FACTORES A CONSIDERAR AL ELEGIR MATERIALES PARA ENVASES A PRESIÓN
Los envases a presión tienen diversos propósitos en el mundo industrial. Sin embargo, un envase a presión es tan confiable como el tipo de material del que está hecho. Por eso, los empresarios industriales deben elegir los materiales adecuados desde el principio, considerando los factores que determinarán cuáles serán esos materiales.
¿Por qué es importante el material de los recipientes presurizados?
Los envases a presión fabricados con materiales mal seleccionados son propensos a fallar. Estas fallas, también conocidas como modos de falla, pueden ser de distintas formas, incluidas la sobrecarga, los vuelcos y la fractura. Las condiciones y fuerzas externas, como la fatiga estructural, la corrosión y deformación pueden abrumar el material del envase y debilitarlo. Esto puede provocar una falla total del envase a presión.
Una falla del tanque compromete su rendimiento, generando costosas reparaciones o recambios y retrasos en la producción. Pero la consecuencia más preocupante de la falla de un envase a presión es un elevado riesgo a la seguridad, la cual puede volverse peligrosa e incluso mortal.
Cuando un envase a presión se vuelve letal
Un ejemplo de una fatídica falla de un envase a presión es el trágico accidente industrial en el Loy-Lange Box Company en St. Louis, Missouri, el 3 de abril de 2017. Los miembros del personal ignoraron una fuga en el fondo de un envase a presión, el cual provocó una explosión masiva que lanzó el tanque a 150 metros del lugar. Cuatro personas murieron, una estaba trabajando en Loy-Lange, y las otras tres estaban en una instalación cercana.
La negligencia es sin duda un factor importante en este accidente. Sin embargo, un detallado informe publicado el 29 de julio de 2022 reveló que las extensas picaduras de oxígeno y la corrosión general debilitaron el receptor semicerrado (SCR) del envase, el cual estaba hecho de acero. El envase fallo, provocando una explosión de vapores que se expanden al hervir el líquido (BLEVE) que lo convirtió en un proyectil.
Si el personal de Loy-Lange hubiera elegido un metal más resistente a la corrosión, ¿podrían haber evitado esta tragedia? Posiblemente. Este accidente destaca la importancia de elegir los materiales más adecuados para un envase a presión (al igual que la importancia de un mantenimiento exhaustivo).
Factores de diseño a considerar al elegir materiales para un envase a presión
Existen tres factores clave a considerar al decidir qué metal es el más adecuado para un envase a presión. Incluyen factores internos, como el propósito del envase, al igual que factores externos que pueden aumentar o disminuir el rendimiento del tanque.
Entorno
La ubicación del envase a presión y sus alrededores tienen un impacto directo en su integridad estructural. La temperatura ambiente, vapores y líquidos, partículas inflamables y otros peligros pueden poner en riesgo a los sellos y válvulas fabricados con materiales inadecuados.
Uno de los factores que contribuyó a la explosión en Loy-Lange que se mencionó en el informe fue la introducción diaria de agua oxigenada en el receptor semicerrado (SCR). El problema no era el agua en sí, sino más bien la imposibilidad de eliminar el oxígeno del agua, siendo que el oxígeno es corrosivo.
Este es un ejemplo de por qué los empresarios industriales deben evaluar su entorno de trabajo e identificar las amenazas antes de instalar envases a presión. Aquí en Wattco, consideramos su entorno y fuerzas o elementos que puedan representar una amenaza para su envase a presión. Estas consideraciones nos permiten recomendarle el metal más adecuado para la construcción de su envase, entre otras recomendaciones.
Resistencia de carga
La resistencia de carga de un envase a presión simplemente se refiere a la capacidad potencial de un material para soportar cargas ubicadas sobre sí mismo, sin fallas ni daños. Existen varios tipos de cargas (o cargamentos).
Estos incluyen cargas transversales, la cual se refiere a fuerzas perpendiculares aplicadas a un eje longitudinal o cargas de torsión, la cual se refiere a la acción de torsión causada por fuerzas externas igualmente aplicadas y dirigidas de manera opuesta.
Además, existen diferentes tipos de tensión. Eso incluye la tensión de compresión, la cual se refiere a un apriete del material, que se resiste mejor con un material de alta resistencia a la compresión. También existe una tensión de tracción, la que se refiere a un alargamiento del material, que se resiste mejor con un material con alta resistencia a la tracción.
