Codigo asme (1)

[CODIGO ASME]
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CAP. I GENERALIDADES.
FUNCION DEL RECIPIENTE
INTRODUCCION
HISTORIA DEL CODIGO A.S.M.E.
CLASIFICACION DEL CODIGO A.S.M.E.
LIMITACIONES DE LA DIVISION 1
SOCIEDADES E INSTITUTOS
NORMAS DE CALIDAD ISO 9000
TIPOS DE RECIPIENTES
TIPOS DE TAPAS PARA RECIPIENTES A PRESION
CAP. II CRITERIOS DE DISEÑO
MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION
CONSEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE
FILISIFIA DE DISEÑO
TIPO DE CARGAS - ESFUERZOS
TOLERANCIAS
ECUACION DE LA MEMBRANA MODIFICADA POR ASME
CATEGORIA DE CARGAS

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*HISTORIA DEL CÓDIGO A.S.M.E.*
A fin de 1700, sobresale el uso de calderas y la necesidad de proteger al
personal de fallas catastróficas. Las calderas para generación de vapor con
presiones mayores a la atmosférica. El descuido y la negligencia de los
operadores, las fallas de diseño en las válvulas de seguridad, inspecciones
inadecuadas producen muchas fallas y explosiones de calderas en los Estados
Unidos y Europa.
En junio de 1817, el comité del consejo de Filadelfia expone las explosiones
de calderas de barcos. Este comité recomienda que se establezca un Instituto
Legislador y se reglamenten las capacidades de presión, Instalación adecuada a
la válvula de alivio e inspección mensual.
En 1911, debido a la falta de uniformidad para la fabricación de calderas,
los fabricantes y usuarios de calderas y recipientes a presión recurrieron al
consejo de la A.S.M.E., para corregir está situación.
En respuesta a las necesidades obvias de diseño y estandarización,
numerosas sociedades fueron formadas entre 1911 y 1921, tales como la A.S.A.
(Asociación Americana de Estándares) ahora ANSI (Instituto Americano de
Estándares Nacionales) el A.I.S.C. (Instituto Americano del Acero de
Construcción) y la A.W.S. (Sociedad Americana de Soldadura).
Los códigos estándares fueron establecidos para proporcionar métodos de
fabricación, registros y reportar datos de diseño.

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CLASIFICACIÓN DEL CÓDIGO A.S.M.E.
Sección I Calderas de Potencia
Sección II Especificación de Materiales
Sección III Requisitos generales para División 1 y División 2
Sección IV Calderas para Calefacción
Sección V Pruebas no Destructivas
Sección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación de
Las Calderas de Calefacción
Sección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de
Potencia
Sección VIII Recipientes a Presión
Sección IX Calificación de Soldadura
Sección X Recipientes a Presión de Plástico reforzado en fibra de
Vidrio
Sección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares

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CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1
En esta parte del código se establecen los requerimientos mínimos para el
diseño, fabricación e inspección y para obtener la certificación autorizada de la
ASME para los recipientes a presión.
En base a esto se ha dividido en:
Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.
Subsección B. Requerimientos de fabricación
Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura.
Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado
Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno
no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"
Subsección C. Requerimientos de materiales
Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.
Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos.
Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido.
Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento
tipo "lining".
Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil.
Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensión
mejoradas por tratamiento térmico.
Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicanas.
Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles mas
altos a bajas temperaturas.

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 LIMITACIONES DE LA DIVISIÓN 1
 La presión deberá ser menor a 3000 psi.
 Calentadores tubulares sujetos a fuego.
 Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas de
tubería
 Sistemas de tuberías.
 Componentes de tubería.
 Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua,
que utilizan aire como elemento originador de presión.
 Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes características:
 Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h)
 Temperatura del agua de 99° c (210°f)
 Capacidad de 454.3 lt (120 galones)
 Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm²
(15psi)
 Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.

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SOCIEDADES E INSTITUTOS
A.W.S. (American Welding Society)
Proporciona la información fundamental de soldadura, diseño de soldadura,
calificación, pruebas e inspección de soldaduras, así como una Guía de la
aplicación y uso de la soldadura.
A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction)
Fundado en 1921, su primer manual surgió en 1926, proporciona una Guía
y código para maximizar la eficiencia del diseño de acero estructural y seguridad.
El código A.I.S.C. contiene ecuaciones de diseño, criterios de diseño y
diseños prácticos para acero estructural. Su uso es recomendado para el diseño
de edificios, puentes o cualquier estructura de acero, incluyendo aquellas que
sirvan como soportes rígidos de tubería.
A.N.S.I. (American National Standars Institute)
Inicialmente establecida en 1918 como A.S.A. (American Standars
Association) cambio su nombre en 1967 a U.S.A.S.I. (U.S.A. Standars Institute) y
en 1969 cambio a A.N.S.I.
No todos los estándares de U.S. son directamente resueltos por A.N.S.I. El
A.S.M.E., A.W.S., y numerosas organizaciones definen los estándares y códigos
aplicables a la tubería.
A.N.S.I. clasifica la aplicación del sistema de tuberías, bridas, pernos,
roscas, válvulas.

