Análise de Esforços em Recipientes a Pressão

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21/10/2022

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Introducción al Derecho I

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO

ANALISIS DE DE LOS ESFUERZOS QUE SE PRODUCEN EN LAS SILLETAS DE UN
RECIPIENTE A PRESION PARA SU OPTIMIZACION.
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO MECANICO
PRESENTA:
ARTURO MENDIOLA PACHECO
ASESORES:
M. EN C. RICARDO SANCHEZ MARTINEZ
M. EN C. RICARDO CORTEZ OLIVERA
MEXICO DF, JUNIO 2012.

DEDICATORIAS

ESTE TRABAJO LO DEDICO A DIOS, A MIS PADRES AMALIA PACHECO
NAVARRETE E ISIDRO MENDIOLA DIAZ Y TAMBIEN A MI HERMANO ISIDRO
MENDIOLA PACHECO QUIENES ME APOYARON Y ME PERMITIERON
TERMINAR ESTA ETAPA DE MI VIDA.

DEDICO TAMBIEN ESTE TRABAJO A MIS ASESORES M. EN C. RICARDO
SANCHEZ MARTINEZ Y RICARDO CORTEZ OLIVERA POR SU TIEMPO Y
DEDICACION TANTO EN LA ÚLTIMA PARTE DE LA CARRERA COMO EN EL
APOYO PARA REALIZAR ESTA TESIS.

AGRADESCO EL APOYO DE MIS COMPAÑEROS Y AMIGOS CESAR AGUILAR
DELGADILLO, DAVID MENDOZA LOPEZ, JUAN CARLOS REYES ROJAS,
VICTOR HERDIA SOSA Y JOSE ACEVEDO ZAMORA, QUIENES COMPARTIERON
CONMIGO MAS QUE SU TIEMPO EN LA ESTANCIA EN ESTA CARRERA.

AGRADESCO AL INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Y EN ESPECIAL A
LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA JUNTO
CON SUS PROFESORES QUE FORJARON PARTE DE MI CARRERA Y POR LA
OPORTUNIDAD QUE ME BRINDARON DE PERTENECER A ESTA INSTITUCION

“LA TECNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA”

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ÍNDICE

OBJETIVO GENERAL…………………………………………………………………..1
OBEJTIVOS ESPECIFICOS…………………………………………………….1

JUSTIFICACION…………………………………………………………………………..2

CAPITULO I. MARCO TERORICO……………………….……………………………3
RECIPIENTES A PRESION…………………………………………………….4
DISEÑO DEL RECIPIENTE…………………………………………………….7
PRESION INTERNA DE OPERACIÓN………………………………………..8
ESFUERZOS DE RECIPIENTES………………………………………………9

CAPITULO II. DISEÑO EN BASE A CODIGO………..……………………………...26
MEMORIA DE CALCULO………………..……………………………………29
PRESION INTERNA…………………………………………………………...30
PRESION EXTERNA…………………………………………………………..35

CAPITULO III. DISEÑO EXPERIMENTAL Y COMPUTACIONAL…...…………….40
CALCULO DEL PESO DEL RECIPIENTE…………………….…………….43
DISEÑO DE LAS SILLETAS………………………………………………….45
CALCULO DE ESFUERZOS………………………………………………….48
METODO EXPERIMENTAL……………………………………………….….52

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METODO COMPUTACIONAL………………………………………………..74

CAPITULO IV. ANALISIS DE RESULTADOS………………………………………..93
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………..95

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OBJETIVO GENERAL

Definir los parámetros básicos que influyen de manera importante en el diseño de las
silletas de un recipiente con el fin de establecer la metodología que se empleara para
realizar la optimización del diseño de las mismas. Buscando con esto aumentar la
seguridad y disminuir costos de fabricación.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

a) Establecer la forma en que se diseñan las silletas en bases a los códigos existentes

b) Determinar los esfuerzos que se originan en un recipiente y la forma y magnitud con
que estos actúan sobre las silletas

c) Dimensionar y fabricar las silletas a escala tomando en consideración las leyes que
intervienen, con el fin de determinar los esfuerzos que se generan en esta mediante
métodos prácticos al aplicarle una carga

d) Realizar el modelado de las silletas en un paquete de elemento finito con el fin de
establecer los esfuerzos y deformaciones que actúan sobre estas

e) Realizar una comparación de los resultados obtenidos

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JUSTIFICACION

Actualmente existen varios códigos de diseño que establecen la forma de diseñar las
silletas de los recipientes a presión, pero estos mismos permiten el uso de programas de
computo para optimizar el diseño, por lo que en esta tesis se aplicaran los mismos con el fin
de lograr ahorros económicos, siempre contando con la seguridad requerida.

Por último se busca dar continuidad a los trabajos realizados en el área de diseño en ESIME
AZCAPOTZALCO con respecto al estudio de los recipientes a presión para su óptimo
diseño y estudio.

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CAPITULO I

MARCO TEORICO

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RECIPIENTES A PRESION
Los recipientes a presión son aquellos que contienen a varios fluidos a presión
(gases o líquidos)
Los domos de las calderas, las tuberías, los separadores de fluidos en la industria
petrolera, los tanques llamados "salchichas" y los tanque esféricos llamados
"esferas" en la industria petrolera, son ejemplos de recipientes a presión.
Los recipientes a presión no tienen "válvula de presión y vacío", como es el caso
de los tanques de almacenamiento o atmosféricos que si la tienen; en su lugar
tienen una válvula de seguridad que releva a la atmósfera a una presión de fluido
dentro del recipiente superior a la atmosférica, dicha presión depende de la
presión a la que trabaje el tanque de acuerdo a normas o a la experiencia, de
acuerdo al estado que guardan las paredes del recipiente.

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.
http://www.monografias.com/trabajos14/plantas/plantas.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE
http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE
http://www.monografias.com/trabajos14/verific-servicios/verific-servicios.shtml
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

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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.
2.- Recipientes Cerrados.
2.1 Tanques cilíndricos verticales, fondo plano.
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.
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/geom/geom.shtml
http://www.monografias.com/trabajos6/diop/diop.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml
http://www.monografias.com/trabajos16/kaizen-construccion/kaizen-construccion.shtml#CARATER
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos/histoconcreto/histoconcreto.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml#teo

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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 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.

http://www.monografias.com/Salud/Nutricion/
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml
http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

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DISEÑO DEL RECIPIENTE
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 selección. 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.

