Calculo Seleccion de Recipintes a Presion Mediante Analisis Numerico y Codigo Asme

8/18/2019 Calculo Seleccion de Recipintes a Presion Mediante Analisis Numerico y Codigo Asme

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Carlos Martínez Martínez


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Índice.

Introducción..............................................................................................................6Objetivo....................................................................................................................7Justificación..............................................................................................................7

CAPITULO INECESIDADES DEL USUARIO

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Establecimiento del problema............................................................................... ..9Metodología del diseño…………………………………………………………………10Sistemas de mantenimiento………………………………………………………….. .12Necesidades del usuario……………………………………………………………… 15

Método empleado…………………………………………………………………….…15

Capitulo II ANALISIS Y DECISION DE ALTERNATIVAS

16

Selección de alternativas....................................................................................... 18

Capitu lo IIIDESARROLLO DEL RECIPIENTE

23

Desarrollo del Recipiente.......................................................................................24Memoria de cálculo................................................................................................26Diseño de envolvente.............................................................................................27

Tapas.................................................................................................... 27Silletas...................................................................................................28Anillo atiesador......................................................................................30

Orejas de izaje.......................................................................................31Boquillas................................................................................................32Registro de hombre.............................................................................. 50


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Análisis por elemento finito ……………………………………………………………59Selección de accesorios………………………………………………………………. 72Soldadura……………………………………………………………………………….. 74

Pruebas en recipientes a presión……………………………………………….….... 80Pintura…………………………………………………………………………….….…. 82

CAPITULO IVCALCULO DE COSTOS

83

Definición ……………………………………………………………………….………84Costo del equipo ………………………………………………………………….….. 85

Conclusiones......................................................................................................... 88

ANEXOS89

Tablas................................................................................................................... 90Dibujos de detalle................................................................................................ ..95Dibujos de conjunto............................................................................................. 103

Glosario………………………………………………………………………………… 106

Bibliografía………………………………………………………………………….…. 113


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Agradecimientos

De

Carlos Martínez Martínez.

Primeramente y antes que nada quiero agradecer a Dios y a mis padres ya que sinsu esfuerzo, apoyo y confianza no habría podido llegar hasta este momento, perosobre todo por su amor incondicional, también les agradezco por sus consejos queaunque no siempre cumplí si los tome en cuenta me sirvieron para más adelante yhoy este proyecto es más de ellos que mío. Pasamos muchas cosas duras perocreo que eso es lo que las hace tan gratificantes gracias Carlos, gracias María del

Carmen por todo desde darme la vida hasta ayudarme a llegar a este momento losamo infinitamente y no me alcanzara la vida para demostrarlo.

Y sin dejar a un lado a las personas que desde niño me apoyaron mis abuelos queConstancio y Margarita que con su apoyo me dieron las fuerzas de salir adelanteaunque ya no están conmigo le agradezco tanta paciencia gracias.

A mis compañeros y amigos que estuvieron presentes a lo largo de la carreracomo en momentos de arduo trabajo, que pasamos desvelos y trabajos que sin suapoyo no serian posibles, en tanto al equipo con el cual trabajamos codo a codo,se logro acordar, tomar decisiones y en su momento la solución de problemas que

se encontraron a lo largo de el desarrollo de esta tesis.

También quiero agradecer a mis profesores por su ayuda para formarmeacadémicamente y hoy en día poder tener las bases para desarrollarme en el mundolaborar, quisiera mencionarlos a todos pero no terminaría con cada uno de ustedes,muchas gracias por su tiempo y dedicación.


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INTRODUCCIÓN.

En el siguiente trabajo se muestra como se lleva acabo el diseño y

desarrollo de la memoria de calculo de un recipiente a presión horizontaly que factores afectan al mismo para su estudio, así como que tipo denormatividad deberá ser contenido ya que existen códigos de diseñocomo el ASME que se logro a base de experimentación y pruebas de losdiseños.Cabe mencionar que se realiza este código por medio de la contribuciónde diferentes empresas dedicadas a la fabricación de recipientessometidos a presión.Igualmente se encuentran las partes analizadas a base de elementofinito, esto como medio de comprobación a fin de dar una mejor

apreciación del comportamiento de las partes analizadas, esto se puedeapreciar por medio del software ANSYS del cual se apreciaran losdiagramas.También aparte del estudio del diseño y selección de accesorios serealizaron esquemas donde se muestra el recipiente y se observa laconstrucción del mismo.Del mismo modo cuenta con un estudio de costos para poder economizarel proyecto sin alterar la calidad del recipiente y dar un buen precio yaque esto es un factor que no debemos olvidar al realizar este proyecto demanera física, es decir al dar paso a la construcción del mismo.


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OBJETIVO.Desarrollar e implementar los recursos necesarios para el desarrollo de un

recipiente a presión de modo que se evalué y se definan las dimensiones ymateriales requeridos de acuerdo a los códigos ya establecidos como lo es elASME.En nuestro caso será enfocado al diseño de un deareador, con el propósito decontrarrestar los efectos de la corrosión por oxidación en las calderas así dándoleuna mayor vida de trabajo con el propósito de que tenga un mantenimiento previo.

JUSTIFICACIÓN:Los llamados gases no condensables son gases que no condensan a latemperatura normal encontrada en el agua cruda, son agentes corrosivos queinvariablemente son arrastrados por el agua.El mas objetable y peligroso de los gases es el oxigeno disuelto en el agua y ensegundo lugar el bióxido de carbono.La consecuencia de oxigeno disuelto en una caldera es que ataca, al fierroformando hidróxido ferrico.Esta corrosión se presenta como ampulas en el material y dependiendo del tiempoque el oxigeno ataca al material puede llegar a perforarlo. Esto nos ocasiona ungran problema en la economía y la solución mas viable es la implementación deun deareador.Los deareadores son un medio importante para abatir costos de reemplazos oparos de calderas corroídas así como tubos de calderas, líneas de agua dealimentación y de condensado.Los deareadores combinan la eliminación de gases corrosivos del agua dealimentación, con su almacenamiento a presión que resiste variaciones normalesde temperatura sin efecto alguno. Además a los retornos de condensados fríos, nose les permite volver a entrar al tanque almacenamiento sin previa deareación.Así que prácticamente no hay riesgo de ataque corrosivo al tanque y tampoco haynecesidad de recubrimiento protectores en su interior.


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ESTABLECIMIENTO DEL PROBLEMA.

Debido a la alta demanda de tequila, dentro del mercado internacional la industriamexicana tequilera necesita una amplia producción, por lo cual una empresadedicada a la destilación del tequila ha adquirido tres calderas de 800 CC (Hpcaldera) como parte de su proceso para una producción mayor; ya que buscamantener la alimentación de vapor sin ser interrumpida ya que se ha vistoinvolucrado en problemas con la corrosión provocada por el oxigeno dentro de unade sus calderas de agua caliente, y esta falla detuvo el proceso generandoperdidas costosas.

A esto busca una solución para evitar este problema pondrá a trabajar trescalderas de 800 CC (Hp caldera) para que la producción de vapor aumenteconforme a sus necesidades y así evitar paros por una falla de este tipo, de talforma aumentar la producción y ofrecer una excelente calidad en sus productos.

Por lo anterior, buscan alimentarlas con un solo deareador que cubra la cantidadde vapor requerido, para ello han contratado los servicios de una firma consultorade ingeniería que desarrolle el proyecto de un deareador para estas calderas,claro dando mantenimiento a dichos equipos para evitar problemas de corrosión yde funcionamiento y así poder aumentar los años de vida de la caldera,cumpliendo con las expectativas para la que fue adquirida.


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METODOLOGÍA DEL DISEÑO

Diseño en su etimología se explica como definición de delinear, trazar o planearcomo acción de trabajo, concebir, inventar o idear. Para la ingeniería el diseño sedesigna al proceso de aplicar las diversas técnicas con objetivo de definir un

dispositivo.

