Los tanques a presión o recipientes sujetos a presión son fundamentales en gran parte de las industrias, como la textil, la celulosa y de papel, azucarera, alimentaria y de bebidas, química, petroquímica, automotriz, siderúrgica, metalúrgica, calera y cementera.
Este tipo de recipientes tienen la función de contener líquidos o gases que deben ser almacenados, transportados y manejados, por lo que requieren condiciones específicas de fabricación, operación y mantenimiento.
Por eso, en este artículo te compartimos lo que debes saber sobre estos recipientes: sus partes, características, tipos, usos y normativas para que consideres toda la información al momento de fabricar o adquirir esta solución para tu proyecto.
Tanques a presión: definición y componentes
Los recipientes sujetos a presión son artefactos o aparatos construidos para operar con fluidos o gases a presiones superiores a la atmosférica. Esta presión se puede generar de fuentes externas o con la aplicación de calor de manera directa, indirecta o ambas.
Cuando el diseño interno de un recipiente excede los 15 psig, se considera sujeto a presión. Las principales partes de las que está compuesto este tipo de tanque son:
- Soportes. Dispositivos de apoyo, normalmente en forma de silletas y cunas.
- Cuerpo. Envoltura metálica que cubre el recipiente. Está conformada por la carcasa y las tapas.
- Cubierta. Formada por virolas (tuberías o chapas curvadas) soldadas unas con otras.
- Tapas. Con ella se cierra la carcasa. Estos cabezales pueden ser de tipo hemiesférico, elíptico, toriesférico, cónico, toricónico o plano.
- Conexiones. Abarcan la entrada y salida de fluido, pero también las hay para conectar con instrumentos, como manómetros, termómetros, indicadores o reguladores de nivel, válvulas de seguridad, y para operaciones de drenaje, venteo y limpieza.
- Anillos atiesadores. Pueden estar al interior o exterior de un recipiente, y ser atados al cabezal por soldadura.
- Accesorios externos. Fungen como soportes de instalación para aislamiento, anclajes de aplicación en la protección contra incendios, soportes de escalera, plataformas, tubería y pescantes.
En Grupo Acura fabricamos tanques con diversas características y necesidades especiales, en cumplimiento con las normas API y ASME. Ponte en contacto con nosotros para comenzar a trabajar en tu proyecto y especificaciones.
Si lo que buscas son tanques de acero inoxidable, consulta nuestra guía de beneficios, tipos y procesos.
Tipos de recipientes a presión
Estos se pueden dividir según los siguientes aspectos:
Uso
- Almacenamiento: se ocupan como depósitos de fluidos a presión. Un ejemplo son los tanques de almacenamiento.
- Proceso: transforman la materia prima en productos o subproductos. En este caso, se usan intercambiadores de calor, reactores, torres fraccionadoras, de destilación, entre otros.
Forma
- Esféricos: recomendados para almacenar grandes volúmenes a altas presiones. También son usados como tanques de almacenamiento para gas natural, butano, amoníaco, isobutileno, entre otros. Su principal ventaja es que la doble curvatura ayuda a mantener, desde todas las direcciones, la presión interior.
- Cilíndricos: empleados para volúmenes pequeños a moderados que, en ocasiones, requieren refuerzos locales adicionales porque las tensiones en la envolvente varían con la dirección. Se pueden dividir en dos:
1. Vertical: cuyas partes incluyen la conexión superior e inferior, la brida de conexión, la placa de características, el acceso al faldón y el faldón, la placa base, el envolvente, la orejeta izado y el cabezal superior. Ejemplos de este tipo son los reactores y las torres.
2. Horizontal: compuesto del refuerzo de conexión, el cabezal, soporte, la placa de características, la boca de hombre, el cabezal y el envolvente. Se usan normalmente como acumuladores, ya sea de flujo de vapor o sustancias para equipos especiales.
Como parte de las mediciones, la geometría del tanque se calcula según el diámetro interno del equipo y la distancia entre las líneas de tangencia, es decir, los puntos en los que comienza la curvatura de la tapa o cabezal. Si quieres saber más detalles sobre nuestra forma de trabajo y especialidad en el mercado, contáctanos.
La forma cilíndrica es una de las más convenientes para ser fabricada y transportada. Por ello se deben considerar los esfuerzos longitudinales y circunferenciales.
Objeto
- Generador de vapor o caldera: usado para generar vapor de agua o calentar un fluido, a través de la aplicación de calor con combustión de materiales, reacción química, energía solar o eléctrica.
En el caso de los generadores de vapor, al ser de alta potencia, se usan para mover turbinas o motores, muy ocupados en la industria eléctrica. Las calderas se suelen utilizar en los hospitales y en la industria de alimentos para procesos de esterilización y cocción, respectivamente.
- Recipientes criogénicos: se ocupan como depósitos de doble pared, cuyo contenido es un líquido criogénico, cuyo nombre se debe a que es un elemento que se licua a una temperatura de menos de 150 grados centígrados.
Además de contener esto, tiene un espacio vacío y un aislante térmico para reducir la transferencia de calor. Se usa para procesamiento de metales e hidrocarburos, además de almacenar alimentos, vacunas y otros insumos que requieran de estas condiciones.
Si quieres saber más sobre otra de nuestras soluciones, los sistemas de tratamiento de aguas, revisa nuestro artículo al respecto.
