Diseño y construcción de un tanque rectangular de 400 m3/día para un sistema de tratamiento de aguas residuales modalidad electrocoagulación para la empresa Yakupro CIA LTDA

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TANQUE RECTANGULAR DE 400 [m3 /dı́a] PARA UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MODALIDAD ELECTROCOAGULACIÓN PARA LA EMPRESA YAKUPRO CIA. LTDA.. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO. PULLAGUARI ARMAS SANTIAGO ANDRÉS tiago2008 [email protected]. DIRECTOR: ING. WILLAN MONAR [email protected]. CO-DIRECTOR: ING. MAURICIO CELY [email protected]. Quito, Julio 2015.

(2) I. DECLARACIÓN. Yo Santiago Andrés Pullaguari Armas, juro que el trabajo aquı́ descrito es de mi autorı́a; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Santiago Andrés Pullaguari Armas.

(3) II. CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Santiago Andrés Pullaguari Armas bajo nuestra supervisión.. Ing. Willan Monar DIRECTOR DEL PROYECTO. Ing. Mauricio Cely CO-DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) III. AGRADECIMIENTOS. Al culminar este proyecto quiero agradecer a mis padres Ana y César, las personas más sabias que conozco, quienes, con su apoyo y sus consejos me ensañaron a no rendirme y dar lo mejor de mi; a mis hermanos Diego, Anita, Patty y mi sobrino Israel quienes son y siempre serán la razón para ser mejor cada dı́a.. A mi familia quienes me brindaron su apoyo cuando lo necesité y me dieron una palabra de aliento para seguir adelante.. A mis profesores que sin su abnegada dedicación y enseñanzas no habria podido culminar esta etapa de mi vida; en especial al Ing. Willan Monar, al Ing. William Venegas y al Ing. Mauricio Cely quienes con sus conocimientos y experiencia contribuyeron a la ejecución de este proyecto.. A mis amigos que me acompañaron en los buenos y malos momentos fuera y dentro de las aulas.. A todos ellos quiero decirles:. MUCHAS GRACIAS.

(5) IV. DEDICATORIA Este proyecto es dedicado con mucho cariño a mi madre Ana, que siempre encontró esa palabra justa en el los momentos más difı́ciles y me enseñó que todo pasa por algo pero siempre podremos levantarnos; a mi padre Cesár quien con su ejemplo y regaños me enseñó que siempre hay que esforzarse y que no importa si es de dı́a o noche cuando se lucha por la familia y desde muy pequeño me inculcó el valor del trabajo.. A mis hermanos quienes con sus locuras y mal humores supieron dar esa alegrı́a a mi vida; a Israel quien llegó para poner ese color a mi vida que se me habı́a olvidado.. A mis tı́os Max, Lenı́n, Daysi y Elizabeth quienes con sus consejos me llevaron a mejorar como persona, siempre apuntar hacia el éxito y que el único lı́mite es uno mismo, también a mi familia quienes me apoyaron para poder culminar este proyecto.. En especial a alguien quien se adelantó en el viaje eterno, a mi abuelito Julio que sin saberlo es quien me enseñó que se debe dejar todo hasta el final; gracias por esos pocos momentos que siempre atesoro y los llevaré hasta que nos volvamos a encontrar.. A Ricardo, Pedro, Mario, Luis, David y los demás vagos del Patrón Mejı́a, quienes entendimos que ser amigos es para toda la vida y que siempre me han apoyado. A mis panas de la Poli; Cristian, Jairo, Jonathan, Freddy, Edison, Juanito, Mauricio, a unos tal Galán Sin Chance y a los panas del volley; con quienes compartimos buenos momentos dentro y fuera de las mejores aulas del paı́s.. A todos mis amigos y amigas quienes compartimos muchos momentos y que son una razón más por quienes continuar cumpliendo mis metas. A todo quien directa e indirectamente colaboró con este proyecto.. PER ASPERA AD ASTRA.

(6) V. Índice general Índice. X. Índice de figuras. XIII. Índice de tablas. XV. Resumen. XVI. Presentación. XVIII. 1. INTRODUCCIÓN. 1. 1.1. GENERALIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3. TANQUE METÁLICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3.1. CLASIFICACIÓN DE TANQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3.1.1. Tanques abiertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.3.1.2. Tanques cerrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.3.1.3. Tanques cilindricos horizontales . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.3.1.4. Tanques cilı́ndricos verticales. . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.3.1.5. Tanques esféricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.3.2. NORMATIVAS APLICADAS A LA FABRICACIÓN DE TANQUES METÁLICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.3.2.1. American Society of Mechanical Engineers (ASME) . .. 8. 1.3.2.2. American Petroleum Institute (API). . . . . . . . . . . .. 8. 1.3.2.3. American Welding Society (AWS) . . . . . . . . . . . .. 8. 1.3.2.4. American Institute of Steel Construction (AISC) . . . .. 8. 1.4. AGUAS RESIDUALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.4.1. AGUAS PLUVIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.4.2. AGUAS BLANCAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.4.3. AGUAS NEGRAS O URBANAS . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.4.4. AGUAS INDUSTRIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.4.5. AGUAS AGRARIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.5. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES . . . . . . . . . . . . . . . .. 9.

(7) VI. 1.5.1. CLASIFICACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. 10. 1.5.1.1. Tratamiento Fı́sico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.5.1.2. Tratamiento Quı́mico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.5.1.3. Tratamiento Fı́sico – Quı́mico . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.5.1.4. Tratamiento Biológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.6. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR ELECTROCOAGULACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 1.6.1. VENTAJAS DEL TRATAMIENTO POR ELECTROCOAGULACIÓN 12 1.7. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROPUESTO POR LA EMPRESA YAKUPRO CIA. LTDA. . . . . . . . . . . . . . . . .. 12. 1.7.1. ELECTROCOAGULACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. 1.7.2. FLOCULACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. 1.7.3. SEDIMENTACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 1.7.4. RECOLECCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 1.8. TANQUES ELABORADOS POR YAKUPRO CIA. LTDA. . . . . . . . . .. 14. 2. SELECCIÓN Y DISEÑO. 17. 2.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17. 2.2. CONSIDERACIONES GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17. 2.3. MATERIALES PARA FABRICACIÓN DE TANQUES . . . . . . . . . . .. 17. 2.3.1. ACEROS AL CARBONO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17. 2.3.2. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18. 2.3.3. ACEROS INOXIDABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18. 2.3.4. MATERIALES NO FERROSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18. 2.4. NORMATIVA DE FABRICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18. 2.4.1. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN A . . . . . . . . . . .. 18. 2.4.2. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN B . . . . . . . . . . .. 18. 2.4.3. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN C . . . . . . . . . . .. 20. 2.5. SOLDADURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.5.1. PROCESOS DE SOLDADURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.5.1.1. Soldadura por arco de metal protegido (SMAW) . . . .. 20. 2.5.1.2. Soldadura por arco de tungsteno y gas (GTAW) . . . .. 21. 2.5.1.3. Soldadura por arco de metal y gas (GMAW) . . . . . .. 22.

(8) VII. 2.5.1.4. Soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW) . . .. 23. 2.5.1.5. Soldadura por arco sumergido (SAW) . . . . . . . . . .. 23. 2.5.2. DENOMINACIÓN DE ELECTRODOS . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.5.2.1. Electrodos para proceso SMAW . . . . . . . . . . . . .. 25. 2.5.2.2. Electrodos para proceso FCAW . . . . . . . . . . . . .. 26. 2.6. PARÁMETROS DE EVALUACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 2.6.1. INSPECCIÓN DE JUNTAS SOLDADAS . . . . . . . . . . . . . .. 28. 2.6.1.1. Inspección Visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 2.6.1.2. Inspección Radiográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29. 2.6.1.3. Inspección por ultrasonidos . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 2.6.1.4. Inspección por Tintas Penetrantes . . . . . . . . . . . .. 30. 2.6.2. PRUEBA HIDROSTÁTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31. 2.7. CORROSIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. 2.8. PREPARACIÓN DE SUPERFICIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 2.9. RECUBRIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 2.10.DISEÑO DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 2.11.DIMENSIONAMIENTO DE MÓDULOS DEL TANQUE . . . . . . . . . .. 38. 2.11.1. MÓDULO DE ELECTROCOAGULACIÓN . . . . . . . . . . . . .. 38. 2.11.2. MÓDULO DE FLOCULACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 2.11.3. MÓDULO DE SEDIMENTADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 2.11.4. MÓDULO DE RECOLECCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 2.12.DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. 2.13.ELEMENTOS DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 2.13.1. ESPESOR DE PARED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 2.13.2. SKID O BASE DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 2.13.2.1. Distancia entre soportes . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 2.13.2.2. Perfil longitudinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 2.13.2.3. Perfil transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46. 2.13.3. ATIESADORES HORIZONTALES . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46. 2.13.3.1. Número de atiesadores . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 2.13.3.2. Separación entre elementos atiesadores . . . . . . . .. 47. 2.13.3.3. Carga que soporta cada atiesador . . . . . . . . . . . .. 48.