Las etapas del desarrollo del diseño1. Identificación del problema2. Ideas preliminares3. Perfeccionamiento4. Análisis5. Decisión6. Realización

De acuerdo a la norma ISO 9001 durante la planificación del diseño y desarrollo laorganización debe:· identificar las etapas· revisar, verificar y validar apropiadamente cada etapa del diseño· tener responsabilidad y autoridad para el diseñoLa organización debe de gestionar las interfases entre los diferentes gruposinvolucrados para asegurarse de una comunicación eficaz y una clara asignaciónde responsabilidades.Se deben determinar los elementos de entrada relacionados con los registros delproducto y mantenerse registrados, estos elementos de entrada deben incluir:· Requisitos funcionales y de desempeño.

· Requisitos legales y reglamentarios que apliquen.· La información proveniente de diseños previos similares cuando se el caso.· Cualquier otro requisito esencial para el diseño.Estos elementos deberán estar completos sin ambigüedades y no deben sercontradictorios.Los resultados del diseño deben proporcionarse de tal manera que permitan laverificación respecto a los elementos de entrada para el diseño y deben aprobarseantes de la liberación. Los resultados del diseño deben cumplir:· Los requisitos de entrada para el diseño· Proporcionar información apropiada para la compra, producción y la prestacióndel diseño

· Contener o hacer referencia a los criterios de aceptación del producto· Especificar las características del producto que son esenciales para el usoseguro y correcto

En las etapas adecuadas deben realizarse revisiones sistemáticas del diseño deacuerdo con lo planificado:· Evaluar la capacidad de los resultados de diseño para cumplir los requisitos· Identificar cualquier problema y proponer las acciones necesarias


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SISTEMAS DE MANTENIMIENTO:

Dentro de cualquier tipo de maquinaria y producción el mantenimiento essumamente importante y su finalidad es:

• Evitar, reducir y llegado el caso, reparar las fallas sobre los bienes de laorganización.

• Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar.• Evitar detenciones inútiles o paros de máquinas.• Evitar accidentes.• Evitar daños ambientales.• Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas.• Conservar los bienes producidos en condiciones seguras y preestablecidas

de operación.• Balancear el costo del mantenimiento con el correspondiente al lucro

cesante.• Lograr un uso eficiente y racional de la energía.• Mejorar las funciones y la vida útil de los bienes.

Según el momento de la vida útil de un bien en el que aparecen las fallas, se puedenclasificar en:

Fallas tempranas: las que aparecen al comienzo de la vida útil del elemento yconstituyen un pequeño porcentaje del total de las fallas. Se presentangeneralmente en forma repentina y pueden causar graves daños.

Fallas adultas: Son fallas que presentan mayor frecuencia durante la vida útil.Son derivadas de las condiciones de operación y se presentan más lentamenteque las anteriores.

Fallas tardías: Representan una pequeña fracción del total de las fallas y ocurrenen la etapa final de la vida útil del elemento.

Efectividad del mantenimiento: La confiabilidad es la probabilidad de que unbien funcione adecuadamente durante un período determinado, bajo condicionesoperativas específicas (por ejemplo: condiciones de presión; t°; velocidad; nivel devibración; tensión; etc).

1) Mantenimiento correctivo• Por emergencia• Previa programación

2) Mantenimiento preventivo > > RCM


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3) Mantenimiento predictivo

4) Mantenimiento productivo total (TPM)

Mantenimiento predictivo: Existen algunas fallas que dan un indicio con el

tiempo de que se van a producir y, por lo general, no tienen relación directa con lavida útil del bien. Entonces es posible estudiar su tendencia a través de laelección, medición y seguimiento de algunos parámetros relevantes querepresentan el buen funcionamiento del bien bajo análisis.

Los parámetros pueden ser: t°; presión; velocidad lineal, velocidad angular, nivelde fluido; espesor de chapa; rigidez dieléctrica; contenido de humedad; viscosidad;etc.

El seguimiento de estos parámetros debe ser continuado, eligiendo la frecuencia ylos registros adecuados. Justamente la frecuencia de chequeo debe ser elegido detal modo que el intervalo entre comprobaciones sea bastante menor que el tiempoque transcurre entre la detección de la falla (falla potencial) y el punto de falla (fallafuncional).

Además de la ventaja recién apuntada, el seguimiento permite contar con unregistro de la historia de la característica en análisis, sumamente útil ante fallasrepetitivas. Asimismo, con este sistema se opera sobre los bienes mientras estánfuncionando y sin moverlos de su emplazamiento, permitiendo al mismo tiempoaprovechar la vida útil del bien.

Mantenimiento productivo total

(TPM): El TPM es un sistema orientado a lograr:

Cero accidentes

TPM Cero defectos

Cero averías

Las características del TPM son:

• Acciones de mantenimiento en todas las etapas del ciclo de vida del equipo.• Participación amplia de todas las personas de la organización.• Es observado como una estrategia global de las operaciones, en lugar de

prestar atención en mantener los equipos funcionando.


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• Intervención significativa del personal involucrado en la operación yproducción en el cuidado y conservación de los equipos y recursos físicos.

• Procesos de mantenimiento fundamentados en la utilización profunda delconocimiento que el personal posee sobre los procesos.

Mantenimiento centrado en la fiabilidad (Reliability Centerd Maintenance):

Es una metodología de análisis sistemático, objetivo y documentado, aplicable acualquier tipo de instalación industrial, muy útil para el desarrollo u optimización deun plan eficiente de mantenimiento preventivo.

La filosofía RCM plantea como criterio general, el mantenimiento prioritario de loscomponentes considerados como críticos para el correcto funcionamiento de lainstalación, dejando operar hasta su fallo a los componentes no críticos, instanteen que se aplicaría el mantenimiento correctivo. El RCM tiene muy en cuenta las

especificidades de la instalación en estudio y plantea la necesidad de realizar unprograma de seguimiento y actualización:

NECESIDADES DEL USUARIO:

Primeramente debemos esclarecer las necesidades técnicas del usuario.

Las calderas son de 800 CC (Hp caldera)

La selección de la capacidad del deareador será con la capacidad de generación

de vapor.

Se sabe que un Caballo caldera equivale a 34.5 lbs/h (15.65kg/h)

Se realiza la conversión para determinar la cantidad de vapor generado por hora yse compara con la tabla de los modelos estándar de la compañía que provee esteservicio.

El procedimiento es el siguiente.

1cc = 34.5 lbs/h (15.65kg/h)800cc = x

= 27 600 lbs/h (12 520kg/h)

Como tenemos en servicio tres calderas se suman las capacidades de estaSerán: 112 520 X 3 = 37 560 kg/h (82 800 lbs /h)


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Con esta cantidad se determina la capacidad del recipiente y se seleccionara laválvula de deareación para adaptarlo específicamente a este caso.

Ahora se selecciona o determina la presión de diseño deSegún la norma (ASME, sección VIII)

Como nuestra presión de operación requerida es de 15 psi el código marca que lapresión mínima de diseño es de 50 PSITemperatura de: -20 °F –60650 °F

UG –20 ESPECIFICACIONES GENERALES

CALDERA:Presión de salida de caldera: 125 PSITemperatura de salida de caldera: 98.9 °C – 100 °C

DESAERADOR:Presión de vapor entrada: 5 PSITemperatura de vapor: 98.9 – 100 °CEntrada de agua

Temperatura: 20 °CPresión: 1 atm.CNTP (condiciones normales de presión y temperatura)

Método empleado

Los cálculos se elaboraron mediante el código ASME sección VIII.

Los espesores se calcularon por presión interna y externa (detalles en el área dememoria de cálculo).

La definición de silletas y orejas en base a los diferentes casos de carga que estánsometidos.

La selección de soldadura y especificaciones de el Código ASME sección IX.

En base alas recomendaciones del código.


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SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS

A continuación se propondrán diferentes aceros al carbón de los cuales podremosseleccionar el que se comporte adecuadamente.

De los cuales el SA-285-C es el ideal ya que se encuentra dentro del rango detemperatura además que se encuentra entre uno de los mas económicos y si sellegara a utilizar otro de los ya mencionados se estaría dando un margen muyelevado.

Ahora se tiene que seleccionar el tipo de tapa que se va a utilizar y tenemos tresopciones que debemos considerar.


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TAPAS TORIESFÉRICAS

Son las que mayor aceptación tienen en la industria, debido a su bajo costo y aque soportan altas presiones manométricas, su característica principal es que el

radio de abombado es aproximadamente igual al diámetro. Se pueden fabricar endiámetros desde 0.3 hasta 6 metros.

