PED, BS PD 5500 y EN 13445 —
El Diseño de Recipientes
a Presión Explicado

El marco regulatorio y técnico que rodea el diseño de recipientes a presión en el Reino Unido implica al menos tres capas superpuestas — el marco regulatorio (qué requisitos legales aplican), el código de diseño (cómo se diseña y calcula el recipiente), y la vía de evaluación de conformidad (cómo se demuestra y documenta el cumplimiento). La confusión entre estas tres capas es habitual, y tiene consecuencias prácticas: los recipientes construidos sin cumplir los requisitos regulatorios no pueden ponerse en servicio legalmente, y los recipientes diseñados sin comprender el marco normativo pueden no ser seguros.

Este artículo explica cómo se relacionan la Directiva de Equipos a Presión y su sucesora británica con los principales códigos de diseño — BS PD 5500, BS EN 13445, y ASME VIII — y qué exige cada capa del ingeniero y del fabricante.

El Marco Regulatorio — PED y UK PER

La Directiva de Equipos a Presión (PED 2014/68/UE)

La Directiva de Equipos a Presión es una directiva de la UE que se aplica al diseño, fabricación y evaluación de conformidad de equipos a presión y conjuntos con una presión máxima admisible superior a 0,5 bar. Establece requisitos esenciales de seguridad (RES) que el equipo a presión debe cumplir antes de poder comercializarse en el mercado de la UE, marcarse con el marcado CE, y ponerse en servicio.

La PED se aplica a: recipientes a presión, tuberías, accesorios de seguridad, y accesorios a presión. No especifica por sí misma cómo debe diseñarse un recipiente — especifica el resultado que debe alcanzarse (los requisitos esenciales de seguridad) y define las vías de evaluación de conformidad mediante las cuales se demuestra el cumplimiento de esos requisitos.

UK Pressure Equipment (Safety) Regulations 2016 — UK PER

Tras el Brexit, la PED se mantuvo en el derecho británico como las Pressure Equipment (Safety) Regulations 2016 (UK PER), con el marcado UKCA sustituyendo al marcado CE para el equipo comercializado en el mercado del Reino Unido. Los requisitos técnicos del UK PER son sustancialmente idénticos a la PED de la UE — los mismos requisitos esenciales de seguridad, el mismo sistema de categorización, las mismas vías de evaluación de conformidad — pero el marco administrativo difiere: los UK Approved Bodies (UKAB) sustituyen a los organismos notificados de la UE (NB) para la comercialización en el mercado del Reino Unido, y el marcado UKCA sustituye al marcado CE.

Exclusiones de la PED/UK PER

No todo el equipo a presión está sujeto a los Reglamentos. Las exclusiones clave incluyen:

• Equipos con una presión máxima admisible manométrica igual o inferior a 0,5 bar
• Recipientes a presión simples cubiertos por las Simple Pressure Vessels (Safety) Regulations
• Tuberías para gas, petróleo y suministro de agua cubiertas por otra legislación
• Calderas de vapor y sus partes a presión asociadas cubiertas por reglamentos separados
• Equipos en buques y aeronaves
• Equipos en aplicaciones nucleares

Categorización PED/UK PER — Determinar qué Aplica

Los Reglamentos clasifican el equipo a presión en cuatro categorías (de I a IV, más SEP — Sound Engineering Practice para el equipo de menor riesgo) en función de la combinación de presión máxima admisible, volumen o DN, y el peligro del fluido contenido. Las categorías más altas conllevan requisitos de evaluación de conformidad más estrictos.

Grupos de Fluidos

Los fluidos se clasifican en dos grupos que afectan significativamente a la categorización:

• Grupo 1 (Peligrosos): fluidos explosivos, inflamables, fácilmente inflamables, extremadamente inflamables, tóxicos, altamente tóxicos, u oxidantes. Los hidrocarburos, el hidrógeno, el cloro, el amoníaco y la mayoría de los productos químicos de proceso se encuadran en el Grupo 1.
• Grupo 2 (No peligrosos): fluidos no clasificados como peligrosos — agua, aire, nitrógeno, gases inertes, vapor, y muchos fluidos de proceso no peligrosos.

