UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO MECÁNICO
DISEÑO DE TANQUES A PRESIÓN DE TIPO CILINDRICO ESTACIONARIO
DE
EJE
HORIZONTAL
,
PARA
EL
ALMACENAMIENTO DE GAS LICUADO DE PETRÓLEO, CON UNA CAPACIDAD DE 0,5 m 3 A 100 m3 BAJO EL CÓDIGO A.S.M.E. SECCION “VIII” DIVISIÓN 1 .
REALIZADO POR POR : ROMMEL BYRON MAILA MORALES MORALES
DIRIGIDO POR : ING. WILLIAM DIAZ
QUITO, FEBRERO DEL 2004
Certifico que el presente trabajo de tesis ha sido realizado en forma total por el señor : Rommel Maila Morales
Ing. William Díaz DIRECTOR DE TESIS
2
INDICE GENERAL INTRODUCCIÓN OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS JUSTIFICATIVOS ALCANCE CAPITULO I : MARCO
TEORICO
1.1 Introducción al sistema ASME
1
1.2 Proceso de acreditación del ASME
2
1.2.1 Revisión conjunta
2
1.2.2 Emisión del estampe del código ASME
2
1.2.3 Renovación
3
1.3 Alcance de la sección VIII división 1
3
1.3.1 Alcance geométrico de la sección VIII división 1
4
1.3.2Organización de la sección VIII, división 1
5
1.4 Usos del código
6
1.5 Generalidades del gas licuado de petróleo
7
1.6 Materiales permitidos
8
CAPITULO II : DISEÑO DEL DEL RECIPIENTE RECIPIENTE 2.1 Introducción 2.2 Cálculo del espesor del cuerpo cilíndrico
9 11
2.2.1 Cálculo del espesor “t”del cuerpo según esfuerzo longitudinal
12
2.2.2 Cálculo de espesor “t” del cuerpo según el esfuerzo longitudinal
14
2.3 Cálculo de las cabezas del recipiente.
16
2.3.1 Tipo de diseño de cabezas
18
2.3.2 Cálculo de cabeza toriesférica
19
2.3.3 Cálculo de cabeza hemisférica
22
3
2.4 Dimensiones del cuerpo del tanque cilíndrico
25
2.5 Dimensión de las placas para las cabezas del tanque
27
2.6 Cálculo de las orejas de izaje.
29
2.6.1 Cálculo del espesor de la oreja de izaje
30
2.6.2Cálculo de las dimensiones de la oreja de izaje
32
2.7 Cálculo de las silletas de apoyo. 2.7.1 Diseño de la placa para el área efectiva 2.8 Selección de válvulas para su operación.
33 33 37
2.8.1 Válvulas de llenado
38
2.8.2 Válvulas de seguridad o alivio de presión
38
2.8.3 Válvulas de descarga o multiválvulas
40
2.8.4 Válvulas de drenaje
40
2.8.5 Termómetros
41
2.8.6 Manómetros
41
2.8.7 Flotadores de nivel
41
2.9 Esquemas típicos de juntas de soldadura utilizados en los recipientes
42
2.9.1Juntas en “ V “
42
2.9.2 Juntas en “ V “ con anillo de respaldo
45
2.9.3 Juntas en media “ V “
46
2.10 Tratamiento térmico
47
2.11. Pruebas radiográficas de soldadura
48
2.11.1 Breve descripción del proceso de radiografía 2.12 Prueba hidrostáticas del recipiente. 2.12.1 Breve descripción del proceso de la prueba hidrostática 2.13 Acabados superficiales. 2.13.1 Descripción del proceso de preparación superficial 2.14 Procedimiento de pintura. 2.14.1 Procedimiento
48 51 51 54 54 55 55
4
CAPITULO III : HOJAS ELECTRÓNICAS 3.1 Elaboración del diagrama para el procedimiento de diseño. 3.2 Hojas electrónicas en Excel 3.3 Espesores de tanques a diferentes capacidades
58 59,60 61
CAPITULO IV :COSTOS. 4.1 Materia prima
63
4.2 Costos acoples roscados
64
4.3 Costo válvulas
65
4.4 Costo de oxicorte y biselado a 30 0
65
4.5 Costo de Rolado
66
4.6 Costo de conformado de 2 cabezas
67
4.7 Costo de ensamblado
67
4.8 Costo de soldadura
67
4.9 Costo de Radiografías
68
4.10 Costo de prueba hidrostática
69
4.11 Preparación superficial (Sandblasting)
69
4.12 Costo pintura
70
4.13 Costo de la Inspección del INEN
70
4.14 Costo total del recipiente
71
CONCLUSIONES
72
RECOMENDACIONES
73
BIBLIOGRAFÍA
74
5
INDICE DE FIGURAS Figura 1.1.- Sello del certificado” U ” ASME
6
Figura 1.2.- Procesamiento de gas licuado de petróleo
7
Figura 2.1.– Plancha barolada del cuerpo
15
Figura 2.2.– Tipo de cabezas
17
Figura 2.3.- Cabeza toriesférica
18
Figura 2.4.- Cabeza toriesférica conformada
21
Figura 2.5.- Cabeza Hemisférica
22
Figura 2.6.- Dimensiones del cuerpo
25
Figura 2.7.- Placa de cabeza toriesférica sin conformar
27
Figura 2.8.- Dimensiones de la oreja de izaje
32
Figura 2.9. - Carga en las silletas de apoyo
33
Figura 2.10.-Dimensiones de las silletas de apoyo.
36
Figura 2.11.-Válvula de llenado
38
Figura 2.12.-Válvula de alivio de presión
39
Figura 2.13.-Válvula de descarga
40
Figura 2.14.-Gráfico de las juntas de soldadura en el tanque
42
Figura 2.15.-Juntas en “ V “ para soldadura del tanque
43,44
Figura 2.16.-Juntas en “ V “ para soldadura del cierre tanque
46
Figura 2.17.-Juntas en “ V “ para soldadura de couplings
46
INDICE DE TABLAS Tabla 1.- Hoja técnica de esmalte alquídico
56
Tabla 2.- Espesores de tanques a diferentes capacidades
61
Tabla 3.- Costos de fabricación
62
Tabla 4.- Costos de acoples
64
Tabla 5.-Costos del recipiente
71
6
INDICE DE ANEXOS
Anexo 1.1:Normas utilizadas del código ASME sección VIII división 1
76
Anexo 2.1
77
Anexo 2.2
78
Anexo 2.3
79
Anexo 2.4
80
Anexo 2.5
81
Anexo 2.6
82
Anexo 2.7
83
Anexo 2.8
84
Anexo 2.9
85
Anexo 2.10
86
Anexo 2.11
87
Anexo 2.12
88
Anexo 2.13
89
Anexo 2.14
90
Anexo 2.15
91
Anexo 2.16
92
Anexo 2.17
93
Anexo 2.18
94
Anexo 2.19
95
Anexo 2.20
96
Anexo 3 :Proforma de B & T
97
Anexo 4 : Planos del recipiente para almacenamiento de GLP de 2 m 3
98
Anexo 5 : Ficha técnica de mantenimiento
99
7
INTRODUCCIÓN En el país existen empresas dedicadas a la comercialización de Gas Licuado de Petróleo para lo cual se requieren que los tanques que almacenan dicho producto cumplan con una serie de parámetros establecidos relacionados con el diseño, la fabricación y la calidad.
Es necesario la aplicación de normas existentes para el diseño de recipientes sometidos a presión interna, para esto se tiene que el Código ASME contempla en la Sección VIII División 1 los diferentes parámetros para el diseño y la fabricación.
En esta tesis se tendrá un procedimiento claro, conciso y rápido del diseño, el mismo que servirá como guía y fuente de información; consiguiendo de este modo una fabricación adecuada, segura y económica para las empresas dedicadas a este tipo de fabricación.
En el diseño de recipientes cilíndricos predomina la teoría de los esfuerzos circunferenciales y tangenciales , que en el transcurso de esta tesis serán estudiados, para de esta forma obtener un tanque que cumpla con las especificaciones técnicas necesarias para el cumplimiento de la seguridad del almacenamiento de GLP.
8
OBJETIVO GENERAL Diseñar un tanque para almacenamiento de GLP bajo el código ASME Sección VIII División 1 y elaborar un proceso sistemático de diseño y fabricación.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS •
Conocer el Código ASME Sección VIII División 1.
•
Determinar los parámetros del Diseño.
•
Crear hojas electrónicas en Excel para el diseño interactivo y establecer un procedimiento de diseño.
•
Realizar los planos generales del recipiente diseñado, como ejemplo de aplicación.
9
JUSTIFICATIVOS En la actualidad se tiene la demanda de centralizar la distribución del gas licuado de petróleo en condominios o multifamiliares con el fin de tener un área determinada para este, y así no ocasionar las molestias que trae consigo el proveerse de este combustible cada cierto tiempo de igual forma puede ocasionar muchos accidentes por tener este recipiente dentro de las casas.
Para realizar el diseño de tanques a presión de tipo cilíndrico estacionario de eje horizontal , para el almacenamiento de gas licuado de petróleo se hace necesario, tener un documento de consulta en el que se indique de forma clara la utilización de las normas del código ASME, garantizando de esta forma un diseño seguro .
10
ALCANCE La presente tesis conseguirá que el diseño de los tanques para GLP sea más eficiente ágil y seguro. Esto se realizará mediante un proceso sistemático de la aplicación del código, como una herramienta de ayuda para agilitar cálculos del diseño del recipiente, se crearán hojas electrónicas realizadas en Excel las cuales contendrán los requerimientos de diseño dados por el Código ASME.
Se considera para el diseño una capacidad mínima desde 0,5 m 3, ya que en la actualidad se elaboran tanques cilíndricos pequeños para la utilización de familias que habitan en edificios por ser más económico y seguro; de igual forma se considera una capacidad máxima de 100 m3, por ser utilizado en industrias que requieren de este combustible .