(9) VIII. 2.13.4. PLACAS FLOCULADORAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 2.13.4.1. Espaciamiento entre placas floculadoras . . . . . . . .. 50. 2.13.4.2. Dimensiones de la placa floculadora . . . . . . . . . . .. 50. 2.13.5. VERTEDERO RECTANGULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. 2.13.6. PLACAS DE IZAJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. 2.13.7. ESCALERAS Y PLATAFORMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 2.13.8. SELECCIÓN DE ACCESORIOS DE PURGADO . . . . . . . . .. 55. 2.13.9. JUNTAS SOLDADURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 2.13.9.1. Soldadura a Tope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 2.13.9.2. Soldadura de Filete (T) . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 2.13.9.3. Soldaduras Discontinuas . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 3. SIMULACIÓN DEL TANQUE. 59. 3.1. ANSYS16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 3.1.1. MÓDULO STATIC STRUCTURAL . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 3.1.2. CONTACTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 3.1.3. MALLADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 3.1.4. INGRESO DE VARIABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62. 3.1.5. POSTPROCESO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63. 3.2. SIMULACIÓN DEL TANQUE RECTANGULAR . . . . . . . . . . . . . .. 64. 3.2.1. SIMULACIÓN DEL SKID DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . .. 64. 3.2.1.1. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 3.2.2. SIMULACIÓN DEL CUERPO DEL TANQUE . . . . . . . . . . .. 67. 3.2.2.1. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69. 3.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70. 3.3.1. ANÁLISIS DEL SKID DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . .. 70. 3.3.2. ANÁLISIS DEL CUERPO DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . .. 70. 4. FABRICACIÓN DEL TANQUE. 71. 4.1. MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 71. 4.2. PREPARACIÓN DEL MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 71. 4.2.1. CORTE DE PERFILES ESTRUCTURALES . . . . . . . . . . . .. 72. 4.2.2. CORTE DE PLANCHAS METÁLICAS . . . . . . . . . . . . . . .. 72.

(10) IX. 4.2.3. DOBLADO DE PLANCHAS METÁLICAS . . . . . . . . . . . . .. 73. 4.2.4. PREPARACIÓN SUPERFICIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74. 4.2.5. RECUBRIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74. 4.3. FABRICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 4.3.1. FABRICACIÓN DEL SKID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 4.3.2. FABRICACIÓN DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78. 4.4. TRANSPORTE DEL TANQUE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4.5. MANTENIMIENTO DEL TANQUE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ´ 5. ANALISIS DE COSTOS. 84 85. 5.1. COSTOS DIRECTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. COSTO DE MATERIALES. 82. 85. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 5.1.2. COSTO DE ACCESORIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. 5.1.3. COSTO DE CORTE Y DOBLADO . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. 5.1.4. COSTO DE FABRICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. 5.1.5. COSTO DE RECUBRIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. 5.2. COSTOS INDIRECTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. 5.2.1. COSTO DE INSUMOS DE FABRICACIÓN . . . . . . . . . . . .. 88. 5.2.2. COSTO DE INSUMOS DE SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . .. 88. 5.2.3. COSTO DE INSUMOS PARA EQUIPOS . . . . . . . . . . . . . .. 89. 5.2.4. COSTO DE INSUMOS PARA RECUBRIMIENTO . . . . . . . . .. 90. 5.2.5. COSTO DE INGENIERÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. 5.2.6. COSTO DE TRANSPORTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. 5.2.7. COSTO TOTAL DEL TANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92. 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 93. •••••••••••••••• 6.1. CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 93. 6.2. RECOMENDACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94. Bibliograf´ıa. 98. Apéndice. 99.

(11) X. A. TABLAS Y GRÁFICAS PARA DISEÑO. 99. A.1. Valor de σ para tanques rectangulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99. A.2. Dimensiones de módulos de tratamiento de aguas . . . . . . . . . . . .. 99. B. CATÁLOGOS DE PERFILES Y ACCESORIOS. 100. B.1. Caracterı́sticas de perfil IPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 B.2. Caracterı́sticas de perfil ángulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 B.3. Caracterı́sticas de perfil Canal U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 B.4. Caracterı́sticas de tubo cuadrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 B.5. Caracterı́sticas de tubo redondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 B.6. Caracterı́sticas de brida soldable con cuello . . . . . . . . . . . . . . . . 103 C. FABRICACIÓN DEL TANQUE C.1. Caracterı́sticas del equipo para corte oxiacetileno. 104 . . . . . . . . . . . . 104. C.2. Especificaciones de electrodo E6010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 C.3. Especificaciones de electrodo E71T-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 C.4. Esquema de paso de peregrino para proceso de soldadura . . . . . . . 107 D. CRONOGRAMA DE FABRICACIÓN. 108. E. ESPECIFICACIONES DE RECUBRIMIENTOS. 109. E.1. Recubrimiento Sigma 280 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 E.2. Recubrimiento Sigma 300 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 E.3. Recubrimiento Amerpox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 E.4. Recubrimiento Fosfapox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 F. FOTOGRAFÍAS DE LA FABRICACIÓN DEL TANQUE. 115. G. FOTOGRAFÍAS ENSAYO DE TINTAS PENETRANTES. 120. H. MANTENIMIENTO DEL TANQUE. 123. I. PLANOS DE FABRICACIÓN. 124.

(12) XI. Índice de figuras 1.1. Croquis del sitio de instalación del tanque para tratamiento de aguas residuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.2. Tanque para almacenamiento de crudo . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3. Clasificación de tanques de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.4. Tanque abierto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.5. Tanque cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.6. Tanque cilı́ndrico horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.7. Tanque cilı́ndrico vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.8. Tanque esférico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.9. Celda de electrocoagulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 1.10.Proceso de electrocoagulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. 1.11.Proceso de floculación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. 1.12.Proceso de sedimentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 1.13.Componentes de una planta de tratamiento . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. 2.1. Proceso SMAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. 2.2. Proceso GTAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22. 2.3. Proceso GMAW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22. 2.4. Proceso FCAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23. 2.5. Proceso SAW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.6. Código para electrodos bajo la norma AWS A5.1 . . . . . . . . . . . . .. 26. 2.7. Código para electrodos bajo la norma AWS A5.20 . . . . . . . . . . . .. 27. 2.8. Galga para inspección visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 2.9. Proceso de inspección radiográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29. 2.10.Equipo utilizado en inspección por ultrasonidos . . . . . . . . . . . . . .. 30. 2.11.Proceso de la técnica de inspección por lı́quidos penetrantes . . . . . .. 31. 2.12.Pared de un tanque atacada por excesiva corrosión . . . . . . . . . . .. 33. 2.13.Aplicación de recubrimiento industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 2.14.Dimensiones del tanque rectangular para tratamiento de agua residual. 40. 2.15.Distancia en que actúa la carga distribuida . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 2.16.Distrinución de atiesadores horizontales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48.

(13) XII. 2.17.Disposición de cargas en la pared del tanque . . . . . . . . . . . . . . .. 49. 2.18.Dimensiones principales de un vertedero rectangular . . . . . . . . . . .. 52. 2.19.Placa de izaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 2.20.Junta a tope con penetración completa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 2.21.Junta de filete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 2.22.Soldadura discontinuas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 3.1. Módulos del programa ANSYS 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 3.2. Módulo Static Structural de ANSYS 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 3.3. Tabla de contenido del proceso de contactos de ANSYS 16 . . . . . . .. 61. 3.4. Mallado de un modelo realziado en ANSYS 16 . . . . . . . . . . . . . .. 62. 3.5. Calidad de mallado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62. 3.6. Diferentes tipos de cargas usadas en Static Strutural . . . . . . . . . . .. 63. 3.7. Análisis de deformación de un modelo en ANSYS 16 . . . . . . . . . . .. 64. 3.8. Mallado y gráfica de calildad del skid del tanque . . . . . . . . . . . . .. 65. 3.9. Presión que soporta el skid del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 3.10.Deformación del skid del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 3.11.Esfuerzo que resiste el skid dle tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 3.12.Factor de seguridad del skid del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 67. 3.13.Relación de aspecto del tanque rectangular . . . . . . . . . . . . . . . .. 68. 3.14.Presión hidrostática que soporta el tanque. . . . . . . . . . . . . . . . .. 68. 3.15.Deformación del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69. 3.16.Factor de seguridad del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69. 4.1. Plancha de acero A36 para la fabricación del tanque . . . . . . . . . . .. 72. 4.2. Corte con oxiacetileno de un perfil estructural . . . . . . . . . . . . . . .. 73. 4.3. Planchas de acero A36 para ser dobladas . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73. 4.4. Compresor utilizado en recubrimientos industriales . . . . . . . . . . . .. 75. 4.5. Fabricación del skid del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77. 4.6. Recubrmiento epóxico en un cordón de soldadura . . . . . . . . . . . .. 78. 4.7. Fabricación del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79. 4.8. Fabricación del cuerpo del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79. 4.9. Soldadura de elementos atiesadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80.

