Los tanques de almacenamiento son estructuras metálicas, en su mayoría de geometría circular, con diversas capacidades (diámetros y alturas). Sirven como recipientes o depósitos para guardar y preservar líquidos (agua, aceite, alimentos, bebidas o combustibles), sólidos (materia prima de la industria alimentaria) y gases a presión. Dependiendo de los productos que almacenarán y de las normas bajo las cuales serán construidos e inspeccionados, requerirán diferentes materiales, configuraciones y formas de construcción.
Estos tanques son principalmente utilizados por las industrias petroleras, químicas y papeleras, aunque la industria alimenticia y algunos silos de almacenamiento de granos o minerales comparten características similares. Anteriormente, los tanques se erigían usando la técnica de unión por remaches; sin embargo, esta técnica es poco utilizada hoy día, ya que las necesidades actuales requieren de tanques con mayor capacidad de almacenamiento. Esto ha conllevado a problemas relacionados con la fabricación y logística de las placas, pues muchas veces no es rentable o posible fabricar, transportar y colocar placas metálicas con las dimensiones requeridas para conformar una sola pieza. Por ello, deben usarse varias placas de gran tamaño que se van soldando entre sí hasta armar el tanque completo.
Componentes y Métodos de Construcción
Hablando de los tanques de acero, dependiendo de la aplicación para la que sean destinados, pueden ser construidos con placas de acero al carbono, galvanizado, inoxidable o con altos contenidos de níquel.
El Cuerpo del Tanque (Virolas)
El cuerpo del tanque está formado por varios anillos soldados entre sí de manera horizontal (2G) y que se conocen como “virolas”. Este, dependiendo del tipo de tanque y la aplicación para la que se esté construyendo, puede ser de pared sencilla o pared doble. Los cuerpos más comunes y usados son los de una sola pared, mientras que los de pared doble se emplean en aplicaciones en las que se requiere el almacenamiento a baja temperatura o alta presión. La soldadura vertical se emplea para unir, una por una, las chapas de acero que forman cada virola del cuerpo del tanque.
El Piso del Tanque
Para el armado del piso, típicamente se unen placas a tope a través de soldadura por arco sumergido o alambres tubulares, debido a la eficiencia de estos procesos y las altas tasas de depósito que pueden alcanzarse. Los equipos de mecanización de soldadura tipo tractor o sobre rieles son los más utilizados, como el GOFER IV, Universal BUG-O Matic o el Modular Drive System. Los mini-tractores usados para armar separadamente el piso y el techo del tanque sueldan entre sí las placas correspondientes de cada componente y también efectúan la soldadura interior de filete horizontal de la virola inferior al piso.
El Techo del Tanque
Se arma el techo por separado y se eleva mediante una grúa. Paralelamente, la virola que irá unida al techo se suelda mediante soldadura vertical y se monta sobre los gatos hidráulicos. Los mini-tractores también se utilizan para el techo, soldando entre sí las placas correspondientes de este componente.
Técnicas de Soldadura en Componentes
Las varias etapas de soldadura que comprende el armado de tanques de almacenamiento emplean diversas técnicas y equipos según el componente del tanque involucrado. Para el techo y el piso, por ejemplo, se usan mini-tractores de soldadora automatizada, mientras que para las virolas del cuerpo se emplea un sistema automatizado de carros de soldadura horizontal y carros de soldadura vertical.
Los equipos con sistema de control digital pueden programar y almacenar parámetros de soldadura, tales como número de pasadas, proceso de soldadura, diámetros, corriente, voltaje o velocidad, en milímetros por minuto.
- Soldadura vertical (EGW): La EGW es un proceso de alta deposición que emplea zapatas de retención a fin de confinar un metal fundido para la soldadura en progresión vertical. Con esta configuración particular, el arco de soldadura se desplaza sobre el eje de la soldadura vertical y deposita el metal de aporte como si la soldadura se realizara en posición plana. Los carros que usan soldadura EGW son plataformas de operación que se emplean para soldaduras verticales de una sola pasada.
- Soldadura horizontal o de circunferencia: Es la que se realiza con equipos automáticos para unir entre sí las virolas de los tanques durante la construcción en campo.