TAPAS SEMIELÍPTICAS

Son empleadas cuando el espesor calculado de una tapa toriesférica esrelativamente alto, ya que las tapas semielípticas soportan mayores presiones quelas toriesféricas. El proceso de fabricación de estas tapas es el troquelado, su

silueta describe una elipse relación.


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TAPAS SEMIESFÉRICAS

Utilizadas exclusivamente para soportar presiones críticas. Como su nombre loindica, su silueta describe una media circunferencia perfecta, su costo es alto y no

hay límite dimensional para su fabricación.

Tomando en cuenta el texto anterior tenemos los s iguientes cálculos

Tapa 2 :1 con material SA – 516 – 70

NombreP

Design( kPa)

TDesign

(°C)

MAWP( kPa)

MAP( kPa)

MAEP( kPa)

Te external

(°C)

Cabeza Elipsoidal 351.5 100.0 718.67 1291.86 103.53 25.0

Faldon 351.5 100.0 508.37 1081.50 217.36 25.0

Tapa toriesferica con el material SA-516- 70


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NombreP

Design( kPa)

TDesign

(°C)

MAWP( kPa)

MAP( kPa)

MAEP( kPa)

Te external

(°C)

Toriesferica 351.5 100.0 469.74 837.29 103.58 25.0Faldon 351.5 100.0 508.37 1081.50 234.96 25.0

Tapa semiheliptica con material SA-516-70

NombreP

Design

( kPa)

TDesign

(°C)

MAWP( kPa)

MAP( kPa)

MAEP( kPa)

Te external

(°C)Semiheliptica 351.5 100.0 799.24 1950.27 103.43 25.0

Tapa 2:1 con material SA – 285 – C


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NombreP

Design( kPa)

TDesign

(°C)

MAWP( kPa)

MAP( kPa)

MAEP( kPa)

Te external

(°C)

2:1 315.5 100.0 562.44 1011.02 103.53 20.0

Faldon 315.5 100.0 397.85 846.40 217.36 20.0

Para concluir con esta sección se puede decir que la tapa ideal para nuestrorecipiente será una tapa semiheliptica o 2:1 de la cual se mostraran los cálculosmas adelante y acorde con lo dicho anterior mente al respecto del tipo de materiala utilizar en nuestro recipiente no muestra alguna inconformidad contra nuestrasnecesidades.


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DESARROLLO DEL RECIPIENTE

A continuación se definirá las dimensiones y capacidad del recipiente:

Primero empezaremos con la determinación de la capacidad por almacenar paraobtener el volumen de nuestro recipiente

Se determinara el volumen parcial con las medidas estándar

D: 72 pulg.L: 14.25 pulg.H: 3.41 ft

Volumen total: 0.7854 X D2 X L:Volumen total: 0.7854 X (72)2 X (14.25 in): 402.910 ft3

Relación:

H / D: (3.41 ft) / (6ft)H / D: 0.569

Con el valor obtenido recurrimos a la tabla de volumen parcial en recipienteshorizontal:

Coeficientes

H/D 0 1 2 3 4 5 6 .... 9

.00 .0000 .000053 .000279 .000429 .000600 .000788 .000992 .001212

.56 .587574

Para buscar en la tabla se toma el valor de 0.56 y se buscara en la columna H / D,y con la ultima cifra (5) se busca en la fila superior y así buscar la intersección deambos valores como se muestra. Obteniendo un coeficiente de 0.587574

Este valor es multiplicado por el volumen total dándonos como resultado nuestrovolumen parcial.

0.587574 X 402.910 : 236.709 ft3

Conversión:


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236.709 ft3 x 7.480519 : 1770.71 Gal.

Este es el valor de la capacidad total de nuestro recipiente

Determinar el diámetro del recipiente

Se determinara el factor F

CSE

PF =

Donde:P: presión de diseño: 50 psiC: corrosión: 1/8S: esfuerzo del material: 13,800 psiE: eficiencia de soldadura: 0.85

( )( )( )( )[ ]85.0138008/1

50

PSI

PSI F =

F = 0.034

Con este valor y el volumen ya obtenido buscamos en la tabla para determinar eltamaño optimó del recipiente:

De igualmente se busca la intersección de los valores ya antes mencionadoobteniendo el diámetro.D(int.) : 5 ft

Ver anexo de tablas 1.1


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PRE 1CALCULO. ARA,GBP,MMC,PSA.

REVIZO. ZM R

NUMERO DE ID. C-A001 DIBUJO REF.

ENVOLVENTE

TAPAS

CONJUNTO.

MEMORIA DE CALCULO PARA RECIPIENTE: DEAREADOR

ENVOLVENTE TAPAS

P R E S I O N

I N T E R N A

P R E S I O N

E X T E R N A

ESPESOR CON CORROSION: ESPESOR CON CORROSION:

ESPESOR CON CORROSION: ESPESOR CON CORROSION:


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ANILLO ATIESADOR


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REVIZO. ZMR

NUMERO DE ID. DIBUJO REF.

OREJAS

CONJUNTO.


PESO: 2854.1129 Lbs (1295.767 Kg)

OBTENCION DE CONSTANTES

ESFUERZO LONGITUDINAL

OREJAS DE IZAJE


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REVIZO. ZMR

NUMERO DE ID. DIBUJO REF.KD001

BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

Boquilla de 3”

SA-516-60

S = 15000 PsiCedula 60

Nom. 0.438

Min. 0.393

Espesor de la pared

1.- Calcular espesor por presión interna de la boquilla

P E S t

u

r 6.0

Pr

−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit r

506.085.013800

lg3050

−=

corrosiont r sin"128.0=

"125.0"128.0 +=r t

"253.0=r t con corrosión valor comercial"50.0≈

2.- Calculo del espesor real del cuerpo

ct t r −= "125.0"50.0 −=t

"375.0=t


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REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

3.- Calculo del espesor del cuello de la boquilla

corrosióncond

d

cd

corrosiónd

d

t Dd nomext

."374.2

)"125.0(2"124.2

2"124.2

sin"124.2

)438.0(23

2

=

+=

+==

−=

−=

2

d Rn =

2

374.2=n R

"187.1=n R

P E S

PRt

n

nrn

6.0−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit rn

506.085.015000

lg187.150

−=

4.- Calculo del espesor real de la boquilla

"313.0

2

"374.2"3

2

=

−=

−=

n

n

ext n

t

t

d Dt


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REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

´

5.- Calculo de la parte del cuello de la boquilla que penetra al recipiente

; el menor de 2.5tc H h 22 −≤ 2 H

2.5 nt

Por tanto = 0.7825”( )( ) "7825.0"313.05.2

"9375.0"375.05.2

=

=2 H

( ) (

"5325.0

"125.02"7825.0

=

−≤

h

h )

6.- Calculo de la altura límite de la boquilla que actúa como esfuerzo

⎩⎨⎧

+= en t t

t demenor H

5.2

5.2.1

"5.0=∴=e

r e

t recipientet t

"2825.15.0)313.0)(5.2(5.2

"9375.0)375.0)(5.2(5.2

=+=+

==

en t t

t

"9375.01 =∴ H

7.- Cálculo del radio de la placa de refuerzo W

⎪⎩

⎪⎨⎧

++=

t t d

d demayor W

n2

.

d = 2.374”

t t d

n ++2

= "875.1375.0313.02

374.2=++

"875.1=∴W


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REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CALCULO


BOQUILLAS

8.- Cálculo del área del agujero del recipiente"3038.0)128.0)(374.2( ==∗= r t d A

9.- Cálculo de las áreas que actúan como refuerzo

a)⎩⎨⎧

+−

−=

)(2)(

)(.1

t t t t

d t t demayor A

r

r

"328.0)128.0313.0(2)128.05.0()(2)(

"883.0)374.2)(128.05.0()(

=+−=+−

=−=−

t t tr t

d t t r

"883.01 =∴ A

b)⎩⎨⎧

−

−=

nrnn

rnn

t t t

t t t demenor A

5)(

5)(.2

"482.0)313.0(5)1066.4313.0(

"578.0)375.0(5)1066.4313.0(

5)(

5)(3

3

=−==−=

−−

−

−

x

x

t t t

t t t

nrnn

rnn

"482.02 =∴ A


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REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

c) ht A n23 =

)5325.0)(313.0(23 = A

"333.03 =∴ A

d) 224 22

42

4 bbbh

A =⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ = nt b =

2)313.0(24 = A

"195.04 =∴ A

e) )( 43215 A A A A A A +++−=

)195.0333.0482.0883.0(3038.05 +++−= A →−=∴ "58.15 A cuando la suma es mayor a A no se requiere de A5

