UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS
ARMADAS ESPE
DPTO. CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
RESUMEN DE NORMAS PARA
CLASES DE DISEÑO MECÁNICO
INGENIERÍA
MECÁNICA
BIBLIOGRAFÍA

PRESSURE VESSEL, Handbook, 12th Edition

PRESSURE VESSEL, Design Manual, 3rd Edition, Dennis Moss

Códigos:
o ASME Secc. VIII Div1 Ed. 2019
o ASME B31
o API 650 Ed. 2020

WEB:
o asme.org
o api.org
o coade.com
2
Eugene Megyesy
INGENIERÍA
MECÁNICA
ÍNDICE
Paginas
Unidad 1:
Pre ingeniería
4
Unidad 2:
Código ASME VIII-1, Diseño de Recipientes
5
Unidad 3:
Código ASME IX, Calificación de soldadura y soldadores
44
Unidad 4:
Estándar AWS
56
Unidad 5:
ASME B31, Códigos de Tuberías
64
Unidad 6:
Código API, Diseño de Tanques Atmosféricos
80
3
INGENIERÍA
MECÁNICA
UNIDAD 1
PREINGENIERIA
Objetivo:
Determinar pesos de materiales y cantidades de obra, basados en cálculos
preliminares, uso de tablas y estándares
Contenido:



Diseño básico / elemental.
Utilización de estándares.
Determinación:
 de pesos:
- laminas
- bridas
- pernos
- etc.
 cantidades de obra:
- corte
- conformado
- soldadura
- Áreas de pintura
- etc.

Manejo del Handbook
4
INGENIERÍA
MECÁNICA
UNIDAD 2
CÓDIGO ASME, SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1, “DISEÑO DE
RECIPIENTES A PRESIÓN”
Objetivo:
Proporcionar al alumno la información sobre la sección VIII División 1, incluyendo
el diseño básico de recipientes a presión y los estándares de referencia.
Contenido:
RECIPIENTES A PRESIÓN
ESFUERZOS EN RECIPIENTES A PRESIÓN
La categoría e intensidad de los esfuerzos son función de la naturaleza de las
cargas, la geometría y construcción de los componentes del recipiente.
CARGAS (UG-22)




Presión interna o externa.
Peso del recipiente y su contenido.
Reacciones estáticas.
Reacciones cíclicas y dinámicas.
5
INGENIERÍA
MECÁNICA




Presión de viento.
Fuerzas por sismo.
Reacciones por impacto.
Gradientes de temperatura.
ESFUERZOS (UG-23)
 Esfuerzo de tensión.
 Esfuerzo de compresión longitudinal.
Una presión interna o externa uniforme, induce en la soldadura longitudinal un
esfuerzo dos veces mayor al esfuerzo producido en la soldadura circunferencial.
S1
P*D
4 *t
Esf. Longitudinal (Juntas Circunferenciales)
S 2
P*D
2 *t
Esf. Circunferencial (Juntas Longitudinales)
D:
P:
t:
diámetro.
presión interna o externa.
espesor.
6
INGENIERÍA
MECÁNICA
PRESIÓN INTERNA
Presión de Operación: es la presión requerida por el proceso, a la cual el
recipiente esta normalmente operando. Po
Presión de Diseño: recomendable mayor que la de operación 10% o 30 psi, lo
que sea mayor. También se debe considerar la presión del fluido o cualquier otro
contenido del recipiente. Pd = Po + (10% o 30psi) + Pcolumna de agua
1 pie agua = 0.433 psi.
1psi = 2.309 pie de agua.
MÁXIMA PRESIÓN ADMISIBLE DE TRABAJO (MAWP)
Es la presión interna a la cual el elemento más débil del recipiente está cargado
en su punto máximo permisible, y el recipiente se asume:




En condición corroída.
Bajo los efectos de la temperatura de diseño.
En posición normal de operación.
Bajo el efecto de otras cargas (viento, presión externa, presión
hidrostática, etc.).
PRUEBA HIDROSTÁTICA
Debe ser realizada una vez que la fabricación está completa.
P h  1.3 x MAWP o (P. DISEÑO) x
PPH:
MAWP:
P. Diseño:
S:
S (temperatura de prueba)
S (temperatura de diseño)
Presión de Prueba Hidrostática.
Máxima presión Admisible de Trabajo.
Presión de diseño.
Esfuerzo admisible a tensión.
Una prueba neumática puede ser realizada en lugar de la prueba hidrostática
(UG-100).
VALOR DEL MÁXIMO ESFUERZO ADMISIBLE
El máximo valor del esfuerzo admisible a tensión, es el máximo valor de
esfuerzo con el cual debemos diseñar y calcular los recipientes a presión.
7
INGENIERÍA
MECÁNICA
EFICIENCIA DE LA JUNTA (UW-12)
El valor de la eficiencia de la junta (E), va a depender del tipo de unión y del
grado de radiografiado que se aplique.
Para el caso de juntas a tope soldadas por ambos lados, los valores son los
siguientes:
1
0.85
0.7
E / Rx
FULL
SPOT
NONE
TOTAL
POR PUNTOS
NO
Re
Ri
t
Ri+CA
CA
t - CA
8
INGENIERÍA
MECÁNICA
FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE RECIPIENTES A PRESIÓN
Pd: Presión de diseño (psi).
S:
Valor del esfuerzo del material (psi).
E:
Eficiencia de la junta.
Rint/ Rext :
Radio interior/exterior (in).
Dint / Dext :
Diámetro interior/exterior (in).
t:
Espesor de la pared (in).
C.A.: Corrosión admisible (in).
L:
Radio de bombeo interno/externo (in).
r:
Radio de rebordeo (in).
1.- EN TÉRMINOS DE LAS DIMENSIONES INTERIORES.
1.1.- CUERPO CILÍNDRICO
FRIO O NUEVO
𝑡=
𝑃𝑑 ∗ 𝑅
𝑆 ∗ 𝐸 − 0,6 ∗ 𝑃𝑑
FORMULA CORREGIDA
𝑃𝑑 ∗ (𝑅 + 𝑪𝑨)
𝑡=
+ 𝐶𝐴
𝑆 ∗ 𝐸 − 0,6 ∗ 𝑃𝑑
𝑀𝐴𝑊𝑃 =
𝑆∗𝐸∗𝑡
𝑅 + 0,6𝑡
CALIENTE Y CORROIDO
𝑀𝐴𝑊𝑃 =


𝑆 ∗ 𝐸 ∗ (𝑡 − 𝑪𝑨)
(𝑅 + 𝑪𝑨) + 0,6 ∗ (𝑡 − 𝑪𝑨)
Usualmente gobierna el esfuerzo en la costura longitudinal.
Cuando t excede la mitad del radio interno o P excede 0.385 S*E
 Fórmulas apéndice 1.2
1.2.- CABEZA HEMISFÉRICA
t
P*R
2 * S * E  0.2 * P
P
9
2*S *E * t
R  0.2 * t
INGENIERÍA
MECÁNICA

Cuando t excede a 0.356 R o P excede 0.665 S*E
 Fórmulas apéndice 1.3
1.3.- CABEZA ELIPSOIDAL 2:1
t
P*D
2 * S * E  0.2 * P

P
2*S *E * t
D  0.2 * t
P
S* E * t
0.885 * L  0.1* t
P
2*S*E* t
L * M  0.2 * t
Para otra razón diferente a 2 :1
 Fórmulas apéndice 1.4 (c)
1.4.- CABEZA TORIESFÉRICA
1.4.1.- Cuando L  r = 16 2/3
t
0.885 * P * L
S* E  0.1* P
1.4.2.- Cuando L  r  16 2/3
t
P*L *M
2 * S * E  0.2 * P
1.4.3- Cuando L  r  16 2/3
 non – code construction
1
M  (3 
4
L
)
r

1.5.- SECCIÓN CÓNICA
t
P * D
2* cos ( )*(S* E - 0.6 * P
P



 no debe ser mayor de 30
Si  es mayor
 Fórmulas apéndice 1 – 5 (e).
10
2 * S * E * t * cos 
D  1.2 * t * cos 
INGENIERÍA
MECÁNICA
Ejemplos / Ejercicios:
Determinar: la Pd, el espesor comercial y peso para los siguientes datos
Po= 342psi ( Dint = 72in y NL = 75%) y 180 psi ( Dint = 72in y NL= 50%)
t calculado: 0,59097(cuerpo); 0,7598(cabeza F&D); 1,638(cuerpo); 0,745(cabeza
semiesférica)
Cilindro horizontal con los siguientes parámetros de diseño
Dext= 4ft 8in, Ls/s= 12ft, Pd=150psi, Td=200oF, material SA 516 70, CA= 1/8in, RX:
cuerpo SPOT, cabezas sin costura, (SMLS), => E=1, NL= 50%, tipo de cabezas F&D, L=
4ft 2in y r=8in
11
INGENIERÍA
MECÁNICA
2.- EN TÉRMINOS DE LAS DIMENSIONES EXTERIORES.
2.1.- CUERPO CILÍNDRICO
t
P*R
S * E  0.4 * P


MAWP

S*E*t
R - 0.4 * t
Usualmente gobierna el esfuerzo en la costura longitudinal.
Cuando t excede la mitad del radio o P excede 0.385 S*E
 Fórmulas apéndice 1 –2.
2.2.- CABEZA HEMIESFÉRICA
t
P*R
2 * S * E  0.8 * P

P
2*S*E*t
R - 0.8 * t
Cuando t excede 0.356 R o P excede 0.665 S*E.
 Fórmulas apéndice 1 .3
2.3.- CABEZA ELIPSOIDAL
t
P*D
2 * S * E  1.8 * P

P
2*S*E*t
D - 1.8 * t
P
S* E * t
0.885 * L  0.8 * t
Para otra razón diferente a 2 :1
 Fórmulas apéndice 1 – 4 (c).
2.4.- CABEZA TORIESFÉRICA
2.4.1.- Cuando L r = 16 2/3
t
0.885 * P * L
S * E  0.8 * P
2.4.2.- Cuando L r
t
 16 2/3
P*L *M
2 * S * E  P * (M - 0.2)
P
12
2* S *E * t
L * M - t * (M - 0.2)
INGENIERÍA
MECÁNICA
2.4.3.- Cuando Lr  16 2/3
 non code construction

2.5.- SECCIÓN CÓNICA

P * D
2 * cos  * S * E  0.4 * P
P
t 
2 * S * E * t * cos 
D  0.8 * t * cos 



 no debe ser mayor de 30
Si  es mayor
Ejemplos / Ejercicios:
En una refinería se necesita diseñar y construir un recipiente vertical, de acuerdo a los siguientes
parámetros de diseño:
Dint=10ft, cabezas semiesféricas, material SA 515 60, Rx cabezas full, cuerpo spot, Po = 312psi, NL=
25% , Ls/s= 24ft, Td= 650oF, CA=1/16 in
Ht = 24ft + 5ft + 5ft = 34ft => NL = 8,5ft . Dterminar: Pd, Tcuerpo, MAWP, tcabezas, MAWP, PPH
Peso total, Para F/N y C/C
Pd= 346,88psi
tcuerpo= 1 11/16 in
MAWPF/N= 371,45 psi
MAWPC/C= 357,55psi
tcabezas= 3/4 in
MAWPF/N= 394,014 psi
MAWPC/C=360,88psi
PPHF/N=522,61psi
PPHC/C=503,04psi
PESOcuerpo= 2194 lb/ft
PESOcab= 6004 lb x 2
PESOtotal= 64664lb
Peso = 29,39 tm
13
INGENIERÍA
MECÁNICA
ABERTURAS
Las aberturas en recipientes a presión deben ser preferentemente: circulares,
elípticas “obround”. La abertura “obround” es aquella formada por dos paralelas
y los finales semicirculares.
TAMAÑO DE LAS ABERTURAS
Las reglas que vamos a ver están en conformidad con los párrafos UG – 36 al
UG – 43 y se aplican para:


Recipientes de máximo 60 de diámetro interior, la mitad del diámetro
del recipiente, pero máximo 20.
Recipientes de más de 60 de diámetro interior, un tercio del diámetro
del recipiente, pero máximo 40.
Para aberturas que exceden estos límites, se debe revisar las reglas del
apéndice 1-7.
14
INGENIERÍA
MECÁNICA
15
INGENIERÍA
MECÁNICA
CÓDIGO ASME
ORGANIZACIÓN E HISTORIA
El trabajo inicial del comité ASME para calderas y recipientes produjo en 1911 el
primer código para calderas y recipientes a presión, sección I, calderas de
potencia.
Este fue citado por primera vez en 1914, desde ese momento los códigos han
crecido hasta incluir los diferentes volúmenes que se conocen hoy en día.
Para prevenir la duplicación de los requisitos los códigos han sido catalogados
en dos:


Códigos de construcción.
Códigos de referencia.
HISTORIA DE LOS CÓDIGOS DE CONSTRUCCIÓN
1914
Sección I,
Calderas de potencia.
1923
Sección IV,
Calderas calefactores.
1928
Sección VIII,
Recipientes a presión sin fuego directo.
1965
Sección III,
Componentes de plantas de potencia
Nucleares.
1968
Sección VIII Div1 Recipientes a presión.
1968
Sección VIII Div2 Reglas alternativas para recipientes a presión.
1969
Sección X,
Recipientes a presión plásticos reforzadas con
fibra de vidrio.
1970
Sección XI,
Inspección en servicio, plantas de potencia
nucleares.
1997
Sección VIII Div3 Reglas alternativas para recipientes a alta
presión.
1998
Sección III Div 3
Sistemas de contención y empacado para
Transporte de combustible nuclear desgastado
y desechos con alto nivel de radioactividad.
16
INGENIERÍA
MECÁNICA
2004
Sección XII
Reglas Para construcción de Tanques
Transportables.
HISTORIA DE LOS CÓDIGOS DE REFERENCIA
1924
Sección II,
Código de materiales (ASTM).
1937
Sección IX,
Calificación de procedimientos de soldadura y
soldadores. Antes, la sección IX aparecía
como un suplemento de la sección VIII.
1971
Sección V,
Ensayos no destructivos (NDE).Antes, los
requisitos para los NDE aparecían en cada
código de construcción.
1974
Sección IX,
Se produce una revisión drástica a esta
sección.
ESTAMPES
16
INGENIERÍA
MECÁNICA
REGLAS PARA LOS CÓDIGOS DE REFERENCIA
Los códigos de referencia son usados solamente cuando y como, sean referidos
por el código de construcción.
REGLAS PARA LOS CÓDIGOS DE INSPECCIÓN
La sección XI es un código ASME para la inspección, reparación y alteración de
plantas de potencia nucleares y es usado cuando es requerido por las
jurisdicciones.
EL FORMATO DE COMITÉ DEL ASME
Los códigos ASME, son escritos revisados e interpretados, siguiendo un proceso
de comité.
El comité principal tiene que aprobar todos los ítems puestos a su consideración
por los sub- comités antes de que estos sean incluidos en el código.
Existen sub-comités para cada código y subgrupos y grupos de trabajo dentro
de cada subcomité.
EL SISTEMA ASME
M = Fabricantes
poseedores del
certificado
17
INGENIERÍA
MECÁNICA
REVISIONES AL CÓDIGO
Una revisión al código, es un cambio en los requisitos anteriormente
establecidos. Su utilización es opcional una vez editadas, pero se convierten en
obligatorias seis meses después de la fecha de edición.
Estas revisiones son llamadas adendas.
Ed
Adenda
2013
2014
2015
2017
2018
2016
2019
2020
Se editan el primero de julio, pero se vuelven obligatorias el primero de enero del
siguiente año.
ERRATAS.- Son correcciones al código, por ejemplo: error de impresión o
tipográfico; las erratas normalmente son retroactivas a la fecha de edición de la
adenda.
CASOS CÓDIGO.- Son alternativas o reglas nuevas para el código, y son
aplicables únicamente al código especificado. Su uso no es obligatorio, pero si
son usados, se tiene que aplicar todos los requisitos e identificar el uso del caso
código en el reporte de datos.
INTERPRETACIONES.- Son opiniones oficiales editadas por el ASME, las
cuales clarifican el intento del código basadas en las preguntas hechas. Las
interpretaciones no pueden ser hechas a ítems fuera del alcance del código.
Las solicitudes de interpretaciones tienen que ser enviadas a la secretaría del
sub-comité aplicable, y tienen que cumplir con lo delineado en el apéndice 16 de
la sección VIII div. 1.
OPINIONES.- Son interpretaciones no oficiales del intento del código y pueden
ser dadas por:




El “National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors”.
Las agencies de Inspección autorizadas.
Los miembros del ASME.
Las jurisdicciones.
18
INGENIERÍA
MECÁNICA
EL NATIONAL BOARD.- Es una organización comprendida por los jefes de
inspectores de los Estados, Ciudades y Territorios de los Estados Unidos, las
provincias y territorios de Canadá y México.
Los objetivos del National Board son:





La administración uniforme y hacer cumplir las leyes para calderas y
recipientes a presión.
La estandarización de la construcción.
La estandarización de la operación.
La estandarización de la calificación de los inspectores.
Las pruebas de las válvulas de seguridad construidas en cumplimiento
del ASME.
Comisión del National Board.- para ser inspector autorizado (I.A) se necesita
obtener una comisión y esta es emitida por el “National Board of Boiler and
Pressure Vessel Inspectors”.
Su emisión esta basada en la aprobación de un examen escrito y tiene que ser
renovado anualmente.
19
INGENIERÍA
MECÁNICA
Varios endosos pueden ser obtenidos posteriormente con un mayor
entrenamiento y exámenes adicionales.
Pérdida de la Comisión del “N.B.”.- las comisiones del “N.B.” se pueden
revocar por:



Falsificación de la información en la aplicación.
Faltar a los deberes indicados en cualquier de los códigos ASME.
Falsificación en cualquier reporte de datos.
Agencia de Inspección Autorizada (A.I.A).- una agencia de inspección
autorizada puede ser:


Una compañía aseguradora autorizada por escrito para asegurar calderas
y recipientes a presión dentro de una jurisdicción en particular.
La jurisdicción encargada de hacer cumplir las reglas de seguridad para
la operación de calderas y recipientes de presión.
Todas las A.I.A tienen que ser acreditadas por el ASME y poseer un certificado
de acreditación válido.
Deberes de la AIA.- los deberes de la AIA están delineados en las reglas y
regulaciones del “N.B”, y son:




Participar en las revisiones conjuntas.
Emplear supervisores de inspectores autorizados para que supervisen las
actividades de los inspectores.
Suministrar a todos los IA el nombre y número telefónico de su supervisor.
Suministrar instrucciones escritas a los IA explicándoles que tienen que
contactar a su supervisor cuando los problemas de incumplimiento del
código no puedan ser resueltos, y cuando los nuevos requisitos del código
los puedan afectar.
Deberes del Inspector Autorizado.- los deberes específicos del IA están
descritos en los diferentes códigos, como también en las reglas y regulaciones
del “National Board”, estos incluyen:







Verificar que el fabricante tenga un certificado de autorización válido.
Verificar que el fabricante tienen los libros del código adecuados, las
adendas y cualquier caso código aplicable.
Monitorear la implementación del sistema de control de calidad y aceptar
los cambios en este sistema.
Verificar que los cálculos de diseño aplicables estén disponibles.
Verificar que todos los materiales cumplen los requisitos del código.
Verificar que todos los soldadores estén calificados apropiadamente.
Verificar que solamente sean usados procedimientos y soldadores
calificados.
20
INGENIERÍA
MECÁNICA





Verificar que los tratamientos térmicos requeridos cumplan con el código
y sean registrados apropiadamente.
Verificar que los ensayos no destructivos sean efectuados
apropiadamente por personal calificado y sus resultados registrados como
es requerido.
Atestiguar la prueba de presión, si ésta es requerida.
Verificar que todas las inconformidades código sean resueltas
apropiadamente.
Verificar que los datos en la placa de datos sean correctos y que ésta sea
pegada al recipiente apropiadamente.
Proceso de Acreditación del ASME.- antes de aplicar para un certificado de
autorización ASME, un taller debe tener:



El personal entrenado y calificado apropiadamente y con un completo
conocimiento y entendimiento de los códigos ASME aplicables y los
estándares de referencia.
Las facilidades adecuadas para poder manejar el alcance del trabajo que
se esta solicitando.
Un contrato con una agencia de inspección autorizada.
REVISIÓN CONJUNTA
Es una evaluación del manual de control de calidad con el fin de observar si este
es adecuado y una auditoria para verificar la implementación apropiada de este.
La revisión es efectuada por el ASME o el designado ASME (National Board,
jurisdicción, etc.) y la A.I.A.
La revisión es realizada antes de obtener el certificado y luego cada tres años
(Joint Review).
ALCANCE DE LAS SECCIONES I Y VIII
Alcance Sección I






Calderas de potencia, vapor de agua u otro vapor excediendo 15 psi.
Calderas eléctricas, de potencia o calderas calefactores calentadas por
medio de electricidad.
Calderas miniatura, de potencia o calefactores.
Calderas de agua caliente, mayores de 160 psi y/o 250 F.
Calderas de vapor de agua sin fuego, calderas recuperadoras.
Tanques de expansión.
21
INGENIERÍA
MECÁNICA
Alcance Sección VIII Div.1
El alcance de la sección VIII Div 1, intenta cubrir, pero no está limitado a:


Recipientes que contengan agua bajo presión y que excedan:
 Una presión de diseño de 300 psi.
 Una temperatura de diseño de 210 F.
Tanques de almacenamiento de agua caliente calentados por medios
indirectos y que exceden de:
 200.000 BTU/ hr.
 210 F.
 120 Gl.



Recipientes que tengan un diámetro interior mayor de 6.
Recipientes que tengan una presión de operación interna o externa
mayor de 15 psi.
Recipientes que tengan una presión de diseño que no excede de 3000
psi.
Alcance de la Sección VIII Div 2
Este código contiene las reglas alternativas para los requisitos mínimos de
construcción, inspección y certificación de recipientes que caen dentro del
alcance de la sección VIII div.1.
Estas reglas son más restrictivas en las áreas de diseño, NDE, y materiales, y
son usadas especialmente en la construcción de recipientes a presión de pared
gruesa y con altas presiones.
Alcance Sección VIII Div. 3
El alcance de la sección VIII div 3, intenta cubrir, pero no esta limitado a:




Recipientes metálicos generalmente sobre los 10000 psi.
Contenedores a presión para retener fluidos.
Recipientes a presión estacionarios.
Recipientes con fuego directo que no están dentro del alcance de la
sección I.
Alcance Geométrico de la Sección VIII Div 1
El alcance geométrico del código es:



Hasta el borde a soldar de la primera junta circunferencial para
conexiones soldadas.
Hasta la primera junta roscada para conexiones roscadas.
Hasta la cara de la brida de las conexiones bridadas.
22
INGENIERÍA
MECÁNICA


Hasta la tapa en entradas de hombre y aberturas de inspección.
Hasta la soldadura de las partes de no presión soldadas a las partes de
presión.
SECCIÓN VIII-1: DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESIÓN
Organización de la Sección VIII, Div 1

Sub- Sección A: sección general.
UG, requisitos generales.

Sub-Sección B: métodos de fabricación.
UW, recipientes soldados.
UF, recipientes forjados.
UB, recipientes soldados por Brazing.

Sub-Sección C: sección de materiales.
UCS: Aceros al carbón y bajamente aleados.
UNF: Materiales no ferrosos.
UHA: Aceros altamente aleados (inox).
UCI: Materiales de hierro fundido
UCL: Materiales Clad
UCD: Materiales de fundición dúctil
UHT: materiales tratados térmicamente.
ULW: Recipientes por capas
ULT: Materiales para baja temperatura

Apéndices:
1 – 31 obligatorios.
A – EE no obligatorios “buenas prácticas sugeridas”.
23
INGENIERÍA
MECÁNICA
Filosofía del Diseño en la Sección VIII Div 1
Los requisitos de diseño en la sección VIII, div 1 están basados en:
 El tipo de fabricación.
 El tipo de material usado.
Requisitos de Servicio
El dueño tiene (es obligatorio) que especificar el tipo de servicio como también
cualquier otra información pertinente, o el fabricante podría no estar capacitado
para cumplir con los requisitos aplicables del código, para las condiciones de
servicio requerido. La CA la debe proporcionar el dueño
Fórmulas de Diseño
Si una fórmula del código es aplicable para un componente en particular bajo
consideración, el uso de esta fórmula es obligatorio.
Tipos de Servicio.- UW – 2
Cinco tipos de condiciones de servicio son relacionados en la sección VIII:





Servicio letal.
Servicio a baja temperatura.
Calderas de vapor sin fuego directo.
Recipientes con fuego directo.
Sin restricciones (no se encuentra en UW – 2).
Cargas de Diseño.- UG – 22
Varios tipos de cargas son identificados en la sección VIII y todos tienen que ser
considerados en el diseño del recipiente, estos son:









Cargas por presión (int. o ext.).
Gradientes de temperatura y expansión térmica.
Peso del recipiente y su contenido (durante operación o prueba).
Cargas superpuestas, por ejemplo: estáticas.
Esfuerzos localizados.
Cargas de impacto.
Cargas cíclicas.
Cargas de viento/ terremoto (cuando sean aplicables).
Presiones anormales causadas por la deflagración (cuando se presenta
una carga explosiva de los equipos adyacentes).
La sección VIII Div 1, suministra reglas únicamente para calcular las cargas por
presión. Para las otras condiciones, cualquier práctica de ingeniería aplicable
puede ser usada.
24
INGENIERÍA
MECÁNICA
Responsabilidades del Usuario
El usuario deberá suministrar al fabricante la siguiente información tal que el
recipiente sea diseñado para cumplir las condiciones de servicio requeridos:





Presión y temperatura de diseño.
Cargas.
Tolerancias de corrosión.
Requisitos de servicio.
PWHT o RT sino son requeridos por el código.
El Diseño puede ser realizado por:
Los recipientes de acuerdo con la sección VIII div 1, pueden ser diseñados por
el comprador, su agente designado, el poseedor del certificado o su subcontratista.
Sin embargo, el poseedor del certificado quien estampará el recipiente será
siempre responsable, por cumplir todos los requisitos del código, incluyendo
aquellos relacionados con el diseño.
No existe en la sección VIII div 1 requisitos para la calificación de diseñadores.
RADIOGRAFÍA
Tipos de RT: Total (Full) RT1
Por puntos (Spot)
RT2 RT3 RT4
Ninguna (None)
Requisitos de RT
Además del RT requerido por el servicio, las soldaduras a tope que exceden
ciertos espesores también tienen que ser radiografiados.
Cuando la RT no es requerida por las reglas específicas del código, el grado de
RT es una opción del diseño y es determinado por la eficiencia de la junta
deseada, por lo cual el diseñador puede usar eficiencias de diseño más altas, si
se realizan radiografías adicionales.
Radiografía Total.- UW – 11 (a) RT 1
Las siguientes soldaduras tienen que ser examinadas en su longitud total:
25
INGENIERÍA
MECÁNICA



Todas las juntas a tope en cuerpos y cabezas de recipientes usados
para contener sustancias letales.
Todas las juntas a tope en recipientes con un espesor nominal en las
juntas soldadas excediendo 1 1/2.
Todas las juntas a tope en cuerpos y cabezas de calderas a vapor sin
fuego directo con presiones de diseño sobre los 50 psi.
Radiografía por Puntos.- UW – 12 (b) RT 2
La radiografía por puntos (“spot”) es una herramienta de inspección y un
chequeo de control de calidad.
La mínima extensión de un “spot” a examinar por RT debe incluir:




Un “spot” (punto) de 6 por cada incremento de soldadura de 50 o
fracción de este.
Cada incremento de 50 debe incluir un número suficiente de puntos
para examinar el trabajo de cada soldador.
La localización del “spot” a ser RT debe ser escogido por el IA.
Las radiografías requeridas para satisfacer otras reglas no deben ser
usadas para satisfacer estos requisitos.
CONSIDERACIONES DE ESPESOR
Requisitos Generales
UG – 16 (b) El mínimo espesor para cuerpos y cabezas después de conformado
e independientemente de la forma de producto y material, deben ser 1/16
excluyendo cualquier tolerancia para corrosión con las siguientes excepciones:
1. No aplica para placas que transfieran calor de intercambiadores de calor.
2. No aplica para tubos de intercambiadores de calor, donde la tubería o los
tubos sean de 6 NPS y menores.
3. El mínimo espesor de cuerpos y cabezas de calderas de vapor sin
fuego directo debe ser 1/4 excluyendo cualquier tolerancia para
corrosión.
4. El mínimo espesor de cuerpos y cabezas usados en servicio de aire
comprimido, hechos en materiales de UCS, deberá ser 3/32
excluyendo cualquier tolerancia para la corrosión.
UG – 16 (c) La tolerancia por bajo espesor en la fabricación de láminas es el
menor valor entre 0.01 o el 6 % del espesor ordenado.
UG – 16 (d) La tolerancia por bajo espesor en la tubería, si la tubería o los tubos
son ordenados por su espesor de pared nominal, la tolerancia por bajo
26
INGENIERÍA
MECÁNICA
espesor en la fabricación deberá ser considerado. La tolerancia por bajo espesor
es del 12.5 %.
UG – 16 (e) La tolerancia de corrosión en las fórmulas de diseño, los valores en
las ecuaciones están dimensionados en la condición corroída.
UG – 25 Corrosión. El usuario o su agente deberán especificar la tolerancia de
corrosión, los recipientes sujetos a corrosión, deberán tener una abertura de
drenaje en la parte más baja del recipiente.
FÓRMULAS PARA CUERPOS BAJO PRESIÓN INTERNA
P:
S:
E:
R:
Ro:
t:
C.A.:
Presión de diseño o MAWP (psi).
Valor del esfuerzo del material (psi).
Eficiencia de la junta.
Radio interior (in).
Radio exterior (in).
Espesor de la pared (in).
Corrosión admisible (in).
CUERPOS CILÍNDRICOS
Esfuerzo Circunferencial (juntas longitudinales)
 En términos del radio interior ( t  R 2 o P  0.385 SE)
t
P*R
S * E - 0.6 * P
P
S*E*t
R  0.6 * t
UG – 27 (c) (1)
 En términos del radio exterior ( t  R 2 o P  0.385 SE)
t
P * Ro
S * E  0.4 * P
P
S*E* t
Ro  0.4 * t
Esfuerzo longitudinal (juntas circunferenciales)
 En términos del radio interior ( t  R 2 o P  1.25 SE)
t
P*R
2 * S * E  0.4 * P
P
2*S *E * t
R - 0.4 * t
UG – 27 (c) (2)
Para un cuerpo cilíndrico de pared delgada, sin costura, el esfuerzo circunferencial
será aproximadamente el doble del esfuerzo longitudinal.
En la mayoría de los casos, las fórmulas para el espesor requerido basados en
27
INGENIERÍA
MECÁNICA
los esfuerzos circunferenciales de UG – 27 gobernaron sobre las fórmulas para
el espesor requeridos basados en los esfuerzos longitudinales. Existen sin
embargo unos pocos casos en los cuales esta regla no se mantiene, por ejemplo:
recipientes verticales muy altos bajo cargas de viento y terremotos, o en
recipientes horizontales muy largos soportados por sillas.
CUERPOS HECHOS A PARTIR DE TUBERÍA
UG – 31 permite la fabricación de cuerpos a partir de tubería. Simplemente
establece que UG – 27 deberá ser usada para calcular el espesor.
Se debe tener cuidado cuando se compre tubería, que puede venir en dos formas
SMLS (sin costura) o ERW (soldada por resistencia eléctrica), y por lo tanto tiene
dos valores de esfuerzo diferente.
ERW resiste 15% menos que un tubo sin costura.
ECUACIONES PARA CUERPOS CILÍNDRICOS GRUESOS
t:
P:
R:
Ro:
S:
E:
espesor mínimo requerido.
presión de diseño interior.
radio interior.
radio exterior.
máximo esfuerzo admisible.
eficiencia de la junta.
Apéndice 1, fórmulas de diseño suplementarias:

En el caso donde t  R 2 o P  0.385 SE
Esfuerzo circunferencial (juntas longitudinales).