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A.S.M.E. (American Society of Mechanical Engineers)
En 1913, en comité editó el primer reporte preliminar de 2000 ingenieros
mecánicos, profesionales e inspectores de seguros.
En 1914, se edito la sección 1 del código A.S.M.E., uno de los primeros
códigos y estándares en U.S.
El comité recomienda del código para calderas y recipientes a presión así
como el estándar para construcción y código de inspección.
A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials)
Fue fundada en 1898 para desarrollar los estándares de la característica y
eficiencia de los materiales, productos, suministros de servicios y producir lo
relativo a su comportamiento.

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NORMAS DE CALIDAD ISO
INRODUCCION.
Este estándar internacional es uno de los tres estándares internacionales
relacionados con los requerimientos de calidad, los cuales pueden ser utilizados
para propósitos de aseguramiento de calidad establecidos por los tres estándares
internacionales mencionados.
A) ISO 9001. Sistema de calidad.
Modelo de aseguramiento de calidad en diseño, desarrollo, producción,
instalación y servicio. Para usarse cuando la conformidad de requerimientos
especificados debe ser asegurada por el proveedor durante el diseño,
desarrollo, producción, instalación y servicio.
B) ISO 9002. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en
producción, instalación y servicio.
Para usarse cuando la conformidad de requerimiento especificado debe ser
asegurada por el proveedor durante la producción, instalación y servicio.
C) ISO 9003. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en
prueba de inspección final.
 NORMAS DE REFERENCIA
El siguiente estándar contiene provisiones, las cuales son mencionadas en
este texto constituyendo provisiones de este estándar internacional. Todos los
estándares son sujetos a revisión y las partes de los acuerdos de este estándar
son impulsados a investigar la posible aplicación de la más reciente edición del
estándar.

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POLITICA DE CALIDAD.
La administración del proveedor con responsabilidad ejecutiva de definir y
aumentar su política para la calidad. La política de calidad debe ser relacionada a
los propósitos organizacionales del proveedor así como las expectativas y
necesidades de sus clientes, el proveedor deberá tomar en cuenta las diferentes
actividades como apropiadas, en reunir requerimientos especificados para
productos.

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CONTROL DE DISEÑO.
ENTRADA DE DISEÑO.
Los requerimientos de entrada de diseño relacionado con el producto,
incluyendo requerimientos aplicables mandatarios y regulatorios deben ser
identificados, documentados y revisado su selección con el proveedor, para su
educación. Los requerimientos incompletos, ambiguos o conflictivos, deben ser
resueltos con aquellos responsables de establecer estos requerimientos.
SALIDA DE DISEÑO.
Debe ser documentada y expresada en términos que pueda ser verificada y
validada contra los requerimientos de entrada de diseño.
La salida de diseño debe ser;
1. Satisfacer los requerimientos de entrada de diseño.
2. Contener o hacer referencia a criterios de aceptación.
3. Identificar aquellas características del diseño que son cruciales en la seguridad
y funcionamiento apropiado del producto. Los documentos de salida de diseño
deben ser revisados antes de su liberación.
REVISION DE DISEÑO.
En apropiadas etapas de diseño, revisiones formales documentadas de los
resultados de diseño deben ser planeadas y conducidas.
Los participantes en cada revisión deben incluir representantes de todas las
funciones relacionadas con la etapa de diseño esta siendo revisada, así como otro
personal especialista cuando se requiera.
CAMBIOS DE DISEÑO.
Todos los cambios y modificaciones de diseño deben ser identificados,
documentados, revisados y comprobados por personal autorizado antes de su
implementación.

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TIPOS DE RECIPIENTES
Existen numerosos tipos de recipientes que se utilizan en las plantas
industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar
sustancias que se dirigen o convergen de algún proceso, este tipo de recipientes
son llamados en general tanques. Los diferentes tipos de recipientes que existen,
se clasifican de la siguiente manera:
POR SU USO:
Los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientes de
procesos.
Los primeros nos sirven únicamente para almacenar fluidos a presión y de
acuerdo con sus servicios son conocidos como tanques de almacenamiento,
tanques de día, tanques acumuladores, etc.
POR SU FORMA:
Los recipientes a presión pueden ser cilíndricos o esféricos. Los primeros
son horizontales o verticales y pueden tener en algunos casos, chaquetas para
incrementar o decrecer la temperatura de los fluidos según sea el caso.
Los esféricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y
se recomiendan para almacenar grandes volúmenes esféricos a altas presiones.
Puesto que la forma esférica es la forma natural que toman los cuerpos al ser
sometidos a presión interna esta sería la forma más económica para almacenar
fluidos a presión sin embargo en la fabricación de estos es mucho más cara a
comparación de los recipientes cilíndricos.
Los tipos más comunes de recipientes pueden ser clasificados de acuerdo a su
geometría como:
1.- Recipientes Abiertos.
1.1Tanques Abiertos.
2.- Recipientes Cerrados.
2.1 Tanques cilíndricos verticales, fondo plano.

