Una prueba hidrostática es una forma en la que se pueden probar recipientes a presión , como tuberías , tuberías , cilindros de gas , calderas y tanques de combustible, para comprobar su resistencia y detectar fugas. La prueba implica llenar el recipiente o sistema de tuberías con un líquido, generalmente agua, que puede teñirse para ayudar a detectar visualmente las fugas , y presurizar el recipiente a la presión de prueba especificada. La estanqueidad a la presión se puede probar cerrando la válvula de suministro y observando si hay una pérdida de presión. La ubicación de una fuga se puede identificar visualmente con mayor facilidad si el agua contiene un colorante. La resistencia generalmente se prueba midiendo la deformación permanente del recipiente.
La prueba hidrostática es el método más común empleado para probar tuberías y recipientes a presión. El uso de esta prueba ayuda a mantener los estándares de seguridad y la durabilidad de un recipiente a lo largo del tiempo. Las piezas recién fabricadas se califican inicialmente mediante la prueba hidrostática. Luego se revalidan a intervalos regulares de acuerdo con la norma pertinente. En algunos casos en los que no es posible realizar una prueba hidrostática, una prueba de presión neumática puede ser una alternativa aceptable. [1]
La prueba de recipientes a presión para el transporte y almacenamiento de gases es muy importante porque dichos contenedores pueden explotar si fallan bajo presión.
Las pruebas hidrostáticas se realizan bajo las limitaciones de las especificaciones de la industria o del cliente, o pueden ser requeridas por ley. El recipiente se llena con un líquido casi incompresible, generalmente agua o aceite , presurizado a la presión de prueba y se examina para detectar fugas o cambios permanentes en la forma. Se pueden agregar tintes rojos o fluorescentes al agua para que las fugas sean más fáciles de ver. La presión de prueba siempre es considerablemente más alta que la presión de operación para dar un factor de seguridad. Este factor de seguridad es típicamente 166,66%, 143% o 150% de la presión de trabajo diseñada, dependiendo de las regulaciones que se apliquen. Por ejemplo, si un cilindro fue clasificado a DOT-2015 PSI (aproximadamente 139 bar), se probaría a alrededor de 3360 PSI (aproximadamente 232 bar).
El agua se utiliza habitualmente porque es barata y fácil de conseguir, y suele ser inocua para el sistema que se va a probar. Se pueden especificar fluidos y aceites hidráulicos en los casos en que la contaminación con agua pueda causar problemas. Estos fluidos son casi incompresibles, por lo que requieren relativamente poco trabajo para desarrollar una alta presión y, por lo tanto, también solo pueden liberar una pequeña cantidad de energía en caso de falla: solo un pequeño volumen escapará bajo alta presión si el contenedor falla. Si se usara gas a alta presión , entonces el gas se expandiría a V = (nRT) / p con su volumen comprimido, lo que provocaría una explosión, con el riesgo concomitante de daños o lesiones.
Los recipientes a presión pequeños se prueban normalmente mediante una prueba de camisa de agua. El recipiente se examina visualmente para detectar defectos y luego se coloca en un recipiente lleno de agua, y en el que se puede medir el cambio de volumen del recipiente, generalmente controlando el nivel de agua en un tubo calibrado. Luego, el recipiente se presuriza durante un período específico, generalmente 30 segundos o más, y si se especifica, se medirá la expansión leyendo la cantidad de líquido que se ha introducido en el tubo de medición por el aumento de volumen del recipiente presurizado. Luego, el recipiente se despresuriza y el aumento de volumen permanente debido a la deformación plástica mientras está bajo presión (La deformación permanente se mide comparando el volumen final en el tubo de medición con el volumen antes de la presurización.
Una fuga dará un resultado similar al de la deformación permanente, pero será detectable manteniendo el volumen en el recipiente presurizado cerrando la válvula de entrada durante un período antes de despresurizar, ya que la presión caerá de manera constante durante este período si hay una fuga. En la mayoría de los casos, una deformación permanente que exceda el máximo especificado indicará una falla. Una fuga también puede ser un criterio de falla, pero puede ser que la fuga se deba a un sellado deficiente del equipo de prueba. Si el recipiente falla, normalmente pasará por un proceso de condena que marcará el cilindro como inseguro. [ cita requerida ]
La información necesaria para especificar la prueba está estampada en el cilindro. Esto incluye el estándar de diseño, el número de serie, el fabricante y la fecha de fabricación. Después de la prueba, el recipiente o su placa de identificación generalmente se marcará con la fecha de la prueba exitosa y la marca de identificación de la instalación de prueba. [ cita requerida ]
Una prueba más sencilla, que también se considera una prueba hidrostática pero que puede realizar cualquier persona que tenga una manguera de jardín, consiste en presurizar el recipiente llenándolo con agua y examinando físicamente el exterior para detectar fugas. Este tipo de prueba es adecuada para contenedores como los tanques de combustible de los barcos, que no son recipientes a presión, pero deben funcionar bajo la presión hidrostática de su contenido. La altura de la prueba hidrostática suele especificarse como una altura por encima del borde superior del tanque. El tanque se presuriza llenándolo con agua hasta la altura especificada a través de un tubo vertical temporal, si es necesario. Puede ser necesario sellar los respiraderos y otras salidas durante la prueba. [ cita requerida ]
Los extintores portátiles son herramientas de seguridad que se requieren en la mayoría de los edificios públicos. También se recomiendan en los hogares. Con el tiempo, las condiciones en las que se almacenan y la forma en que se manipulan afectan la integridad estructural del extintor. Un extintor debilitado estructuralmente puede funcionar mal o incluso explotar cuando más se lo necesita. Para mantener la calidad y la seguridad de este producto, se utilizan pruebas hidrostáticas. Todos los componentes críticos del extintor deben probarse para garantizar su correcto funcionamiento.
