ITC MIE AP7 

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NORMA 12

Cálculo, construcción y recepción de botellones criogénicos

1. Objeto.

El objeto de esta norma es definir las características de los botellones criogénicos destinados a contener gases licuados a baja temperatura.

2. Campo de aplicación.

Esta norma se aplica a los botellones criogénicos (diseñados para temperatura de servicio inferior a -40 °C) fabricados por soldadura y provistos de aislamiento térmico con cámara de vacío, con una capacidad inferior a 450 litros de volumen de agua y una presión de trabajo inferior a 35 Kg/cm2.

3. Materiales.

Únicamente pueden utilizarse aquellos materiales compatibles con el producto a contener y que resistan la temperatura mínima de servicio, pudiendo emplear en su construcción:

Los materiales deberán recibir el tratamiento térmico correspondiente para cumplir las características mecánicas exigidas.

4. Proyecto y construcción.

Para el diseño y cálculo se deberá utilizar uno de los siguientes códigos:

Bajo petición, el Centro directivo competente en materia de seguridad industrial podrá autorizar otro código distinto de los indicados anteriormente.

Una vez elegido el código se empleará en su totalidad en el proyecto, sin poder efectuar mezclas de cálculo de diferentes códigos a no ser que ciertos casos de cálculo no estén desarrollados en el código elegido, pudiendo desarrollarse por cualquiera de los otros.

Además de satisfacer el proyecto con las consideraciones marcadas por el código, deben asimismo cumplir con las mínimas condiciones desarrolladas por la fórmula siguiente en la que el espesor mínimo de virola debe ser al menos igual al valor de:

e = { (P * d) / 200 f * z } (mm).

Pero nunca inferior a un valor de e = 1,5 mm.

Donde:

p = 

Presión de cálculo o presión de prueba, en Kg/cm2 (la más elevada), definida en 4.1.

d = 

Diámetro interior del depósito en milímetros.

f = 

Tensión máxima admisible, definida en 4.2 en Kg/mm2.

z = 

Coeficiente de seguridad para tener en cuenta la posible debilitación debida a los cordones de soldadura, tomando:

z = 0,8. 

Cuando se inspeccionen el 10 por 100 de las soldaduras del 100 por 100 de los recipientes.

Estas inspecciones se realizarán por medios no destructivos en que se tengan en cuenta fundamentalmente los cruces y costuras longitudinales y además se realizarán en todos un control visual por las dos caras (dentro de lo posible).

z = 0,9. 

Cuando se inspeccione el 10 por 100 de las soldaduras del 10 por 100 de los recipientes:

Estas inspecciones se realizarán por medios no destructivos y además se realizarán en todos un control visual por las dos caras (dentro de lo posible).

z = 1,0. 

Cuando todos los cordones de soldadura sean objeto de controles no destructivos y se verifiquen visualmente, dentro de lo posible, por las dos caras.

  1. Presión de cálculo.

  2. Tensión máxima admisible.

    Cualquiera de las solicitaciones en el punto más desfavorable del recipiente, provocada por la presión de sus medios de fijación, debe corresponder a los límites fijados a continuación en función de los materiales.

    1. Para los metales o aleaciones que presenten un límite de elasticidad aparente definido o que se caractericen por un límite convencional de elasticidad Re garantizado.

      • Cuando la relación Re/Rm < 0,66          f £ 0,75 Re.

      • Cuando la relación Re/Rm > 0,66          f £ 0,50 Rm.

      Donde

      Re= 

      Límite de elasticidad mínima garantizada con 0,2 por 100 de alargamiento permanente (kg/mm2).

      Rm= 

      Valor mínimo de la resistencia garantizada a la rotura por tracción (kg/mm2) (carga de rotura).

      f= 

      Tensión máxima admisible de cálculo en Kg/mm2.

    2. Para los metales y aleaciones que no presenten límite aparente de elasticidad y que se caractericen por una resistencia Rm garantizada a la rotura de tracción:

      f = 0,43 Rm

      En cualquiera de los casos no se tomarán esfuerzos cortantes superiores a 0, 55 veces f (kg/mm2).