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2.2 Recipientes cilíndricos horizontales y verticales con cabezas formadas.
2.3 Recipientes esféricos.
Indicaremos algunas de las generalidades en el uso de los tipos más
comunes de recipientes:
 RECIPIENTES ABIERTOS: Los recipientes abiertos son comúnmente
utilizados como tanque igualador o de oscilación como tinas para dosificar
operaciones donde los materiales pueden ser decantados como: desecadores,
reactores químicos, depósitos, etc.
Obviamente este tipo de recipiente es más que el recipiente cerrado de una
misma capacidad y construcción. La decisión de que un recipiente abierto o
cerrado es usado dependerá del fluido a ser manejado y de la operación.
Estos recipientes son fabricados de acero, cartón, concreto…. Sin embargo en
los procesos industriales son construidos de acero por su bajo costo inicial y
fácil fabricación.
 RECIPIENTES CERRADOS: Fluidos combustibles o tóxicos o gases finos
deben ser almacenados en recipientes cerrados. Sustancias químicas
peligrosas, tales como ácidos o sosa cáustica son menos peligrosas si son
almacenadas en recipientes cerrados.
 TANQUES CILINDRICOS DE FONDO PLANO: El diseño en el tanque
cilíndrico vertical operando a la presión atmosférica, es el tanque cilíndrico con
un techo cónico y un fondo plano descansando directamente en una
cimentación compuesta de arena, grava o piedra triturada. En los casos donde
se desea usar una alimentación de gravedad, el tanque es levantado arriba del
terreno y el fondo plano debe ser incorporado por columnas y vigas de acero.
 RECIPIENTES CILINDRICOS HORIZONTALES Y VERTICALES CON
CABEZAS FORMADAS: Son usados cuando la presión de vapor del líquido
manejado puede determinar un diseño más resistente. Varios códigos han
sido desarrollados o por medio de los esfuerzos del API y el ASME para
gobernar el diseño de tales recipientes. Una gran variedad de cabezas
formadas son usadas para cerrar los extremos de los recipientes cilíndricos.
Las cabezas formadas incluyen la semiesférica, elíptica, toriesférica, cabeza

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estándar común y toricoidal. Para propósitos especiales de placas planas son
usadas para cerrar un recipiente abierto. Sin embargo las cabezas planas son
raramente usadas en recipientes grandes.
 RECIPIENTES ESFERICOS: El almacenamiento de grandes volúmenes bajo
presiones materiales son normalmente de los recipientes esféricos. Las
capacidades y presiones utilizadas varían grandemente. Para los recipientes
mayores el rango de capacidad es de 1000 hasta 25000 Psi (70.31 - 1757.75
Kg/cm²).
Y de 10 hasta 200 Psi (0.7031 - 14.06 Kg/cm²) para los recipientes menores.
Cuando una masa dada de gas esta almacenada bajo la presión es obvio que
el volumen de almacenamiento requerido será inversamente proporcional a la
presión de almacenamiento.
En general cuando para una masa dada, el recipiente esférico es más
económico para grandes volúmenes y bajas presiones de operación.
A presiones altas de operación de almacenamiento, el volumen de gas es
reducido y por lo tanto en tipo de recipientes cilíndricos es más económico.
TIPOS DE TAPAS DE RECIPIENTES BAJO PRESION INTERNA
Los recipientes sometidos a presión pueden estar construidos por diferentes
tipos de tapas o cabezas. Cada una de estas es más recomendable a ciertas
condiciones de operación y costo monetario.
TAPAS PLANAS:
Se utilizan para recipientes sujetos a presión atmosférica, generalmente,
aunque en algunos casos se usan también en recipientes a presión. Su costo
entre las tapas es el más bajo. Se utilizan también como fondos de tanques de
almacenamiento de grandes dimensiones.
TAPAS TORIESFERICAS:

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Son las de mayor aceptación en la industria, debido a su bajo costo y a que
soportan grandes presiones manométricas, su característica principal es que el
radio del abombado es aproximadamente igual al diámetro. Se pueden fabricar
en diámetros desde 0.3 hasta 6 mts. (11.8 - 236.22 pulgs.).
TAPAS SEMIELIPTICAS:
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 troquelado,
su silueta describe una elipse relación 2:1, su costo es alto y en México se
fabrican hasta un diámetro máximo de 3 mts.
TAPAS SEMIESFERICAS:
Utilizadas exclusivamente para soportar presiones críticas, como su nombre
lo indica, su silueta describe una media circunferencia perfecta, su costo es
alto y no hay límite dimensional para su fabricación.
TAPA 80:10:
Ya que en México no se cuentan con prensas lo suficientemente grande,
para troquelar tapas semielípticas 2:1 de dimensiones relativamente grandes,
hemos optado por fabricar este tipo de tapas, cuyas características principales
son: El radio de abombado es el 80% de diámetro y el radio de esquina o de
nudillos es igual a el 10% del diámetro. Estas tapas las utilizamos como
equivalentes a la semielíptica 2:1.
TAPAS CONICAS:
Se utilizan generalmente en fondos donde pudiese haber acumulación de
sólidos y como transiciones en cambios de diámetro de recipientes cilíndricos.
Su uso es muy común en torres fraccionadoras o de destilación, no hay límites
en cuanto a dimensiones para su fabricación y su única limitación consiste en
que el ángulo de vértice no deberá de ser calculado como tapa plana.