El material adecuado para un envase a presión, en términos de resistencia a la carga, dependerá del tipo de cargas y tensiones que deba soportar el tanque. Además, es más probable que ciertos materiales se ajusten a ciertas formas, lo cual puede ser necesario para diferentes procesos. Naturalmente, esto guarda relación con la aplicación industrial para la cual el envase a presión debe realizar servicios.
En Wattco, recomendamos materiales de envase a presión basados en los factores de carga y tensión inherentes a su aplicación industrial. Esto garantiza que su envase a presión sea lo suficientemente seguro en términos estructurales para satisfacer sus necesidades de producción sin comprometer el rendimiento o la seguridad.
Umbrales de temperatura y presión del diseño
Los envases a presión también tienen límites de temperatura y presión. Existe una presión de trabajo máxima permitida (MAWP), la presión máxima que un envase puede soportar en su punto más débil a una temperatura determinada durante el funcionamiento estándar.
También existe la temperatura máxima de diseño, la temperatura máxima que un metal puede soportar en un determinado MAWP. Los excesos en la presión o temperatura son perjudiciales para el rendimiento del envase, sin mencionar la seguridad de los trabajadores.
Una de esas fallas citadas por el informe de Loy-Lange fue que la presión y la temperatura del agua excedían los límites del SCR del envase. El riesgo de explosiones al hervir el líquido aumenta sustancialmente cuando el tanque almacena líquidos a niveles de temperatura y presión superiores a su capacidad.
Por esta razón, es importante calcular la presión y temperatura necesarias para su aplicación y construir un envase a presión para facilitar estos niveles. Idealmente, el tanque debe soportar un poco más de calor (o frío) y presión de lo que la aplicación necesita para proporcionar una zona de amortiguamiento. Al momento de construir su envase a presión, tomamos en cuenta la presión de trabajo máxima permitida y el diseño de su aplicación. Esto asegura que los materiales elegidos puedan resistir y trabajar en las condiciones a las que están sometidas.
Tipos comunes de materiales para envases a presión
Los envases a presión se encuentran de distintos tipos de materiales, muchos de los cuales son metales o aleaciones. Dicho esto, es importante aclarar que ningún metal es necesariamente mejor a otro. La mejor elección depende de la presión y la temperatura en el envase y la aplicación que soporta. No obstante, algunos materiales se utilizan a menudo porque tienen una reputación de desempeñarse de cierta manera.
Metales utilizados frecuentemente en envases a presión
- Acero inoxidable: Conocido por su alta integridad estructural y resistente a la tracción, se adapta fácilmente a distintas formas y posee una alta resistencia a la corrosión.
- Acero: Conocido por su alta resistencia a la tracción y la capacidad de soportar temperaturas demasiado altas sin sufrir daños.
- Titanio: Conocido por su excepcional resistencia a la corrosión y agrietamiento por torsión.
- Níquel: Conocido por proporcionar una buena resistencia a la corrosión y a la intemperie y brindar protección contra la expansión térmica.
- Aluminio: Conocido por su resistencia a la tracción relativamente alta, aunque no es adecuado para aplicaciones con temperatura y presión muy altas.
- Hastelloy: Conocido por su durabilidad y resistencia superior a la corrosión y al agrietamiento.
- Acero al carbono: Conocido por su gran resistencia a la corrosión y a la tracción, al igual que por su capacidad de soportar golpes y vibraciones.
Seleccionar el material para los envases a presión se reduce a encontrar un punto medio, donde puedan proporcionar el máximo rendimiento y seguridad para su aplicación.
Opciones de envases a presión de Wattco
Por supuesto, encontrar un equilibrio entre el rendimiento y la seguridad de los envases a presión requiere de un cálculo minucioso y meticuloso. Es posible que necesite ajustar el grado de sus materiales, especialmente si su aplicación presenta desafíos únicos de rendimiento y seguridad.
Los materiales también deben demostrar algún grado de versatilidad para soportar más de lo que exige su operación Dicho esto, la forma y la ubicación de su envase a presión también contribuirá a su rendimiento y seguridad.
Es mejor anticiparse a estas consideraciones de diseño y estructura, en vez de abordarlas más adelante. Los accidentes como la trágica explosión en Loy-Lange son ejemplos de que sucede cuando se ignoran los factores fundamentales. Abordar los factores en la etapa previa a la construcción puede reducir en gran medida los riesgos al rendimiento y seguridad posteriores.
Aquí en Wattco, diseñamos envases a presión personalizados para diversas industrias y aplicaciones. Consideramos todos los aspectos del rendimiento y seguridad, para garantizar que los materiales que recomendamos sean los más adecuados para sus necesidades de producción.
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