proyecto manufactura
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PRESSURE VESSEL
Procesos de Manufactura
Integrantes Fernando Xavier Erazo Navarrete
Edgar Xavier Mendoza Arce
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Contenido Indice de Tablas ........................................................................................................................................ 2
Indice de Grafica ....................................................................................................................................... 2
Marco Terico ............................................................................................................................................... 3
Esfuerzos en cascos cilndricos ................................................................................................................. 3
Presin Interna .......................................................................................................................................... 3
Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones interiores. ............................................................. 5
Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones exteriores. ............................................................ 6
Tamao Optimo ........................................................................................................................................ 8
Materiales ..................................................................................................................................................... 8
Procedimiento ............................................................................................................................................... 8
Clculos ......................................................................................................................................................... 9
Tamao ptimo de Recipiente ............................................................................................................. 9
Preparacion de Pintura ....................................................................................................................... 10
Cantidad Requerida de Pintura ........................................................................................................... 10
Diagrama PITOC .......................................................................................................................................... 10
Bibliografa .................................................................................................................................................. 10
Anexos. ........................................................................................................................................................ 11
Graficas ................................................................................................................................................... 11
Tablas ...................................................................................................................................................... 12
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Indice de Tablas Tabla 1. Resultados Diseo de Recipiente de Presin .................................................................................. 9
Tabla 2. Presin de los fluidos Carga Esttica ............................................................................................. 12
Tabla 3. Rangos de Presin para Accesorios Bridados y Bridas para Tuberas. .......................................... 13
Tabla 4. Mxima presin permitida para tubos. ......................................................................................... 14
Tabla 5. Tipos de Juntas Soldadas. .............................................................................................................. 15
Tabla 6. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura. ........................................................................ 16
Tabla 7. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura. (Continuacin) ............................................... 16
Tabla 8. Propiedades de los materiales: Acero al Carbono y de bajo contenido de elementos de Aleacin.
.................................................................................................................................................................... 17
Indice de Grafica Grfica 1. Relacin de Volumen de recipiente, Dimetro del recipiente y la Fuerza para determinar el
tamao ptimo del recipiente .................................................................................................................... 11
Indice de Ilustracion Ilustracin 1. Soldadura Tipo 1 Norma UW-12 ............................................................................................. 8
Ilustracin 2. Soldadura Tipo 6 Norma UW-12 ............................................................................................. 9
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Marco Terico Se han utilizado procedimientos y frmulas de diseo de las normas de ASME American Society of
Mechanical Engineers, Code for Pressure Vessels, seccin VIII, divisin 1. Los recipientes fabricados se
tratan de materiales ferrosos y soldadura.
Esfuerzos en cascos cilndricos
La presin uniforme, interna o externa, induce en la costura longitudinal un esfuerzo unitario igual al
doble del que obra en la costura circunferencial, por la geometra misma del cilindro.
Cuando otras fuerzas (de viento, ssmicas, etc.) no son factores importantes, un recipiente sujeto a
presin externa, debe disearse para resistir slo la deformacin circunferencial. Las normas establecen
el mtodo de diseo para llenar tal requisito. Cuando actan adems otras cargas, la combinacin de las
mismas puede ser la que rija, y podr requerirse una placa de mayor espesor que el necesario para
resistir nicamente la deformacin circunferencial.
El esfuerzo a la compresin debido a la presin externa y el esfuerzo a la presin interna se
determinarn mediante las frmulas siguientes
Junta Circunferencial
1 =
4
Junta Longitudinal
2 =
2
Donde: D= Dimetro medio del recipiente, pulgadas P=Presin interna o externa, /2 1 = Esfuerzo longitudinal, /
2 2 = Esfuerzo circunferencial (o de zuncho), /
2 t= Espesor del casco, sin margen por corrosin, pulgadas
Presin Interna Presin de Operacin La presin que se requiere en el proceso del que forma parte el recipiente, a la cual trabaja
normalmente ste.
Presin de Diseo
-
Se recomienda disear un recipiente y sus componentes para una presin mayor que la de operacin.
Este requisito se satisface utilizando una presin de diseo de 30 /2 o 10% ms que la presin de
trabajo, la que sea mayor. Tambin debe tomarse en consideracin la presin del fluido y de cualquier
otra sustancia contenida en el recipiente. Ver la Tabla 2 para la presin de los fluidos.
Mxima presin permitida de operacin. La presin interna a la que est sujeto el elemento ms dbil del recipiente correspondiente al esfuerzo
mximo admisible, cuando se supone que el recipiente e est:
a) En estado de desgaste por corrosin
b) A una temperatura determinada
c) En posicin normal de trabajo
d) Bajo el efecto de otras cargas (carga de viento, presin externa, presin hidrosttica, etc.) que
son aditivas a la presin interna.