(14) XIII. 4.10.Soldadura de una brida del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80. 4.11.Fabricación de escalera del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81. 4.12.Tanque rectangular terminado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81. 4.13.Tanque rectagular aplicado recubrimiento . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82. 4.14.Transporte del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83. 4.15.Transporte del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83. 4.16.Desembarque del tanque en el sitio de intalación . . . . . . . . . . . . .. 84. D.1. Cronograma de Fabricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 E.1. Hoja de datos para recubrimiento Sigma 280 . . . . . . . . . . . . . . . 109 E.2. Hoja de datos para recubrimiento Sigma 280 . . . . . . . . . . . . . . . 110 E.3. Hoja de datos para recubrimiento Sigma 300 . . . . . . . . . . . . . . . 111 E.4. Hoja de datos para recubrimiento Sigma 300 . . . . . . . . . . . . . . . 112 E.5. Hoja de datos para recubrimiento Amerpox . . . . . . . . . . . . . . . . 113 E.6. Hoja de datos para recubrimiento Fosfapox . . . . . . . . . . . . . . . . 114 F.1. Fabricación del skid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 F.2. Fabricación de las paredes del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 F.3. Montaje de atiesadores externos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 F.4. Fabricación de escalera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 F.5. Fabricación de escalera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 F.6. Transporte del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 F.7. Desembarque del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 G.1. Ensayo de tintas penetrantes en paredes del tanque . . . . . . . . . . . 120 G.2. Ensayo de tintas penetrantes en paredes del tanque . . . . . . . . . . . 121 G.3. Ensayo de tintas penetrantes en paredes del tanque . . . . . . . . . . . 122 H.1. Check List de la Planta de Tratamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.

(15) XIV. Índice de tablas 1.1. Uso de tanque metálicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.2. Componentes de una planta fabricada por la empresa YAKUPRO CIA. LTDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 2.1. Materiales para la fabricación de tanques. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19. 2.2. Procesos para soldadura de tanques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25. 2.3. Caracterı́sticas de electrodos para proceso SMAW . . . . . . . . . . . .. 26. 2.4. Caracterı́sticas de electrodos para proceso FCAW . . . . . . . . . . . .. 27. 2.5. Ensayos No Destructivos utilizados en tanques . . . . . . . . . . . . . .. 32. 2.6. Especificación para preparación de superficies. . . . . . . . . . . . . . .. 34. 2.7. Dimensiones de las planchas para la fabricación del tanque . . . . . . .. 39. 2.8. Volúmenes de módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 2.9. Propiedades del acero ASTM A36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 2.10.Valores de factor αn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. 2.11.Espesor de pared. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. 2.12.Momentos de flexión para selección de perfil longitudinal . . . . . . . .. 45. 2.13.Esfuerzo máximo para selección de perfil longitudinal . . . . . . . . . .. 46. 2.14.Número de atiesadores horizontales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 2.15.Separación de atiesadores horizontales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 2.16.Alturas a la que se colocará cada atiesador . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 2.17.Selección de elemento atiesador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 2.18.Dimensiones de placas floculadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. 2.19.Valores de Ce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52. 2.20.Dimensiones de vertedero rectangular . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. 2.21.Dimensiones de placa de izaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 2.22.Espesor de refuerzo en juntas a tope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 2.23.Garganta para juntas de filete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 4.1. Preparación superficial para el tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74. 4.2. Recubrimientos utilizados en el tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 75. 4.3. Herramientas utilizadas en la fabricación del tanque . . . . . . . . . . .. 76. 5.1. Costo de Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85.

(16) XV. 5.2. Costo de accesorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. 5.3. Costo de corte y doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. 5.4. Costo de fabricación del tanque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. 5.5. Costo de recubrimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. 5.6. Costo de insumos de fabricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 88. 5.7. Costo de insumos de implementos de seguridad . . . . . . . . . . . . .. 89. 5.8. Costo de insumos para equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90. 5.9. Costo de insumos para recubrimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90. 5.10.Costo de Ingenierı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. 5.11.Costo de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. 5.12.Costo total de la fabricación del tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92. A.1. Volúmenes de módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99.

(17) XVI. RESUMEN El aumento de la población y de la actividad del hombre ha hecho que los recursos con que se cuenta disminuyan progresivamente, ası́ también el recurso hı́drico progresivamente se ha ido contaminado por el uso desmedido de este. Una alternativa viable para disminuir la carga contaminante del agua que ha sido utilizada por el hombre es darle un tratamiento; el mismo que mediante procesos fisicos y/o quı́micos permite obtener agua menos contaminada para que pueda ser desechada a las alcantarillas o una vertiente natural.. Es por este motivo que el presente proyecto tiene como objetivo diseñar y construir un tanque metálico para el tratamiento de aguas residuales bajo la modalidad de electrocoagulación; este tanque será fabricado por la empresa YAKUPRO CIA. LTDA; esta empresa brinda servicios de tratamiento y potabilización de agua fuera y dentro del paı́s. El presente proyecto consta de 6 capı́tulos que se describen a continuación:. En el primer capı́tulo, se muestra los fundamentos teóricos sobre los tanques, sus tipos, caracterı́sticas, usos y normativas de diseño y fabricación. Además se muestra los diferentes procesos de tratamiento de aguas haciendo énfasis en el proceso por electrocoagulación y también las caracterı́sticas que presentan los tanques fabricados por la empresa YAKUPRO CIA. LTDA.. En el segundo capı́tulo, se indican consideraciones tales como materiales de fabricación, tipo de procesos de soldadura que se toman en cuenta para el diseño y fabricación del tanque. También se detallan procesos de preparación de superficies, recubrimiento e inspección del tanque.. En el tercer capı́tulo, se desarrolla el diseño de cada elemento y la selección de los accesorios que constituyen el tanque. Además se muestra el análisis de simulación del tanque, para esto se utiliza el programa ANSYS16 que nos permite conocer valores de esfuerzos, deformaciones, etc., los mismos que permiten validar el diseño del tanque..

(18) XVII. En el cuarto capı́tulo, se detalla el proceso de fabricación del tanque, transporte y montaje en el sitio destinado para su uso. La fabricación del tanque se basa en planos de taller y en conjunto realizados.. En el quinto capı́tulo, se realiza el análisis de costos, tomando en cuenta el gasto que conlleva el diseño, fabricación, transporte y montaje del tanque metálico.. En el sexto capı́tulo, se presentan las conclusiones obtenidas al finalizar este el proyecto y recomendaciones que se debe tener en cuenta al momento de fabricar el tanque..

(19) XVIII. PRESENTACIÓN El aumento en la población en el paı́s como también la actividad industrial, ha hecho que el consumo de agua aumente; la misma que, después de su uso tiene una carga contaminante que no se tiene en cuenta al momento de ser desechada y que es nociva para las personas y el medio ambiente. Para poder mejorar la calidad del agua lo que se utilizan varios procesos para lograr su purificación y disminución de carga contaminante y que esta sea apta para su utilización o para su desecho.. Es por este motivo que el presente proyecto tiene como objetivo principal diseñar y fabricar un tanque rectangular para un sistema de tratamiento de aguas residuales modalidad electrocoagulación; con la finalidad de disminuir la carga contaminante del agua proveniente de un conjunto habitacional ubicado en la provincia de Babahoyo; por lo que se ha adquirido un compromiso con la empresa YAKUPRO CIA. LTDA. dedicada a prestar servicios sistemas de purificación y tratamiento de agua residual.. Partiendo de los parámetros de diseño se fabricará un tanque metálico que constará de varios procesos que permiten un tratamiento que garantice que la calidad del agua este dentro de los valores permitidos por las normativas vigentes. Mediante este proyecto se realiza un aporte al cambio de la matriz productiva del paı́s mejorando la actual situación y beneficiando al sector productivo del paı́s..

(20) 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1. GENERALIDADES El tanque fabricado por la empresa YAKUPRO CIA. LTDA; sera´ utilizado como una planta compacta para el tratamiento de aguas residuales para el proyecto de reasenta´ Clemente Baquerizo en la ciudad de Babahoyo ubicado miento ubicado en el canton en la provincia de Los Rı́os. El espacio fı́sico con que se cuenta para la instalación del tanque metálico que servirá para el tratamiento de aguas residual es de 60 m2 .. En la figura (1.1), se aprecia un croquis del lugar donde se instalará el sistema de tratamiento de aguas residuales y el espacio fı́sico donde se colocará el tanque fabricado para el tratamiento de agua por electrocoagulación.. Figura 1.1: Croquis del sitio de instalación del tanque para tratamiento de aguas residuales Fuente: MIDUVI.

