Camilo Varela INSTALACIONES INDUSTRIALES

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SECCIÓN NORMATIVA

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NORMA 8

Cálculo, construcción y recepción de botellas de acero soldadas para cloro.

1. Objeto.

Esta norma tiene por objeto establecer las condiciones relativas al cálculo, construcción y recepción de las botellas de acero soldadas destinadas a contener y transportar cloro líquido.

2. Campo de aplicación.

Esta norma se aplicará exclusivamente a las botellas de acero soldadas cuya presión de prueba no exceda de 30 kilogramos/centímetro cuadrado, destinadas a contener y transportar cloro líquido a temperatura ambiente.

Se constituirán solamente con capacidades para 50 y 100 kilogramos de cloro. Los diámetros exteriores de estas botellas serán de 235 y 325 milímetros, respectivamente. La diferencia admisible para la capacidad será de + 5 por 100 y -0 por 100.

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

Se construirán, para una capacidad máxima de 100 kilogramos de cloro.

El valor máximo prescrito para el grado de llenado será de 1,25 kilogramos de cloro por litro de capacidad.

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 elástico claramente marcado se utilizará el límite elástico convencional Re 0,2, correspondiente a una deformación proporcional del 0,2 por 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.».

Acero: El material utilizado para la fabricación de las botellas será acero calmado, elaborado en horno eléctrico «Martin-Siemens» u otro procedimiento similar.

Distensionado: El término distensionado se refiere al tratamiento térmico por el que la botella acabada se somete a una temperatura uniforme por debajo del punto crítico del acero (Act), seguido de un enfriamiento al aire en reposo.

4. Símbolos.

a = 

Espesor mínimo calculado de la pared de la parte cilíndrica en milímetros.

b = 

Espesor mínimo calculado del fondo bombeado en milímetros (figura 1).

C = 

Coeficiente de forma (figuras 2 y 3).

D = 

Diámetro exterior de la botella en milímetros (figura 1).

h = 

Altura de la parte cilíndrica del fondo bombeado en milímetros (figura 1).

H = 

Altura de la parte bombeada del fondo en milímetros (figura 1).

m = 

Margen o sobreespesor de corrosión.

Ph

Presión de prueba hidrostática en kg/cm2 por encima de la presión atmosférica.

r = 

Radio interior de la curvatura lateral del fondo bombeado en milímetros (figura 1).

R = 

Radio interior de la curvatura central del fondo bombeado en milímetros (figura 1).

Re

Valor mínimo del límite aparente de elasticidad garantizado por el fabricante en kg/mm2 (ReH o Rp 0,2, según lo indicado en el apartado 3).

Rg = 

Valor mínimo de la resistencia a la tracción garantizado por el fabricante en kg/mm2.

Rm = 

Valor real de la resistencia a la tracción en kg/mm2, determinado según 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.».

S = 

Botella distensionada.

V = 

Volumen o capacidad de la botella en litros.

5. Materiales.

  1. Condiciones generales.

    El acero del tipo indicado en el apartado 3.2. de esta norma, tendrá buena aptitud para ser soldado y embutido, con suficiente garantía en cuanto al envejecimiento.

    Si el comprador tuviese preferencia entre el ensayo de resiliencia y el de rotura, lo hará constar en el pedido y será un acuerdo entre el constructor y el comprador.

    El cuerpo de las botellas y las partes soldadas al mismo serán de material compatible entre sí.

    Los materiales de aportación serán compatibles con el acero, al objeto de proporcionar soldaduras cuyas propiedades sean, como mínimo, equivalentes a las de la chapa base.

    El constructor de las botellas deberá poseer y conservar, como mínimo diez años, un certificado de análisis del acero de las botellas, así como medios de identificar las botellas y el acero a partir de las que han sido fabricadas las chapas utilizadas en su construcción.