Ver Tabla 3 para la mxima presin permitida para bridas. Ver Tabla 4 para la mxima presin permitida
para tubos.
Valores del esfuerzo mximo permitido. Los valores del esfuerzo de tensin mximo permitido para diferentes materiales se presentan en su
respectiva datasheet. El esfuerzo a compresin mximo permitido para usar en el diseo de recipientes
cilndricos sujetos a cargas que produzcan esfuerzo de compresin en el casco debe determinarse de
acuerdo a la norma, ver Error! No se encuentra el origen de la referencia..
Eficiencia de las juntas. La eficiencia de los diferentes tipos de juntas soldadas aparece en la Tabla 5. La eficiencia de las cabezas
o casquetes sin costura est tabulada en la Tabla 6 y Error! No se encuentra el origen de la referencia..
Las pginas que siguen contienen frmulas que se emplean para calcular el espesor de pared requerido
y la presin mxima de trabajo permitida para los tipos de casco y de cabeza de uso ms frecuente. Las
frmulas para casco cilndrico se dan para la costura longitudinal, ya que es la que rigen generalmente.
El esfuerzo de la costura circunferencial rige solamente cuando la eficiencia de la junta circunferencial es
menor que la mitad de la eficiencia de la junta longitudinal, o cuando adems de la presin interna, hay
cargas adicionales (carga de viento, reaccin de las silletas), que producen flexin o tensin
longitudinales. La razn de esto es que el esfuerzo que se origina en la costura circunferencial es igual a
la mitad del que se origina en la costura longitudinal.
De acuerdo con lo anterior, las frmulas para la costura circunferencial son:
Espesor Presin
=
2 + 0.4 =
2
0.4
-
Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones interiores.
Casco Cilndrico
=
0.6
=
+ 0.6
P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.
Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal.
Cuando el espesor de pared exceda de la mitad del radio interior o P exceda de 0.385 SE, se aplicarn
las frmulas dadas en el Apndice del Cdigo, 1-2.
Esfera y Cabeza Hemisfrico.
=
2 0.2
=2
+ 0.2
P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.
Para las cabezas sin brida recta, sese la eficiencia de la junta de la cabeza al casco si es menor que la
eficiencia de las costuras de la cabeza.
Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exceda de 0.665 SE, se aplicarn las formulas dadas
en el Apndice 1-3 de las normas.
-
Cabeza Elipsoidal 2:1
=
20.2
=2
+ 0.2
P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.
Para las cabezas elipsoidales cuya relacin del eje mayor al eje menor sea diferente 2:1, vase el
Apndice 1-4 (c) de las normas.
Frmulas expresadas en funcin de las dimensiones exteriores.
Casco Cilndrico
=
+0.4
=
0.4
P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.
Generalmente rige el esfuerzo en la costura longitudinal. Cuando el espesor de pared exceda de la
mitad del radio interior o P exceda de 0.385 SE, se aplicarn las frmulas dadas en el Apndice del
Cdigo, 1-2.
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Esfera y Cabeza Hemisfrico.
=
2+0.8
=2
0.8
P= Presin de diseo o presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.
Para las cabezas sin brida recta, sese la eficiencia de la junta de la cabeza al casco si es menor que la
eficiencia de las costuras de la cabeza.
Cuando el espesor de pared exceda de 0.356 R, o P exceda de 0.665 SE, se aplicarn las formulas dadas
en el Apndice 1-3 de las normas.
Cabeza Elipsoidal 2:1
=
2 + 1.8
=2
1.8
P= Presin de diseo presin mxima permitida de trabajo, /2 S= Valor de esfuerzo del material, /2 , tabla 6. E= Eficiencia de la junta, tabla 4. R= Radio interior, pulgadas D= Dimetro interior, pulgadas. t= Espesor de pared, pulgadas. C.A.= Margen por corrosin, pulgadas.
Para las cabezas elipsoidales cuya relacin del eje mayor al eje menor sea diferente 2:1, vase el
Apndice 1-4 (c) de las normas.
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Tamao Optimo Para la construccin de un recipiente a presin con la optimizacin de material debemos tener la
relacin de dimetro y longitudes, y las condiciones a las que nuestro recipiente estar sometido:
=
Siendo P=Presin de diseo, C=Margen por corrosin, S= Valore del esfuerzo del material, E=Eficiencia
de la junta. Una vez encontrada la fuerza, nos dirigimos a la Grfica 1 en la seccin de anexos.
=4
2
Siendo V= volumen del recipiente, D=dimetro interior del recipiente.
