La omnipresencia de los tanques a presión en diversas industrias es un testimonio de su importancia y versatilidad en el tejido de la ingeniería moderna. Estos dispositivos, meticulosamente diseñados para contener y controlar fluidos a presiones específicas, se erigen como pilares fundamentales en sectores que abarcan desde la producción química hasta la generación de energía.
En la industria química, los tanques a presión desempeñan un papel vital al facilitar la manipulación segura de sustancias que requieren condiciones específicas. En el ámbito de la energía, estos tanques se convierten en guardianes de la estabilidad, almacenando fluidos a presión para garantizar un suministro constante. Pero su presencia se expande más allá de lo evidente, extendiéndose a sectores como las industrias farmacéutica, alimentaria y manufacturera. En cada aplicación, los tanques a presión emergen como facilitadores cruciales, asegurando no solo la seguridad operativa, sino también la eficiencia y la integridad de los procesos industriales.
Son, sin duda, protagonistas silenciosos pero esenciales en la maquinaria de la modernidad industrial. Por ello, hoy desentrañamos qué son exactamente, qué tipos existen y cuáles son sus características y funcionalidades.
Qué son los tanques a presión y cuáles son sus componentes
Los tanques a presión son recipientes diseñados para contener líquidos o gases a una presión diferente a la atmosférica. Pueden ser utilizados en una variedad de aplicaciones, como almacenamiento de gas, procesos industriales, o incluso en la industria alimentaria. También cuentan con multitud de variaciones, como los tanques criogénicos o los tanques de fondo plano.
Estos tanques están construidos de materiales resistentes que pueden soportar la presión interna, y a menudo tienen dispositivos de seguridad para evitar problemas como el exceso de presión.
Así, entre los componentes típicos de los tanques a presión se encuentran:
- Cuerpo del tanque: la estructura principal que contiene el fluido a presión. Está construido con materiales resistentes para soportar la presión interna.
- Cabezales: tapas o extremos del tanque, que pueden ser hemisféricos, elipsoidales o planos, y se conectan al cuerpo del tanque.
- Válvulas de entrada/salida: permiten la entrada y salida del fluido y suelen estar equipadas con dispositivos de seguridad para regular la presión.
- Dispositivos de seguridad: se incluyen aquí válvulas de alivio de presión, ruptura de discos y otros mecanismos que se activan en caso de que la presión interna exceda los límites seguros.
- Manómetros: componentes encargados de proporcionar información en tiempo real sobre la presión interna del tanque.
- Soportes o patas: sostienen el tanque y lo elevan del suelo para facilitar la instalación y mantenimiento.
- Aislamiento térmico: en algunos casos, se añade este componente para mantener la temperatura del contenido o para proteger el exterior del tanque.
- Instrumentación y controles: pueden incluir sistemas de monitoreo, alarmas y controles automáticos para mantener la presión y temperatura adecuadas.
- Conexiones: se orientan a la entrada y salida del fluido, pero también aparecen para enlazar instrumentos como termómetros, válvulas o manómetros.
Tipos de tanques a presión
Según su uso
- De almacenamiento
- De procesamiento: transforman la materia prima en productos o subproductos
Según su forma
- Esféricos: su uso se recomienda para almacenar grandes volúmenes de materia a altas presiones. Se ayudan para ello de la doble curvatura para mantener la presión interior desde todas las dimensiones. Son los encargados de contener materias como el gas natural, butano, o amoníaco, entre otros.
- Cilíndricos: se emplean para volúmenes pequeños o medios. A su vez, se dividen en dos posiciones: tanques verticales y horizontales.
Según su objetivo
- Generadores de vapor: se trata de tanques a presión utilizados para generar vapor de agua o calentar un fluido. Por ejemplo, se emplean en la industria eléctrica para mover turbinas o motores, pero también en hospitales o en la industria alimentaria en procesos de esterilización.
- Tanques criogénicos: en este caso, contienen líquidos a temperaturas menores de 150 grados centígrados. Su función, además de almacenar, es garantizar el aislamiento térmico y reducir las transferencias de calor.
Características de los tanques a presión
Material resistente
Los tanques a presión deben construirse con materiales resistentes que puedan soportar las cargas generadas por la presión interna. Esto suele implicar el uso de acero u otros materiales compuestos.
Diseño a presión
La geometría y el diseño del recipiente deben estar cuidadosamente calculados para resistir las fuerzas generadas por la presión interna. Esto incluye la forma de los cabezales o la resistencia de las soldaduras, entre otros
Normativas y estándares
A su vez, los tanques a presión deben cumplir con normativas y estándares específicos que regulan el diseño, fabricación e inspección de este tipo de recipientes para garantizar la seguridad.
Aislamiento térmico
En algunas ocasiones, como en el caso de los tanques criogénicos, se agrega aislamiento térmico para mantener la temperatura del contenido o para proteger el exterior del recipiente.
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Aplicaciones de los tanques a presión
Como hemos visto en la definición más arriba, los tanques a presión se emplean para contener sustancias que deben ser almacenados, transportados y manejados en unas condiciones específicas de presión.
Hay una multitud de industrias que pueden requerir de tanques a presión, comenzando por la expansión cada vez más notoria de la necesidad de almacenar fluidos criogénicos. Así, las siguientes algunas de las industrias que demandan el uso de este tipo de equipamiento incluyen la textil, automotriz, alimentícia, química, petroquímica, siderúrgica, metalúrgica o cementera, entre otras.
Normativa y diseño de tanques a presión
Una de las normas fundamentales en el diseño de tanques a presión es la NOM-020-STPS-2011, que recoge estándares para el funcionamiento y las condiciones de seguridad de este tipo de tecnología.
A su vez, la construcción de los tanques a presión se guía por el Código de la American Society of Mechanical Engineers (ASME), que recoge directrices en cuestiones como diseño, materiales a utilizar, procesos de fabricación, mejores prácticas en la instalación, elaboración de pruebas y certificación.
Se establecen tres categorías de diseño de acuerdo al esfuerzo y la presión que deberán soportar los tanques:
- División 1: hasta hasta 210 kg/cm2 en el esfuerzo del recipiente
- División 2: propone un análisis en detalle teniendo en cuenta la máxima energía de distorsión y de esfuerzos
- División 3: muy alta presión (más de 10 mil psig).
Así, algunos de los aspectos clave que tiene en cuenta el diseño de los tanques a presión incluyen:
- Espesores mínimos requeridos
- Rigidez del tanque
- Longitud de las líneas soportes
- Geometrías de equipos
- Resistencia de los materiales, que suelen incluir placas de acero al carbono o aceros estructurales
- Necesidades de los anillos de refuerzo
En cualquier caso, un diseño de tanques a presión que se adhiera rigurosamente a las directrices y normativas establecidas no es simplemente una formalidad, sino un imperativo crítico. Estas directrices, elaboradas con precisión y respaldadas por estándares industriales, no sólo garantizan la eficiencia operativa, sino que, lo que es aún más crucial, salvaguardan la seguridad de las instalaciones y del personal involucrado.
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