(21) 2. 1.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En esta sección se presentan conceptos necesarios para el diseño y construcción del tanque metálico, el cual es el objetivo de este proyecto de titulación; los mismos que permiten tener un mejor entendimiento de los procesos que se van a utilizar para lograr cumplirlo.. 1.3. TANQUE METÁLICO Un tanque es un recipiente que se utiliza para el almacenamiento de algún tipo de fluido como agua, aire, oxı́geno, o petróleo; o también para un proceso por ejemplo para tratamiento de agua residual. El uso de los tanques facilita mucho las operaciones que se necesita realizar con estos fluidos y también beneficia en el ahorro de espacio fı́sico que se cuenta para dichas operaciones. En la figura (1.2) se puede apreciar un tanque utilizado para el almacenamiento de crudo.. Figura 1.2: Tanque para almacenamiento de crudo Fuente: (Proditanques, 2015). 1.3.1.. CLASIFICACIÓN DE TANQUES. Existen diferentes aspectos que se utilizan para clasificar a los tanques, a continuación se muestra en la figura (1.3), varios aspectos que permiten clasificarlos..

(22) Figura 1.3: Clasificación de tanques de almacenamiento. 3.

(23) 4. 1.3.1.1.. Tanques abiertos. Los tanques abiertos son comúnmente utilizados como tanque homogenizador, tanque para operaciones como reactores quı́micos, depósitos, sedimentadores, etc. Estos recipientes son fabricados de acero, polı́mero o concreto, sin embargo en los procesos industriales son construidos de acero debido a su bajo costo y fácil fabricación y mantenimiento. En la figura (1.4) se puede apreciar un tanque de este tipo.. Figura 1.4: Tanque abierto. 1.3.1.2.. Tanques cerrados. Los tanques cerrados son comúnmente utilizados cuando el fluido (combustibles o gas) es tóxico. Sustancias quı́micas peligrosas, como ácidos o sosa cáustica son almacenadas en recipientes cerrados. La decisión de que un recipiente abierto o cerrado sea usado dependerá del fluido a ser almacenado. En la figura (1.5) se puede apreciar un tanque de este tipo..

(24) 5. Figura 1.5: Tanque cerrado Fuente: (Azteca Noticias, 2015). 1.3.1.3.. Tanques cilindricos horizontales. Los tanques cilı́ndricos horizontales, generalmente son utilizados para contener volúmenes bajos, debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexión. En la figura (1.6) se puede apreciar un tanque de este tipo.. Figura 1.6: Tanque cilı́ndrico horizontal Fuente: (Talleres Godoy, 2015b). 1.3.1.4.. Tanques cilı́ndricos verticales. Este tipo de tanques permiten almacenar grandes cantidades volumétricas con un costo bajo. Con la limitante que solo pueden ser usados a presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas. En la figura (1.7) se puede apreciar un tanque de este tipo..

(25) 6. Figura 1.7: Tanque cilı́ndrico vertical Fuente: (Talleres Godoy, 2015a). 1.3.1.5.. Tanques esféricos. Son utilizados para almacenar grandes volúmenes bajo presiones atmosféricas es normalmente de los recipientes esféricos. Las capacidades y presiones utilizadas varı́an grandemente. Su rango de capacidad es de 1000 hasta 25000 Psi. Son utilizados para el almacenamiento de aceites muy volátiles que desarrollan alta presión de vapor. En la figura (1.8) se puede apreciar un tanque de este tipo.. Figura 1.8: Tanque esférico Fuente: (INSSEL, 2015).

(26) 7 En la tabla (1.1) se muestra varios tipos de tanques y sus usos más comunes. Tabla 1.1: Uso de tanque metálicos.. Tanque Tanque con. Tipos de tanques. Tanque. techo. Tanque. con. cónico. Abierto. techo. soportado. flotante. con techo flotante interno. con Tanque con techo cónico o domo autoso-. techo Tanque con techo cónico soportado. portado. cónico o domo autosoportado con techo flotante interno. Presión de almacenamiento. Atm.. Atm.. Atm.. 0,36. 0,07. a 0,07. a 0,04. psi. psi. x. x. x. x. P. Agua Potable. r. Agua No Tratada. o. Desmineralizada. d. Gasolina. x. x. u. Keroseno. x. x. c. Diesel. x. x. t. Aceites. x. x. o. Asfalto. x. x. x. Atm.. x x. x x. Fuente:(Mateus y Vivas, 2007). 1.3.2.. NORMATIVAS APLICADAS A LA FABRICACIÓN DE TANQUES METÁLICOS. Para la fabricación de tanques se tienen diferentes códigos de construcción que consideran aspectos importantes como diseño de elementos, selección de materiales, tipos de accesorios, tipo de juntas, pruebas y ensayos, inspecciones, etc.; estos códigos son desarrollados, revisados y editados por instituciones u organizaciones que han permitido mejorar los diseños y métodos de construcción de los tanques..

(27) 8. 1.3.2.1.. American Society of Mechanical Engineers (ASME). Es una asociación de profesionales que se encarga de realizar normas enfocadas al diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos, entre otros, calderas y recipientes sujetos a presión.. 1.3.2.2.. American Petroleum Institute (API). Es la principal asociación implicada en la producción, refinamiento, distribución, y muchos otros aspectos de la industria petrolera. Las principales funciones de este instituto son la negociación con las agencias gubernamentales, asuntos legales, investigación en equipos, sistemas de succión y almacenamiento de crudo. Esta investigación permite redactar normas y lineamientos encaminados al mejoramiento de cada proceso.. 1.3.2.3.. American Welding Society (AWS). Esta sociedad se encarga del desarrollo tecnológico de la soldadura de materiales. Las normas y certificaciones expedidos por la AWS son reconocidas y utilizadas en la mayorı́a de los paı́ses. Estas normas permiten tener una mejor eficiencia y calidad en la práctica. Además la AWS sugiere criterios para la producción y la evaluación de todos los tipos de productos y materiales de soldadura.. 1.3.2.4.. American Institute of Steel Construction (AISC). Este instituto se fundamenta en el diseño y la construcción de la industria estructural. La AISC esta relacionada con las actividades técnicas y de creación de mercado, incluyendo: especificación y desarrollo de código, la investigación, la educación, la asistencia técnica, certificación de calidad, la normalización y el desarrollo del mercado. AISC tiene una larga tradición de servicio a la industria de la construcción de acero que proporciona información oportuna y confiable.. 1.4. AGUAS RESIDUALES Se definen como las aguas que el hombre ha utilizado para actividades domésticas o industriales, las cuales se convierten en vehı́culo de desechos; su origen resulta de.

(28) 9 la combinación de lı́quidos y residuos sólidos que son trasportados por un sistema de alcantarillado hasta su desecho final. (LLanos, 2013). 1.4.1.. AGUAS PLUVIALES. Son aguas producto de las precipitaciones atmosféricas (lluvia, granizo); se caracterizan por tener una gran aportación en el caudal. Los contaminantes se incorporan al pasar el agua por la superficie.. 1.4.2.. AGUAS BLANCAS. Son aguas procedentes de la escorrentı́a superficial (el flujo del agua, lluvia, nieve, u otras fuentes, sobre la tierra) y de drenajes (aguas salobres, filtraciones de alcantarillado, etc.).. 1.4.3.. AGUAS NEGRAS O URBANAS. Son aguas procedentes de la actividad humana doméstica, o la mezcla de actividades comerciales, industriales y agrarias, y con la de drenajes. Su volumen es menor que el de las aguas blancas.. 1.4.4.. AGUAS INDUSTRIALES. Aguas procedentes de preparación de materia prima, elaboración y terminado de productos; en este tipo de aguas pueden aparecer iones metálicos, productos quı́micos, hidrocarburos, detergentes. (Latorre, 2012). 1.4.5.. AGUAS AGRARIAS. Son aguas producto de la actividad agrı́cola y ganadera. Normalmente esta agua contiene fertilizante, pesticidas, plaguicidas, estiércol, residuos varios, etc.. 1.5. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Al momento de realizar la desinfección del agua residual se debe tomar en cuenta las caracterı́sticas del agua y de las propiedades del agua a descargarse. Los propiedades.

(29) 10 del agua depende del lugar de descarga, ya sea vertiente natural (mar, lago, rı́o, etc.) o alcantarillado. (Hernández Muñoz, Hernández Lehmann, y Galán, 1996). 1.5.1.. CLASIFICACIÓN DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Para el tratamiento de aguas residuales se cuentan con varios tipos dependiendo principalmente del grado de contaminación que tiene el agua.. 1.5.1.1.. Tratamiento Fı́sico. Uno de los procesos más importantes en la purificación del agua residual es la eliminación de partı́culas sólidas, disueltas o en suspensión que se encuentran en el agua, los métodos más comunes para depurar estas partı́culas son: sedimentación, filtración, homogenización, gasificación, destilación y floculación.. 1.5.1.2.. Tratamiento Quı́mico. Este tratamiento tiene como proceso la separación de impurezas del efluente mediante la interacción con uno o más reactivos para producir flóculos, que es un compuesto quı́mico insoluble que absorbe la materia coloidal, envolviendo a los sólidos suspendidos no sedimentables y que se deposita rápidamente. Los procesos más empleados son: oxidación, desinfección, neutralización e intercambio iónico.. 1.5.1.3.. Tratamiento Fı́sico – Quı́mico. Este proceso es a combinación de los dos anteriores fı́sico y quimico; este proceso permite tener una mejor depuración. Los procesos más conocidos son: coagulación, aditivos para cambiar la tensión superficial, inhibición de corrosión.. 1.5.1.4.. Tratamiento Biológico. Este tipo de tratamiento se basa en la eliminación de contaminantes del efluente por medio de actividad biológica de microorganismos; se utiliza comúnmente para tratar.