10.- Cálculos del diámetro de la laca del refuerzo

52 A Dt t d D pen p =→∴−−


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REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

Boquilla de 1”

SA-106-B

S = 48 000 PsiNom. 0.358Min. 0.313

Espesor de la pared


P E S t

u

r 6.0

Pr

−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit r 506.085.013800

lg3050−

=


"125.0"128.0 +=r t "253.0=r t con corrosión valor comercial"750.0≈


ct t r −= "125.0"750.0 −=t

"625.0=t


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REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


corrosióncond

d

cd

corrosiónd

d

t Dd nomext

."534.0

)"125.0(2"284.0

2"284.0

sin"284.0

)358.0(21

2

=

+=

+==

−=

−=

2

d Rn =

2

534.0=n R

"267.0=n R

P E S

PRt

n

nrn

6.0−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit rn

506.085.048000

lg267.050

−=

t

lg102.3 4 pu xrn−=


38/112

39


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


"233.0

2

"534.0"12

=

−=

−=

n

n

ext n

t

t

d Dt

224 2

24

24 b

bbh A =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =

2)295.0(24 = A

2

4 lg108.0 pu A =∴


39/112

40

PRE 1

CALCULO. ARA,GBP,MMC,PSA.

REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

Boquilla de 1 1/2”

SA-106-B

S = 48 000 PsiNom. 0.400Min. 0.350

Espesor de la pared


P E S t

u

r 6.0

Pr

−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit r 506.085.013800

lg3050−

=


"125.0"128.0 +=r t "253.0=r t con corrosión valor comercial"25.1≈


ct t r −= "125.0"25.1 −=t "

811"125.1 ==t


40/112

41


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


corrosióncond

d

cd

corrosiónd

d

t Dd nomext

."95.0

)"125.0(2"70.0

2"70.0

sin"70.0

)400.0(25.1

2

=

+=

+=

=

−=

−=

2

d Rn =

2

95.0=n R

"75.4.0=n R

P E S

PRt

n

nrn

6.0−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit rn

506.085.048000

lg475.050

−=

lg108.5 3 pu xt rn

−=


"275.0

2

"95.0"5.1

2

=

−=

−=

n

n

ext n

t

t

d Dt


41/112

42


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

224 2

24

24 b

bbh A =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =

2)275.0(24 = A

2

4 lg15.0 pu A =∴

Boquilla de 1/2”

SA-516-60S = 15000 PsiNom. 0.187

Min. 0.164

Espesor de la pared


P E S t

u

r 6.0

Pr

−=

( )( )

( )( ) ( ) psi psi

pu psit r

506.085.013800

lg3050

−

=


"125.0"128.0 +=r t "253.0=r t con corrosión "8

3≈ valor comercial


42/112

43


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


ct t r −= "125.0"375.0 −=t

""250.0 41==t


corrosióncond d

cd

corrosiónd

d

t Dd nomext

."376.0)"125.0(2"126.0

2"126.0

sin"126.0

)187.0(25.0

2

=

+=

+=

=

−=

−=

2

d Rn =

2

376.0=n R

P E S

PR

t n

n

rn 6.0−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit rn

506.085.015000

lg188.050

−=

"0964.0=rnt


43/112

44


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


"062.0

2

"376.0"5.0

2

=

−=

−=

n

n

ext n

t

t

d Dt

224 2

24

24 b

bbh A =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =

234 lg106.7 pu x A −=∴


44/112

45


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

Boquil la de 12”

SA-516-60S = 15000 PsiCedula 60Nom. 0.562Min. 0.492

Espesor de la pared


P E S t

u

r 6.0

Pr

−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit r 506.085.013800

lg3050

−=

t corrosionr sin"128.0=

"125.0"128.0 +=r t

t con corrosión valor comercial"253.0=r "11≈ 2.- Calculo del espesor real del cuerpo

t ct r −= t "125.0"11 −=

t "875.10=


45/112

46

PRE 1

CALCULO. ARA,GBP,MMC,PSA.

REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


corrosióncond

d

cd

corrosiónd d

t Dd nomext

."126.11

)"125.0(2"876.10

2"876.10

sin"876.10)562.0(212

2

=

+=

+=

=−=

−=

2

d Rn =

2

126.11

=n R

563.5=n R

P E S

PRt

n

nrn

6.0−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit rn

506.085.015000

lg563.550

−=

=0.02186


46/112

47


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


"2185.3

2"563.5"12

2

=

−=

−=

n

n

ext n

t

t

d Dt


; el menor de 2.5tc H h 22 −≤ 2 H

2.5 nt

Por tanto = 8.04625”

( )

( ) "04625.8"2185.35.2

"1875.27"875.105.2

=

=

2 H

( ) ("79625.7

"125.02"04625.8

=

−≤

h

h )

6.- Calculo de la altura límite de la boquilla que actúa como esfuerzo

⎩⎨⎧

+=

en t t

t demenor H

5.2

5.2.1

"5.0=∴

=

e

r e

t

recipientet t

"04625.1911)2185.3)(5.2(5.2

"1875.27)875.10)(5.2(5.2

=+=+

==

en t t

t

"04625.191 =∴ H


47/112

48


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


⎪⎩

⎪⎨⎧

++=

t t d

d demayor W

n2

.

d = 11.126”t t

d n ++

2 ="6565.19875.102185.3

2

126.11=++

"6565.19=∴W

8.- Cálculo del área del agujero del recipiente"424128.1)128.0)(126.11( ==∗= r t d A


a) ⎩⎨⎧

+−

−= )(2)(

)(.1t t t t

d t t demayor Ar

r

"76.72)128.02185.3(2)128.011()(2)(

"96.120)126.11)(128.011()(

=+−=+−

=−=−

t t tr t

d t t r

2

1 96.120 in A =∴

b) ⎩

⎨⎧

−

−=

nrnn

rnn

t t t

t t t demenor A

5)(

5)(.2

"4419.51)2185.3(5)02186.02185.3(

"81.173)875.10(5)02186.02185.3(

5)(

5)(

=−=

=−=

−

−

nrnn

rnn

t t t

t t t

"4419.512 =∴ A


48/112

49


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

c) ht A n23 =

)79625.7)(2185.3(23 = A

"1844.503 =∴ A

d)

224 2

24

24 b

bbh A =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =

nt b = 2)2185.3(24 = A

2

4 7174.20 in A =∴

e) )( 43215 A A A A A A +++−= )7174.201844.504419.5196.120(424128.15 +++−= A

→−=∴ "87.2415 A cuando la suma es mayor a A no se requiere de A5

10.- Cálculos del diámetro de la placa del refuerzo)

52 A Dt t d D pen p =→∴−−


49/112

50


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

CALCULO DE REGISTRO DE HOMBRE

Boquil la de 18”

SA-516-60S = 15000 PsiCedula 60Nom. 0.438Min. 0.393

Espesor de la pared


P E S t

u

r 6.0

Pr

−=

( )( )( )( ) ( ) psi psi

pu psit r

506.085.013800

lg3050

−=


"125.0"128.0 +=r t

"253.0=r t con corrosión valor comercial"50.0≈ 2.- Calculo del espesor real del cuerpo

ct t r −= "125.0"50.0 −=t

"375.0=t


50/112

51


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


corrosióncond

d

cd

corrosiónd

d

t Dd nomext

."374.17

)"125.0(2"124.17

2"124.17

sin"124.17

)438.0(218

2

=

+=

+==

−=

−=

2

d Rn =

2

374.17=n R

"687.8=n R

P E S

PRt

n

nrn

6.0−=

( )( )( )( ) ( )

"0341.0

506.085.015000

lg687.850

=

−=

rn

rn

t

psi psi

pu psit


51/112

52


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


"313.0

2"374.17"18

2

=

−=

−=

n

n

ext n

t

t

d Dt


; el menor de 2.5t Pero no se toma en cuentac H h 22 −≤ 2 H

2.5 nt

Por tanto = 0 &2 H 0=h


⎪⎩

⎪⎨⎧

++=

t t d

d demayor W

n2

.

