Camilo Varela INSTALACIONES INDUSTRIALES

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SECCIÓN NORMATIVA

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Calefacción, climatización y ACS Gases combustibles Protección Medio Ambiente Divulgación Renovables
Combustibles líquidos e instalaciones petrolíferas Instalaciones frigoríficas Recipientes a presión Vehículos a motor

 

 

Norma 1

Cálculo, construcción y recepción de botellas de acero sin soldadura para gases comprimidos, licuados y disueltos a presión

1. Objeto.

Esta norma tiene por objeto establecer las condiciones técnicas relativas al material, cálculo, construcción y recepción de botellas de acero sin soldadura, destinadas a contener y transportar gases comprimidos, licuados y disueltos a presión.

2. Campo de aplicación.

Esta norma se aplica exclusivamente a botellas de acero sin soldadura, de capacidad en agua comprendida entre 1 y 150 litros y destinadas a contener y transportar, a temperatura ambiente, gases comprimidos, licuados y disueltos a presión.

3. Definiciones.

Límite elástico: Se considera que el término «límite elástico» corresponde al límite elástico superior, ReH. Sin embargo para los aceros que no presenten un límite claramente marcado, será preciso utilizar el límite elástico convencional Rp 0,2, correspondiente a una deformación no proporcional del 0,2 por cada 100. Cada una de estas magnitudes se entenderá definida de acuerdo con la norma UNE 7.262, «Ensayo de tracción para productos de acero. sustituido por por la Orden de 11 de Julio de 1983 por: UNE 36.401-81.-«Ensayos de tracción a temperatura ambiente de productos de acero.»

Normalizado: El término normalizado se refiere al tratamiento térmico por el que la botella acabada se somete a una temperatura uniforme por encima del punto crítico superior al acero (Ac3), seguido de un enfriamiento en aire en reposo.

4. Símbolos.

e = Espesor mínimo calculado de la envolvente cilíndrica (milímetros).

A = Alargamiento en tanto por ciento.

D = Diámetro nominal exterior de las botellas (mm.).

L = Longitud inicial calibrada en la probeta de ensayo a tracción (mm.).

n = Relación entre el diámetro del mandril de plegado y el espesor de la probeta.

Ph = Presión de la prueba hidrostática en kg/cm2 efectivos.

Re = Valor mínimo del límite elástico (ReH o Pp 0,2), según lo indicado en el párrafo 3, en kg/mm2, garantizado por el fabricante de la botella.

Rm = Valor real de la resistencia a la tracción en kg/mm2 determinada por el ensayo a tracción según el apartado 8.2.

So = Area de la sección original de la probeta de ensayo a tracción, en mm2 (UNE 7.262, «Ensayo de tracción para productos de acero». sustituido por por la Orden de 11 de Julio de 1983 por: UNE 36.401-81.-«Ensayos de tracción a temperatura ambiente de productos de acero.»).

W = Marca para las botellas templadas en medios que poseen una velocidad de enfriamiento superior al 80 por 100 de la del agua sin aditivos, a 20 °C y revenidas posteriormente.

5. Materiales.

  1. Condiciones generales.

    El material utilizado para la fabricación de las botellas debe ser acero calmado, elaborado en horno eléctrico, Martín Siemens u otro procedimiento similar.

    El fabricante establecerá medios adecuados para identificar las botellas con las coladas de acero de las que se hicieron.

  2. Composición química.

    Las botellas de acero sin soldadura se fabricarán preferentemente:

    El material utilizado para la fabricación de las botellas de acero sin soldadura no deberá exceder, en el análisis de colada, los límites que para el azufre y el fósforo se señalan a continuación:

    Azufre: 0,05 por 100.
    Fósforo: 0,05 por 100.

    El fabricante de las botellas deberá obtener y suministrar certificados de los análisis de colada realizados en los aceros destinados a la fabricación de las botellas.

    La desviación máxima admisible de los análisis de comprobación a partir de los límites especificados para el azufre y fósforo en los análisis de colada será + 0,005 por 100.

  3. Tratamiento térmico.

    El fabricante de las botellas certificará que éstas han experimentado un tratamiento térmico, y deberá indicar en el certificado el proceso de tratamiento térmico aplicado.

    Se autoriza el temple en medios distintos del aceite siempre que el fabricante pruebe que el método no produce grietas de tratamiento que puedan afectar a la seguridad de la botella.

    Si el grado de enfriamiento del medio es superior al 80 por 100 del agua a 20 °C sin aditivos, cada botella debe ser sometida a un método de ensayo no destructivo.