(30) 11 agua de desecho que contiene materia orgánica disuelta. Entre los procesos biológicos más conocidos tenemos: filtro percolador, lodos activados. 1.6. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR ELECTROCOAGULACIÓN Comúnmente para la eliminación de la carga contaminante que se encuentra en las aguas residuales se utiliza agentes quı́micos para que se dé el proceso de desinfección y coagulación; una nueva alternativa para evitar el uso de estos agentes es la electrocoagulación.. La electrocoagulación es el proceso para eliminar contaminantes que se encuentran suspendidos, disueltos o emulsificados presentes en el agua, producto de la aplicación de un potencial eléctrico a través de un sistema ánodo - cátodo inmerso en el agua. En la figura (1.9) se puede apreciar una celda de electrocoagulación.. Figura 1.9: Celda de electrocoagulación Fuente: (Morales, 2015). Para esto se utiliza una celda electroquı́mica, que es un juego de placas que se hallan dispuestas de manera paralela y son conectadas en serie; una hace de cátodo y la otra de ánodo. El ánodo se lo conoce como electrodo de sacrificio y el cátodo se mantiene igual. Los iones producidos son los encargados de desestabilizar las partı́culas contaminantes en el agua haciendo que se facilite la formación de coagulos..

(31) 12 Estas celdas de electrocoagulación suelen estar compuestas de diferentes materiales lo que ayuda a tener una mayor efeciencia del sistema de tratamiento. En la electrocoagulación el coagulante se forma “in situ” mediante las reacciones por las cuales se tiene la producción de iones del electrodo de sacrificio. (Arango Ruiz, 2005). 1.6.1.. VENTAJAS DEL TRATAMIENTO POR ELECTROCOAGULACIÓN. Tiende a llevar las aguas tratadas cerca de un PH neutro.. Produce efluentes con menos contenido de Total de Sólidos Disueltos (TDS) en comparación con los tratamientos quı́micos convencionales.. Evita la utilización de productos quı́micos, evitándose ası́ la contaminación secundaria, causada por sustancias quı́micas añadidas.. Elimina requerimientos de almacenamiento y uso de productos quı́micos, siendo una técnica amigable con el medio ambiente.. Debido a las burbujas de gas, se producen corrientes ascendentes descendentes de la solución, ocasionando ası́ un aumento en la eficiencia de la desestabilización. Esta agitación espontánea, evita la agitación mecánica.. 1.7. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROPUESTO POR LA EMPRESA YAKUPRO CIA. LTDA Para realizar un tratamiento de desinfección a aguas residuales normalmente se combinan varios procesos (fı́sicos, quı́micos y biológicos) para que la desinfección sea satisfactoria y entre en parámetros aptos para su desecho. El tratamiento que se realizará en el tanque metálico consta de los siguientes procesos..

(32) 13. 1.7.1.. ELECTROCOAGULACIÓN. La electrocoagulación es un proceso que permite eliminar los contaminantes que se suspendidos, disueltos o emulsificados presentes en el agua, producto de la aplicación de un potencial eléctrico a través de un sistema ánodo - cátodo inmerso en el agua. En la figura (1.10) se aprecia una celda de electrocoagulación en funcionamiento.. Figura 1.10: Proceso de electrocoagulación. 1.7.2.. FLOCULACIÓN. Es un proceso por el cual mediante la agitación de la masa coagulada, que permite el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso para que puedan sedimentarse con facilidad. En la figura (1.11) se aprecia un floculador hidráulico de flujo vertical que es el fabricado por la empresa.. Figura 1.11: Proceso de floculación Fuente: (SENA, 2015).

(33) 14. 1.7.3.. SEDIMENTACIÓN. Es un proceso que se realiza después de la coagulación y la floculación; la sedimentación sea da por efecto de la gravedad que se encarga de que los sólidos suspendidos se asienten para su posterior purga. En la figura (1.12) se aprecia un sedimentador de placas inclinadas conocido también como sedimentador de alta rata.. Figura 1.12: Proceso de sedimentación Fuente: (Garcı́a, 2015). 1.7.4.. RECOLECCIÓN. En esta etapa, el agua que ya ha sedimentado se recolecta para su desecho o un posterior tratamiento que afine mucho más la calidad del agua, esta etapa es la última del tratamiento que se realiza en el tanque metálico.. 1.8. TANQUES ELABORADOS POR YAKUPRO CIA. LTDA. Los tanques utilizados para tratamiento de aguas residuales que la empresa YAKUPRO CIA. LTDA. fabrica son tanques abiertos rectangulares. Este tipo de tanques son utilizados para depósitos o tanques para proceso. Las plantas compactas fabricadas por la empresa permiten una mejor ocupación del área fı́sica donde se va ha ser colocado, una mejor facilidad de fabricación, un mantenimiento fácil y un bajo costo..

(34) 15 Los tanques rectangulares fabricados por la empresa YAKUPRO CIA. LTDA. presentan grandes beneficios principalmente porque pueden ser instalados en la mayorı́a de lugares, debido a su optimización de espacio; además se puede realizar varios procesos en un mismo tanque. Las plantas compactas de tratamiento de aguas residuales tienen los componentes que se muestran en la tabla (1.2). Tabla 1.2: Componentes de una planta fabricada por la empresa YAKUPRO CIA. LTDA.. COMPONENTES. DESCRIPCIÓN Es la parte estructural que sirve de base del. 1. Skid. tanque metálico, está constituido por perfiles IPN, UNP, canales o anguloslos cuales son soldados. Es el conjunto de módulos donde se realizan. 2. Cuerpo del tanque. el proceso de eliminación de la carga contaminante, siendo este un proceso continuo.. 3. Atiesadores horizontales externos. Son perfiles estructurales (UPN, ángulos), que permiten rigidizar al tanque. Su número depende del tamaño del tanque. Son perfiles estructurales (tubo cuadrado) que. 4. Atiesadores Internos. ayudan a los atiesadores externos con la carga producida por la presión hidráulica.. 5. Escaleras, pasamanos y plataformas. Son componentes que permiten la inspección y mantenimiento del tanque. Son elementos que van unidos al tanque y. 6. Accesorios soldables. permiten la evacuación de sedimentos y grasas producto del tratamiento que se realiza en el tanque.. En la figura (1.13) se aprecia una planta para tratamiento de aguas residuales con sus principales componentes..

(35) 16. Figura 1.13: Componentes de una planta de tratamiento.

(36) 17. CAPÍTULO 2 SELECCIÓN Y DISEÑO 2.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO Se deben de tener varias consideraciones al momento de diseño y fabricación del tanque; estas consideraciones se describen a continuación.. 2.2. CONSIDERACIONES GENERALES Los recipientes a presión se diseñarán para soportar cargas internas y externas, cargas de viento, peso del recipiente y temperatura; los mismos que se fabricarán sin elementos atiesadores cuando no excedan 1 m3 de capacidad.. Las aberturas de 2 1/2 pulgadas y mayores deberán ser bridadas, las mismas que serán reforzadas para evitar el excesivo deterioro por corrosión.. Las dimensiones del tanque para que sea trasnportado por medio de plataforma o una cama baja, sin permiso tendrán un ancho máximo de 3,5 metros, un largo máximo de 10 metros y una altura del tanque, máximo de 3,5 metros.. 2.3. MATERIALES PARA FABRICACIÓN DE TANQUES Los materiales para la fabricación de tanques son diversos y depende mucho de las aplicaciones que se les va a dar, a continuación se muestra los principales materiales de fabricación para tanques metálico.. 2.3.1.. ACEROS AL CARBONO. Es el más disponible y económico que se puede encontrar en el mercado y son recomendados para la mayorı́a de tanques donde no existan altas temperaturas..

