Examen HIDROSTATICO

Una prueba hidrostática es una forma en la que se pueden probar la resistencia y las fugas de recipientes a presión, como tuberías, plomería, cilindros de gas, calderas y tanques de combustible. La prueba implica llenar el recipiente o sistema de tuberías con un líquido, generalmente agua, que puede teñirse para ayudar en la detección visual de 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 más fácilmente 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 una embarcación a lo largo del tiempo. Las piezas recién fabricadas se califican inicialmente mediante la prueba hidrostática. Luego se revalidan periódicamente según la norma pertinente. En algunos casos en los que no sea posible realizar una prueba hidrostática, una prueba de presión neumática puede ser una alternativa aceptable.

Las pruebas de recipientes a presión para el transporte y almacenamiento de gases son muy importantes porque dichos contenedores pueden explotar si fallan bajo presión.

Procedimientos de prueba

Las pruebas hidrostáticas se realizan bajo las limitaciones de las especificaciones de la industria o del cliente, o pueden ser requeridas por la ley. El recipiente se llena con un líquido casi incompresible, generalmente agua o aceite, presurizado para probar la presión y se examina en busca de fugas o cambios permanentes de forma. Se pueden agregar tintes rojos o fluorescentes al agua para que las fugas sean más fáciles de ver. La presión de prueba es siempre considerablemente más alta que la presión de funcionamiento para dar un factor de seguridad. Este factor de seguridad suele ser del 166,66%, 143% o 150% de la presión de trabajo diseñada, según las normas que se aplican. Por ejemplo, si un cilindro tuviera una clasificación DOT-2015 PSI (aproximadamente 139 bar), se probaría a alrededor de 3360 PSI (aproximadamente 232 bar).

El agua se usa comúnmente porque es barata y fácilmente disponible, y generalmente es inofensiva para el sistema que se va a probar. Se pueden especificar fluidos y aceites hidráulicos donde la contaminación con agua podría causar problemas. Estos fluidos son casi incompresibles, por lo que requieren relativamente poco trabajo para desarrollar una alta presión y, por lo tanto, 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 dando como resultado una explosión, con el consiguiente riesgo de daños o lesiones.

Los recipientes a presión pequeños normalmente se prueban mediante una prueba de camisa de agua. El recipiente se examina visualmente en busca de 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 monitoreando el nivel del agua en un tubo calibrado. Luego, el recipiente se presuriza durante un período específico, generalmente 30 segundos o más, y si se especifica, la expansión se medirá leyendo la cantidad de líquido que ha sido forzado a ingresar al tubo de medición por el aumento de volumen del recipiente presurizado. Luego se despresuriza el recipiente y el volumen permanente aumenta debido a la deformación plástica mientras está bajo presión (permanente set) 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 fraguado 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 filtración. En la mayoría de los casos, un ajuste 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.

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 tendrá un sello marcado con la fecha de la prueba exitosa y la marca de identificación de la instalación de prueba.

Una prueba más sencilla, que también se considera una prueba hidrostática pero que puede realizar cualquier persona que tenga una manguera de jardín, es presurizar el recipiente llenándolo con agua y examinar físicamente el exterior en busca de fugas. Este tipo de prueba es adecuado para contenedores como los tanques de combustible de barcos, que no son recipientes a presión pero deben trabajar bajo la presión hidrostática del contenido. Una altura de prueba hidrostática generalmente se especifica como una altura por encima de la parte superior del tanque. El tanque se presuriza llenando 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.

Ejemplos

Los extintores de incendios portátiles son herramientas de seguridad necesarias en la mayoría de los edificios públicos. También se recomiendan extintores en los hogares. Con el tiempo, las condiciones en las que se encuentran y la forma en que se manejan afectan la integridad estructural del extintor. Un extintor de incendios estructuralmente debilitado puede funcionar mal o incluso explotar cuando más se necesita. Para mantener la calidad y seguridad de este producto, se utilizan pruebas hidrostáticas. Todos los componentes críticos del extintor de incendios deben probarse para garantizar su funcionamiento adecuado.

Pruebas de canalización

Las hidropruebas de tuberías, ductos y recipientes se realizan para exponer materiales defectuosos que no han sido detectados previamente, garantizar que cualquier defecto restante sea lo suficientemente insignificante como para permitir la operación a las presiones de diseño, exponer posibles fugas y servir como una validación final de la integridad de el sistema construido. ASME B31.3 requiere esta prueba para garantizar la estanqueidad y la resistencia.