    Después del tratamiento térmico final el fabricante realizará un ensayo de dureza en todas y cada una de las botellas.

    La gama de valores de dureza así determinados estará dentro de los límites prefijados, de acuerdo con el tipo de acero y de tratamiento térmico.

6. Diseño.

  1. Condiciones generales.

    El cálculo del espesor de las partes sometidas a presión en las botellas se realizará en función del límite elástico del material.

    Con fines de cálculo, el valor del límite elástico se limitará a un máximo de:

    La presión interna para la cual se deben calcular las botellas será la presión de prueba hidrostática (Ph).

  2. Cálculo de la envolvente cilíndrica.

    El espesor mínimo de la envolvente cilíndrica se calculará mediante la fórmula:

    e = (Ph * D) / [(200 Re / 1,3) + Ph]

    El espesor de la envolvente cilíndrica sólo podrá ser inferior a 2,5 mm. cuando el valor de e, calculado según la fórmula anterior sea superior a 0, 136(D)1/2.

    En cualquier caso el espesor no será inferior a 1,5 mm. para botellas de capacidad igual o superior a tres litros, ni inferior a 1 mm. para botellas de capacidad inferior a tres litros.

    Las unidades se expresarán según lo indicado en el apartado 4.

  3. Cálculo de fondos.

    El espesor de un fondo convexo, medido en su centro, no será inferior a «2e».

    Sustituido por la Orden de 13 de junio de 1985 por:

    El espesor de un fondo convexo, medido en su centro, no será inferior a 2 e; no obstante, en las botellas destinadas a equipos de respiración para inmersión o protección industrial dicho espesor podrá reducirse si queda justificado por un código de diseño de reconocida solvencia.

    El espesor de un fondo cóncavo, medido dentro de la zona limitada por la línea representativa de los puntos de apoyo entre la botella y el suelo, cuando la botella esté en posición vertical, no será inferior a «2e». El diámetro de dicha línea representativa de los puntos de apoyo del fondo con el suelo deberá ser igual o mayor a 0,70 D.

    En ambos casos el perfil interior del fondo estará exento de puntos angulosos para conseguir una satisfactoria distribución de tensiones, y el espesor se incrementará progresivamente en la zona de transición entre la envolvente cilíndrica y la base del fondo.

  4. Cálculo de ojivas.

    El espesor de la ojiva medido en su centro y suponiendo que carece de extrusión y de agujero, no será inferior a «2e».

    Sustituido por la Orden de 13 de junio de 1985 por:

    El espesor de la ojiva, medida en su centro y suponiendo que carece de extrusión y de agujero, no será inferior a 2 e; no obstante, en las botellas destinadas a equipos de respiración para inmersión o protección industrial, dicho espesor podrá reducirse, si queda justificado, por un código de diseño de reconocida solvencia.

    El espesor en el fondo de los hilos de la parte roscada no deberá ser inferior al espesor mínimo de la envolvente cilíndrica «e».

7. Construcción y ejecución.

La botella se construirá por forjado o por estampación a partir de un lingote o palanquilla, o bien por fabricación a partir de un tubo sin soldadura o por embutición de una chapa plana. En el proceso de obturación del fondo no se admitirá aportación de metal.

Cada botella se examinará antes de proceder a las operaciones de cierre, a fin de comprobar el espesor y la posible existencia de defectos en las superficies interior y exterior. El espesor en cualquier punto no será inferior al mínimo especificado.

La superficie interna y externa de la botella deberán ser razonablemente lisas, tal como corresponda al procedimiento de fabricación, y estarán exentas de defectos que puedan afectar en forma adversa al seguro funcionamiento del recipiente.

La falta de redondez (ovalación) de la envolvente cilíndrica estará limitada a un valor tal que la diferencia entre el diámetro exterior máximo y mínimo en una misma sección transversal no exceda del 2 por 100 de la media de ambos.

El collarín será de un material compatible con el de la botella, y se unirá con seguridad siguiendo un método que no sea el de soldadura dura ni blanda, con aportación o sin ella.

Cuando se disponga un soporte en la base éste será suficientemente fuerte y se construirá con un material compatible con el del recipiente. La forma será tal que confiera al recipiente una estabilidad suficiente. El soporte se sujetará a la envolvente por un método distinto de la soldadura, blanda o dura. Cualquier hueco en el que pudieran depositarse gotas de agua se cerrará por un método distinto de la soldadura (con aportación o sin ella), a fin de evitar la entrada de agua.