(37) 18. 2.3.2.. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN. Sirven para la fabricación de tanques con condiciones especı́ficas de uso. Son más costosos que los fabricados con aceros al carbono. Tienen mejores propiedades que los aceros al carbono.. 2.3.3.. ACEROS INOXIDABLES. Son mucho más costosos que los dos anteriores y son mucho más resistentes a la corrosión.. 2.3.4.. MATERIALES NO FERROSOS. Se utilizan estos materiales para contener sustancias con alta capacidad corrosiva. Para la fabricación del tanque se utilizarán materiales que se encuentren en el mercado nacional ası́ como también los accesorios que serán instalados. En la tabla (2.1) de la página siguiente, se aprecia los materiales más utilizados en la construcción de tanques.. 2.4. NORMATIVA DE FABRICACIÓN Para la fabricación del tanque de este proyecto se utilizará la norma ASME VIII división 1, para RECIPIENTES A PRESIÓN. Esta norma consta de las siguientes subsecciones. (ASME, 2005). 2.4.1.. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN A. La subsección A trata de los requisitos para materiales, diseño, superficies, refuerzos, apoyos, fabricación y pruebas; ası́ como también las caracterı́sticas a cumplir de cada tanque o recipiente a presión.. 2.4.2.. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN B. La subsección B trata de los requisitos para la fabricación; tipos de juntas soldadas, inspección, tratamiento térmico si fuese necesario que se necesita realizar..

(38) 19. Tabla 2.1: Materiales para la fabricación de tanques.. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO AL CARBONO Y DE BAJO CONTENIDO DE ELEMENTOS DE ALEACIÓN Forma. Composición. Especificación. Nominal. Número. Grado. C. A - 36. C. Aplicación Calidad Estructural. Para recipiente a presión puede usarse con limitaciones.. C. SA - 283. C. Calidad Estructural. Para recipiente a presión puede usarse con limitaciones.. PLACA. C. SA - 285. C. Calderas para servicio estructural y otros recipientes a presión.. C - Si. SA - 515. 55. Principalmente para servicio a temperatura media y alta.. C - Si. SA - 515. 60. Principalmente para servicio a temperatura media y alta.. C - Si. SA - 515. 65. Principalmente para servicio a temperatura media y alta.. C - Si. SA - 515. 70. Principalmente para servicio a temperatura media y alta.. C - Mn - Si. SA - 516. 65. Para servicio a temperaturas moderadas y bajas.. C - Mn - Si. SA - 516. 70. Para servicio a temperaturas moderadas y bajas.. C - Mn - Si. SA - 105. -. Para servicio a alta temperatura. BRIDAS Y. C - Si. SA - 181. I. Para servicio general. ACCESORIOS. C - Mn C - Mn - Si. TUBERÍA. SA - 350. LF1 LF2. Para servicio a baja temperatura. C - Mn. SA - 53. B. Para servicio a alta temperatura. C - Mn. SA - 106. B. Para servicio a alta temperatura. *Datos de materiales de uso mas frecuente tomados de las normas ASME secciones II y VII. Fuente: (Megyesy, 1992).

(39) 20. 2.4.3.. SECCIÓN VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN C. La subsección C trata de los requisitos para materiales utilizados para la fabricación de recipientes a presión ya sea acero al carbón, aceros aleados, aceros inoxidables, materiales no ferrosos; cada una con sus parámetros de diseño.. Además de la normas ASME VIII, se utilizará normas complementarias como la API 650, y AWS D1.1; que permiten facilitar el diseño, selección de accesorios y soldadura que se tendrá en el tanque.. 2.5. SOLDADURA La mayorı́a de tanques metálicos son fabricados por medio de procesos de soldadura. Para la selección del proceso de soldadura idónero para el tanque se deben de tener en cuenta los siguientes aspectos.. El espacio fı́sico en que se va a realizar la soldadura debe permitir la accesibilidad al sitio de trabajo, facilidades de energı́a y equipos a utilizar para dicha labor, una facilidad para la preparación de superficies, recubrimiento de las mismas y mantenimiento del tanque realizado por el personal encargado de estas labores.. Se debe tener en cuenta la selección de proceso de soldadura y preparación de juntas que permitan tener una mejor calidad de soldadura, asi se garantiza el mayor ahorro posible en el aspecto económico.. 2.5.1.. PROCESOS DE SOLDADURA. Para realizar la soldadura de tanques metálicos se tiene varios procesos que son los más utilizados en este campo, y se decriben a continuación.. 2.5.1.1.. Soldadura por arco de metal protegido (SMAW). Es un proceso de soldadura en que que se roduce la fusión de metales por medio del calor de un arco eléctrico que se mantiene en el extremo de un electrodo cubierto y.

(40) 21 la superficie del metal fase en la unión que se esta soldando. El núcleo del electrodo cubierto consiste en una varilla de metal sólida o una varilla que encierra metal en polvo. La varilla del núcleo conduce la corriente eléctrica del arco y suministra metal de aporte a la unión. (American Welding Society, 1996). Este proceso puede servir para soldar la mayor parte de metales y aleaciones comunes (aceros al carbono, aceros inoxidables, cobre, niquel, aluminio y sus aleaciones). La mayor parte de aplicación de este proceso es para materiales con espesor entre 3 y 38 mm. En la figura (2.1) se aprecia los principales elementos que intervienen en este proceso.. Figura 2.1: Proceso SMAW Fuente: (American Welding Society, 1996). 2.5.1.2.. Soldadura por arco de tungsteno y gas (GTAW). Es un proceso de soldadura que utiliza un arco entre un electrodo de tungsteno (no consumible) y el charco de soldadura. El proceso emplea un gas protector (helio o argón) y sin aplicación de presión para proteger el electrodo, el charco de soldadura y el metal de soldadura en proceso de solidificación de contaminación por parte de la atmósfera. En la figura (2.2) se aprecia los principales elementos que intervienen en este proceso.. Los metales que puede ser soldados por este proceso son la mayorı́a de los aceros al carbono, de aleaciones e inoxidables, aleaciones de alumnio, magnesio y cobre. Este proceso es más utilizado al momento de soldar materiales no ferrosos..

(41) 22. Figura 2.2: Proceso GTAW Fuente: (American Welding Society, 1996). 2.5.1.3.. Soldadura por arco de metal y gas (GMAW). Es un proceso de soldadura que emplea un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura, este proceso se realiza bajo la protección de un gas suministrado externamente. Este proceso sirve para la soldadura de todos los metales y aleaciones comerciales. Los gases utilizados como protección helio, argón, dióxido de carbono, oxı́geno. Este proceso puede ser semiautomática y automática. En la figura (2.3) mostrada en la siguiente página se aprecia los principales elementos que intervienen en este proceso.. Figura 2.3: Proceso GMAW Fuente: (American Welding Society, 1996).

(42) 23. 2.5.1.4.. Soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW). Es un proceso de soldadura que aprovecha el arco entre un electrodo continuo de material de aporte y el charco de soldadura. Es proceso utiliza la protección de un fundente que se encuentra en el electrodo, puede utilizarse gas para protección externa o no. Este proceso se utiliza para soldar aceros al carbono, de baja aleación e inoxidables.. Tiene amplia aplicación en fabricación en talleres, en mantenimiento y construcciones en campo. Es proceso se encuentra precalificado para ser utilizado bajo normas ASME IX, y AWS D1.1. En la figura (2.4) se aprecia los principales elementos que intervienen en este proceso.. Figura 2.4: Proceso FCAW Fuente: (American Welding Society, 1996). 2.5.1.5.. Soldadura por arco sumergido (SAW). Este proceso produce la fusión de metales calentándolos con un arco entre un electrodo de metal desnudo y el material base. El arco y metal se encuentran protegidos en un manto de fundente granular. Este proceso se utiliza para ensambles desde aceros al carbono hasta aleaciones con base de niquel. En la figura (2.5) se aprecia los principales elementos que intervienen en este proceso..

(43) 24. Figura 2.5: Proceso SAW Fuente: (American Welding Society, 1996). Se utiliza en aplicaciones industriales como fabricación de recipientes a presión, la fabricación de barcos, carros de ferrocarril y unión de miembros estructurales que requieren soldaduras largas.. En la tabla (2.2) mostrada en la siguiente página se aprecia las principales ventajas y desventajas de cada uno de estos procesos.. 2.5.2.. DENOMINACIÓN DE ELECTRODOS. Para seleccionar el tipo de electrodo que se utiliza para soldar materiales, la AWS ha normado y codificado los diferentes tipos de electrodos dependiendo del proceso de soldadura a utilizarse.. Esta codificación se debe ha que se tiene diferentes tipos de recubrimientos y materiales que componen los electrodos; también la intensidad de corriente y la polaridad con que trabaje el equipo utilizado para soldar..