Se prueba la resistencia de los oleoductos y gasoductos enterrados de alta presión presurizándolos al menos al 125% de su presión de trabajo máxima permitida (MAWP) en cualquier punto a lo largo de su longitud. Dado que muchas tuberías de transmisión de larga distancia están diseñadas para tener una tensión circular de acero del 80% del límite elástico mínimo especificado (SMYS) a la presión operativa máxima permitida MAOP, esto significa que el acero se esfuerza hasta SMYS y más durante las pruebas, y las secciones de prueba Debe seleccionarse para garantizar que no se produzca una deformación plástica excesiva.

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 permitida relacionada a la temperatura de diseño. Esto se hace multiplicando 1,5 MAWP por la relación entre la tensión permitida a la temperatura de prueba y la tensión permitida 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 produciría una tensión mayor. que el límite elástico a la temperatura de prueba. ASME B31.3 sección 345.4.2 (c)

Otros códigos requieren un enfoque más oneroso. BS PD 8010-2 requiere pruebas al 150% de la presión de diseño, que no debe ser inferior al MAOP más el aumento repentino y otros efectos incidentales que ocurrirán durante el funcionamiento normal.

La prueba de fugas se realiza equilibrando los cambios en la presión medida en la sección de prueba con los cambios de presión teórica calculados a partir de los cambios en la temperatura medida de la sección de prueba.

Australian standard AS2885.5 "Pipelines – Gas and liquid petroleum: Part 5: Field pressure testing " gives an excellent explanation of the factors involved.

En la industria aeroespacial, dependiendo de la aerolínea, empresa o cliente, será necesario seguir ciertos códigos. Por ejemplo, Bell Helicopter tiene una determinada especificación que deberá seguirse para cualquier pieza que se utilice en sus helicópteros.

Frecuencia de prueba

La mayoría de los países tienen legislación o códigos de recipientes a presión que exigen que los recipientes se prueben periódicamente, por ejemplo, cada dos años (con una inspección visual anual) para los cilindros de gas de alta presión y cada cinco o diez años para los de menor presión, como los que se utilizan en extintores. Los cilindros de gas que fallan normalmente se destruyen como parte del protocolo de prueba para evitar los peligros inherentes a su uso posterior.

Estos cilindros de gas estándar comunes de EE. UU. tienen los siguientes requisitos:

• Los cilindros de gas DOT-3AL deben ser probados cada 5 años y tener una vida ilimitada.
• Los cilindros de gas DOT-3HT deben ser probados cada 3 años y tener una vida de 24 años.
• Los cilindros de gas DOT-3AA deben ser probados cada 5 años y tener una vida ilimitada. (A menos que se estampa con una estrella (*) en cuyo caso el cilindro cumple ciertas especificaciones y puede tener una vida de prueba hidrostática de 10 años).

Por lo general, organizaciones como DOT PHMSA, ISO, ASTM y ASME especifican las pautas para los diferentes tipos de recipientes a presión.

Seguridad

Las pruebas hidráulicas son un proceso peligroso y deben realizarse con precaución por parte de personal competente. El cumplimiento de los procedimientos prescritos definidos en las normas técnicas pertinentes apropiadas para la aplicación y jurisdicción específicas generalmente reducirá estos riesgos a un nivel aceptable.

• Una fuga de líquido de alta presión puede cortar o penetrar la piel y inyectarse en los tejidos corporales. Esto puede causar lesiones directas graves al operador, y si el líquido es tóxico o contaminado habrá efectos adversos adicionales.
• Una manguera presurizada que no se adjunta con seguridad o que falla bajo presión puede azotar alrededor de rociar agua o aceite y podría golpear a alguien y causar lesiones. A whiplash arrestr se puede utilizar para contener tales mangueras.
• La inclusión de los componentes a probar, la señalización de peligro, el uso de equipo de protección personal adecuado y la provisión de barreras al acceso del personal no esencial son precauciones comunes.

Equipo:

• Manómetros de presión
• Abastecimiento de agua
• Bombas y mangueras para el llenado de agua
• Bomba de alta presión y mangueras para presurizar
• Medios de medición de la expansión volumétrica cuando corresponda