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml
http://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtml
http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/comer/comer.shtml
http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml
http://www.monografias.com/trabajos11/fuper/fuper.shtml
http://www.monografias.com/trabajos11/fuper/fuper.shtml

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PRESION INTERNA DE OPERACIÓN
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.
La presion que se requiere en el proceso del que forma parte el recipiente,a la cual
trabaja normalmente este.
PRESION DE DISEÑO
Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes
constitutivas de los recipientes sometidos a presión, dicho valor será el siguiente:
Si Po > 300 lb/pulg2. Si Po ≤ 300 lb/pulg2.P = 1.1. Po. P = Po + 30 lb/pulg2.
Donde P es la presión de diseño, y Po es la presión de operación.
Al determinar la presión de diseño (P), debe tomarse en consideración la presión
hidrostática debida a la columna del fluido que estemos manejando, si éste es
líquido sobre todo en recipientes cilíndricos verticales.
La presión que se emplea para diseñar el recipiente recomienda diseñar un
recipiente y sus componentes para la presión mayor que la operación. Este
requisito se satisface utilizando una presión de diseño de 30lb/pulg2 o 10%mas
que la presión de trabajo, la que sea mayor tomando en consideración la presión
del fluido y de cualquier otra sustancia contenida en el recipiente.
MAXIMA PRESION PERMITIDA DE OPERACION.
La presión interna a la que esta sujeto el elemento mas débil del recipiente
correspondiente al esfuerzo máximo admisible, cuando se supone que el
recipiente esta

a) en estado de desgaste por corrosión
b) a una temperatura determinada.
c) en posición normal de trabajo

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d) bajo el efecto de otras cargas (cargas de viento, presión externa, presión
hidrostática, etc.,) que son aditivas a la presión interna normalmente empleamos la
expresión permitida nuevo y frío esta es la presión a la cual esta sujeto el
elemento mas débil del recipiente al punto máximo admisible cuando el recipiente:
a) no esta corroído (es nuevo)
b) la temperatura no afecta su resistencia (temperatura ambiente) (frío).

ESFUERZOS DE RECIPIENTES A PRESION

ESFUERZO DE DISEÑO A LA TENSIÓN
Es el valor máximo al que podemos someter un material, que forma parte de un
recipiente a presión, en condiciones normales de operación. Su valor es
aproximadamente el 25% del esfuerzo último a la tensión del material en cuestión.
ESFUERZOS
Los recipientes cilíndricos horizontales soportados por medio de silletas, están
sometidos a los siguientes tipos de refuerzos:
1.- Esfuerzos longitudinales por Flexión.
2.- Esfuerzos de Corte Tangenciales.
3.- Esfuerzos Circunferenciales.
ESFUERZOS LONGITUDINALES POR FLEXIÓN
1.- El máximo esfuerzo longitudinal S1 puede ser de tensión o compresión.
2.- Cuando se calcule el esfuerzo a la tensión, en la ecuación de S1, debemos
usar el valor de K1 en vez del factor K.
3.- Cuando se calcule el esfuerzo a compresión en la ecuación de S1, debemos
usar el valor de K8 en vez del factor K.
4.- Cuando la relación t/R sea mayor o igual a 0.005 en un recipiente de acero, el
esfuerzo de compresión no se deberá tomar en consideración y el recipiente será
diseñado para trabajar solamente a presión interna.

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5.- Si el valor del esfuerzo máximo permisible es excedido por el valor de
S1, se deberán usar anillos atiesadores en el cilindro del recipiente.
ESFUERZOS DE CORTE TANGENCIALES
1.- Si se utilizan placas de respaldo en las silletas, el valor de la suma del espesor
del cuerpo más el espesor de la placa de respaldo, deberá ser utilizado como ts,
en las ecuaciones para calcular S2, haciendo que la placa de respaldo se proyecte
R/10 sobre el extremo de la silleta y hacia los lados de la misma.
2.- En recipientes sin anillos atiesadores, el máximo esfuerzo cortante se presenta
en la parte superior de las silletas. Cuando la tapa es usada como anillo atiesador,
colocando las silletas cerca de las tapas, el esfuerzo de corte tangencial puede
causar un esfuerzo adicional en las tapas (S3). Este esfuerzo debe considerarse
sumándolo al causado por la presión interna en las tapas.
3.- Cuando se usan anillos atiesadores, el máximo esfuerzo cortante se presenta
en la parte central del recipiente.
ESFUERZOS CIRCUNFERENCIALES
1.- Si se utilizan placas de respaldo en las silletas, se puede usar el valor de la
suma del espesor del cuerpo más el espesor de la placa de respaldo como ts, en
las ecuaciones para calcular S4 y para el valor de ts
2, se deberá tomar la suma de los cuadrados de los espesores, tanto del cuerpo
como de la placa de respaldo y se deberá dar a ésta una proyección R/10 sobre la
parte superior de la silleta, además de que deberá cumplir con la relación A< R/12.
Los esfuerzos combinados circunferenciales en la parte superior de la placa de
respaldo, deberán ser checados cuando se efectúe este chequeo tomaremos:
ts = Espesor del envolvente.
b = Ancho de la silleta.
θ = Ángulo central de la placa de respaldo, el cual nunca será mayor que el ángulo
de la silleta más 12°.
2.- Si se usa placa de respaldo en las silletas, el valor de ts, usado en la fórmula
para obtener S5, puede ser tomado como la suma de los espesores del cuerpo y
la placa de respaldo, siembre y cuando ésta tenga un ancho mínimo igual a:

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3.- Si el cuerpo no tiene anillo atiesador, el máximo esfuerzo se presentará en la
parte superior de la silleta y su valor no se deberá agregar al esfuerzo producido
por la presión interna.

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:
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.

http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtml
http://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtml
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml
http://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtml

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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 nudilloses
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.
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.

http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml
http://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtml
http://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtml
http://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtml
http://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtml
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costo
http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml
http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml

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BOQUILLAS EN RECIPIENTES A PRESIÓN

Todos los recipientes a presión deberán estar provistos de boquillas y conexiones
de entrada y salida del producto, válvula de seguridad, entrada de hombre, venteo,
etc.; A continuación se enlistan algunas de las boquillas que se deben instalar en
los recipientes a presión:

A.- Entrada (s) de producto.
B.- Salida (s) de producto.
C.- Drene.
D.- Venteo.
E.- Entrada (s) de hombre.
F.- Conexión para válvula de seguridad.
G.- Conexión para manómetro.
H.- Conexión para termómetro (termopozo).
I.- Conexiones para indicadores de nivel.
J.- Conexiones para control de nivel, etc.

De acuerdo con el tipo de recipiente a presión que vayamos a diseñar, éste puede
tener una o varias boquillas de las antes mencionadas. Los diagramas de tubería
e instrumentación nos indican cuantas boquillas, de que diámetro y para qué
servicio debemos instalar en dichos recipientes.

