Semana 11: materiales, soldaduras y equipos para sólidos

Introducción al Código ASME

Condiciones de operación

De ese video podemos identificar dos factores muy importantes para el diseño de equipos sujetos a presión: las condiciones de operación, la selección del material de construcción (que depende de las especies químicas a contener) y la influencia del tipo de soldadura empleada en la construcción de estos recipientes. Primero hay que conocer las condiciones a las cuales operaría el recipiente, ya que su operación óptima dependerá de la función que cumple dentro del proceso y la presión y temperatura de operación.

Para simplificar las consideraciones que debemos tomar en cuenta, vamos a consultar las Tabla 1-4 del libro de texto de Moss y Basic (2013):

Directrices para establecer la presión y temperatura de diseño
Presión de diseño
Ítem Máxima presión de operación (PSIG) Presión de diseño (PSIG)
1 Vacío (total o parcial) 50 PSIG interna + Vacío total
2 0 a 5 50 PSIG interna + Vacío total
3 6 a 35 50
4 36 a 100 Operación + 15
5 101 a 250 Operación + 25
6 251 a 500 Operación + 10%
7 501 a 1000 Operación + 50
8 más de 1000 Operación + 5%
Temperatura de diseño
Ítem Máxima temperatura de operación (ºF) Temperatura de diseño (ºF)
1 Menor a -10 Operación – 25
2 -9 a 14 Operación – 20
3 15 y mayores Operación + 50

Materiales

Respecto a la selección de los materiales, los ingenieros mecánicos no se preocupan mucho por las especies químicas que contenga o procese el recipiente y vuelven a simplificar proponiendo una serie de consideraciones de servicio (mostradas en un listado en la página 34):

A continuación se presenta una lista de servicios que requieren consideraciones especiales respecto al diseño del recipiente y/o a la selección del material de construcción:

  1. Servicio cíclicos: fatiga
  2. Servicios letales
  3. Servicios sometidos a vibración
  4. Servicios de choque; térmico o de carga
  5. Servicios de baja temperatura
  6. Criogénico
  7. Servicios de talta temperatura
  8. Servicios de arrastre o deslizamiento (creep)
  9. Servicios de arrastre con fatiga
  10. Servicios corrosivos
  11. Contenido:
    1. Servicios de hidrógeno
    2. Servicios de H2S húmedo (agua amarga, sour water)
    3. Servicios cáusticos
    4. Servicios de amoniaco
    5. Servicios de cloro
    6. Servicios de aminas
    7. Ácido sulfúrico
    8. Ácido clorhídrico
    9. Ácido flourhídrico
    10. Ácidos politiónicos

Si lo notaron en realidad es un listado de categorías, en el que sólo se hace un poco de más énfasis en el capítulo 11 sobre los materiales recomendados para servicios a diferentes temperaturas que puede ser consultado en esta imagen. La recomendación general es que se analicen todas las especies químicas que se utilicen como materiales primas o que se produzcan en el procesamiento, se consulten por lo menos su Hoja de datos de seguridad (MSDS, por sus siglas en idioma inglés) y con base en ello se seleccione un material adecuado de construcción.

Cada material tiene características mecánicas diferentes en función de la temperatura de diseño: el libro de Megyesy tiene una sección dedicada a los materiales de construcción que tomaremos de referencia de la página 156 a la 159. Específicamente en la 159 se reportan esfuerzos máximos a la tensión (identificados por una S y en unidades de psi).

Para encontrar información adicional sobre la composición química de los materiales de construcción les recomiendo leer la siguiente referencia:

Gräfen, H. 2000. Construction Materials in Chemical Industry. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.

Soldaduras

¿Qué sabes de soldaduras?

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Como gente moderna que somos, seguramente veremos un programa de televisión para enterarnos de un montón de cosas sobre las soldaduras.

¿Cómo se representan estas uniones en un esquema gráfico? El usuario colvert30 desde Perú, nos comparte esto tutoriales:

Actividad 1

Descarga el siguiente archivo Tanque de almacenamiento de químicos.

Con la información de SOLDADURAS del libro de Megyesy (ver Figura de la página 144), realiza una propuesta que especifique el material (y la concentración de la aleación) con el que se construiría el recipiente y tipo de soldadura que requerirán todas la uniones del tanque, de acuerdo a las siguientes consideraciones:

Número de lista / Especie química / Temperatura de operación / Diámetro nominal

1 – 7 / Ácido nítrico / 60 ºF / 24″

8 -14 / Agua salada / 50 ºF / 180″

15 – 21 / Benceno / 100 ºF / 250″

22 – 28 / Tolueno / 30 ºF / 20″

29 – 45 / Amoniaco / -300 ºF / 100″

Modified_Hanson_steelwatertank

Comparte en un tuit por lo menos 3 capturas de pantalla del trazo modificado
(dos de símbolos de soldadura y una de la tabla de especificaciones) con el  HT #2017BEDEPQTarea25. El tipo de soldadura debe considerar el tiempo de material de consutrucción a unirse y el tipo de fluido que estará conteniendo este recipiente (prueba de rayos X).

Captura de pantalla 2017-10-24 a la(s) 12.38.19.png


Operaciones y procesamiento sólido-sólido

En la mayoría de los casos, los procesos químicos exigen un cambio en el tamaño de partícula de las materias primas. El capítulo 21 del Perry 8va (edición en inglés) está dedicado a los conceptos que dictan las bases del diseño de los equipos de transporte y manejo de sólidos. Entre ellos se encuentran:

Actividad 2

Tomando como referencia el capítulo 21 del manual del IQ de Perry en su 8va edición en idioma inglés, realizarán la representación en CAD de las siguientes figuras:

Número de lista / Figura

1 – 6 / FIG. 21-172 Schematic of a CF granulator

7 -12 / FIG. 21-167 Fluid-bed granulator for batch processing of powder feeds

13 – 18 / FIG. 21-160 High-shear mixer granulators for pharmaceutical granule preparation for subsequent tableting. (a) Horizontal plough shear, (b) vertical bottom-driven shear, and (c) vertical top-driven shear

19 – 24 / FIG. 21-84 A typical agglomeration circuit utilized in the processing of pharmaceutical or agricultural chemicals involving both granulation and compaction techniques

25 – 30 / FIG. 21-53 Weighing hopper with additive weighing for feeding a batch mixer. 1.1 Storage silos; 1.2 big bag, bag, drum; 2.1–2.2 dischargers; 3.1–3.3 feeder units; 4 cutoff; 5 flexible connections; 6 weighing hopper; 7 support for gravity force; 8 gravity-operated sensor (load cell); 9 set point; 10 weighing analysis and regulation; 11.1 measured value indicator or output; 11.2 recorder (printer); 12 cutoff; 13 flexible connection; 14 mixer; 15 discharger; 16 dust extraction and weighing hopper ventilation; 17 mixer ventilation.

31 – 36 / FIG. 21-50 Classification of mixers—movement of material by rotating agitators or revolving containers.

37 – 45 / FIG. 21-49 Classification of bunker or silo mixers following Müller

La captura de pantalla de su figura en AutoCad se compartirá con el HT #2017BEDEPQTarea26.


Invitación al Seminario de Investigación en IQ: Dr. Miguel Ángel Santana Aranda

El próximo viernes 27 de octubre en el Auditorio Antonio Rodríguez (Módulo E) a las 13:00 hrs.

Pueden consultar la información completa de la charla en el siguiente vínculo.

Se acumularán 20 puntos extra a su tercera evaluación parcial a los que asistan (y estén atentos) al seminario. No me fallen.

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