Camilo Varela INSTALACIONES INDUSTRIALES

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SECCIÓN NORMATIVA

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NORMA 14

Cálculo, construcción y recepción de botellas de aleación de aluminio 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 aleación de aluminio sin soldadura, destinados a contener y transportar gases comprimidos, licuados y disueltos a presión.

2. Campo de aplicación.

Esta norma se aplica exclusivamente a botellas de aleaciones de aluminio sin soldadura, de capacidad en agua comprendida entre 0,2 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 casos en que no se presente un límite claramente marcado será preciso utilizar el límite elástico convencional Rp 0,2, correspondiente a una deformación no proporcional del 0,2 por 100. Cada una de estas magnitudes se entenderá definida de acuerdo con la norma UNE 7.256, «Ensayo de tracción para metales ligeros y sus aleaciones».

4. Símbolos.

e = 

Espesor mínimo calculado de la envolvente cilíndrica (milímetros).

A = 

Alargamiento en porcentaje.

D = 

Diámetro nominal exterior de las botellas (mm).

L = 

Longitud inicial calibrada en la probeta de ensayos a tracción (mm).

n = 

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

pn

Presión de la prueba hidrostática en Kg/cm2 efectivos.

Re= 

Valor mínimo del límite elástico (ReH o Rp 0,2, según lo indicado en el apartado 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 7.256, «Ensayo de tracción para metales ligeros y sus aleaciones»).

5. Materiales.

  1. Condiciones generales.

    El material utilizado para la fabricación de las botellas debe ser aleaciones de aluminio elaborado según un procedimiento aprobado.

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

  2. Composición química.

    La botellas de aluminio sin soldadura se fabricarán con aleaciones de aluminio contempladas en las normas UNE.

    El material utilizado para la fabricación de las botellas de aluminio sin soldadura no deberá exceder en el análisis de colada los límites siguientes:

     
    Porcentaje

    Fe

    0,50 
    Zn
    0,20
    Cr
    0,25
    Ti + Zn
    0,20

    El fabricante de las botellas deberá obtener y suministrar certificado de los análisis de colada realizados en las aleaciones de aluminio destinados a la fabricación de las botellas.

    La desviación máxima admisible en los análisis de comprobación a partir de los límites especificados para el Fe, Zn, Cr y Ti + Zn en los análisis de colada responderá a los valores siguientes:

     
    Porcentaje
    Fe
    £ 0,50
    Zn
    £ 0,20
    Cr
    £ 0,25 
    Ti + Zn
    £ 0,20
  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.

    Después del tratamiento térmico final, el fabricante realizará un ensayo de dureza en todas y cada una de las botellas, que tendrán que satisfacer los valores garantizados de su aleación.

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

  4. Pruebas complementarias.

    Siempre que se utilice aleaciones de aluminio conteniendo cobre o aleaciones de aluminio conteniendo magnesio y manganeso cuando el contenido de magnesio supere el 3,5 por 100 o cuando el contenido de manganeso es inferior a 0,5 por 100, se realizará un ensayo de corrosión intercristalina.

    Para la realización del ensayo de corrosión intercristalina, tanto la preparación de la muestra como el modo operativo será el descrito en el apéndice A2 (prueba oficial complementaria para aleaciones de aluminio) del Reglamento Nacional de Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera.

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 0,85 Rm para cualquier tipo de aleación utilizada.

    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 x D) / [(200 Re / 1,3) + Ph]

    En cualquier caso, el espesor no podrá ser inferior a 1,5 milímetros, a 2 milímetros y a 3 milímetros, según que el diámetro de la botella sea, respectivamente, inferior o igual a 50 milímetros, comprendido entre 50 y 150 milímetros y superior o igual a 150 milímetros.

  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 que 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 fonso.

  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.

En el proceso de construcción no se admitirá la aportación del 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 la superficie interior o exterior. El espesor en cualquier punto no será inferior al mínimo especificado.

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

La falta de redondez (ovalación) de la envolvente cilíndrica estará a un valor tal que la diferencia entre el diámetro exterior máximo y mínimo en una misma sección transversal no excederá 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 de un soporte en la base, éste será suficientemente fuerte y se construirá con un material compatible con el del recipiente. 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 en la forma más efectiva por el diseño de la envolvente (un saliente protector) o por medio de una fuerte caperuza roscada o ajustada de 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 jaula 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 del material de botellas terminadas.

    En cada lote de 201 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 y cuatro ensayos de doblado en dirección circunferencial.

  2. Ensayo de tracción.

    El ensayo de tracción se realizará de acuerdo con las normas UNE 8.256 UNE 7.262, «Ensayo de tracción para productos de acero». sustituido por por la Orden de 11 de Julio de 1983 por: UNE 7.256-72.-«Ensayos de tracción para metales ligeros y sus aleaciones.» y 7.259 sobre una probeta que posea las siguientes características:

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

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

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

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

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

    En los casos en que la probeta de ensayo a tracción presente conicidad, que de un punto de fractura que no corresponda al centro de la longitud calibrada, se deberá utilizar un método adecuado para la medición del alargamiento o bien repetir el ensayo.

  3. Ensayo de doblado.

    En ensayo de doblado se realizará de acuerdo con la norma UNE 7.388 en probetas contenidas al cortar un anillo de 20 milímetros de anchura en cuatro partes de igual longitud. Cada tira así obtenida se mecanizará solo en los bordes.

    La tierra no deberá agrietarse cuando se doble al 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 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
    De 5 kg/mm2 a 19 kg/mm2
    6
    De 20 kg/mm2 a 35 Kg/mm2
    7
    De 36 kg/mm2 a 50 kg/mm2
    8

9. Recepción.

Cuando exista 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 la botella 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 estanqueidad 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 medida 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 llevara 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.

  3. Marcas complementarias.

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

    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.

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 fig. 1b

Figura 2 - Ilustración de la prueba de doblado

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

 

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