11
HOJA TÉCNICA DE MANTENIMIENTO Ø
Revisar las válvulas de seguridad, drenaje, llenado y descarga; con la finalidad de determinar su correcto funcionamiento y deterioro con el paso del tiempo, esta revisión se la realiza cada seis meses.
Ø
Verificar el estado de la pintura del tanque, en el caso de que exista un deterioro de la misma se procederá a una limpieza y el repintado respectivo.
Ø
Evaluar si el tanque es apto para el almacenamiento del GLP, determinando si existe un desgaste de espesores de las paredes del cuerpo y de las cabezas, por medio de medidores ultrasónicos, esto se realizara cada cinco años.
Ø
Revisar si los pernos de anclaje necesitan un ajuste y si se encuentran en buenas condiciones es decir si no están oxidados.
Ø
Verificar si el área donde se encuentra el tanque esta al aire libre y con la respectiva señalización de peligro del contenido del recipiente.
12
CAPITULO I MARCO
TEORICO
1.1 Introducción al sistema ASME Fundada en 1880 como la Sociedad Americana de Ingeniería Mecánica, hoy en día ASME internacional es un pilar educacional y
con un servicio
personalizado. El trabajo inicial del Comité del código ASME para calderas y recipientes a presión
se produjo en 1911 el primer código para Calderas y recipientes a
presión, Sección I, Calderas de potencia. Este fue editado 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. Los Códigos de construcción son llamados códigos de fabricación teniendo así el diseño y los materiales para la elaboración de recipientes a presión de pared gruesa y con altas presiones. Los Códigos de referencia son aquellos que están enlazados a los códigos de construcción y estos deben ser usados solamente cuando sean referidos por el código de construcción, por ejemplo un procedimiento de soldadura que fue calificado con una edición anterior.
1
1.2 Proceso de acreditación del ASME Antes de aplicar para un certificado de autorización ASME un taller debe tener :
• El personal entrenado apropiadamente, con un completo conocimiento y entendimiento del código ASME.
• Las facilidades adecuadas para poder manejar el alcance del trabajo que está solicitando, así como los equipos y la infraestructura adecuada para realizar la fabricación de los recipientes.
• Un contrato con una agencia de inspección autorizada. Antes de procesar la aplicación, el ASME verifica la existencia del contrato con la agencia.
1.2.1 Revisión conjunta Es una evaluación del manual de control de calidad con el fin de ver si es adecuado y una auditoria para verificar la implementación apropiada. La revisión es efectuada por el ASME y es requerida para todos los estampes de código, excepto para el estampe de Calderas Calefactoras de hierro fundido; y es realizada en cada renovación tri-anual antes de obtener el certificado.
1.2.2 Emisión del estampe del código ASME Para la emisión del estampe se debe cumplir lo siguiente :
• El equipo de revisión genera un reporte basado en los resultados de la revisión conjunta. El reporte es enviado al comité de acreditación e incluye la recomendación del equipo.
2
• El comité de acreditación vota luego por medio de boletas y si no se reciben votos negativos, el certificado es emitido.
• Si existe un voto negativo, el reporte es revisado en la siguiente reunión programada por el comité completo. El aplicante puede solicitar ser atendido.
• Existe un proceso de apelación si hubiera desacuerdos entre el equipo y el aplicante.
1.2.3 Renovación Los certificados son renovados cada tres años. El proceso de renovación sigue el mismo formato de la primera emisión. Auditorias no anunciadas o investigaciones podrán ser conducidas en cualquier momento cuando haya quejas por escrito o alegatos de violaciones del código dirigidos al ASME.
1.3 Alcance de la sección VIII división 1 La sección VIII división 1 tiene requerimientos aplicables para el diseño, fabricación, inspección, pruebas y certificaciones de recipientes sometidos a presión interna que se subdividen en los siguientes: Ø
Recipientes que contengan agua bajo presión y que excedan a:
• Una presión de diseño de 300 psi. • Una temperatura de diseño de 210 °F. Ø
Tanques de almacenamiento de agua caliente, que son calentados por medios indirectos y que excedan de:
3
• 200,000 BTU / hora • 210 °F . • 120 galones Ø
Recipientes que tengan un diámetro interior mayor de 6 pulgadas.
Ø
Recipientes que tengan una presión de operación interna o externa mayor de 15 psi .
Ø
Recipientes que tengan una presión de diseño que no exceda de 3000 psi.
Nota : Los recipientes con una presión de diseño mayor a 3000 psi pueden ser construidos conforme a la división 1, pero ciertas consideraciones adicionales en el diseño son necesarias .
1.3.1 Alcance geométrico de la sección VIII división 1 El alcance geométrico se refiere a las partes que pueden ser diseñadas bajo el código y tenemos:
• 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. • Hasta la tapa de entradas de hombre ( manhole ) y aberturas para realizar inspección.
• Hasta la soldadura de las partes de no-presión soldadas a las partes de presión .
4
1.3.2 Organización de la sección VIII, división 1 La organización de la sección VIII, división 1 utiliza tres secciones para realizar el diseño de un recipiente, que se dividen en sección general, métodos de fabricación y materiales los cuales citamos a continuación:
Sub -sección A: La sección general Parte UG, Requisitos generales
Sub -sección B: Los Métodos de Fabricación Parte UW, Recipientes Soldados Parte UF, Recipientes Forjados Parte UB, Recipientes Soldados por Brazing
Sub -sección C: La sección de materiales Parte UCS, Aceros al carbón y bajamente aleados Parte UNF, Materiales no ferrosos Parte UHA, Aceros altamente aleados Parte UCI, Materiales de hierro fundido Parte UCL, Recipientes de Clad Parte UCD, Materiales de fundición dúctil Parte UHT, Materiales tratados térmicamente Parte ULW, Recipientes por capas Parte ULT, Materiales para bajas temperaturas
5
1.4 Usos del código En el código ASME se realizan revisiones, es decir un cambio a los requisitos establecidos por el mismo. Estas revisiones son llamadas ADENDAS y son editadas anualmente y suministradas a cada uno de los poseedores del certificado “ U ASME “. De igual forma existen correcciones al código que pueden ser un error tipográfico o de impresión, a estas correcciones se las llama ERRATAS Cuando se usan los códigos, siempre se debe leer los párrafos enteros, incluyendo los otros párrafos referidos. Si usted se detiene en la lectura después de encontrar lo que estaba buscando, deberá mirar por encima los requisitos aplicables que pueden estar incluidos en la última parte del párrafo. A continuación indicamos en la figura 1 el sello del certificado U ASME.
Figura 1.1.- Sello del certificado” U ” ASME
6
1.5 Generalidades del gas licuado de petróleo
Figura 1.2.- Procesamiento de gas licuado de petróleo El gas natural que se obtiene principalmente en baterías de separación, está constituido por metano con proporciones variables de otros hidrocarburos (etano, propano, butanos, pentanos y gasolina natural) y de contaminantes diversos. Se deriva del metano y etano contenido en el gas, de ahí la importancia de este recurso como energético y como petroquímico. En la figura 1.2 se puede observar el procesamiento del gas licuado de petróleo el mismo que consiste principalmente en: La eliminación de compuestos ácidos (H2S y CO2), mediante el uso de tecnologías que se basan en sistemas de absorción-agotamiento utilizando un
7
solvente selectivo. El gas alimentado se denomina “amargo”, el producto “gas dulce” y el proceso se conoce generalmente como “endulzamiento”. El fraccionamiento de los hidrocarburos líquidos recuperados, obteniendo corrientes ricas en etano, propano, butanos y gasolina; en ocasiones también resulta conveniente separar el isobutano del n-butano para usos específicos. 1.6 Materiales permitidos
El código ASME igualmente rige todos los materiales permitidos
en la
fabricación de recipientes sometidos a presión interna los cuales están listados en la sección II del código ASME en donde se muestra los esfuerzos admisibles del material y si este es admitido para la fabricación de recipientes; esta descripción consta en el código ASME sección 8 división I párrafo 1UG-4. En la actualidad en el Ecuador las partes principales de los recipientes para GLP son fabricados de plancha de acero al carbón, esto se debe a la buena soldabilidad de este tipo de aceros y a la factibilidad de conseguirlos en el mercado con su respectivo certificado de calidad lo cual es una exigencia del código ASME, entre estos se tiene los siguientes aceros:
• ASTM A-36 y el ASTM A-516 grado 70 para la construcción del cuerpo, las cabezas, orejas de izáje y silletas de apoyo.
• ASTM A–105 para uniones forjadas soldadas al tanque y elementos de conexión de salida o entrada así se tiene a las bridas.
• ASTM A-106 grado B para la tubería interna o externa soldada al tanque. • ASTM A-193-B7 para los elementos de sujeción de bridas (espárragos). 1
Anexo :1.1 8
CAPITULO II DISEÑO DEL RECIPIENTE 2.1 Introducción Los requisitos de diseño en la sección VIII, división 1 están basados en:
• El tipo de fabricación • El tipo de material usado Requisitos de servicio El dueño tiene 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 servicios requeridos.
Formulas 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 Existen cinco tipos de condiciones de servicio que están relacionados en la Sección VIII excepto una que se encuentra en 2UW-2:
•
Servicio Letal (Ej.: Gas Cianuro)
•
Servicio a Baja Temperatura
•
Calderas de Vapor sin Fuego Directo.
•
Calderas con Fuego Directo.
2
Anexo : 2.1 9
Cargas de diseño Hay varios tipos de cargas que son identificadas en la Sección VIII y todas tienen que ser consideradas en el diseño del recipiente, estas son:
• Cargas por presión (interna o externa). • Peso del recipiente y su contenido (durante operación o prueba). • Cargas superpuestas ( Ej. :estáticas)
Responsabilidades por los parámetros de diseño Dentro del sistema ASME existe una interfase entre varias organizaciones, cada una de ellas tiene sus deberes específicos asignados o realiza ciertas funciones. Esto origina la pregunta ¿quién es el responsable?. Cada organización es responsable de realizar sus deberes asignados, sin embargo, el Poseedor del Certificado es el único responsable de asegurar el cumplimiento de todos los requisitos aplicables al Código.