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TAPAS TORICONICAS:
A diferencia de las tapas cónicas, este tipo de tapas tienen en su diámetro,
mayor radio de transición que no deberá ser menor al 6% del diámetro mayor ó
3 veces el espesor. Tiene las mismas restricciones que las cónicas a
excepción de que en México no se pueden fabricar con un diámetro mayor de
6 mas.
TAPAS PLANAS CON CEJA:
Estas tapas se utilizan generalmente para presión atmosférica, su costo es
relativamente bajo, y tienen un límite dimensional de 6 mts. 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.
CAPITULO II CRITERIOS DE DISEÑO
MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION
ESPECIFICACIONES DE LOS ACEROS.
Los aceros al carbón y de baja aleación son usualmente usados donde las
condiciones de servicio lo permitan por los bajos costos y la gran utilidad de
estos aceros.
Los recipientes a presión pueden ser fabricados de placas de acero
conociendo las especificaciones de SA-7, SA-113 C y SA-283 A, B, C, y D, con
las siguientes consideraciones:

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1.- Los recipientes no contengan líquidos ó gases letales.
2.- La temperatura de operación está entre -20 y 650°F.
3.- El espesor de la placa no exceda de 5/8"
4.- El acero sea manufacturado por horno eléctrico u horno abierto.
5.- El material no sea usado para calderas.
Uno de los aceros más usados en los propósitos generales en la
construcción de recipientes a presión es el SA-283 C.
Estos aceros tienen una buena ductilidad, fusión de soldadura y fácilmente
máquinables. Este es también uno de los aceros más económicos apropiados
para recipientes a presión; sin embargo, su uso es limitado a recipientes con
espesores de placas que no excedan de 5/8" para recipientes con un gran
espesor de cascarón y presión de operación moderadas el acero SA-285 C es
muy usado. En el caso de presiones altas o diámetros largos de recipientes, un
acero de alta resistencia puede ser usado como el acero SA-212 B es
conveniente para semejantes aplicaciones y requiere un espesor de cascarón
de solamente de 790% que el requerido por el SA-285 C. Este acero es
también fácilmente fabricado pero es más caro que otros aceros.
El acero SA-283 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas
sobre 650°F; el SA-285 no puede ser usado en aplicaciones con temperaturas
que excedan de 900°F, y el SA-212 tiene muchos esfuerzos permisibles bajos
en las temperaturas más altas, por lo que el acero para temperaturas entre 650
y 1000°F.
El acero SA-204, el cual contiene 0.4 a 0.6% de molibdeno es satisfactorio y
tiene buenas cualidades. Para temperaturas de servicio bajas (-50 a -150°F) un
acero niquelado tal como un SA-203 puede ser usado. Los esfuerzos
permisibles para estos aceros no están especificados por temperaturas bajas
de -20°F. Normalmente el fabricante hace pruebas de impacto para determinar
la aplicación del acero y fracturas a bajas temperaturas.
En la etapa de diseño de recipientes a presión, la selección de los
materiales de construcción es de relevante importancia, para lo cual
necesitamos definir una secuencia lógica para la selección de estos.
Así pues realizaremos un breve análisis de la filosofía a que sigue la ASME,
para seleccionar sus materiales y por consiguiente para especificarlos como
adecuados en la construcción de los recipientes a presión.
CLASES DE MATERIALES.

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El código ASME indica la forma de suministro de los materiales más
utilizados, lo cual va implícita en su especificación. A continuación se dan
algunos ejemplos de materiales, su especificación y forma de suministro. Ver
tabla USC-23.
Debido a la existencia de diferentes materiales disponibles en el mercado,
en ocasiones no resulta sencilla la tarea de seleccionar el material ya que
deben considerarse varios aspectos como costos, disponibilidad de material,
requerimientos de procesos y operación, facilidad de formato, etc.
Así pues es necesario una explicación más amplia acerca del criterio de la
selección de los materiales que pueden aplicarse a los recipientes como:
ACEROS AL CARBON
Es el más disponible y económico de los aceros, recomendables para la
mayoría de los recipientes donde no existen altas presiones ni temperaturas.
ACEROS DE BAJA ALEACION
Como su nombre lo indica, estos aceros contienen bajos porcentajes de
elementos de aleación como níquel, cromo, etc. Y en general están fabricados
para cumplir condiciones de uso específico. Son un poco más costosos que
los aceros al carbón. Por otra parte no se considera que sean resistentes a la
corrosión, pero tienen mejor comportamiento en resistencia mecánica para
rangos más altos de temperaturas respecto a los aceros al carbón.
En la tabla 3.1 se puede observar los aceros recomendados para los rangos
de temperatura más usuales.
ACEROS DE ALTA ALEACION
Comúnmente llamados aceros inoxidables. Su costo en general es mayor
que para los dos anteriores. El contenido de elementos de aleación es mayor,
lo que ocasiona que tengan alta resistencia a la corrosión.