(44) 25 Tabla 2.2: Procesos para soldadura de tanques.. CARACTERÍSTICAS. VENTAJAS. DESVENTAJAS. APLICACIÓN. SMAW (shielded metal arc welding) - Llamada soldadura de. - Simple. palillo. - Versátil. - Usado para tanques soldados en. - Proceso manual. - Todas las posiciones. - Electrodo consumible. - Fácil y rápida de. recubierto con fundente. configurar. - Baja velocidad de deposición. campo para espesores menores a 0.5 pulgadas. - Usado para reparación y mantenimiento.. GTAW (gas tungsten arc welding) - También conocido. - Soldadura de. como TIG.. alta calidad. - Baja velocidad de. - Usa flujo de gases inertes. - Excelente pase de. deposición. (argón e helio). raı́z. - Acero inoxidable o aluminio. GMAW (gas metal arc welding) - Tres tipos: transferencia por rocı́o, corto-circuito y arco. - Uso semi-automático. pulsado.. o automático. - Usa electrodo de alambre. - Poco humo y. devanado en carrete. salpicaduras. - Usa flujo de gas inerte. - Problema de penetración y fusión - Equipo costoso - Difı́cil configuración - Calidad. FCAW ( flux core arc welding) - Similar al GMAW pero usa electrodos que contienen. - Altas penetraciones y. fundente. mayores velocidades de. - Dos tipos: auto-protegido. deposición que SMAW. y gas-protegido. - No útil para procesos de bajo hidrógeno - Puede tener pobre resitencia la impacto. SAW (submerged arc welding) - Procesos de bajo - Soldadura cubieta por un. hidrógeno. - Degradación de. material fundente. - Penetración profunda. propiedades. - Usado en uniones de tanques. - Fácil inspección visual. Fuente: (Cedeño Gudiño, 2009). Los procesos más utilizados en la fabricación de tanques son los procesos SMAW y FCAW. Para estos procesos se tienen codificaciones de electrodos.. 2.5.2.1.. Electrodos para proceso SMAW. La norma AWS A5.1 es utilizada para seleccionar electrodos revestidos para soldar aceros al carbono. En la figura (2.6) se aprecia la denominación para este tipo de electrodos..

(45) 26. Figura 2.6: Código para electrodos bajo la norma AWS A5.1 Fuente: (Universidad Nacional del Comahue, 2015). En la tabla (2.3) se muestra las caracterı́stı́cas del electrodo en base al último dgito del código. Tabla 2.3: Caracterı́sticas de electrodos para proceso SMAW. ÚLTIMO. CORRIENTE Y. DÍGITO. POLARIDAD. 0. CC (+). Orgánica. Enérgico. Profunda. 0 - 10 %. 1. CA y CC (+). Orgánica. Enérgico. Profunda. -. 2. CA y CC (-). Rutı́lica. Medio. Mediana. 0 - 10 %. 3. CA y CC (+/-). Rutı́lica. Suave. Poca. 0 - 10 %. 4. CA y CC (+/-). Rutı́lica. Suave. Poca. 30 - 50 %. 5. CC (+). Básica. Medio. Mediana. -. 6. CA y CC (+). Básica. Medio. Mediana. -. 7. CA y CC (+). Mineral. Suave. Mediana. 50 %. 8. CA y CC (+). Básica. Medio. Mediana. 30 - 50 %. ESCORIA. ARCO. PENETRACIÓN. POLVO DE HIERRO. Fuente: (Universidad Nacional del Comahue, 2015). 2.5.2.2.. Electrodos para proceso FCAW. La norma AWS A5.20 es utilizada para seleccionar electrodos con núcleo fundente (electrodo tubular) para soldar aceros al carbono. En la figura (2.7) se aprecia la denominación para este tipo de electrodos..

(46) 27. Figura 2.7: Código para electrodos bajo la norma AWS A5.20 Fuente: (Electrodos para soldadura eléctrica por arco, 2015). En la tabla (2.4) se muestra las caracterı́sticas del electrodo en base al último dı́gito del código. Tabla 2.4: Caracterı́sticas de electrodos para proceso FCAW. CLASIFICACIÓN. NÚMERO DE. GAS. CORRIENTE Y. AWS. PASES. PROTECTOR. POLARIDAD. EXXT-1. Múltiples pasadas. CO2. CC (+). EXXT-2. Pasada única. CO2. CC (+). EXXT-3. Pasada única. -. CC (+). EXXT-4. Pasada única. -. CC (+). EXXT-5. Múltiples pasadas. CO2. CC (+). EXXT-6. Múltiples pasadas. -. CC (+). EXXT-7. Múltiples pasadas. -. CC (+). Fuente: (Electrodos para soldadura eléctrica por arco, 2015). Los electrodos se producen en tamaños estándar con diámetros desde 1.2 hasta 4.0 mm (0.045 a 5/32 pulg), aunque puede haber tamaños especiales. Las propiedades de soldadura pueden variar apreciablemente dependiendo del tamaño del electrodo, el amperaje de soldadura, el espesor de las placas, la geometrı́a de la unión, etc..

(47) 28. 2.6. PARÁMETROS DE EVALUACIÓN Para evaluar el estado tanque después que ha sido terminado se utilizan pruebas y métodos, estos permiten dar por aceptado o rechazado el tanque y conocer el estado de fucionaiento del mismo.. 2.6.1.. INSPECCIÓN DE JUNTAS SOLDADAS. Para verificar que la soldadura se realice correctamente se utilizan métodos de inspección, pruebas y ensayos que generalmente son no destructivos (END), estos métodos permiten conocer el estado del tanque sin comprometerlo fı́sicamente.. 2.6.1.1.. Inspección Visual. El método de inspección visual permite visualizar discontinuidades superficiales (porosidad, fisuras, fusión incompleta, inclusiones, socavadura) que se aprecian a simple vista, es el más simple y económico que se tiene aunque para que este método se necesita de un personal calificado en este tipo de inspección. En la figura (2.8) se aprecia una medición del espesor de un cordón de soldadura.. Figura 2.8: Galga para inspección visual Fuente: (Tecnologı́a Mecánica SA, 2015).

(48) 29. 2.6.1.2.. Inspección Radiográfica. La inspección radiográfica es un método que permite detectar las discontinuidades macroscópicas que se encuentran dentro del cordón de soldadura, con esta técnica se obtiene un registro en dimensiones reales de la pieza inspeccionada.. Esta técnica utiliza la emisión de rayos x o rayos gamma, estos se propagan através de la pieza y son atenuados para ser registradas por una pelı́cula radiográfica que al ser tratada quı́micamente muestra las caracterı́sticas que se tienen en el cordón de soldadura. La diferencia entre rayos x y los rayos gamma es el origen de la radiación, los rayos x son producidos por un alto potencial eléctrico y los rayos gamma por la desintegración atómica de un radioisótopo. En la figura (2.9) se aprecia como se lleva a cabo el proceso de Rayos X.. Figura 2.9: Proceso de inspección radiográfica Fuente: (Posada, Peña, y Suárez, 2015). La inspección radiográfica no es requerida en soldadura de las placas del fondo del tanque, uniones soldadura entre las planchas del cuerpo y el fondo del tanque, soldadura de bridas y neplos hechos en las planchas. Esta técnica se utiliza para la inspección de diversos materiales y permite tomar acciones correctivas después de conocer defectos en la soldadura. No se recomienda cuando se inspecciona piezas con geometrı́as complicadas. Para realizar esta inspección se necesita de personal capacitado y que cuente con los equipos de seguridad adeacuados..

(49) 30. 2.6.1.3.. Inspección por ultrasonidos. El método de inspección por ultrasonidos se basa en la generación, propagación y detección de ondas a través de los materiales, esto permite conocer las discontinuidades que se encuentran en el cordón de soldadura; la ventaja de este sistema es que es menos costoso que la inspección radiográfica, tiene alta capacidad de penetración y es mucho más rápido. Para realizar este método de inspección, el personal encargado de esta labor debe estar certificado en Nivel II o Nivel III del ASTN SNT-TC-1A. En la figura (2.10) se aprecia la inspección a una pieza soldada.. Figura 2.10: Equipo utilizado en inspección por ultrasonidos Fuente: (Endicontrol, 2015). 2.6.1.4.. Inspección por Tintas Penetrantes. Es un método de inspección superficial, consiste en la aplicación de un lı́quido coloreado el cual penetra en las discontinuidades que se encuentran en la pieza inspeccionada, despúes de cierto tiempo se remueve el exceso de penetrante y se aplica el revelador que es un lı́quido que absorbe el lı́quido que ha penetrado en las discontinuidades. Se debe tener en cuenta que la superficie a inspeccionar debe estar limpia. Este proceso se utiliza en una gran variedad de materiales como metales, cerámicos, plásticos, porcelanas. Es un proceso fácil de utilizar y económico. En la figura (2.11) se aprecia la aplicación de lı́quido penetrante y como permite observar la discontinuidad..