Responsabilidades del usuario El usuario debe suministrar al fabricante la siguiente información con el fin de que el recipiente sea diseñado para cumplir las condiciones de servicio :
• Presión y Temperatura de Diseño. • Cargas. • Tolerancia de Corrosión. • Requisitos de Servicio • RT ( Radiografías ) si no son requeridos por el Código.
10
El diseño puede ser realizado por: Los recipientes de acuerdo con la Sección VIII, División 1 pueden ser diseñados por el comprador, su agente designado, el Poseedor del Certificado o por el sub-contratista. Sin embargo, el Poseedor del Certificado quien estampará en el recipiente el sello ASME, debe ser responsable por cumplir todos los requisitos del Código, incluyendo aquellos relacionados con el diseño. No existe en la Sección VIII, División 1 requisitos para la calificación de diseñadores.
2.2 Cálculo del espesor del cuerpo cilíndrico Para un cuerpo cilíndrico el esfuerzo circunferencial es aproximadamente el doble del esfuerzo longitudinal como se observa en el transcurso de los cálculos, a continuación se ingresa los datos de diseño en donde según la norma INEN 2261, exige que los recipientes para almacenamiento de GLP se diseñen estos con una carga de presión interna de 1,72 Mpa y una densidad de 520 kg/m 3 Se toma la presión de diseño que es exigida por el INEN ya que todo recipiente para almacenamiento de GLP necesita del certificado de conformidad de esta entidad. En el caso de no cumplir con esta norma el recipiente no se podrá utilizar en ningún lugar del país.
Datos de diseño Diseño: Código ASME sección VIII división 1. NFPA 58 NTE INEN 2261 Servicio : Gas Licuado de Petróleo. Capacidad : Tanque de 2m 3 (Dato del cliente). Presión de Diseño: 1,72 Mpa = 250 psi (Según norma INEN 2261). Diámetro Exterior del Tanque: 48 pulgadas (Dato impuesto por espacio físico). 11
2.2.1 Cálculo del espesor “t”del cuerpo según esfuerzo longitudinal El 3 Apéndice 1- UG 27 (c) Fórmulas suplementarias de diseño del Código ASME Sección VIII división 1, indica la fórmula para el cálculo del espesor según el Esfuerzo Circunferencial en términos del radio exterior es: 3
Formula No.1
t =
P * Ro S * E + 0,4 * P
De donde: t = Espesor en pulgadas. P = Presión de diseño en psi. Ro = Radio exterior en pulgadas. S = Máximo esfuerzo admisible en psi. E = Factor de eficiencia de soldadura de la Junta.
Determinación de Máximo esfuerzo admisible “ S “ Material: Según Código ASME Sección II (Materiales) , la recomendación del tipo de material para recipientes a presión son los siguientes:
• A-283 grado C • A-36 • A-516 grado 70 Comercialmente en Ecuador se encuentran los tres. El más utilizado por los costos y que cumple con las especificaciones del código es el acero A-36. 4
De la sección II ,Tabla IA los esfuerzos máximos admisibles (S) del acero A-36 es
de : S = 16600 psi. 3
Anexo :2.2 Anexo :2.3
4
12
5
Determinación del Factor de eficiencia de soldadura de la Junta (E) Este factor “ E “ es un multiplicador del esfuerzo el cual puede ser aplicable
a una eficiencia de la junta o un factor de calidad. Es decir se refiere al tipo de radiografías (RT) que se debe realizar en el tanque posterior a la soldadura lo cual incidirá en costos.
Según UW-11 (a) : Todas las juntas deben ser radiografiadas en su longitud total, para lo cual el factor E = 1.
Según UW-11 (b) : Se conoce como radiografía Spot (Puntos) a la herramienta de inspección y chequeo de control de calidad. La longitud de un spot debe ser de 6 pulgadas por cada incremento de soldadura de 50 pies o fracción. Para este tipo de radiografía se tiene un factor E = 0,85 .
Según UW-11 (c) : No se realiza ninguna radiografía por lo que el factor E = 0,7 .
Para nuestro diseño se escoge el factor E = 0,85 considerando costos de radiografía y sin descuidar que el recipiente diseñado cumpla con las normas del código. Reemplazando los datos en la formula No.1 se tiene: t =
t =
P * Ro S * E + 0,4 * P 250 psi * 24 pul gadas
16600 psi * 0,85 + 0,4 * 250 psi
t = 0,42 pul g adas t = 10,72mm
Según esfuerzo circunferencial
5
Anexo : 2.4 13
2.2.2 Cálculo de espesor “t” del cuerpo según el esfuerzo longitudinal En la norma 3UG-27 (c) se indica para el cálculo del esfuerzo longitudinal la siguiente fórmula que esta en función del radio interior del tanque: 3
Formula No.2
t =
P * Rinterior
2 * S * E + 0,4 * P
En esta fórmula se procede a ingresar en función del Radio exterior R 0 y se tiene: R interior = Radio exterior - t Ingresando en la formula No.2 y adoptando los valores de S = 16600 psi E = 0,85
t =
t =
P * Re xterior
2 * S * E + 1,4 * P 250 psi * 24 pul gadas 2 *16600 psi * 0,85 + 1,4 * 250 psi
t = 0 , 21 pul gadas
t = 5,38mm Según esfuerzo longitudinal
Se observa que el mayor valor es del esfuerzo circunferencial de 0,42 pulg. al que se debe sumar un factor; según 6UG – 25 el uso de este agente para diseño esta especificado como corrosión admisible ( C.A.) y los valores son 1/16, 1/8, 1/4 de pulgada; para el diseño de la cabeza se utiliza un factor de
3
Anexo :2.2 Anexo :2.5
6
14
C.A.=1/16 =0,063 pulg. Entonces se tiene:
t = 0,42 + 0,063 pul g adas t = 0, 49 pul g adas
t = 12,33mm
Se busca un espesor que exista comercialmente en nuestro país, para la elaboración del cuerpo y se tiene :
• Una plancha de acero A-36 para el cuerpo del recipiente con un espesor de 12mm. En la siguiente figura 2.1 se indica la plancha barolada, que constituirá el cuerpo del tanque.
Figura 2.1. – Plancha barolada del cuerpo
15
2.3 Cálculo de las cabezas del recipiente. Para el diseño de las cabezas es importante tener en cuenta los procesos de fabricación con que se cuenta en el país para determinar cuál es la cabeza mas conveniente considerando costos y que cumpla con las normas. Para el cálculo de cabezas del recipiente las reglas del código ASME están localizadas en la sección UG y en el transcurso del cálculo se indican las normas a considerarse.
Tipo de diseño de cabezas A continuación se nombran los diferentes tipos de cabezas existentes para recipientes a presión interna, las cuales se puede observar en la figura 2.2.
Cabe anotar que las cabezas mas utilizadas en nuestro país son las toriesféricas y en algunos casos especiales bajo pedido se elaboran las cabezas hemisféricas las mismas que tienen un costo mayor que incurre en el costo final del recipiente para el almacenamiento de GLP.
• Hemisférica • Elíptica • Toriesférica • Cónica • Toricónica (cabeza cónica con reborde) • Tapas Planas
16
Figura 2.2. – Tipo de cabezas Donde: t
= espesor mínimo requerido de la cabeza después del formado
D = diámetro interior del faldón de la cabeza; o la longitud interior del eje mayor de una cabeza elíptica; o el diámetro interior de una cabeza cónica en el punto en consideración medido perpendicular al eje longitudinal Do = diámetro exterior (similar al diámetro interior) h = la mitad de la longitud del eje menor de una cabeza elíptica L = radio interior de la esfera o de corona para cabezas toriesféricas y hemisféricas. r =
radio interior de la corona
Di = diámetro interior de la porción cónica de una cabeza toricónica .
17
2.3.1 Tipo de diseño de cabezas En el país por la tecnología que contamos y por el aspecto económico se pueden realizar 2 tipos de cabezas: - Toriesféricas - Hemisféricas
Cabeza toriesférica Es el tipo de cabeza que es más fácil de fabricar en nuestro país y las tolerancias dimensionales se indican en la norma 7UG-32(f), estas medidas se contemplan en la siguiente figura 2.3.
Figura 2.3.- Cabeza Toriesférica
L Máximo = Radio de Bombeo r = Radio Rebordeo Mínimo
7
Anexo: 2.6 18
En Quito existe la empresa de Aceros Inoxidables Peralta en donde prestan el servicio de barolado y utilizan las dimensiones de las cabezas toriesféricas que se presentan a continuación : L = 24 pulgadas L = 18 pulgadas r = 3 pulgadas Diámetro exterior máximo = 394 pulgadas Diámetro exterior mínimo = 36 pulgadas Espesor máximo = 16 mm. Espesor mínimo = 4 mm.
2.3.2 Cálculo de cabeza toriesférica Para el cálculo de la cabeza toriesférica, en términos del radio interior el espesor según UG-32 Apéndice I apartado 1-4(d) es: 7
Formula No. 3
t =
P * L0 * M
2 * S * E + P ( M − 0.2)
Donde: t = Espesor en pulgadas. P = Presión de diseño en psi. L
0
= Radio de bombeo exterior en pulgadas.
