Los recipientes a presión son contenedores cerrados que están elaborados normalmente por una envolvente metálica capaz de contener gases o líquidos cuya temperatura y presión son diferentes a las del exterior. Este tipo de recipiente se utiliza para diversas funciones como la producción, almacenamiento, transporte y procesos de transformación de líquidos o gases. A continuación, conoceremos cómo se calcula el espesor de un recipiente a presión, para que de esta manera pueda mantener su carga (y entorno) seguro.

Formas de recipientes a presión

Los recipientes a presión pueden ser diseñados en diferentes formas, siendo la más común la forma cilíndrica, debido a que es más fácil de construir además de  requerir un menor espesor para resistir una misma presión (en comparación con otras formas geométricas). Otra forma utilizada es la esférica, la cual posee muchas ventajas, pero su uso se reduce a grandes esferas de almacenamiento, debido a la gran complejidad en su construcción.

Partes que conforman a un recipiente a presión

Todos los recipientes a presión están conformados por una envolvente, dispositivos de sujeción o bases, elementos y accesorios (dentro y fuera del recipiente), conexiones o válvulas para la entrada y salida de la carga, entre otros. Cuando se procede al diseño de un recipiente a presión se busca principalmente determinar los espesores de las diferentes partes que lo conforman, basándose en la forma y dimensiones del equipo, las condiciones de presión y temperatura, el material que será utilizado, las cargas que pudieran producirse por factores externos como el viento o terremotos, características del fluido, corrosión permisible y las normas o códigos que se deben cumplir en el diseño del recipiente a presión.

Códigos y normas para el diseño de un recipiente a presión

Actualmente existen algunas normas y códigos que se han adoptado en varios países, a tal punto que se han vuelto estándares a nivel global. Dentro de las normas más utilizadas para llevar a cabo el diseño de estos equipos (y por lo tanto el cálculo del espesor de un recipiente a presión) es el código americano ASME, el cual en su sección VIII, división 1 y sección VIII, división 2, indican los requisitos mínimos exigidos a los materiales, detalles constructivos, métodos de cálculo y  pruebas que se deben aplicar para que los recipientes a presión cumplan con los estándares de calidad.

Podemos destacar que en la práctica se hace uso de la división 1 para el diseño y la construcción de equipos sometidos a vacío, baja, media y alta presión; mientras que la división 2 es aplicada para los equipos sometidos a presiones alta y muy alta presión.

Cálculo del espesor de un recipiente a presión

Una vez establecida la forma y dimensiones del recipiente a presión, las características del fluido, las condiciones de presión y temperatura, además del material a utilizar, se procede a elegir la división que será aplicada para el diseño y por consiguiente, la definición de la respectiva “fórmula” a emplear para realizar los cálculos.

En el código ASME VIII, división 1, parte UG-27 se puede observar que existen dos ecuaciones relacionadas al esfuerzo circunferencial y al esfuerzo longitudinal, se debe definir si se trabajará la fórmula en función del radio interno o el radio externo del recipiente a presión, así como definir los límites de presión interior. En este punto se verifica si las ecuaciones de UG-27 cumplen con los criterios de presión.

Para esfuerzos circunferenciales la presión (P) debe ser menor que el producto de 0.385 por el esfuerzo permisible (S) por la eficiencia de junta (E)

P < 0.385 * S * E

Para esfuerzos longitudinales la presión (P) debe ser menor que el producto de 1.25 por el esfuerzo permisible (S) por la eficiencia de junta (E)

P < 1.25 * S * E

De ser necesario se hace uso de la tabla de propiedades de materiales de ASME VIII, sección 2, parte D, Tabla 1A para hallar el valor específico del esfuerzo permisible máximo en tensión (S) el cual está relacionado al material utilizado.

Finalmente se hace uso de la tabla UW-12 de ASME VIII, la cual indica la eficiencia de juntas máxima permisible, cuyo valor dependerá del tipo de junta, tipo de soldadura, la categoría de la junta y de la eficiencia de la junta requerida.

Finalmente, con estos valores obtenidos de las tablas de ASME VIII se procede al cálculo del espesor (t) con las ecuaciones respectivas, según el esfuerzo circunferencial y el esfuerzo longitudinal.

Esfuerzo circunferencial:

t = (P*R) / (S*E- 0.6*P)

Esfuerzo longitudinal:

t = (P*R) / (2*S*E + 0.4*P)

Como se puede observar se obtendrán dos valores de espesor, sin embargo, de acuerdo con UG-27 c, el espesor de un cuerpo cilíndrico debe ser el más grande que se haya obtenido en las ecuaciones para esfuerzos longitudinales y esfuerzos circunferenciales.

¿Qué opinas sobre este tema? ¿Te gustaría conocer más sobre el proceso de fabricación de un recipiente a presión?

Si tienes alguna duda o consulta puedes contactarte con nosotros o escribir tu consulta en la sección de comentarios.


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