En concordancia con el Código A.S.M.E., Sección VIII División 1, todas las
boquillas mayores de 3 pulgadas de diámetro, instaladas en recipientes a presión,
deberán tener una placa de refuerzo en la unión del cuello de la boquilla con el
recipiente. En México, se ha hecho una costumbre reforzar también las boquillas
de 3 pulgadas, lo cual es aconsejable.

Todas las placas de refuerzo de boquillas de 12 pulgadas de diámetro y menores,
deberán llevar un barreno de prueba de 1/4” de diámetro con cuerda NPT, las
placas de refuerzo de boquillas de 14” de diámetro y mayores, deberán tener dos
barrenos de prueba.

Para instalar una boquilla, en un recipiente a presión, es necesario hacer un
agujero en el cuerpo o tapa en que se vaya a instalar. Al efectuar este agujero
estamos “quitando área” y las líneas de esfuerzos que pasaban por el área que
quitamos pasarán tangentes al agujero practicado.

Para evitar fallas en la periferia de donde practicamos el agujero, es necesario
reponer el material que quitamos.

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Existen formatos para calcular las placas de refuerzo. En ellas se pueden
distinguir las áreas que sustituirán el área que ocupa el agujero practicado para
localizar la boquilla.

Podemos localizar diámetros y espesores recomendados para reforzar boquillas,
en recipientes a presión, cuyas presiones de diseño sean respectivamente
menores o iguales a 150, 300 y 400 libras/pulgada2.

ESPESORES DE LOS CUELLOS DE LAS BOQUILLAS.

Los espesores de los cuellos de las boquillas (cédulas) deberán ser determinados
en base a:

a).- Presión interna.

b).- Tolerancia por corrosión.

c).- Fuerzas y momentos debidos a dilataciones térmicas en tuberías, fuerzas
transmitidas por otros equipos y acciones debidas al peso propio de las tuberías.

a).- Presión interna:

Generalmente el espesor del cuello de una boquilla calculado para soportar
presión interna, resulta muy pequeño debido al diámetro tan reducido que ellas
tienen en comparación con el diámetro del recipiente.

b).- Tolerancia por corrosión:

La corrosión es uno de los factores decisivos para seleccionar las cédulas de los
cuellos de las boquillas, ya que los espesores de los cuellos de tubos de diámetro
pequeño son muy reducidos y únicamente la corrosión puede acabar con ellos.

c).- Fuerzas y momentos

Es muy importante, al diseñar recipientes a presión, analizar los arreglos de
tuberías para hacer recomendaciones a los responsables de este departamento
respecto a que las tuberías no deberán transmitir grandes fuerzas y momentos a
nuestros recipientes.

Cuando se trabaja con líneas de tuberías relativamente grandes en diámetro y que
éstas manejan fluidos a altas temperaturas, debemos recomendar al
departamento de tuberías hacer un estudio de análisis de esfuerzos en las líneas

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críticas a fin de minimizar las cargas y los momentos en las boquillas de los
recipientes.
Este análisis de esfuerzos incluye la selección y localización adecuada de
soportes para las tuberías.

SELECCIÓN DE BRIDAS PARA BOQUILLAS

Se recomienda que las boquillas de 1-1/4” de diámetro y menores sean instaladas
por medio de coples roscados de 3,000 y 6,000 libras/pulgada2. Las boquillas de 1
- 1/2” y mayores deberán ser bridadas.

De acuerdo a la forma de unir las bridas a los cuellos de las boquillas, existen los
siguientes tipos de bridas:

1.- Brida de cuello soldable. (Welding Neck).

2.- Brida deslizable (Slip-On).

3.- Brida de traslape (lap-Joint).
4. - Bridas roscadas(Threaded).

5. - Bridas de enchufe soldable (Socket Welding).

6.- Bridas de orificio.

7.- Bridas ciegas (Blind).

8.- Bridas especiales.

Bridas de cuello soldable (welding neck)

Se distinguen de las demás por su cono largo y por su cambio gradual de espesor
en la región de la soldadura que las une al tubo. El cono largo suministraun
refuerzo importante a la brida desde el punto de vista de resistencia. La ligera
transición desde el espesor de la brida hasta el espesor de la pared del tubo,
efectuada por el cono de la brida, es extremadamente benéfico bajo los efectos
deflexión repetida, causada por la expansión de la línea u otras fuerzas variables y
produce una resistencia de duración equivalente a la de una unión soldada entre
tubos.

Por lo anterior, este tipo de brida se prefiere para todas las condiciones severas de
trabajo, ya sea que ésto resulte de altas presiones o de temperaturas elevadas o
menores de cero, ya sea también para condiciones de carga que sean
sustancialmente constantes o que fluctúen entre límites amplios. Las bridas de
cuello soldable se recomiendan parael manejo de fluidos explosivos, inflamables

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o costosos, donde una falla puede ser acompañada de desastrosas
consecuencias.

Bridas deslizables (slip-on)

Estas bridas se prefieren sobre las de cuello soldable, debido a su costo más bajo,
a la menor precisión requerida al cortar los tubos a la medida, a la mayor facilidad
de alineamiento en el ensamble ya que su costo de instalación final es menor que
las bridas de cuello soldable. Su resistencia calculada bajo presión interna, es del
orden de 2/3 de las anteriores y su vida bajo condiciones de fatiga es
aproximadamente 1/3 de las últimas.

Por estas razones, las bridas deslizables en presiones de 1,5000 libras/pulgada2
existen solamente en diámetros de 1/2” a 2-1/2”, y no existen en presiones de
2,500 libras / pulgada2. El manual de construcción de calderas A.S.M.E, limita su
uso a 4” de diámetro.

Bridas de traslape (lap-joint)

Generalmente se instalan en tuberías de acero inoxidable o aleaciones especiales.
Siempre que utilicemos este tipo de brida, debemos acompañarla de un extremo
adaptador (stub-end). También usamos este tipo de bridas traslapadas cuando las
tuberías no son paralelas a los ejes de los recipientes.

Bridas roscadas (threaded)

Se usan para unir tuberías difíciles de soldar, como aluminio, PVC, etc; se
recomienda usarlas en diámetros menores de 6”. Las bridas roscadas son
inconvenientes para condiciones que involucren temperaturas o esfuerzos de
flexión de cualquier magnitud, particularmente bajo condiciones cíclicas donde
puede haber fugas a través de las cuerdas en pocos ciclos de esfuerzos o
calentamiento.

Bridas de enchufe soldable (socket welding)

Cuando se manejan fluidos tóxicos, altamente explosivos, muy corrosivos o
aquellos que al existir fugas provocarían gran riesgo, debemos usar bridas de este
tipo. También es recomendable usarlas en tuberías que trabajan a muy altas
presiones.