La combinación del grupo de fluido, la presión de diseño, y el volumen del recipiente (o el DN de la tubería) determina la categoría PED mediante las tablas de evaluación de conformidad del Anexo II de los Reglamentos. Los recipientes y tuberías del Grupo 1 alcanzan categorías más altas a presiones más bajas y tamaños más pequeños que el Grupo 2, reflejando su mayor potencial de peligro.

Las Cuatro Categorías y Qué Exigen

Las letras de Módulo se refieren a los procedimientos de evaluación de conformidad definidos en el Anexo III de los Reglamentos. El Módulo B es el examen CE/UK de Tipo del diseño. El Módulo D es el aseguramiento de calidad de producción. El Módulo G es la verificación unitaria — la vía más rigurosa, que requiere la revisión NB/UKAB de cada recipiente individual. Para el equipo de Categoría IV, normalmente se requiere el Módulo G o B+D.

Los Códigos de Diseño — Qué Son y Cómo se Relacionan con los Reglamentos

La PED/UK PER no especifican por sí mismas cómo debe diseñarse un recipiente. Definen el resultado (los requisitos esenciales de seguridad) y dejan los medios al diseñador y al fabricante. Los códigos de diseño — BS PD 5500, BS EN 13445, ASME VIII — son los documentos técnicos que especifican los métodos de cálculo, los requisitos de materiales, los requisitos de fabricación e inspección, y los requisitos de ensayo. Diseñar según un código reconocido es la vía principal para demostrar el cumplimiento de los RES.

BS EN 13445 es una norma armonizada — su uso crea una presunción de conformidad con la PED de la UE, lo que significa que un recipiente diseñado y fabricado según BS EN 13445 se presume que cumple los requisitos esenciales de seguridad sin justificación adicional. BS PD 5500 era una norma nacional británica y no es una norma armonizada de la UE, lo que significa que no conlleva la misma presunción automática de conformidad bajo la PED de la UE — aunque está ampliamente aceptada en la práctica y su uso puede justificarse mediante las vías alternativas previstas en la Directiva.

BS PD 5500 — La Norma Británica para Recipientes a Presión No Sometidos a Llama

BS PD 5500 (anteriormente BS 5500) es el código de diseño británico principal para recipientes a presión no sometidos a llama soldados por fusión. Cubre recipientes en acero al carbono, acero al carbono-manganeso, acero aleado e inoxidable, aleaciones de aluminio y cobre. La designación «PD» (Published Document) refleja su estatus actual — fue reclasificada de norma británica (British Standard) a Published Document cuando se adoptó BS EN 13445 como norma europea armonizada, pero sigue ampliamente utilizada en el Reino Unido e internacionalmente, particularmente en el sector del petróleo y el gas.

Características clave de BS PD 5500:

• Diseño por fórmula (Sección 3) para componentes estándar — envolventes cilíndricas, fondos, boquillas, fondos planos, soportes
• Diseño por análisis (Apéndice A) usando FEA para geometrías no estándar
• Tablas de materiales con valores de tensión de diseño indexados por temperatura
• Factores de eficiencia de junta soldada (clase 1, 2, 3) basados en el alcance del examen no destructivo
• Requisitos de prueba hidrostática (presión de prueba = 1,25 × PMTA × relación de tensiones)
• Requisitos completos de inspección y fabricación

BS EN 13445 — La Norma Europea Armonizada

BS EN 13445 (Recipientes a Presión No Sometidos a Llama) es la norma europea armonizada para el diseño y fabricación de recipientes a presión. Se publica en varias partes:

• Parte 1: General
• Parte 2: Materiales
• Parte 3: Diseño (la norma de cálculo principal)
• Parte 4: Fabricación
• Parte 5: Inspección y ensayo
• Parte 6: Requisitos para el diseño y fabricación de recipientes a presión y partes a presión construidos en fundición de grafito esferoidal
• Parte 8: Requisitos adicionales para recipientes a presión de aluminio y aleaciones de aluminio

EN 13445 y BS PD 5500 producen resultados similares para la mayoría de las configuraciones estándar de recipientes — ambas usan la misma teoría subyacente de recipientes a presión y factores de seguridad similares. Las principales diferencias están en las metodologías de cálculo específicas para ciertos componentes (particularmente los cálculos de refuerzo de boquillas), las tablas de tensión admisible de materiales, y el enfoque de eficiencia de junta soldada.