Donde P es conocido y t deseado.
1
𝑡=𝑅∗
1
(𝑍 2
− 1) = 𝑅0 ∗ (
𝑍=
28
𝑆∗𝐸+𝑃
𝑆∗𝐸−𝑃
𝑍2 − 1
1
𝑍2
)
INGENIERÍA
MECÁNICA

Donde t es conocido y P es deseado
𝑍−1
𝑃 =𝑆∗𝐸∗ (
)
𝑍+1
𝑅+𝑡 2
𝑅0 2
𝑅0 2
𝑍=(
) = ( ) =(
)
𝑅
𝑅
𝑅0 + 𝑡
DISEÑO DE CABEZAS
Pd:
D:
Do:
h:
L:
r:
K:
M:
Presión de diseño.
Diámetro interior del faldón de la cabeza. Longitud interior del eje
mayor de una cabeza elíptica.
Diámetro exterior.
La mitad de la longitud del eje menor de una cabeza elíptica.
Radio interior de la esfera (para cabezas toriesféricas y
hemiesféricas).
Radio de rebordeo.
Factor de las fórmulas de cabezas elipsoidales.
Factor de las fórmulas de cabezas toriesféricas.
Tipos de Diseños de Cabezas

Hemiesférica / semiesférica.

Elíptica.
29
INGENIERÍA
MECÁNICA

Toriesférica.

Cónica.

Toricónica.