M = Factor para cabezas toriesféricas. S = Máximo esfuerzo admisible en psi. E = Factor de eficiencia de soldadura de la Junta. 7
Anexo : 2.6 19
El fabricante recomienda el valor de L = 18 pulgadas y r = 3 “ M “ Este factor depende de la proporción entre L / r y se calcula de la siguiente forma: 7 M
=
1 4
*3 +
M = * 3 + 4 1
L
r
18 pul gadas 3 pul gadas
M = 1,36
Para el cálculo del espesor “ t ” de la cabeza se utiliza el mismo criterio del factor de eficiencia de soldadura E = 0,7 por no tener soldadura en el cuerpo de la cabeza 5Según UW-11 (c). Se toma el valor del Máximo esfuerzo admisible del acero SA-36 como:
S = 16600 psi. Reemplazando en la 7fórmula 3 se tiene :
t =
250 psi*18 pu lg adas*1,36 2 *16600 psi* 0,7 + 250 psi(1,36− 0.2)
t = 0,26 pul gadas = 6,6mm
5
Anexo : 2.4 Anexo : 2.6 8 Anexo : 2.7 7
20
Se tiene que el espesor es de 6,6 mm al que se debe sumar un factor de corrosión admisible; según 8UG – 25 el uso de este agente para diseño especificado como corrosión admisible (C .A.) están requeridas en esta división y los valores son : 1/16, 1/8, 1/4 de pulgada que se toman para este factor. Se escoge: C.A.= 1/16 = 0,063pulgadas t = 0,26 + 0,063 pul gadas
t = 0,32 pu lg adas t = 8,21mm
Se utiliza un espesor que se encuentra comercialmente en nuestro país, para la cabeza del tanque y se tiene :
• Una plancha de acero SA-36 con un espesor de 8mm = 5/16 pulg. En la siguiente figura 2.4 se puede apreciar una cabeza toriesférica conformada.
Figura 2.4.- Cabeza Toriesférica conformada
21
2.3.3 Calculo de cabeza hemisférica
Figura 2.5.- Cabeza Hemisférica
La cabeza es la mitad de una esfera la misma que almacena mayor volumen. Un cuerpo hemisférico en términos del material es el mas eficiente, por lo tanto el mas delgado componente que pueda ser diseñado para presión interna. En la figura 2.5 se observa la configuración de la cabeza hemisférica la cual utiliza el material en su total extensión, ya que el esfuerzo longitudinal y el esfuerzo circunferencial son iguales. Según 7UG-32(f) se tiene que la fórmula para el cálculo del espesor es :
t =
P * R
2 * S * E + 0.8 * P
7
Anexo : 2.6 22
Donde
:
t = Espesor en pulgadas. R = Radio Exterior del tanque P = Presión de diseño en psi. S = Máximo esfuerzo admisible en psi. E = Factor de eficiencia de soldadura de la Junta.
5
Según UW-11 (b): Se conoce como radiografía por Spot (Puntos).
Para el diseño se escoge el factor E = 0,85 considerando costos de radiografía y sin descuidar que el recipiente diseñado cumpla con las normas de seguridad.
t =
t =
P * R
2 * S * E + 0.8 * P
250 psi * 24 pu lg adas 2 * 16600 psi * 0,85 + 0.8 * 250 psi
t = 0,211 pulgadas t = 5,36 mm
Según 8UG – 25 el uso de este agente para diseño especificado como corrosión admisible ( C.A.) están requeridos en esta división y los valores son 1/16 , 1/8 , 1/4 de pulgada que se toman para este factor. La misma que debe sumarse al espesor encontrado. S asume un C. A. = 1/16 = 0,063 pulgadas
5
Anexo : 2.4 Anexo : 2.7
8
23
t = 0,211 +0,063 pulgadas t =0,274 pulgadas t = 6,94 mm Comparando este espesor t = 6,94mm de la cabeza hemisférica, con el t = 8,2 mm de la toriesférica es menor.
Toma de decisión La elaboración de la cabeza hemisférica consiste en realizar el conformado de 5 a 8 segmentos de la mitad de una esfera y luego se procede a soldarlos, realizando posteriormente la comprobación de los cordones de soldadura por medio de radiografías; por lo que el costo de su fabricación es mas alto y requiere de mayor tiempo. Por lo anteriormente expuesto se toma la decisión de realizar la:
• Cabeza toriesférica con una plancha de acero SA-36 y de espesor 8mm = 5/16 pulg.
24
2.4 Dimensiones del cuerpo del tanque cilíndrico En la siguiente figura 2.6, se aprecia las dimensiones del cuerpo que se procede a diseñar. VISTA FRONTAL
Cuerpo del tanque Cabeza del Tanque
Longitud : 1500mm
Figura 2.6.- Dimensiones del cuerpo Datos
• Capacidad : Tanque de 2m 3 (Dato del cliente). • Diámetro Exterior del Tanque: 48 pulgadas = 1219,2 mm. • Espesor del cuerpo del recipiente = 12mm = 0,47pulg. Cálculo de largo del cuerpo del tanque Para cabezas toriesféricas con diámetro = 48 pulg. tenemos que : 9
Volumen cabeza = 39,31 galones = 0,15 m 3
9
Anexo : 2.8 25
Volumen total del tanque = Volumen del cuerpo + 2 Volumen de cabeza 2 m3
= Volumen del cuerpo + 2 * 0,15 m 3
Volumen del cuerpo
= 1,7 m 3
Diámetro interior del cilindro = Diámetro exterior - 2 Espesor cuerpo del recipiente Diámetro interior del cilindro = 48 pulg. – ( 2*0,47 ) pulg. Diámetro interior del cilindro = 47.06 pulg. = 1195,2 mm = 1,20 m Diámetro interior del cilindro = 1,20 m
Volumen del cuerpo
=
4 * 1,7 m 3
=
Longitud del cuerpo
π * ( Dint erior ) 2 * LongitudCu erpo 4
π * (1,20m) 2 * longitudCuerpo
= 1,515 m =1515,23 mm
Dimensión para barolar la plancha para el cuerpo = π * Dmedio Dimensión a barolar plancha para el cuerpo = π * ( Dexterior − Espesordel cuerpo) Dimensión a barolar plancha para el cuerpo = π * (1219,2mm − 12mm) Dimensión a barolar plancha para el cuerpo = 3792,53 mm Dimensión a barolar plancha para el cuerpo = 3800 mm
Dimensiones para el material del cuerpo del tanque : Ø
Material : Plancha de acero SA-36 ( Densidad del acero = 7860
Ø
Largo 3,8m * Ancho 1,5 m* Espesor de 12mm
Kg m3
)
26
2.5 Dimensión de las placas para las cabezas del tanque En la figura 2.7 se muestra la configuración que tendrá la cabeza toriesférica, antes de proceder al conformado.
Figura 2.7.- Placa de cabeza toriesférica sin conformar Datos
• Diámetro Exterior del Tanque: 48 pulgadas = 1219,2 mm (Dato impuesto por espacio físico).
• Espesor de la cabeza del recipiente = 8mm = 5/16 pulg.
Cálculo de la cabeza del tanque sin conformar En la fábrica de Aceros Inoxidables Peralta calculan el diámetro del disco con la fórmula que se expone a continuación:
27
Diámetro del disco sin conformar = 1,12 * Diámetro Exterior del Tanque Diámetro del disco sin conformar = 1,12 * 1219,2 mm Diámetro del disco sin conformar = 1365,5 mm Ancho de la plancha = Diámetro del disco sin conformar Ancho de la plancha = 1365,5 mm
Aproximando este valor se tiene: Ancho de la plancha = 1,4 m
Largo de la plancha = 2 cabezas* Diámetro del disco sin conformar Largo de la plancha = 2 * 1365,5 mm Largo de la plancha = 2741 mm
Aproximando este valor se tiene: Largo de la plancha = 2,8m
Dimensiones para el material de la cabeza del tanque: Ø
Material : Plancha de acero SA-36.
Ø
Densidad del acero = 7860
Ø
Largo 2,8m * Ancho 1,4 m* Espesor de 8 mm.
Kg m3
28
2.6 Cálculo de las orejas de izaje. La fuerza que incide en el calculo es igual al peso del tanque por lo que se procede al calculo del mismo teniendo en cuenta, que el tanque se llenara de agua por lo menos una vez para realizar las pruebas hidrostáticas.
Datos
• Dimensiones del cuerpo: Largo 2,8m x Ancho 1,4 mx Espesor de 12 mm. • Diámetro del disco sin conformar = 1365,5 mm = 1,366 m. • Espesor de la cabeza = 8 mm. = 0,008 m. • Densidad del acero SA-36= 7860 • Densidad del agua = 1000
Kg m3
Kg m3
Cálculo del peso del recipiente Peso del cuerpo = Volumen x densidad del acero SA-36 Peso del cuerpo = ( Largo x Ancho x Espesor) x densidad del acero SA-36 Peso del cuerpo = (3,8m x 1,5m x 0,012m) x 7860
Kg m3
Peso del cuerpo = 537,624 Kg.
Peso de 2 cabezas torisfericas = 2 * Volumen cabeza Peso de 2 cabezas torisfericas = 2 *
π * ( DiámetroDi sco) 2
Peso de 2 cabezas torisfericas = 2 *
π * (1,366m) 2
4
4
* densidad acero SA-36 * espesor * 7860
Kg
* 0,008m * 7860
Kg
m3
m3
Peso de 2 cabezas torisfericas = 184,304 Kg.
29
Peso del cilindro = Peso del cuerpo + Peso de 2 cabezas torisfericas Peso del cilindro = 537,624 Kg.
+ 184,304 Kg.
Peso del cilindro = 721 Kg.
Peso del agua almacenada = Capacidad del tanque * Densidad del agua Peso del agua almacenada = 2m 3 * 1000
Kg m3
Peso del agua almacenada = 2000 Kg.
Peso total del cilindro = Peso del cilindro + Peso del agua almacenada Peso total del cilindro = 721 Kg.
+
2000 Kg.
Peso total del cilindro = 2721 Kg.
Peso total del cilindro = 6000 lb.
2.6.1 Cálculo del espesor de la oreja de izaje La oreja de izaje esta expuesta a Esfuerzo Cortante:
∑ Fy = F = Peso total del Cilindro ∑ Fy = 6000 lb. La oreja se diseñara tomando en cuenta que el tanque será llenado de agua para realizar las pruebas hidrostáticas y que se levantara el mismo de una sola oreja de izaje.
τ = 0,3 * σ y =
0,3 * 36000
lb p lg .2
30
τ = 10800 τ=
lb p lg .2
F Area
Area =
F
τ
=
6000lb lb 10800 p lg .2
Area = 0,556 p lg . 2
Área = Longitud * Espesor
T = distancia del agujero al borde = 1,5 * diámetro del agujero El diámetro del agujero se considera para alzar con candados de hasta 1 pulgada. T = 1,5 * 30 mm T = 45 mm = 1,772 plg.
