cálculo agotamiento cordones en tanques a presión

[j.carretero]

hola a todos.

se trata de un tanque que inicialmente era ASME VIII, pero que por una serie de problemas aparecidos en las soldaduras mi cliente se ha visto obligado a reforzar las uniones de la virola con anillos soldados a solape, cosa no contemplada en el código.

se nos ha pedido que calculemos las soldaduras, y se me plantea la cuestión de qué norma usar: ni en ASME VIII ni en EN 13445 se calculan las soldaduras, y no sé si es apropiado utilizar los criterios del Eurocódigo o la EA 95. de hacerlo, he pensado en considerar lo siguiente:

- tensiones radiales en el tanque como tensiones cortantes longitudinales en el plano de la garganta (ta)
- tensiones longitudinales en el tanque como tensiones normales en el plano de la garganta (n)

[j.carretero]

nadie me puede dar su opinión sobre si esto es adecuado o no?

[avelino vazquez gonzalez]

Lo que yo entiendo es que se quieren poner anillos soldados con soldaduras en ángulo alrededor del cuerpo del tanque. Pero ¿es para las soldaduras verticales o para las circulares?. Por otra parte, supongo que las soldaduras en ángulo estarán sujetas a presión en caso de fuga de las soldaduras originales del tanque.
Hasta donde yo conozco, no hay ningún Código de tanques que permita este tipo de solución. Lo correcto sería reparar las soldaduras del tanque o ir a un Código como el ASME VIII, div. 2 y aplicar las reglas alternativas que son más pemisibles.
La solución de realizar soldaduras en ángulo sí se hace exitosamente en tuberías para reparar problemas de corrosión, defectos, etc., o para hacer conexiones en carga. En estos casos, aparte de las tensiones de cortadura, radiales y longitudinales, es necesario tener en cuenta:
- El gap existente entre chapas, porque está demostrado que la resistencia de la soldadura disminuye a medida que este aumenta.
- El momento de doblado, por lo que al anillo hay que darle una longitud mínima para que ese momento sea mínimo.
- Tenacidad mínima.
Por otra parte, los Tanques están sujetos a fluctuaciones de presión por llenado y vaciado y a expansiones térmicas. Estas presiones producen altos rangos de tensión en las soldaduras en ángulo, lo cual resulta en un bajo ciclo de fatiga y probables agrietamientos.
En resumen, el tema es complicado y el cálculo también. Por lo tanto, creo que comprobar si los problemas que tiene el tanque pueden solucionarse con las reglas alternativas del ASME VIII, Div.2 sería lo más apropiado.
Un saludo

[j.carretero]

muchas gracias por la respuesta.

los anillos son para reforzar las soldaduras circulares en las que han aparecido los defectos hasta que se pueda reponer el tanque (se está fabricando uno nuevo. tanto la magnitud y entidad de los defectos como la pérdida de crédito del fabricante tras todo este problema hacen más conveniente comprar un nuevo tanque que reparar el existente) y así afectar lo menos posible a la planificación del proyecto.

la div. 2 del código tampoco lo permite, ya que el tanque estaría solicitado a fatiga.

hasta aquí estamos de acuerdo y todos somos conscientes.

el problema es que ya se han puesto a implantar la solución de los refuerzos y toda la información y cálculos que nos están solicitando son a posteriori. no han recurrido a consejo de expertos a tiempo, y es precisamente esto, tiempo, lo que no sobra a mi cliente. falta tiempo y sobran muchas prisas jejeje. por todo esto me veo en la tesitura de tener que hacer este cálculo tan poco hortodoxo.

en este contexto es en el que pregunto si ustedes considerarían para el cálculo de los cordones los esfuerzos que estoy planteando (al ser el diámetro mayor que diez veces el espesor estoy despreciando las tensiones de flexión en la virola). resumo los pasos que he dado:

1. cálculo por elementos finitos de los esfuerzos máximos longitudinal y radial en la virola.
2. cálculo de las fuerzas asociadas: fuerza longitudinal = tensión longitudinal multiplicada por el área pi*(Dext^2 - Dint^2); fuerza radial (tracción en la virola) = tensión radial multiplicada por el área L x t, donde L es la longitud del cuerpo del tanque y t el espesor.
3. con esas fuerzas cálculo del estado tensional en el plano de la garganta de los cordones, y comparación con valores límites del material base según EA95 o EC3

[avelino vazquez gonzalez]

No creo se pueda calcular solamente con esos parámetros ya que las condiciones en un tanque son diferentes a una estructura.
1.- En primer lugar hay que calcular el espesor del anillo, empleando un factor de eficiencia (E) de juntas en ángulo con un valor de 0,45 a 0,65, empleando la siguiente fórmula:
t = [D/20SxE] [98W(H-0,3)]/0,707
0,707 = Cuello efectivo soldadura en ángulo
D = Dext. Tanque+x (valor estimado a iterar) en metros.
E= eficiencia de junta = 0,45 a 0,65 para uniones en ángulo (API 650)
S = Tensión permisible del materia a la temperatura de diseño (N/mm2).
W = Densidad del líquido en g/ml
t = Espesor (mm)
2.- Es necesario calcular una anchura mínima del anillo para evitar excesivos momentos de doblado.
3.- Tener en cuenta la separación chapa-anillo y evitar una separación mayor de 3 mm, porque diferentes ensayos demuestran que con separaciones mayores se produce un decrecimiento importante de la resistencia.
4.- Las tensiones en el borde del anillo, en el caso de fuga del tanque serían del orden de:
σ = (PxD/4xt)+(3xPxe/2xt2) siendo “e” la distancia del centro de la chapa del Tanque al centro chapa del anillo. Esta tensión debe ser menor de 1,5xS, por lo que el valor de t debe ser iterado hasta alcanzar un valor de σ menor de 1,5xS.
Pero esto son cálculos orientativos y no es lo único. El tanque puede estar sujeto a otras consideraciones, tal como a ciclos de fatiga que complica los cálculos.
Por mi parte, aquí acabo mi intervención y recomiendo acudir a un especialista en cálculo de Tanques, que conozca todos los datos del mismo y que haga un estudio concienzudo del problema.
Un saludo

[j.carretero]

Muchísimas gracias, Avelino. Lo leeré con detenimiento.