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La Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS)
La creación de una especificación de procedimiento de soldadura (WPS) para tanques de almacenamiento implica una consideración cuidadosa de los materiales involucrados, los procesos de soldadura que se utilizarán y los requisitos específicos de los códigos y estándares de soldadura aplicables. A continuación se muestra un esquema general para crear un WPS para soldar tanques de almacenamiento:
- Definir el alcance del procedimiento de soldadura.
- Enumere todos los códigos, normas y especificaciones relevantes que rigen la soldadura de tanques de almacenamiento.
- Especifique las calificaciones del procedimiento de soldadura, incluidos los materiales base, los procesos de soldadura, las configuraciones de las juntas y los rangos de espesor.
- Detallar los materiales a soldar, incluido el tipo y grado de acero u otras aleaciones.
- Describa las configuraciones de las juntas, incluido el tipo de juntas (p. ej., junta a tope, soldadura de filete), preparación de la junta.
- Especifique los procesos de soldadura que se utilizarán, como soldadura por arco metálico protegido (SMAW), soldadura por arco metálico con gas (GMAW), soldadura por arco sumergido (SAW) u otros.
- Identificar las posiciones de soldadura aplicables a la construcción del tanque de almacenamiento.
- Documentar las variables esenciales y no esenciales que pueden afectar el procedimiento de soldadura.
- Describa los requisitos de inspección y prueba para las uniones soldadas, incluidas las pruebas no destructivas (por ejemplo, radiografía, pruebas ultrasónicas) y pruebas destructivas (por ejemplo, pruebas de tracción, pruebas de impacto).
Es importante recordar que el esquema anterior proporciona un marco general y los detalles específicos dependerán de los códigos y estándares aplicables a cada proyecto. Se debe consultar siempre con ingenieros de soldadura calificados y cumplir con los estándares y regulaciones de la industria para garantizar la seguridad y la calidad de los procedimientos de soldadura del tanque de almacenamiento.
Normativa y Control de Calidad en Soldadura de Tanques
La intervención reguladora de la AWS obedece al hecho de que la construcción de los tanques de almacenamiento implica diversos procesos de soldadura, que en virtud de la normativa 650 del API desplazan la vieja técnica de unión por remaches, actualmente en desuso. Esto es porque, debido al tamaño de los tanques, no existen placas metálicas con las dimensiones requeridas para conformar una sola pieza, por lo cual deben usarse varias placas de gran tamaño que se van soldando entre sí hasta armar el tanque completo.
La Norma API 650: Diseño y Construcción
La norma API 650, titulada «Tanques soldados para el almacenamiento de petróleo», describe las especificaciones para el diseño y la construcción de nuevos tanques de acero soldados utilizados para almacenar petróleo y otros líquidos. Aborda factores como el diseño de los tanques, los materiales, la soldadura y las técnicas de construcción.
La Norma API 653: Inspección, Reparación y Alteración
La norma API 653, publicada por el Instituto Americano del Petróleo (API), regula la inspección, reparación, alteración y reconstrucción de tanques de almacenamiento sobre suelo (AST), utilizados en las industrias petrolera y química. Esta norma es fundamental para garantizar el funcionamiento seguro y confiable de los tanques durante toda su vida útil. La norma API 653, titulada «Inspección, reparación, alteración y reconstrucción de tanques», se basa en API 650 y se centra en la gestión continua de los tanques existentes.
Relación Clave entre API 650 y API 653
La relación clave entre estos dos códigos radica en el hecho de que API 653 está diseñada para garantizar que los tanques construidos según API 650 sigan cumpliendo con los criterios de seguridad y rendimiento a lo largo del tiempo. API 653 se basa en gran medida en la norma API 650, lo que refleja una continuidad desde el diseño y la construcción de los tanques hasta la inspección y el mantenimiento. Al aprovechar los principios de diseño, las especificaciones de los materiales, los estándares de soldadura y los protocolos de mantenimiento establecidos en API 650, se garantiza que los tanques de almacenamiento sigan siendo seguros, confiables y cumplan con las normas durante toda su vida útil.
