10 Selecci n de Materiales

Materiales de Ingeniería Química

Prof. Ronald Márquez

Capítulo 10
Selección de Materiales
1.10. Selección de materiales en plantas químicas y para diseño de productos
1.10.1. Falla mecánica de materiales en plantas químicas

Figura 164 Izq. Efecto de la temperatura sobre la deformación de un material debido a esfuerzos tensiles y a escurrimiento.
Der. Influencia de la calidad de la superficieen pruebas de esfuerzos cíclicos en tubos de alta presión (diámetro nominal 6mm;
presión nominal 250 MPa) hechos de una aleación 30CrMoV9 (HB30 » 3000 MPa; esfuerzo tensil = 900 – 1100 MPa)
a) Trabajado en frío; b) Nitrificado; c) Electropulido; d) nitrificdo; e) Pulido; f) y g) Sin tratamiento

1.10.2. El diseño de procesos

Figura 165 Comparación de diseño de procesos de ingeniería (a) métodotradicional (b) método concurrente. En el diseño
de procesos concurrente se utilizan equipos multidisciplinarios para llevar a cabo cada aspecto del mismo, tales como
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modelado, control de calidad (Evaluar), ensayos, y manufactura.

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Figura 166 Procedimiento para seleccionar materiales en plantas químicas y diseño de productos.

Figura 167Gráfica para selección de materiales: Modulo de elasticidad vs. densidad

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Figura 168 Gráfico de selección de materiales Resistencia vs. Densidad. Las líneas de diseño para índices de 3, 10, 30 y 100
(MPa)2/3m3/Mg han sido construidas

Tabla 29

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Tabla 30

1.10.3. Diseño derecipientes a presión
Requerimientos de diseño:
Se requiere diseñar un recipiente a presión cilíndrico con un radio interno Ri de 0,5 m y una altura h de
1m, con casquetes removibles. Debe contener con seguridad una presión p de 100 MPa. Un acero con
una esfuerzo de cedencia σy de 500 MPa (dureza: 1,5 GPa) ha sido seleccionado. El espesor de pared
necesario t está dado aproximadamente por la relaciónentre el esfuerzo en la pared, aproximadamente
pR/t, y el esfuerzo de cedencia de el material del cual está hecho, σy, dividido por un factor de seguridad
Sf el cual será tomado como 2

El radio externo Ro es, por lo tanto, 0,7 m. El área superficial A de el cilindro (despreciando los
casquetes) es cercana a 3,8 m2. El volumen V = At es aproximadamente 0,8 m3. Aunque suene pequeño,
considere elpeso. La densidad del acero es cercana a 8000 kg/m3. El recipiente pesa 6 toneladas. Las
consideraciones de diseño se presentan en la siguiente tabla
Tabla 31 Requerimientos de diseño para recipientes a presión seguros

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Tabla 32 Restricciones de diseño para recipientes a presión

, Esfuerzo Tensil, donde t es espesor de la pared, R es elradio del recipiente

Figura 169 Materiales para recipientes a presión: El acero, aleaciones de cobre y aleaciones de aluminio son los que
satisfacen mejor el criterio de “esfuerzo de cedencia antes de la fractura”. Además, un alto esfuerzo de cedencia permite una
alta presión de trabajo. Los materiales en el “área de búsqueda son la mejor elección. El criterio de fuga antes de la fractura
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llevaa esencialmente la misma elección

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Tabla 33 Materiales para recipientes a presión seguros

Figura 170 Explosión de una planta de craqueo con vapor para producir etileno en Holanda (1975). Se produjo por fragilidad
a baja temperatura de un tanque de alimentación de nafta.

La selección:
El requerimiento controlante, esta ocasión, es eltamaño. Los requerimientos de área superficial
fueron mostrados anteriormente. Se tienen cuatro posibilidades mostradas a continuación: el recipiente
puede ser maquinado desde el sólido, fabricado por trabajo en caliente, forjado o fabricado (con placas
soldadas, por ejemplo).
La complejidad y tamaño confirman la selección. Los requerimientos de material deben ser
chequeados pero no agregan ninguna...