UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

Diseño de un tanque de 6500 galones para transporte de GLP según ASME VIII – 2017 en la Empresa

HALCÓN S.A.

TESIS

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO

AUTOR: Br. Peláez Espinoza Joaho Marco ASESOR: Mg. Ing. León Lescano Edward Javier

TRUJILLO – PERÚ

2020

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2 PRESENTACION

Señor decano de la facultad de Ingeniería.

Señores miembros del jurado:

De mi conformidad con lo estipulado por el reglamento de grados y títulos de la Escuela profesional de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Trujillo, presento a su consideración el presente trabajo de investigación titulado: “Diseño de un tanque de 6500 galones para transporte de GLP según ASME VIII – 2017 en la empresa HALCON S.A.”.

El presente trabajo se realizó con la finalidad de obtener un documento como guía para el diseño de un tanque de GLP que almacena 6500 galones y su fabricación bajo estándares del código ASME VIII – 2017.

Para su ejecución se emplearon los conocimientos adquiridos en el curso de diseño, así también el estudio y la información brindada por la empresa HALCON S.A. y los fundamentos de la investigación científica.

Trujillo, Octubre del 2020 Peláez Espinoza, Joaho Marco

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3 DEDICATORIA

A la memoria de mi madre Ysmelda Margot Espinoza Zavaleta La mujer que me vio nacer, a quien considero mi mejor amiga y mi primer amor.

Gracias por todo mamá.

04/01/2020

A mi padre Angel, quien formó mi educación, tanto académica, como en mi vida diaria, una de las personas responsables de este gran logro profesional y por su

incondicional apoyo a través de mi camino.

Gracias por todo papá.

A mi primogénito Ethan, mi principal motivación, quien seguirá este ejemplo de perseverancia y dedicación para lograr todo lo que se proponga en su vida y que en

algún momento se convertirá en un brillante profesionalmente.

A mis hermanos, por su apoyo incondicional en todo momento de mi vida, por ser ejemplos de perseverancia, lucha y sueños para lograr mis metas y objetivos trazados

que me planteé en la vida.

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4 AGRADECIMIENTOS

Mi profundo agradecimiento y estima al Ing. Magno Delgado Pizarro, por el apoyo laboral y motivacional, que aporto con el estudio y conocimiento en la especialidad de

la soldadura hacia mi persona.

Mis agradecimientos a Cristhian B., Augusto U, Erick C. y Hugo M. amigos y colegas de trabajo que aportaron en la presente investigación, desarrollo de la

fabricación y elaboración de este trabajo.

Mi agradecimiento a mi amigo y docente Mg. Ing. León Lescano Edward Javier, quien con su experiencia, conocimiento y motivación me orientó en la presente

investigación y por brindarme sus conocimientos en mi formación académica profesional.

A todos mis docentes que tuve en mi etapa estudiantil quienes fueron los responsables de mi formación académica y personal inculcándome conocimientos y valores que se

reflejaran en mi vida personal y profesional.

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5 INDICE ANALITICO

CAPITULO I

1.Introduccion ... 16

1.1.Realidad problemática ... 16

1.2.Antecedentes de la investigacion ... 17

1.3.Objetivos ... 19

1.3.1.Objetivo general ... 19

1.3.2.Objetivos específicos... 19

1.4.Justificación del estudio ... 19

1.4.1.Criterio académico ... 19

1.4.2.Criterio social ... 19

1.4.3.Criterio económico ... 20

1.4.4.Criterio ambiental ... 20

1.5.Formulacion del problema de investigacion ... 20

1.6.Hipotesis ... 20

CAPITULO II 2.Marco teorico ... 21

2.1.Acero ASTM A612 ... 21

2.1.1.Propiedades mecánicas ... 21

2.1.2.Aplicaciones ... 21

2.2.Ensayo de doblez ... 21

2.2.1.Fundamento teorico ... 21

2.3.Ensayo de radiografia ... 23

2.3.1.Fundamento teorico ... 23

2.4.Soldadura ... 24

2.4.1.Tipos de juntas ... 24

2.4.1.1.Junta a tope ... 24

2.5.Tanque de GLP ... 27

2.5.1.Partes del tanque... 27

2.5.1.1.Cuerpo ... 27

(6)

6

2.5.1.2.Casco ... 27

2.5.1.1.Rompeolas ... 27

2.5.1.2.Manhole ... 28

2.5.1.1.Magnatel ... 29

2.5.1.2.Coplas ... 29

2.5.2.Tipos de recipientes ... 30

2.5.2.1.Por su servicio (Uso) ... 30

2.5.2.2.Por su forma ... 30

2.6.Norma de fabricacion ... 32

2.6.1.Secciones del Código ASME ... 33

2.6.2.Codigo ASME Seccion VIII Division 1 ... 34

2.6.3.Codigos auxiliares ... 35

2.7.Memoria de cálculo ... 35

2.7.1.Codigo de diseño ... 36

2.7.2.Espesores del material ... 36

2.7.2.1.Cuerpo cilindrico o cuerpo ... 36

2.7.2.2.Cabeza semiesferica o casco... 37

2.7.3.Presiones internas del material ... 38

2.7.3.1.Presion interna del cuerpo cilindrico ... 38

2.7.3.2.Presion interna de cabeza semiesferica ... 38

2.7.4.Capacidades volumetricas ... 39

2.7.4.1.Capacidad del cuerpo ... 39

2.7.4.2.Capacidad del casco... 39

2.8.Procedimientos de calificacion ... 40

2.8.1.Codigo de respaldo ... 40

2.8.2.Especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) ... 40

2.8.3.Registro de calificacion de habilidad del soldador (WPQ) ... 43

2.8.4.Registro de calificacion del procedimiento (PQR) ... 44

(7)

7 CAPITULO III

3.Metodo de estudio ... 46

3.1.Metodologia ... 46

3.1.1.Tipo de estudio ... 46

3.1.2.Poblacion ... 46

3.1.3.Muestra ... 46

3.2.Diseño experimental ... 46

3.2.1.Caja negra ... 46

3.2.1.1.Variables independientes ... 47

3.2.1.2.Metodos ... 47

3.2.1.3.Variables dependientes ... 47

3.3.Procedimiento experimental ... 47

3.3.1.Etapa de diseño... 48

3.3.2.Etapa de Fabricacion ... 49

CAPITULO IV 4.Memoria de calculo ... 50

4.1.Dimensiones del tanque ... 50

4.1.1.Ministerio de transportes y comunicaciones – MTC ... 50

4.1.2.Chasis HINO 500 - 1726 ... 50

4.2.Cubicacion del tanque ... 51

4.3.Selección de materiales ... 52

4.4.Presiones internas de operacion ... 54

4.4.1.Presion de trabajo ... 54

4.4.2.Presion de diseño ... 54

4.5.Calculo de espesores del material ... 54

4.5.1.Calculo de espesor del cuerpo ... 54

4.5.2.Calculo de espesor del casco ... 55

4.6.Calculo de presiones internas del material... 56

4.6.1.Calculo de presion interna del cuerpo ... 56

4.6.2.Calculo de presion interna del casco ... 58

4.7.Realizacion de los procedimientos de calificación ... 58

(8)

8 4.7.1.Desarrollo de las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) ... 58 4.7.2.Desarrollo del registro de calificacion de habilidad del soldador (WPQ) ... 64 4.7.3.Desarrollo del registro de calificacion del procedimiento (PQR) ... 67