  2. Composición química.

    Los diversos elementos de material utilizado para la fabricación de las botellas no sobrepasarán los siguientes porcentajes en análisis sobre colada:

    Elemento
    Porcentaje máximo

    Si

    Mn

    Si + Mn

    Cr

    Mo

    Ni

    Cu

    Al

    Va

    Ti

    0.35

    1.30

    1.50

    0.30

    0.05

    0.30

    0.40

    0.30

    0.05

    0.05

    Los porcentajes de P y S no sobrepasarán el 0,04 por 100 y los restantes elementos que no figuren en la precedente relación, salvo el C, no excederán del 0,1 por 100.

    Los aceros utilizados para la construcción de botellas tendrán un contenido en carbono inferior al 0,2 por 100 (C < O, 2%) y una resistencia a la tracción menor o igual a 45 kg/mm2 (Rm £ 45 kg/mm2).

  3. Tratamiento térmico.

    Las botellas se suministrarán distensionadas.

6. Cálculo.

  1. Condiciones generales.

    En el cálculo del espesor de pared de las botellas se considerará el límite de elasticidad del acero.

    Para los cálculos, el valor máximo del límite de elasticidad Re es de 0,85 * Rg, y no podrá, en ningún caso, ser superior a 37 kg/mm2.

    La presión interna en la que se basarán los cálculos es la presión de prueba hidrostática Ph, fijadas por el vigente Reglamento de Aparatos a Presión para los envases destinados al transporte de cloro (22 kg/cm2).

    Las unidades se expresarán según lo indicado en el punto 5.

  2. Cálculo de la virola.

    El espesor de la pared de la virola debe ser, como mínimo, igual al valor calculado según la siguiente fórmula:

    a = (Ph * D) / (200 * Re) / 1,3 + Ph

    De cualquier forma, el espesor de pared de virola no será en ningún caso, inferior al valor indicado en el apartado 6.4.

  3. Cálculo de fondos.

    El espesor de pared de los fondos bombeados debe ser, como mínimo, igual al valor calculado según la siguiente fórmula (figura 1).

    b = [(Ph * D) / {(200 * Re) / 1,3} + Ph] * C

    En la que:

    C = Coeficiente de forma cuyo valor depende de la relación H/D (y b/D si H/D < 0,25) que se determina en las figuras 2 y 3, para espesores inferiores a 5 mm.

    De cualquier forma, el espesor de pared de los fondos de la botella no será, en ningún caso, inferior al valor indicado en el apartado 6.4.

  4. Espesor mínimo de pared.

    El espesor de pared, tanto de virola como de fondo, se determinará con arreglo a los puntos 6.2 y 6.3, más un margen o sobreespesor de corrosión de 2 mm. El espesor total no será nunca inferior a 4 mm.

    Aparte de lo indicado en el apartado 6.3, la parte cilíndrica que forme parte de un fondo embutido, salvo si se incluye en el párrafo siguiente, debe satisfacer las prescripciones fijadas en el apartado 6.2 para la virola.

    Cuando la longitud h de la parte cilíndrica del fondo sea inferior a  (2 * b * D)1/2, no puede aplicarse lo dispuesto en el apartado 6.2 para el cálculo del espesor de pared de la virola. En este caso, el espesor de la virola no debe ser inferior al de los fondos.

7. Construcción.

  1. Calificación de procedimientos de soldadura y de soldadores.

    Antes de proceder a la construcción de una botella de un tipo dado, el constructor obtendrá una calificación de sus métodos de soldadura.

    En caso de soldadura manual, el soldador estará también calificado.

    Las calificaciones deben registrarse y conservarse.

    Los ensayos de calificación de métodos serán representativos de las soldaduras realizadas en la fabricación de la botella.

    El constructor tendrá un Técnico en soldadura que habrá probado su competencia en los ensayos de calificación relativos a los tipos de trabajo y métodos considerados.

    Se precisará una nueva calificación del proceso y personal, si se modifica alguna de las variables incluidas en la norma de calificación.

    La homologación de soldaduras y de soldadores se hará de acuerdo con la norma ASME «Boiles and Pressure Vessel Code, Sectión IX "Welding qualifications"».

