufridas por el recipiente mientras se sometió a la prueba hidrostática. la presión neumática de prueba es alcanzada mediante la inyección de gases. consisten en el valor de la presión de prueba y el fluido a usar en la misma.. sin embargo. su objetivo se verificar al comportamiento elástico del material de fabricación del recipiente y el procedimiento para llevarla a cabo se describe a continuación. se deberán tomar las siguientes precauciones: 1. 16 .. Es sumamente importante recoger el agua sacada para bajar la presión.Cerramos la válvula de venteo y comenzamos a inyectar agua a fin de elevar la presión.M. se encuentran en recipientes a muy alta presión. PRUEBA DE ELASTICIDAD Esta prueba cuando se efectúa. 3.En las pruebas neumáticas con gases diferentes al aire. 3. deben usarse gases no corrosivos.. no es recomendable efectuar pruebas neumáticas.. es indispensable que se extremen las precauciones al transvasarlos al recipiente a probar. se llena el recipiente a probar con agua hasta que por el punto más alto del recipiente escape el agua una vez que se haya abierto el venteo. se lleva a cabo de manera simultánea con la prueba hidrostática..Se mantendrá la presión de prueba durante el tiempo suficiente para verificar que no haya fugas y posteriormente. la tomaremos de una bureta graduada para cuantificar de manera exacta el agua que inyectamos para levantar la presión hasta alcanzar el valor de la presión de prueba. 2. incombustibles y fáciles de identificar cuando escapan. 1. el agua que introduzcamos para este fin. pues puede ocurrir un incremento excesivo en la presión de prueba sumamente peligroso..S.