Procura 011 Adquisición de Aceros para Recipientes a Presión

Materiales de Fabricación II
Aceros para Recipientes a Presión

Preámbulo
En Procura 003 Adquisición de Aceros Estructurales establecimos la gran cantidad y variedad de aceros producidos por la industria siderúrgica y cómo la aplicación (el uso específico del material) había especializado el desarrollo de los aceros para garantizar el desempeño óptimo y seguro del producto final (puentes, torres, tanques y silos, maquinarias, etc.).

Siguiendo el mismo enfoque (presentarles un texto que pueda ser leído por todo tipo de personas y empresas, y que no necesariamente sean especialista en aceros), en este artículo les presento la parte de las especificaciones ASTM que están desarrolladas expresamente para las adquisiciones de recipientes a presión y resaltar ciertas cláusulas que expresamente indican características o condiciones que deben ser establecidas en la Orden de Compra o Contrato.

Un Recipiente a Presión (pressure vessel) es cualquier objeto o envase que contiene un fluido (agua, aire, vapor, gas, aceite, etc.) a presión interna mayor a la presión ambiental (el fluido está comprimido), y a temperaturas especificadas. Los hay esféricos y cilíndricos, y se usan como recipientes de almacenamiento (ya sea móviles o estacionarios) y recipientes de proceso. (de baja temperatura o criogénicos, mediana temperatura, y alta temperatura).

Los de almacenamiento incluyen aplicaciones para gases licuados (oxígeno líquido, nitrógeno líquido, etc.), gases comprimidos (oxígeno, nitrógeno, GNV, GLP, acetileno, helio, argón, propano, aire comprimido, etc.) y líquidos presurizados (sistemas hidroneumáticos, sistemas de alimentación de calderos, etc.); y los de proceso incluyen desde chaquetas de refrigeración de hornos, equipos autoclaves, intercambiadores de calor y evaporadores (o sobrecalentadores), hasta torres de destilación, calderos, embarcaciones especiales, etc.

Como excepción notable, aunque en estricto rigor no son recipientes a presión, los hornos rotatorios (como los Convertidores de Cobre y de Níquel), y los hornos Kiln (con varias cámaras de proceso en su interior) usadas para zinc, cemento o harina de pescado, se recomienda que también se fabriquen con planchas de acero para recipientes a presión.

ASME – What is Pressure Vessel?

ASTM A20 – Requerimientos Generales para Planchas de Acero para Recipientes a Presión

ASTM A20 es una norma general que aplica sólo para el grupo de aceros que son producidos para la fabricación de recipientes a presión (de la misma manera cómo ASTM A6 agrupa sólo los requerimientos generales de los aceros estructurales).

Como indica el alcance, contiene un grupo de requerimientos comunes, otro grupo de requerimientos especiales, y un paquete de Apéndices, que aplicarán sólo si son establecidos en la Orden de Compra. Es decir, todas las especificaciones individuales que están bajo la especificación general ASTM A20 deben cumplir con los requerimientos comunes, especiales y Apéndices que ella establezca.

Lo que provoca que se haya establecido un grupo especial de planchas dedicadas para recipientes a presión, es que cualquier diferencia de presión entre el interior del recipiente y el exterior, es una condición peligrosa que tiene un largo historial de accidentes y fallas (sobre todo en los inicios de la producción de locomotoras a vapor y de barcos a vapor) que han generado muchas regulaciones para la fabricación y operación, que se deben demostrar mediante certificaciones (como los códigos ASME, y las especificaciones ANSI, AWS o DIN), independientemente si son recipientes de almacenamiento o de procesos. Para abreviar, la diferencia de estas planchas no es química o mecánica, si no metalúrgica (básicamente son aceros reprocesados o refinados, cuya estructura cristalina tienen grano fino). 

De acuerdo a las características de operación del recipiente a presión, ASTM recomienda:

1. Aceros al Carbono. Para los recipientes donde no existen altas presiones ni temperaturas.

2. Aceros de Baja Aleación. Un poco más costosos, pero soportan rangos más altos de temperaturas

3. Aceros de Alta Aleación. La mayoría son aceros inoxidables producidos para uso en recipientes a presión, que además de condiciones más altas de presión y temperatura, requieren de resistencia a la corrosión.