  2. Chapas.

    Las chapas de la virola y fondos tendrán un buen acabado y estarán exentas de defectos.

  3. Soldadura.

    1. General.

      La parte cilíndrica de los fondos tendrá una altura h al menos igual a cuatro veces su espesor, para evitar que las uniones soldadas estén situadas en la proximidad de la parte bombeada (figura 1).

      La soldadura en ángulo no deberá recubrir la soldadura a tope y estará separada por una longitud no inferior a 10 mm.

    2. Soldadura de las partes bajo presión.

      La soldadura de las partes bajo presión se realizará a tope, de forma que después de la soldadura la desalineación (figuras 4a, 4k) no sobrepase 1/5 del espesor de la chapa.

      Sin embargo, los collarines podrán soldarse en ángulo por uno de los métodos siguientes:

      1. Soldadura en ángulo con cordón interior y exteriormente (figura 4c).

      2. Soldadura en ángulo con cordón exterior continuo y por apoyo sobre un soporte interior a lo largo de toda la longitud y de la parte cilíndrica bajo presión (figura 4b).

    3. Soldadura de las partes no sometidas a presión.

      El soporte se soldará mediante soldadura en ángulo.

      Si se requiere de señalización se soldará a la virola a lo largo de todo su perímetro. Estará perforada en un punto para permitir la salida de aire durante el tratamiento térmico. El orificio se tapará posteriormente con plomo.

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

      El soporte, asas y anillos de protección, se soldarán mediante soldaduras en ángulo, admitiéndose también la soldadura por resistencia. Las soldaduras se harán antes del tratamiento térmico.

    4. Métodos de soldadura y modo operatorio.

      Las piezas a soldar tendrán medidas uniformes y formas regulares para permitir un buen ajuste y una posición satisfactoria. Antes de proceder a soldar se limpiarán los bordes para eliminar la grasa, aceites, óxidos, etc.

      Las soldaduras a tope se realizarán sobre soporte:

      1. Uniones bordeadas para soldaduras circulares (figura 4K) con ajuste a presión entre bordoneado y virola.

      2. Soportes no permanentes para las soldaduras circulares de collarín (figura 4 a) y para la soldadura longitudinal de la virola (figura 4g) de forma que pueda realizarse un examen visual de las dos caras.

      Los procedimientos usados proporcionarán soldaduras con un acabado liso y regular, sin cráteres, sobreespesores o mordeduras, especialmente en la parte interna de la botella.

      El exceso de metal en las soldaduras a tope no debe pasar de 1/4 del espesor de las chapas. Los extremos de los cordones de soldadura no tendrán cráteres, ni coincidirán, en el caso de las soldaduras circulares, el extremo del cordón de soldadura con los cruces.

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

      El exceso de metal en las soldaduras a tope, no debe pasar de ¼ de la anchura de la soldadura. Los extremos de los cordones de soldadura no tendrán cráteres, ni coincidirán, en el caso de las soldaduras circulares, el extremo del cordón de soldadura con los cruces.

      Las soldaduras en ángulo tendrán un acabado liso y regular, con los extremos exentos de cráteres.

      El conjunto de las superficies de las distintas partes soldadas presentará un acoplamiento progresivo sin deformaciones aparentes.

      Se recomienda utilizar el procedimiento de soldadura automática por arco sumergido con doble pasada.

    5. Examen visual.

      El interior de las partes bajo presión de todas las botellas se examinará en cada etapa de la fabricación y el exterior una vez realizada la soldadura, para comprobar que la botella está exenta de defectos superficiales y de soldaduras que puedan afectar a la seguridad de uso. Esta verificación se realizará con anterioridad a los ensayos de recepción.

  4. Ovalación.

    La ovalación de la virola de la botella no sobrepasará un valor tal que la diferencia entre los diámetros exteriores máximo y mínimo de una misma sección recta exceda del 1 por 100 de la media de estos diámetros.