(50) 31. Figura 2.11: Proceso de la técnica de inspección por lı́quidos penetrantes Fuente: (Sindes Ecuador SA, 2015). En la tabla (2.22) de la página siguiente se muestra las caracterı́sticas de cada proceso para la selección de las técnicas que serán utilizadas en la inspección del tanque.. 2.6.2.. PRUEBA HIDROSTÁTICA. Esta prueba tiene como objetivo verificar la estanqueidad y la integridad del recipiente, es decir, nos permite conocer si existe alguna fuga por algún defecto en la soldadura. Para esto se sigue un programa de llenado del tanque.. Durante el proceso de llenado permanentemente se verifica la estanqueidad del tanque detectando fugas que se presenten, en cuyo caso se efectuará la reparación. Cuando se detecte algún tipo de falla se marcará debidamente localizando su posición exacta y se continuará la prueba hasta su finalización. Una vez vaciado el tanque se efectuará la reparación del caso y se hace inspección con tintas penetrantes a la zona reparada. (Lozano, 2012). El tanque lleno debe ser mantenido por lo menos 24 horas antes de desocuparlo. Durante este tiempo debe ser revisado para verificar su estanqueidad. Terminada la prueba, se baja el nivel de agua durante el tiempo que el inspector requiera para confirmar la estanqueidad..

(51) 32 Tabla 2.5: Ensayos No Destructivos utilizados en tanques. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Tipo de Ensayo. Equipo. Aplicaciones. Ventajas. Limitaciones. Lupas, equipos de. Visual. medición como. Soldadura con. Económica, conveniente,. reglas, micrómetros,. discontinuidades. pequeño equipamiento. comparadores ópticos,. superficiales. para la aplicación. Limitado a condiciones superficiales. fuentes de luz Filtraciones por porosidad Tintas fluorescentes, Tintas. reveladores, limpiadores. Penetrantes. (solventes,etc), paños de limpieza, luz ultravioleta. Discontinuidades. Portátil, equipo. de soldadura. económico, fácil de. superficial. interpretar.. de soldadura pueden alterar los resultados. Las piezas deben ser siempre limpiadas antes y después de la inspección.. Fuente de rayos gamma, cámara de proyección de Radiografı́a gamma. rayos, retenedores fı́lmicos, monitor portátil, instalación para exposición, equipo de. Algunas discontinuidades. Soldadura con discontinuidades. No esta restringido por. externas e internas,. el material. Provee un. aplicaciones para. archivo permanente para. evaluar requermientos. revisiones futuras.. dimensionales. monitoreo de radiación. Rayos X. de energı́a y los demás equipos de rayos gamma. Misma aplicación que los rayos gamma. energı́a, mejor calidad de radiografı́as. Mismas ventajas que los rayos gamma.. Instrumento de pulso-eco, monitor y display capaz Ultrasonido. de mostrar las magnitudes recibidas, acopladores. Mayorı́a de discontinuidades de soldadura, también utiizado para verificar. estándar y lı́quido. espesores de soldadura. acoplante. por el equipo y licencias es elevado. Se requiere ambos lados de la soldadura Largo periodo de proceso de pelı́culas.. Niveles ajustables de Fuente de rayos x, fuente. no son detectadas. El costo. Más sensibles a las discontinuidades planares, los resultados se conocen inmediatamente, portátil, alta capacidad de penetración.. Alto costo inicial, generalmente no es portátil. Limitaciones como las de rayos gamma.. Las condiciones de superficies deben ser óptimas, requiere un medio de acoplamiento, se requiere estándares de referencia.. Fuente:(Mateus y Vivas, 2007). 2.7. CORROSIÓN Los recipientes que estén sujetos a corrosión, erosión o abrasión mecánica deben tener un margen de espesor para lograr la vida deseada. Para otros recipientes en los que sea predecible el desgaste por corrosión, la vida esperada del recipiente será la que determine el margen y si el efecto de la corrosión es indeterminado, el margen lo definirá el diseñador. Un desgaste por corrosión de 5 milésimas de pulgada por año (1/16 de pulg. en 12 años) generalmente es satisfactorio para recipientes y tuberı́as..

(52) 33 La vida deseada de un recipiente es una cuestión económica. Los recipientes principales o mayores se diseñan generalmente para una vida larga de servicio (15 a 20 años), mientras que los secundarios o menores para perı́odos más cortos (8 a 10 años). En la figura (2.12) se aprecia un tanque que ha sido atacado por la corrosión.. Figura 2.12: Pared de un tanque atacada por excesiva corrosión. 2.8. PREPARACIÓN DE SUPERFICIES Para evitar la excesiva corrosión debido al medio en el cual el tanque está expuesto, se realiza un recubrimiento de todas las superficies; para poder aplicar el recubrimiento al tanque se debe realizar una preparación de las superficies que van a ser pintadas.. Una cuidadosa preparación de superficies antes y durante la aplicación de un recubrimiento, necesariamente permitirá obtener una mejor protección de la pintura teniendo una reducción de costos de mantenimiento. En la tabla (2.6) se aprecian los diferentes métodos utilizados para preparar una superficie.. 2.9. RECUBRIMIENTO La utilización de un recubrimiento permite la conservación de las superficies de acero. El recubrimiento retarda la corrosión debido a factores ambientales, de impacto, la abrasión, la acción de las sustancias quı́micas y el uso que tenga el recipiente..

(53) 34. Tabla 2.6: Especificación para preparación de superficies.. ESPECIFICACIONES PARA LA PREPARACIÓN DE SUPERFICIES Tı́tulo y Objetivos. Número de especificación. LIMPIEZA CON DISOLVENTE Eliminación de aceite, grasa, mugre, tierra, sales y contaminantes. SSPC-SP 1-63. con disolventes, emulsiones, compuestos para limpieza o vapor de agua. LIMPIEZA CON HERRAMIENTA DE MANO Eliminación de escamas de laminación, herrumbre, escoria producto de soldadura y pintura cepillando, lijando o elimanción de rebabas a. SSPC-SP 2-63. mano o con otras herramientas manales de impacto, o combinación de estos métodos. LIMPIEZA CON MAQUINAS HERRAMIENTAS Eliminación de escamas de laminación, herrumbre, escoria producto. SSPC-SP 3-63. de soldadura y pintura con cepillo de alambre, esmeril, y lijadoras mecánicas o combinación de estos métodos. LIMPIEZA CON FLAMA Eliminación de escamas, herrumbre y otras elementos perjudiciales. SSPC-SP 4-63. por medio de llamas oxiacetileno de alta velocidad, seguida por limpieza con cepillo de alambre. LIMPIEZA A METAL BLANCO CON CHORRO A PRESIÓN Eliminación de escamas de laminación, herrumbre, de oxidación, pintura o materia extraña por medio de chorro de arena, moyuelo o munición hasta obtener una superficie metálica de color uniforme blanco grisáceo.. SSPC-SP 5-63.

(54) 35. ESPECIFICACIONES PARA LA PREPARACIÓN DE SUPERFICIES Tı́tulo y Objetivos. Número de especificación. LIMPIEZA COMERCIAL CON CHORRO A PRESIÓN Eliminación completa de escamas de laminación, herrumbre, escamas de oxidación, pintura o materia extraña excepto. SSPC-SP 6-63. rayaduras o decoloraciones por oxidación, residuos de pintura o recubrimientos que pueden quedar. LIMPIEZA CON CHORRO A PRESIÓN - RÁFAGA Eliminación completa de todos los residuos excepto los de alto grado de adherencia de las escamas de laminación, herrumbre. SSPC-SP 7-63. y pintura mediante el impacto de abrasivos (arena, moyuelo o munición). LIMPIEZA QUÍMICA Eliminación completa de las escamas de laminación, herrumbre y escamas de oxidación por reacción quı́mica, electrólisis o. SSPC-SP 8-63. ambos procesos. La superficie debe quedar sin restos de ácido, álcali y lodos que no hayan reaccionado o sean perjudiciales. LIMPIEZA CON CHORRO HASTA LOGRAR UNA SUPERFICIE CASI BLANCA Eliminación de casi toda la escama de laminación, herrumbre y escamas de oxidación, pintura o materia extraña por medio de abrasivos (arena, moyuelo o munición). Puden quedar las sombras, rayaduras, decoloración producidos por oxidación o residuos ligeros muy adheridos de recubrimiento.. Fuente: (Megyesy, 1992). SSPC-SP 10-63T.

(55) 36 El requisito principal para poder utilizar un recubrimiento es el contar con una superficie libre de escoria producto de la soldadura, suciedad, grasa y aceite. Para lograr esto y que el recubrimiento tenga una buena adhesión con el metal, se debe tener una buena preparación de superficie.. Para seleccionar el sistema apropiado de preparación superficial, se tomaran en cuenta las especificaciones y recomendaciones del Steel Structures Painting Council (SSPC). Los recubrimientos más utilizados en el área industrial son los siguientes (Pinturas Nervion, 2015):. Recubrimiento epóxico: El recubrimiento epóxico esta compuestos por dos componentes, una la resina epoxi y la otra parte es endurecedor que normalmente son a base de aminas o de poliamidas. Por su resistencia al agua y a los contaminantes quı́micos, se usan como sistemas de protección de larga duración sobre acero estructural, y concreto. De gran uso para superficies sumergidas.. En la figura (2.13) se aprecia el proceso de recubrimiento industrial con el uso de una pistola a alta presión para la dispersión de la pintura.. Figura 2.13: Aplicación de recubrimiento industrial Fuente:(IBSA, 2015).