Especificaciones Individuales incluidas en ASTM A20

Hay 32 especificaciones individuales de planchas de acero para recipientes a presión, entre las que destacan (por su mayor aplicación):

Planchas de Acero para Recipientes a Presión

Requerimientos Generales ASTM A6 Estructurales		Requerimientos Generales ASTM A20 Planchas para Recipientes a Presión		Requerimientos Generales ASTM A480 Inoxidables y Resistentes a Altas tempreaturas
A36   Al Carbono A131 para Naves y Barcos A242 HSLA Estructural A283 Bajo e intermedio Esfuerzo Tensión A514 Alto Esfuerzo de Fluencia, Q&T A572 HSLA al Nb-V A573 Planchas de Tenacidad Mejorada A633 HSLA Normalizado A709 HSLA para Puentes A786 para Pisos A808 HSLA al C-Mn-Nb A871 HSLA Resistente a corrosión atmosférica A992 Perfiles para Edificios		A202 Aleado al Cr Mn Si A203 Aleado al Ni A204 Aleado al Mo A285 al C, Bajo e Intermedio Esfuerzo de Tracción A302 Aleado al Mn Mo y al Mn Mo Ni A387 Aleado al Cr Mo A455 Alta resistencia, al Mn A515 al C, para Intermedia y Alta temperatura A516 al C, para Moderada y Baja Temperatura A517 Aleado, Alta Resistencia Q&T A542 Aleado al Cr Mo, Q&T A543 Aleado al Ni Cr Mo, Q&T A612 al C, Alta Resistencia, para Moderada y Baja Temperatura de Servicio A734 Aleado y HSLA, Q&T A737 HSLA A782 Aleado al Mn Cr Mo Si Zr, Q&T		A167 Inoxidable, Alta Temperatura, al Ni A176 Inoxidable, Altas Temperatura, al Cr A240 Alta Temperatura, para Recipientes a Presión A264 Inoxidables al Cr Ni A666 Inoxidable Austenítico

Donde:     HSLA : High-Strength Low-Alloy – Alta Resistencia Baja Aleación

Q&T : Quenched and Tempered – Templado y Revenido

C : Carbono                Mn : Manganeso                   Mo : Molibdeno

Cr : Cromo                  Ni : Níquel                  Si : Silicio

Zr : Zirconio               V : Vanadio                 Nb : Niobio / Columbio

ASTM A285 Grade C | ASME SA285 Grade C | UNS N° K02801

Planchas para Recipientes a Presión, de Acero al Carbono, de Baja e Intermedia Resistencia a la Tracción.

Conocida comercialmente como Firebox, esta especificación cubre uno de los aceros más utilizados para calderos de baja potencia que no superen los 480 °C (900 °F), en chaquetas de refrigeración de hornos metalúrgicos, recipientes para gas, tanques de condensado y en equipos de procesos químicos (columnas convertidoras de iones, torres o columnas de destilación de petróleo, condensadores, etc.). 
Se produce en tres grados o niveles de resistencia a la tracción:

    · Grado A : 45 – 65 ksi

   · Grado B : 50 - 70 ksi

   · Grado C : 55 – 75 ksi

La especificación confirma que la “Información de Pedido” es la establecida en la especificación general ASTM A20.

ASTM A516 Grade 70 | ASME SA516 Grade 70 | UNS N° K02700 | JIS G3118 SGV 480
Planchas para Recipientes a Presión, de Acero al Carbono, para Moderada y Baja Temperatura de Servicio.

Acero para calderos, calorímetros, bridas y conexiones, intercambiadores de calor, condensadores, tuberías de presión (de hidroeléctricas) y recipientes soldados (tanques esféricos, tanques de gas licuado, torres de absorción, ablandadores de agua, etc.).