d = 17.374”

t t d

n ++2

= "375.9375.0313.02

374.17=++

"374.17=∴W

8.- Cálculo del área del agujero del recipiente

"223.2.0)128.0)(374.17( ==∗= r t d A


52/112

53


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS


a)⎩⎨⎧

+−

−=

)(2)(

)(.1

t t t t

d t t demayor A

r

r

"3398.0)128.0313.0(2)128.0375.0()(2)(

"291.4)374.17)(128.0375.0()(

=+−=+−

=−=−

t t tr t

d t t r

"3398.01 =∴ A

b)⎩⎨⎧

−

−=

nrnn

rnn

t t t

t t t demenor A

5)(

5)(.2

"4364.0)313.0(5)0341.0313.0(

"8183.0)375.0(5)0341.0313.0(

5)(

5)(

=−=

=−=

−

−

nrnn

rnn

t t t

t t t

"4364.02 =∴ A

c) ht A n23 =

)0)(313.0(23 = A

03 =∴ A

d) 224 22

4

2

4 bbbh

A =⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛ =⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛ = nt b =

2)313.0(24 = A

"195.04 =∴ A


53/112

54


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

e) )( 43215 A A A A A A +++−=

Pero cuando la suma es mayor a A no se requiere de A5∴ No se requiere el cálculo de A5


54/112

55


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

TAPA CIEGA

D = 18” Material del tornillo

N = 16 SA - 193 – 137 ced. 40SA – 105 S = 25000psiS = 17500psi

Para el empaque considerarm=2y=1600

Diámetro exterior de la cara realzada = 25”Diámetro circular del barreno = 22 ¾” =DCB

"876.16

)562.0(218

2

int

int

int

=

−=

−=

D

D

t D Dnom

062.4

2

"876.16"25

2

int

=

−=

−=

N

N

N realz D D

/1523.1

)062.4(8

3

8

3

>=

=

=

bo

bo

N bo

"4


55/112

56


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

"617.0

2

523.1

2

=

=

=

b

b

bob

"93.20

2

"876.16"25

2int

=

+=

+=

G

G

D DG realz

lbsW

W

GmPbPGW

033.25308

)50)(2)(93.20()617.0(2)50()93.20(785.0

2785.0

1

2

1

2

1

=

+=

+=

π

π

lbsW

W

bGyW

88.64911

)1600)(93.20)(617.0(

2

2

2

=

=

=

π

π

lbsW W 88.649112==∴

596.2

25000

88.64911

1

1

=

==

m

b

m

A

S

W A


56/112

57


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

"91.0

2

"93.20"2224

3

=

−=

−=

g

g

CBg

h

h

G Dh

C’ = 0.33

ónconcorrosit

t

corrosiónt

t

SEG

Wh

SE

PC Gt

g

"04.1

"125.9.0

sin9.0

)93.20)(85.0)(17500(

)91.0)(88.64911(9.1

)85.0)(17500(

)50)(33.0(93.20

9.1'

3

3

=

+=

=

+=

+=

Área transversal neta de 16 tornillos de 1 1/8”

"128.10633.016 == x Ab

lbW

W

S A AW bm

159050

2

25000)128.10596.2(

2

)(

=

+=

−=


57/112

58


REVIZO. ZMR


BOQUILLAS

MEMORIA DE CAL CULO


BOQUILLAS

corrosióncont

t

corrosiónt

t

SEG

WhGt

g

."91.0

"125."786.0

sin"786.0

)93.20)(85.0)(25000(

)91.0)(159050(9.193.20

9.1

3

3

=

+=

=

=

=


58/112

59

ANÁLISIS POR ELEMENTO FINITO

El siguiente apartado presenta el análisis de los elementos que conforman anuestro recipiente a presión de tal forma que se utiliza un modelo en 3d de la

parte sometida a estudio, a las cargas en que se encontraría sometido enoperación.Desarrollo.Los elementos modelados en 3d se exportaron al software de diseño ANSYS.Por consiguiente se le asigno a cada uno las características propias delmaterial del cual se selecciono para su diseño, y el tipo de configuración quetiene el material es decir si es isotróp ico considerando que sus propiedadescristalinas son ideales es decir que cuenta con el mismo tamaño de suselementos considerándose homogéneo,El siguiente paso es el de asignar el tamaño del mayado ya que este definiráel tiempo de solución que le tomara al equipo resolver el sistema de

ecuaciones formado por el mayado, Ahora se le as ignan las condiciones y res tr icciones a las que se encuentransometidas las partes es decir los apoyos y empotramientos, de los cualesinfluyen a su comportamiento bajo las distintas cargas a las que seencuentra sometido.Por ultimo se aplican las cargas y momentos considerados en el elementoanalizado y se da paso a la solución de la cual se obtuvieron los s iguientesresultados

Análisis de la s il leta.En esta imagen encontramos representados los esfuerzos principales y por lo tanto surepresentación numérica.

Esfuerzo principal 1


59/112

60

Esfuerzo pr incipal 2

Esfuerzo de Von Misess


60/112

61

Analizando una parte del envolvente o cuerpo .

Al analizar esta sección del envolvente se tomo una sección de este y se analizo deforma plana ya que sus dimensiones dificultaron su solución y por lo tanto se violimitado este análisis por los recursos del sistema pero al aplicarlo de este modo seobtienen resultados similares.

Desplazamiento en el cuerpo.



61/112

62


Esfuerzo cortante vital para identificar la función de la soldadura


62/112

63

Esfuerzos en x

Esfuerzos en Y


63/112

64

También se aporto el apoyo de otro software de diseño llamado Inventor del cual seanalizó esta misma sección pero en 3d y aporto los siguientes resultados.

Nombre Mínimo MáximoEsfuerzo Equivalente 4450 psi 6111 psi

Esfuerzo principal máximo 4851 psi 6696 psi

Esfuerzo principal mínimo -103.2 psi 203.4 psi

Deformación 1.579e-003 in 2.134e-002 in

Figura 1

Esfuerzo equivalente


64/112

65

Figura 2Esfuerzo pr incipal Máximo

Figura 3Esfuerzo principal mínimo


65/112

66

Figura 4Deformación

Figura 5Factor de Segurida


66/112

67

Analizando un cople de 1 ½” .Arrojando los siguientes resultados.Resultados

Nombre Mínimo MáximoEsfuerzo Equivalente 21.52 psi 52.28 psiEsfuerzo Principal Máximo -16.73 psi 9.633 psiEsfuerzo Principal Mínimo -70.63 psi -33.39 psiDeformación 0.0 in 4.49e-007 in

Figura 1Esfuerzo Equivalente


67/112

68

Figura 2Esfuerzo Principal Máximo

Figura 3Esfuerzo Principal Mínimo


68/112

69

Continuando con las orejas de izaje.

Esfuerzos en Y


69/112

70

Esfuerzo 1

Esfuerzo cortante


70/112

71

De igual modo las orejas se analizaron en 2d para agilizar el cálculo yaproximarse más a la realidad.


71/112

72

SELECCIÓN DE ACCESORIOS

Descripción Propiedades

Columna de nivel¾ NPT Warren Mod.

377FC,326LV

Bomba 2 ¾ NPT 3.5 Hp

Manómetro¼ NPT Wika,Mod 611.10

,R 0-70psi

Cople paraMuestreo Químico

¼ NPT

Recirculación7/16 Tubería Ulma

Termómetro¾ NPT Wika , R 0-120 C,

Zise 9”

Válvula deseguridad

¾ Walworth, serie 1542-D


72/112

73

Válvula de venteo¾ Walworth, serie 1641-

D

Válvula dedeareación

11 ¼ CB-Spraymaster

Reductor de Presión CMS, mod 10-141,10-150psi

Cople soldable ½ NPT3000 psi

Válvula de alivio

Las aplicaciones mas usuales de las válvulas de seguridad WALWORTH son

desalojar el exceso de presión en sistemas de tuberías y equipos tales como:

• Calderas• recipientes de aire a presión• compresores generadores de vapor• carros tanques que trasportan gases• servicios de aire o gas no corrosivo al bronce.