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MATERIALES NO FERROSOS
El propósito de utilizar este tipo de materiales es con el fin de manejar
sustancias con alto poder corrosivo para facilitar la limpieza en recipientes que
procesan alimentos y proveen tenacidad en la entalla en servicios a baja
temperatura.
PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS MATERIALES PARA SATISFACER
LAS CONDICIONES DE SERVICIO
PROPIEDADES MECANICAS.
Al considerar las propiedades mecánicas del material es deseable que
tenga buena resistencia a la tensión, alto nivel de cedencia, por cierto de
alargamiento alto y mínima reducción de área. Con estas propiedades
principales se establecen los esfuerzos de diseño para el material en cuestión.
PROPIEDADES FISICAS.
En este tipo de propiedades se buscará que el material deseado tenga
coeficiente de dilatación térmica.
PROPIEDADES QUIMICAS.
La principal propiedad química que debemos considerar en el material que
utilizaremos en la fabricación de recipientes a presión es su resistencia a la
corrosión. Este factor es de muchísima importancia ya que un material mal
seleccionado nos causará muchos problemas, las consecuencias que se
derivan de ello son:
a) Reposición del equipo corroído. Un material que no sea resistente al
ataque corrosivo puede corroerse en poco tiempo de servicio.
b) Sobre diseño en las dimensiones. Para materiales poco resistentes al
ataque corrosivo puede ser necesario dejar un excedente en los espesores
dejando margen para la corrosión, esto trae como consecuencia que los
equipos resulten más pegados, de tal forma que encarecen el diseño
además de no ser siempre la mejor solución.

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c) Mantenimiento preventivo. Para proteger los equipos del medio corrosivo
es necesario usar pinturas protectoras.
d) Paros debido a la corrosión de equipos. Un recipiente a presión que ha
sido atacado por la corrosión necesariamente debe ser retirado de
operación, lo cual implica las pérdidas en la producción.
e) Contaminación o pérdida del producto. Cuando los componentes de los
recipientes a presión se han llegado a producir perforaciones en las
paredes metálicas, los productos de la corrosión contaminan el producto, el
cual en algunos casos es corrosivo.
SOLDABILIDAD.
Los materiales usados para fabricar recipientes a presión deben tener
buenas propiedades de soldabilidad, dado que la mayoría de los componentes son
de construcción soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales
diferentes entre él, estos deberán ser compatibles en lo que a soldabilidad se
refiere. Un material, cuando más elementos contenga, mayores precauciones
deberán tomarse durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se
conserven las características que proporcionan los elementos de aleación.
EVALUACION DE LOS MATERIALES SUGERIDOS
 Vida estimada de la planta
 Duración estimada del material
 Confiabilidad del material
 Disponibilidad y tiempo de entrega del material
 Costo del material
 Costo de mantenimiento e inspección

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TEMPERATURA
EN °C
TEMPERATURA
EN °F
MATERIAL PARA
CASCARON
CABEZAS Y
PLANTILLAS DE
REFUERZO
-67 a -46.1 -90 a -51 SA-203 B* SA-203 A
-45.6 a -40.5 -50 a -41 SA-516-65 SA-203 B
-40 a 15.6 -40 a +60 SA-516-70+ SA-516-65
15.6 a 343 +60 a 650 SA-285-C SA-515-70
344 a 412.8 -651 a +775 SA-515-70
 Para espesores mayores de 51 mm llevarán relevado de esfuerzos.
+ Para temperaturas de -20°F llevará relevado de esfuerzos.
TABLA 3.1
ACEROS RECOMENDABLES PARA DIFERENTES TEMPERATURAS
CONSEPTO DE ESFUERZO ADMISIBLE
 ESFUERZOS ADMISIBLES
Son los grados de exactitud con los cuales las cargas pueden ser
estimadas, la confiabilidad de los esfuerzos estimados para estas cargas, la
uniformidad del material, el peligro a la falla ocurre y en otras consideraciones
como:
Esfuerzos locales con concentración de esfuerzos, fatiga y corrosión.
Para materiales que sean sometidos a temperaturas inferiores al rango de
termofluencia los esfuerzos admisibles se pueden considerar con el 25% de la
resistencia a la tensión o el 62.5% de la resistencia a la cedencia a la
temperatura de operación. Los materiales usados para anclaje en el rango de
temperatura de -20 a 400°F (-28.88 a 204.44°C) se considera que es un 20%
de la resistencia a la cedencia.