    3. El alargamiento de rotura en porcentaje guardará conformidad, como mínimo, con el valor 1.000/Rm, pero no será inferior al 20 por 100 para el acero ni el 12 por 100 para las aleaciones de aluminio.

      Las muestras que sirvan para determinar el alargamiento de rotura serán tomadas perpendicularmente al sentido de la laminación y con las proporciones siguientes:

      Lo = 5 d

      Siendo

      Lo = Longitud calibrada entre puntos de la muestra antes del ensayo.

      d = Diámetro.

  3. Fondos.

    Los fondos deben ser de una sola pieza y sin uniones, y podrán ser cóncavos o convexos, siempre y cuando quede justificada su resistencia.

  4. Orificios.

    Solamente se permite efectuar orificios en los fondos debiendo ser circulares y su diámetro inferior a 75 milímetros o a un tercio del diámetro del recipiente (el menor de ambos).

    Todo orificio debe estar provisto de una brida, acoplamiento, reborde o refuerzo fijado al recipiente por soldadura por fusión. Los equipos conectados a esta brida, acoplamiento, reborde o refuerzo, pueden serlo por soldadura eléctrica, soldadura de plata, latón o rosca.

    No se permiten uniones que no sean soldadas en la cámara de aislamiento.

  5. Envolvente exterior.

    Estos recipientes estarán concebidos con envolventes de la cámara de aislamiento capaz de soportar el vacío existente en cámara y diseñada para una presión exterior de 1 kg/cm2.

    Esta envolvente estará construida con materiales ferríticos o aleaciones ligeras y el espesor mínimo de la misma será de 1,5 milímetros, referido a un acero al carbono con Rmo = 37 kg/mm2 de carga de rotura y alargamiento del Ao = 27 por 100. Para la aplicación de otro tipo de material, con características mecánicas más elevadas, el espesor mínimo podrá deducirse de la fórmula:

    e1 = e0 {(Rmo Ao)/Rm1 A1 }1/3

    Donde e0 es el espesor mínimo para un acero de 37 kg/mm2 y e1 es el espesor mínimo para el material escogido con carga de rotura Rm1 y alargamiento A1.

  6. Aislamiento.

    El aislamiento debe calcularse para que no exista una transmisión de calor de la atmósfera, a temperatura ambiente, al contenido, superior a 0,5 kcal/h, por grado centígrado de diferencia de temperatura y por litro de capacidad en agua del recipiente.

    Si el diseño es para hidrógeno líquido, la transmisión total de calor con una diferencia de 290 °C no debe ser superior a la necesaria para ventear 0,8 Nm3/h.

    El aislante debe ser resistente al fuego y no poseer sustancias que puedan contaminarle o poseer otra que por sus características puedan reaccionar con el fluido almacenado.

5. Fabricación.

  1. Generalidades.

    Durante la fabricación se respetarán las normas y códigos de diseño empleados.

    Los recipientes estarán provistos de anillos de refuerzo, cubiertas de protección y otros elementos, sean transversales o longitudinales, que en caso de vuelco eviten el deterioro de los dispositivos de los dispositivos de seguridad y servicio, así como daños en la envolvente calorífuga.

    Asimismo, se asegurará la estanqueidad en caso de vuelco.

  2. Soldaduras.

    En lo referente a la preparación del material a soldar, aprobación del proceso y ejecución de las uniones soldadas, en caso de que el código aceptado no indicara nada, se seguirán las prescripciones del código ASME.

    Los procedimientos empleados en la construcción deben ser aprobados antes de proceder a la misma y las soldaduras deberán estar realizadas por soldadores provistos de un certificado de certificación extendido por el CENIM (Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas) una Entidad Colaboradora facultada para la aplicación del Reglamento de Aparatos a Presión (reiterado) o por otros laboratorios reconocidos para este fin por el Ministerio de Industria y Energía.