ASME VIII División 1 y División 2

El ASME Boiler and Pressure Vessel Code Sección VIII cubre recipientes a presión. La División 1 usa diseño por regla con factores de seguridad más altos (3:1 sobre la resistencia a la tracción, variando según el material). La División 2 usa requisitos de diseño más rigurosos incluyendo evaluación de fatiga donde se requiera, con factores de seguridad más bajos (2,4:1 sobre la resistencia a la tracción) que permiten paredes más delgadas. La División 2 es apropiada para recipientes de mayor presión donde el ahorro de material justifica el proceso de diseño más complejo.

ASME VIII es la norma dominante en los sectores de petróleo y gas de EE. UU. y Oriente Medio, y está ampliamente aceptada internacionalmente. No es una norma armonizada bajo la PED de la UE y su uso requiere justificación o documentación técnica complementaria para el cumplimiento de la PED UE/UK. Los recipientes con sello ASME (sello U) no están automáticamente marcados CE/UKCA — son vías de certificación separadas.

Conceptos Clave de Diseño

Presión de Diseño y Presión Máxima de Trabajo Admisible

La presión de diseño es la presión utilizada como base para calcular los espesores de pared del recipiente y los tamaños de componentes. Normalmente se fija en la presión más alta que el recipiente encontrará en operación normal más un margen — típicamente 10% por encima de la presión de servicio, o la presión de tarado del dispositivo de alivio de seguridad, lo que sea mayor.

La presión máxima de trabajo admisible (PMTA) es la presión manométrica máxima permisible en la parte superior del recipiente terminado en su posición de operación para una temperatura específica. La PMTA se determina mediante cálculo después de diseñar el recipiente — será igual o mayor que la presión de diseño, reflejando el hecho de que el recipiente tal como se construye puede tener más capacidad que el mínimo requerido. La PMTA se estampa en la placa de identificación.

Temperatura de Diseño

La temperatura de diseño es la temperatura a la que opera el componente, utilizada para determinar la tensión admisible a partir de las tablas de materiales. Deben considerarse tanto la temperatura de diseño máxima como la mínima — la temperatura alta reduce la resistencia del material (tensión admisible más baja, pared requerida más gruesa), mientras que la temperatura baja reduce la tenacidad del material e impone requisitos de ensayo de impacto Charpy.

Tensión Admisible y Factores de Seguridad

La tensión de diseño admisible es la tensión máxima que se permite que soporte el material en el diseño de recipientes a presión a la temperatura de diseño. Se deriva del límite elástico y la resistencia a la tracción del material a temperatura, dividida por el factor de seguridad aplicable:

*El factor de seguridad de ASME VIII Div.1 se redujo de 4:1 a 3,5:1 en la edición de 2007.

La diferencia en el factor de seguridad entre ASME VIII Div.1 y los códigos europeos es la razón por la que los recipientes ASME Div.1 tienen paredes más gruesas que los recipientes equivalentes BS PD 5500 o EN 13445 a la misma presión de diseño — la tensión admisible más baja requiere más material.

Espesor de Envolvente Cilíndrica

El espesor mínimo de envolvente requerido para un recipiente cilíndrico bajo presión interna — el cálculo de recipiente a presión más fundamental — viene dado por:

e = PD_i / (2f·z − P)

Donde e es el espesor de pared mínimo requerido (mm), P es la presión de diseño (MPa), D_i es el diámetro interior (mm), f es la tensión de diseño admisible (MPa), y z es el factor de eficiencia de junta soldada (1,0 para soldaduras totalmente examinadas, 0,85 para parcialmente examinadas, menor para examen puntual). Esta es la fórmula de BS PD 5500 — EN 13445 utiliza una forma casi idéntica.

El e calculado es un mínimo — el espesor realmente especificado debe ser e más cualquier sobreespesor de corrosión, más margen suficiente para garantizar que el espesor nominal pedido, tras la tolerancia de laminación, cumpla el mínimo.