Se produce en cuatro grados o niveles de resistencia a la tracción:

· Grado 55 : 55 – 75 ksi

   · Grado 60 : 60 - 80 ksi

   · Grado 65 : 65 – 85 ksi

   · Grado 70 : 70 – 90 ksi

Las planchas se comercializan en bobinas y planchas, por lo que el Usuario debe especificar en qué tipo de formato se requiere, debido a que algunas normas de fabricación no aceptan que algunos equipos se manufacturen de bobinas.

ASTM A387  |  ASME SA387  |  EN 10028-2

Planchas para Recipientes a Presión, de Acero Aleado, al Cromo - Molibdeno.

Acero para calderos y recipientes a presión soldados, diseñados para elevadas temperaturas de servicio, y por la adición del cromo les da mayor resistencia a la corrosión y la oxidación. Se usan en bridas, intercambiadores de calor de alta temperatura, difusores de turbinas de gas, recipientes de gas licuado de petróleo, tuberías de presión, de plantas petroquímicas, componentes de plantas térmicas a gas, etc.

Thornton Engineering – Fabricante Industrial de Recipientes a Presión

Se producen en once grados (con diferentes contenidos de aleación) y dos clases (que dependen del tratamiento térmico seleccionado):

Grado	Cromo Nominal %	Molibdeno Nominal %	Resistencia a la Tracción Clase 1 (ksi)	Resistencia a la Tracción Clase 2 (ksi)	UNS N°
2	0.50	0.50	55 - 80	70 – 90	K12143
12	1.00	0.50	55 - 80	65 – 85	K11757
11	1.25	0.50	60 - 85	75 – 100	K11789
22	2.25	1.00	60 - 85	75 – 100	K21590
22L	2.25	1.00	60 - 85	- - -	K21590
21	3.00	1.00	60 - 85	75 – 100	K31545
21L	3.00	1.00	60 - 85	- - -	K31545
5	5.00	0.50	60 - 85	75 – 100	S50100
9	9.00	1.00	60 - 85	75 - 100	S50400
91	9.00	1.00	- - -	85 – 110	K90901
911	9.00		- - -	90 - 120	- - -

La especificación establece que además de la información establecida en ASTM A20 para hacer pedidos (Ordering Information), se debe establecer los requerimientos suplementarios de acuerdo a los controles, ensayos y exámenes que se necesiten de acuerdo al uso final, como:

    · Tratamiento al Vacío

   · Prueba adicional o especial de tracción

   · Prueba de impacto.

   · Ensayos no destructivos

Administración de Materiales

Esta área es la que registra los pedidos (la Requisición), verifica stocks (control de inventarios), recibe las especificaciones técnicas del pedido y establece qué y cuánto comprar. Para el proceso de adquisición, Administración de Materiales tiene la responsabilidad de verificar con el Usuario (Ingeniería, Operaciones, Mantenimiento, Proyectos, etc.) que las descripciones sean correctas, y de ahí la importancia de que su personal tenga y maneje referencias estandarizadas (las normas y especificaciones internacionales), y las equivalencias que pueden existir para un mismo tipo de acero.

Para la adquisición de estas planchas de acero, Administración de Materiales debe saber que las descripciones formales (las usadas para el proceso de compra desde la convocatoria, la adjudicación, la supervisión QA/QC del Proveedor y para organizar el Tráfico & Logística adecuado) se encuentran establecidas en las especificaciones ASTM. Ver Procura 032.

De acuerdo a ASTM A20, los pedidos se hacen describiendo las características en el siguiente orden:

Cantidad	En peso o número de piezas
Dimensiones	L x W x Espesor
Nombre del material	Plancha de acero al Carbono, Plancha de acero aleado, Plancha de acero de Alta Aleación
Estándar ASTM	Indicar el estándar y (si aplica) el Tipo, Clase y Grado, como:    ASTM A285 Grado C;    ASTM A516 Grado 70,
Condición	As Rolled Normalizado Templado y Revenido Relevado de Esfuerzos
Pruebas y Ensayos	Si es requerido, ver la Sección 12 Pruebas de Impacto Charpy / Tenacidad Pruebas de Temperatura (sólo si se especifica en la Orden de Compra)
Colores de marcado	Según sección 13.2.1 Marcado y pintado de cada plancha
Requerimientos suplementarios	Según la especificación individual del pedido (entre otros): S1. Tratamiento al Vacío, S2. Análisis por Plancha, S5. Prueba de Impacto Charpy, S12. Examen Ultrasónico, S16. Relevado térmico de Esfuerzos, S25. Soldabilidad
Requerimientos adicionales	Si hubieran.