CAPITULO V

5.Análisis de resultados ... 74

CAPITULO VI

6.Conclusiones y recomendaciones ... 75 6.1.Conclusiones ... 75 6.2.Recomendaciones ... 76

CAPITULO VII

7.Referencias bibliográficas ... 77

APENDICES ... 77 ANEXOS ... 92

(9)

9 I NDICE DE TABLAS

CAPITULO II

Tabla 2.1. Propiedades mecanicas del acero ASTM A612. ... 21

Tabla 2.2. Juntas QW402 ... 40

Tabla 2.3. Metal base QW403 ... 40

Tabla 2.4. Metal de aporte QW404 ... 40

Tabla 2.5. Posicion QW405 ... 41

Tabla 2.6. Precalentamiento QW406 ... 41

Tabla 2.7. Tratamiento post térmico QW407 ... 41

Tabla 2.8. Gas QW408 ... 41

Tabla 2.9. Caracteristicas electricas QW409 ... 41

Tabla 2.10. Tecnica QW410 ... 42

Tabla 2.11. Datos iniciales de calificacion (WPQ) ... 42

Tabla 2.12. Variables de soldadura QW350 ... 42

Tabla 2.13. Resultados de ensayos WPQ ... 42

Tabla 2.14. Resultados de ensayos traccion QW150 (PQR) ... 43

Tabla 2.15. Resultados de ensayos doblez guiado QW160 (PQR) ... 43

CAPITULO IV Tabla 4.1. Medidas máximas permitidas por el MTC. ... 50

Tabla 4.2. Medidas y cargas de la unidad transportadora. ... 50

Tabla 4.3. Iteracion en la cubicacion. ... 52

Tabla 4.4. Aceros para recipientes a presión. ... 53

Tabla 4.5. Costo del acero A612 v A36. ... 53

Tabla 4.6. Juntas ½”-½” (WPS) ... 58

Tabla 4.7. Metal base ½”-½” (WPS) ... 59

Tabla 4.8. Material de aporte ½”-½” (WPS) ... 59

Tabla 4.9. Posiciones ½”-½” (WPS) ... 59

Tabla 4.10. Precalentamiento ½”-½” (WPS) ... 59

Tabla 4.11. Tratamiento térmico post soldadura ½”-½” (WPS) ... 60

Tabla 4.12. Gas ½”-½” (WPS) ... 60

(10)

10

Tabla 4.13. Caracteristicas eléctricas ½”-½” (WPS) ... 60

Tabla 4.14. Tecnica ½”-½” (WPS) ... 60

Tabla 4.15. Parametros de calibración ½”-½” (WPS) ... 60

Tabla 4.16. Juntas 3/8”-3/8” (WPS) ... 62

Tabla 4.17. Metal base 3/8”-3/8” (WPS) ... 62

Tabla 4.18. Juntas 1/2”-3/8” (WPS) ... 62

Tabla 4.19. Metal base 1/2”-3/8” (WPS) ... 63

Tabla 4.20. Variables iniciales ½”-½” (WPQ) ... 64

Tabla 4.21. Variables de soldadura calificado ½”-½” (WPQ) ... 64

Tabla 4.22. Resulados de ensayos ½”-½” (WPQ) ... 65

Tabla 4.23. Variables iniciales 3/8”-3/8” (WPQ) ... 65

Tabla 4.24. Variables de soldadura calificado 3/8”-3/8” (WPQ) ... 65

Tabla 4.25. Resulados de ensayos 3/8”-3/8” (WPQ) ... 66

Tabla 4.26. Variables iniciales 1/2”-3/8” (WPQ) ... 66

Tabla 4.27. Variables de soldadura calificado 1/2”-3/8” (WPQ) ... 66

Tabla 4.28. Resulados de ensayos 1/2”-3/8” (WPQ) ... 66

Tabla 4.29. Juntas ½”-½” (PQR) ... 66

Tabla 4.30. Metal base ½”-½” (PQR) ... 68

Tabla 4.31. Metal de aporte ½”-½” (PQR) ... 68

Tabla 4.32. Juntas ½”-½” (PQR) ... 68

Tabla 4.33. Precalentamiento ½”-½” (PQR) ... 68

Tabla 4.34. Tramiento post soldadura ½”-½” (PQR) ... 69

Tabla 4.35. Gas ½”-½” (PQR) ... 69

Tabla 4.36. Caracteristicas electricas ½”-½” (PQR) ... 69

Tabla 4.37. Tecnica ½”-½” (PQR) ... 69

Tabla 4.38. Parametros de calibracion ½”-½” (PQR) ... 70

Tabla 4.39. Resultados del ensayo de traccion ½”-½” (PQR) ... 70

Tabla 4.40. Resultados del ensayo de doblez ½”-½” (PQR) ... 70

Tabla 4.41. Juntas 3/8”-3/8” (PQR)... 71

Tabla 4.42. Metal base 3/8”-3/8” (PQR) ... 71

Tabla 4.43. Resultados del ensayo de traccion 3/8”-3/8” (PQR) ... 71

Tabla 4.44. Resultados del ensayo de doblez 3/8”-3/8” (PQR)... 72

(11)

11

Tabla 4.45. Juntas ½”-3/8” (PQR) ... 72

Tabla 4.46. Metal base ½”-3/8” (PQR) ... 73

Tabla 4.47. Resultados del ensayo de traccion ½”-3/8” (PQR) ... 73

Tabla 4.48. Resultados del ensayo de doblez ½”-3/8” (PQR) ... 73

ANEXOS Tabla A.1. Requerimientos de especímenes para pruebas... 92

Tabla A.2. Requerimientos de especímenes para pruebas (extracto). ... 92

Tabla B.1. Requerimientos especificos de especímenes para pruebas. ... 93

Tabla B.2. Dimesiones de probetas de tracción y doblez ... 93

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12 INDICE DE FIGURAS

CAPITULO II

Figura 2.1. Esquema del proceso del doblado al aire por tres puntos (a) y doblado con dado

deslizante (b)... 22

Figura 2.2. Esquema del proceso del doblado en V. ... 22

Figura 2.3. Configuracion de una toma radiográfica en una placa soldada... 23

Figura 2.4. Tipos de Juntas para soldadura. ... 24

Figura 2.5. Junta a Tope en “V”. ... 25

Figura 2.6. Junta a tope doble “V”. ... 25

Figura 2.7. Junta a tope en “U”. ... 26

Figura 2.8. Tanque o recipiente a presion. ... 27

Figura 2.9. Rompeolas de un tanque. ... 28

Figura 2.10. Manhole de un tanque. ... 28

Figura 2.11. Magnatel RM Series. ... 29

Figura 2.12. Coplas. ... 29

Figura 2.13. Recipientes cilíndricos horizontales. ... 31

Figura 2.14. Recipientes cilíndricos verticales. ... 31

Figura 2.15. Recipientes esfericos. ... 32

Figura 2.16. Croquis del espesor para el cuerpo... 36

Figura 2.17. Croquis del espesor para el casco... 37

Figura 2.18. Croquis de tanque de GLP. ... 39

CAPITULO IV Figura 4.1. Ficha técnica HINO 500 - 1726 ... 51

Figura 4.2. Diseño de juntas ½”-½”. ... 58

Figura 4.3. Numero de pasadas ½”-½”... 58

Figura 4.4. Diseño de juntas 3/8”-3/8”. ... 61

Figura 4.5. Numeros de pasadas 3/8”-3/8”. ... 61

(13)