Tapas planas.
Las reglas del código están localizadas en:
UG – 32 y el Apéndice 1 – 4: cabezas formadas con la presión en el lado
cóncavo (presión interna).
UG – 33: cabezas formadas con la presión en el lado convexo (presión
externa).
30
INGENIERÍA
MECÁNICA
REQUISITOS DE ESPESOR UG-32(a) y UG-32(b)
Para las cabezas formadas (elípticas, toriesféricas, hemiesféricas, etc.), el
espesor requerido es el espesor en el punto más delgado después del
conformado.
Es una costumbre usar una lámina más gruesa para prevenir el posible
adelgazamiento durante el proceso de conformado.
CABEZAS ELÍPTICAS 2 : 1
El eje menor es la mitad del eje mayor
Una aproximación aceptable de las cabezas elípticas 2:1 es una con un radio de
rebordeo de r=0.17 D y un radio de bombeo esférico de L=0.90 D UG – 32
(d).
El mínimo espesor requerido o la MAWP está dado en UG – 32 ( d) como:
t
P *D
2 * S * E  0.2 * P
P
2*S*E*t
D  0.2 * t
OTRAS CABEZAS ELÍPTICAS
Para otras relaciones de ejes mayor y menor de cabezas elípticas, el apéndice
1-4(c) suministra las fórmulas.
En términos del diámetro interior:
t
P*D*K
2 * S* E  0.2 * P
P
2 * S* E * t
K * D  0.2 * t
Donde:
1
𝐷 2
𝐾 = [2 + (
) ]
6
2∗ℎ
31
INGENIERÍA
MECÁNICA
Donde:
CABEZA TORIESFÉRICA.
Cabeza bombeada y rebordeada
Cabeza F&D estándar ASME.
UG-32(j)
L Máximo: D.E. del faldón
r mínimo: 6% D.E. del faldón, pero en ningún caso menos que 3
veces el espesor de la cabeza.
L = Dext.
r = 6%L = 6% Dext
Las fórmulas para el espesor y la presión para éste caso son dados en UG32(e)
t
0.885 * P * L
S * E  0.1* P
P
S*E *t
0.885 * L  0.1* t
Para materiales que tengan una mínima resistencia a la tensión que exceda
80,000 psi; las cabezas toriesféricas deberán ser diseñadas usando un esfuerzo
admisible S = 20,000 psi a temperatura ambiente.
Las fórmulas para otras proporciones son suministradas en el apéndice 1 – 4 (d).
En términos del radio interior:
t
P *L*M
2 * S * E  0.2 * P
P
2*S*E*t
L * M  0.2 * t
TRANSICIÓN GRADUAL
UG – 32 (l)
Todas las cabezas formadas, más gruesas que el cuerpo, las cuales vayan a ser
soldadas a tope, deberán tener una longitud de faldón para cumplir con los
requisitos de la figura UW-13(1), esto suministra una transición 3:1 y una
tolerancia para el desalineamiento de la línea de centro.
32
INGENIERÍA
MECÁNICA
Todas las cabezas formadas, con un espesor menor o igual que el espesor del
cuerpo, al cual se van a soldar a tope, no necesitan tener un faldón integral.
Cuando un faldón es suministrado, su espesor deberá ser al menos igual al
requerido para un cuerpo sin costura del mismo diámetro.
FIG UW-13.1
33
INGENIERÍA
MECÁNICA
La línea de centro de la lámina del cuerpo puede estar en cualquier lado de la
línea de centro de la lámina de la cabeza.
CABEZA HEMIESFÉRICA UG-32(f)
Cuando el espesor de una cabeza hemiesférica no exceda 0.356L ó P no
exceda 0.665SE.
t
P *L
2 * S * E  0.2 * P
P
S*E*t
L  0.2 * t
Para cuerpos esféricos gruesos  App. 1.3.
Típicamente el espesor de una cabeza hemisférica es aproximadamente igual
a la mitad del espesor de un cuerpo cilíndrico.
ABERTURAS Y SU REFUERZO.
PROPÓSITO DE LAS ABERTURAS.
-
Procesar los contenidos del recipiente
Realizar inspecciones
Darle servicios e instalar las partes internas
34
INGENIERÍA
MECÁNICA
-
Limpiar y drenar el recipiente
REQUISITOS GENERALES.
Forma de las Aberturas. UG-36(a)
Las aberturas en los cuerpos o cabezas de los recipientes, deberán ser
preferentemente circulares, elípticas u oblongadas. Sin embargo el código no
prohíbe otras formas de aberturas.
Tamaño de las Aberturas. UG-36(b)
1. Para cuerpos con diámetros  60’’, la abertura que no exceda ½ del
diámetro o 20’’
2. Cuerpos con diámetros > 60’’, la abertura que no exceda 1/3 del diámetro
o 40’’.
3. Para aberturas que excedan los límites arriba indicados, las reglas del
apéndice 1-7, deberán ser satisfechos además de las reglas de UG-36 a
UG-43.
Excepciones del Refuerzo. UG-36(c)(3)
Las aberturas en recipientes que no están sujetos a rápidas fluctuaciones en la
presión no requieren refuerzo otro que el inherente a la construcción bajo las
siguientes condiciones:
a) Conexiones soldadas con una abertura no mayor que:
-
3 ½” de diámetro, en cuerpos o cabezas de recipientes de 3/8” ó menos
de espesor.
2 3/8” de diámetro en cuerpos o cabezas de recipientes sobre 3/8” de
espesor.
b) Para conexiones roscadas, atornilladas o expandidas en las cuales el
agujero cortado en el cuerpo o cabeza no es mayor que 2 3/8” de
diámetro.
c) Ningunas dos aberturas sin refuerzos, deberán tener sus centros más
cerca que la suma de sus diámetros.
d) Todos los recipientes de aire comprimido sujetos a cualquier tipo de corrosión o
erosión deben tener una apertura de inspección o acceso.
e) Las aperturas se pueden omitir si hay visores de inspección y el diámetro del
recipiente no excede de 36in.
f) Recipientes mayores a 12in y menores de 18in de Dint, 12𝑖𝑛 ≤ 𝐷𝑖𝑛𝑡 ≤ 18𝑖𝑛
deben tener al menos dos agujeros de mano y dos tapones de tuberías roscadas
no menores de 1 ½ in
g) Recipientes de 18𝑖𝑛 ≤ 𝐷𝑖𝑛𝑡 ≤ 36𝑖𝑛, debe tener 2 agujeros de mano, 2 aperturas
roscadas no menores de 2in
h) Recipientes mayores de 36 in, 1 agujero de hombre, si es elíptico no menor que:
Diámetro mayor 16in, diámetro menor 12in
35
INGENIERÍA
MECÁNICA
i) Ningunas dos aberturas sin refuerzo en un racimo de tres ó más
deberán tener sus centros más cerca de lo siguiente.
-
Para cuerpos cilíndricos o cónicos:
(1+1.5*cos)*(d1+d2)
-
Para cuerpos con doble curvatura (cabezas):
2.5*(d1+d2)
36
INGENIERÍA
MECÁNICA
ÁREA DEL REFUERZO
h:
t:
tr:
tn:
trn:
d:
Rn:
x:
Proyección interna de la boca.
Espesor de la pared del recipiente menos la C.A.
Espesor de la pared del recipiente calculado.
Espesor nominal de la boca, menos la C.A.
Espesor requerido en la pared de la boca.
Diámetro interior de la abertura en condición corroída.
Radio interior en condición corroída.
Límite del refuerzo.
x=d o
y:
Rn+tn+t
(el mayor).
Límite del refuerzo
y = 2.5 t
o 2.5 tn
(el menor).
Para recipientes bajo presión interna el área total transversal requerida no debe
ser menor que:
A = d  tr
Existen 5 fuentes de refuerzo:
1.- Exceso de espesor en la pared del recipiente.
A1 = (t - tr) d
A1 = (t – tr) ( tn + t) 2
el mayor
37
INGENIERÍA
MECÁNICA
2.- Exceso de espesor en la proyección externa de la boca.
A2 = ( tn – trn) 5t
A2 = ( tn – trn ) 5 tn
el menor
3.- Exceso de espesor en la proyección interna de la boca.
A3 = ( tn – c) 2h
4.- Área disponible en las soldaduras
A4 =
in 2
5.- Área del refuerzo
A5 =
∑Ai in 2
Si el valor del esfuerzo del refuerzo es menor que el valor del esfuerzo del
recipiente, el área considerada como refuerzo debe ser proporcionalmente
reducida y el área “A” requerida debe ser proporcionalmente incrementada.
Si ∑Ai < A => si necesita refuerzo
Consideraciones para el cálculo de tr:
 tr: espesor requerido para cuerpo o cabezas, calculado con las fórmulas
aplicables, considerando E = 1.
 Cuando la apertura pasa a través de cualquier junta soldada, E = a la
eficiencia de esa junta.
 Cuando se realiza una abertura en un recipiente que no es radiografiado
E = 0.85 para juntas tipo 1 y E = 0.80 para juntas tipo 2.
 Para cabezas toriesféricas M = 1
Ejemplos / Ejercicios:
38
INGENIERÍA
MECÁNICA
REQUISITOS DE FABRICACIÓN
EL FORMADO DE LOS ACEROS AL CARBÓN.
El código coloca ciertos requisitos adicionales al formado de los aceros al
carbono y bajamente aleados, estos incluyen:
-
El formado en frío por medio de golpes no es permitido.
El formado por golpes es permitido si el material está a la temperatura
de forja (900-1000°C) y el material es PWHT.
Si la parte es formada en frío por otro diferente al poseedor del
certificado, la certificación de acuerdo a UCS-79 tiene que ser
suministrada por el fabricante de la parte.
PARTES FORMADAS EN FRÍO. UCS-79
Requiere el tratamiento térmico de las partes formadas en frío, si el alargamiento
de la fibra es mayor del 5% desde la condición como se laminó y si cualquiera
de las siguientes condiciones existe:
39
INGENIERÍA
MECÁNICA
-
El recipiente será para servicio letal
La prueba de impacto es requerida.
El espesor antes del conformado excede 5/8’’
El espesor es reducido en más del 10% ó
La temperatura de formado estuvo entre 250°F y 900°F.
Si ninguna de las condiciones existe, el porcentaje puede llegar a ser tan alto
como el 40%, para materiales P1.
FÓRMULAS PARA EL ALARGAMIENTO DE LA FIBRA.
t:
Rf:
Ro:
Espesor cuerpo o cabezas (plg).
Radio final de conformado (plg).
Radio inicial de conformado (plg).
Para doble curvatura:
% alargamiento fibra externa =
75∗𝑡
𝑅𝑓
(1 −
𝑅𝑓
𝑅0
)
Para curvatura sencilla:
%alargamiento fibra externa =
50∗𝑡
𝑅𝑓
(1 −
𝑅𝑓
𝑅0
)
FUERA DE REDONDEZ.
UG-80, establece que el D.I. máximo, menos el D.I. mínimo no deberá exceder
el 1% del D.I. nominal.
El D.I. nominal es el D.I. ordenado o intentado.
FUERA DE REDONDEZ EN UNA BOQUILLA.
Si la medida de fuera de redondez es tomada dentro de un D.I. de una boquilla
un 2% del D.I. de la abertura, puede ser agregado.
TOLERANCIAS EN CABEZAS CONFORMADAS.
La superficie interior de cabezas, toriesféricas, toricónicas, hemisféricas ó
elípticas, no se deberán desviar de la forma especificada por más de 1 ¼% del
D.I. hacia fuera ni por más de 5/8% del D.I. hacia adentro.
El radio de rebordeado no puede ser menor que el especificado.
La parte recta de la cabeza, deberá cumplir con los requisitos de redondez de
UG-80.
40
INGENIERÍA
MECÁNICA
TRATAMIENTO TÉRMICO
El tratamiento térmico es un proceso usado para recobrar o mejorar las
propiedades de un material tal que éste incremente la seguridad y tiempo de vida
útil de un ítem.
La información sobre el tratamiento térmico utilizado para mejorar las
propiedades básicas del material, se pueden encontrar en la especificación
básica del material o sub-sección “C”.
TIPOS DE TRATAMIENTO TÉRMICO.
PRECALENTAMIENTO: Es un método de tratamiento térmico usado para
Reducir la dureza y los esfuerzos en el metal base y
la zona afectada por el calor (haz). Esto disminuye la
posibilidad de agrietamiento.
RECOCIDO: Es un tipo de tratamiento térmico utilizado para hacer un material
más dúctil.
PWHT: Se utiliza para reducir los esfuerzos metalúrgicos y las condiciones
indeseables que puedan haber ocurrido durante la soldadura.
TEMPLADO Y REVENIDO: Su propósito es mejorar la tenacidad y la
Resistencia a la tensión.
PRUEBAS DE PRESIÓN, ESTAMPADO Y REPORTE DE DATOS
PRUEBAS DE PRESIÓN.
Dos tipos de pruebas son usadas en la sección VIII, para determinar la integridad
estructural. Estos son, la prueba hidrostática y la prueba neumática, y su
propósito es detectar defectos gruesos en el diseño y la fabricación.
41
INGENIERÍA
MECÁNICA
REQUISITOS DE LA PRUEBA HIDROSTÁTICA.
TEMPERATURA DE LA PRUEBA HIDROSTÁTICA.
UG-99 (h) recomienda que la temperatura del metal durante la prueba
hidrostática sea mantenida al menos 30°F, arriba de la mínima temperatura de
diseño del metal para minimizar el riesgo de fractura frágil. (MDMT+30ºF)
La presión de la prueba no deberá ser aplicada hasta que el recipiente y su
contenido estén a la misma temperatura.
Una inspección visual cercana al recipiente no deberá ser efectuada cuando la
temperatura exceda 120°F.
T = 60ºF, Mantener por 6 horas la presión de prueba hidrostática, y aumentamos una hora
por cada pulgada de espesor
Ejemplo de falla por fractura frágil
PRESIÓN MÍNIMA DE PRUEBA.
UG-99(b), la presión de la prueba hidrostática se determina por la fórmula:
Ph  MAWP 1.3 
42
S temp prueba
S tempdiseño
INGENIERÍA
MECÁNICA
UG-99(c), permite una prueba hidrostática, basada en una presión calculada por
un acuerdo entre el usuario y el fabricante. Esta presión no puede estar por
debajo que la de UG-99(b) y no puede estar por encima de la cedencia del
material.
REQUISITOS DE LA PRUEBA NEUMÁTICA.
Una prueba neumática puede ser usada solamente, cuando el recipiente no haya
sido diseñado para soportar el peso del líquido, ó donde los trazos del medio
para la prueba hidrostática puedan ser peligrosos para las condiciones de
servicio del recipiente.
PRESIÓN MÍNIMA PARA LA PRUEBA NEUMÁTICA.
PN  MAWP 1.1
S temp prueba
S temp diseño
INSPECCIÓN DEL RECIPIENTE.
Antes de efectuar un examen visual de las juntas soldadas, la presión deberá ser
bajada a la presión de la prueba dividida por 1.3 para la prueba hidrostática, ó a
la presión de la prueba dividida por 1.1 para pruebas neumáticas.
“Nunca inspeccione a la Presión de la Prueba Total”
Las pruebas de presión tienen que ser testificadas por el inspector autorizado,
para todos los recipientes estampados “U”.
Ejemplo: Placa de Identificación con “Estampe ASME”
43
INGENIERÍA
MECÁNICA
UNIDAD 3
CÓDIGO ASME, SECCIÓN IX, “CALIFICACIÓN DE
SOLDADURA Y SOLDADORES”
Objetivo:
Suministrar al alumno la información sobre la sección IX. Conocer la información
básica que deben contener los documentos exigidos en esta sección el código.
Contenido:
SECCIÓN IX: CALIFICACIONES DE PROCESOS DE SOLDADURA Y
SOLDADORES
Es muy importante recordar que la sección IX, es un código de referencia, esto
significa que solamente debe ser usada como y cuando haya sido referida.
ORGANIZACIÓN GENERAL.
La sección IX, contiene o está dividida en dos grandes grupos QW y QB
(soldadura por brazing). Cada una de estas partes se divide adicionalmente en
cuatro artículos y al final se encuentran tres apéndices que son comunes para
las dos partes.
Este curso se limitara a la parte QW.
ARTICULO I: REQUISITOS PARA LA SOLDADURA
QW-100 General
QW-110 Orientación de la soldadura
QW-120 Posición de prueba para soldadura de ranura
QW-130 Posición de prueba para soldadura de filete
QW-140 Tipo y propósito de las pruebas y ensayos
QW-150 Pruebas de Tensión
QW-160 Pruebas de doblez guiado
QW-170 Pruebas de tenacidad a las entenallas
QW-180 Prueba a las soldaduras de filete
QW-190 Otras pruebas y ensayo
ARTÍCULO II: CALIFICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA
QW-200 General
QW-210 Preparación de los cupones de prueba
QW-250 Variables de la soldadura
44
INGENIERÍA
MECÁNICA
ARTÍCULO III: CALIFICACIONES DE LA HABILIDAD DE LOS SOLDADORES
QW-300 General
QW-310 Cupón de prueba para la calificación
QW-320 Re-pruebas y renovación de la calificación
QW-350 Variables de la soldadura para los soldadores
QW-360 Variables de la soldadura para los operadores
QW-380 Procesos especiales
ARTÍCULO IV: DATOS DE LA SOLDADURA
QW-400 Variables
QW-410 Técnicas
QW-420 Números P
QW-430 Números F
QW-440 Composición química del metal soldado
QW-450 Especímenes
QW-460 Gráficos
QW-470 El proceso de atacado de los reactivos
QW-490 Definiciones
ARTÍCULO
V:
ESPECIFICACIONES
SOLDADURA ESTÁNDAR (SWPSs)
DE
PROCEDIMIENTOS
DE
QW-500 General
QW.510 Adaptación de los SWPSs
QW-520 Uso de los SWPSs sin demostración discreta
QW-530 Formas
QW-540 Uso en producción de los SWPSs
INTERPRETACIONES Y CASOS CÓDIGO
Las interpretaciones no son parte del código, pero pueden ser muy útiles en el
entendimiento del mismo.
Los casos código relacionan las alternativas a las reglas nuevas, y aplican
solamente al código especificado. El uso de casos código no es obligatorio.
CONTROLES A LA SOLDADURA REQUERIDOS EN LOS MANUALES DE
CONTROL DE CALIDAD.
Cada uno de los códigos de construcción, requiere un programa de control de
calidad, este programa debe incluir una descripción de los controles para
soldadura, estos se encuentran:
-
Sección I: Apéndice A-300
Sección IV: Apéndice F
Sección VIII, div 1: Apéndice 10
Sección VIII, div 2: Apéndice 18
45
INGENIERÍA
MECÁNICA
RETENCIÓN DE REGISTROS.
No existen requisitos en los códigos no-nucleares para mantener los
procedimientos de soldadura una vez un trabajo se termina. Pero como las
calificaciones de los procedimientos no expiran, estos son normalmente
mantenidos como procedimientos estándar de la compañía.
CONTROL DE LA SOLDADURA DE PRODUCCIÓN.
Para la soldadura de materiales que retengan presión, el fabricante tiene que:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Soldar dentro de los parámetros de un WPS calificado.
Usar un operador o soldador calificado.
Usar solamente el material de soldadura permitido en el WPS
Estampar o registrar la identificación del soldador sobre la parte.
Inspeccionar la soldadura para detectar defectos.
Efectuar cualquier NDE requerido.
INSPECCIÓN DE LAS SOLDADURAS.
Algunas consideraciones para la inspección son:
-
Que los materiales sean aceptables para el código y cumplan los
criterios y diseño.
Que la geometría de los armados cumplan con los requisitos de los WPS
y todos los puntos de armado sean aceptables.
El pase de raíz debe ser inspeccionado, para prevenir problemas
posteriores en la vida de la junta.
Inspeccionar el saneado de la raíz o el esmerilado para asegurar que un
metal sano es obtenido antes de soldar desde el segundo lado.
Examinar visualmente la soldadura final.
Efectuar cualquier NDE requerido.
Asegurar que toda la documentación apropiada está disponible y
correcta.
RESPONSABILIDADES.
RESPONSABILIDAD DEL INSPECTOR AUTORIZADO.
Antes de la construcción:
-
Verificar que los procedimientos cumplen con la sección IX.
Verificar que los procedimientos han sido calificados apropiadamente.
Verificar que todos los soldadores y operadores de soldadura estén
calificados apropiadamente.
46
INGENIERÍA
MECÁNICA
-
Asegurarse que todos los requisitos del manual de CC hayan sido
seguidos.
Durante la construcción:
-
Asegurarse que toda la soldadura sea hecha dentro de los parámetros
del WPS.
Verificar que los límites de calificación de las soldaduras no sean