Materiales Chapa de Acero SA283
Electrodo E6010
Pintura Vinilo Blanco SSPC-PC 4.04
Desengrasante(Preparacin de superficie)
Procedimiento Se compra la chapa de acero SA283 para realizar el casco cilndrico se procede a rolar, una vez realizado
esta accin aplicamos soldadura con juntas a tope hechas por doble cordon de soldadura o por otro
medio que se obtenga la misma calidad de metal de soldadura depositada en interior y exterior de la
pieza. Si se emplea placa de respaldo doble aplicarse este despus de aplicar la soldadura. El tipo de la
junta soldada corresponde a la norma UW-12.
Ilustracin 1. Soldadura Tipo 1 Norma UW-12
Para la fabricacin de la cabeza elipsoidal, se prensara para obtener la forma deseada, luego se procede
a la soldadura con el casco cilndrico que consiste de una junta a traslape de un solo filete complete sin
soldadura de tapn.
-
Ilustracin 2. Soldadura Tipo 6 Norma UW-12
Finalmente se aplica un acabado superficial con esmeriladora. En la preparacin de la pintura se
realizara una seleccin de las condiciones a la que nuestro recipiente estar sometido segn la Tabla I
pag 219 (Megyest, 1990), una vez seleccionado el sistema se escoge el tipo de preparacin de la
superficie y el tipo de pintura.
Clculos Tabla 1. Resultados Diseo de Recipiente de Presin
Casco Cilndrico
C.A.= Margen por corrosin,
pulgadas.
S= Valor de esfuerzo del
material
E= Eficiencia
de la junta
R= Radio interior, pulgadas
P= Presin de diseo o
presin mxima permitida de trabajo
t= Espesor de pared,
pulgadas.
0,082 30000 0,7 7,8 200 0,1567
Cabeza Elipsoidal 2:1
C.A.= Margen por corrosin,
pulgadas.
S= Valor de esfuerzo del
material
E= Eficiencia
de la junta
D= Dimetro interior,
pulgadas.
P= Presin de diseo o presin mxima permitida
de trabajo
t= Espesor de pared,
pulgadas.
0,023 30000 0,45 7,8 200 0,0809
Tamao ptimo de Recipiente
Siendo Presin de diseo 200psi, el margen de corrosin del casco igual 0,024, el esfuerzo del material
igual a 30000, y la eficiencia de la junta 0,7. La fuerza aplicada es:
=
=
200
0,024 30000 0,7= 0,11[]
Observando nuestro resultado en la Grfica 1 en la seccin de Anexos.
=4
2=
4 1250
3612
2 = 2,64 []
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Preparacion de Pintura
Consideramos un ambiente en el cual estar expuesto al interperie severamente, por lo tranto ldebemos
hacer una preparacion de superficie de Limpieza Quimica, la cual coinsidera una eliminacion de las
escamas de laminacion, escamas de oxidacion. Al finaliar la superficie debe quedar sun restos de acidos,
alcali y todos los quimicos con los que se hayan hecho reaccionar. Las datos a continuacion se han
tomado de las especificaciones y recomendaciones del Steel Structures Painting Council. (Megyest,
1990)
Sistema SSPC-PS
Pretratamiento
Espesor de la pintura seca
1era Mano
2da Mano
3era Mano
4ta Mano
Espesor Total
[milesimas]
4,04 No requeire 9 9 9 9 4,5
*Espec. No.9=Pintura de Vinilo Blanco Epecificacion SSPC Norma 9-64No.9
Cantidad Requerida de Pintura
Teoricamente, un galon de pintura cubre 1600 [2] de superficie con una pelicula de 1 milesima de
pulgada de espesor, estando humeda. El contenido solido de pintura dada por nuestra especifcacion No
9 es de 17%, por lo tanto la cobertura maxima en seco estara teoricamnte entre 1600x0,17=272 [2].
Diagrama PITOC
Bibliografa Megyest, E. F. (1990). Manual de Recipientes a Presion. Mexico D.F: Limusa Noriega.
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Anexos
Graficas
Grfica 1. Relacin de Volumen de recipiente, Dimetro del recipiente y la Fuerza para determinar el tamao ptimo del recipiente
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Tablas Tabla 2. Presin de los fluidos Carga Esttica
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Tabla 3. Rangos de Presin para Accesorios Bridados y Bridas para Tuberas.
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Tabla 4. Mxima presin permitida para tubos.
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Tabla 5. Tipos de Juntas Soldadas.
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Tabla 6. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura.
Tabla 7. Eficiencia de las cabezas o casquetes sin costura. (Continuacin)
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Tabla 8. Propiedades de los materiales: Acero al Carbono y de bajo contenido de elementos de Aleacin.
*Los valores de esfuerzo de esta tabla pueden interpolarse para determinar los valores para
temperaturas intermedias.
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