13

Figura B.1. Diseño de probeta para tensión. ... 93

Figura B.2. Diseño de probeta para doblez. ... 94

Figura C.1. Rolado de cuerpo ... 97

Figura C.2. Bombeado de cascos... 98

Figura C.3. Templador de nivelacion parte exterior. ... 98

Figura C.4. Templador de nivelacion parte interior. ... 99

Figura C.5. Templador de nivelacion entre cuerpo y casco. ... 100

Figura C.6. Resoldeo del cuerpo. ... 101

Figura C.7. Resoldeo del casco. ... 102

Figura C.8. Tanque de GLP resoldado. ... 102

Figura C.9. Instalacion de manhole. ... 103

Figura C.10. Acople para magnatel. ... 104

Figura C.11. Instalacion de magnatel. ... 104

Figura C.12. Instalacion de coplas. ... 105

Figura C.13. Prueba de ultrasonido. ... 106

Figura C.14. Prueba hidrostatica ... 106

Figura C.15. Instalacion de accesorios para surtidor ... 107

Figura C.16. Montado de tanque de GLP sobre chasis ... 107

Figura C.17. Acados de pintura ... 108

Figura C.18. Producto terminado ... 108

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14 RESUMEN

El presente trabajo titulado “Diseño de un tanque de 6500 galones para transporte de GLP según ASME VIII – 2017 en la empresa HALCON S.A.” se desarrolló con la intención de elaborar un procedimiento de fabricación bajo los estándares del código ASME VIII Seccion I y códigos de referencia ASME IX.

Para realizar el diseño de un tanque de almacenamiento de GLP se empleo los aceros ASTM A36 y ASTM A612 para una capacidad de 6500 galones. El diseño y cálculo de las especificaciones técnicas de fabricación se apoyó del código ASME VIII Sección I – 2017 y las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS), la calificación de habilidad del soldador (WPQ), el registro de procedimiento de soldadura (PQR) se apoyó del código de referencia ASME IX – 2017.

Bajo el uso del código ASME VIII y de los aceros ASTM A36 y ASTM A612 se obtiene espesores de diseño de ½” para el cuerpo y 3/8” para el casco, presiones máximas permitidas 260.04 psi para el cuerpo y 274.56 psi para el casco, una longitud total del tanque de 6725 mm y diámetro de 2300 mm. El uso del código de referencia ASME IX selecciona el diseño de la junta, el número de pases de soldadura, material de aporte, la posición de soldeo, flujo de gas, valores de parámetros eléctricas y la técnica empleado en el soldeo; el rango calificado del proceso de soldadura, espesor de plancha y posición y la viabilidad de la fabricación del tanque de GLP con la aprobación de los ensayos de tracción y doblez según los parámetros de diseño.

PALABRAS CLAVES

- GLP: Gas Licuado de Petroleo

- ASME: Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos - WPQ: Calificación de Habilidad del Soldador

- PQR: Registro de Calificación del Procedimiento - WPS: Especificación del Procedimiento de Soldadura

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15 ABSTRACT

The present work entitled “Design of a 6500-gallon tank for PLG transport according to ASME VIII - 2017 in the company HALCON S.A.” It was developed with the intention of developing a manufacturing procedure under the standards of the ASME VIII Section I code and ASME IX reference codes.

To design a PLG storage tank, use the ASTM A36 and ASTM A612 steels, for a capacity of 6500 gallons we find the technical specifications. The design and calculation of the technical specifications was supported by ASME code VIII Section I - 2017 and the welding procedure specifications (WPS), the welder skill rating (WPQ), the welding procedure record (PQR) was supported of the ASME IX - 2017 code.

Using the ASME VIII code and ASTM A36 and ASTM A612 steels, design thicknesses of ½

”for the body and 3/8” for the helmet are obtained, maximum allowable pressures 260.04 psi for the body and 274.56 psi for the helmet. , a total length of the tank of 6725 mm and diameter of 2300 mm. The use of the ASME IX reference code selects the joint design, the number of welding passes, filler material, the welding position, gas flow, electrical parameter values and the technique used in welding; the qualified range of the welding process, plate thickness and position and the feasibility of the manufacture of the LPG tank with the approval of the tensile and bending tests according to the design parameters.

KEY WORDS

- LPG: Liquefied Petroleum Gas

- ASME: American Society of Mechanical Engineers - WPQ: Welder Performance Qualification

- PQR: Procedure Qualification Record - WPS: Welding Procedure Specification

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16 CAPITULO I

1. Introducción

1.1. Realidad problemática

El Gas Licuado de Petróleo “GLP” se lo define como hidrocarburo, a condición normal de presión y temperatura, se encuentra en estado gaseoso, pero a la temperatura normal y moderadamente alta presión es licuable. Usualmente está compuesto de propano, butano, polipropileno y butileno o mezcla de los mismos. En determinados porcentajes forman una mezcla explosiva e imperceptible debido a que no tiene color ni olor, esto lo convierte en peligro para quien lo inhala pero ya mezclado con otros componentes se puede sentir su aroma característico [1].

En nuestro país los hidrocarburos han desempeñado un rol importante en las actividades económicas. El sector representó 54% del consumo total de energía en 2012 y se mantuvo como la principal fuente de energía dentro de los procesos productivos y actividades económicas locales. Según la British Petroleum (2015), la capacidad global de refinación alcanzó un nivel cercano a 97 MMBPD en 2014. Estados Unidos es el país con la mayor capacidad refinadora y representa 18.4% en el mundo, seguido por China (14.6% equivalentes a 14 MMBPD) y Rusia (6.6% equivalentes a 6.3 MMBPD). En este contexto, Perú cuenta con seis refinerías (dos privadas y cuatro públicas), y una capacidad de refino de 0.2 MMBPD [2].

Evaluando nuestras capacidades, nivel de producción y el alto potencial en nuestro país; el GLP se ha convertido en el hidrocarburo por excelente, por su alta demanda en uso doméstico, industrial y automotriz. Su almacenaje y transporte para su venta final se ha convertido muy demandado y de constante peligro, es por eso que la fabricación de tanques y/o recipientes para su almacenamiento tiene mucho rigor en su fabricación, estos recipientes de acero son fabricados de acuerdo a la Norma Técnica Nacional aprobada por INDECOPI o en su defecto de acuerdo al Código ASME, Sección VIII, División I, “Diseño, Construcción e Inspección de Tanques y Recipientes de Presión”, por el decreto supremo aprobado en el 2007 [3].

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17 Esta normativa para su fabricación es muy extensa en general pero para nuestro caso particular de la fabricación de un tanque de GLP se puede estandarizar, esto depende mucho si se trabaja con los mismos parámetros y se respeta cada uno de los procedimientos fielmente en la fabricación o con variaciones tolerables para cada fabricante. Es por eso que la Empresa HALCON S.A. especializada en más de 20 años en fabricaciones de carrocerías metálicas de diversos tipos en general; ha optado por innovar y agregar a su extensa lista de diseños, la fabricación de tanques para almacenamiento de GLP a presión [4].

HALCON S.A. tomo el reto de diseñar y fabricar el tanque de almacenamiento de GLP, consciente del amplio procedimiento de la normativa de fabricación del Código ASME, Sección VIII, División I; ya que permitiría posicionarse como fabricantes competitivos en el norte del país y líder de la región. Es por eso que la empresa tomo la iniciativa por optar con asesoría de entidades acreditadas, que certifiquen y validen el trabajo de fabricación. Para ello se detallará un instructivo del diseño de un tanque de 6500 galones para almacenar GLP según el Código ASME y que permita estandarizar el proceso de fabricación.

