DISEÑO DE RECIPIENTES A PRESIÓN

Esta es mi primera publicación, les dejo un valioso aporte para diseñar recipientes a presión bien explicado y muy completo, los cuales son muy útiles en plantas industriales y de mucha utilidad para todos aquellos Ingenieros que les gusta realizar diseños en el campo profesional. Espero que les guste.

                 CALCULO DE RECIPIENTE HORIZONTAL

Datos de diseño:
Tipo de recipiente: Horizontal.
Diámetro interno: 1372 mm = 54”.
Longitud tang-tang: 8.122 mm = 320”.
Gravedad especifica del liquido de operación: 1.532 Kg. /m3 = 95,64 lb/pie3 .
Cabezal / Cuerpo: SA 516 -70: S = 17.500 Psi. Sy = 38 Ksi. St = 70 Ksi.
Modulo de elasticidad del material @ 122°F (EY) = 29.000.000 Psi.
Bridas SA 350 -6 LF1.
Internos SA 333 - 1/SA 516 -70.
Aislamiento no requerido.
Temperatura de diseño: 50°C (122°F)/ - 40°C (-40°F).
Presión interna de diseño (PID): 300 Psi.
Presión externa de diseño (PED): 15 Psi.
Corrosión permisible (C.A): 4 mm = 0,157” ( Chlorine Inst. 4ta Edition).
Estampado ASME: requerido.
Cabezales: 2:1 semielipticos.
Código de diseño: ASME Sección VIII División 1, Zick’s Analysis 1995. Pressure Vessels Hand Book. Chlorine Institute, 4ta Edition.
Servicio: Tanque vaporizador de alimentación, Chlorine (Dry), Cl2 (g)
Eficiencia de la junta sin costura (E): 1.
Angulo de contacto (&): 121°
Radio interno (R): 27”.
R/2 < A < 0,2L.
Altura parcial del liquido (HPARC): 44,53”

PRESIÓN INTERNA
1.. Calculo del mínimo espesor requerido del cuerpo.
Usando Ecs. 11 y 13.

EC. 11 EC.13

=

=

Por lo tanto el espesor de pared de diseño para el cuerpo sometido a presión interna será

t = 0,627 pulg.

2.. Calculo del mínimo espesor requerido de los cabezales.
Usando Ec. 18.



=

El espesor seleccionado tanto para el cuerpo como para cabezales será:

t = 0,627 pulg.

PRESIÓN EXTERNA.
1.. Calculo del mínimo espesor requerido del cuerpo.
Asumiendo un valor para t = 0,627 pulg.

Longitud L = 329,2 pulg. (longitud del casco 320 pulg. Más un tercio de la profundidad de cada cabezal 2xHx1/3 = 9,2 pulg).

A = 0,00021 Determinado de la Fig. UGO-28.0

Coma el valor de A cae a la derecha de la línea aplicable de temperatura (122°F) en la Fig. UCS-28.2, se puede obtener el valor de B.

B = 3000

Usando Ec. 28.

>

Como la presión máxima permitida (MAWPa) es excesivamente mayor que la presión externa de diseño PED , seria aceptable un espesor supuesto menor.

Para un segundo tanteo, Asumir t = 0,5 pulg.

A = 0,00015

Como el factor A cae a la izquierda de la línea aplicable material-temperatura.

Ec. (29).

Como la presión máxima permitida (MAWPa) es mayor que la presión externa de diseño PED , el espesor supuesto es aceptable t = 0,5 pulg.

2.. Calculo del mínimo espesor requerido de los cabezales.

Para cabezales semielipticos 2:1, se tiene

Ec. (33)
donde:
K0 = 0,9 Para una relación 2:1.
D0 = Diámetro externo del cabezal.

Asumiendo t = 0,5 pulg.

Ec. (30)

De la Fig. UCS-28.2

Usando Ec. (31)
Como la presión máxima permitida (MAWPa) es excesivamente mayor que la presión externa de diseño PED , seria aceptable un espesor supuesto menor.

Segundo tanteo, Asumir t = 0,195 pulg.