Espesor =
0,556 p lg 2 = 1,772 p lg T
Area
Espesor = 0,314 pulg.
Espesor = 7,97 mm
Se aprovecha el material que sobra del corte de la plancha para los discos de las cabezas toriesféricas que tiene un espesor de 8 mm .
31
2.6.2 Cálculo de las dimensiones de la oreja de izaje Ancho de la oreja = ( 2 * T )
+ diámetro del agujero
Ancho de la oreja = (2 * 45 mm) + 30 mm Ancho de la oreja = 120 mm.
Para la longitud me impongo una medida por geometría Longitud de la oreja = 160 mm
• Medidas de la oreja de izaje = 160 mm *129 mm *8mm, estas medidas se muestran en la figura 2.8.
Figura 2.8.- Dimensiones de la oreja de izaje
32
2.7 Cálculo de las silletas de apoyo. El método de diseño de recipientes horizontales soportados por silletas, se basa en el análisis revisado en el Pressure Vessel and Piping; Desing and Análisis, ASME, 1972. En un recipiente horizontal montado sobre soportes de silletas se deben hacer las siguientes consideraciones:
• Para las condiciones de carga la práctica recomendada es diseñar el recipiente para una carga completa de agua por lo menos.
• El Angulo de contacto “ θ ” está limitado a 120 grados.
2.7.1
10
Diseño de la placa para el área efectiva
Los recipientes están sujetos a deformación por presión debido a la carga de viento, por lo que se genera una fuerza “ F “, la misma que para el diseño se traslada a las silletas de apoyo como observamos en la figura 2.9.
Figura 2.9. - Carga en las silletas de apoyo 10
Anexo : 2.9 33
En su sección más baja, la silleta debe resistir la fuerza horizontal “ F “. F = K *Q 11
En donde: Q = Carga sobre una silleta en libras K = Constante ( tabulada ) 11
La sección transversal eficaz de la silleta que resiste esta carga es igual a la tercera parte del radio del recipiente “ R “ . Área efectiva del alma =
R
3
* Espesor de la placa del alma
Datos Diámetro del recipiente = 48 pulgadas Peso del recipiente con agua = 6000 lb. Material de la silleta = SA-36 Espesor de la placa del alma = pulgadas Para el ángulo de contacto θ = 120 grados tenemos que K = 0,204 ( tabulada ) 11
Resolución : F=K * Q 11
Q=
Peso Re cipiente
2Silletas
“ Q “ es la carga del peso del recipiente lleno de agua dividido para dos apoyos; pero para el diseño se considerará un caso extremo donde el recipiente este sostenido en una sola silleta por lo tanto asumimos que Q = 6000 libras. 34
F = 0,204 * 6000lb. F = 1224 lb Para soportar esta Fuerza el área efectiva de la placa del alma debe ser : Área efectiva del alma =
R
3
* Espesor de la placa del alma
Se implanta un espesor de ¼ pulgada para observar si cumple o no este espesor. Área efectiva del alma =
24 pu lg adas * 0,25 pulgadas 3
Área efectiva del alma = 2 pulgadas 2
σmedio =
Fuerza AreaAlma
σmedio = Esfuerzo medio σmedio =
1224 lb 2 pu lg 2
σmedio = 612
lb pu lg 2
El esfuerzo medio ( σ medio ) no debe ser mayor de dos tercios del esfuerzo máximo admisible permitido del material :
σmedio ∠
2 * S 3
4
De la sección II ,Tabla IA los esfuerzos máximos admisibles a tensión ( S ) del
acero SA-36 es de : S = 16600 psi.
4
Anexo : 2.3 35
σmedio ∠ 612
612
lb pu lg 2 lb pu lg 2
2 * S 3
∠
lb 2 * 16600 3 pu lg 2
∠ 11066,7
lb pu lg 2
OK
El espesor de la placa del alma es satisfactorio para la fuerza F por lo que el espesor del área efectiva es de 1/4 de pulgada (6,35 mm). A este espesor le sumamos 1/8 de pulgada por corrosión admisible y se tiene un espesor de 9,5 mm. Se aprovecha el material que sobra del corte de la plancha para el cuerpo del tanque que tiene un espesor de 12 mm. Se adopta la geometría que se indica en la figura 2.10.para las silletas.
Figura 2.10.- Dimensiones de las silletas de apoyo.
36
2.8 Selección de válvulas para su operación. Por lo general para los recipientes de grande y pequeña capacidad se utilizan las siguientes válvulas:
•
Válvulas de llenado
•
Válvulas de descarga
•
Válvulas de seguridad
•
Válvulas de drenaje
•
Termómetros
•
Manómetros
•
Flotadores de nivel
•
Etc.
A medida que la capacidad del recipiente aumenta se necesita una serie de elementos adicionales. En la presente tesis se hará énfasis en los recipientes mayormente utilizados por fábricas, edificios, industrias que son de capacidades que oscilan entre 1 y 10 metro cúbicos. En la actualidad existen varias marcas dedicadas al manejo del GLP. En nuestro país existe la comercialización de válvulas de la marca “REGO “ por su eficiencia, su bajo costo y confiabilidad por lo que la selección de dichos accesorios será tomada de un catálogo de dicha marca.
A continuación describiremos las válvulas que se utilizan para nuestro tanque.
37
2.8.1 Válvulas de llenado
Figura 2.11.- Válvula de llenado Estas son diseñadas para proporcionar un llenado rápido de los tanques, poseen una resistente válvula check superior y una válvula check inferior llamada de contrapresión. Para el diseño utilizamos la válvula de llenado doble check marca
11
REGO # 7579 de diámetro 1 ¼ plg NPT (figura 2.11.), que tiene las
siguientes propiedades: el propano líquido a 25 PSIG y una capacidad de descarga de 111 galones por minuto.
2.8.2 Válvulas de seguridad o alivio de presión Todo recipiente utilizado para almacenar o acarrear GLP debe estar protegido por una válvula de alivio de presión, estás válvulas deben proteger contra el desarrollo de condiciones peligrosas que pudieran ser ocasionadas por cualquiera de las siguientes condiciones:
• Presión hidrostática debido al sobrellenado en los recipientes 11
Anexo : 2.10 (Catálogo Rego - PG 58)
38
• Alta presión como consecuencia de exponer el recipiente al calor excesivo externo
• Alta presión debido a la purga incorrecta del recipiente
Figura 2.12.- Válvula de alivio de presión Las de alivio de presión son calibradas y selladas por el fabricante para funcionar a una presión especifica de descarga de acuerdo a la presión de diseño del recipiente, esta regulación de presión esta marcada en el cuerpo de la válvula; las válvulas están diseñadas para ser usadas como una válvula de alivio primaria, en recipientes ASME estáticos y transportables Para la selección de la válvula de alivio se determinará el área exterior del recipiente y para la calibración depende de la presión de diseño del recipiente. El área de nuestro tanque es de aproximadamente 94 pies cuadrados entonces ingresando con el área y la presión de diseño escogemos la válvula de alivio marca12 REGO # 8684G (figura 2.12.), cuyo punto de calibración a descargar es de 250 psi y el área de superficial que logra cubrir es de 113 pies cuadrados, el diámetro de la válvula es de 1 pulg. NPT. 12
Anexo : 2.11 (Catálogo Rego - PG 35 y 38) 39
2.8.3 Válvulas de descarga o multiválvulas
Figura 2.13.- Válvula de descarga
Se utilizan las multiválvulas bacón ya que con estas se logra una combinación de funciones en una sola unidad con lo que se reduce la cantidad de aberturas roscadas en el recipiente y por ende baja el costo de fabricación del mismo, bajan los gatos de operación para el distribuidor del GLP. Estas multiválvulas son compactas y son apropiadas para la extracción de vapores de recipientes ASME donde son necesarias las agrupaciones compactas de componentes. Se requieren válvulas separadas de llenado y de alivio de presión, la válvula escogida es la marca
13
REGO # 7556VR12.0 diámetro ¾ plg NPT.
(figura 2.13.).
2.8.4 Válvulas de drenaje Estas válvulas se usan para el mantenimiento y drenaje del recipiente se escoge la válvula marca14 REGO 7572FC diámetro ¾ de pulg. NPT.
Anexo : 2.12 (Catálogo Rego - PG 29 - 32) Anexo : 2.13 (Catálogo Rego - PG F18)
13 14
40
2.8.5 Termómetros Se utilizan para determinar la temperatura del gas en el interior del recipiente por lo general son de diámetro ½ pulg. NPT con un rango de – 40 a 120 grados Fahrenheit un diámetro del dial de 4 pulg. Una longitud de 6 pulgadas de largo de la vaina su conexión es trasera y debe ser resistente al agua y a la corrosión del GLP.
15
Marca fisher J700.
2.8.6 Manómetros Según la Norma16 UG – 102 especifica reglas para los manómetros que son:
• Visibles al operador • Conectados directamente al recipiente • Graduados en un rango cercano al doble de la presión de prueba, pero en ningún caso menor que 1,5 ni mayor que 4 por esa presión.
• Calibrados a un manómetro patrón. Determina la presión del gas en el interior, No. de parte 17 REGO 948 diámetro del cuerpo 2 pulgadas, conexión de 1/4 pulg. NPT, y un rango de 0 a 300 psi.