Las pruebas hidrostáticas de tuberías, conductos y recipientes se realizan para exponer materiales defectuosos que no se detectaron previamente, garantizar que los defectos restantes sean lo suficientemente insignificantes como para permitir el funcionamiento a las presiones de diseño, exponer posibles fugas y servir como validación final de la integridad del sistema construido. La norma ASME B31.3 exige estas pruebas para garantizar la estanqueidad y la resistencia.
Los oleoductos y gasoductos de alta presión enterrados se someten a pruebas de resistencia presurizando su funcionamiento a un mínimo del 125 % de su presión máxima de trabajo admisible (MAWP) en cualquier punto de su longitud. Dado que muchos oleoductos de transmisión de larga distancia están diseñados para tener una tensión de aro de acero del 80 % de la resistencia mínima de fluencia especificada (SMYS) a la presión máxima de funcionamiento admisible MAOP, esto significa que el acero se somete a una tensión de SMYS y superior durante la prueba, y las secciones de prueba deben seleccionarse para garantizar que no se produzca una deformación plástica excesiva. [ cita requerida ]
Para tuberías construidas según ASME B31.3, si la temperatura de diseño es mayor que la temperatura de prueba, entonces la presión de prueba debe ajustarse para la tensión admisible relacionada a la temperatura de diseño. Esto se hace multiplicando 1,5 MAWP por la relación entre la tensión admisible a la temperatura de prueba y la tensión admisible a la temperatura de diseño según ASME B31.3 Sección 345.4.2 Ecuación 24. Las presiones de prueba no necesitan exceder un valor que produzca una tensión mayor que la tensión de fluencia a la temperatura de prueba. ASME B31.3 Sección 345.4.2 (c)
Otros códigos exigen un enfoque más oneroso. BS PD 8010-2 exige realizar pruebas al 150 % de la presión de diseño , que no debe ser inferior a la presión máxima permitida más los efectos de sobretensión y otros efectos incidentales que se producirán durante el funcionamiento normal. [ cita requerida ]
La prueba de fugas se realiza equilibrando los cambios en la presión medida en la sección de prueba contra los cambios de presión teóricos calculados a partir de los cambios en la temperatura medida en la sección de prueba.
La norma australiana AS2885.5 “Oleoductos y gasoductos: Parte 5: Pruebas de presión en campo” ofrece una excelente explicación de los factores involucrados. [ Aclaración necesaria ]
En la industria aeroespacial, dependiendo de la aerolínea, la compañía o el cliente, se deberán seguir ciertos códigos. Por ejemplo, Bell Helicopter tiene una especificación determinada que deberá cumplirse para todas las piezas que se utilicen en sus helicópteros. [ cita requerida ]
La mayoría de los países tienen leyes o códigos de recipientes a presión que requieren que los recipientes sean probados regularmente, por ejemplo, cada dos años (con una inspección visual anual) para cilindros de gas de alta presión y cada cinco o diez años para los de menor presión, como los utilizados en extintores de incendios . [2] [ aclaración necesaria ] Los cilindros de gas que fallan normalmente se destruyen como parte del protocolo de prueba para evitar los peligros inherentes a su uso posterior. [3]
Estos cilindros de gas estándar comunes de EE. UU. tienen los siguientes requisitos: [4]
Normalmente, organizaciones como DOT PHMSA , ISO , ASTM y ASME especifican las pautas para los diferentes tipos de recipientes a presión.
Las pruebas hidráulicas son un proceso peligroso y deben ser realizadas con precaución por personal competente. El cumplimiento de los procedimientos prescritos definidos en las normas técnicas pertinentes adecuadas para la aplicación y la jurisdicción específicas generalmente reducirá estos riesgos a un nivel aceptable.
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