Compras

Salvo pocas excepciones, los pedidos de cotización (RFQ) de planchas de acero para recipientes a presión debe siempre ir acompañado del Expediente Técnico preparado por el Usuario (con las especificaciones técnicas internas que detallen los requerimientos particulares para los cuales se usará el material solicitado) y mantener una comunicación fluida de preguntas y respuestas mediante solicitudes de aclaración (Request for Information o RFI), que confirmen las pruebas y ensayos que apliquen, los entregables (certificaciones, registros de producción, etc.), las tolerancias técnicas, la disponibilidad para inspecciones pre-embarque, embalajes, etc.

Completada la evaluación técnico-comercial y aprobada la adquisición, la Orden de Compra debe actualizar las descripciones de acuerdo a los materiales efectivamente cotizados (considerando que muchos fabricantes tienen productos con registros comerciales que cubren simultáneamente varias especificaciones ASTM) y establecer los alcances técnicos aceptados mediante los RFI o establecidos en la Cotización aprobada.

Según ASTM A20, algunas de las referencias que deben estar registradas en la Orden de Compra son:

1.8 El Comprador puede especificar requerimientos adicionales que no cancelen cualquiera de las provisiones de esta especificación general o de la especificación individual.

6.2 Cuando las planchas son ordenadas sin el tratamiento térmico establecido en la especificación del material, el tratamiento térmico será de responsabilidad del Comprador.

12.1.5 Si la prueba de temperatura es requerida, debe ser especificada en la orden. Ver la Tabla A1.15 para temperaturas máximas de prueba.

13.2.1 El marcado requerido será por estampado, a menos que la Orden de Compra especifique otro método de marcado.

19.5 Cuando la Orden de Compra lo indique, el Proveedor deberá certificar de que el material ha sido fabricado y ensayado de conformidad con los requisitos de la especificación del material.

Supervisión de la Calidad del Proveedor 

Es casi imposible reconocer a simple vista un acero al carbono de otro (por ejemplo, al tratar de diferenciar un acero estructural, de un acero para recipientes a presión), y aún más si el acero lo adquirimos procesado por un fabricante de estructuras o de equipos industriales. Por esta razón, usualmente es necesario que cualquier tipo de acero (en bruto o procesado) sea respaldado por reportes y certificados de las pruebas, ensayos y análisis efectuados a los productos.

La compra debe establecer qué documentos deben respaldar y sustentar que, lo que el Proveedor o Contratista está entregando, corresponde a lo que la Organización desea adquirir. En el ambiente de Proyectos, a estos documentos les llaman los ‘entregables’ (ver Procura 068), que el Proveedor enviará en el Dossier de Calidad. El área de Procura encargada de verificar que el Proveedor o Contratista cumple con los requerimientos técnicos del pedido es Supervisión de la Calidad del Proveedor (ver Procura 005).

La supervisión de la Calidad del Proveedor por parte de la Organización no aplica para todas las adquisiciones, y para el caso de aceros, esta acción también dependerá de las condiciones y circunstancias técnicas y comerciales de la adquisición, y del análisis de riesgos y de reposición de materiales.