Eficiencia de Junta Soldada

El factor de eficiencia de junta soldada z (o coeficiente de junta en ASME) tiene en cuenta la confianza reducida en la integridad de la soldadura en comparación con el material base cuando el examen no destructivo no es exhaustivo. En BS PD 5500, se aplican tres clases de examen:

• Clase 1 (z = 1,0): examen radiográfico o ultrasónico al 100% de todas las soldaduras a tope. Confianza total — sin penalización en la tensión de diseño.
• Clase 2 (z = 0,85): examen radiográfico puntual. Confianza parcial — tensión de diseño efectiva reducida en un 15%.
• Clase 3 (z = 0,7): solo examen visual. Confianza más baja — reducción significativa de la tensión de diseño, resultando en paredes más gruesas.

Seleccionar una clase de examen inferior para reducir el coste de inspección aumenta el coste de material a través de paredes más gruesas. A mayores presiones y diámetros más grandes, frecuentemente se alcanza el punto de cruce donde el examen de Clase 1 se amortiza con el material ahorrado. Este equilibrio debería evaluarse en la fase de diseño, no asumirse.

Fondos de Recipientes a Presión

Los extremos (fondos) de un recipiente a presión adoptan varias formas estándar, cada una con diferente eficiencia estructural y coste:

• Hemisférico: el más eficiente estructuralmente — requiere aproximadamente la mitad del espesor de pared de la envolvente cilíndrica para la misma presión. Costoso de formar. Usado en recipientes de alta presión donde el ahorro de material justifica el coste de conformado.
• Semielipsoidal 2:1: la forma de fondo más común. Requiere aproximadamente el mismo espesor que la envolvente. Económico de formar mediante prensado en caliente o en frío. Estándar para la mayoría de los recipientes de proceso.
• Toricónico (Toriesférico): menos profundo que el elipsoidal, más barato de formar, pero requiere una pared ligeramente más gruesa. Común en recipientes de almacenamiento y tanques de menor presión.
• Fondo plano: el menos eficiente — requiere una chapa muy gruesa, típicamente con tirantes u otro refuerzo. Usado en recipientes de alta presión de pequeño diámetro, intercambiadores de calor, y donde se requiere acceso al fondo (bocas de hombre, tapas de inspección).
• Cónico: usado donde se requiere una transición de un diámetro a otro — transiciones de columna, tolvas, separadores ciclónicos. Requiere un tratamiento cuidadoso de la unión cono-cilindro donde se generan tensiones de flexión.

Boquillas, Aberturas y Refuerzo

Cada abertura en la envolvente de un recipiente a presión (para boquillas, bocas de hombre, ventilaciones, drenajes, conexiones de instrumentación) reduce la integridad estructural de la envolvente en esa ubicación. El material eliminado debe compensarse mediante refuerzo — material adicional en la envolvente, la pared de la boquilla, o una placa de refuerzo dedicada — para restaurar la integridad perdida por la abertura.

El método del área de refuerzo (usado en BS PD 5500 y ASME VIII Div.1) calcula el área de sección transversal eliminada por la abertura y exige que se proporcione un área equivalente en la zona de refuerzo alrededor de la boquilla. EN 13445 usa un enfoque similar. El cálculo de boquilla es uno de los cálculos estándar más complejos en el diseño de recipientes a presión y es una fuente frecuente de error — particularmente cuando la boquilla está inclinada, la abertura es grande en relación con el diámetro de la envolvente, o la boquilla soporta una carga externa significativa de la tubería conectada.