Normativas de diseño y condiciones de seguridad de los recipientes sujetos a presión
El Código de la American Society of Mechanical Engineers (ASME), establece las reglas de construcción, en cuanto al diseño, planos, materiales, procesos de fabricación e instalación, pruebas, inspección y certificación. Su objetivo es crear reglas de seguridad para el manejo de estos equipos.
El código ASME basa sus recomendaciones en buenas prácticas, sobre todo para el área de códigos de diseño y calderas, que dependen, principalmente, del tipo de recipiente según el servicio, la función, ubicación del mismo, naturaleza del fluido, temperatura y presión de la operación.
En este tipo de normativas participan distintas especialidades en ingeniería, soldadura, materiales, ensayos no destructivos, de pruebas, válvulas de alivio, entre otras.
En general hay tres divisiones de diseño, según el esfuerzo y la presión, lo que define el tipo de recipiente y su geometría:
- División 1: el diseño es de tipo conservador con un esfuerzo normal de recipiente, de hasta 210 kg/cm2.
- División 2: consiste en un análisis detallado, con la máxima energía de distorsión y esfuerzos mayores.
- División 3: la medida es de muy alta presión, que va más allá de los 10 mil psig.
Los principales aspectos de diseño para tener en cuenta son:
- Espesor de la envolvente.
- Longitud de las líneas soportes.
- Uso, tamaño y espaciamiento de los anillos de refuerzo.
- Temperatura, cargas, esfuerzos y espesor de corrosión.
- Geometría de equipos.
- Resistencia del material.
El diseño debe considerar estas variables y verificar su correspondencia con las solicitudes del proyecto en cuestión.
En cuanto al proceso general de diseño se deben considerar:
- Datos de diseño. Como los especificados anteriormente.
- Espesores mínimos requeridos. Para corazas y cabezales en calderas de vapor el espesor mínimo es de 6 milímetros. Para corazas y cabezales en servicio de aire comprimido o de vapor y agua, es de 2.4 mm. En ambas, se incluye el espesor considerado por corrosión. Para el tanque en general, el mínimo es de 4.76 milímetros.
- Rigidez del tanque y proceso final. Elaboración de planos, procuración de materiales y pruebas.
Generalmente, los materiales usados son placas de acero al carbono y, cuando se trata de partes secundarias o misceláneas, se hacen con aceros estructurales. Esto depende de los tipos de fluido, así como de las condiciones de temperatura y presión de los recipientes.
En todos los casos es importante verificar la responsabilidad del fabricante y su relación con el cumplimiento del código ASME o de la normativa aplicable. En Grupo Acura cumplimos con todos los estándares nacionales e internacionales de seguridad. Comunícate con nosotros para saber más de tu proyecto.
Lo importante del diseño es crear un sistema estable con mayor resistencia a la presión exterior, ya que el cambio en este sentido puede ser repentino e irreversible.
Otra de las normas importantes para considerar es la NOM-020-STPS-2011, que trata sobre el funcionamiento y las condiciones de seguridad que debe cumplir cualquier proyecto que implemente esta tecnología en sus instalaciones:
- Clasificar a los equipos instalados, según el inventario actualizado, para evitar accidentes de cualquier tipo en el manejo y almacenamiento de los elementos en los tanques.
- Contar con estampa que mencione los siguientes datos: nombre del constructor, presión máxima de trabajo, temperatura mínima de diseño, número de serie del fabricante, año y tipo de construcción.
- Elaborar un expediente por cada equipo, para llevar el control de programas de revisión y mantenimiento de los equipos, así como la calibración de los instrumentos y dispositivos.
- Elaborar manuales y programas para operar, revisar y dar mantenimiento a los equipos, tanto a aquellos que requieren soldadura, como a los que no.
- Cumplir con todas las condiciones de seguridad necesarias para cada equipo o categoría de equipo.
- Crear un plan de emergencias, con personal capacitado para atender las mismas.
- Generar campañas de información y actualización para el personal sobre los peligros y riesgos de los equipos, así como el correcto manejo de los fluidos que contienen, en términos de operación, mantenimiento, reparación y testeo.
- Tener registrados los resultados de todas estas fases y contar con la documentación relevante a mano.
Es importante tomar en cuenta que existen infracciones para quienes no cumplan con las condiciones mencionadas. Por eso te recomendamos hacer inspecciones periódicas del equipo para manifestar a tiempo anomalías y condiciones inseguras y, en su caso, reparar o dar de baja ciertos equipos.
En el caso de la demostración de seguridad, esto puede hacerse mediante exámenes destructivos, como pruebas a presión, o no destructivos, como el expediente de integridad mecánica o el método alternativo.
Es importante que el recipiente esté diseñado para soportar todo tipo de condiciones, incluyendo el viento, la nieve y las reacciones sísmicas.
Para la prueba de funcionamiento, se puede hacer con disparo de la válvula de seguridad en el equipo o en el banco de prueba, además de la demostración documental. Para la inspección existen diferentes tipos: inicial, extraordinaria o de comprobación.
Al respecto, la Secretaría de Trabajo y Previsión Social (STPS) en México es quien genera los avisos respectivos sobre si se autoriza o no el uso del tanque, o si hay algún riesgo inminente.
De igual forma, las unidades de verificación por dictamen pueden ser para cada equipo, un conjunto de estos o por todos los instalados en el centro de trabajo. Por eso, en Grupo Acura todos nuestros tanques son analizados con rayos X y pruebas no destructivas antes de llegar a su destino final. Cotiza con nosotros para crear la solución perfecta de tu negocio.
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