excedidos o que no hayan expirado.
RESPONSABILIDAD DEL FABRICANTE.
Cuando se califican los procedimientos es responsabilidad del fabricante:
-
Preparar un registro de calificación del procedimiento (PQR) basado en
los datos registrados durante la soldadura del cupón.
Establecer un programa de CC para controlar las especificaciones.
Listar los parámetros para la construcción.
Preparar un WPS (especificación del procedimiento de soldadura)
escrito que relaciona todas las variables requeridas para el proceso.
Asegurar la compatibilidad metalúrgica del metal de aporte y el metal
base.
Cuando se califican los soldadores, es responsabilidad del fabricante:
-
Establecer un programa de CC para controlar la calificación de los
soldadores.
Calificar a cada soldador en cada proceso que el soldador vaya a usar.
Soldar el cupón de prueba de acuerda con un WPS. (calificado o no)
Controlar y supervisar la soldadura del cupón.
Mantener una identificación para los soldadores.
PROCESOS DE SOLDADURA.
Soldadura con oxígeno y combustible
Soldadura de arco con electrodo revestido
Soldadura de arco sumergido
Soldadura de arco con electrodo metálico y
gas de protección (MIG)
FCAW Soldadura de arco con electrodo de corazón
fundente
GTAW Soldadura de arco con electrodo de
Tungsteno y gas de protección (TIG)
PAW
Soldadura de arco con plasma
ESW
Soldadura con electro-escoria
EGW Soldadura con electro-gas
EBW
Soldadura con chorro de electrones.
LBW
Soldadura por rayo láser
OFW
SMAW
SAW
GMAW
47
INGENIERÍA
MECÁNICA
TIPOS DE SOLDADURA
Los tres tipos de soldadura relacionadas con la sección IX son:
1. Soldaduras de ranura: U, J, V, penetración parcial.
2. Soldaduras de filete.
3. Soldaduras de pernos.
SECCIÓN II PARTE C.
Es la parte de las especificaciones de materiales que cubre los materiales de
soldadura, la información incluida en estas especificaciones es:
-
Los procesos que pueden ser usados con los diferentes electrodos.
Requisitos de almacenamiento recomendados.
Explicación del sistema de marcado AWS.
Las posiciones recomendadas para los electrodos.
La polaridad y corriente recomendada.
48
INGENIERÍA
MECÁNICA
Ej. :
S: Especificación
F: Filler (metal de aporte)
SFA 5.1
Electrodos recubiertos de acero al carbono para soldadura de arco
E-6010/E-7018
5.4 Electrodos recubiertos de acero al Cr y Cr-Ni para soldadura de
arco resistentes a la corrosión.
E-308L-15/E-309Cb-15
5.5 Electrodos recubiertos de acero bajamente aleado para soldadura
de arco.
E-7012-A1/E-7013-B3
5.17 Electrodos de acero al carbón y fundentes para SAW
F7A6-EM12K
5.18 Metales de aporte de acero al carbón para GMAW.
ER-7052/ER-7056
5.20 Electrodos de acero al carbón para FCAW
WPS
ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA.
Un WPS es un procedimiento escrito que ha sido preparado y probado por medio
de la calificación y es usado para suministrar la dirección necesaria y el control
cuando se efectúa la soldadura.
Como mínimo este procedimiento tiene que relacionar todas las variables
descritas en QW-250 para el proceso que sea aplicable, estas variables incluyen:
-
Las variables esenciales y no esenciales relativas a cada proceso usado
en el procedimiento.
Los rangos aceptables (pejm: los calificados)
Otra información adicional que se desee.
CINCO PASOS PARA CALIFICAR UN WPS.
En la calificación de un WPS, cinco pasos generales tienen que ser seguidos:
1.
2.
3.
4.
5.
Escribir un WPS preliminar.
Suelde un cupón de prueba usando el WPS.
Prepare los especimenes de prueba.
Evalúe los resultados de las pruebas.
Documente los resultados en un PQR y certifíquelos (si es que cumple
con las normas ASME).
49
INGENIERÍA
MECÁNICA
ASPECTOS A CONSIDERAR CUANDO SE PREPARA UN WPS.
-
Compatibilidad del metal soldado y el metal base(utilizar el electrodo
adecuado)
Propiedades metalúrgicas.
Requisitos de tratamiento térmico
Diseño de las juntas y las cargas.
Propiedades mecánicas deseadas.
Requisitos de servicio.
Habilidad de los soldadores.
Equipo disponible.
Localización de las soldaduras.
Economía.
Soldaduras aceptables de acuerdo al código no se debe juzgar las
soldaduras por su apariencia, sino por su funcionabilidad.
CONTENIDO DEL WPS.
Como mínimo un WPS tiene que relacionar las variables esenciales y no
esenciales para el proceso y las variables esenciales suplementarias cuando la
prueba de impacto sea requerida.
PRUEBAS MECÁNICAS PARA UN WPS.
QW-202 cubre las pruebas requeridas para las calificaciones de los
procedimientos de soldadura. Como mínimo las pruebas mecánicas son dos
pruebas de tensión y cuatro pruebas de doblez, los tipos de prueba de doblez
son:
-
Para cupones de prueba con espesores de hasta 3/8’’ incluye: Dos de
cara y dos de raíz.
Sobre 3/8’’ pero menos de ¾’’: dos de cara y dos de raíz, o cuatro de
lado.
¾’’ y superiores: 4 pruebas de doblez de lado.
50
INGENIERÍA
MECÁNICA
CRITERIO DE ACEPTACIÓN DE LA PRUEBA DE TENSIÓN
QW-151
- La mínima resistencia del material base.
- La mínima resistencia del material más débil si se usan materiales
diferentes.
- Si la rotura ocurre en el material base, fuera de la soldadura, o la línea
de fusión, el criterio puede ser 5% más bajo que la mínima resistencia
del material base.
CRITERIO DE ACEPTACIÓN DE LA PRUEBA DE DOBLEZ
QW-163
- Ningún defecto abierto en la soldadura ó en la zona afectada toda mayor
de 1/8’’.
- Las grietas en las esquinas pueden ser ignoradas a no ser que resulten
de defectos internos o escorias.
PQR
EL REPORTE DE CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTO
El PQR es un documento que soporta el WPS por medio de la documentación
de los resultados de la soldadura y las pruebas de un cupón.
51
INGENIERÍA
MECÁNICA
CONTENIDO DEL PQR.
Cuando se suelda un cupón de prueba solamente lo testificado realmente y los
datos actuales pueden ser registrados en el PQR.
Como mínimo, el PQR tiene que documentar:
-
Las variables esenciales de los procesos usados en el procedimiento.
Cuando sea aplicable las variables esenciales suplementarias.
Cualquier otra información si se desea y es medida.
CALIFICACIONES DE HABILIDAD DE LOS SOLDADORES.
El artículo III (párrafos QW-300), contiene las reglas para la calificación de los
soldadores y los operadores de soldadura.
SOLDADOR.- es quien realiza una operación de soldadura en forma manual o
semiautomática y controla las acciones durante la soldadura de un ítem.
El propósito de calificar a los soldadores es determinar sus habilidades para
depositar un metal soldado sano.
OPERADOR DE SOLDADURA.- es quien opera una máquina de soldadura. El
operador de soldadura ajusta la máquina para soldar con la cual luego efectúa
la soldadura.
El propósito de calificar al operador de soldadura es determinar su habilidad para
operar el equipo.
WPQ
REGISTRO DE LA CALIFICACIÓN DE HABILIDAD DEL SOLDADOR.
El WPQ es un documento para registrar las calificaciones de un soldador u
operador.
La forma exhibida en la sección IX no es obligatoria, el WPQ tiene como mínimo
que documentar las variables aplicables usadas para soldar el cupón de prueba,
los resultados de las pruebas, y los rangos calificados.
El párrafo QW-103.2 requiere que cada fabricante mantenga un registro de los
resultados obtenidos en las calificaciones de habilidad de los soldadores y
operadores de soldadura. Estos registros (WPQs) tienen que ser certificados por
el fabricante y deben estar disponibles al I.A.
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INGENIERÍA
MECÁNICA
REGISTRO DE CONTINUIDAD DEL SOLDADOR.
Aunque este documento no es realmente especificado en la sección IX, se usa
comúnmente como una manera conveniente de documentar el cumplimiento con
QW-322.
Ej:
Nombre
JPAV
Estampe
J1
SMAW: 6G 1’’
P1 a P-11
GTAW: 6G-3/4’’
Procesos
Max P11
GMAW: 1G-3/4’’
Max P1 a P11
Fecha de
Calificación
Cuando soldó
04-Dic-04
22-Abr-05
25-Ene-05
03-Mar-05
16-Feb-06
La calificación no es válida sino existe un registro de continuidad.
53
INGENIERÍA
MECÁNICA
EXPIRACIÓN DE LAS CALIFICACIONES.
QW-322.1 requiere que los soldadores y los operadores de soldadura suelden
periódicamente para mantener sus aptitudes y habilidades.
54
INGENIERÍA
MECÁNICA
QW-322.1(a) establece: “Cuando él no haya soldado con el proceso durante un
periodo de 6 meses o más, sus calificaciones para ese proceso deberán expirar”.
La recalificación es requerida cuando el límite de tiempos de QW-322.1 sea
excedido o cuando exista una razón válida para cuestionar la habilidad del
soldador u operador para depositar un metal soldado sano u operar el equipo.
RENOVACIÓN DE LAS CALIFICACIONES.
Cuando las calificaciones expiran debido al límite de tiempo, la
recalificación puede ser hecha:
a)
b)
Con una prueba.
Con cualquier material, espesor o diámetro.
En cualquier posición.
Cuando las calificaciones han sido renovadas, los soldadores y
operadores de soldadura deber ser recalificados. (Debe ser hecha en la
misma probeta, espesor, diámetro, y demás variables).
CUPONES DE PRUEBA.
El intento de la calificación de los soldadores es determinar la habilidad para
efectuar soldaduras sanas en cada proceso que usan en la producción.
-
-
El cupón de prueba tiene que ser soldado usando un procedimiento
calificado.
Si el procedimiento requiere precalentamiento y PWHT, estos se pueden
omitir.
La calificación del WPS puede ser usada para calificar al soldador
(excepto en las soldaduras de filete).
Cada soldador y operador de soldadura debe tener asignado un número,
letra o símbolo de identificación el cual tiene que ser usado para
identificar trabajos.
La prueba puede terminar si esta parece inaceptable.
TIPOS DE PRUEBAS.
Los soldadores / operadores de soldadura pueden ser probados por uno de los
siguientes métodos:
-
P. Mecánicas
P. Radiográficas
55
INGENIERÍA
MECÁNICA
UNIDAD 4
ESTÁNDAR AWS A2.4-93
Objetivo:
Revisar los conceptos básicos sobre el uso y aplicación del estándar AWS
sobre símbolos de soldadura y ensayos no destructivos.
Contenido:
SÍMBOLOS AWS
SÍMBOLOS BÁSICOS DE LA SOLDADURA.
Tipo de Junta:
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INGENIERÍA
MECÁNICA
SÍMBOLOS SUPLEMENTARIOS
DIMENSIONES EN LAS SOLDADURAS
Las dimensiones relativas a la sección transversal de la soldadura deberán ser
escritas a la izquierda del símbolo de la soldadura, mientras que las dimensiones
longitudinales se escribirán a su derecha.
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INGENIERÍA
MECÁNICA
Ejemplos de apertura de raíz o luz de penetración, y ángulo de la ranura:
La profundidad de la ranura y de la penetración se deberán colocar donde figuran
en los siguientes ejemplos, la ausencia de éstos números implican completa
penetración.
58
INGENIERÍA
MECÁNICA
El tamaño de los pies del filete deberá ser colocado a la izquierda de la
representación gráfica de la soldadura.
59
INGENIERÍA
MECÁNICA
SOLDADURAS DISCONTINUAS
ACABADO SUPERFICIAL DEL CORDÓN DE SOLDADURA
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INGENIERÍA
MECÁNICA
POSICIONES DE SOLDADURA
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INGENIERÍA
MECÁNICA
SIMBOLOGÍA
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INGENIERÍA
MECÁNICA
Ejemplos /Ejercicios:
63
INGENIERÍA
MECÁNICA
UNIDAD 5
ASME B-31
“CÓDIGOS DE TUBERÍAS”
Objetivo:
Revisar los códigos de tuberías más usados en el país, entendiendo sus
diferencias y aplicaciones a través de la resolución de ejercicios prácticos.
64
INGENIERÍA
MECÁNICA
Contenido:
ASME B31
El proyecto B31 fue iniciado en 1926 como una respuesta a las necesidades de
la Industria y como resultado de una solicitud al ASME y a la Asociación
Americana de Estándares (ASA). El ASME sirvió como el único patrocinador
administrativo.
La publicación inicial fue en 1935 era como un Código Estándar Americano
Tentativo para Tubería de Presión. Las revisiones desde 1942 hasta 1955 fueron
publicadas como un Código Estándar Americano para Tubería de Presión ASA
B31.1.
Se decidió publicar diferentes secciones para los varios segmentos de la
industria, la primera Sección del Código para Refinerías de Petróleo fue
designada ASA B31.3 - 1959. Las revisiones al ASA B31.3 fueron publicadas en
1962 y 1966
En 1967-1969, la Asociación de Estándares Americanos fue eventualmente
cambiada al Instituto Nacional de Estándares Americanos (ANSI), La siguiente
revisión al B31.3 fue designada ANSI B31.3 - 1973, Las adendas fueron
publicadas hasta 1975.
En 1974 un borrador del código para tuberías en plantas químicas estaba listo
para aprobación Se decidió editar un nuevo código B31.3 pues estos estaban
muy relacionados, El nuevo Código fue titulado Tubería para Plantas Químicas
y de Refinerías de Petróleo publicado como ANSI B31.3 - 1976.
En 1978 fue puesto a consideración de la organización operar como el Comité
de Tubería bajo los procedimientos del ASME con la acreditación del ANSI. Los
comités individuales de cada Sección (p. ej. B-31.1, B-31.3, B-31.6) permanecen
iguales.
La segunda edición del Código para Tubería de Plantas Químicas y Refinerías
de Petróleo fue editada a partir de la Edición 1976 con sus Adendas Esta fue
titulada como ANSI/ASME B-31.3 - 1980.
La Edición 1984 del ANSI/ASME B31.3 incluyo los requisitos para la tubería
criogénica la cual inicialmente estuvo en borrador bajo el Comité de la Sección
B-31.10.
La Adenda a la Edición 1984 trajo cambios significativos incluyendo la
incorporación de las reglas para tubería de alta presión y reorganizo los valores
de esfuerzo. Los capítulos de fabricación, examen, y pruebas fueron
uniformemente reorganizados. Estos cambios de la Adenda fueron consolidados
en la Edición 1987.
65
INGENIERÍA
MECÁNICA
La Adenda a la Edición 1987 fue principalmente para actualizar el Código.
Cuando la adenda fue recopilada con la Edición 1987, y unas secciones nuevas
fueron agregadas, el resultado fue la publicación del ASME B-31.3 Edición de
1990.
Las Ediciones de 1990 y 1993 agregaron los requisitos para los fuelles de las
juntas de expansión, la vida estimada de servicio y las bridas de aluminio.
La Edición 1996 contiene cambios significativos en las frases de la introducción
y el alcance para clarificar la aplicación de todas las secciones del B31, las cuales
también revisaron sus secciones de alcance. El título del Código fue cambiado a
Tubería de Proceso.
La siguiente tabla muestra las secciones que componen el código y las
aplicaciones consideradas por cada sección del código:
SECCIÓN
INSTALACIONES
CONSIDERADAS
ASME B31.1
Tubería de potencia
ASME B31.3
Tubería de proceso
ASMEB31.4
Sistemas de Transporte de
Hidrocarburos Líquidos y Otros
Líquidos
ASME B31.5
Tuberías de refrigeración
ASME B31.8
Sistemas de Transporte y
Distribución de gas.
ASME B31.9
Tuberías de Servicio de edificios
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EJEMPLOS
Estaciones generadoras de
electricidad, Sistemas
de Enfriamiento y calefacción
geotérmica,
distrital, etc.
Refinerías de petróleo, Plantas
químicas,
Farmacéuticas, Textil, Papel,
etc.
Transporte de productos,
predominantemente
entre plantas, terminales y
dentro de terminales,
bombeo, regulación, etc.
Tuberías para refrigerantes y
Enfriamiento secundario.
Sistemas de transporte
fundamentalmente gas entre
las fuentes y terminales,
incluso compresión, regulación,
etc.
Típicamente Edificios
industriales, institucionales,
comerciales y públicos y
residencias del multi-unidad que
no requieren magnitudes de
presiones y temperaturas
cubiertas en B31.1
INGENIERÍA
MECÁNICA
ASME
B31.11
Transporte de barros
Sistemas de transportes de
barros acuosos
predominantemente entre
plantas, terminales y dentro de
terminales, bombeo, regulación,
etc.
HISTORIA DEL ASME B 31.3
El ASME B31.3 (el "Código") establece requisitos de ingeniería los cuales se
hacen necesarios para un diseño y construcción segura de tubería a presión. El
intento del Código no es servir como manual de diseño, el uso del Código no
evita la necesidad de un diseñador o del juicio de ingeniería competente.
El Código prohíbe ciertos diseños y prácticas los cuales son conocidos por ser
inseguros y contiene advertencias sobre ciertos riesgos, pero que no son
prohibiciones.
El Código incluye;
• Referencias a las especificaciones de materiales aceptables y componentes
estándar, incluyendo requisitos dimensionales y rateos de Presión Temperatura;
• Requisitos para el diseño de componentes y ensambles, incluyendo soportes
de tubería,
• Requisitos y datos para la evaluación y limitación de esfuerzos, reacciones, y
movimientos asociados con la presión, cambios de temperatura, y otras fuerzas,
• Guías y limitaciones en la selección y aplicación de materiales, componentes,
y métodos de unión,
• Requisitos para la fabricación, ensamble, y montaje de tubería; y
• Requisitos para el examen, inspección, y prueba de tubería,
EDICIÓN DEL CÓDIGO Y ADENDA
Es el intento del Código que la Edición y la Adenda no sean retroactivos a no ser
que un acuerdo sea específicamente hecho entre las partes contratantes para
usar otra edición o cuando sea requerido por la jurisdicción legal.
El Código gobernante deberá ser la Edición y Adenda editada al menos seis
meses antes de la fecha del contrato original y deberá ser usada a través del
trabajo completo y la operación inicial.
67
INGENIERÍA
MECÁNICA
El Código opera bajo los procedimientos del ASME y esta acreditados por el
Instituto Nacional de Estándares Americanos (ANSI). El Código continuamente
está cambiando para mantenerse actualizado con los desarrollos de materiales
y tecnología nuevos. Las Adendas son editadas cada año y se convierten en