1.2. Antecedentes de la investigación

Jamanca Echevarria John Yener y Meregildo Marines George Anibal (2017) “Estudio y diseño de ampliación de un grifo a estación de servicio con gasocentro de GLP de uso vehicular de 3200 galones de capacidad”. Este trabajo está basado en el estudio y diseño de ampliación de un grifo de estación de servicio de GLP de uso vehicular, cuyo componente principal es el diseño del tanque de almacenamiento de GLP, empleando los aceros SA36 y SA612, obtenidos según la demanda diaria de los vehículos que usan este combustible. El cálculo de su diámetro, longitud y espesor, siendo su base metodológica el cumplimiento del Reglamento de establecimientos de gas licuado de petróleo (GLP) para uso automotor – Gasocentros Decreto Supremo Nº 019 –97 EM que reglamenta la ley Nª 26221 “Ley Orgánica de Hidrocarburos” y el Código ASME, sección VIII, división 1 “Diseño, Construcción e Inspección de Tanques y Recipientes de Presión [5].

Luis Miguel Castillo Sifuentes (2019) “Evaluación del procedimiento de soldadura para el soldeo del acero SA612 utilizado en la fabricación de tanques de almacenamiento de GLP

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18 según ASME IX”. En esta tesis se investigó cómo estandarizar el procedimiento de soldadura y a los soldadores en la fabricación de un tanque de GLP usando el acero SA612.

Los procesos de soldadura y la selección del más adecuado a las condiciones reales. Se utilizó el proceso GMAW (soldadura por arco metálico con gas) según el código ASME IX.

Se probaron distintas variables de proceso y se generó el WPS (especificación del procedimiento de soldadura), el PQR (Registro de calificación del procedimiento) y el WPQ (Calificación del desempeño del soldador) [6].

Carlos Nolberto Macines Romero (2009) “Estudio de ampliación de un servicentro con un gasocentro de GLP de uso automotriz de 5 000 galones de capacidad”. La presente tesis tiene por objeto contribuir al uso del GLP como un combustible que mejora la economía de sus usuarios, debido a sus menores costos. Se señalan los reglamentos y normas técnicas que se deben cumplir en el diseño y construcción de gasocentros, y se describen las características que las instalaciones deberán que tener para cumplir con estos reglamentos y normas del Código ASME VIII. Se efectúa el diseño mecánico y de detalle del tanque, usando el acero A36 y se señalan las pruebas y ensayos no destructivos que se deben realizar y finalmente se efectúa el diseño y selección de tuberías de abastecimiento y despacho, la protección catódica, y las características de sus instalaciones según las normas ANSI y NFPA [7].

José Luis Polo Orellana (2014) “Ampliación de una estación de servicios para satisfacer la demanda de GLP del parque automotor de la ciudad de Huancayo”. En esta tesis desarrollada en Chilca, departamento de Junín, se ha estudiado la demanda de combustible, el cumplimiento de la normativa técnica y seguridad, así como la inversión económica de ampliación. Se proyecta despachar un promedio de 300 galones de GLP diario, en función a un estimado de 50 vehículos que cargaran aproximadamente 6 galones cada uno.

Adicionalmente, se señalizará con el símbolo pictórico de la Norma Técnica Peruana No 399.015, número de las Naciones Unidas (UN 1075) y la simbología de NFPA 49/325M (1, 4, 0). El tanque de almacenamiento contará con la certificación de fabricante y conforme al Plano de Instalaciones Mecánicas bajo las normas ya mencionadas así como el Código ASME [8].

(19)

19 1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo general

Realizar el diseño de un tanque de 6500 galones para almacenamiento de GLP según el código ASME VIII-2017 en la empresa HALCON S.A., empleando los aceros ASTM A36 y ASTM A612.

1.3.2. Objetivos específicos

Definir las especificaciones técnicas de fabricación.

Elaborar el Registro de Calificación del Procedimiento de Soldadura (PQR) Calificación de la Habilidad del Soldador (WPQ) y Especificaciones del Procedimiento de Soldadura (WPS) según el código de referencia ASME IX.

Elaborar el procedimiento de armado del tanque de GLP.

Realizar evaluaciones de ensayos para verificar y validar las especificaciones técnicas según ASME IX.

1.4. Justificación del estudio

La presente investigación tiene como objetivo principal elaborar un documento o procedimiento de fabricación de un tanque 6500 galones para el almacenamiento de GLP bajo los estándares del Código ASME VIII Sección I y código de referencia ASME IX.

1.4.1. Criterio académico

La presente investigación contribuirá a implementar las habilidades para la inspección y formación de un CWI, lo cual permitirá mejorar los conocimientos en el manejo de normas, estructuración de documentos, planteamientos y solución de problemas, despertando la motivación para investigar en el área de tecnologías de soldadura y afines.

1.4.2. Criterio social

La presente investigación contribuirá a afianzar sobre los códigos de fabricación de estructuras

(20)

20 sometidas a presión con la relación universidad e industria que fortalece las competencias del ingeniero para el trabajo en campo, con el acompañamiento de supervisores e inspectores calificados.

1.4.3. Criterio económico

Al obtener documentos y procedimientos bien estructurados, se asegurará la calidad y seguridad de la fabricación, evitando la perdida en tiempos muertos y gastos económicos innecesarios, estandarizando el proceso, por malos procedimientos de soldeo, fabricación e inspección.

1.4.4. Criterio ambiental

Es compromiso del estado y responsabilidad de la sociedad el uso, almacenamiento y transporte del GLP, los cuales han sido aceptado como una fuente de energía con un gran potencial de desarrollo, debido a su abundancia, seguridad, bajo costo, transporte y distribución y el bajo nivel de contaminación que este genera.

1.5. Formulación del problema de investigación

¿Cómo aplicar el procedimiento del código ASME VIII-2017 al diseñar un tanque de 6500 galones para almacenamiento de GLP a una presión de diseño de 250 PSI?

1.6. Hipótesis

Aplicando el código ASME VIII-2017 es posible diseñar un tanque de 6500 galones para almacenamiento de GLP empleando el acero estructural ASTM A36 y el acero para recipientes a presión ASTM A612 en la empresa HALCON SA teniendo la conformidad del organismo peruano de Supervisión de la Inversión en Energía y Minería - OSINERGMIN.

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21 CAPITULO II

2. Marco teórico 2.1. Acero ASTM A612

El acero ASTM A612 es un acero aleado con carbono, manganeso y silicio destinado a la fabricación de los recipientes a presión, soldados a temperatura baja y moderada, esta norma se ajusta a los requisitos de sus propiedades mecánicas, en la tabla 2.1. [9].

2.1.1. Propiedades mecánicas

Tabla 2.1. Propiedades mecánicas del acero ASTM A612.

Fuente: ASMT Volumen 01.04.2009

2.1.2. Aplicaciones

El acero ASTM A612 por sus excelentes propiedades mecánicas es utilizado en fabricaciones de recipiente a presión [10]: Calderas, tanques para GLP y GNV, intercambiador de calor y proyectos de Gas.

