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Cálculo De Máxima Presion Permisible En Tanques Horizontales


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#1 GRANRICKY

GRANRICKY

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Posted 28 September 2010 - 02:39 PM

Buenas, esta es una consulta para que me puedan aclarar la siguiente duda: Para calcular la máxima presión permisible de operación para un tanque horizontal para GLP, de 17 m de largo entre costuras, diámetro de 3,75 m, cabezas hemisféricas, en función de los espesores mínimos medidos mediante ultrasonido: cuerpo 0,986", cabezas 0,481", se utilizaron las fórmulas establecidas en la Norma API 510 y en el libro "Manual de Recipientes a Presión" de Megyesy (pg.18). En este libro se recomienda realizar el cálculo para el espesor de las cabezas, por considerarlas el eslabón más débil.

La duda surge porque el criterio es que la máxima presión se ejerce longitudinalmente, es decir en el cuerpo del tanque, es por eso que se diseña con mayor espesor, en cambio las cabezas por su geometría, soportan menos presión y por eso se diseña con un espesor menor. Entonces parecería que el eslabón más débil debería ser el cuerpo del tanque y no las cabezas. Adicionalmente, es en el cuerpo del tanque donde se acumulan trazas de mercaptano, el cual es sumamente corrosivo.

Si se realiza el cálculo con la fórmula para las cabezas o con la fórmula para el cuerpo no hay mayor diferencia (2 o 3 psi), por lo que matemáticamente no habría mayor diferencia, sin embargo ¿qué criterio respecto al eslabón más debil se debería mantener?.

Agradecería mucho que me aclaren esta duda para poder realizar una evaluación más fundamentada técnicamente.

Gracias a todos/as

GRANRICKY



#2 Art Montemayor

Art Montemayor

    Gold Member

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Posted 28 September 2010 - 05:13 PM



Granricky:

Tu duda surge por tu equivocación. la presión dentro un tanque es la misma en todo sentido – ya sea longitudinalmente, o radialmente. El espesor, del cuerpo cilíndrico – tanto como el de las cabezas – se calcula empleando EL MISMO VALOR DE PRESION.

Contrario a lo que tú opinas, las cabezas suelen salir con un espesor menor que el del cuerpo cilíndrico debido a tu geometría: un objeto esférico o similar a una esfera tiene la propiedad de aguantar mayores presiones con el mismo espesor de un cuerpo cilíndrico.

Las cabezas no son consideradas como el eslabón más débil; eso le toca al cuerpo cilíndrico. No me imagino donde conseguiste tal idea.

Cuando hablas de cabezas para recipientes a presión, por favor siempre seis especifico. Hay cabezas esféricas, elípticas, y toriesfericas – además de las que se denominan “dishes” (platos) por no formar parte de un estándar. Cada tipo de cabeza tiene su ecuación especifica para determinar su espesor. Por eso es importantísimo ser específico cuando se habla de cabezas de recipientes. Deberías anotar que ya que el espesor requerido para las cabezas va ser menor, va existir una diferencia en diámetros interiores entre las cabezas y el cilindro. Por esa razón, siempre se necesita, como un detalle de fabricación, el diseño de un bisel en la sección cilíndrica para que la soldadura y la distribución de esfuerzos sean homogéneas cuando se arman las dos piezas. Este detalle es bien reconocido por un taller experimentado.

Cuando calculas un recipiente – tal como un tanque de GLP – vas encontrar que tus cabezas (típicamente de tipo elíptico, 2:1) van a salir con un espesor menor que el del cilindro. Esto sucede, como te he indicado, porque la cabeza – por su naturaleza – es mas resistente a la misma presión. Claro que el material de construcción es el mismo para el cilindro como para las cabezas – típicamente A516 Grado70.

Adjunto encuentras unos workbooks que te indican como se diseña un recipiente a presión de forma cilíndrica con cabezas de varios tipos. Espero que los estudies bien y que te ayuden en entender como llevar este diseño a cabo.

Attached Files



#3 GRANRICKY

GRANRICKY

    Brand New Member

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  • 2 posts

Posted 29 September 2010 - 10:35 AM

Buenas, le agradezco su respuesta y como podrá apreciar en el mensaje inicial, está claro desde un principio su planteamiento. Adicionalmente me permito aclarar que se trata de un tanque ya existente y que se le realizó una inspección de espesores mediante ultrasonido. Como se puede apreciar, está especificado el tipo de cabeza (hemisférica).

Reitero que la duda surge en el momento de cuantificar el parámetro de Presión Máxima Permisible de Operación, ya que las fórmulas existentes, tanto para el cuerpo como para las cabezas hemisféricas, arrojan un resultado prácticamente idéntico (una diferencia de unos pocos psi).

Para nuestro caso, si aplicamos las ecuaciones para los espesores Nominales del tanque analizado, por ejemplo:

P = presión máxima permisible

t cuerpo = 1”, t cabezas = 0,5”

S = 17500 (material SA-516-70)

E = 1 (dato de placa, inspección Rx al 100%)

R = 73,8 plg

Si se realizan los reemplazos respectivos, se observa una similitud en los resultados, por lo que el análisis matemático no despeja completamente la duda y al parecer, para fines de cuantificación de parámetros, daría prácticamente lo mismo considerar o el cuerpo o las cabezas (si estoy equivocado, mis disculpas).

Sin embargo, como se puede apreciar en las fórmulas, el único factor variable y comprobable mediante ultrasonido es el espesor de las secciones respectivas, por lo que estaríamos hablando en términos de pérdida de material. Con esta consideración, surgió el siguiente caso hipotético:

Consideremos que el tanque se encuentra en reposo, sin recubrimiento interior y que el sector inferior se encuentra inmerso en el medio altamente corrosivo que generan los residuos de azufre del GLP. En estas circunstancias, supongamos que se generan dos celdas de corrosión, en teoría de exactamente iguales características, tanto en el cuerpo como en una cabeza (sin tomar en cuenta el bisel que debe existir en la unión de las partes):

Al tratarse del mismo material de acero (sólo difiere el espesor) y encontrándose en las mismas condiciones de temperatura, medio corrosivo, etc., las celdas evolucionarían simultáneamente, causando una pérdida de material de iguales proporciones en las dos secciones del recipiente.

Como se puede apreciar, el espesor remanente en el cuerpo será mayor que en la cabeza. Si las celdas de corrosión siguen evolucionando, llegará un punto en el que, a pesar de sufrir una pérdida de material en las mismas proporciones, la afectación en la cabeza terminará en un defecto fugante, mientras que en el cuerpo se vería aún, un espesor remanente que podría contener el producto (a una presión disminuida, claro)

Si hablamos en términos porcentuales, para una misma afectación por pérdida de metal, con las mismas dimensiones y geometría, en el cuerpo se cuantificaría un 50% de pérdida de metal, mientras que en la cabeza se tiene una pérdida de metal del 100%.

Por las razones expuestas, surgíó la idea de que el eslabón más débil, desde el punto de vista del espesor en la formulación matemática, correspondería a las cabezas del tanque (a pesar de que da casi el mismo resultado considerar en la fórmula respectiva el cuerpo o la cabeza).



Como se puede apreciar, mi duda se mantiene y es por esa razón que solicito su valiosa colaboración para tener un criterio más claro al momento de evaluar las frías fórmulas que existen para estos análisis cuantitativos.

Anticipo mis agradecimientos a sus comentarios.






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