2.8.7 Flotadores de nivel Es utilizado para determinar el nivel de líquido existente en el recipiente, este consta de un flotador en la parte interior y para su selección se toma en cuenta el diámetro interior del recipiente ya que dentro de este oscila el brazo del flotador, por lo general la conexión es de 1 ¼ NPT marca REGO TA 210AS TAYLOR. 15
Anexo : 2.14 (Catálogo Fisher – PG 47) Anexo : 2.15 17 Anexo : 2.16 ( Catálogo Rego – PG 82 16
41
2.9 Esquemas típicos de juntas de soldadura utilizados en los recipientes VISTA FRONTAL
DETALLE D
DETALLE E
DETALLE A
DETALLE B
CUERPO Nº 1
DETALLE C
Figura 2.14.- Gráfico de las juntas de soldadura en el tanque
En esta figura 2.14. se indican los detalles del tipo de juntas de soldadura utilizadas en la elaboración de recipientes sometidos a presión interna generalmente son las siguientes:
2.9.1 Juntas en “ V “ Estas generalmente son utilizadas para la junta longitudinal y circunferencial del recipiente debido a que se puede lograr una completa penetración en el pase de raíz y una correcta acumulación del material de soldadura depositado en el bisel mediante los pases subsiguientes de soldadura, de igual forma con este tipo de junta se logra una limpieza o saneado por la parte interior del cordón de soldadura de esta manera se garantiza que no exista la
42
incrustación de escorias, porosidades o contaminantes en el interior del cordón de soldadura en el pase de raíz.
Preparación de la junta en “v”
• Angulo del bisel = 60 grados • Talón del bisel = 3mm • Luz del bisel = 3mm
A continuación se indican los detalles de las juntas de soldadura tipo V en la figura 2.15. utilizados para la unión del cuerpo.
Detalle A: (Unión Longitudinal del Cuerpo Barolado)
Figura 2.15.- Juntas en “ V “ para soldadura del tanque
43
Detalle B: (Unión Circunferencial de 2 Cuerpos Barolados)
Detalle C: (Unión Cabeza – Cuerpo)
Figura 2.15.- Juntas en “ V “ para soldadura del tanque
44
2.9.2 Juntas en “ V “ con anillo de respaldo Estas son utilizadas en la junta circunferencial de cierre del recipiente. Este tipo de junta es similar al anterior con la diferencia de que no se necesita una limpieza o saneado interior del pase de raíz, debido a que en su lugar existe un anillo de respaldo que sirve como material de aporte en el momento de realizar el pase de raíz. Se utiliza este tipo de junta debido a que cuando el recipiente es sellado completamente no existe la posibilidad de ingreso alguno a la parte interior del tanque .
Preparación de la junta en “v” con anillo de respaldo
• Angulo del bisel = 60 grados • Talón del bisel = 3mm • Luz del bisel = 3mm • Espesor del anillo de respaldo = 6mm • Ancho del anillo de respaldo = 40 a 50mm
A continuación se indican los detalles de las juntas de soldadura tipo V con anillo de respaldo en la figura 2.16. utilizados para la unión entre el cuerpo y la cabeza, de esta forma queda sellado el tanque y teniendo la seguridad que el recipiente esta totalmente sellado herméticamente.
45
Detalle D: (Unión Cabeza – Cuerpo con Pletina Barolado)
Figura 2.16.- Juntas en “ V “ para soldadura del cierre tanque
2.9.3 Juntas en media “ V “ Esta junta es similar a la primera con la diferencia que el bisel es realizado en un solo lado, es utilizada en la soldadura de los acoples roscables al cuerpo del tanque o cabeza que servirán para acoplar las diferentes válvulas, como se detalla en la figura 2.17. • Angulo del bisel = 45 grados
•Talón del bisel = 3mm
• Luz del bisel = 3mm
Detalle E: Ubicación de los Cou lin s sobre el Cuer o
Figura 2.17.- Juntas en “ V “ para soldadura de couplings 46
2.10 Tratamiento térmico Se debe realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones cuando la elongación de la fibra externa del cilindro se pasa del 5%, según 18 UCS 79 a continuación se procede al cálculo de la elongación:
50t + 1 −
Elongación =
Rf Ri
Rf
Donde: Rf = Ri
radio exterior del cilindro
=
radio inicial
El radio inicial es igual a infinito por ser una placa plana y no tener radio por lo
tanto 1 −
Rf Ri
= 0
Entonces se tiene : Elongación =
50t Rf
Elongación = 50 x 12 / 609.60 Elongación = 0.98 / 100 =0.01% Elongación = 0.01%
Como se obtuvo un porcentaje menor del 5% no es necesario realizar un tratamiento térmico al tanque diseñado. 18
Anexo: 2.17 47
2.11. Pruebas radiográficas de soldadura Para realizar las pruebas se ejecuta un procedimiento idóneo para hacer inspecciones no destructivas por el método de Radiografía Industrial en soldaduras de tanques a presión y criterios de aceptación y rechazo, a fin de obtener el nivel de idoneidad especificado en las normas de
19
aceptación y
rechazo ASME VIII, División 1.
2.11.1 Breve descripción del proceso de radiografía Las pruebas radiográficas realizadas a un cordón de soldadura sirven para determinar la calidad interna de la misma ya que con este procedimiento se puede establecer la incrustación de escorias, faltas de penetración, faltas de fusión, porosidades, mordeduras y otros defectos que para el ojo humano serían imposibles de visualizar además de ser un ensayo no destructivo. Este proceso debe ser realizado por personal calificado, a continuación se realiza una breve descripción de este procedimiento:
• Una vez terminada la soldadura completa de una junta se escoge en toda su longitud un punto a lazar de aproximadamente 8 a 10 pulgadas para ser radiografiada esta zona deberá ser identificada con el número de junta, el número de soldador, el espesor de la plancha, etc. Además deberá estar libre de salpicaduras producto de la soldadura que influya en la evaluación de la junta.
19
Anexo : 2.18 48
• Se coloca un filme con película especial para radiografía industrial en la cual luego de ser sometida a la radiación quedara impresa una fotografía del cordón de soldadura dicha película será adherida a la zona escogida en el paso anterior, por lo general en tanques sometidos a presión la película es colocada por el lado exterior del tanque y la fuente de radiación en el interior del tanque de esta manera se logra controlar en cierta manera el haz de radiación suministrada por la fuente debido a que el cuerpo del tanque sirve de barrera para los rayos gamma que irradia por lo general la fuente.
• Se coloca en el interior del recipiente justo atrás de la zona delimitada en el paso 1 una fuente de rayos gamma que por lo general es un contenedor de plomo que en su interior aloja una pastilla radioactiva de IRIDIO 192 u otro material radioactivo.
• Se mantiene un tiempo determinado de exposición, el cual es calculado por el personal calificado y que depende de la intensidad de la fuente, de la distancia entre la fuente y la película y el espesor de la plancha, este paso es el más peligroso de toda la operación ya que los rayos gamma que produce la fuente se disipan en todas las direcciones posibles afectando a todo a su alrededor. Por este motivo desde el inicio de este proceso se debe delimitar una zona de por lo menos 30 a 40 metros alrededor de la fuente para prohibir el ingreso.
49
• Luego de terminado el tiempo de exposición se guarda la fuente y se revela en un cuarto oscuro la radiografía impresa en la película, una vez revelada la radiografía del cordón de soldadura es analizada y evaluada con la ayuda de un negatoscopio, y siguiendo los criterios de aprobación o rechazo dados en el código ASME sección VIII y sección V se aprueba o rechaza dicha radiografía.
• De ser rechazada la radiografía se deberá reparar totalmente la zona evaluada es decir limpiada y nuevamente soldada para volver a tomar una radiografía de la misma zona.
NOTA: Todo este proceso se realiza cuando el tanque no ha sido sellado completamente
50
2.12 Prueba hidrostáticas del recipiente El párrafo
20
UG – 99 contiene las reglas para realizar las pruebas
hidrostáticas. La presión mínima de prueba, en la norma UG – 99 ( b) nos determina lo siguiente: P = ( MAWP ) ( 1,3 ) Donde : P = Presión de prueba del recipiente en psi. MAWP = Máxima presión de trabajo ( Dato de diseño del recipiente )
P = ( MAWP ) ( 1,3 ) P = ( 250 psi ) ( 1,3 ) P = 750 psi
2.12.1 Breve descripción del proceso de la prueba hidrostática Como el tanque esta totalmente soldado se realiza la prueba hidrostática dejando en claro que una vez ejecutado este proceso no se podrá hacer ninguna soldadura en la superficie del recipiente. A continuación una breve descripción de este procedimiento:
• Según el código ASME la prueba de presión de un recipiente puede ser una prueba hidrostática o una neumática. Este caso se optara por la prueba hidrostática debido a la alta presión de trabajo. 20
Anexo : 2.19 51
• Designar el área para las pruebas y preparar el equipo y/o localización del componente.
• El recipiente debe ser llenado con agua en su totalidad, a fin de realizar una inspección en todos los tapones para que no existan fugas.
• Sobre el recipiente deben existir las siguientes tomas: Drenaje, entrada de agua a alta presión, purga de aire, manómetro.
• Mediante una bomba ya sea manual o eléctrica se empieza a subir la presión del recipiente gradualmente, dicha presión sé ira controlando en el manómetro colocado en el tanque, una vez alcanzada una presión aproximada de unos 30 psi se debe realizar una purga del aire que podría haberse quedado atrapado en el recipiente.
• Realizado este proceso se comienza a subir la presión gradualmente hasta alcanzar la presión de prueba que en este caso es de 325 psi.
• Llegando a esta presión el recipiente deberá ser aislado mediante válvulas de cierre a la entrada de la bomba y a la salida de la purga de aire, con el objeto de que la presión aplicada sea solamente al recipiente, el mismo que se mantendrá a la presión de prueba por aproximadamente 60 minutos, durante este tiempo se realizará una inspección visual de conexiones, soldadura principal, soldaduras de conexiones, los componentes de presión total de toda la soldadura existente en el recipiente, para detectar alguna posible fuga. Al cabo de este tiempo para dar por concluida y satisfactoria se debe verificar que la presión de prueba alcanzada no haya disminuido en el manómetro del recipiente.
52
• El manómetro utilizado en la prueba debe ser un instrumento debidamente calibrado por un manómetro patrón y con su respectivo certificado de calibración, además este debe cumplir con la Norma 21 UG – 102 en la cual nos especifica que los manómetros deben ser graduados en un rango cercano al doble de la presión de prueba, pero en ningún caso menor que 1,5 ni mayor que 4 de la presión de prueba.