2.2. Ensayo de doblez 2.2.1. Fundamento teórico

Es un proceso sencillo, que generalmente se lleva a cabo en una prensa, donde los punzones y matrices que las componen son de geometría relativamente simples, pero con un estudio y diseño inteligente de múltiples operaciones, se pueden llegar a obtener formas muy complejas.

El ensayo de doblez sirve para obtener una idea aproximada sobre el comportamiento del acero a la flexión o esfuerzo de doblado, necesaria para prevenir roturas frágiles durante las manipulaciones de doblado y transporte. Se comienza el ensayo, colocando la pieza sobre dos

(22)

22 apoyos, cuya separación está normalizada. Se aplica luego una fuerza controlada y que aumenta paulatinamente hasta que la barra se dobla completamente o comienzan a aparecer las primeras grietas [11].

Figura 2.1. Esquema del proceso del doblado al aire por tres puntos (a) y doblado con dado deslizante (b).

Fuente: Garcia – Romeu de Luna 2005.

Figura 2.2. Esquema del proceso de doblado en V.

Fuente: Kalpakjian 1991.

La división de procesos de doblado recto más importantes comprende

 El doblado a fondo, también conocido como doblado convencional o en V, se observa en la figura 2.2 es un proceso que abarca dos etapas: la primera de ellas es la de doblado al aire en tres puntos; la segunda, una acuñación con el propósito de tocar el fondo de una

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23 matriz con forma de V.

 El doblado al aire, también conocido como plegado en tres puntos o doblado libre donde la chapa se soporta entre dos apoyos y un punzón la deforma ejerciendo presión en la mitad de ella como se observa en la figura 2.1(a).

 El doblado con dado deslizante (plegado en voladizo), o en su variedad, basculante. En la figura 2.1(b) se observa comúnmente utilizado para producir rebordes de tipo panel más largos.

2.3. Ensayo de radiografía 2.3.1. Fundamento teórico

La radiografía se refiere a los métodos radiológicos específicos que producen una imagen permanente en una película (radiografía convencional) o papel (radiografía en papel o xerorradiografía), ver figura 2.3. En un sentido más amplio, sin embargo, radiografía puede también referirse a otras técnicas radiológicas que pueden producir, imágenes bidimensionales en un plano, debido a radiación no absorbida.

Figura 2.3. Configuración de una toma radiográfica en una placa soldada.

Fuente: Radiografía Industrial – Tecnología en marcha 2017.

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24 El ensayo de radiografía de tiempo real sobre la película radiográfica, es la oportunidad de manipular la pieza de prueba durante la inspección radiográfica. Esta capacidad permite inspeccionar mecanismos internos y realzar la detección de grietas y defectos, además, manipulando la pieza se logra una mejor orientación de los defectos (discontinuidades) [12].

2.4. Soldadura

2.4.1. Tipos de juntas

La junta es la parte a rellenar del metal situada entre 2 o más planchas o piezas, que tienen los bordes convenientemente preparados. La finalidad de la preparación de la junta es asegurar la penetración deseada en la soldadura y facilitar la operación para obtener una unión de excelente calidad. AWS estable solo 5 tipos de juntas que se pueden observar en la figura 2.4. [13].

Figura 2.4. Tipos de Juntas para soldadura.

Fuente: Manual de Soldadura EXSA-OERLIKON Edición 1995.

2.4.1.1. Junta a tope

Este tipo de junta se características por presentar su configuración a tope, las planchas del metal bases, la separación de los bordes depende del espesor de las planchas. Requiere fusión completa y total y de preparación sencilla, el costo de preparación es bajo, sólo requiere el emparejamiento de los bordes de las planchas a soldar.

(25)

25 Junta a tope en “V”

Se llama así por su bisel en “V” en el lado de la cara en la junta que se observa en la figura 2.5.

 Apropiada para todas las condiciones de carga.

 Aplicable en planchas de 5 a 12 mm, no siendo muy corriente aplicarla en espesores menores.

 El ángulo de la junta es de 60°.

 La preparación de la junta es más cara que para la junta a tope simple.

Figura 2.5. Junta a Tope en “V”.

Fuente: Manual de Soldadura EXSA-OERLIKON Edición 1995.

Junta a tope doble “V”

Se llama así por su bisel en “V” tanto del lado de la cara y la raíz, es decir por ambos lados de la junta observada en la figura 2.6.

Figura 2.6. Junta a tope doble “V”.

 Satisfactoria para todas las condiciones normales de carga.

(26)

26

 Para planchas de un espesor mayor de 12 hasta 20 mm, siempre y cuando sea posible soldar por ambos lados.

 La junta en doble “V” consume más o menos la mitad de electrodos que la junta a tope en V, pero en cambio es más costos a su preparación.

Junta a tope en “U”

Se llama así por su bisel en “U” en el lado de la cara en la junta que se observa en la figura 2.6.

 Para trabajos de la más alta calidad.

 Apropiada para todas las condiciones de carga.

 Sustituye a las juntas en V o doble V en la unión de planchas de un espesor entre 12 a 20mm.

 Esta junta consume menos electrodos que la junta en V o doble V, pero su costo de preparación es mucho más elevado.

 La soldadura se realiza por un solo lado, con excepción de un único cordón que se aplica al final por el lado opuesto.

Figura 2.7. Junta a tope en “U”.

(27)

27 2.5. Tanque de GLP

Recipiente o contenedor de acero para almacenar y/o transportar combustible fabricado de acuerdo a la Norma Técnica Peruana aprobada por INDECOPI, o en su defecto de acuerdo al Código ASME, Sección VIII, División 1. Pueden ser instalados de forma aérea, soterrado o monticulado, dependiendo de las condiciones de la instalación [3].

2.5.1. Partes del tanque 2.5.1.1. Cuerpo

El cuerpo del tanque es la parte cilíndrica sin contar a los extremos, esta forma se llega a obtener por rolado de planchas como se puede observar en la figura 2.8.

2.5.1.2. Casco

Los cascos son los extremos del tanque, esta forma se llega a obtener por bombeado de planchas, se observa en la figura 2.8. según su forma pueden ser una semiesfera, semieliptico y plana.

Figura 2.8. Tanque o recipiente a presión.

Fuente: Fabricaciones HALCON SA.

2.5.1.1. Rompeolas

Los rompeolas son paredes intermedias que se colocan en los tanques con el objetivo de amortiguar el movimiento del fluido que se sitúa dentro, al reducir el espacio en el que se

CUERPO CASCO

(28)

28 mueve, estos no deben formar compartimentos estancados, si no que el fluido tiene que moverse entre distintas zonas del tanque, esto se puede observar en la figura 2.9.

Figura 2.9. Rompeolas de un tanque.

2.5.1.2. Manhole

Es una compuerta de apertura y cierre a la vez, como se observa en la figura 2.10. utilizado como acceso para el ingreso y salida de personas en un espacio confinado, cuya finalidad es de inspección y mantenimiento en distintas aplicaciones.

Figura 2.10. Manhole de un tanque.

(29)

29 2.5.1.1. Magnatel

Es un dispositivo de medición volumétrica, en porcentajes de capacidad, instalado como indicador magnético que a través de una boya mide la capacidad del tanque, ver figura 2.11.

Se pueden seleccionar según el diámetro del tanque.

Figura 2.11. Magnatel RM Series.

Fuente: Catalogo Taylor Gauge.

Figura 2.12. Coplas.

2.5.1.2. Coplas

Las coplas son accesorios roscados, ver figura 2.12. soldados estratégicamente alrededor del tanque cuyos fines son para usos de instalación como manómetros, termómetros, válvulas check, válvulas de seguridad o alivio, válvulas de drenaje, válvulas de exceso entre otros.

