Diseño de recipientes para procesos industriales

Diseño de recipientes para procesos industriales: Cabezales y Fondos

07 diciembre 2015

Como concepto ideal en el diseño de recipientes para procesos industriales, el recipiente esférico es el más adecuado para resistir las altas presiones, por ello éstos recipientes esféricos se usan para el almacenaje de gases licuados y otros fluidos que deben ser conservados a altas presiones. Tengamos presente que este tipo de recipientes no se usa en los procesos, utilizándose  para estos casos los recipientes cilíndricos, pese a su menos eficacia mecánica.

Para el diseño de recipientes, los fondos de los extremos del cilindro se realizan mediante una chapa con forma de casquete, cuya curvatura más útil, bajo el punto de vista mecánico, es la “semiesférica”, ya que ha igualdad de espesores presenta la mayor resistencia al esfuerzo, es la solución menos empleada por su elevado coste, usándose solamente en los casos críticos.

cursodeespecializaciondepiping

Los tipos más usuales de fondos son:

  • Semiesféricos: Su forma es la mitad de una esfera. Debido a su alto coste, se realiza únicamente en el caso de precisarse un gran espesor con otros tipos de fondo o en el caso de recipientes realizados con materiales especiales, como:
    • Acero al carbono con espesor > 60 mm
    • Acero aleado con espesor > 50 mm
    • Acero inoxidable > 40 mm.
Diseño de recipientes para procesos industriales
Diseño de recipientes para procesos industriales
  • Elípticos: Se forma mediante una elipse de revolución, con semiejes en la relación 2/1, es el más empleado, debido a la facilidad de su estampación.
  • Policéntricos: Ambos tipos están formados por una figura de revolución, cuyo perfil interno se obtiene mediante la unión de 2 radios de curvatura con centros situados en puntos diferentes, los más utilizados son: 
  • Seudoelíptico o “Korbbogen”, que tiene el mismo campo que los elípticos.
  • Policentrico o “Klopper”, de relación 10:1, se usa en casos de baja presión debido a que requiere mayores espesores.

La construcción de ambos fondos se realiza por estampación.

Diseño de recipientes para procesos industriales
Diseño de recipientes para procesos industriales

 

Uno de los puntos a tener en cuenta con estos fondos durante el diseño de recipientes para procesos industriales, es que en ellos se realiza la transición de una figura abombada a una cilíndrica, que es la carcasa, esta línea de transición, denominada línea de tangencia (LT), está sometida a fuertes tensiones axiales, que se traducen en elevadas tensiones locales, por ello en esta zona se localiza la parte más débil del recipiente, para no incrementar esa debilidad, se dota al fondo de un cuello cilíndrico, de altura h<100 mm, para que la soldadura a la virola inferior de la carcasa (LS) no coincida con la línea de tangencia evitando que la soldadura se situé en la zona más solicitada por cargas.

Diseño de recipientes para procesos industriales
Diseño de recipientes para procesos industriales

No realizar esta unión del modo indicado provocaría que la soldadura presentase una discontinuidad y por tanto un punto débil en la estructura del recipiente, además de la diferencia de espesores que tendría lugar precisamente en esa zona.

La diferencia de cota entre la soldadura y la línea de tangencia (LT) tiene un valor de acuerdo con la Norma o Código de cálculo utilizado.

Las cotas en sentido axial suelen ser referidas a la línea de tangencia (teórica) y no la de soldadura.

Otro tipo de fondo utilizado en el diseño de recipientes para procesos industriales es el cónico, formado a partir de un cono realizado en chapa; dependiendo de la forma de la unión a la carcasa, podemos hablar de 2 tipos:

  • Cónicos o de cuello cilíndrico: de altura no inferior a 25 mm, en los que se realiza la transición del cuello del fondo a la parte cónica mediante una curva de radio “r” cuyo valor es diferente para cada una de las diversas Normas que rige la construcción de los recipientes, pero de cualquier forma no será inferior a 3 veces el espesor de la chapa (virola) que forma el cono. No se recomienda utilizar semiángulos superiores a 45º.
  • Unión directa entre Cono y Carcasa: en éste tipo de fondos para recipientes la parte cónica esta soldada directamente a la parte cilíndrica sin cuello recto ni curvado, ofreciendo una menor resistencia a la presión que el anterior, su utilización se limita a fondos con un semiángulo inferior a 20º permitiéndose semiángulos de hasta 30º.
  • Planos: cuando el diámetro del recipiente es ≤ 900 mm. Y la presión es reducida; esta solución resulta muy económica. Su construcción se realiza mediante una chapa plana soldada a la carcasa, presenta estos inconvenientes: 
  • Se requieren grandes espesores.
  • La zona de soldadura es un punto débil.
  • Es muy poco resistente a la presión.

Los fondos o cabezales planos pueden soldarse a los recipientes, o instalarse como bridas ciegas en recipientes pequeños.

En el Diseño de recipientes para procesos industriales, las necesidades del proceso indican el tipo de fondo que debe usarse en cada caso; en un depósito de decantación, el cabezal inferior debería ser cónico. Al escoger el tipo de cabezal, se optará por el más económico de ellos.

Cuando el recipiente está constituido por varios cilindros de diversos diámetros, se intercala virolas troncónicas de transición para las que son válidas las recomendaciones de los fondos cónicos, empleándose preferentemente las virolas con cuello y radio de acuerdo.

Si quieres saber más sobre el diseño de recipientes para procesos industriales, puedes suscribirte al newsletter de reingeniería de procesos dónde encontraras información actualizada para mejorar sus instalaciones y hacerlas más eficientes.

CTA EBOOK AIRE COMPRIMIDO

Diseño de recipientes para procesos industriales