Diseño de recipientes a presión: comparación técnica entre ASME VIII División 1 y División 2

En el campo del diseño mecánico de recipientes a presión, la selección correcta del código aplicable es un factor decisivo para garantizar seguridad estructural, eficiencia operativa y optimización de recursos.

Dentro del Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), la Sección VIII establece los criterios para el diseño, fabricación, inspección y prueba de recipientes a presión industriales.

Esta sección se divide en tres grandes partes, siendo División 1 y División 2 las más empleadas en la industria. Aunque ambas persiguen el mismo objetivo —la seguridad del equipo—, lo hacen mediante filosofías de diseño distintas, lo que impacta en la metodología, los factores de seguridad y el espesor final del componente. En este artículo revisamos los criterios clave para elegir entre una u otra.

Se presentan a continuación, de forma comparativa y práctica, los elementos diferenciales clave entre ambas divisiones, centrados en tres pilares técnicos: (1) Filosofía de diseño DBR vs DBA, (2) Factores de diseño y tensiones admisibles, y (3) Enfoque de la Parte 5 en División 2.

1. Filosofía de diseño: DBR frente a DBA

La primera diferencia esencial entre ambas divisiones es la filosofía de diseño. Según el material proporcionado, el punto de partida es la distinción DBR (Design by Rules) frente a DBA (Design by Analysis).

ASME VIII 1-2

• División 1 se apoya en el diseño por reglas (Design by Rules – DBR), basado en fórmulas prescriptivas que el Código proporciona para geometrías típicas. El enfoque es conservador y su aplicación es directa, lo que reduce la complejidad y el tiempo de cálculo.
• División 2, también se apoya en el diseño por reglas (parte 4), pero  permite y promueve el diseño por análisis (Design by Analysis – DBA), que valida la resistencia mediante métodos analíticos más avanzados, verificando modos de fallo específicos. Este enfoque ofrece mayor fidelidad estructural y mejor aprovechamiento del material.

En la práctica, el diseño DBR de la División 1 resulta conveniente para equipos estándar y esfuerzos moderados, mientras que el DBA de la División 2 es preferible para altas presiones, cargas externas significativas, condiciones cíclicas o grandes diámetros y/o espesores.

2. Factores de diseño y tensiones admisibles (ASME II-D)

La segunda diferencia clave es cuantitativa: las tensiones admisibles. Tal como recogen las diapositivas, los valores admisibles provienen de ASME II, Part D:

En la División 1, estos criterios se combinan con factores de diseño más conservadores, lo que limita la tensión admisible permitida.

En la División 2, los factores aplicados son menos restrictivos. Como resultado:

Para un mismo material, División 2 permite tensiones admisibles más elevadas, generando menores espesores requeridos.

Desde nuestra experiencia en ingeniería, esta diferencia puede traducirse en reducciones de espesor claras y económicamente relevantes en grandes recipientes.

3. La Parte 5 como base del enfoque DBA en la División 2

El tercer pilar aparece en ASME VIII-2 Parte 5, y constituye el núcleo técnico del enfoque DBA.

Aquí se establecen:

• Reglas detalladas de clasificación de tensiones
• Criterios frente a plasticidad, ratcheting, pandeo y fatiga
• Reglas para cálculo mediante análisis por elementos finitos

Este nivel de rigor explica por qué el Código permite tensiones mayores en División 2: el modo de fallo se verifica de forma explícita, no implícita como en el DBR.

Errores habituales en proyectos

En auditorías, revisiones de diseño y servicios de consultoría, observamos errores típicos:

1. Seleccionar la División por costumbre, sin analizar condiciones de operación.
2. Aplicar FEA sin seguir la Parte 5, lo que invalida el enfoque DBA.
3. Confundir tensiones de pico con tensiones de membrana o flexión, error crítico en División 2.
4. Subestimar la evaluación de fatiga, especialmente en recipientes térmicamente activos.

Conclusión

Las divisiones 1 y 2 de ASME Sección VIII persiguen el mismo fin: garantizar la integridad del recipiente a presión.

Sin embargo, difieren en su enfoque:

• División 1: simplicidad y margen de seguridad elevado.
• División 2: optimización estructural y análisis avanzado conforme al Part 5.

Por lo tanto, elegir correctamente la división aplicable no solo mejora la seguridad del diseño, sino que también evita sobrecostes, espesores innecesarios y análisis incompletos.

Tabla comparativa