Observaciones y Comentarios

1.	Las Especificaciones Técnicas (ET) de la Organización para la compra directa de aceros debe considerar y tener en cuenta las equivalencias de los tipos de acero, según los diferentes organismos de estandarización. La referencia nacional a tener en cuenta es el D.S. 051-93-EM Reglamento de Normas para la Refinación y Procesamiento de Hidrocarburos.
2.	Las Especificaciones Técnicas (ET) de la Organización para la compra de aceros procesados (es decir, adquiridos a través de un Proveedor o Contratista que fabrica o manufactura equipos y componentes para la Organización) debe considerar y tener en cuenta las especificaciones de los aceros requeridos, y entre otros, agregar las especificaciones de: a.    Los procesos de fabricación homologados o aprobados para proceder (maquinado, soldadura, tratamientos térmicos, etc.), b.    Los tipos de recubrimientos y los métodos de aplicación, c.    El Plan de Calidad, con los métodos de ensayo y análisis requeridos. d.    Los planes de seguridad, contingencias, reprocesamiento, etc.
3.	Aunque tal vez no seamos conscientes de ellos, los recipientes a presión están alrededor nuestro en todos lados: ·        En cada casa, hotel, restaurante u hospital que tenga un balón de gas propano para la cocina o una terma que les caliente el agua, ·        En todos los vehículos con combustible GNV, ·        En cada taller (de pintura, de mantenimiento, planta de envasado, automotriz, etc.), llantería o estación de servicio que tenga un compresor y un tanque de almacenamiento de aire comprimido, ·        En cada taller de soldadura que trabaje con botellas de oxígeno y acetileno para la soldadura de metales, ·        En cada sauna que tenga un tanque hidroneumático y un caldero para el vapor, ·        En cada cocina industrial o supermercado que prepare los alimentos en autoclave, marmitas, etc. ·        En cada camión cisterna conteniendo algún gas comprimido, que esté transitando cerca de nuestra casa, negocio o trabajo.
4.	Se quiera o no, de lo que somos responsables directos es de verificar que los proveedores de recipientes a presión efectivamente usen los materiales adecuados (planchas, soldaduras, válvulas, sellos, empaquetaduras, pernos, etc.), por lo que es importante saber algo de las especificaciones que regulan su fabricación (es decir, reconocer qué estamos comprando y cómo puede afectar nuestra seguridad e integridad).

Referencias

En Procura 003 indiqué algunas referencias internacionales de productores de aceros; para este artículo les presento la de los principales distribuidores locales (la lista es general, y no todos proveen planchas para recipientes a presión):

· COMASA        ventas@comasa.com.pe  

· Bohler             ventas@bohlerperu.com 

· YOHERSA       ventas@yohersa.com 

· Jahesa             jahesa@jahesa.com 

· AcerosArequipa   ventas@aasa.com.pe 

· Polimetales    ventas@polimetales.com 

· TRADISA         ventas@tradisa.com.pe 

· MULTIMET      ventas@multimet.net  

· Acerosdel Perú  ventas@acepesac.com  

· INDUPESA      info@indupesa.com  

· US ITEM          ventas@usitemsa.com 

· COMFER         comfer@comfer.com.pe  

· DIPLASAC      ventas@diplasac.com.pe  

· FACMETAL     ventas@facmetalaceros.com  

• AceroImpor ventas@aceroimpor.com

· Exanco           +51 1 719 5959

Para terminar este artículo, invito a comentar y compartir experiencias o anécdotas a los amigos y colegas de Procura, como Marisa Paz y Michel Acuy de Ausenco, Patrick Tweddle, Martín Carhuattocto, César Castillo, Elisa Caballero y Eduardo Arenas de Fluor, Jorge Sandoval y Nicolás De la Cruz R. de DRP, Julio Vilca de Milpo, Ruth Camavilca y Alfonso Uriarte de Bechtel, Eduardo Velásquez de Wood, Miguel Aguirre de Nexa, Jorge Oyague G. de Lumina, Rafahel Ruiz R. de CESEL, Javier Rojas de Pluspetrol, Crisman Chirinos de Enersur GDF, Jorge Martinez y Roberto Deza de Antamina, Alberto Velarde y Xenia P. Rodríguez de Cerro Verde, Ulises Proaño de SNC Lavalin, Víctor Huaraz (FAMESA), así como a Alfonso Pasapera, Victor Alvarado, Alberto Timoteo y Enrique Sáenz; y por Ingeniería, invito a los colegas de ECROMSA (Leonardo Tagle), Buenaventura (Oscar Ruesta y Hugo Soto M.) y Termodinámica (Jaime Segura).

¡Un saludo a todos!!

Ing. Juan A. Valdivia Jáuregui