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30 Estas coplas llegan a formar parte de sistemas como abastecimiento, surtidor del tanque, sistemas de recuperadores de vapores y hasta para el mantenimiento mismo tanque de GLP.

2.5.2. Tipos de recipientes

Los diferentes tipos de recipientes a presión que existen, se clasifican de la siguiente manera [14]:

2.5.2.1. Por su servicio (USO) Recipientes de almacenamiento

Se usan como depósitos para contener una reserva suficiente de algún producto para su uso posterior y/o comercialización.

Recipientes de proceso

Se utilizan como intercambiadores de calor, reactores, torres fraccionadoras, torres de destilación, entre otros.

2.5.2.2. Por su forma Recipientes horizontales

Son aquellos recipientes montados en silletas en posición horizontal, conocidos comúnmente como salchichas, se utilizan como acumuladores ya sea de flujo de vapor y/o sustancias que provengan de equipos especiales, vea figura 2.13.

(31)

31 Recipientes verticales

Los más usados son los reactores, las torres, otros. Normalmente los recipientes verticales están soportados por medio de la patas de ángulo o tubo, faldones cónicos o rectos y por soportes integrados en el cuerpo del recipiente, vea figura 2.14.

Figura 2.13. Recipientes cilíndricos horizontales.

Fuente: Laboratorio de Tecnología de Materiales UNAM.

Figura 2.14. Recipientes cilíndricos verticales.

Recipientes esféricos

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32 Se usan para almacenamiento de grandes volúmenes de fluidos principalmente, gas natural, butano, isobutileno, hidrógeno, amoníaco y otros productos petroquímicos. Se utilizan generalmente como tanques de almacenamiento, y se recomiendan para almacenar grandes volúmenes a presiones moderadas.

Puesto que la forma esférica observada en la figura 2.15. es la forma natural que toman los cuerpos al ser sometidos a presión interna, ésta sería la forma más económica para almacenar fluidos a presión, sin embargo, la fabricación de este tipo de recipientes es mucho más cara en comparación con los recipientes cilíndricos.

Figura 2.15. Recipientes esféricos.

2.6. Norma de fabricación

Todos los diseños, fabricación, pruebas e inspección de recipientes a presión se basan en un código, en la mayoría de los países, incluyendo el nuestro, ha llegado a ser como una ley la cual dictamina los requerimientos mínimos para cualquiera de las fases mencionadas. Basándose en lo anterior, los países más altamente industrializados cuentan con códigos propios, dentro de los cuales, se pueden citar los siguientes [14]:

(33)

33

 El código ASME (American Society of Mechanical Engineers), es el que rige actualmente en los Estados Unidos de América.

 El B.S 5500 o B.S.1515 (British Standard) que es el código Británico.

 El código JIS (Japanese Industrial Standard) que es usado en Japón.

 El código Alemán que rige físicamente en Alemania y países bajos.

A fin de 1700, sobresale el uso de calderas y la necesidad de proteger al personal de fallas catastróficas. Las calderas para generación de vapor con presiones mayores a la atmosférica. El descuido y la negligencia de los operadores, las fallas de diseño en las válvulas de seguridad, inspecciones inadecuadas producen muchas fallas y explosiones de calderas en los Estados Unidos y Europa.

En respuesta a las necesidades obvias de diseño y estandarización, numerosas sociedades fueron formadas entre 1911 y 1921, tales como la A.S.A. (Asociación Americana de Estándares) ahora ANSI (Instituto Americano de Estándares Nacionales) el A.I.S.C. (Instituto Americano del Acero de Construcción) y la A.W.S. (Sociedad Americana de Soldadura).

Los códigos estándares fueron establecidos para proporcionar métodos de fabricación, registros y reportar datos de diseño, en cuanto a nuestra fabricación se verá únicamente reflejada con la Norma del Código ASME.

2.6.1. Secciones del Código ASME

 Sección I Calderas de Potencia

 Sección II Especificación de Materiales

 Sección III Requisitos generales para División 1 y 2

 Sección IV Calderas para Calefacción

 Sección V Pruebas no Destructivas

 Sección VI Reglas y Recomendaciones para el cuidado y operación de las Calderas de Calefacción

 Sección VII Guía y recomendaciones para el cuidado de Calderas de Potencia

(34)

34

 Sección VIII Recipientes a Presión Division I, II y III

 Sección IX Calificación de Soldadura

 Sección X Recipientes a Presión de Plástico reforzado en fibra de vidrio

 Sección XI Reglas para Inspección en servicio de Plantas Nucleares

2.6.2. Código ASME Sección VIII División 1

En esta parte del código se establecen los requerimientos mínimos para el diseño, fabricación e inspección y para obtener la certificación autorizada de la ASME para los recipientes a presión.

En base a esto se ha dividido en:

 Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales

 Subsección B. Requerimientos de fabricación

 Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura

 Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado

 Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"

 Subsección C. Requerimientos de materiales

1. Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación 2. Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos

3. Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido

4. Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento tipo

"lining"

5. Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil

6. Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensión

(35)

35 mejoradas por tratamiento térmico

7. Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicapas

8. Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles más altos a bajas temperaturas

2.6.3. Códigos auxiliares

El código ASME cubre los requerimientos para el diseño y la fabricación de recipientes a presión, pero existen ciertos elementos de estos, los cuales no son considerados dentro de la jurisdicción del código, o bien no está definida explícitamente la forma en que deben ser analizados dichos elementos. Por tal motivo, se hace necesario el uso de otros códigos, los cuales reglamenten el análisis y/o diseño de los mismos.

De acuerdo a lo anterior, es clara la necesidad del uso de otros códigos y manuales que respalden los elementos de los recipientes a presión, o bien que establezcan criterios para el análisis de los efectos antes mencionados. De esta manera, los siguientes códigos y manuales pueden servirnos para el diseño.

 Manual de la A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction)

 Estándar BS-449 (Uso del acero estructural)

En lo que respecta a las conexiones y accesorios requeridos por el equipo, nos podemos auxiliar de los estándares siguientes:

 ANSI B.16.5. Bridas y conexiones bridadas

 ANSI B.16.11. Conexiones de acero forjado

 ANSI B.16.25. Extremos para soldar a tope

 ANSI B.16.30. Dimensiones de bridas para recipientes a presión

2.7. Memoria de cálculo

La fabricación del tanque exige el cálculo de espesores y presiones internas, cabe mencionar que nuestro tanque estará montado horizontalmente sobre un chasis, es decir no estará apoyado sobre

(36)

36 silletas. De esta manera el diseño no se extenderá sobre el cálculo de esfuerzos longitudinales por flexión, esfuerzos de corte tangenciales y esfuerzos circunferenciales.

2.7.1. Código de diseño

Código de fabricación y diseño: ASME VIII – 2017 “Recipientes a Presión División 1”. Se tiene en consideración la metodología ASME para el diseño de las partes del tanque (Cuerpo y Cascos).

2.7.2. Espesores del material

2.7.2.1. Cuerpo cilíndrico o cuerpo

El grosor de las secciones rectas del cilindro se determinará de conformidad con la ecuación (1) [15] y apoyo del croquis en la figura 2.16.

t_e = t + c (1) La siguiente ecuación (2) para la presión de diseño del cilindro recto [16].

Figura 2.16. Croquis del espesor para el cuerpo.