El Paquete de Documentación Técnica

Para el equipo a presión marcado CE/UKCA, el fabricante debe elaborar y conservar un paquete de documentación técnica. Esto no es opcional — es un requisito legal según los Reglamentos y debe estar disponible para las autoridades de control a petición durante un mínimo de diez años tras la comercialización de la última unidad. El paquete incluye:

• Descripción general del equipo
• Planos de diseño y fabricación, incluyendo especificaciones de materiales
• Cálculos de diseño que demuestren el cumplimiento de los RES
• Referencia a las normas armonizadas u otras especificaciones utilizadas
• Copia de la Declaración de Conformidad
• Registros de fabricación incluyendo certificados de material, registros de soldadura, informes de END
• Informes de ensayo (certificado de prueba hidrostática, registros de END)
• Certificado de organismo notificado / Approved Body cuando corresponda

Post-Brexit: UKCA frente a CE — La Situación Actual

Desde el 1 de enero de 2021, el equipo comercializado en el mercado del Reino Unido requiere marcado UKCA y debe usar un UK Approved Body (UKAB) para la evaluación de conformidad en las Categorías II, III y IV. El equipo comercializado en el mercado UE/EEE requiere marcado CE y un organismo notificado de la UE. El mismo equipo puede llevar ambos marcados si cumple ambos conjuntos de requisitos y usa tanto un UKAB como un NB de la UE — este es el enfoque habitual para fabricantes que suministran ambos mercados.

El gobierno del Reino Unido ha prorrogado en varias ocasiones el período transitorio durante el cual se acepta el equipo marcado CE para el mercado del Reino Unido. En el momento de redactar este artículo, parte del equipo marcado CE sigue siendo aceptado, pero los acuerdos transitorios han ido cambiando — verifique la situación actual con la Office for Product Safety and Standards (OPSS) antes de confiar en el marcado CE para la comercialización en el mercado del Reino Unido.

Conceptos Erróneos Comunes

1. «Tenemos un marcado CE así que cumplimos la PED.» El marcado CE es prueba de conformidad con una o más directivas/reglamentos — pero no especifica cuál. Un marcado CE de la Directiva de Máquinas no es prueba de cumplimiento PED. Compruebe que la Declaración de Conformidad hace referencia explícita a la Directiva de Equipos a Presión (2014/68/UE) o al UK PER.
2. «Es solo de baja presión así que la PED no aplica.» La PED/UK PER se aplica a equipos por encima de 0,5 bar manométricos. Muchos equipos que parecen de baja presión —recipientes de aire comprimido, calorifugadores de agua caliente, vasos de expansión— superan este umbral. Compruebe la presión máxima admisible real, no la presión de operación.
3. «Lo diseñamos según ASME así que está marcado CE.» La certificación ASME (sello U) y el marcado CE/UKCA son sistemas de certificación completamente separados. Un recipiente con sello U no está marcado CE o UKCA a menos que se haya realizado una evaluación de conformidad separada bajo la PED/UK PER.
4. «El organismo notificado estampa el diseño.» En la mayoría de los módulos de evaluación de conformidad, el NB/UKAB evalúa el sistema de gestión de calidad o el dossier de diseño — no diseñan el recipiente. La responsabilidad del diseño permanece enteramente en el fabricante y el ingeniero responsable. La implicación del NB no sustituye un diseño competente de recipiente a presión.
5. «Podemos usar cualquier código de diseño.» La PED/UK PER permite el uso de normas armonizadas (que conllevan una presunción de conformidad) o especificaciones técnicas alternativas. Si se usa una norma no armonizada (ASME VIII, BS PD 5500), el fabricante debe demostrar la equivalencia con los RES — esto requiere más documentación y es más difícil de defender en una auditoría.

Resumen

El diseño de recipientes a presión en el Reino Unido se sitúa en la intersección de un requisito de cumplimiento regulatorio (UK PER/PED), una disciplina técnica de diseño (BS PD 5500, EN 13445 o ASME VIII), y un sistema de aseguramiento de calidad (módulos de evaluación de conformidad, END, certificación de materiales). Comprender a qué capa pertenece cada cuestión es el primer paso para responderla correctamente.

Los Reglamentos determinan si se requiere marcado y evaluación por terceros y a qué nivel. El código de diseño determina cómo se dimensiona el recipiente, qué materiales pueden usarse, y qué fabricación e inspección se requiere. El módulo de evaluación de conformidad determina cómo se documenta el cumplimiento de los Reglamentos y por quién. Estos tres elementos son distintos y todos deben abordarse — un recipiente bien calculado sin documentación de evaluación de conformidad no cumple los Reglamentos; un recipiente evaluado conforme con un cálculo de diseño inadecuado no es seguro.