obligatorias seis meses después de la fecha de edición. Las nuevas Ediciones
son publicadas cada tres años.
INTERPRETACIONES
La interpretación del Código es hecha de acuerdo con los procedimientos
establecidos por el ASME. Las interpretaciones son editadas como un
suplemento del Código.
CASOS
Un Caso es la forma prescrita de una respuesta cuando el estudio Indica que las
palabras del Código necesitan clarificación, o cuando la respuesta modifica los
requisitos existentes o garantizan el permiso para el uso de materiales nuevos o
construcciones alternativas. Un Caso normalmente se edita para un periodo de
tiempo limitado. Los requisitos del Caso pueden ser incorporados en el Código o
el Caso puede expirar, o ser renovado.
RESPONSABILIDAD
Los propietarios son responsables por determinar cual Sección del Código es
aplicable para la instalación del sistema de tubería. Si una Sección no cubre
específicamente un sistema de tubería, los propietarios deberán determinar el
Código más aplicable para ser usado en el trabajo planeado.
El propietario tiene la responsabilidad global de cumplir con el código y por
establecer los requisitos de diseño, construcción, examen, inspección, y
pruebas. El propietario deberá establecer el fluido de servicio para el sistema de
tubería.
El diseñador es responsable con el propietario por asegurar que la ingeniería de
diseño cumple con los requisitos del código y los requisitos adicionales del
propietario.
El manufacturador, fabricante y montador son responsables por suministrar
materiales, componentes, y la mano de obra cumpliendo con el código y la
ingeniería de diseño.
El Inspector del propietario es responsable por asegurar que los requisitos del
código para la inspección, examen y pruebas han sido cumplidos.
68
INGENIERÍA
MECÁNICA
INTENTO DEL CÓDIGO
El código establece unos requisitos mínimos de ingeniería para el diseño e
instalación segura de la tubería de proceso.
Los requisitos del código no tienen como intento la tubería que esta en operación.
Sin embargo las provisiones del código, con ciertas consideraciones adicionales,
pueden ser aplicadas para este propósito.
Los requisitos de ingeniería en el código, se consideran necesarios y adecuados
para un diseño seguro, empleando una aproximación simplificada. Un diseñador
capaz de aplicar una aproximación de diseño más rigurosa puede utilizarla si su
validez es demostrada.
Los elementos de tubería deberán estar conforme a las especificaciones y
estándares listados en el código. Cuando los materiales no estén
específicamente aprobados o prohibidos estos pueden ser usados siempre y
cuando estos sean calificados como lo requiere el código.
La ingeniería de diseño deberá especificar cualquier requisito adicional o inusual.
Estos requisitos son obligatorios para cumplir el código.
La compatibilidad de los materiales con el servicio y los peligros de inestabilidad
para contener los fluidos no están dentro del alcance del código.
DETERMINANDO LOS REQUISITOS DEL CÓDIGO
Los requisitos del fluido de servicio designado por el propietario afectan la
selección y la aplicación de materiales, componentes, y juntas. Los requisitos
están basados en el más restrictivo cuando este aplique a cualquier elemento.
B31.3 ORGANIZACIÓN
Los capítulos I a VI (la base del código) contienen los requisitos para tubería
metálica cuyo fluido de servicio no sea Categoría M o Alta Presión.
Todas las cláusulas de la base del código empiezan con la numeración 3XX. Las
cláusulas del código son resumidas abajo;
Capítulo I
Alcance y Definiciones
Cláusulas 300 a 300.4
Este capítulo contiene las declaraciones generales que han sido relacionadas
sobre el intento y uso del código. Esta sección es usualmente mirada por encima
aunque es esencial para entender la aplicación de los requisitos del código.
69
INGENIERÍA
MECÁNICA
Capitulo II Cláusulas de Diseño 301 a 322
Este capítulo cubre las varias fuerzas y consideraciones que son aplicables en
el de sistemas de tubería.
Esta separado en seis partes.
Parte 1
Condiciones de Diseño y Criterio;
Parte 2
Presión de Diseño de los Componentes de Tubería;
Parte 3
Fluido de Servicio para los Componentes de Tubería;
Parte 4
Requisitos para las Juntas de Tubería según el Fluido de
Servicio;
Parte 5
Flexibilidad y Soportes;
Parte 6
Sistemas,
Capitulo III Cláusulas para materiales 323.X
Capitulo IV Cláusulas para Estándares para Tubería 326.X
Capítulo V Fabricación, Ensamble, y Montaje cláusulas 327.X a 335.X
Capítulo VI Inspección, Examen, y Pruebas cláusulas 340.X a 346.X
TUBERÍA NO METÁLICA Y TUBERÍA RECUBIERTA CON NO METALES
Los requisitos para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales están
en el Capítulo VII. Las cláusulas en este capítulo comienzan todas con la letra
"A". Estas cláusulas también son seguidas por el esquema numérico de la base
del código. Como un ejemplo la cláusula de la base del código 323 trata sobre
los requisitos generales para los materiales, la cláusula A323 contiene los
requisitos generales para materiales no metálicos.
FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA M
Los requisitos para la tubería que el propietario designe como de Fluido de
Servicio Categoría M están en el Capítulo VIII. Estos requisitos son usados en
conjunción con la base del código. El esquema numérico es el mismo que el
usado en la base del código y todas las cláusulas empiezan con la letra "M".
Cuando exista un conflicto con la base del código los requisitos del Capitulo VIII
prevalecen.
70
INGENIERÍA
MECÁNICA
FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA D
Los requisitos para la tubería que el propietario designe como de Fluido de
Servicio Categoría D están en los Capítulos I a VI. Otros elementos aplicables
para otros Fluidos de Servicio pueden también ser usados.
SERVICIO CÍCLICO SEVERO
Los elementos de tubería para el Servicio de Fluido Normal pueden también ser
usados bajo condiciones cíclicas severas a no ser que un requisito específico
para condiciones cíclicas severas lo establezca.
TUBERÍA DE ALTA PRESIÓN
Los requisitos para la tubería que el propietario designe como Tubería de Alta
Presión están en el Capítulo IX. Estos requisitos son usados en conjunción con
la base del código. El esquema numérico es el mismo que el usado en la base
del código y todas las cláusulas empiezan por "K".
Estas reglas aplican únicamente como un todo.
“Las reglas para Tubería de Alta Presión no son aplicables para el Fluido
de Servicio Categoría M”.
APÉNDICES
Los apéndices contienen requisitos del Código, guías y otra información. La
cláusula 300.4 define el estatus de estos apéndices.
ALCANCE
Los requisitos del Código para los materiales, el diseño, la fabricación, el
ensamble, el montaje, el examen, la inspección y las pruebas de la tubería.
El Código aplica a todos los fluidos incluyendo:
• Químicos en bruto, intermedios y terminados;
• Productos del petróleo;
• Gas, vapor, aire y agua;
• Sólidos fluidizados; y
• Refrigerantes
71
INGENIERÍA
MECÁNICA
Excepto como es excluido en el código, el código cubre toda la tubería dentro de
los límites de la propiedad de las fábricas dedicadas al proceso o manejo de
productos químicos, del petróleo, o relacionados.
TUBERÍA PARA EQUIPO DE EMPACADO
La tubería que interconecta las piezas o las etapas de los equipos en un
ensamble para empacado deberá estar de acuerdo con el B31.3, excepto la
tubería de empaque refrigerado, la cual puede cumplir con el B31.3 o B31.5.
EXCLUSIONES
El código excluye lo siguiente;
• Presión manométrica Interna > cero, pero <105 kPa (15 psi) siempre y cuando:
 El fluido no sea inflamable, no sea toxico, y no dañe los tejidos humanos
 La temperatura de diseño sea desde -29°C (-20ºF) a 186°C (366°F)
• Las calderas de potencia de acuerdo con el ASME Sección I y la tubería
externa requiere el uso del B31.1
• Tubos, cabezales de tubos, tubos pasantes, y colectores de homos con fuego,
los cuales son internos a la cubierta del homo
• Recipientes a Presión, intercambiadores de calor, bombas, compresores, y
otros equipos para el manejo o proceso de fluidos
• Tubería localizada en la propiedad de una compañía que esta aledaña de
líneas de tubería conformes a B31.4, B31.8, o B31.11 o regulaciones
gubernamentales aplicables
• Plomería, alcantarillado, y desagües
• Sistemas de protección contra el fuego construidos de acuerdo con los
requisitos de las compañías aseguradoras u otros estándares de ingeniería para
la protección del fuego
B31.3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES
ENSAMBLE
La unión de dos o más componentes de tubería por medio de tornillos, soldadura,
pegado, roscado, soldadura "brazing", o el uso de accesorios con empaques
como sea especificado por la ingeniería de diseño.
72
INGENIERÍA
MECÁNICA
INSERTO CONSUMIBLE
Un metal de aporte de reemplazo el cual es completamente fundido en la raíz de
la junta y se convierte en parte de la soldadura.
DAÑO A LOS TEJIDOS HUMANOS
Para los propósitos del B31.3, esta frase describe un fluido de servicio el cual su
exposición al fluido, causada por la fuga bajo las condiciones de operación,
puede dañar la piel, ojos, o exponer las membranas mucosas, tal que un daño
irreversible puede resultar a no ser que las medidas prontas de restauración sean
tomadas. (Las medidas restaurativas pueden incluir el rociado con agua, la
administración de antídotos, o medicamentos).
TEMPERATURA MÍNIMA DE DISEÑO
La temperatura mínima de diseño es la más baja temperatura de un componente
esperado en servicio. Esta temperatura puede establecer requisitos de diseño
especiales y requisitos de calificación de los materiales.
PRESIÓN DE DISEÑO
La presión de diseño de cada componente en un sistema de tubería deberá no
ser menor que la condición más severa de la presión interna o externa
coincidente y la temperatura (mínima o máxima) esperada en servicio.
La condición más severa es la que resulta en el mayor espesor requerido del
componente y el más alto rateo del componente.
Cuando más de una condición de presión - temperatura existe para un sistema
de tubería, las condiciones que gobiernan el rateo de los componentes conforme
a los estándares listados pueden diferir de la condición que gobierna el rateo de
los componentes.
TEMPERATURAS DE DISEÑO
La temperatura de diseño de cada componente en un sistema de tubería es la
temperatura a la cual, bajo la presión coincidente, el mayor espesor o el más alto
rateo del componente se requiere.
Al establecer las temperaturas de diseño, considere al menos las temperaturas
de los fluidos, la temperatura ambiente, la radiación solar, y las temperaturas del
medio de calentamiento o enfriamiento.
73
INGENIERÍA
MECÁNICA
DISEÑADOR
La persona u organización responsable encargada de la ingeniería de diseño.
INGENIERÍA DE DISEÑO
El diseño detallado que gobierna un sistema de tubería, desarrollada desde los
requisitos del proceso y mecánicos, conforme a los requisitos del código, e
incluyendo todas las especificaciones necesarias, planos, y documentos de
soporte.
MONTAJE
La instalación completa del sistema de tubería en las localizaciones y en los
soportes designados por la ingeniería incluyendo el diseño; ensamble en campo,
fabricación, examen, inspección, y pruebas del sistema como lo requiera el
código.
FABRICACIÓN
La preparación de la tubería para el ensamble, incluyendo el corte, roscado,
ranurado, formado, doblado, y la unión de los componentes en sub-ensambles.
La fabricación puede ser realizada en la planta o en el campo.
CLASIFICACIÓN DEL FLUIDO DE SERVICIO
FLUIDO DE SERVICIO GENERAL
El propietario de una instalación tiene la responsabilidad global por el
cumplimiento con el ASME B31.3, y por establecer los requisitos para el diseño,
construcción, examen, inspección, y pruebas que serán gobernados
enteramente por fluido manejado o proceso de la instalación de la cual la tubería
es una parte. El propietario es también responsable por la designación de la
tubería en ciertos fluidos de servicio.
Los requisitos del ASME B31.3 para el diseño y la construcción incluyen
requisitos del fluido de servicio, el cual afecta la selección y aplicación de los
materiales, componentes, y juntas. Los requisitos del fluido de servicio incluyen
prohibiciones, limitaciones, y condiciones, tales como límites de temperatura o
requisitos de seguridad.
FLUIDO DE SERVICIO NORMAL
Un fluido de servicio al cual pertenece la mayoría de la tubería cubierta por el
ASME B31.3, por ejemplo, no sujeta a las reglas para la Categoría D, Categoría
M, o fluido de servicio a Alta Presión, y no sujeto a condiciones cíclicas severas.
74
INGENIERÍA
MECÁNICA
Las reglas para un Fluido de Servicio Normal están contenidas en el ASME B31.3
Capítulos I al VI para sistemas de tubería metálicos, y en el Capítulo VII para
tubería no metálica y tubería recubierta con no metales. Todas las cláusulas en
el Capítulo VII empiezan con un prefijo "A''.
FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA D
Un fluido de servicio en el cual todas las siguientes condiciones aplican:
(1) El fluido manejado no es inflamable, no es toxico, y no daña los tejidos
humanos;
(2) La presión de diseño manométrica no excede 150 psi; y
(3) la temperatura de diseño esta entre -20 °F (-29 °C) y 366 °F (186 °C).
Las reglas para el fluido de servicio categoría D se encuentran también en los
Capítulos I a VI para sistemas de tubería metálicos y en el Capítulo VII para
tubería no metálica y tubería recubierta con no metales.
FLUIDO DE SERVICIO CATEGORÍA M
Un fluido de servicio en el cual la exposición potencial del personal se juzga a
ser significante y en cuyo caso la simple exposición a una muy pequeña cantidad
de un fluido toxico, causada por el escape, puede producir daños irreversibles
serios a las personas cuando se respira o se tiene contacto corporal, aunque se
tomen medidas restauradoras prontamente.
Las reglas específicas para el fluido de servicio categoría M están contenidas en
el ASME B31.3 Capitulo VIII y deberán ser usadas en conjunción con los
Capítulos I al VI para sistemas de tubería metálicos y con el Capítulo VII para
tubería no metálica y tubería recubierta con no metales, sin embargo, las reglas
en el capítulo VIII toman precedencia sobre las reglas en el Capítulo I a VII.
Los párrafos en el Capítulo VIII están numerados con el prefijo "M" para tubería
metálica y "MA" para tubería no metálica y tubería recubierta con no metales.
FLUIDO DE SERVICIO ALTA PRESIÓN
El Capítulo IX, del ASME B31.3, suministra las reglas alternativas para el diseño
y la construcción de tubería designada por el propietario como Fluido de Servicio
Alta Presión.
Estas reglas solamente aplican cuando sean especificadas por el propietario, y
solamente como un todo no parcialmente.
Las reglas del Capítulo IX no son aplicables para un Fluido de Servicio Categoría
M.
75
INGENIERÍA
MECÁNICA
Todos los párrafos en el Capítulo IX comienzan con el prefijo "K". Estos se usan
en conjunción con los Capítulos I a VII como está definido en el Capítulo IX.
Alta presión se considera cuando la presión excede la permitida por el rateo del
ASME B16.5 Clase 2500 para la temperatura de diseño especificada y el grupo
del material. Sin embargo, no existe un límite de presión especificada para la
aplicación de las reglas. El propietario tiene la opción de usar estas reglas,
aunque las presiones y temperaturas sean menores a aquellas definidas.
DISEÑO
El diseño de sistemas de tubería está basado en las más severas fuerzas que el
sistema encontrara en servicio.
CONDICIONES DE DISEÑO
PRESIÓN DE DISEÑO
La más severa condición coincidente de la presión interna o externa y la
temperatura esperada durante el servicio. Se debe considerar todas las
condiciones de presión y temperatura y sus variaciones, el diseño va enfocado a
obtener el mayor espesor de componente o el más alto rateo requerido.
Los sistemas de tubería deberán estar protegidos por medio de válvulas de alivio
o deberán ser diseñados a la más alta presión posible que pueda desarrollar el
sistema.
TEMPERATURA DE DISEÑO
La temperatura de Diseño es la temperatura a la cual, bajo la presión coincidente,
el mayor espesor o el más alto rateo del componente es requerido.
Consideraciones mínimas a la Temperatura de Diseño
• Temperaturas del fluido
• Temperaturas ambientales
• Radiación solar
• Temperaturas de los medios de calentamiento o enfriamiento
NOMENCLATURA
La nomenclatura usada a través del B31.3 está contenida en o cerca del párrafo
aplicable que relaciona el sujeto. Si usted tiene alguna dificultad para localizar la
nomenclatura específica, está la puede encontrar en el Apéndice J.
76
INGENIERÍA
MECÁNICA
ESFUERZOS
Existen dos tipos de esfuerzos básicos que deben ser tenidos en cuenta en el
diseñó según el B31.3, estos son esfuerzos primarios y esfuerzos secundarios.
1)
Los esfuerzos primarios ocurren cuando las cargas crean deformaciones
grandes en el sistema de tubería y se originan por:
• Las cargas sostenidas ocasionadas por la presión y el peso muerto
• Las cargas ocasionales de terremoto y viento
2)
Los esfuerzos secundarios ocurren cuando las cargas son cíclicas y
permiten una falla por fatiga y se originan por:
• Expansión y contracción térmica
• Vibración inducida por el flujo
TUBERÍA RECTA (PRESIÓN INTERNA)
El espesor requerido para t < D/6 (Párrafo 304.1.2)
tm  t  c
Donde:
tm = espesor mínimo requerido
t = espesor diseñado por presión
t
P*D