Fuente: Juan Leon Estrada [17].

t = ^PR

SE−0.6P (2) Cálculo expresado en función a las dimensiones interiores, donde:

P = Presion de diseño [lb/pulg²]

S = Esfuerzo del material a temperatura de diseño [lb/pulg²]

(37)

37 E = Eficiencia de junta [Apendice D]

R = Radio interior [pulg]

D = Diametro interior [pulg]

C = Margen por corrosion [pulg] − UG25 t = Espesor de pared [pulg]

t_e= Espesor minimo de diseño [pulg]

2.7.2.2. Cabeza semiesférica o casco

El grosor de la sección del casco se determinará de conformidad con la ecuación (1) [15].

La siguiente ecuación (3) para la presión de diseño del casco [18].

t = ^PR

2SE−0.2P (3)

Figura 2.17. Croquis del espesor para el casco.

Fuente: Juan Leon Estrada [17].

Cálculo expresado en función a las dimensiones interiores, donde:

S = Esfuerzo del material a temperatura de diseño [lb/pulg²] E = Eficiencia de junta [Apendice D]

(38)

38 C = Margen por corrosion [pulg] − UG25

t = Espesor de pared [pulg]

t_e= Espesor minimo de diseño [pulg]

2.7.3. Presiones internas del material

2.7.3.1. Presión interna del cuerpo cilíndrico

Empleamos la ecuación (4) y la figura 2.16. para el cálculo de la presión de trabajo permitida [16].

P = ^(SE)t

R+0.6t (4) Donde

2.7.3.2. Presión interna de cabeza semiesférica

Empleamos la ecuación (5) y la figura 2.16. para el cálculo de la presión de trabajo permitida [18].

P = ^(2SE)t

R+0.2t (5) Donde

(39)

39 2.7.4. Capacidades volumétricas

Las capacidades volumétricas son tomadas de ecuaciones elementales para la cubicación del tanque, donde solo emplea 2 parámetros longitud y radio.

Figura 2.18. Croquis de tanque de GLP.

Fuente: Elaboración propia.

Donde

R = Radio del tanque [pulg]

L = Longitud del cuerpo [pulg]

2.7.4.1. Capacidad del cuerpo

Tomando en cuenta el cuerpo como un cilindro.

Vol. Cuerpo = (πR²)L (6) Cálculo expresado en función a las dimensiones interiores, donde:

R = Radio interior del cuerpo [m]

L = Longitud del cuerpo [m]

2.7.4.2. Capacidad del casco

Tomando en cuenta un casco, se tiene la ecuación para media esfera.

D

(40)

40 Vol. Cuerpo =²

3 πR³ (7) Cálculo expresado en función a las dimensiones interiores, donde:

R = Radio interior del casco [m]

2.8. Procedimientos de calificación

2.8.1. Código de respaldo

Código de respaldo: ASME IX – 2017 “Calificación del procedimiento de soldadura”. Se tiene en consideración la metodología ASME para la calificación de las especificaciones, procedimiento de soldadura y habilidad del soldador. Se sabe que ya una vez seleccionado el material y espesores de trabajo, los procedimientos a realizar son 03 para cada union de espesores (1/2”-1/2”), (3/8”-3/8”) y (1/2”-3/8”)

2.8.2. Especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS)

Una WPS es un documento preparado por el departamento de ingeniería de la empresa para proveer las directrices de guía al soldador y asegurar el cumplimiento del código ASME. Se muestra las variables de soldadura aplicando el procedimiento de soldadura para proceso GMAW, observadas en el apéndice A, a continuación estas variables son detalladas y explica las directrices para realizar el procedimiento de soldadura.

1) Juntas

Tabla 2.2. Juntas QW402.

Procedimientos Descripción

Diseño de la Junta A Tope, en T, borde, traslape, en angulo

Respaldo Si hubo soldadura de raiz

Material de respaldo Electrodo usado para el repaldo Fuente: Código ASME IX – 2017 [19]

(41)

41 2) Metal base

Tabla 2.3. Metal base QW403.

N° P Apendice E

N° Grupo Apendice E

Rango de Metal Base Rango de espesor del metal base

Metal Base Material del metal a soldar

Espesor de plancha Espesor calificado

Fuente: Código ASME IX – 2017 [20]

3) Metal de aporte

Tabla 2.4. Metal de aporte QW404.

N° F Apendice F

Especificacion ASME Apendice F

Tamaño del eletrodo Diametro de la electrodo

Clasificacion AWS Apendice F

Forma del poducto de aporte Alambre, varilla

4) Posición

Tabla 2.5. Posición QW405.

Posicion de Ranura Plana, horizontal, vertical y sobrecabeza

Progresion Ascendente, descendente

Posicion de Filete Plana, horizontal, vertical y sobrecabeza Fuente: Código ASME IX – 2017 [22]

5) Precalentamiento

Tabla 2.6. Precalentamiento QW406.

Temperatura de Precalentamiento Para espesores mayores de 1"

Temperatura de Interfase (Apendice G)

(42)

42 6) Tratamiento post térmico

Tabla 2.7. Tratamiento post térmico QW407.

Rango de Temperatura Para espesores mayores de 1 1/2"

Tiempo de Tratamiento Tabla UCS 56 − 1 hasta 11 Segun N°P (Apendice H) Fuente: Código ASME IX – 2017 [24]

7) Gas

Tabla 2.8. Gas QW408.

Procedimientos Gas Mezcla Flujo

Proteccion

Tipo de gas Mezcla porcentual

Cantidad volumetrica del alambre por unidad de tiempo Arrastre

Respaldo (Si hay)

8) Características eléctricas

Tabla 2.9. Características eléctricas QW409.

Corriente Alterna o continua

Amperaje Rangos de amperaje (Depende del manual del fabricante) Apéndice I

Polaridad Inversa o directa

Voltaje Rangos de voltaje (Depende del manual del fabricante) Apéndice I

9) Técnica

Tabla 2.10. Técnica QW410.

Velocidad de avance Rangos de velocidad (Depende del manual del fabricante) Apéndice I

Limpieza Esmerilado, escobillado

Pase por lado Simple o doble

Electrodo Simple o recubierto

Fuente: Código ASME IX – 2017 [27]

(43)

43 2.8.3. Registro de calificación de habilidad del soldador (WPQ)

El WPQ es un registro de ensayos y calificación de habilidad que están destinados a determinar la capacidad de los soldadores y de los operarios de soldadura para hacer soldaduras sanas, conocida como la homologación. Cada organización o empresa deberá calificar a sus soldadores u operarios de soldadura según el proceso que se va a emplear. El ensayo de calificación de habilidad deberá ser de acuerdo con las especificaciones de procedimientos de soldadura (WPS) calificadas, y aprobadas en su defecto por un inspector en soldadura acreditado. Las variables esenciales son observadas en el apéndice B, a continuación estas variables son detalladas y explica las directrices para realizar la calificación de habilidad del soldador.

1) Datos iniciales de calificación

Tabla 2.11. Datos iniciales de calificación (WPQ).

Operador Nombre y apellido

Identificacion DNI

Especificaciones del metal base ASTM A612 o ASTM A36

Ensayo Tipo Cupon

Espesor Espesor que quiere ser calificado

Fuente: Código ASME IX – 2017

2) Variables de soldadura

Tabla 2.12. Variables de soldadura QW350.

