Recipientes sujetos a presión: componentes y usos

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Los recipientes sujetos a presión desempeñan un papel fundamental en diversas industrias, como la textil, papelera, alimentaria, química, automotriz, siderúrgica, entre otras.

Estos recipientes tienen la función de almacenar, transportar y manipular líquidos o gases, por lo que requieren condiciones específicas de fabricación, operación y mantenimiento.

En este artículo, exploraremos los componentes, tipos, usos y normativas relacionadas con los recipientes sujetos a presión.

Tanques a presión: definición y componentes

Los recipientes sujetos a presión son aparatos diseñados para operar con fluidos o gases a presiones superiores a la atmosférica. Pueden generar presión mediante fuentes externas o mediante la aplicación directa o indirecta de calor.

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Cuando el diseño interno de un recipiente excede los 15 psig, se considera sujeto a presión. Los componentes principales de estos tanques son:

  1. Soportes: dispositivos de apoyo, generalmente en forma de silletas y cunas.
  2. Cuerpo: envoltura metálica que cubre el recipiente, compuesta por la carcasa y las tapas.
  3. Cubierta: formada por virolas soldadas entre sí.
  4. Tapas: utilizadas para cerrar la carcasa, con diferentes formas como hemiesféricas, elípticas, toriesféricas, cónicas, toricónicas o planas.
  5. Conexiones: incluyen entradas y salidas de fluido, así como conexiones para instrumentos, válvulas de seguridad y operaciones de drenaje, venteo y limpieza.
  6. Anillos atiesadores: pueden estar en el interior o exterior del recipiente y se sueldan al cabezal.
  7. Accesorios externos: utilizados como soportes de instalación, anclajes de protección contra incendios, escaleras, plataformas, tuberías, entre otros.
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Tipos de recipientes a presión

Los recipientes sujetos a presión se pueden clasificar según diferentes aspectos:

  1. Uso:
    a. Almacenamiento: utilizados como depósitos de fluidos a presión, como los tanques de almacenamiento.
    b. Proceso: transforman la materia prima en productos o subproductos, como intercambiadores de calor, reactores, torres de destilación, entre otros.
  2. Forma:
    a. Esféricos: recomendados para almacenar grandes volúmenes a altas presiones.
    b. Cilíndricos:
    i. Verticales: utilizados en reactores y torres, entre otros.
    ii. Horizontales: empleados como acumuladores de flujo de vapor o sustancias para equipos especiales.
  3. Objeto:
    a. Generadores de vapor o calderas: utilizados para generar vapor de agua o calentar fluidos.
    b. Recipientes criogénicos: utilizados como depósitos de doble pared para líquidos criogénicos.

Normativas de diseño y condiciones de seguridad

El Código de la American Society of Mechanical Engineers (ASME) establece las reglas de construcción, diseño, materiales, pruebas, inspección y certificación de los recipientes sujetos a presión. Su objetivo es garantizar la seguridad en el manejo de estos equipos.

El código ASME se basa en buenas prácticas y considera el tipo de recipiente, servicio, función, ubicación, naturaleza del fluido, temperatura y presión de operación.

Existen tres divisiones de diseño en el código ASME, que definen el tipo de recipiente y su geometría en función del esfuerzo y la presión.

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Además, se deben considerar variables como el espesor de la envolvente, longitud de las líneas de soporte, anillos de refuerzo, temperatura, cargas, esfuerzos, espesor de corrosión, geometría del equipo y resistencia del material.

El código de construcción ASME Sección VIII es un conjunto de normas que abarca requisitos obligatorios, prohibiciones específicas y reglas de construcción no obligatorias. No cubre todas las posibilidades relacionadas con estas actividades, por lo tanto, los aspectos no mencionados específicamente no deben considerarse prohibidos.

Ahora bien, ¿quién redacta los códigos de diseño? Los códigos son redactados por personas reconocidas en diversas áreas, como profesores universitarios, agencias de inspección, propietarios, usuarios, fabricantes de recipientes sometidos a presión y organismos notificados, entre otros.

¿Qué es lo más importante del código? Lo más importante del código es estar familiarizado y conocer las diferentes secciones para saber dónde buscar. Además, LO MÁS IMPORTANTE ES LEER LOS PÁRRAFOS HASTA EL FINAL, incluso si parece que hemos encontrado lo que buscábamos.

Existen tres divisiones en el código ASME VIII: Divisiones 1, 2 y 3. La División 3 se utiliza para el cálculo y diseño de equipos de muy alta presión, alrededor de 10,000 psi (703 kg/cm2), mientras que las Divisiones 1 y 2 se utilizan para el resto de las aplicaciones.

Los equipos diseñados según la División 1 se basan en reglas que no requieren una evaluación detallada de todos los esfuerzos. Puede haber esfuerzos secundarios elevados y flexores, pero al admitir un factor de seguridad conservador, estos esfuerzos se compensarán.

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Cuando se diseña según la División 2, se realiza un análisis más detallado, lo que permite considerar esfuerzos admisibles mayores y obtener resultados más realistas, económicos y seguros.

Otra diferencia entre las Divisiones 1 y 2 del ASME VIII radica en la teoría de falla utilizada para establecer las ecuaciones de cálculo. Mientras que la División 1 se basa en la teoría del esfuerzo normal, la División 2 se basa en la teoría de la máxima energía de distorsión (Von Mises).

Además, el método de cálculo de la División 1 se basa en el diseño por reglas, mientras que la División 2 lo hace mediante el diseño por análisis, que es un método más riguroso.

Las limitaciones más importantes de la División 1 son las siguientes: si la presión de diseño supera los 3000 psi (210 Kg/cm2), se debe utilizar la División 2 y no se puede utilizar la División 1 para presiones inferiores a 15 psi (1,054 kg/cm2).

Conclusión

Los recipientes sujetos a presión son componentes esenciales en diversas industrias, y su diseño, fabricación y operación deben seguir normativas estrictas para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento.

Conocer los componentes, tipos y normativas relacionadas con estos recipientes es crucial tanto para fabricantes como para usuarios finales. Si estás interesado en desarrollar un proyecto con recipientes sujetos a presRecipientes sujetos a presión: componentes y usos.

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