Las válvulas correspondientes a los recipientes de más de cinco litros de capacidad se protegerán de los golpes de forma efectiva por el diseño de la envolvente (un saliente protector) o por medio de una fuerte caperuza roscada o ajustada en una forma que ofrezca idéntica seguridad. El medio de unión será distinto de la soldadura blanda o dura.

Cuando los recipientes estén destinados a su transporte en jaulas o bastidores no será necesario aplicar estos sistemas de protección.

8. Ensayos de recepción.

  1. Condiciones generales.

    Todos los ensayos de comprobación de la calidad del material de las botellas se realizarán con muestras de material de botellas terminadas.

    En cada lote de 200 botellas o menos, fabricadas a partir de material de análisis semejante y sometido a idéntico tratamiento térmico, se seleccionará una botella para ensayo, a fin de preparar las probetas para todos los ensayos necesarios.

    En cada botella destinada a ensayo se realizará un ensayo a tracción en dirección longitudinal, cuatro ensayos de curvado en dirección circunferencial y además, para espesores de pared no inferiores a 3 mm., se realizarán tres ensayos de resiliencia en dirección longitudinal.

  2. Ensayo de tracción.

    El ensayo de tracción se realizará de acuerdo con la norma UNE 7.262, «Ensayo de tracción para productos de acero». sustituido por por la Orden de 11 de Julio de 1983 por: UNE 36.401-81.-«Ensayos de tracción a temperatura ambiente de productos de acero.», sobre una probeta que posea las siguientes características:

    1. Estará de acuerdo con la figura 1 a), y poseerá una longitud calibrada L0= 5,65(S0)1/2 cuando su espesor de pared no sea inferior a 3 mm.

    2. Estará de acuerdo con la figura 1 b) cuando el espesor de pared sea inferior a 3 mm.

    3. Estará de acuerdo con la figura 1 c) cuando el espesor de pared sea inferior a 2 mm. y las dimensiones de la botella sean tales que no se pueda obtener la probeta indicada en la figura 1 b).

    Ambas caras de la probeta, que representan las superficies interna y externa de las botellas, se dejarán sin mecanizar.

    El alargamiento, en tanto por ciento, no será inferior a los valores indicados a continuación:

    1. Para botellas fabricadas con Ph £ 100 kg/cm2 y con espesor de pared no inferior a 3 mm.:

      • A = 2.500/(2,2 Rm) con un mínimo absoluto del 14 por 100, con un espesor de pared inferior a 3 mm. y superior o igual a 2 mm.

      • A = 2.500/(2,8 Rm) con un mínimo absoluto del 11 por 100, con un espesor de la pared inferior a 2 mm.

      • A = 2.500/(2,65 Rm) con un mínimo absoluto del 12 por 100.

    2. Para botellas fabricadas con Ph ³ 100 kg/cm2 y con un espesor de pared no inferior a 3 mm.

      • A = 2.500/(2,2 Rm) con un mínimo absoluto del 12 por 100, con un espesor de pared inferior a 3 mm.

      • A = 2.500/(3,0 Rm) con un mínimo absoluto del 9 por 100.

  3. Ensayo de doblado.

    El ensayo de doblado se realizará de acuerdo con la norma UNE 7.292, «Ensayo de doblado simple de productos de acero», en probetas obtenidas al cortar un anillo de 25 mm. de anchura en cuatro partes de igual longitud. Cada tira así obtenida se mecanizará sólo en los bordes.

    La tira no deberá agrietarse cuando se doble hacia el interior alrededor de una plantilla, hasta que los bordes interiores queden separados a una distancia no superior al diámetro de la plantilla (véase figura 2).

    El diámetro de la plantilla (o mandril) se establecerá en función de la resistencia a la tracción del material a ensayar por medio de la tabla indicada, a continuación, que da la relación entre la resistencia a la tracción real del material y el cociente (n) del diámetro del mandril dividido por el espesor de diseño de la probeta.

    Resistencia real a la tracción del material en kg/mm2 Valor de n
    Hasta 44 inclusive

    Más de 44 hasta 52

    Más de 52 hasta 60

    Más de 60 hasta 70

    Más de 70 hasta 80

    Más de 80 hasta 90

    Más de 90

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

  4. Ensayo de resiliencia.

    El ensayo de resiliencia se realizará de acuerdo con la norma UNE 7.290 «Ensayo de flexión de choque con probeta entallada de productos de acero», con probetas del tipo Charpy V.

    Sustituido por la Orden de 11 de Julio de 1983 por:

    UNE 36.403-81.-«Ensayos de resilencia charpy.

    La entalla será perpendicular a la cara de la pared cilíndrica.