    A efectos de esta norma se considerará, para aplicar el código ASME, en el control de las soldaduras, la siguiente equivalencia:

    Valor según el apartado 4    Valor ASME, tabla UW 12
    z = 0.8 Equivalente z = 0.7
    z = 0.9 Equivalente z = 0.85
    z = 1.0 Equivalente z = 1.0

    Para la utilización de estos coeficientes con los otros códigos se buscará la equivalencia con la tabla anterior.

6. Equipos de seguridad.

  1. Del recipiente a presión.

    Todo recipiente sometido a presión estará provisto al menos de dos válvulas de seguridad o de una válvula de seguridad y un disco de rotura (en este caso la sección del mismo será al menos igual a la de la válvula). Cada uno de estos sistemas de seguridad serán capaces de dejar escapar los gases que se produzcan por evaporación, considerando que el recipiente ha perdido el vacío en la intercámara y de forma que en ningún momento se sobrepase en el caso de la válvula de seguridad el 10 por 100 de la presión máxima de servicio del recipiente y el 30 por 100 de esta presión máxima de servicio para el caso de disco de rotura.

    La descarga de las válvulas de seguridad y, en su caso, de los discos de rotura, deberá realizarse de tal forma que se impida eficazmente que el fluido evacuado pueda producir daños a personas o a cosas.

    Estos sistemas de seguridad también serán compatibles con el producto contenido y con las bajas temperaturas a que están sometidos. Las válvulas serán del tipo de cierre «deformable», de elevación total y concebidas de forma que el paso a través de la válvula sea superior al 80 por 100 de la sección neta de paso en el asiento.

    El funcionamiento a baja temperatura se garantizará sometiendo una muestra de las mismas a ensayo a baja temperatura. Para impedir la salida de líquido estarán conectadas a la parte más alta del recipiente.

    Aquellos recipientes que puedan cargarse según su contenido en volumen, deben estar dotados de algún sistema de nivel. No se admitirán grados de llenado superiores al 95 por 100 de la capacidad en agua del recipiente.

    La válvula de seguridad debe dimensionarse y tararse para limitar la presión a 1,10 veces la presión máxima de servicio del recipiente. Si el botellón tiene aislamiento al vacío este valor debe rebajarse en 1 Kg/cm2, a no ser que se haya contemplado esta condición en el diseño.

    Las válvulas se diseñarán para un caudal mínimo de:

    Qa = 0,0085 (P + 1) Wc 

    Siendo:

    Q = Caudal de aire en m3/h.

    P = Presión de disparo de la válvula en kg/cm2.

    Wc = Capacidad en agua del recipiente en litros.

  2. De la envolvente exterior.

    En los recipientes con aislamiento por cámara de vacío existirá en la envolvente calorífuga un dispositivo de seguridad que proteja ésta de cualquier presión peligrosa en la cámara de vacío en caso de fuga del recipiente inferior.

    Este dispositivo deberá impedir en la cámara todo exceso de presión, abriendo por falta de vacío y asimismo, en las condiciones normales de funcionamiento, debe impedir la entrada de humedad y conservar el vacío en la cámara. Su diseño será para una presión exterior de 1 kg/cm2 y su sección mínima será de 0,150 cm2 por litro de capacidad equivalente en agua almacenada en el recipiente.

7. Ensayos.

  1. Prueba de presión.

    Las pruebas de presión se realizarán antes de colocar la envolvente calorífuga y se tendrá un tiempo mínimo de treinta segundos verificando mientras tanto que no exista fuga, deformación o cualquier otro defecto.

    La presión de prueba a que se someterán será de:

    1. Para recipientes en contacto con la atmósfera (abiertos):

      • Presión de prueba: 2 kg/cm2 efectivos.

    2. Para recipientes cerrados hasta 2 kg/cm2 de presión máxima de servicio:

      • Presión de prueba: 1,3 x presión máxima de servicio + 1 (vacío) kg/cm2.

      En este caso, la prueba no será inferior a 2 kg/cm2 efectivos.

    3. Para recipientes cerrados con presión máxima de servicio superior a 2 kg/cm2.

      • Presión de prueba: 1,3 x presión máxima de servicio + 1 (vacío) kg/cm2 y siempre mayor de 4 kg/cm2.