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El porcentaje de resistencia a la cedencia usando como esfuerzo admisble
es controlado por un número de factores tales como la exactitud con la cual la
carga de confiabilidad de los esfuerzos con frecuencia se usa un esfuerzo
admisible para aceros estructurales.
Adm.= Sy ó adm= 2 Sy
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FILOSOFIA DE DISEÑO
En general los recipientes a presión diseñados de acuerdo con el código
ASME Secc. VIII Div. 1. son diseñados por reglas que no requieren una
evaluación detallada de todos los esfuerzos. Se reconoce que existen
esfuerzos secundarios elevados flexionantes pero al admitir un factor elevado
de seguridad y las reglas del diseño, estos esfuerzos serán compensados
como regla general cuando se realiza un análisis mas detallado de esfuerzos
permiten considerar esfuerzos admisibles mayores en lugar de usar un factor
de seguridad elevado como el utilizado en el código. Un factor de seguridad
elevado refleja una falta de conocimiento de los esfuerzos reales.
El diseñador debe de familiarizarse con los diversos tipos de esfuerzos y
cargas para lograr un diseño económico y seguro.
CATEGORIAS DE EXPOSICION
Zona A
Para grandes ciudades donde por lo menos el 50% de los edificios excede
a 70' pies de altura.
Zona B
Areas urbanas suburbanas y boscosas.

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Zona C
Para terreno abierto como terracerias donde cualquier obstrucción sea
menor a 30' pies.
Zona D
Para áreas costeras, planas, incluye aquellas áreas localizadas como
mínimo a 10 veces la altura de la estructura.
CATEGORIAS DE FALLAS TIPODE FALLAS - CARGAS
Categorías de fallas
1. Material
2. Diseño
3. Fabricación
4. Servicio
a) Letal
b) Fatiga (cíclica)
c) Fragilidad
d) T elevada
e) Elevado choque o vibración
f) Contenido del recipiente
1. Hidrogeno 3. Aire
comprimido
2. Amoniaco 4. Sosa cáustica
5. Cloruros
Tipo de fallas
1. Deformación Elástica
2. Fractura por Fragilidad
3. Deformación Plástica
4. Inestabilidad Plástica
5. Corrosión

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Tipo de Cargas
Estable e Inestable
Cargas Estables
a) Presión
b) Peso propio
c) Carga de viento
d) Fluido
e) Escaleras, plataformas
f) Carga térmica
Cargas Inestables
a) Prueba Hidrostática
b) Sísmica
c) Transporte
d) Arranque y paro de equipo
e) Carga térmica
f) Montaje
g) Emergencia

[CODIGO
ASME]
CRITERIOS DE DISEÑO EN RECIPIENTES
Las unidades de equipo de proceso pueden fallar en servicio por
diversas razones. Las consideraciones por tipo de falla que pueda presentarse
es uno de los criterios que deben usarse en el diseño de equipo. La falla
puede ser el resultado de una deformación plástica excesiva o elástica o por
termofluéncia (creep). Como un resultado de tal deformación el equipo puede
fallar al no realizar su función específica sin llegar a la ruptura.
Las fallas pueden clasificarse:
 Deformación Elástica excesiva
 Inestabilidad elástica, Inestabilidad plástica,
Ruptura por fragilidad, Termofluéncia o Corrosión.
La Inestabilidad Elástica
Es un fenómeno asociado con las estructuras que tienen limitada su
rigidez y están sujetas a compresión, flexión, torsión, combinación de tales
cargas. La inestabilidad elástica es una condición de la cual la inestabilidad
elástica es una condición en la cual la forma de la estructura es alterada como
resultado de rigidez insuficiente.
Inestabilidad plastica
El criterio de mayor uso para el diseño de equipo es aquel que mantiene
los esfuerzos inducidos dentro de la región elástica del material de construcción
con el fin de evitar la deformación plástica como resultado de exceder el punto
de cedensia.
Sadm = Su ; Sadm = Sy
Fs Fs
Fs = 4 (ASME)
Para controlar la presión en el recipiente nos ayuda la válvula de alivio.
Paj = Pop + 0.1 Pop = 1.1Po
MAWP = Máxima P de Trabajo Adm. Mop = Max P de Op.
MOP < 10 a 20% de MAWP
S = Esfuerzo

[CODIGO
ASME]
F = Deformaciones
Sy = Esfuerzo de cedencia
Su = Esfuerzo ultimo
S
Sy
F
Fragilidad
En los recipientes se producen cambios críticos en las propiedades
físicas del material del recipiente durante el servicio; uno de estos con
frecuencia encontrado es el hidrogeno el cual bajo la acción de elevada presión
y/o elevada temperatura produce dos efectos:
1.- Una difusión es el material produciendo una combinación en su forma
molecular dentro del metal de manera que al estar el recipiente sometido a
elevadas presiones la superficie se combina ó se producen ampollas.
2.- Una perdida de carbono, este ataque es ocasionado por la formación de
metano resultando en la creación de fisuras con la consecuente pérdida de
resistencia y dureza, con lo que se aumenta la ductibilidad del metal,
presentándose una falla por fragilidad.
Esto es más frecuente en aceros con mayor nivel de resistencia, lo mismo que
con la presencia de boquillas u otras fuentes de concentración de esfuerzos.
Los aceros más usados para este tipo de servicios son los aceros al cromo -
molibdeno.
Termofluencia
Nos indica que a temperaturas elevadas la deformación inelastica del
material en función del tiempo es definida como la CREEP.
El cromo, molibdeno y el níquel son los elementos adecuados de aleación para
servicios de alta temperatura.