La forma de seleccionarlo es conociendo los datos inherentes al servicio para lacual va a ser destinada, se incluye a continuación los mínimos requeridos aparauna adecuada selección:

• Fluido a manejar: vapor• Tipo de descarga: superior• Presión de ajuste: 50 Psi• Temperatura de operación:100°C• Capacidad de descarga requerida: 35 Psi


73/112

74

Por el fluido a manejar tipos de descarga y limites de presión y temperatura nosdamos cuenta que requerimos una válvula 1541 para el tamaño de la válvulausaremos la capacidad de de descarga y la presión de ajuste requerida de lasiguiente forma.

1.-En la tabla de la pagina 8 encontrar en la columna de la izquierda la presión deajuste requerida 50 Psi y en este renglón buscar la capacidad inmediata superiora la requerida (35 Psi) en nuestro caso seria 45 Psi la cual corresponde a la delorifico D .110 pul2.

2.- En la tabla de características de diseño para la válvula 1541 que se encubra enla pagina 3 podemos ver que a un orificio D corresponde a una medida nominal de19mm (3/4”). Por lo tanto la válvula que debemos de seleccionar es una 1541 de¾”

SOLDADURA

1. CIRCUNSTANCIAS PARA LA REALIZACIÓN DE LA SOLDADURA.

En muchos casos, la accesibilidad de la junta determina el tipo de soldadura. Enun recipiente de diámetro pequeño (menos de 18-24 pulgadas), no puedeaplicarse la soldadura manual. Se utiliza una tira de respaldo, ésta debepermanecer en su lugar. En los recipientes de mayor diámetro, si no tienenregistro para hombre, la última junta (de cierre) sólo puede soldarse desde el

exterior. El tipo de soldadura puede ser determinado también por el equipo delfabricante.

2. REQUISITOS DE LAS NORMAS.

De acuerdo al tipo de junta, las normas establecen requisitos basados en elservicio, el material y la ubicación de la soldadura. Los procesos de soldadura quepueden aplicarse en la construcción de recipientes están restringidos también porlas normas, como se describe en el párrafo UW-27.

Las normas se representan en las páginas siguientes bajo los títulos:

• Tipos de juntas soldadas(Juntas permitidas por las normas, su eficiencia y las limitaciones de susaplicaciones) Tabla UW-12

• Diseño de juntas soldadas(Tipos de juntas en recipientes para varios servicios y con ciertas condicionesde diseño). UW-2, UW-3.


74/112

75

• Eficiencias de junta y reducciones de esfuerzos(Eficiencias de juntas en ciertos puntos y esfuerzo permisible reducido parausarse en cálculos de componentes de recipientes).

Los datos de la tabla están basados en las siguientes regulaciones del código:Total, por zonas, examen radiográfico parcial o no radiografiado de juntas A, B yC. UW-11

Para el cálculo del esfuerzo longitudinal, la eficiencia de junta parcialmenteradiografiada es la misma que la de juntas radiografiadas por zonas.Las secciones de recipientes sin costura y cabezas con juntas a topes, categoríaB, C o D que son radiografiadas por zonas, deberán diseñarse para esfuerzocircunferencial con un valor de esfuerzo igual al 85% del esfuerzo permisible delmaterial UW-12(b).

Cuando las juntas no se radiografían, como eficiencia, E, de la junta deben usarselos valores de la columna “c” de la tabla “tipos de juntas soldadas”, y en todo otrocálculo de diseño deberá tomarse un valor de esfuerzo igual al 80% del esfuerzopermitido del material, excepto para cabezas planas no atirantadas, etc. UW-12(c).

3. ECONOMÍA DE LA SOLDADURA.

Si los dos factores anteriores permiten la libre elección, la economía es el factordecisivo.Siguen algunas consideraciones relativas a la economía de la soldadura:

• La preparación de bordes en V, que puede hacerse a soplete, es siempre

más económica que la preparación para juntas en J o en U.• La preparación en V doble requiere sólo de la mitad del metal de soldaduradepositada de la que requiere la preparación en V sencilla.

• Al aumentar el tamaño de una soldadura de filete, su resistencia aumentaen proporción directa, mientras que el metal de soldadura depositadoaumenta en proporción al cuadrado de su tamaño.

• La soldadura de baja calidad hace necesaria la utilización de placa demayor espesor para el recipiente. El que sea más económico utilizarsoldadura de mayor resistencia y placa más delgada o lo contrario,depende del tamaño del recipiente, del equipo de soldadura, etc. Esto debedecirse en cada caso particular.


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DISEÑO DE JUNTAS SOLDADAS

CONDICIONESDE DISEÑO

TIPO DE SOLDADURAEXAMEN

RADIOGRÁFICOEFICIENCIA DE

JUNTA

TRATAMIENTOTÉRMICO

DESPUÉS DELA

SOLDADURA

1. El diseño delrecipiente apresión se basaen una eficienciade junta de 0.85.Norma UW-11(a)(5).

Juntas A y D. Completo 1.00

Por la normaUCS-56

Las juntas A y B(roblonado transversalúnicamente) deben serdel tipo No. (1) ó (2)

Completo por zonasNo

Tipo (1)1.000.850.70

Tipo (2)0.900.800.65

Las juntas B y C debenser a tope UW-11(a)(5)(b)

Parcial0.85 Tipo (1)0.80 Tipo (2)

Las juntas a tope B y C enboquillas y pasos a

cámaras menores de 10pulg. de diámetro nominal yespesor de pared menor de1 1/8 de pulg. no requierende examen radiográfico,excepto para el aceroferrítico cuyas propiedadesa la tensión mejoran contratamiento térmico UHT-57

(La totalidad de lasoldadura es aceptablepor el examenradiográfico parcial) UW-51 (c) (1)

La eficiencia deroblonado transversal

puede regirúnicamente cuandocargascomplementarias,como el viento, etc.,producen flexiónlongitudinal o tensiónen las juntas conpresión interna.

2. Recipientes apresión en los

que el examenradiográficocompleto no esobligatorio UW-11(b).

Todas las juntas a topedeben ser del tipo No.(1) o No. (2) UW-11(b)

Juntas a topeexaminadas porzonas UW-12(b)

Las secciones de

recipiente sin costuray las cabezas con

juntas B, C o D,deben diseñarse paraesfuerzocircunferencial con unvalor de esfuerzo delmaterial del 85%.

0.85 Tipo No. (1)0.80 Tipo No. (2)

Por la normaUCS-56

3. El recipiente sediseña para

presión externaúnicamente o eldiseño estábasado en UW-12(c) (ver tabla).

Cualquier juntasoldada UW-11(c)

No requiere examenradiográfico.

0.70 Tipo No. (1)0.65 Tipo No. (2)0.60 Tipo No. (2)0.55 Tipo No. (1)0.50 Tipo No. (2)0.45 Tipo No. (1)

En todos losdemás cálculosde diseño seusará el 80% delvalor del esfuerzodel material.

Por la normaUCS-56


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DISEÑO DE JUNTAS SOLDADAS (CONT.)

CONDICIONESDE DISEÑO

TIPO DESOLDADURA

EXAMENRADIOGRÁFICO

EFICIENCIA DEJUNTA

TRATAMIENTOTÉRMICO

DESPUÉS DE LASOLDADURA

4. Recipientesquecontengansustanciastóxicas ypeligrosasUW-2(a).

Las juntas A serándel tipo No. (1) UW-2(a) (1) (a).

Completo 1.00

Los recipientesfabricados deaceros al carbón ocon bajocontenido deelementos dealeación debentratarsetérmicamentedespués dehaberse soldado,UW-2(c).

Las juntas B y Cserán del tipo No.(1) ó No. (2) UW-2(a)(1)(b).

Las juntas Dllevarán soldadurade penetración totala través de todo el

espesor de la pareddel recipiente o laboquilla UW-2(a)(1)(c).

Todas las juntas atope en cascos ycabezas debenexaminarseradiográficamentepor completo,excepto los tubos deintercambiadores y

los intercambiadoresUW-2(a)(2), (3) yUW-11(a)(4).

1.000.90*

*para usarse encálculos deesfuerzo

longitudinal(roblonadotransversal).

5. Losrecipientesque operen amenos de -20°F se requierepruebas deimpacto delmaterial o delmetal deaporte UW-2(b).

Las juntas A serándel tipo No. (1)(excepto para aceroinoxidable 304).