Usando Ec. (31)
Como la presión máxima permitida (MAWPa) es mayor que la presión externa de diseño PED, el espesor supuesto es aceptable t = 0,195 pulg.

El espesor seleccionado para las condiciones de diseño será el de mayor valor entre todos los espesores calculados. Siendo este el más apropiado para dar seguridad al recipiente.
t = 0,627 pulg.
El espesor comercial será tcom = 11/ 16” = 0.6875 pulg.
Por lo tanto ts = tcom – C.A = 0,6875 pulg – 0,157 pulg.
ts = 0,53 pulg.

3.. Ubicación de las silletas.
1- Calculo del peso total ( Q).
a) Peso del casco =
b) Peso de los cabezales = 2 x 769 lb = 1.520 lb
c) Peso de la boquilla (1) clase 300, 24 pulg = 1.131 lb
d) Peso de la boquilla (2) clase 150, 3 pulg = 16 lb
e) Peso de la boquilla (3) clase 150, 3 pulg = 16 lb
f) Peso de la boquilla (4) clase 600, 1,5 pulg = 13 lb
g) Peso de la boquilla (5) clase 600, 1,5 pulg = 13 lb
h) Peso de la boquilla (6) clase 150, 3 pulg = 16 lb
i) Carga total de agua = (Vol. Del cilindro + Vol. De los cabezales) x Densidad.agua
Carga total de agua =
ver imagen para volúmenes de cascos y cabezales.

j) Peso del líquido de operación = (Vol. Parc. Cilind + Vol. Parc. Cabez)xGrav. Esp. Op

Coeficiente = 0,882462 ver imagen para coeficiente de volumen parcial para cilindos ó cascos

a) Volumen parcial del cilindro = Vol. Total x Coeficiente

Volumen parcial del cilindro = 447,853 pie3 x 0,882462 = 395,21 pie3

b) Volumen parcial de los cabezales = Vol. Total x Coeficiente
Coeficiente = 0,918844 ver imagen para coeficiente de volumen parcial para cabezales
Volumen parcial de los cabezales = 0,2618 x (4,5 pie)3 x 0,918844 = 21,92 pie3

Peso del líquido de operación = 95,64 lb./pie3 x (21,92 pie3 + 395,21 pie3 ) =39.894,31 lb

El peso del liquido en operación es mayor que la carga total de agua, por lo tanto se sumara este peso al peso total (Q).

< A <

< A <

Esfuerzo flexionante longitudinal (Sl).
1.. Esfuerzo en las silletas.
Primer tanteo para: A = 34 pulg.

2.. Esfuerzo en el centro del recipiente.

Segundo tanteo para: A = 34,469 pulg.

Esfuerzo en las silletas.

Esfuerzo en el centro del recipiente.

Como el esfuerzo en las silletas es aproximadamente igual al esfuerzo en el centro del recipiente, la distancia entre la línea tangente y el centro de la silleta (A) es aceptable.

3.. Esfuerzo debido a la presión interna.

Suma de los esfuerzos de tensión.

La suma de los dos esfuerzos de tensión es menor que el esfuerzo permitido del material por la eficiencia de la junta.


El esfuerzo a compresión no es determinante ya que

Esfuerzo cortante tangencial ( ).
tS = tcuerpo + tplaca = 2(0,53 pulg) = 1,06 pulg
Como es mayor que , la ecuación aplicable es:

es menor que 0,8 veces el esfuerzo permitido del material del recipiente (MASV).

Esfuerzo circunferencial.
1.. Esfuerzo en el cuerno de la silleta ().

Estimaremos un valor para el ancho de la silleta (), ya que este no debe exceder de 9,18 pulg;
ts = tcuerpo + tplaca = 2(0,53 pulg) = 1,06 pulg


& = de la grafica de la constante

Como L = 320 pulg es mayor que 8 x R = 8 x 27,53 = 220,24 pulg la ecuación aplicable es:

es menor que 1,5 veces el esfuerzo permitido del material del casco (MASV).

Por lo tanto el valor considerado para el ancho de la silleta (), es aceptable.