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REGISTROS DE HOMBRE

Cuando se requiere tener acceso al interior de un recipiente a presión, ya sea para
mantenimiento, carga o descarga de sólidos, etc., es necesario instalar en él un
registro de hombre. El diámetro mínimo para este tipo de registros es de 16”,
aunque éste no es muy recomendable por que dificulta el rápido acceso al interior
del equipo, lo usual es instalar registros de 18 ó 20 pulgadas de diámetro.

Ya que al abrir un registro de este tipo los operadores tendrían que cargar la tapa
y éstas son muy pesadas, se recomienda instalar un pescante en la tapa de cada
registro. Existen tablas con los detalles de los registros y pescantes
recomendables.

Los cuellos para los registros de hombre, deben ser calculados como los cilindros
de pared delgada. La tapa será una brida ciega comercial, del mismo material y
rango que las usadas en las demás boquillas del recipiente en cuestión.

Las placas de refuerzo, en los registros de hombre, serán calculadas con el mismo
criterio como si se tratase de una boquilla cualquiera.

MATERIALES PARA RECIPIENTES A PRESION

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 en la selección de éstos. Cabe hacer la aclaración que éste es un
tema muy amplio y complejo, por lo cual, será difícil llegar a dar recetas para la
selección adecuada de los materiales a usar, en recipientes a presión.

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:
1.- Los recipientes no contengan líquidos ó gases letales.
2.- La temperatura de operación está entre -20 y 650°F.
http://www.monografias.com/trabajos14/verific-servicios/verific-servicios.shtml
http://www.monografias.com/trabajos4/costos/costos.shtml
http://www.monografias.com/trabajos4/costo/costo.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml#teo
http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

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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.
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-012/2-SEDG-2003, RECIPIENTES A
PRESION DESTINADOS A SER COLOCADOS A LA INTEMPERIE EN
PLANTAS DE ALMACENAMIENTO, ESTACIONES DE GAS L.P. PARA
CARBURACION E INSTALACIONES DE APROVECHAMIENTO. FABRICACION
Esta Norma Oficial Mexicana establece las especificaciones mínimas y métodos
de prueba que se deben cumplir en la fabricación de recipientes sujetos a presión
para contener Gas L.P., tipo no portátil, no expuestos a calentamiento por medios
artificiales, destinados a ser colocados a la intemperie en plantas de
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos5/aguacald/aguacald.shtml
http://www.monografias.com/trabajos16/kaizen-construccion/kaizen-construccion.shtml#CARATER
http://www.monografias.com/trabajos6/fuso/fuso.shtml
http://www.monografias.com/trabajos13/elproces/elproces.shtml
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa
http://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/verific-servicios/verific-servicios.shtml
http://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAS
http://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/kaizen-construccion/kaizen-construccion.shtml#CARATER
http://www.monografias.com/trabajos15/logica-metodologia/logica-metodologia.shtml

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almacenamiento para distribución, depósito y suministro, estaciones de Gas L.P.
para carburación e instalaciones de aprovechamiento final de Gas L.P., con una
capacidad nominal mayor a 5 000 litros y hasta
378 500 litros de agua (tipo A), así como el procedimiento para la evaluación de la
conformidad correspondiente.

2. Referencias
Esta Norma se complementa con las siguientes normas oficiales mexicanas y
normas mexicanas o aquellas que las sustituyan:
NOM-012/1-SEDG-2003, Recipientes a presión para contener Gas L.P.,
tipo no portátil. Requisitos generales para el diseño y
fabricación.
NMX-X-013-1965, Válvulas de retención para uso en recipientes no
portátiles para Gas L.P.
3. Definiciones
Para efectos de la presente Norma se establecen las definiciones siguientes:
3.1 Esfuerzo límite de cedencia.
Es el límite elástico a partir del cual se inicia la deformación permanente del
material.
3.2 Indicador de nivel.
Dispositivo mecánico de operación manual o automática utilizado para indicar el
nivel . líquido contenido en el recipiente.
3.3 Recipiente no portátil.
Envase metálico no expuesto a calentamiento por medios artificiales, utilizado
para contener materiales, a presión, que por su peso, forma, dimensiones o tipo
de instalación fija no puede manejarse manualmente, por lo cual debe ser
abastecido en su sitio de ubicación.
3.4 Válvula de exceso de flujo.
Dispositivo mecánico de acción automática que cierra cuando el flujo de Gas L.P.
en estado líquido o vapor excede el valor del gasto preestablecido.
3.5 Válvula de máximo llenado.
Dispositivo mecánico de operación manual que indica el nivel preestablecido de
máximo llenado de substancias en estado líquido en el recipiente.
3.6 Válvula de no retroceso.
Dispositivo mecánico de acción automática que permite el paso de las sustancias,
en un solo sentido cerrando cuando el flujo es detenido o invertido.
3.7 Válvula interna
Dispositivo que está constituido por una válvula de exceso de flujo integrada a una
válvula de cierre con accionamiento a control remoto.
3.8 Válvula de relevo de presión.
Dispositivo mecánico de acción automática utilizado para aliviar la presión dentro
del recipiente, abriendo cuando la presión sobrepasa un valor predeterminado y
cerrando al caer ésta por debajo de dicho valor.

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4. Especificaciones
4.1 Requisitos generales
Los recipientes a que se refiere esta Norma deben cumplir con los requisitos
establecidos en la Norma Oficial Mexicana NOM-012/1-SEDG-2003, además de
los establecidos en esta Norma.
La tolerancia aceptada en la capacidad nominal de estos recipientes es de ± 2%.
4.2 Presión de diseño.
La presión de diseño en este tipo de recipientes debe ser como mínimo de 1,72
MPa (17,58 kgf/cm2).
4.3 Material.
4.3.1 Características.
El material utilizado para su fabricación debe cumplir con las especificaciones
establecidas en la
NOM-012/1-SEDG-2003, inciso 5.1.2.1.
4.3.2 Espesor mínimo.
El espesor mínimo de la placa ya procesada y conformada del cuerpo y cabezas
del recipiente debe ser el resultado obtenido de las fórmulas para el cálculo del
espesor de pared indicadas en la NOM-012/1-SEDG-2003, inciso 5.1.2, pero en
ningún caso puede ser menor a 6 mm.
4.4 Accesorios de control, medición y seguridad.
Los accesorios de los recipientes a que se refiere la presente Norma que sean
suministrados por el fabricante a petición del cliente, ya sea que se entreguen
instalados en el recipiente o sin instalar, deben cumplir con las especificaciones
siguientes:
4.4.1 Válvulas de relevo de presión.
El recipiente debe estar provisto de una o más boquillas ubicadas en el domo para
la colocación de válvulas de relevo de presión. En el caso de que el recipiente
salga de fábrica con las válvulas instaladas, éstas deben cumplir con los requisitos
indicados en la NOM-012/1-SEDG-2003, inciso 5.2.9.1.
Es opcional la colocación de aditamentos portaválvulas, en cuyo caso el diámetro
de la boquilla no podrá ser menor al de éste. Este aditamento debe contar con una
válvula extra a fin de poder dar mantenimiento a cualquiera de las válvulas sin
necesidad de desfogar el recipiente.
4.4.2 Indicador de nivel.
El indicador de nivel de líquido debe ser del tipo rotatorio, con orificio restrictor que
tenga un diámetro máximo de 1,37 mm o del tipo flotador con indicador magnético,
ambos con escala en la carátula para determinar el nivel de llenado máximo
permisible de acuerdo con la temperatura y composición del Gas L.P. que
contendrá.