Completo

Tipo (1)

1.000.850.70

Tipo (2)

0.900.800.65

Por la normaUCS-56

Las juntas B serándel tipo No. (1) ó delNo. (2) UW-2(b) (1)y (2).

Las juntas C llevaransoldadura de penetracióncompleta que seextiendan a toda lasección de la junta.

Las juntas D llevaránsoldadura de penetracióncompleta que se extiendepor toda la sección de la

junta UW-2(b) (2) y (3).

Por zonasNo

6. Calderas conpresión dediseño mayorde 50 lb/Pulg2.

Las juntas A serán

del tipo No. (1). Todas las juntas atope en cascos ycabeceras deberánser radiografiadaspor completo exceptocuando así lo indicanlas normas UW-11(a)(4) UW-2(c).

1.00Los recipientesfabricados con

acero al carbono ode acero con bajocontenido deelementos dealeación deberántratarsetérmicamentedespués dehaberse soldado.UW-2(c).

1.00 Tipo No. (1)0.90 Tipo No. (2)

Las juntas B serándel tipo No. (1) o (2)UW-2(c).


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Selección de espesor de soldadura y tipo de electrodo

Para esto debemos conocer los siguientes definiciones se encuentran dentro delcódigo ASME

A continuación se observan los tipos de soldadura con sus siglas

OFW.- OXIFUEL GAS WELDINGSMAW- SHIELDED METAL ARC WELDINGSAW- SAMERGED –ARC WELDINGGMAW- GAS METAL – ARC WELDINGGTAW- GAS TUNGSTEN- ARC WELDINGPAW- PLASMA ARC WELDING

De los anteriores utilizaremos el SAW que es la soldadura por arco sumergidodonde el arco se encuentra bañado por fundente haciendo que el arco quedecubierto por este y en el momento que se funde el metal absorbe el fundente y lohace casi homogéneo. Y el GMAW que es el soldado por gas arco metal dondeun arco eléctrico es mantenido entre un alambre sólido que funciona comoelectrodo continuo y la pieza de trabajo.

El arco y la soldadura fundida son protegidos por un chorro de gas inerte o activo.El proceso puede ser usado en la mayoría de los metales y la gama de alambresen diferentes aleaciones y aplicaciones es casi infinita.

Ahora en la determinación del espesor de la soldadura nos basamos en la partede UW-16 que da las recomendaciones para los coples soldados y además yamarca el dimencionamiento del filete de soldadura como se muestra acontinuación.


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Tabulación y posición de la soldadura

En la siguiente tabal se encuentran las posiciones que se pueden cubrir por mediodel método de soldadura GMAW

POSICIÓN DIAGRAMA DEREFERENCIA

INCLINACIÓNEN GRADOS

ROTACIÓN DECARA

Plana A 0 a 15 150 a 210Horizontal B 0 a15 210 a 230

Sobre la cabeza C 0a 80 280 a 360Vertical D

E15 a 8080-a 90

80 a 2800 a 360

Se ilustra como sigue.

De lo anterior son las posiciones de las cuales se debe contar con un soldadorcertificado según UW-29 de la cual recomienda los tipos de ensayos que sedeben utilizar y también te manada ala sección IX donde detallan los WPS yformas de calificación al soldador.


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Los detalles y procedimientos de soldadura se esquematizan en el dibujo.

KD-001

También encontramos en esta sección que se puede obtener la carga permisiblepara el cople a soldar y se realizo de la siguiente manera.

P= 0.63S(d-1/4)2

Donde “d ” es el diámetro del barreno

Para los coples de 3”, 11/2”,1” y ½”

Material fue SA-516-60

S = 15000 PsiP= 0.63S(d-1/4)2

P1/2 = 5 315.625 psi

P1 = 14 765.62 psi

P11/2 = 28 940 psi

P3 = 85 050 psi

Después de haber seleccionado el tipo de soldadura a utilizar tenemos losdiferentes tipos de pruebas que se le pueden realizar a los recipientes a presióncomo se ve a continuación.

PRUEBAS EN RECIPIENTES A PRESIÓN

Durante la fabricación de cualquier recipiente a presión, se efectúan diferentespruebas para llevar a cabo un control de calidad aceptable y poder determinar lacalidad de la soldadura que se ha aplicado al recipiente, estas pruebas son,

radiografiado, pruebas de partículas magnéticas, ultrasonido, pruebas con líquidospenetrantes, prueba hidrostática, prueba neumática.

Este tipo de pruebas, como se mencionó anteriormente, son efectuadas durante lafabricación y el departamento de Control de Calidad de cada compañía esresponsable de que estas pruebas se lleven a cabo.


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Describiremos de una manera muy breve, las pruebas que se les deberá aplicar alos recipientes sometidos a presión una vez que se han terminado de fabricar,entre las cuales mencionaremos las mas comúnmente utilizadas por las industriasdedicadas a la fabricación de recipientes a presión de pared delgada, entre estas

están la prueba hidrostática, la prueba neumática y la prueba de radiografiado.

Prueba hidrostática

Consiste en someter el recipiente a presión una vez terminado a una presión 1.5veces la presión de diseño y conservar esta presión durante un tiempo suficientepara verificar que no haya fugas en ningún cordón de soldadura, como su nombrelo indica, esta prueba se lleva a cabo con líquido, el cual generalmente es agua.

Cuando se lleva a cabo una prueba hidrostática en un recipiente a presión, es

recomendable tomar las siguientes precauciones:

1. Por ningún motivo debe excederse la presión de prueba señalada en laplaca de nombre.

2. En recipientes a presión usados, con corrosión en cualquiera de suscomponentes, deberá reducirse la presión de prueba proporcionalmente.

3. Siempre que sea posible, evítese hacer pruebas neumáticas, ya queademás de ser peligrosas, tienden a dañar los equipos.

Pruebas neumáticas

Las diferencias básicas entre este tipo de pruebas y la prueba hidrostática,consisten en el valor de la presión de prueba y el fluido a usar en la misma, lapresión neumática de prueba es alcanzada mediante la inyección de gases.Como ya dijimos anteriormente, no es recomendable efectuar pruebasneumáticas, sin embargo, cuando se haga indispensable la práctica de este tipode prueba, se deberán tomar las siguientes precauciones:

1. Las pruebas neumáticas deben sobrepasar con muy poco la presión deoperación, el Código A.S.M.E., recomienda que la presión de prueba

neumática sea como máximo 1.25 veces la máxima presión de trabajopermisible y definitivamente deben evitarse en recipientes a presiónusados.

2. En las pruebas neumáticas con gases diferentes al aire, deben usarsegases no corrosivos, no tóxicos, incombustibles y fáciles de identificarcuando escapan. El Freón es un gas recomendable para efectuar laspruebas neumáticas.


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3. La mayoría de los gases para pruebas neumáticas, se encuentran enrecipientes a muy alta presión, por lo tanto, es indispensable que seextremen las precauciones al transvasarlos al recipiente a probar, puespuede ocurrir un incremento excesivo en la presión de prueba sumamentepeligrosa.

Prueba de radiografiado

Este tipo proceso se realiza utilizando rayos X o rayos gama para determinar si loscordones de soldadura tiene alguna grieta, este tipo de pruebas son nodestructivas y proporciona resultados muy convincentes, este tipo de ensayos sonmuy importantes ya que a través de este método podemos comprobar grietas dedimensiones muy pequeñas que aparentemente no presentan problema alguno alinstante pero que podrían ocasionar algún daño posterior, sin embargo debido alequipo utilizado resulta muy costoso este tipo de pruebas.

Pintura

En el recipiente se aplicara un recubrimiento de pintura de protección contra lacorrosión producida por el ambiente en el cuarto de calderas ya que no esta demás mantener en buen estado nuestros elementos así que en la norma sepuede verificar las condiciones en las que se encuentra el recipiente serian:

Ambiente seco, no corrosivo, interior de edificios o protección temporal contraintemperie.

La preparación recomendada es de una limpieza nominal y no se requiere unpretratamiento o preparación de superficie.

El espesor de pintura seca será de una milésima de pulgada.