• Para este procedimiento verificar si se tomaron precauciones de seguridad. Se debe usar avisos de precaución y barricadas, cuando se requiera y con mucho cuidado.
• Una vez terminada la prueba se retirara la presión gradualmente hasta llegar a una presión de 0 psi
• Se elabora un informe de la prueba hidrostática en la que se anotaran los siguientes ítems: Fecha de la prueba Presión de prueba Tiempo de prueba Fecha de calibración del manómetro Numero de serie del manómetro utilizado Numero de serie del recipiente probado Temperatura de prueba Código aplicado Responsable
21
Anexo : 2.20 53
2.13 Acabados superficiales. El acabado superficial de los tanques para almacenamiento de gas licuado de petróleo consiste en dos capas de pintura:
• La primera un esmalte alquidico anticorrosivo de color gris con un espesor de película seca de 2 mils.
• La segunda un poliuretano alquidico de color blanco con un espesor de película seca de 2 mils por ende el acabado superficial de los recipientes es de color blanco en su totalidad y con un espesor mínimo de película seca de 4 mils. Antes de entregar
el acabado superficial final del recipiente descrito
anteriormente, se debe dar una preparación superficial a la plancha de acero es decir una limpieza total mediante un chorro de arena a alta presión denominado SANDBLASTING a continuación se hará una descripción breve de este proceso.
2.13.1 Descripción del proceso de preparación superficial
• Una vez terminada la prueba hidrostática del recipiente se procede a realizar la limpieza al recipiente mediante chorro de arena a una presión aproximada de 110 psi por la parte exterior del tanque con lo cual se logra eliminar todos los óxidos del metal, calaminas y otros contaminantes presentes en la superficie; con este proceso se logra un grado de limpieza de metal blanco con un perfil de anclaje de 1,5 a 3 mils para luego realizar el proceso de pintura ya descrito.
• Este proceso de limpieza puede ser realizado mediante arena lavada de río, granalla metálica de plomo o carbón de piedra.
54
2.14 Procedimiento de pintura. Propósito: Asegurar que el proceso de pintura sea realizado mediante un control técnico adecuado, para tener los mejores resultados en la protección superficial de los diferentes equipos, asimismo administrar una guía para el personal que va a realizar dicho trabajo que cubre con las responsabilidades, métodos, controles y comprobaciones necesarias.
2.14.1 Procedimiento: 1. Antes de empezar el proceso de granallado superficial se debe realizar una limpieza total de las salpicaduras producto de la soldadura y hacer una inspección visual de este proceso. 2. Realizar la limpieza total de la superficie exterior del tanque mediante granallado abrasivo hasta alcanzar un grado de limpieza de metal blanco con un perfil de anclaje de 1.5 a 3 mils. 3. Remover todas las escorias y contaminantes como polvo, residuos de granalla, elementos extraños, etc. de las superficies exterior, mediante aire comprimido totalmente seco y aspiradora industrial cuidando que los elementos de limpieza no contaminen las diferentes superficies. 4. Realizar una inspección visual de los items anteriores. 5. Se procederá a pintar las superficies siempre y cuando las siguientes condiciones se cumplan:
• El horario de pintura será en el día ( 6:30 a 18:45 ). • La humedad relativa existente no debe exceder el 85%.
55
Si alguna de las condiciones arriba mencionadas no es favorable. NO podrá procederse a la aplicación de la pintura exterior. 6.Aplicar la primera capa de pintura de ESMALTE ALQUIDICO en el exterior del
tanque siguiendo las especificaciones que se indican en la tabla 1 :
• Espesor de película Seca 1 era capa:
3 mils
• Espesor de película húmeda 1 era capa:
5 mils
• Color :
Gris
• Período mínimo de secado:
2 a 2 ½ horas a 21ºC
• Condiciones de aplicación:
Temp. aplicación: 7 a 38 º C.
• Equipo de aplicación:
Airless Spray
Tabla 1.- Hoja técnica de esmalte alquídico
12. Medición de espesores en seco de la primera capa registro en un mapa abierto del tanque tanto de espesores de pintura como de defectos encontrados.. 13. Reparación de defectos encontrados. 14. Aplicar pintura de color blanco ESMALTE ALQUIDICO aplicación según las recomendaciones de la hoja técnica. 15. Medición de espesores en seco mediante medidor de pintura de película seca los espesores finales de la pintura exterior debe estar entre 3 a 6 mils, además se debe registrar los espesores de acabado medidos en el exterior del tanque. 56
CAPITULO III HOJAS ELECTRÓNICAS Introducción En este capítulo se presenta el proceso a seguir para realizar el cálculo del recipiente por medio de un esquema simplificado, para elaborar las hojas electrónicas en Excel.
En la realización de las hojas electrónicas en Excel, se ha tenido el cuidado de hacer una presentación previa en donde se indica los datos del tanque y la simbología para posteriormente poder realizar los cálculos de los espesores del cuerpo del tanque y del espesor de la cabeza .
Los espesores calculados manualmente son los mismos que los realizados en las hojas electrónicas, de esta forma se pueden realizar otros cálculos de un tanque con diferentes datos iniciales.
57
3.1 Elaboración del diagrama para el procedimiento de diseño.
Datos de diseño -Espacio Físico -Servicio :GLP
Selección de Material
Calculo Espesor -Cabeza Hemisférica -Cabeza Toriesférica
Calculo Espesor -Cuerpo de cilindro
Espesor Calculado
Espesor Calculado
Resultado
Validación
Resultado
Espesor Seleccionado
Elaboración Hojas Electrónicas
Espesor Seleccionado
Geometría del Recipiente
Calculo del peso del tanque
Calculo de Silletas
Calculo de Orejas de Izaje
Selección de Válvulas y accesorios Proceso Soldadura
Pruebas y Acabados Conclusiones
58
59
60
3.3 Espesores de tanques a diferentes capacidades En la tabla 2 que se encuentra a continuación se expone los espesores de tanques a presión de eje horizontal, para el almacenamiento de gas licuado de petróleo, que van desde una capacidad de 0,5 m3 a 100 m3 bajo el código ASME sección “VIII” división 1. Las capacidades expuestas de los recipientes son los mas fabricados en la
empresa B &T para nuestro medio, a nivel industrial y residencial.
SERVICIO CAPACIDAD DIAMETRO EXTERIOR DEL TANQUE PRESIÓN ESPESOR DE CUERPO ESPESOR CABEZA
GLP.
m3
m
psi
( mm )
TORIESFÉRICA (mm)
0,5
0,8
250
8,64
6,01
1
0,82
250
8,73
6,11
2
1,22
250
12,33
8,30
4
1
250
10,4
7,10
6
1,3
250
13,04
8,74
8
1,4
250
13,92
9,29
10
1,5
250
14,8
9,84
46
2,2
250
20,95
13,69
100 2,9 250 27,11 Tabla 2.- Espesores de tanques a diferentes capacidades
18
61
CAPITULO IV Costos. En este capítulo se analiza los costos que incurren en la fabricación de un recipiente estacionario de eje horizontal para almacenamiento de GLP. Los costos que se tiene en cuenta para los procesos de fabricación del tanque son facilitados por la empresa 22B & T que se dedica a la elaboración de tanques a presión bajo el código ASME, en estos precios ya están tomados en cuenta la materia prima, fabricación, mano de Obra, insumos, etc., como se aprecia en la tabla 3. 23
COSTOS DE FABRICACIÓN
• Costo de Acero A36
$0,62 c/kilo
• Costo Oxicorte y Biselado
$ 5,35 c/m espesor 12mm.
• Costo Oxicorte y Biselado
$ 4,24 c/m espesor 8mm.
• Costo Rolado
$0,17 c/kilo
• Conformado de cabezas
$1,65 c/kilo
• Costo Ensamblado
$0,35 c/kilo
• Costo Soldadora
$5,00 c/m.lineal
• Costo Radiografía
$25,00 c/radiografía 12L” x 2L”
• Costo de Pruebas Hidrostáticas
$45,00 c/m3
• Costo de Sand Blastin
$ 6,00 c/m2
• Costo de Pintura alquídica
$8,00 c/m2
• Costo Inspección del INEN
$90,00 c/tanque
Tabla 3.- Costos de fabricación
Anexo 3: Proforma empresa B &T
22
62
4.1 Materia prima Plancha de acero para el cuerpo A-36 Dimensiones :
1500 x 3800 x 12 mm
Dimensiones Brutas: 1500 x 6000 x 12 mm Peso de la plancha de acero = (1,5 x 6 x 0,012) = 0,108 m3 Peso = Volumen X densidad acero = 0, 108 m3 X 7860 Precio Plancha A-36 = Peso X 0,62
$ kilo
= 848,9 kilos x
kg m
3
= 848,9 Kilos
0,62 kilo
Precio plancha A- 36 = $ 526,31
• Del material restante de la plancha del cuerpo se fabrican las 2 silletas de apoyo.
Plancha de acero para las cabezas toriesféricas Dimensiones 1400mm x 2800mm x 8 mm Dimensiones Brutas 1500mm x 3000mmx 8 mm Peso bruto de la plancha A-36 = 1,5m x 3m x 0,008m = Vol = 0,036 m3 Peso = Volumen x densidad = 0,036 x 760 = 283 kilos Precio de la plancha A36 = Peso x 0,62
$ kilo
= 283 Kilos x 0,62
$ kilo
= $ 175,46
• Del material restante de la plancha de las cabezas toriesféricas se fabrican las 2 orejas de izaje. Costo total de planchas A - 36= $ 526,31 + $ 175,46
Costo total de planchas A - 36 = $ 701,77 Ø
NOTA: Los precios se consideran a Enero del 2004
63
4.2 Costos acoples roscados DIÁMETROS
DENOMINACIÓN
MATERIAL
CANT
PRECIO SIN IVA
válvula
1 ¼L”
COUPLING
llenado
NPT
# 3000
válvula
1 ¼L”
seguridad
1
$ 3.48
“
“
1
$3.42
“
“
“
$ 3.42
“
“
1
$2.35
“
“
1
$2.35
“
“
1
$1,45
NPT
“
“
1
$1,45
1¼
“
“
1
$3,48
∑ total =
$ 21,52
NPT
Flotador de
1 ¼L”
nivel
NPT
Multiválvula
¾ L”
descarga
NPT
Válvula
3/ 4 L”
drenaje
NPT
Manómetro
½ L” NPT
termómetro
A – 105
½ L”
Toma adicional
Tabla 4.- Costos de acoples Precio total acoples roscados = $ 21,52 + IVA Precio total acoples roscados = $ 21,52 + $2,58
Precio total acoples roscados = $ 24,10 Ø
NOTA: Los precios se consideran a Enero del 2004.