    La probeta se mecanizará en su conjunto (en sus seis caras). Si el espesor de la pared no permite una anchura final de la probeta de 10 mm., éste será tan próximo como se pueda al espesor nominal de la pared cilíndrica.

    Ninguno de los valores de resiliencia obtenidos en el ensayo será inferior al indicado para cada caso en la tabla siguiente:

      Botellas con P(a) £ 100 Kg/cm2 Botellas con Ph > 100 Kg/cm2
    Anchura de la probeta en mm 3 a 5  5 a 10 3 a 5 5 a 10
    Temperatura de ensayo en °C 0 0 0 0
    Media de valores de tres probetas en kg/cm2
    Sustituido por la Orden de 13 de junio de 1985 por:

    Media de valores de tres probetas en kilogramo por centímetro cuadrado

    4,5 3,5 7,0 6,0
    Valor de una probeta individual en kg/cm2
    Sustituido por la Orden de 13 de junio de 1985 por:

    Valor de una probeta individual en kilogramo por centímetro cuadrado

    3,0 2,3 5,0 4,0

9. Recepción.

Cuando existe la evidencia de que un lote de botellas presentado a recepción cumple con las condiciones exigidas en esta norma, se someterán, todas las botellas del lote a una prueba hidrostática.

La prueba hidrostática se realizará según el procedimiento siguiente:

Se observará que la presión hidrostática en las botellas se eleva gradualmente hasta que se alcanza la presión de prueba Ph. La botella se mantendrá a dicha presión el tiempo necesario para averiguar que no existe tendencia a disminuir y que la estanquidad está garantizada. Dicho tiempo será, como mínimo de treinta segundos.

Como alternativa, y cuando exista mutuo acuerdo al respecto entre el fabricante y el comprador, se podrá observar el procedimiento siguiente:

Cada botella soportará una presión hidrostática interna, en la cual se medirá la dilatación volumétrica de la botella bajo la presión de prueba y se comparará con la dilatación volumétrica de la botella después de quitar la presión. Si una botella muestra una dilatación permanente será rechazada si esta dilatación volumétrica, una vez eliminada la presión excede del 10 por 100 de la dilatación volumétrica total media a la presión de prueba.

Además, las lecturas de dilatación se registrarán junto con el número correlativo de cada botella ensayada, de forma que la dilatación elástica (es decir, la dilatación total menos la dilatación permanente) a la presión de prueba resulte conocida para cada botella.

10. Marcado.

  1. Generalidades.

    Cada botella llevará en caracteres visibles y duraderos las inscripciones que se indican en este apartado.

    Dichas inscripciones se situarán en la ojiva de la botella, en una parte reforzada de la misma o en el collarín, que se fijará a la botella de forma permanente por medios distintos de la soldadura.

  2. Marcas generales.

    Símbolo W para las botellas templadas en medios que poseen una velocidad de enfriamiento superior al 80 por 100 de la del agua, sin aditivos, a 20 °C y revenidas posteriormente.

  3. Marcas complementarias.

    Las botellas para contener gases comprimidos llevarán, además de las marcas generales del apartado 10.2, las siguientes:

    Las botellas para contener gases licuados y amoníaco disuelto en agua llevarán, además de las marcas generales del apartado 10.2, las siguientes:

    Las marcas de identificación anteriormente indicadas se estamparán en una disposición determinada por acuerdo entre el fabricante y el cliente.

    Los troqueles usados para el marcado serán de pequeño radio en los cambios de sección del troquel, a fin de evitar la formación de bordes agudos en las marcas estampadas.

    Sustituido por la Orden de 11 de Julio de 1983 por:

    Las botellas para contener gases comprimidos llevarán, además de las marcas generales del apartado 10.2, las siguientes:

    Las botellas para contener gases licuados y amoníaco disuelto en agua llevarán, además de las marcas generales del apartado 10.2, las siguientes:

    Las marcas de identificación anteriormente indicadas se estamparán en una disposición determinada, por acuerdo entre el fabricante y el cliente.

    Los troqueles usados para el mercado serán de pequeño radio en los cambios de sección del troquel, a fin de evitar la formación de bordes agudos en las marcas estampadas.

Figura 1: probetas para el ensayo de tracción

Figura 1a: probeta cuando "e" ³ 3 mm

Figura 1b: probeta cuando "e" < 3 mm

Figura 1c: probeta cuando "e" < 2 mm y cuando no se puede obtener la probeta de la figura 1b

Figura 2: ilustración de la prueba de doblado

© INSHT. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo

 

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