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Costos es una erogación, es decir una salida de dinero que te da una ganancia o

utilidad, a diferencia que un gasto es una erogación que no te da utilidad.Los costos se pueden clasificar de diferentes formas de acuerdo a:

1. Su identificación con una actividad, departamento o producción los costosse dividen en:

• Costos directos.- Son los que podemos identificar con las unidadesde producción. En estos se encuentran los costos de producción loscuales se dividen en costo primo (la materia prima) y costoconversión (la mano de obra).

• Costos indirectos.- Estos están formados por el costo total de

producción el cual a su vez se conforma por gastos administrativos,financieros, de mercadotecnia, etc. Y en ocasiones pueden ser fijos.

2. Su comportamiento:• Costo variable.- Es la materia prima directa, la mano de obra y la

comisión por venta.• Costo fijo.- Son los gastos indirectos de fabricación.

3. Su impacto en la calidad:• Costos por fallas internas• Costos por fallas externas

• Costos de evaluación• Costos de prevención

Otro factor importante es el punto de equilibrio, este indica cual es el número deunidades o productos que se deben producir o generar para no perder ni ganar.

CTP = CF + CVT Donde: CV = Costo variable total

CF = Costo fijo

El nivel mínimo de producción es aquel punto en el que se ha alcanzado el nivelde producción de máxima eficacia productiva de los factores variables.

El nivel óptimo de producción es aquel que ha permitido reducir los costos deproducción por unidad al nivel más bajo posible.

También debemos tomar en cuenta el valor presente neto y la tasa interna deretorno, esto es para determinar como recuperaremos nuestra inversión.


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El precio de un bien o servicio se puede definir como el monto de dinero que debeser dado a cambio del bien o servicio. Existen diferentes tipos de precio como sonel Internacional, Regional Externo, Regional Internó, local y Nacional.

El precio internacional es el que se usa para artículos de importación- exportación.Normalmente esta cotizado en dólares estadounidenses y FOB (libre a bordo) enel país de origen.

El precio Nacional es el precio vigente en todo el país, y normalmente lo tienenproductos con control oficial de precio o artículos industriales muy especializados.

Para determina el precio se deben de tomar en cuenta algunas consideracionescomo son:

• El costo de producción, administración y ventas, mas una ganancia.• La demanda potencial del producto.• Las condiciones económicas del país• La reacción de la competencia• El comportamiento del revendedor• La estrategia de mercadeo• El control de precios que todo gobierno puede imponer

Ahora bien los factores que nosotros consideraremos para nuestro producto son:• Compra de materia prima• Costos de producción, operaciones y distribución• Gastos administrativos y de ventas• Gastos de promoción y publicidad• Gastos generales del negocio

COSTO DEL DEAREADOR

La siguiente información se obtuvo de diferentes fuentes de información comoInternet y catálogos de proveedores que facilitaron los documentos.

Los costos que aparecen a continuación fueron tomados en base al precio decada articulo con fecha al 11 de agosto del 2008.

Cotización de las partes del proyecto.


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DESCRIPCIÓNCARACTERISTICAS

DEL ACCESORIO PROVEEDORCANTIDAD PRECIOPOR PIEZA TOTA

CONFORMADO DE TAPA

TORISFERICA DIAMETRO 60"

TANQUES Y TAPAS S.A

DE C.V 2 $1,500 $3,00

PLACA ESPESOR ¼” ACEROS FORTUNA 950kg $21.50 $20,4

COPLE SOLDABLE ½ NPT 3000 Lbs SA-105 ULMA 3 $15 $45

COPLE SOLDABLE 1" NPT 3000 Lbs SA-105 ULMA 1 $28 $28

COPLE SOLDABLE 1 1/2" NPT 3000 Lbs SA-105 ULMA 1 $62 $62

COPLE SOLDABLE 3" NPT 3000 Lbs SA-105 ULMA 1 $163 $16

COPLE SOLDABLE ¾ NPT 3000 Lbs SA-105 ULMA 3 $20 $60

BOQUILLA ATOMIZACION CBM 1 $1,969 $1,96

EMPAQUE GARLOCK 5 $500 $2,50

BRIDA 12" CBM 1 $584 $58

TUBO 12" DIAM . m-815 ced 40 TENARIS 1 $300 $30

COLUMNA DE NIVEL ¾ NPTWarren Mod.377FC,326LV

1 $6,023 $6,02

BOMBA 2 ¾ NPT 3 Hp GRUNFOS 3 $3,900 $11,7

MANÓMETRO ¼ NPTWika,Mod 611.10 ,R 0-

70psi

1 $450 $45

COPLE SOLDABLE ¼ NPT 3000 Lbs SA-105 ULMA 1 $6 $6

TUBERIA DE RECIRCULACIÓN ¼ Tubería Ulma 5 MTS. $80 $ 40

TERMÓMETRO ¾ NPT Wika , R 0-120 C, Zise 9” 2 $1,300 $2,60

VÁLVULA DE SEGURIDAD ¾ Walworth, serie 1542-D 2 $3,500 $7,00

VÁLVULA DE VENTEO ¾ Walworth, serie 1641-D 1 $2,800 $2,80

VÁLVULA DE DEAREACIÓN 11 ¼ CB-Spraymaster 1 $4,200 $4,20

REDUCTOR DE PRESIÓN ¼ NPT CMS, mod 10-141,10-150psi 1 $4,200 $4,20

CONO DE VALVULADEREADOR

CBM 1 $12,500 $12,5

PINTURA aluminio 29Para altas temperaturas

SERWIN WILIAMS1 galon $550 $55

TOTAL $119,3


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En el siguiente apartado se encuentra una aproximación del costo de losservicios, también se saco el costo de la mano de obra de la pagina del INEGI ypar aseverar y dar un dato mas exacto se acudió alas oficinas de una empresa

dedicada a la fabricación de recipientes de este tipo.Gastos del desarrollo del proyecto.

Concepto Costo semanal Costo totalPlantación e integración $ 4 500 $ 13 500

Ingeniería de proyecto $ 9 500 $ 28 500

Supervisión $ 4 500 $ 13 500

Administración del proyecto $ 2 000 $ 6 000

TOTAL$ 61 500

GASTOS SECUNDARIOS TOTALEnergía eléctrica $ 5,600Agua $ 6,400Combustible $ 3,000TOTAL $15,000

MANO DE OBRA SALARIO/DIARIO

3 SEMANAS

SOLDADORES $ 159 $ 6 678INGENIERO $ 300 $12 600RENTA DE MAQUINARIA $ 800 $18 500

TOTAL $ 37 778

Ahora para sacar el costo total de la fabricación de este recipiente se tomara encuenta el costo total de los factores antes detallados y tomando en cuenta que sefabricara en aproximadamente 3 semanas trabajando 8 horas diarias y con laparticipación de 2 soldadores certificados y el desarrollo de 2 ingenieros, aunadocon la maquinaria, material y todo lo necesario para este deaerador tenemos untotal de $ 233 643 y sumando el 30% de todo el total que es la cantidad deTenemos un total de $233 643 + 30% 303 735


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CONCLUSIONES

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Conclusiones.

En el transcurso de la elaboración del proyecto se presentaron diferentespropuestas y así como se fueron proponiendo surgieron cambios en el diseño y

correcciones, ya definido el recipiente se procede ala selección del los accesoriosy ala definición de los cordones de soldadura, ante todos los cálculos se vieronafectados por esos cambios de dimensiones.

En la búsqueda de alternativas de los accesorios nos encontramos mermados porla cantidad de marcas y precios se encuentran en el mercado aparte de que setiene que esperar a que si se solicita un catalogo a una empresa dedicada alaventa de algún articulo es algo tardado ya que no se los dan a cualquiera amenosque sea un cliente prometedor pero de una u otra forma se adquirieron loscatálogos necesarios para poder seleccionar el caserío adecuado y despuéscotizarlo para desarrollar nuestro costo total.

En el desarrollo de la selección de la soldadura se tiene que basar en la calidad yel material que se va a unir sin dejar atrás sus propiedades mecánicas del alambreo electrodo por usar, y claro se deben de seguir los lineamientos del código ASMEpara poder asegurar un buen funcionamiento, calidad y seguridad, de esta formase da una buena imagen ante el cliente invitándolo

Calculo Seleccion de Recipintes a Presion Mediante Analisis Numerico y Codigo Asme

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