Carcasa en un recipiente a presión

Los recipientes a presión se encuentran entre los equipos más críticos en las industrias del petróleo, el gas, la petroquímica, las centrales eléctricas, la farmacéutica y la alimentaria. Estos recipientes son responsables de almacenar o transportar fluidos a alta presión, e incluso el más mínimo error en su diseño o construcción puede provocar fugas, roturas o explosiones.

Uno de los componentes más importantes de un recipiente a presión es la carcasa . La carcasa es responsable de soportar la presión interna del fluido, distribuir la tensión y conectar otros componentes como cabezales, boquillas y soportes. Un diseño adecuado de la carcasa requiere el cumplimiento de las normas vigentes, la selección de materiales apropiados y cálculos precisos del espesor.

Este artículo tratará sobre la estructura, los tipos, los métodos de diseño y los puntos clave de los cuerpos de los recipientes a presión.

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La importancia del cuerpo del tanque de presión

El tanque desempeña un papel crucial en la seguridad y el rendimiento de todo el sistema :

1. Soporte de presión interna: El cuerpo es el componente principal que transmite la presión del fluido a la base.

2. Distribución de tensiones: Un diseño adecuado puede reducir la concentración de tensiones y prolongar la vida útil del tanque.

3. Conexión de componentes: El cuerpo es el punto de conexión para lentes, boquillas, soportes, dispositivos de control, etc.

4. Prevención de fugas y explosiones: Elegir el espesor adecuado y cumplir con las normas de soldadura es fundamental.

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Estructura y componentes de la carcasa

El cuerpo del tanque generalmente está soldado a partir de placas de metal e incluye los siguientes componentes:

1. lámina:

   • Las chapas metálicas suelen estar hechas de acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable.

   • El espesor de la placa se calcula en función de la presión de diseño, el radio del tanque, el material y el coeficiente de soldadura.

2. Soldar:

   • Las placas se unen mediante soldaduras longitudinales y circunferenciales.

   • La calidad de las soldaduras afecta directamente a la resistencia de la carrocería del vehículo y requiere ensayos no destructivos (END).

3. Conexión lateral:

   • Las boquillas, bridas y válvulas están todas montadas en el cuerpo de la máquina.

   • Los puntos de conexión de estos componentes deben diseñarse con almohadillas de refuerzo para reducir la concentración de tensiones.

4. Revestimiento y aislamiento:

   • La carcasa puede tener un revestimiento anticorrosión interno o una capa de aislamiento térmico externa.

   • Además de proteger el tanque, estos recubrimientos también pueden prolongar su vida útil.

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tipo de tanque de presión

1. Envoltura cilíndrica

• El tipo de tanque más común es el presurizado.

• El diseño se basa en la tensión circunferencial, que es la tensión más crítica en un tanque cilíndrico.

• Según la fórmula de cálculo de espesor de la Sección VIII de ASME:

t=P⋅RS⋅E−0.6P+Ct = \frac{P \cdot R}{S \cdot E – 0.6P} + C  t  =  S  ⋅  E  −  0.6  P  P  ⋅  R  ​+  C

Dónde:

• $t$ : Grosor del cuerpo

• $P$ : Presión de diseño

• $R$ : Radio interior

• SS  : Tensión$admisible\; del\; material$

• $E$ : Coeficiente de soldadura

• $C$ : Tolerancia a la corrosión

2. Capa esférica

• En un tanque esférico, la distribución de la presión es más uniforme.

• El espesor requerido es menor que el de un cilindro.

• Fórmula de cálculo ASME:

t=P⋅R2S⋅E−0.2P+Ct = \frac{P \cdot R}{2S \cdot E – 0.2P} + C  t  =  2  S  ⋅  E  −  0.2  P  P  ⋅  R  +  C

3. Casquillo cónico

• Suelen estar diseñados para conectar depósitos a lentes o cambiar su diámetro.

• Las tensiones en esta sección son más complejas y requieren cálculos precisos.

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Materiales utilizados en el cuerpo

1. Acero al carbono:  la opción más común para los tanques de almacenamiento estándar.

2. Acero aleado: apto para alta presión o alta temperatura

3. Acero inoxidable: apto para fluidos corrosivos o alimentos y productos farmacéuticos.

4. Materiales especiales: En algunos casos, se utilizan aleaciones resistentes a la corrosión y a altas temperaturas.

La selección del material se basa en la presión de diseño, la temperatura de funcionamiento y el entorno del fluido.

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Factores que influyen en el diseño de la carrocería del vehículo

1. Presión de diseño: un factor clave en el cálculo del espesor de la carrocería del vehículo

2. Temperatura de diseño: La temperatura afecta las propiedades mecánicas de los materiales.

3. Eficiencia de la unión: La calidad de la soldadura afecta directamente al espesor de la carrocería del vehículo.

4. Corrosión y erosión: Para ambientes corrosivos, esto incluye el margen de corrosión.

5. Tamaño y forma del tanque: El radio y la longitud del tanque afectan el grosor y el tipo de placas.

6. Normas de referencia:  ASME, EN 13445, API 650

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Técnicas de implementación e instalación

• Soldadura de precisión: Las soldaduras longitudinales y circunferenciales deben realizarse de acuerdo con las normas y someterse a ensayos no destructivos.

• Inspección de la carrocería:  Métodos como la radiografía, las pruebas UT y las pruebas con líquidos penetrantes son cruciales para garantizar la calidad de las soldaduras y las chapas metálicas.

• Resistencia a la corrosión: El revestimiento interno y el aislamiento externo prolongan la vida útil del cuerpo de la máquina.

• Conexión de seguridad: Las boquillas y válvulas deben diseñarse con almohadillas de refuerzo para reducir la concentración de tensiones.

• Estabilidad mecánica: Durante la instalación, el soporte debe distribuir uniformemente el peso y la presión interna.

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Ejemplos prácticos

Supongamos que se va a construir un tanque de almacenamiento cilíndrico con una presión interna de 2 MPa, un radio de 1 m, una tensión admisible de 140 MPa, un coeficiente de soldadura de E=0,85 y una tolerancia a la corrosión de 2 mm.

 t = 2 × 1000 / (140 × 0,85 − 0,6 ×  2) + 2t =  t  =  140  ×  0,85  −  0,6  ×  2 / (2 × 1000 + 2t )  ≈ 2000 / (  119 $$2$$

Por lo tanto, el espesor de cuerpo requerido es de aproximadamente 20 milímetros.

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en conclusión

La carcasa es el componente principal de un recipiente a presión y, por lo tanto, un componente crítico. La selección de los materiales de la carcasa, el diseño del espesor de pared en función de la presión y la temperatura, la calidad de la soldadura y las medidas de protección contra la corrosión son esenciales para la seguridad y la vida útil del recipiente.

Los cuerpos de las válvulas se clasifican en cilíndricos, esféricos y cónicos, cada uno con su aplicación específica. El cumplimiento de normas vigentes como ASME Parte VIII y la realización de ensayos no destructivos pueden prevenir accidentes peligrosos.

Un diseño adecuado del tanque permite que este soporte la presión interna, proporciona conexiones seguras a los componentes externos y garantiza un rendimiento fiable a largo plazo.