      Las pruebas serán realizadas por el fabricante.

  2. Ensayos mecánicos.

    Todos los materiales esenciales como mínimo serán contrastados y en particular aquellos que vayan a estar sometidos a presión interior, serán constrastados con los certificados de origen, comprobando que las características mecánicas y químicas cumplen con las normas, aceptando o rechazando éstos.

  3. Ensayo de soldaduras.

    Por cada lote de 201 recipientes o menos, debe realizarse una probeta testigo de la soldadura, realizando al menos un ensayo de tracción y dos doblados uno de cara y otro de raíz, con probetas normalizadas de acuerdo con el Código ASME o normas UNE 7184, 7051 suprimida por la Orden de 11 de Julio de 1983, 7185 y 7256.

    Si estos ensayos no cumplen los requisitos indicados, deberán ensayarse dos probetas testigo más, rechazando el lote si estos ensayos no cumplen con lo exigido.

    Para recipientes construidos con aleaciones de aluminio el ensayo de tracción se hará de acuerdo con el código ASME o la norma UNE 7256 y el alargamiento de rotura se medirá sobre una longitud de cinco veces el diámetro de la probeta de sección circular. En caso de probeta de sección rectangular, la distancia entre referencias será calculada mediante la fórmula:

    L = 5,65 (So)1/2

    Donde:

    So = Sección original de la probeta.

    Para recipientes construidos con cobre y sus aleaciones no es necesario realizar ensayos de doblado.

  4. Ensayo de resiliencia.

    Para materiales de aluminio, cobre y aleaciones de cobre no es necesario hacer ensayos de resiliencia.

    Para materiales de acero los ensayos de resiliencia se harán de acuerdo con el código ASME, norma UNE 7290 Sustituido por la Orden de 11 de julio de 1983 por: UNE 36.403-81.-«Ensayos de resilencia charpy.» o norma ISO-R-148.

    Los ensayos de resiliencia se referirán a probetas de 10 x 10 milímetros con entallas en V y U.

    Para chapas y uniones soldadas de espesor inferior a 5 mm. no se realizarán ensayos de resiliencia.

    Para el ensayo de chapas, la resiliencia se determina con tres probetas. Si se trata de probetas en U, la toma de las muestras se realizarán transversalmente a la dirección de laminado y en la misma dirección de laminado si se trata de probetas en V.

    Para la prueba de las uniones soldadas se tomarán tres probetas en el punto medio de soldadura y otras tres probetas en el punto medio de soldadura y otras tres en la zona de transición.

    Los valores medios a obtener en el ensayo de resiliencia a temperatura mínima de servicio serán los siguientes:

    Material Resiliencia de las chapas y de los cordones de soldadura a la temperatura mínima de servicio Resiliencia de las chapas y de los cordones de soldadura a la temperatura mínima de servicio
    Kgm/cm2 (probetas en U) Kgm/cm2 (probetas en V)

    Acero no aleado, templado

    		 3,5 2,8
    Acero ferrítico aleado Ni < 5 por 100 3,5 2,2
    Acero ferrítico aleado 5 por 100 < Ni < 9 por 100 4,5 3,5
    Acero austenítico al Cr. Ni 4,0

    3,2

    Ninguno de los valores obtenidos pueden ser menor del 30 por 100 del mínimo indicado.

    Para temperatura de servicios inferiores a -196 °C, la prueba de resiliencia no se realiza a la temperatura mínima de servicio, sino a -196 °C.

  5. Inspección radiográfica.

    De acuerdo con el coeficiente de junta (soldadura) elegido, se realizará según lo indicado en el punto 4.

  6. Certificado.

    El certificado extendido por la persona o entidad que ha realizado la prueba:

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

    El certificado extendido por la persona o Entidad que ha realizado la prueba debe contener los siguientes datos:

    Se puede extender un certificado por cada lote.

8. Marcas.

Debe marcarse cada recipiente en la ojiva del recipiente exterior o colocando una placa en la misma o en su aro protector firmemente sujeta, con los siguientes datos:

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