4.4.3 Válvulas de máximo llenado.
El recipiente debe contar con dos válvulas de máximo llenado, una al 85% y otra al
90% de su capacidad nominal, las cuales deben quedar clara y permanentemente
identificadas.

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4.4.4 Manómetro.
El recipiente debe contar con una boquilla provista de un orificio restrictor con un
diámetro máximo de 1,37 mm, destinada a la colocación de un manómetro. Dicha
boquilla debe estar conectada a una vena metálica que se extienda hasta la zona
por encima del máximo nivel de llenado permisible correspondiente al propano.
En caso de que el recipiente salga de fábrica con el manómetro instalado, éste
debe ser de tipo bourdon o de indicación remota. El manómetro debe ser para un
rango de 0 a 2,06 MPa (0 a 21 kgf/cm2) y la medida nominal de su carátula no
debe ser menor de 50,8 mm.
4.4.5 Termómetro.
Debe contarse con una boquilla provista de un termopozo para acoplamiento del
termómetro, formado por un tubo ciego colocado inclinado, con el extremo ciego
apuntando hacia abajo de modo que permita su llenado con un líquido adecuado
para la medición de la temperatura. La colocación de esta boquilla-termopozo
debe ser a una altura no mayor del centro del diámetro del recipiente.
En caso de que el recipiente salga de fábrica con el termómetro instalado, éste
debe colocarse en un termopozo lleno con un aceite mineral con viscosidad no
mayor de SAE-40. La medida nominal de su carátula no debe ser menor de 50,8
cm y debe ser capaz de registrar temperaturas entre
253,1 K (-20°C) y 323,1 K (50°C), pudiendo ser bimetálico o de indicación remota
con escala graduada en Kelvin o Celsius como mínimo.
4.4.6 Válvulas de exceso de flujo y no retroceso.
Todas las aberturas que tenga el recipiente para la conexión de accesorios deben
estar provistas de válvulas de exceso de flujo o de no retroceso, excepto en las
conexiones para válvulas de relevo de presión, indicadores de nivel, válvulas de
máximo llenado y manómetros. El tubo ciego para termómetro (termopozo) no se
considera abertura.
Todas aquellas aberturas que lleven instalada una válvula de exceso de flujo
deben de indicar con caracteres indelebles, que serán las iniciales L o V, si están
conectadas a la zona de líquido o de vapores dentro del recipiente.
Las válvulas de exceso de flujo pueden ser independientes o estar integradas en
una válvula interna.
Las válvulas de exceso de flujo y de no retroceso pueden ser instaladas por el
fabricante a petición del cliente y deben cumplir con lo establecido en la NMX-X-
013-1965 o aquella que la sustituya.
4.4.7 Boquillas para trasiego de Gas L.P.
El recipiente debe estar provisto con boquillas ubicadas en su parte inferior, para
el trasiego de Gas L.P. en estado líquido y vapor; para este último caso, éstas
deben estar provistas con una vena metálicade diámetro interior no menor a su
boquilla. Esta vena debe extenderse por encima del nivel de máximo llenado del
recipiente.
4.4.8 Placa de asiento.
El recipiente diseñado para ser soportado en bases de sustentación tipo cuna
debe estar provisto de un asiento metálico con el cual se apoyará en dicha base.
Este asiento debe cubrir un ángulo no menor a 120 grados y la placa utilizada no
debe ser menor de 6,35 mm.

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Es opcional rellenar el espacio entre la cara interior de la placa de asiento y la
pared del recipiente con un compuesto sellante que impida la acumulación de
humedad, pero en cualquier caso su cara interior debe cubrirse como mínimo con
primario anticorrosivo. Si se opta por el relleno, debe dejarse un espacio libre de
soldadura con una longitud máxima de 6,35 mm en la parte alta de la placa de
asiento para introducir el producto sellador o bien tener un orificio de 6,3 mm de
diámetro nominal, con o sin tapón. Si no se opta por el relleno, la placa metálica
debe estar soldada en todo su perímetro al recipiente.
4.5 Entrada pasahombre.
Los recipientes con diámetro interior de 180 cm o mayor deben llevar al menos
una entrada pasahombre cuyo diámetro interior debe ser de 380 mm como mínimo
y de 610 mm como máximo.
La distancia de esta abertura a cualquier cordón de soldadura debe ser de 30 mm,
como mínimo. Si fuere necesario hacer las aberturas sobre las costuras, debe
radiografiarse una longitud equivalente a 3 veces el diámetro de la abertura,
medida a partir del centro de la misma. Las aberturas que llevan refuerzo pueden
localizarse sobre las costuras sin ser necesario el radiografiado.
4.6 Acabado.
Los recipientes deben presentar una superficie uniforme, exenta de aboIIaduras,
pliegues, grietas, cavidades, incisiones, ranuras o rebabas, tanto interior como
exteriormente y además deben ser pintados con una pintura anticorrosiva.
5. Métodos de prueba
5.1 Prueba hidrostática.
Los recipientes motivo de esta Norma deben someterse a una presión hidrostática
de 1,3 veces su presión de diseño, como mínimo, la cual en ningún caso debe
exceder el 90% del esfuerzo límite de cedencia del material. Esta prueba debe
efectuarse al 100% de los recipientes.
5.1.1 Aparatos y equipos.
a) Dispositivo hidráulico que proporcione una presión de 2,23 MPa (22,8
kgf/cm2) como mínimo.
b) Medidor indicador de presión analógico de carátula (manómetro), el cual
debe estar graduado para un alcance de entre 1,5 veces y 4 veces la
presión de prueba máxima. Pueden emplearse medidores de presión de
lectura digital que tengan un alcance más amplio, siempre y cuando las
lecturas den el mismo o mayor grado de exactitud que el obtenido con
medidores de presión analógicos de carátula.
5.1.2 Procedimiento.
Una vez que el recipiente ha sido llenado completamente con agua, debe elevarse
la presión hidrostática . a por lo menos 1,3 veces la presión de diseño, durante el
tiempo necesario para inspeccionar si existen fugas en el material base o en las
juntas soldadas.
5.1.3 Resultado.
El recipiente no debe presentar fugas, defectos en el material base ni
deformaciones permanentes.