64
4.3 Costo válvulas El costo de válvulas, manómetro, etc = $ 350 Ø
NOTA: Los precios se consideran con IVA y son tomados a Enero del 2004
4.4 Costo de oxicorte y biselado a 30 0 Precio corte y biselado = $ 5,35 Precio corte y biselado = $ 4,24
c
Para un espesor: 12 mm
m c
Para un espesor: 8 mm
m
Calculo de longitud a cortar
• Cuerpo del tanque (espesor 12 mm): 1500 x 2 + 3800 x2 = 10,6 m • Dos cabezas toriesféricas (espesor 8 mm): ( 1370 X
π ) x 2 cabezas = 8,6 m
• Orificios para couplings 1 ¼ L” en cuerpo (espesor 12 mm) (diámetro exterior 42 mm X
π)X
8 orificios = 1,06 m
• Silletas Faja desgaste ( espesor 8mm ) = 6,3 m Placa soporte(espesor 12mm )
=9,2m
• Orejas de Izaje (espesor 8mm) = 2,1 m
65
• Costos de corte de material en 12mm Longitud total = 20,86m x $ 5,35
c m
= $111,60
• Costos de corte de material en 8 mm Longitud total = 17m x $ 4,24 Costo total de corte y biselado
c m
= $72,08
= $111,60 + $72,08
Costo total de corte y biselado =$ 183,68
Ø
NOTA : Este costo incluye mano de obra e insumos y se consideran a Enero
del 2004.
4.5 Costo de Rolado Precio Rolado = $ 0,17
c kg
Peso del Cuerpo = 3,8m x 1,5m x 0,012m x 7860 Costo de Rolado =$ 0,17
c kg
Kg m3
= 537,62 Kg
x 537,62 Kg
Costo de Rolado =$ 91,40 Ø
NOTA : Este costo incluye mano de obra, maquinaria e insumos y se
consideran a Enero del 2004.
66
4.6 Costo de conformado de 2 cabezas Precio Rolado = $ 1,65
c kg
Peso 2 cabezas = 185,38 kg Costo de conformado 2 cabezas = $ 1,65
c kg
x 185,38 kg
Costo de conformado 2 cabezas =$ 305,88 Ø
NOTA : Este costo incluye mano de obra, maquinaria e insumos y se
consideran a Enero del 2004.
4.7 Costo de ensamblado Costo de ensamblado = PESO RECIPIENTE × Orejas Izaje
=
3,62 Kilos
Sillas
=
70,47 Kilos
Cuerpo
=
537,62 Kilos
Cabezas
=
185,38 Kilos
C Kilo
797,09 Kilos Costo Ensamblado
= 797,09 k × $0,35
c kilo
Costo Ensamblado = $ 279
4.8 Costo de soldadura Costo de soldadura
= $5
C metro
× long . soldadura
67
Tanque = longitud cuerpo(1500mm) + longitud cabezas( 3800mm x 2) = 9.1 m Longitud orejas de izaje = 1,65m Longitud silletas = 3.8 m Longitud de Couplings = 1.06m
Costo Soldadura = 16m × $5
c m
Costo Soldadura = $ 80,00 Ø
NOTA : Este costo incluye mano de obra, maquinaria e insumos a Enero del
20004
4.9 Costo de Radiografías Costo de radiografía = $25
c radiografí a
Se debe realizar una radiografía por cada 15m de soldadura longitudinal y una radiografía por cada 15m de soldadura circunferencial Soldadura circunferencial = 3,8 x 2 = 7.6 m Soldadura longitudinal
= 1,5 m
Entonces se procede a realizar dos radiografías Costo por radiografía = $25 + $25 = $50 Costo realización de radiografía ( Mano de obra) = $ 82
68
Costo total de radiografía = $50 + $ 82 Costo total de radiografía = $132
4.10 Costo de prueba hidrostática Costo de prueba hidrostática =Volumen del tanque x $ 45
Costo de prueba hidrostática = 2 m 3 x $ 45
C M
C m3
= $ 90
Costo de prueba hidrostática = $ 90 Ø
NOTA : Este costo incluye mano de obra, bomba de presión manual e
insumos a Enero del 20004
4.11 Preparación superficial (Sandblasting) Costo preparación superficial = Área del tanque x $ 6 Área total externa =
C M 2
Σ Áreas (cabezas + cuerpo tanque + 2 Orejas izaje + Silletas)
Área Total = 10 m2 Costo preparación superficial = 10 m2 x $ 6
C M 2
Costo preparación superficial = $ 60 Ø
NOTA : Este costo incluye mano de obra, maquinaria e insumos a Enero del
2004.
69
4.12 Costo pintura Costo pintura = Área del tanque x $ 8 Costo pintura = 10 m2 x $ 8
C m2
C m2
Costo pintura = $ 80
Ø
NOTA : Este costo incluye Mano de obra + Pintura + Soplete incluye 1era
capa base + capa de acabado a Enero del 20004
4.13 Costo de la Inspección del INEN El INEN cobra $ 90 por cada tanque en el cual realizan tres visitas: - Primera inspección el tanque por el interior antes del sellado - Segunda inspección en la prueba Hidrostática - Tercera inspección cuando el tanque está terminado
Costo de la Inspección del INEN = $ 90
70
4.14 Costo total del recipiente
DESCRIPCIÓN
PRECIO
Costo total de planchas A - 36
$ 701,77
Costo total acoples roscados
$ 24,10
Costo de válvulas, manómetro, etc
$ 350
Costo total de corte y biselado
$ 183,68
Costo de Rolado
$ 91,40
Costo de conformado 2 cabezas
$ 305,88
Costo Ensamblado
$ 279
Costo Soldadura
$ 80,00
Costo total de radiografía
$ 132
Costo de prueba hidrostática
$ 90
Costo preparación superficial
$ 60
Costo pintura
$ 80
Costo de la Inspección del INEN
$ 90
COSTO TOTAL DE CONSTRUCCIÓN $ 2.467,83 COSTO DE DISEÑO 5 %
$ 123,39
PRECIO TOTAL DE VENTA ( SIN IVA )=$ 2.591,22 Tabla 5.-Costos del recipiente *Costo total de construcción = proceso de fabricación + costo administrativo . +30% utilidad
Nota : Costo adicional por transporte y montaje mecánico en planta dentro del distrito metropolitano de Quito: $300, previa verificación del lugar del montaje, y este valor no incluye obra civil.
71
CONCLUSIONES
Ø
En la presente tesis se indica una síntesis de los pasos a seguir para el diseño de un recipiente de una forma concisa y siguiendo los parámetros según el código ASME Sección VIII División 1.
Ø
Las cabezas toriesféricas son las que se utilizaron en el diseño del tanque por su facilidad de fabricación y menor costo.
Ø
Las hojas realizadas en Excel podrán ser
usadas para el diseño de
recipientes sometidos a presión interna producidos por el GLP, aire comprimido y gases de tipo industrial.
Ø
Las hojas electrónicas agilitan el cálculo de espesores del cuerpo y las cabezas, teniendo cuidado de ingresar correctamente los datos.
Ø
El material a utilizarse para las cabezas y el cuerpo del recipiente es el acero
A – 36, por su facilidad de adquisición en el mercado y su
versatilidad en la fabricación.
72
RECOMENDACIONES
Ø
Durante el proceso de fabricación del recipiente se cuente con la inspección oportuna del INEN, para que de esta forma se emita sin ningún inconveniente el certificado de conformidad, ya que es requisito indispensable para que el recipiente entre en funcionamiento en el país.
Ø
Desde el primer momento en que inicia la fabricación del tanque se debe llevar un control y una inspección de todos los procesos, debido a que el código ASME toma muy en cuenta el control de calidad en toda la elaboración del tanque.
Ø
Los procesos de radiografías, pruebas hidrostáticas y preparación superficial se la debe realizar con personal calificado.
Ø
Tener un conocimiento básico para la realización de las hojas en Excel
73
BIBLIOGRAFÍA: Ø
CÓDIGO ASME
SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1 ASME SECTION VIII PRESSURE VESSELS 1998 ADD. 2000 SECCIÓN II MATERIALS PARTE D (PROPERTIES) 2001
Ø
INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN
NTE Norma INEN 2261 Quito-Ecuador 2003
Ø
Empresa B & T Cía. Ltda
Calle de los cipreses y de los Helechos Quito-Ecuador.
Ø
Catálogo REGO 2002 ,Guía L-102-S V
Editado :2002
74
ANEXOS
75
ANEXO 1.1 NORMAS UTILIZADAS DEL CODIGO ASME SECCIÓN VIII DIVISIÓN 1
76
ANEXO 2.1
77
ANEXO 2.2
78
ANEXO 2.3
79
ANEXO 2.4
80
ANEXO 2.5
81
ANEXO 2.6
82
ANEXO 2.7
83
ANEXO 2.8
84
ANEXO 2.9
85
ANEXO 2.10
86
ANEXO 2.11
87
ANEXO 2.12
88
ANEXO 2.13
89
ANEXO 2.14
90
ANEXO 2.15
91
ANEXO 2.16
92
ANEXO 2.17
93
ANEXO 2.18
94
ANEXO 2.19
95
ANEXO 2.20
96
ANEXO 3 PROFORMA DE B & T
97
ANEXO 4 PLANOS DEL RECIPIENTE PARA ALMACENAMIENTO DE GLP DE 2 M3
98