  5. Abertura.

    La abertura de la botella estará provista de un refuerzo o collarín de acero, soldado por fusión, de forma que tenga una resistencia suficiente y no produzca concentraciones de esfuerzos peligrosos ni retenga agua.

  6. Soporte.

    El soporte de la botella, así como su forma de fijación no entrañará concentraciones de esfuerzos peligrosos ni retendrá el agua.

    El soporte será suficientemente sólido y de un metal compatible con el de la botella. La forma será preferentemente redondeada, para proporcionar suficiente estabilidad a la botella, y tendrá orificios de ventilación.

  7. Protección de la válvula.

    La válvula de la botella estará convenientemente protegida contra cualquier deterioro que pudiera dar lugar al escape del gas mediante caperuza o similar, roscada o fijada mediante dispositivos adecuados, y que llevará un orificio de ventilación.

8. Recepción.

  1. Condiciones.

    En las series de fabricación de 50 o más botellas, la comprobación de la calidad del material de las botellas y de las soldaduras, según ensayos indicados en los apartados 8.2 al 8.4, se realizará con muestras obtenidas de botellas terminadas.

    En series de fabricación inferiores a 50 botellas será suficiente con la comprobación de que el material utilizado procede de chapas calificadas anteriormente según ensayos indicados en los apartados 8.2 al 8.4 y que las soldaduras se han efectuado con los procedimientos establecidos en esta norma.

    Los ensayos indicados en los apartados 8.6 y 8.8 serán aplicados cualquiera que sea el número de botellas de la serie de fabricación.

    En series de fabricación de 50 o más botellas y en cada lote de 201 botellas, o menos, fabricadas a partir del material de análisis semejante y sometido a idéntico tratamiento térmico, se seleccionará una botella para ensayos destructivos a fin de preparar las probetas para todos los ensayos necesarios.

    Las probetas a obtener serán las siguientes:

    1. Probeta de ensayo de chapas. De la virola de la botella se cortará una probeta de tracción en el sentido longitudinal y dos probetas de doblado, una para doblado circunferencial y otra para doblado longitudinal, y de uno de los fondos bombeados, otras dos probetas, una de tracción y otra de doblado (figura 5).

    2. Probeta de ensayo de las soldaduras. Se obtendrá una probeta de tracción, una de doblado interior y otra de doblado exterior, sobre la soldadura longitudinal, y otras tres probetas idénticas sobre una soldadura circunferencial (figura 5).

      Cada ensayo de tracción o doblado se realizará en dirección perpendicular a la soldadura. Las caras interna y externa de las soldaduras deberán mecanizarse hasta enrasar la superficie de la Chapa.

      Las probetas que no sean suficientemente planas se aplanarán en frío.

      Todo corte de soldadura realizado sobre las probetas citadas debe tener una estructura sana.

  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.»

    El alargamiento, en tanto por ciento, del metal base no debe ser inferior al 30 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».

    No se presentarán fisuras en la probeta durante el doblado cuando la cara del mandril sobrepase las caras de los rodillos soportes.

  4. Ensayo de resiliencia.

    Se hará opcionalmente el ensayo de resiliencia o el de rotura.

    El ensayo de resiliencia se realizará de acuerdo con la norma UNE 7.290, «Ensayo de flexión por choque con probeta entallada de productos de acero» sustituido por la Orden de 11 de Julio de 1983 por: UNE 36.403-81.-«Ensayos de resilencia charpy.», con probetas de entalla en V, tanto sobre el material de la botella como sobre soldaduras.

    La entalla será perpendicular a la superficie de la virola.

    Ninguno de los valores de resiliencia obtenidos en el ensayo, a una temperatura de 0 °C, será inferior a los indicados a continuación:

  5. Ensayo de rotura.

    Se hará opcionalmente el ensayo de rotura o el de resiliencia.

    Una de las botellas del lote se someterá a ensayo de rotura. Este no se producirá antes de ser alcanzada la presión de prueba hidráulica, continuándose la elevación de presión hasta la rotura.