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6. Marcado
Los recipientes a que se refiere la presente Norma deben llevar colocada en un
lugar visible una placa descriptiva metálica soldada al recipiente en todo su
perímetro, con caracteres grabados claramente en relieve e indelebles, que
ostente al menos los siguientes datos:

a) Norma NOM-012/2-SEDG-2003.
b) Nombre y dirección del fabricante.
c) Capacidad nominal, en litros de agua.
d) Presión de diseño, en MPa (kgf/cm2).
e) Tara, en kg.
f) Diámetro exterior o interior, en cm.
g) Longitud total, en cm.
h) Espesor nominal de la placa correspondiente al cuerpo, en mm.
i) Espesor nominal de la placa correspondiente a las cabezas, en mm.
j) Fecha de fabricación (mes y año).
k) Indicar si fue o no radiografiado.
l) Número de serie de fabricación.
m) Material del cuerpo.
n) Material de las cabezas.
o) La leyenda: “ESTE RECIPIENTE NO DEBE SUJETARSE A
CALENTAMIENTO POR MEDIOS ARTIFICIALES”
p) La leyenda: “ESTE RECIPIENTE DEBE CONTENER GAS L.P.”
q) La leyenda: “HECHO EN MEXICO” o la designación en español del país de
origen.
r) Forma de las cabezas.

Nota.- No se permiten abreviaturas en las leyendas.

7. Procedimiento para la evaluación de la conformidad

7.1 Significado de términos
Para efectos de este procedimiento, los siguientes términos se entenderán como
se describen a continuación:
7.1.1 Certificado de la conformidad.
Organismo de certificación para producto hacen constar que los recipientes tipo no
portátil sujetos a presión para contener sustancias. cumplen con las
especificaciones establecidas en esta Norma y en la NOM-012/1-SEDG-2003.

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7.1.2 Certificado de sistema de calidad.
Al documento que otorga un organismo de certificación para sistemas de calidad,
a efecto de hacer constar que el sistema de aseguramiento de calidad con base
en el cual se certificó el producto contempla un procedimiento de verificación para
el cumplimiento con esta Norma y con la NOM-012/1-SEDG-2003.
7.1.3 DGGLP
Dirección General de la Secretaría de Energía.
7.1.4 Familia de productos.
Al grupo de productos del mismo tipo, en el que las variantes son de carácter
estético o de apariencia, pero conservan las características de diseño que
aseguran el cumplimiento con esta Norma.
7.1.5 Informe de pruebas.
Al documento que emite un laboratorio de pruebas, mediante el cual se presentan
los resultados obtenidos en las pruebas realizadas a las muestras recibidas de los
recipientes tipo no portátil sujetos a presión para contener sustancias.
7.1.6 Laboratorio de pruebas.
Al laboratorio de pruebas acreditado y aprobado en esta Norma, conforme lo
establece la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
7.1.7 Ley.
A la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
7.1.8 Muestreo de producto.
Al procedimiento mediante el cual se selecciona los recipientes tipo no portátil
sujetos a presión

7.1.9 Norma
A la Norma Oficial Mexicana NOM-012/2-SEDG-2003.
7.1.10 Organismo de certificación para producto.
A la persona moral acreditada y aprobada conforme a la Ley que tenga por objeto
realizar funciones de certificación de la conformidad con esta Norma, a los
recipientes tipo no portátil sujetos a presión para contener sustancias.
7.1.11 Organismo de certificación para sistemas de calidad.
A la persona moral acreditada conforme a la Ley que tenga por objeto realizar
funciones de certificación al sistema de aseguramiento de calidad de la línea de
producción de los recipientes tipo no portátil sujetos a presión para contener
sustancias.
7.1.12 Verificación.
A la comprobación a que están sujetos los recipientes tipo no portátil a presión
para contener Gas L.P. que cuentan con un certificado de la conformidad, con el
objeto de constatar que continúan cumpliendo con esta Norma, comprobación de
la cual depende la continuidad de la vigencia de dicho certificado. La verificación
puede ser de dos tipos: de seguimiento o aleatoria.

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7.2 Procedimiento
Para obtener el certificado de la conformidad con verificación mediante el sistema
de calidad de la línea de producción, se deben presentar los siguientes
documentos:
Los documentos señalados en el inciso a) anterior.
Copia del certificado vigente de sistema de calidad.8. Vigilancia
La vigilancia del cumplimiento de esta Norma Oficial Mexicana está a cargo de la
Secretaría de Energía, conforme a sus atribuciones.

9. Sanciones
El incumplimiento de lo dispuesto en la presente Norma Oficial Mexicana será
sancionado por la Secretaría de Energía de conformidad con la Ley Federal sobre
Metrología y Normalización y su Reglamento, así como demás disposiciones
aplicables.

10. Concordancia con normas internacionales
No es factible establecer concordancia con normas internacionales, por no existir
referencia alguna al momento de elaborar la presente Norma.

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CAPITULO II

DISEÑO EN BASE A CODIGO

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La principal norma para el diseño de recipientes a presion es la ASME (AMERICAN
SOCIETY OF MECHANICALS ENGINNER) , cabe mencionar que existen mas normas
para el apoyo del diseño de recipientes como son : NRF, API, .

• EL DISEÑO Y ANALISIS TANTO DE LAS SILLETAS COMO DEL
RECIPIENTE A PRESION ESTAN SUJETOS A LA NORMA ASME, SECCION
VIII , DIVISION 1 Y SUS AGREGADOS SUBSECUENTES
• APLICANDO EL METODO DE L. P. ZICK (ESFUERZOS QUE OBRAN EN
LOS GRANDES RECIPIENTES HORIZONTALES MONTADOS EN
SOPORTES DE DOS SILLETAS).
• EN NUESTRO CASO PARA EL METODO ANALITICO SE UTILIZARON LOS
SIGUIENTES MANUALES:
• MANUAL DE RECIPIENTES A PRESION, EUGENE F. MEGYESY.
• ESTOS MANUALES SON BASADOS EN LA NORMA MENCIONADA
ANTERIORMENTE.
• Y COMPLEMENTANDOLOS CON INFORMACION ADQUIRIDA DE
DISTINTAS FUENTES.

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ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN RECIPIENTE A PRESION

FIG. ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN RECIPIENTE A
PRESION.