[CODIGO
ASME]
Fatiga
La falla a la fatiga se presenta por la aplicación repetida de pequeñas
cargas, las cuales por si mismas son incapaces de producir deformación
plástica que pueda detectarse con el tiempo, estas cargas hacen que se habrá
una grieta y que se propague a través de la pieza; ocurre la intensificación de
los esfuerzos y por ultimo, resulta una fractura frágil y repentina. Los metales
ferrosos y sus aleaciones tienen un valor límite de esfuerzos repentinos, los
cuales pueden aplicarse e invertirse para un gran número no definido de ciclos
sin que se causen fallas. Este esfuerzo se llama límite de fatiga.
Esfuerzo Admisible
El porcentaje de resistencia a la cedencia usado como esfuerzo
admisible es controlado por un numero de factores tales como la exactitud con
la cual las cargas pueden ser estimadas, la confiabilidad de los esfuerzos
calculados para esas cargas, la uniformidad del material, el peligro si la falla
ocurre y otras consideraciones como concentración de esfuerzos, impacto,
fatiga y corrosión.
TEORIA DE LA MEMBRANA MODIFICADA POR LA ASME
A continuación se harán algunas transformaciones de la siguiente ecuación.
De la siguiente ecuación se tiene:
St = a² Pi . (1 + b²)
b² - a² r²
Sabemos que el Stmax se presenta cuando r = a por otra parte b/a = K;
entonces:
St = Pi ( a² ) (1 + b²)
b² - a² a²
St = Pi ( 1 ) ( K² + 1 )
b² - a²
a²
St = K² + 1
K² - 1

[CODIGO
ASME]
En la ecuación St = Pi r pero t = b - a y r = a
T
Por lo tanto: St = Pi a ; St = Pi 1
K - 1
Hay una diferencia que existe entre las dos fórmulas, esto ocurre debido
a que la fórmula de la membrana en la relación t - D (espesor - diámetro) debe
ser menor que 0.1, con el fin de acercarnos a la solución lineal aplicada a la
ecuación de la membrana considerando:
St = 1 + 0.6
Pi K - 1
Que es la formula de la ecuación de la membrana modificada por la
ASME.
St = 1 + 0.6 ; t = Pi r
Pi t St - 0.6 Pi
Si se incluye la corrosión permisible "c" y el factor de eficiencia de junta
soldada "Eo", la ecuación será:
T = Pi r + C
St Eo - 0.6 Pi
Si al St lo limitamos al esfuerzo permitido del material S; entonces:
T = Pi r + C
S Eo - 0.6 Pi
Esta ecuación es la que se especifica en el código con:
Eo = 1 Para radiografiado total
Eo = 0.85 Para radiografiado por puntos.
Eo = 0.70 Para equipo sin radiografiado.
Existen restricciones adicionales para el uso de la ecuación
- Cuando el valor de la presión exceda de 0.385 S Eo
- Cuando el espesor excede a la mitad del radio interior.
En la figura siguiente se muestra las curvas obtenidas al diseñar recipientes
con diferentes criterios de fallas.

[CODIGO
ASME]
Como se ve la solución más conservadora es la ecuación de Lame seguida
por la ASME.
TIPOS DE CARGAS
CATEGORIA DE CARGAS
1.- CARGAS GENERALES.
Carga Por Compresión:
Presión interna, presión externa, presión de vació, presión de
prueba, presión hidrostática, presión de diseño y presión de operación.
Cargas por momento:
Sismo, montaje, transporte, etc.
Cargas de tensión:
Compresión, peso propio, equipo instalado, plataforma, tubería,
escalera.
Cargas térmicas:
Viento, sismo, etc.
2.- CARGAS LOGICAS.
 Radial
 De corte
 De tensión
 Tangencial
 De momento
 Térmicas
3.- CARGAS ESTABLES.
 Por presión
 Por peso propio
 Por contenido
 Por tubería y equipo
 Por soporte

[CODIGO
ASME]
 Térmicas
 Por viento
4.- CARGAS INESTABLES.
 Por prueba hidrostática
 Por sismo
 Montaje
 Por transportación
 Térmica
 Arranque y paro
DISCONTINUIDAD
DILATACION
CRECIMIENTO RADIAL
ANÁLISIS DE DISCONTINUIDAD
CÁLCULOS

[CODIGO
ASME]
DISCONTINUIDAD
Discontinuidad de esfuerzos en recipientes
Las deformaciones diferenciales ocasionadas por los esfuerzos de
membrana, de magnitud variable, a través del recipiente, puede también
ocasionar flexión en la pared y aún cuando estos esfuerzos flexionantes son
locales pueden ser elevados en magnitud.
En la unión cabeza - envolvente, se presente esta discontinuidad debido a
que el crecimiento radial en la parte cilíndrica del recipiente no es la misma que
en la cabeza cuando el recipiente está presurizado. Esta es la razón por la cual
las tapas o cabezas se suministran con una ceja (Sf).
La tendencia de la cabeza elíptica a deformarse hacia adentro en la unión
bajo presión, da como resultado una fuerza de corte radial hacia el interior del
cuerpo, esta fuerza se opone a la presión interna que actúa en dirección
opuesta a la envolvente en la unión.
Para reducir los esfuerzos locales, se pueden tomar en cuenta las siguientes
consideraciones:
1. Incrementar el tamaño de la ceja
2. Cambiar de forma los esfuerzos
3. Incrementar el espesor localmente de la envolvente
4. Adicionar anillos de refuerzo en forma parcial