2S * E  P * Y 

Donde:

c = la suma de las tolerancias mecánicas más corrosión más
erosión
P = la presión de diseño manométrica interna
D = diámetro exterior de la tubería
E = factor de calidad - Tabla A1-A o A1-B
77
INGENIERÍA
MECÁNICA
S = esfuerzo admisible a la temperatura (Tabla A-1)
Y = coeficiente de temperatura (Tabla 304.1.1)
TABLA 304.1.1
VALORES DEL COEFICIENTE Y
PARA t<D/6
TEMPERATURA ºC (ºF)
MATERIALES
Aceros ferríticos
Aceros Austeníticos
Otros Metales
Dúctiles
Hierro Fundido
< 482 (900
510
Y
(950)
MENORES)
0,4
0,5
0,4
0,4
0,4
0,0
0,4
538
(1000)
566
(1050)
593
(1100)
>621 (1150 Y
SUPERIORES)
0,7
0,4
0,7
0,4
0,7
0,5
0,7
0,7
0,4
0,4
0,4
0,4
Las siguientes ecuaciones son opcionales y pueden usarse cuando t < D/6
P*D
t

2S * E  P * Y 
t
P * d  2c

2S * E  P1 Y 


El espesor requerido para t>D/6 o para P/SE > 0.385 deberá estar basado en las
siguientes consideraciones:
Teoría de falla
Pruebas experimentales y estudios efectuados para demostrar la relación
esfuerzo deformación para desarrollar las formulas usadas para calcular los
esfuerzos permisibles en los materiales.
Efectos de la Fatiga
El componente puede fallar después de cargas repetidas aunque nunca exceda
la resistencia a la fractura del material.
Esfuerzos términos (Gradientes a través del espesor)
78
INGENIERÍA
MECÁNICA
Un crecimiento diferencial entre las superficies interior y exterior de la tubería
gruesa. Los procesos de templado pueden producir choques térmicos de áreas
localizadas.
Ejemplos / Ejercicios:
79
INGENIERÍA
MECÁNICA
UNIDAD 6
CÓDIGO API “DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
SOBRE SUPERFICIE”
Objetivo:
Suministrar al alumno los conceptos básicos sobre el uso y aplicación del
código, para el diseño de tanques verticales sobre superficie.
80
INGENIERÍA
MECÁNICA
Contenido:
CÓDIGO API
Actualmente existen 10 códigos desarrollados por el API relacionados con
tanques de almacenamiento:
12B
Tanques empernados para almacenamiento de líquidos de
producción.
12D
Tanques soldados en campo (500 - 10000 bbl).
12F
Tanques soldados en taller (90 - 750 bbl).
12P
Tanques plásticos reforzados con fibra de vidrio.
620
Tanques soldados para bajas presiones.
(Con presiones de gas internas de hasta 15 psi)
650
Tanques soldados para almacenamiento de petróleo.
(Con presiones de gas internas de hasta 2.5 psi)
2000
Venteo de tanques de almacenamiento.
2015
Entrada y limpieza de tanques para almacenamiento de
petróleo.
2551
Medición y calibración tanques horizontales.
2610
Diseño, operación, mantenimiento, e Inspección de
estaciones, tanques y terminales.
En general estos códigos son revisados y modificados, reafirmados o
eliminados al menos cada cinco años.
API 650
El Código API 650 está basado en el conocimiento y experiencia de fabricantes
y usuarios de tanques de almacenamiento de petróleo soldados de varios
tamaños y capacidades.
81
INGENIERÍA
MECÁNICA
Las ediciones y adendas pueden ser utilizadas desde la fecha de publicación
indicada en la carátula, pero serán obligatorias seis meses después de esta
fecha.
En el código encontramos formulas del sistema común de unidades de los
Estados Unidos y estándares americanos y unidades del Sistema internacional.
Cuando se presenten incongruencias entre las unidades mandara el sistema de
unidades de los Estados Unidos.
ORGANIZACIÓN
Sección 1.
Alcance del código.
Sección 2.
Materiales.
Sección 3.
Diseño.
Sección 4.
Procesos de fabricación.
Sección 5.
Procedimientos de montaje y ensamble.
Sección 6.
Métodos de inspección de las juntas.
Sección 7.
Procedimientos de soldadura y calificación de soldadores.
Sección 8.
Identificación del Tanque.
Apéndice A.
Diseño Opcional para tanques pequeños.
Apéndice B.
Especificaciones de Diseño y construcción de bases de
tanques
Apéndice C.
Diseño para almacenamiento de Hidrocarburos
(Pto. Inf. >200°F)
Apéndice D.
Relacionado con posibles consultas técnicas.
Apéndice E.
Factores sísmicos a ser considerados.
Apéndice F.
Diseño de tanques sometidos a pequeñas presiones
Apéndice G.
Techos de aluminio soportados estructuralmente.
Apéndice H.
Techos flotantes internos.
Apéndice I.
Detección de fugas en la parte inferior de tanques y
protección de fundaciones.
Apéndice J.
Ensamble en taller de tanques de almacenamiento.
82
INGENIERÍA
MECÁNICA
Apéndice K.
Ejemplo de la determinación del espesor de la lámina de un
tanque por el método de punto variable.
Apéndice L.
Hojas de datos para tanques atmosféricos según API 650
Apéndice M.
Requerimientos para tanques que operen entre 200 °F y
500 °F.
Apéndice N.
Condiciones para el uso de materiales que no hayan sido
perfectamente identificados.
Apéndice O.
Recomendaciones para conexiones ubicadas en el fondo.
Apéndice P.
Cargas extremas permisibles en las aberturas del cuerpo
del tanque.
Apéndice S.
Tanques de acero inoxidable.
ALCANCE DEL CÓDIGO
Este código contiene los requisitos de materiales, diseño, fabricación, erección y
pruebas para tanques de aceros soldados, verticales, cilíndricos, construidos
sobre el nivel de la tierra, ya sean tapados o abiertos, cuya presión de operación
sea cercana a la atmosférica.
Se aplica a tanques cuyo fondo sea totalmente apoyado.
Que no sean refrigerados y que su temperatura máxima de operación sea 200
°F.
El código no establece geometrías estándares para los tanques, y mas bien se
puede escoger cualquier tamaño que sea necesario.
El constructor es siempre responsable del cumplimiento de todas las
recomendaciones y obligaciones del código.
El comprador puede rechazar cualquier material que no cumpla con las
especificaciones, así como solicitar una inspección independiente.
Una marca (*) al comienzo de un párrafo indica que se requiere la definición de
una acción o decisión expresa por parte del cliente.
Los apéndices dan un número de opciones de diseño que requieren decisiones
del comprador, requerimientos estándar e información que suplementa la norma
básica.
83
INGENIERÍA
MECÁNICA
Los apéndices se vuelven obligatorios cuando el cliente o el comprador
especifiquen una opción cubierta por uno de ellos.
LIMITACIONES DEL ALCANCE DEL CÓDIGO
Las reglas del código no son aplicables más allá de los siguientes limites en las
tuberías conectadas interna o externamente al cuerpo fondo o techo del tanque:
 La cara de la brida en juntas bridadas, salvo que se suministren bridas
ciegas.
 La primera superficie de sello en accesorios o instrumentos.
 La primera conexión roscada en juntas roscadas.
 La primera junta soldada, sino están soldadas a una brida.
MATERIALES
El código menciona las especificaciones de materiales aceptados, sin embargo
se pueden utilizar otros materiales siempre que cumplan con todos los
requerimientos listados en el estándar y su utilización sea aceptada por el cliente.
Materiales que no sean plenamente identificados pueden ser utilizados si
cumplen con todas las pruebas del apéndice N.
Las láminas están limitadas a un espesor máximo de 1 3/4" excepto para láminas
usadas como insertos o bridas (las cuales pueden ser más gruesas), las que
tengan un espesor mayor a 1 1/2" deberán se normalizadas o templadas,
calmadas fabricadas con método de grano fino y con pruebas de impacto.
El espesor ordenado no debe ser menor que el espesor calculado o el mínimo
permitido. El espesor real medido no puede estar más de 0.01 in (0.25 mm) por
debajo del espesor calculado o el mínimo permitido.
Los perfiles deben ser ASTM A36 o ASTM A 131.
Excepto para tanques abiertos el tamaño mínimo del ángulo tope deberá ser:
 2” x 2” x 3/16” para tanques de hasta 35 ft de diámetro.
 2” x 2” x 1/4” para tanques de hasta 60 ft de diámetro.
 3” x 3” x 1/4” para tanques mayores de 60 ft de diámetro.
La tubería API 5L, A, B y X42, ASTM A 53 A, B.
Las bridas de acuerdo al ASME B16.5 para bridas de hasta Ø 24” NPS, para
diámetros mayores se pueden usar bridas que estén de acuerdo al ASME B16.47
serie B, sujeto a la aprobación del comprador.
84
INGENIERÍA
MECÁNICA
Pernos A-193, A-325 o A 307
Tanque colapsado
85
INGENIERÍA
MECÁNICA
DISEÑO
El comprador debe establecer la temperatura de diseño del metal, la gravedad
especifica de diseño, el sobre espesor de corrosión y la velocidad del viento.
También deberá establecer la magnitud y dirección de las cargas externas y las
restricciones de existir alguna, para las que se debe diseñar el cuerpo del tanque
o sus conexiones.
El comprador deberá tener especial cuidado y consideración con la fundación
civil, las tolerancias de corrosión, las pruebas de dureza y cualquier otra medida
de protección que se estime necesaria.
El código define claramente las juntas aprobadas y restringe el tamaño mínimo
de los filetes de soldadura a 3/16", para láminas cuyo espesor sea mayor, el filete
debe ser al menos mayor a 1/3 de la lámina de menor espesor.
Soldaduras traslapadas solo por un lado son permitidas únicamente en el fondo
y techo, todo traslape debe tener al menos cinco veces el menor espesor de las
láminas. Además:
 Para juntas traslapadas soldadas por ambos lados, el traslape no
requiere ser mayor de 2”.
86
INGENIERÍA
MECÁNICA
 Para juntas traslapadas soldadas solo por un lado, el traslape no
necesita exceder de 1”
El código API 650, no contiene ninguna medida para el diseño de tanques que
están sujetos a vacío parcial interno. Pero los tanques que cumplen con todos
los requisitos del código se pueden someter a un vacío parcial de 1 plg de agua
(0.25 KPa).
FABRICACIÓN
El proceso de fabricación debe cumplir todas las partes del código.
Las láminas pueden ser cizalladas, maquinadas u oxicortadas, todas las
superficies resultantes del corte con gas deben ser limpiadas antes de ser
soldadas.
Todas las láminas fabricadas en taller deberán ser marcadas de acuerdo a los
planos de fabricación.
87
INGENIERÍA
MECÁNICA
El fabricante deberá brindar al comprador todas las facilidades para la inspección
del proceso de fabricación del tanque.
EL comprador debe establecer la temperatura de diseño del metal, la gravedad
especifica de diseño, el sobre espesor de corrosión y la velocidad del viento.
CAPACIDAD DEL TANQUE, pag 56
El comprador debe especificar la máxima capacidad del tanque y el nivel de
protección para sobre-llenado del mismo.
La máxima capacidad es el volumen de producto en un tanque que está lleno
hasta el nivel de diseño del líquido.
La capacidad neta de trabajo es el volumen de producto disponible bajo las
condiciones normales de operación. Esta capacidad es igual a la máxima
capacidad menos el volumen mínimo de operación que permanece en el tanque,
menos el nivel de protección para el sobre-llenado del tanque.
Nneto=Nmax-(Nmin+Nsobre)
ESFUERZOS ADMISIBLES, pag 64
Los esfuerzos máximos admisibles Sd son mostrados en la tabla 5-2b del código
API-650, y será el menor valor entre los siguientes:
88
INGENIERÍA
MECÁNICA
 Dos tercios de la resistencia de fluencia (2*Sy/3) del material, y
 Dos quintos de la resistencia de tensión (2*Su/5) del material.
Los esfuerzos de diseño máximos admisibles de prueba hidrostática St son
mostrados en la tabla 5-2b del código API-650, y será el menor valor entre los
siguientes:
 Tres cuartos de la resistencia de fluencia (3*Sy/4) del material, y
 Tres séptimos de la resistencia de tensión (3*Su/7) del material.
El apéndice A permite un método alternativo de cálculo con un esfuerzo
admisible fijo de 21000 psi (145MPa) y una eficiencia de la junta de 0.85 (Rx:
Spot) o 0.70 (Rx: None). Este diseño solo se puede utilizar para tanques con
espesores de cuerpo de ½” o menos.
CÁLCULO DE ESPESOR POR EL MÉTODO DE 1 PIE
Este método calcula el espesor requerido en sitios localizados 1pie por encima
del borde inferior de cada anillo. Si se utiliza el apéndice A solo está permitido
este método de diseño.
Este método no se debe usar para calcular tanques de diámetros mayores a 200
pies.
El espesor mínimo requerido deberá ser el mayor entre los siguientes:
1.- Para condición de diseño:
𝑡𝑑 =
2.6 ∗ 𝐷 ∗ (𝐻 − 1) ∗ 𝐺
+ 𝐶𝐴
𝑆𝑑
td:
Espesor de diseño del cuerpo [in]
D:
Diámetro nominal del tanque [ft]
H:
Nivel de diseño del líquido [ft]
G:
Gravedad especifica de diseño del líquido
almacenado CA: Corrosión admisible [in]
Sd: Esfuerzo admisible para la condición de diseño [psi]
2.- Para condición de prueba hidrostática:
89
INGENIERÍA
MECÁNICA
𝑡𝑡 =
tt:
D:
H:
St:
2.6 ∗ 𝐷 ∗ (𝐻 − 1)
𝑆𝑡
Espesor de prueba hidrostática [in]
Diámetro nominal del tanque [ft]
Nivel de diseño del líquido [ft]
Esfuerzo admisible para la condición de prueba hidrostática [psi]
CÁLCULO DE ESPESOR POR EL MÉTODO DEL PUNTO VARIABLE
Este método se debe utilizar solamente cuando el cliente no haya especificado
el método del 1 pie y cuando:
L
2
H
L  6 * D * t 
0.5
t:
Espesor del anillo inferior del cuerpo [in]
H y D: [ft]
L:
[in]
En el apéndice K del código existe un ejemplo de cálculo.
DISEÑO DEL TECHO
El código da requisitos para los siguientes techos:




Cónicos
Domo
Tipo Sombrilla
Flotante
90
INGENIERÍA
MECÁNICA
91
INGENIERÍA
MECÁNICA
Todos los techos y su estructura de soporte deben estar diseñados para soportar
el peso propio (carga muerta) más una carga viva de al menos 25 lb/ft 2.
Las láminas de techo deben tener un espesor nominal mínimo de 3/16” más la
corrosión admisible.
Las láminas de los techos cónicos soportados no deben ser soldadas a los
elementos de la estructura soporte
DISEÑO DEL FONDO
Todas las láminas del fondo deben tener un espesor nominal mínimo de ¼”
incluya tolerancia por corrosión.
ABERTURAS EN EL CUERPO
Las aberturas en el cuerpo deben cumplir con lo indicado en el párrafo 5.7.2.
92
INGENIERÍA
MECÁNICA
Las puertas de limpieza con lo establecido en 5.7.7 y 5.7.8
93
INGENIERÍA
MECÁNICA
Las conexiones deben cumplir con las dimensiones y tamaños mostrados en las
figuras 5-3 a 5-14. Si hay especificaciones de tamaños intermedios, se tomaran
los detalles mostrados para la siguiente boca más grande.
Las bocas de más de Ø 2 NPS bridadas o roscadas deben ser reforzadas.
Los refuerzos para las conexiones deben tener un agujero roscado de Ø1/4” para
la detección de fugas.
ESTUDIO DE COMPONENTES
En plantas de proceso se requieren diferentes instalaciones para
almacenamiento de hidrocarburos tales como: petróleo crudo, productos
intermedios y productos terminados (gasolina, diésel, fuel oil, glp, etc.).
Algunos hidrocarburos deben ser almacenados a altas temperaturas para
mantenerlos fluidos y otros a bajas temperaturas o altas presiones. Esto se
traduce en que un solo tipo de tanque no es apropiado para todos los productos.
Los principales factores a considerar para la selección de un tipo especial de
recipiente son: su función (característica del producto) y localización, la
naturaleza del fluido, la presión y temperatura, el volumen requerido.
Los tipos de recipientes más comunes clasificados de acuerdo a su geometría
son: tanques abiertos, tanques cilíndricos verticales de fondo plano, recipientes
cilíndricos horizontales y verticales con extremos conformados, recipientes
esféricos y sus modificaciones.
Los institutos internacionales han desarrollado algunas ayudas básicas para el
diseño de tanques, las mismas que toman las formas de especificaciones, reglas,
estándares y/o códigos.
Es posible indicar algunas generalidades en lo que respecta al uso de los
recipientes comunes:
 Grandes volúmenes de líquidos no peligrosos, así como salmuera y otras
soluciones acuosas, pueden ser almacenados en estanques de muy bajo
costo, o en tanques abiertos de acero, maderas o concreto de costo
elevado.
 Si el fluido es toxico, combustible o gaseoso en la condición de
almacenamiento, o si la presión es mayor que la atmosférica, se requiere
de un sistema cerrado.
 Para almacenamiento de fluidos a presión atmosférica, tanques cilíndricos
con fondos planos y techos cónicos son usados frecuentemente.
94
INGENIERÍA
MECÁNICA
 Las esferas y esferoides se emplean para almacenamiento a presión de
grandes volúmenes.
 Para pequeños volúmenes bajo presión, tanques cilíndricos con cabezas
formadas son los más económicos.
Un contenedor diseñado para soportar presiones desde la atmosférica hasta 15
psig, ordinariamente se denomina como TANQUE. Y aquellos contenedores
diseñados para soportar presiones externas o internas superiores a las 15 psig
reciben el nombre de RECIPIENTES.
CLASIFICACIÓN DE LOS RECIPIENTES DE ACUERDO A SU FORMA
 Tanques Abiertos
 Tanques Cerrados
 Tanques cilíndricos de fondo plano y techo (cónico, domo, flotante,
combinaciones)
 Tanques cilíndricos
conformados
(verticales
u
horizontales)
con
extremos
 Tanques esféricos
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL CONTENIDO DE LOS PRODUCTOS A
MANEJAR:
 Tanques de Baja presión
 Recipientes con Presiones Internas
 Recipientes en aluminio para Bajas Presiones
 Recipientes de baja presión reforzadas con plástico FRP
 Recipientes para Altas Presiones internas con FRP
 Recipientes para almacenamiento criogénico
Para industrias químicas y petroleras, el API-650 es el estándar más aceptado
alrededor del mundo para el diseño de tanques de almacenamiento de líquidos.
Existen dos tipos básicos de tanques de almacenamiento a presión atmosférica,
que son los de mayor utilización en la industria:
 Tanques con techo fijo
 Tanques con trecho flotante
95
INGENIERÍA
MECÁNICA
TANQUES CON TECHO FIJO PARA LÍQUIDOS
Los Tanques metálicos soldados que tienen techos fijos, resuelven la necesidad
básica de almacenamiento de grandes cantidades de productos de baja
volatilidad (con puntos de chispa por encima de 150 ºF) con mínima cantidad de
capital invertido en las industrias petroleras, químicas, alimenticias y otras.
Deben ser diseñados y construidos de acuerdo a requerimientos individuales de
almacenamiento.
Estos tanques pueden construirse con fondo plano o con una ligera inclinación
desde o hacia su centro geométrico, y su diseño considera el tipo de fundación
y las condiciones del suelo, requerimientos de corrosión permisible, condiciones
especiales de carga (altos vientos y sismo) y otras consideraciones especiales
de protección requeridas para servicios específicos.
Se requieren de diseños especiales de tanques para alimentos, bebidas y
químicos utilizando aceros inoxidables o aluminio. No existen estándares para el
diseño de tanques en acero inoxidable, pero las industrias dedicadas a su
fabricación desarrollan su propia ingeniería.
Las condiciones del suelo y su costo son el factor económico influyente en la
selección de las dimensiones del tanque. Sobre suelos pobres, los tanques
tienen poca altura y grandes diámetros para conseguir economía, debido al costo
que tendrían las fundaciones. Cuando el costo del suelo es elevado, sin
embargo, el espacio adicional requerido para un tanque de gran diámetro puede
traducirse en un mayor costo que el que tendrían las fundaciones de un tanque
de gran altura.
Estos tanques son casi siempre de techo cónico, el cual puede ser soportado por
una estructura interna o auto soportado cuando se trata de tanques pequeños
(hasta 50 pies de diámetro). Son mayormente utilizados en la industria del
petróleo por ser los más baratos y de diseño más simple.
Una desventaja de los tanques de techo cónico es la perdida permanente de
vapor por los venteos del tanque ocasionada por la respiración del mismo.
96
INGENIERÍA
MECÁNICA
Cuando el tanque se llena, el vapor sobre el líquido es desplazado a la atmósfera,
o condensado en un sistema de recolección de vapores. Cuando se está
vaciando el tanque, entra aire por los venteos y se origina una evaporación
posterior que puede llegar a ser explosiva, dependiendo del producto.
Otros tanques también frecuentemente usados son el tipo domo y el tipo
sombrilla, se utilizan techos tipo domo para almacenar productos a bajas
presiones de hasta 15 psig.
TANQUES CON TECHO FLOTANTE PARA LÍQUIDOS
Un techo flotante es una estructura compleja y debe ser diseñado para
permanecer flotante bajo exposición a cargas combinadas por variados
procesos, agua y producto. Se utilizan técnicas de análisis con elementos finitos
y el diseño de su estructura puede requerir análisis rigurosos; por lo que muchos
diseños son desarrollados previamente en computadora y los diseños finales son
verificados con pruebas a escala que incluyen análisis de tensión y deflexión
mientras se aplican condiciones de carga establecidas en los códigos de diseño.
97
INGENIERÍA
MECÁNICA
Existe una continua demanda en la implementación de tanques con techo
flotante para almacenamiento de un amplio rango de petróleo y derivados de
acuerdo a regulaciones estatales debido a su seguridad, efectividad y economía
en almacenamiento de productos volátiles.
Literalmente miles de tanques con techo flotante están operando alrededor del
mundo algunos de los cuates están en operación continua desde hace 50 años,
por lo que la selección adecuada del tipo de techo flotante puede reducir el riesgo
potencial de algún problema durante la operación diaria e incidir en el tiempo de
vida útil del conjunto.
Control de evaporación del producto.- los tanques con techo flotante proveen uno
de los más efectivos y prácticos métodos para reducir costos por emisión de
vapores de líquidos volátiles almacenados. Las emisiones en tanques con techo
fijo resultan de la evaporación, de operaciones de vaciado y llenado y del respiro
inducido por cambios en la temperatura y presión atmosférica.
Cuatro condiciones inciden sobre la evaporación del producto almacenado en
un tanque:
98
INGENIERÍA
MECÁNICA
a) temperatura del líquido,
b) espacio de vapor sobre el líquido,
c) ventilación del espacio de vapor
d) área disponible de la superficie del líquido.
Los elementos básicos responsables de reducir estas pérdidas en tanques con
techo flotante se deben a la flotación del techo sobre el líquido y un sello que
cierra el espacio anular entre el techo y la pared del tanque. Esto reduce a un
mínimo la superficie libre del líquido y el volumen de vapor susceptible de emisión
bajo ciertas condiciones de operación, llegado a reducir dicha perdida hasta en
un 98%, pero no puede eliminarse por completo.
PRINCIPALES PARTES Y ACCESORIOS INTEGRANTES
NOMBRE
Escalera espiral/vertical
Plataforma
Escalera vertical interna
Conexiones para entrada
y salida de fluidos
Entradas de hombre en
cuerpo v techo
DESCRIPCIÓN
Utilizadas en tanques con doble techo para acceso
Desde el techo fijo al flotante- también sirve como
accesorio anti-rotación.
Las boquillas para la conexión de la tubería al casco
consisten en cortas longitudes de tubo con bridas de
cuello soldado. Cuando el diámetro del tubo es
mayor de 3 pulgadas se emplean generalmente
platinas de refuerzo.
Para la evacuación del agua que se acumula en la
base de los tanques, puede utilizase un sumidero a
partir del cual el agua es expulsada al exterior.
Son accesorios que facilitan la entrada al interior del
tanque por lo que van colocados en el primer anillo
del cuerpo.
Las entradas de hombre en cuerpo van colocadas en
el casco de la lámina inferior y tienen un diámetro
que oscila entre 20 y 30 pulgadas. Cuando el
diámetro del tanque es mayor de 75 pies, se
acostumbra a colocar dos manholes diametralmente
opuestos, para facilitar el mantenimiento.
Las entradas de hombre en el techo son de
construcción
ligera
y
deben
colocarse
aproximadamente sobre los manholes del casco y de
6 y 8 pies de la circunferencia del techo.
Conexiones de venteos
De presión-vació cuando el punto de inflamación
del producto almacenado está por debajo de
150°F, o su temperatura está a 15° F
99
INGENIERÍA
MECÁNICA
, o menos del punto de inflamación. Se calibran a
1.3" de agua tanto para presión positiva como
negativa.
Abiertos cuando no se requiere el venteo de presiónvació, llamados cuellos de ganso. Se diseñan para
permitir los máximos flujos de bombeo y de
circulación de vapor y aire. Llevan una malla para
evitar la entrada de agentes extraños y se aplican
para productos de baja presión de vapor de
aproximadamente 150° F.
Automáticos en techos flotantes, con objeto de evitar
el vació que se crearía al continuar el bombeo
cuando el techo ha llegado a su límite inferior.
De presión para el espacio anular del techo flotante
cuando se usa un sello metálico flexible (tipo
pantógrafo). Estos venteos se calibran normalmente
a 1/2 onza por pulgada cuadrada.
Instrumentos
Medidor de nivel
Indicador de temperatura. - miden la temperatura del
contenido del tanque a 3 pies de la base de este y a
dos pies y medio del casco.
Facilidades
espuma
de
Alarmas por alto y bajo nivel
aire- Requeridas en tanques de techo fijo en los
siguientes servicios:
Productos de bajo punto de inflamación (130° F o
menos)
Productos con un punto de inflamación entre 130° F
y 215° F, siempre y cuando la temperatura de
almacenamiento este por encima del punto de
inflamaci6n o menos de 15° F por debajo de este En
techos flotantes de más de 150 pies de diámetro
Se componen básicamente de un tubo acoplado
verticalmente a la pared del tanque mediante una
cámara de mezclado.
Toma Muestras (Gauge En caso de no tener un sistema de medición
Hatch)
automático, se instalan aperturas de techo de 8
pulgadas para la introducción de un jalón o cinta de
medición.
Estos accesorios son construidos en aluminio o
100
INGENIERÍA
MECÁNICA
Arresta llamas
arrestors)
acero y normalmente van soldados al techo cerca
de la plataforma
(flame Con el fin de prevenir la propagación de llamas
creadas por mezclas inflamables que puedan
escapar de un tanque, se utilizan los detenedores de
llamas o para llamas.
Calentadores
Purgas de gas
Soportes de techo
flotante (Floating Roof
Supports)
En general se trata de una celda hecha de placas
acanaladas o de una celda de mallas de alambre.
Utilizados en tanques cuyo contenido requiere de un
calentamiento constante para conservación del
fluido. Pueden ser serpentines instalados en el fondo
del tanque o un intercambiador de calor en la Línea
de succión. El medio de calefacción puede ser vapor
o aceite caliente, aunque, en algunos casos, se
emplean Calentadores de fuego directo.
En tanques de techo cónico se puede proveer una
purga de nitrógeno o de algún otro gas de refinería
como sello de gas, para impedir el contacto de
ciertos productos con el oxígeno del aire.
Instalados en posición de operación, normalmente
entre 2.5 ~ 6 pies de longitud, son columnas
Ajustables en dos posiciones para facilidad de
mantenimiento.
Dispositivos que permiten contacto eléctrico entre
los componentes del tanque y el suelo
Conexiones a tierra
(Grounding devices)
Sellos de columnas
(Column Seals)
Sellos
de techos
flotantes
Escaleras rodantes
Utilizadas en tanques abiertos con techos flotantes
en los que el diámetro es mayor que la altura del
tanque.
Provee fácil y seguro acceso al techo desde el tope
del cuerpo.
Requiere de una corredera fijada al techo para
garantizar su recorrido mientras el techo cambia de
nivel. Están equipadas con peldaños auto
nivelantes.
Si el diámetro del tanque es menor que su altura se
utilizan escaleras verticales.
Drenajes de techo
Utilizados para remover agua desde el techo flotante
en tanques abiertos. El sistema de drenaje lleva el
agua fuera del tanque.
101
INGENIERÍA
MECÁNICA
Hay varios tipos de drenajes, pero todos garantizan
un caudal de drenado hacia fuera del tanque sin que
el agua entre en contacto con el producto
almacenado.
Los drenajes de tubería rígida con uniones giratorias
son muy utilizados permitiendo a sus secciones
acomodarse de acuerdo al movimiento del techo,
aunque drenajes tubería flexible resistente a
hidrocarburos también se recomienda para prevenir
el colapso de las juntas giratorias
de Utilizados en techos flotantes de doble membrana
para drenaje automático de agua dentro del tanque
si el nivel del agua sobre el techo excede ciertos
límites que pueden causar colapso en su flotabilidad.
Drenajes
abiertos
emergencia
Accesorios anti-rotación
Soportes
flotante
de
Requeridos para prevenir la rotaci6n del techo
flotante y evitar danos en sus escaleras rodantes,
drenajes, y sellos.
Consiste en un poste fijado al fondo del tanque en su
parte inferior a al tope del tanque en su extreme
superior y puede servir adicionalmente como pozo
toma muestras o de medición.
techo Provistos en todos los techos flotantes para
mantenerlos sobre el nivel de conexiones de entrada
y salida y drenajes o serpentines de calentamiento.
Tienen altura ajustable para operación normal y de
mantenimiento o limpieza.
Venteos automáticos
Venteos
anular
del
Provistos en todos los trechos flotantes para eliminar
el aire contenido debajo del techo en operaciones de
llenado inicial del tanque o cuando el tanque está
vaciándose
espacio Provistos en todos los techos flotantes equipados
con sellos metálicos para liberar excesos de presi6n
en el espacio anular.
Alivian cualquier presión generada en el espacio
anular cuando el techo está flotando sobre el
producto almacenado.
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