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MEMORIA DE CÁLCULO

• PARA PODER DISEÑAR Y ANALISAR LAS SILLETAS DE UN RECIPIENTE A
PRESION, ES NECESARIO CONOCER TANTO LAS ESPECIFICACIONES COMO
LAS DIMENSIONES DEL RECIPIENTE QUE SOPORTARAN ESTAS.
• COMENZANDO CON:

PRESION INTERNA

Margen de corrosión a utilizar; C = .250 in
Nota: según la norma, un desgaste de corrosión de 1/16 por 12 años generalmente es
satisfactorio para recipientes y tuberías. Por lo tanto nuestro margen de corrosión es
suficiente.
Eficiencia de soldadura a utilizar; E = .85
Nota: Toda la soldadura deberá hacerse por los procedimientos por arco metálico protegido,
o por arco sumergido. La eficiencia de soldadura es la relación entre el esfuerzo permisible
en la soldadura y el esfuerzo permisible para la placa adyacente. Depende no solo del tipo
de soldadura, sino también del grado de examen radiográfico.

PRESION DE OPERACIÓN
Po = 250 Psi
PRESION DE DISEÑO
P = 280 Psi
MATERIAL SA-516-70
S = 17,500 Psi
MARGEN DE CORROSION
C = .250 in
DIAMETRO INTERIOR
D = 78.74 in
EFICIENCIA DE SOLDADURA
E = .85
ESPESOR DE PARED
t =

in
VOLUMEN DEL RECIPIENTE
V = 1,200
RADIO INTERIOR
R = 39.37 in

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Fig. 1 Detalle de soldadura
Material a utilizar
(Acero SA 516-70)

Esfuerzo permitido a tensión: S = 17,500 Psi

• Acero al carbón y bajo contenido de aleación.
• Acero especial para recipientes a presión para la industria química.
• (-20 hasta 650 °F); (-28 hasta 343° C).

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Cálculo y selección de Espesor de Placa del Recipiente

P = Po + 30 Psi P = 250 + 30 P = 280 Psi
P = Po + (10%Po) P = 250 + 25 P = 275 psi

Se eligió la presión de diseño igual a 280 psi ya que el manual recomienda el diseño del
recipiente y sus componentes a una presión mayor qué la de operación.

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Cálculo de Longitud y Volumen del cuerpo

Fig. 2 Longitud del cuerpo del recipiente(in)

Cálculo y selección de Tapa del Recipiente
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.
Tapa Semiesférica
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.

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Tapa Semielíptica
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.

Tapa Toriesférica
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.).

http://www.monografias.com/trabajos/histomex/histomex.shtml
http://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtml
http://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtml

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• La tapa seleccionada será la de tipo semieliptica, con las siguientes dimensiones:
Nota: esta es la tapa que cubre las especificaciones indicadas por la norma para el casco antes
elegido.

Fig. 3 dimensiones de la tapa

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A continuación se presentan los cálculos por presión externa.

PRESION EXTERNA
Presión Externa de Diseño
P = 15 Psi
Presión Máxima de Trabajo
Pa = 68.13 Psi
Diámetro ExteriorDo = 80.49 in
Longitud de la Sección del Recipiente
L = 240.74 in

Entrando a la grafica No. 1 con el valor de

obtenemos el valor de A = .0005
Entrando a la grafica No. 2 con el valor de A = .0005 obtenemos el valor de B = 4,700 a 900°F

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GRAFICA N° 1

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GRAFICA N° 2

Cálculo y selección de Tapa del Recipiente

Tapa Semiesférica

Entrando a la grafica No. 2 con el valor de A = .0027
obtenemos el valor de B = 7500 a 900°F

Tapa Semielíptica a)

b) Ro = .9D Ro = .9(78.74) Ro = 70.866 in
A = .0015 B = 14,000
Entrando a la grafica No. 2 con el valor de A = .0027 obtenemos el valor de B = 7,700 a 900°F

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Tapa Toriesférica ASME

Ro = D Ro = 78.74 in

A = .0013 B = 7,700

Entrando a la grafica No. 2 con el valor de A = .0027 obtenemos el valor de B = 7,700 a 900°F

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CAPITULO III.

DISEÑO EXPERIMENTAL Y
COMPUTACIONAL

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Tipos de Soportes para Recipientes

Existen varios métodos que son utilizados en las estructuras de soporte de los recipientes a
presión, como los siguientes:
 Soportes de Faldón
1. Cilíndrico
2. Cónico
3. Pedestal
4. Anillo Cortante

 Soportes de piernas
1. Apoyos
a) Apoyos Cruzados (pasadores o sin pasadores).
b) Apoyo Estabilizador.
2. Sin apoyo
3. Columnas de Soporte.

 Soportes de Silleta
 Soportes de Orejeta
 Soportes de Anillo
 Soportes Combinados.

1. Orejetas y Piernas.
2. Anillos y Piernas.
3. Faldón y Piernas.
4. Faldón y Viga Circular.

Soportes de Silleta

Usualmente, los recipientes a presión y tanques son soportados en dos apoyos llamados
silletas. El uso de más de dos silletas es innecesario así que debe evitarse.

La razón por la cuál no se usan más de dos silletas es que, esto crea una estructura teórica y
prácticamente indeterminada. Con dos silletas hay una gran tolerancia para el asentamiento
del suelo, sin tener un cambio en los esfuerzos en la carcasa ni en la carga. Incluso donde el
asentamiento del suelo no es un problema, es difícil asegurar que la carga esté distribuida
uniformemente. Obviamente hay maneras de acoplar esto, pero sí se tiene un gasto
adicional esto no se garantizará. Los recipientes con diámetros de 40 a 50 pies y 150 pies de
longitud han sido soportados sobre dos silletas.

Como todos los otros tipos de soportes el código ASME, tiene un margen máximo de
esfuerzos para las tensiones en la carcasa del recipiente, el código no tiene un apartado
específico de los componentes del soporte. Normalmente los márgenes de esfuerzos
empleados son los descritos en el Manual de Construcción del Acero AISC6.

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Una metodología para la determinación de los esfuerzos en la carcasa y las tapas de un
recipiente horizontal soportadas en silletas fue publicada la primera vez en 1951 por
L.P.Zick. Este esfuerzo fue una continuación de otros trabajos iniciados tempranamente en
1930.

La silleta se compone de varias partes, la red, la placa base, la costilla y la placa de
desgaste. El diseño puede tener costillas internas o costillas salidas o sólo un ajuste, pero
usualmente son anillos.

Las silletas normalmente están atornilladas al cimiento vía tornillos de anclaje. El Código
ASME especifica un arco de ángulo mínimo correspondiente a 120°, el ángulo máximo de
eficiencia de la silleta es de 180° desde el peso y la fuerza dividida de las silletas es de cero
arriba de la línea de la banda, en efecto, tomando en cuenta el margen para la reducción de
esfuerzos para placas de desgaste el máximo ángulo es de 168°.