[CODIGO
ASME]
DEFORMACION EN LA PARTE CILINDRICA
DATOS DE DISEÑO
c = Dilatación del cuerpo (pulg)
P = Presión de diseño(psi)
Ri = Radio interior del cuerpo(pulg)
E = Modulo de elasticidad del material del cuerpo(psi)
T = Espesor del cuerpo(pulg)
 = Modulo de poisson (acero)
DONDE:
c =

-
2
2Et
PRi
2Et
PRi
/ (2-)
P = 163.85 psi
Ri = 104.33 pulg
E = 30x10
 = 0.3
t = 1.125
c =
.125)
2(30x10)(1
0.3)
-
04.33)(2
(163.85)(1
= 0.449 pulg

[CODIGO
ASME]
DILATACIÓN QUE SUFREN LAS TAPAS
DATOS DE DISEÑO
e = Dilatación de la tapa (pulg)
P = Presión de diseño(psi)
Ri = Radio interior de la tapa(pulg)
E = Modulo de elasticidad del material
a = Eje mayor de la tapa
b = Eje menor de la tapa
 = Modulo de possion
DONDE :
e =  
2
2
(
)
(
1
PR 

 b
a
tE
P = 163.85 psi
Ri = 104.33 pulg
E = 30x10
 = 0.3
a = 104.33 pulg
b = 52.16 pulg
e=
x10)
(1.125)(30
(0.3/2))
-
52.16))
(104.33/2(
-
04.33)(1
(163.85)(1
=-0.06 pulg
DEFORMACION TOTAL
= c - e = 0.0449 –(-0.06) = 0.1049 pulg

[CODIGO
ASME]
ESFUERZO LONGITUDINAL
S = (
2t
PRi
+ 2
2
8
t
6P

) (Bx)
 =
)
125
.
1
(
33
.
104
285
.
1
= 0.104
2t
PRi
=
2(1.125)
04.33)
(163.85)(1
= 7597.5 psi
2
2
8
t
6P

= 2
(0.104)
(1.125)(8)
6(163.85)
= 10099.23 psi
x =2,4,10,16
Bx = e-0.104(2)
Sen (0.104)(2) =0.0029
Bx = e-0.104(4)
Sen (0.104)(4) =0.0047
Bx = e-0.104(10)
Sen (0.104)(10) =0.0064
Bx = e-0.104(16)
Sen (0.104)(16) =0.0054
S = 7597 + (10099.23)(0.0029) = 7626.28
S = 7597 + (10099.23)(0.0047) = 7644.46
S = 7597 + (10099.23)(0.0064) = 7661.63
S = 7597 + (10099.23)(0.0054) = 7651.53
ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL
S =
t
PR
+
R
y x
E
+
t
Mx
6
t
PR
=
(1.125)
04.33)
(163.85)(1
= 15195.08

[CODIGO
ASME]
y =
k
x
D
2P 

k =
R
E
= 2
2
(104.33)
)(1.125)
(30x10
= 3100.6
Dx = e-0.104(2)
Cos (0.104)(2) = 0.812
Dx = e-0.104(4)
Cos (0.104)(4) = 0.659
Dx = e-0.104(10)
Cos (0.104)(10) = 0.353
Dx = e-0.104(16)
Cos (0.104)(16) = 0.189
y = (2(163.85)/3100.6) / (0.104)(0.812) =0.0089
y = (2(163.85)/3100.6) / (0.104)(0.659) =0.0072
y = (2(163.85)/3100.6) / (0.104)(0.353) =0.0038
y = (2(163.85)/3100.6) / (0.104)(0.189) =0.0020
R
y x
E
=
(30x106
)(0.0089)(2) / 163.85 = 3259
(30x106
)(0.0072)(4) / 163.85 = 5273
(30x106
)(0.0038)(10) / 163.85 = 6957
(30x106
)(0.0020)(16) / 163.85 = 5859
M = -

x
D
2PB
M = -(163.85 / 0.104) (0.0029) = -4.56
M = -(163.85 / 0.104) (0.0047) = -7.40
M = -(163.85 / 0.104) (0.0064) = -10.08
M = -(163.85 / 0.104) (0.0054) = -8.50
t
Mx
6
6 (0.3)(-4.56)(2) / (1.125) = -14.59
6 (0.3)(-7.40)(4) / (1.125) = -47.36
6 (0.3)(-10.08)(10) / (1.125) = -161.28
6 (0.3)(-8.50)(16) / (1.125) = -217.6

[CODIGO
ASME]
S = 15195.08 + 3259 + (-14.59) = 18439.5 psi
S = 15195.08 + 5273 + (-47.36) = 20420 psi
S = 15195.08 + 6957 + (-161.28) = 21990 psi
S = 15195.08 + 5859 + (-217.6) = 20836 psi

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