Fondos y cabezales de recipientes en la industria petroquímica
cilíndricos, pese a su menor eficacia mecánica.
Los fondos de los extremos del cilindro se realizan mediante una chapa con forma de casquete, cuya curvatura más útil, bajo el punto de vista mecánico, es la “semiesférica”, ya que a igualdad de espesores presenta la mayor resistencia al esfuerzo, es la solución menos empleada por su elevado coste, usándose solamente en los casos críticos.
Los tipos más usuales de fondos, como se ha indicado en capítulo precedente, son:
- Semiesféricos.
- Elípticos.
- Policéntricos.
- Cónicos.
- Planos.
Tipos de fondos y cabezales
1. Fondo semiesférico; como se refleja en el dibujo anterior, su forma es la mitad de una esfera, sus características, son:La construcción de estos fondos, debido a su alto coste, se realiza únicamente en el caso de precisarse un gran espesor con otros tipos de fondos o en el caso de recipientes realizados con materiales especiales, como:
- Acero al carbono con espesor > 60 mm.
- Acero aleado con espesor > 50 mm.
- Acero inoxidable > 40 mm.
2. Fondo elíptico; se forma mediante una elipse de revolución, con semiejes en la relación 2/1, es el más empleado, debido a la facilidad de su estampación.
3. Fondos policéntricos y “pseudo elípticos”; ambos tipos están formados por una figura de revolución, cuyo perfil interno se obtiene mediante la unión de 2 radios de curvatura con centros situados en puntos diferentes, los más utilizados son:
- El fondo pseudoelíptico o “Korbbogen”, que tiene el mismo campo de uso que los elípticos.
- El fondo policéntrico de relación 10:1, también llamado “Klopper”, usado en casos de baja presión debido a que requiere mayores espesores.
La construcción de ambos fondos se realiza por estampación.
En estos fondos se realiza la transición de una figura abombada a una cilíndrica, que es la carcasa, esta línea de transición, denominada línea de tangencia (LT), está sometida a fuertes tensiones axiales, que se traducen en elevadas tensiones locales, por ello en esta zona se localiza la parte más débil del recipiente, para no incrementar esa debilidad, se dota al fondo de un cuello cilíndrico, de altura h < 100 mm, para que la soldadura a la virola inferior de la carcasa (LS) no coincida con la línea de tangencia evitando que la
soldadura se sitúe en la zona más solicitada por cargas.
No realizar la unión del modo indicado en la figura provocaría que la soldadura presentase una discontinuidad y por tanto un punto débil en la estructura del recipiente, además de la diferencia de espesores que tendría lugar precisamente en esa zona.
La diferencia de cota entre la soldadura y la línea de tangencia (LT) tiene un valor de acuerdo con la Norma o Código de cálculo utilizado.
Las cotas en sentido axial suelen ser referidas a la línea de tangencia (teórica) y no a la de soldadura.
Otro tipo de fondo es el cónico, formado a partir de un cono realizado en chapa; dependiendo de la forma de la unión a la carcasa podemos hablar de 2 tipos, como se indica en la siguiente figura.
4. Fondo con cuello cilíndrico de altura no inferior a 25 mm, en los que se realiza la transición del cuello del fondo a la parte cónica mediante una curva de radio "r" cuyo valor es diferente para cada una de las diversas Normas que rigen la construcción de los recipientes, pero de cualquier forma no será inferior a 3 veces el espesor de la chapa (virola) que forma el cono. No se recomienda utilizar semiángulos superiores a 45º.
5. Fondo con unión directa entre cono y carcasa; en este tipo de fondos para recipientes la parte cónica esta soldada directamente a la parte cilíndrica sin cuello recto ni curvado, ofreciendo una menor resistencia a la presión que el anterior, su utilización se limita a fondos con un semiángulo inferior a 20º permitiéndose semiángulos de hasta 30º.
Finalmente se habla de fondos planos; cuando el diámetro del recipiente es £ 900 mm. y la presión es reducida; esta solución resulta muy económica. Su construcción se realiza mediante una chapa plana soldada a la carcasa, presenta estos inconvenientes:
- Se requieren grandes espesores.
- La zona de soldadura es un punto débil.
- Es muy poco resistente a la presión.
6. Los fondos o cabezales planos pueden soldarse a los recipientes, o instalarse como bridas ciegas en recipientes pequeños, en el dibujo precedente pueden observarse diversas soluciones para la unión a la envolvente de este tipo de fondos.
Las necesidades del proceso indican el tipo de fondo que debe usarse en cada caso; en un depósito de decantación, el cabezal inferior debería ser cónico. Al escoger el tipo de cabezal, se optara por el más económico de ellos.
Cuando el recipiente esta constituido por varios cilindros de diversos diámetros, se intercala virolas troncocónicas de transición para las que son validas las recomendaciones de los fondos cónicos, empleándose preferentemente las virolas con cuello y radio de acuerdo.