Las silletas son construidas de acero o de concreto, pueden ser atornilladas soldadas o estar
sueltas.
Usualmente un extremo del recipiente es anclado y el otro extremo es deslizante, el
extremo deslizante puede ser constituido de placas deslizantes de bronce, de placas de grasa
o de teflón para reducir con esto la fricción causada mediante la expansión térmica o
contracción de los recipientes.

La colocación longitudinal de las silletas también tiene un efecto mayor sobre la magnitud
de los esfuerzos en la carcasa de los recipientes así como un apoyo sobre el diseño de las
piezas de la silleta. Para diámetros grandes, para los recipientes de pared delgada, las
silletas son mejor colocadas con 0.5R de la línea tangente, esto, para tomar una ventaja en
el efecto de atiesamiento de las tapas. Otros recipientes son mejor soportados donde la
flexión a mitad del recorrido es aproximadamente igual a la longitud de flexión de las
silletas. Sin embargo, la distancia máxima es de 0.2L.

• Ya que se han dado las dimensiones del recipiente, es momento para comenzar con
los cálculos indicados por la misma norma antes mencionada para el diseño de
silletas para un recipiente horizontal.

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• Se dará inicio al diseño de la silleta con el cálculo del peso del recipiente.

CALCULO DEL PESO DEL RECIPENTE
Calculo del peso del recipiente vacio

Según las Tablas
El peso del casco de tablas

El peso de las tapas de tablas

Nota: Al valor obtenido se le agrega el 6% por peso de accesorios.

Calculo del peso del recipiente lleno de Agua

Volumen del casco según las tablas

)

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Volumen de las tapas según las tablas

VolumenTotal del Recipiente según las tablas

Peso total del recipiente

Donde:
Q= Carga sobre una silleta. = peso del recipiente lleno de agua.
Wh20 = Peso del recipiente lleno de agua.
WR = Peso total del recipiente.

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Silletas
Localización de soportes en recipiente

Fuerza = (K11)(Q) = (0.204)(32,4411.1)
Fuerza = 6,611.86
Diámetro de barreno = 1-1/8
Barreno ovalado = 1-1/8 x 1-3/4
Filete de soldadura = 3/8

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Esfuerzo permisible (S)

Fig. 4 dimensiones en (in)
TABLA DE DIMENSIONES PRINCIPALES DE LA SILLETA.
Diámetro externo del
recipiente.
D= 80.84
Radio externo del
recipiente.
R= 40.24
Angulo de contacto de
silleta.
120º
Área efectiva.
A= 6.706 in²
Carga en libras sobre una
silleta.
Q= 32 411.1
Valor de K según la tabla.
K= 0.204
Valores obtenidos con la ayuda de la tabla.
A= 67.93 B= 8 C= 69
E= 9 F= 31 G= 71
H= 0.5 J= 17 K= 3/8

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Fig. 5 (in)
AREA EFECTIVA
• Todas estas dimensiones han sido seleccionadas con ayuda de una tabla que
encuentra en la norma.
Es importante mencionar que en el caso de la silleta la sección de mayor importancia es la
del AREA EFECTIVA.

Se obtiene con lo siguiente:
Ae= (r/3)(t) Ae= (40.24/3)(0.5)
Ae= 6.706 in²

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A continuación se presentan los cálculos realizados para localizar el valor de los esfuerzos
en el recipiente y en la silleta.

CALCULO DE ESFUERZOS

Donde:
Q = 32,411.1 lb
Ro = 40.24 in
tc
=
7/8 = 0.875 in
A = 20 in
B = 8 in
H = 13.563
L = 236.22 in
P = 280 Psi
Ø = 120°

Flexión longitudinal
Esfuerzo en la silleta

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Esfuerzo a la mitad del claro

Esfuerzo debido a la presión interna:

Suma de los esfuerzos a tensión:

274.34 + 11.82 = 286.16 Psi
La suma no es mayor que el valor del esfuerzo de la costura circunferencial:
(17500)(0.85) = 14,875 Psi
El esfuerzo de compresión no es factor en vista de que la norma dice que:

Esfuerzo Corte Tangencial (S2)

Como

= 20.12 las formulas aplicables son:

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En el casco

En la cabeza

S2 no es mayor que el valor del esfuerzo del material del casco multiplicado por 0.8;
(17,500)(0.8) = 14,000 Psi
Esfuerzo adicional a la cabeza

ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL

Esfuerzo en el cuerno de la silueta
Como L (236.22)<8R (40.24)(8) = (321.92) se aplica la siguiente formula

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S4 no es mayor que el valor de esfuerzo del material del caso multiplicado por 1.5
(17,500)(1.5) = 26,250

Esfuerzo en la parte inferior de la silleta.

S5 no es mayor que el punto de cedencia del material por compresión multiplicado por 0.5;
(38,000)(0.5) = 19,000 Psi.
Todos los cálculos de los esfuerzos cumplen con las condiciones que indica la norma.

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METODO EXPERIMENTAL

Hasta este punto ya se han obtenido todas las dimensiones y el diseño de la silleta ya ha
sido concluido por el método de análisis numérico.

Ahora se dará paso al método experimental que en nuestro caso será a través de
fotoelasticidad.

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Para poder realizar este proceso es necesario diseñar una probeta de policarbonato a escala,
tomando en cuenta que esta debe ser proporcional en todos los sentidos a la real.

Modelado.

La primera tarea para realizar de manera adecuada el método experimental de la
fotoelasticidad es desarrollar un modelo. A continuación se da algunas definiciones de
modelo:

 Un modelo es una idealización de una situación del mundo real que ayuda en el
análisis de un problema.

 Es la representación física o matemática de un sistema o parte de un sistema, en
forma tal que podemos mostrar el comportamiento del sistema.

En este trabajo nos referiremos a modelo a la forma de la sección transversal de nuestra
pieza a estudiar con sus respectivas medidas (Altura, Longitud y Espesor), así como el
material del cual estará elaborado dicho espécimen.

El modelo debe de tener una geometría similar a la de la estructura en la cual el análisis de
los esfuerzos debe ser realizado, y debe ser de materiales los cuales tengan las propiedades
óptimas para nuestro estudio. Esto se asegura de que el estado de los esfuerzos en el
modelo sea similar al estado de los esfuerzos en la estructura real.

Fig. 6 Modelo.

En el caso de nuestro proyecto para el análisis fotoelástico, se requirió hacer nuestro
modelo basado en una escala es decir, partiendo de las medidas reales y de las
características importantes de nuestra pieza real. (Módulo de elasticidad, Carga aplicada y
dimensiones) y después escalando nuestro modelo con respecto al real (escala que nosotros

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