Proceso SMAW, OFM, SAW, GMAW, GTAW, PAW

Tipo Semiautomatico, automatico

Respaldo Con o sin Respaldo

Plancha Espesor calificado

N° P Apendice E

N° SFA Apendice F

Clasificacion del metal de aporte Apendice F

N° F Apendice F

Espesor depositado por cada proceso Rango de espesor Posicion Calificada A Tope: 1G, 2G, 3G, 4G, 5G

Filete: 1F, 2F, 3F, 4F, 5F Fuente: Código ASME IX – 2017 [28]

(44)

44 3) Resultados de pruebas

Tabla 2.13. Resultados de ensayos WPQ.

Tipo Descripción Examen inspeccion Visual

(QW − 302.4) Solo se menciona los resultados si son aceptables Doblez Cara y raiz

(QW − 462.3a) Solo se menciona los resultados si son aceptables Fuente: Código ASME IX – 2017

2.8.4. Registro de calificación del procedimiento (PQR)

Documento que valida y califica un WPS; en el que registra los valores reales medidos de las variables del procedimiento de soldadura, mediante la ejecución de una soldadura de calificación en un cupón de prueba estandarizado; además de incluirlos valores de los resultados adquiridos de los ensayos mecánicos de tensión, doblez, sanidad, dureza y macrografía, entre otros.

Este documento contiene todas las variables esenciales y cuando se requiera las variables suplementarias para cada proceso de soldadura usado durante el cupón de ensayo de la soldadura. Las variables esenciales son observadas en el apéndice C, a continuación estas variables son detalladas y explica las directrices para realizar el registro de la calificación del procedimiento de soldadura. El PQR emplea los parámetros desde QW-402, QW- 403, QW- 404, QW- 405, QW- 406, QW- 407, QW- 408, QW- 409 y QW-410 (desde la Tabla 2.6.

“Juntas” hasta la Tabla 2.14. “Técnica”) donde sostiene los variables registradas reales durante las pruebas de ensayos de soldaduras.

1) Ensayo de tracción

Tabla 2.14. Resultados del ensayo de tracción QW150 (PQR).

Especimen Ancho (mm)

Espesor (mm)

Área (mm2)

Carga máxima

Resistencia a la tracción

Tipo de falla

1,2, … , n − − − − −

Rompió en metal base o no Fuente: Código ASME IX – 2017 [29]

(45)

45 2) Ensayo de doblez guiado

Tabla 2.15. Resultados del ensayo de doblez guiado QW-160 (PQR).

Especimen Tipo Angulo de doblado Resultado

1,2, … , n Doblez de Cara o

Raíz 0° a 180° Si o no

aceptado Fuente: Código ASME IX – 2017 [30]

(46)

46 Material

Volumen

Longitud de chasis

CAPITULO III

3. Método de estudio 3.1. Metodología

3.1.1. Tipo de estudio

De acuerdo al fin: Aplicado

De acuerdo al diseño de investigación: No experimental 3.1.2. Población

Tanque de almacenamiento de GLP 3.1.3. Muestra

Tanque de almacenamiento de 6500 galones 3.2. Diseño experimental

3.2.1. Caja negra

ASME Seccion VIII

ASME Seccion IX

Diseño del tanque de GLP

Caracteristicas técnicas del tanque de

almacenamiento Presion

(47)

47 3.2.1.1. Variables independientes

Volumen Presión Material

Longitud del chasis

3.2.1.2. Métodos

Uso del Código ASME VIII División I – 2017 Uso del Código ASME IX – 2017

3.2.1.3. Variables dependientes Características técnicas del tanque

3.3. Procedimiento experimental

El procedimiento experimental del diseño del tanque de GLP está dividido en dos etapas, la primera la etapa de diseño, donde se incluye los cálculos de las especificaciones técnicas y los registros del procedimiento de soldadura según los códigos ASME VIII y ASME IX respectivamente y la segunda la etapa de fabricación, donde se detallada los métodos y técnicas empleados en la fabricación del armado del tanque propias del carrocero HALCON SA, siendo esta ultima parte de la fabricación detallada en el anexo C.

(48)

48 3.3.1. Etapa de diseño

INICIO

Dimensiones del tanque largo y

ancho

Parámetros de diseño, material, presión interna y

espesor

Código ASME IX (WPS)

Código ASME IX (WPQ)

Fabricación de probetas

Pruebas de doblez e inspección visual

Si

Código ASME IX (PQR)

Fabricación de probetas

Pruebas de tracción, doblez y

radiografías Si

Fabricación del tanque

FIN Anexo A y B

No Reprocesar

Anexo A y B

No Reprocesar

(49)

49 3.3.1. Etapa de Fabricación

INICIO

CORTE DE PLANCHAS ASTM A36 Y ASTM A612

Armado de partes

Rolado de cuerpo Bombeado de cascos

Colocación de

rompeolas Selección de tapas

Ensamble de autopartes

Resoldeo del tanque (Exterior)

Aplicación de líquidos penetrantes e inspección visual

Si

Colocación de Manhole

Si

Resoldeo del tanque (Interior)

Prueba hidrostática

FIN Apendice J

Segun PQR y apendice K

Reparar No

Apendice M

Reparar No

Apendice K

Colocación de coplas y magnatel

Si Si

Reparar No

(50)

50 CAPITULO IV

4. Memoria de calculo 4.1. Dimensiones del tanque

Las medidas de largo y ancho se tomarán teniendo en cuenta el Reglamento del MTC para pesos y medidas, es decir sin exceder las normas establecidas para fabricantes. Además las opciones se acomodan a las medidas del chasis o unidad transportadora.

4.1.1. Ministerio de transportes y comunicaciones – MTC

El Ministerio de Transportes y Comunicaciones MTC plantea un documento de pesos y medidas. En la Tabla 4.1. resumimos las medidas tolerables para nuestra fabricación [31].

Tabla 4.1. Medidas máximas permitidas por el MTC.

ANCHO ALTO LARGO

2600 mm 4100 mm 13200 mm

Fuente: Reglamento del MTC.

4.1.2. Chasis HINO 500 - 1726

La concesionaria HINO brinda información de las medidas y cargas de las unidades comerciales que se muestra en la Tabla 4.2 y la figura 4.1. muestra un croquis del chasis.

Tabla 4.2. Medidas y cargas de la unidad transportadora.

A B B* C D Peso bruto

2460 mm 8600 mm 9480 mm 2550 mm 7500 mm 17 Tn

Fuente: Concesionaria HINO.

Donde

A: Ancho del Chasis.

B: Medida de Chasis original.

B*: Medida de Chasis modificado o alargado.

C: Alto del Chasis.

D: Medida del largo carrozable modificado o alargado.

(51)

51 Figura 4.1. Ficha técnica HINO 500 - 1726

Fuente: Concesionaria HINO.

4.2. Cubicación del tanque

Tomando en cuenta las ecuaciones (6) y (7) se procede a tomar la capacidad volumétrica total 6500 galones, usando el método de iteración.

Vol. Total = π^D

4

2( L + ²

3 D) (8)

Donde

D = Diametro interno (m) L = Longitud del cuerpo (m)

A partir de la ecuación (8) se comenzará el procedimiento de iteración, tomando en cuenta las recomendaciones del MTC y los límites longitudinales reales del Chasis. Además, se considera el volumen que ocupa los rompeolas y otros accesorios para no afectar la cubicación real. A continuación se toma en consideración volúmenes aproximados de rompeolas y accesorios.