- Principios de diseño: API 653 se basa en los principios de diseño descritos en API 650 para evaluar el estado de los tanques, utilizando los parámetros de diseño y construcción iniciales como puntos de referencia al inspeccionar los tanques.
- Especificaciones de materiales: API 653 hace referencia a las especificaciones de materiales proporcionadas en API 650. La construcción original de los tanques debe cumplir con los materiales y métodos de construcción detallados en API 650. Durante las inspecciones y reparaciones, cualquier material de reemplazo o reparación deberá ser compatible con las especificaciones originales.
- Soldadura y fabricación: API 650 establece estándares para la soldadura y la fabricación durante la construcción de tanques. API 653 se basa en estas normas y especifica cómo abordar los problemas de soldadura que puedan surgir con el tiempo.
- Evaluación de la corrosión y los daños: API 650 incluye pautas para los márgenes de corrosión y el mantenimiento de los tanques durante la construcción. API 653 utiliza estas pautas para evaluar el grado de corrosión o daño durante las inspecciones.
- Procedimientos de inspección: API 653 describe los procedimientos para inspeccionar tanques, incluidos los métodos para evaluar la carcasa, el techo, el fondo y los componentes internos del tanque. Estos procedimientos están diseñados para identificar desviaciones de los estándares API 650 originales.
- Reparación y alteración: Cuando se descubre que los tanques tienen problemas durante las inspecciones, API 653 proporciona pautas para repararlos o alterarlos. Estas pautas están alineadas con los estándares de diseño y construcción de API 650 para garantizar que las reparaciones no comprometan la integridad estructural del tanque.
- Reconstrucción: API 653 incluye disposiciones para la reconstrucción de tanques que puedan necesitar reparaciones o modificaciones importantes. Este aspecto garantiza que cualquier actividad de reconstrucción se lleve a cabo de acuerdo con las normas API 650.
Inspección y Pruebas
La norma API 650 prevé una rigurosa inspección de soldaduras realizadas en los tanques de almacenamiento construidos en acero. Dicha norma indica que se deben realizar pruebas radiográficas en las juntas a tope del cuerpo del tanque, y sus conexiones. De acuerdo con la API 650, también se aplican pruebas radiográficas en las juntas a tope de las placas que forman el cuerpo y las conexiones al ras con juntas a tope. Pruebas de líquidos penetrantes son necesarias y requeridas en algunas partes del tanque también.
Siempre la inspección visual es realizada previamente a cualquier otro método de inspección que marque la norma. Esto se hace buscando defectos como socavado, porosidad, agrietamiento, exceso de salpicaduras, discontinuidades en el cordón de soldadura, etc. Por su parte, la manera más común de verificar que no haya pérdidas por las costuras de soldadura de piso del tanque es mediante la prueba de la cámara de vacío.
Cuando las soldaduras en el tanque han pasado la inspección y pruebas necesarias de acuerdo con las normas vigentes utilizadas, el tanque se considera que está apto para entrar en servicio. Una vez que las soldaduras de un nuevo tanque de almacenamiento aprueban todas estas inspecciones, el tanque se considera listo para el servicio.
Ventajas de la Mecanización y Automatización en la Soldadura de Tanques
Aunque la soldadura de tanques metálicos de almacenamiento ya lleva décadas de vigencia, el uso de los equipos automatizados que ofrece la tecnología actual ha introducido una tendencia en constante crecimiento. La meta apunta esencialmente al ahorro de tiempo, el menor desperdicio de material, una mayor productividad y la posibilidad de brindar estructuras que satisfagan las más diversas exigencias acordes con la normativa vigente.
Los sistemas de mecanización de soldadura, como los de BUG-O Systems, al mantener parámetros de movimiento, oscilación, ángulos de soldadura y velocidades constantes, ayudan a reducir de manera considerable los defectos en las soldaduras del tanque. Esto reduce el número de soldaduras rechazadas por calidad y, por ende, hace la operación más productiva al eficientar el tiempo de arco, disminuir el tiempo total de construcción (frente a aplicaciones de soldadura manuales) y reducir costos y desperdicio de materiales. Todo esto sin contar los beneficios paralelos de disminución en la rotación de personal al mejorar sus condiciones de trabajo y ergonomía.