    La botella de volumen V en la que se ha efectuado ensayo de rotura deberá experimentar, cuando la rotura se produzca, un aumento de volumen que, como mínimo, será el 15 por 100 V.

  6. Control radiográfico.

    Se efectuará según el método siguiente:

    1. Si la soldadura es manual, se realizará el control radiográfico de los cruces de soldadura de todas las botellas del lote (figura 6).

    2. Si la soldadura es automática (arco sumergido), se realizará un control radiográfico de los cruces de soldadura (figura 6) de una de cada 50 botellas, o menos, consecutivas de producción del lote (en series de fabricación inferiores a 50 botellas, se tomará una de la serie).

      Las radiografías, perfectamente identificadas, serán conservadas por el constructor diez años, como mínimo.

      El criterio de calificación de soldaduras se llevará a cabo de acuerdo con la norma UNE 14.011, «Calificación de soldaduras por rayos X».

      El criterio de aceptabilidad de las mismas se hará de acuerdo con la norma ASME «Boiles and Pressure Vessel Code, Section VIII, "Pressure Vessels-División 1"».

  7. Criterios para la determinación de botellas defectuosas y reparaciones.

    1. En los ensayos mecánicos (tracción, doblado, resiliencia y rotura).

      En series de fabricación inferiores a 50 botellas, si se comprueba que no ha existido calificación de las chapas y ni del procedimiento de soldadura, defectos de identificación o algún resultado del ensayo no cumple la especificación de esta norma, todas las botellas de la serie serán calificadas como defectuosas.

      En series de más de 50 botellas, si el resultado de algún ensayo para recepción de un lote no resulta satisfactorio, el constructor podrá:

      1. Decidir la retirada de todas las botellas.

      2. Aceptar que otras dos botellas del mismo lote se sometan a los mismos ensayos. Si una de ellas se declara defectuosa se rechazará el lote.

    2. En el control radiográfico.

      Los criterios serán los siguientes:

      1. Soldadura manual. La botella cuyo control radiográfico no supere los criterios de aceptabilidad será calificada como defectuosa.

      2. Soldadura automática. Si el control radiográfico no supera los criterios de aceptabilidad, se repetirá el control radiográfico sobre otras dos botellas, tomadas al azar, entre las 25 anteriores y las 25 posteriores (o entre todas las anteriores o posteriores en series de fabricación de menos de 50 botellas) en el proceso de construcción. Si una de ellas se declara defectuosa, se rechazarán las 50 botellas (o toda la serie, si es de menos de 50 botellas).

    3. Reparaciones.

      Ninguna reparación será permitida sin acuerdo previo entre constructor y propietario de la botella.

      Toda botella reparada recibirá el tratamiento térmico original y será sometida a nuevos ensayos de recepción.

  8. Prueba hidráulica.

    Cuando sea evidente que un lote o serie de botellas satisface todas las condiciones exigidas en esta norma, se someterán todas las botellas del lote o serie a una prueba hidráulica.

    La presión de agua aumentará gradual y regularmente en la botella hasta alcanzar la presión de prueba Ph.

    La botella quedará bajo la presión de prueba el tiempo suficiente para comprobar que no existe pérdida de presión conservando la estanqueidad.

9. Marcado.

Cada botella llevará, en caracteres visibles y duraderos, las inscripciones que se indican a continuación:

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

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.

10. Documentación técnica a suministrar por el constructor.

El constructor suministrará la siguiente documentación:

  1. A la Dirección Provincial de Industria y Energía:

    Los documentos previstos en el Reglamento de Aparatos a Presión.

  2. Al comprador:

Figura 1 - Dimensionado de fondos

Valores del coeficiente de forma C

Figura 2 - Para H/D comprendido entre 0,20 y 0,25

Figura 3 - Para H/D comprendido entre 0,25 y 0,50

Figura 4 - Soldaduras aceptables y no aceptables

Figura 5 - Probetas para botellas

Figura 6 - Radiografía por puntos en los cruces de las soldaduras

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

 

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