I. INTRODUCCIN TERICA AL DISEO DE TANQUES. Como alguna de la metodologa de clculo puede resultar repetitiva se ha considerado la opcin de detallar inicialmente aquellos mtodos de clculo ms estndares como pueden ser el clculo de recipientes a presin o el mtodo de Kern para intercambiadores de calor. Diseo mecnico de recipientes a presin: Para el clculo del diseo mecnico de todos los equipos proyectados se ha seguido de manera general el cdigo ASME Sec 8/1, de tal forma que para el clculo del grosor de un cilindro se utiliza la expresin: Expresin para el clculo del grosor de un cilindro:

Donde: t: grosor en (mm) Pd: presin de diseo (bar) R: es el radio en (mm) S: valor de resistencia a la traccin (bar) E: valor del radiografiado. C1: coeficiente de sobre espesor por corrosin C2: coeficiente de sobre espesor por defecto de fabricacin. Los parmetros de diseo necesarios segn cada equipo vienen definido por las siguientes expresiones:

Presin de diseo (en bar):

Pd =Pop. +1 (2) Pd =1,1*Pop (2a) .Se calcularn ambas presiones y se considerar en el diseo la ms elevada, adems se le aade siempre la presin debida a la columna de lquido: Pcol.lquido = g h (3) Temperatura de diseo (en C): Td =Top. + 20C (4) Donde: Pd y Td son presin y temperatura de diseo respectivamente en (bar) y (C). Pop. Y Top son la presin y temperatura de operacin en (bar) y (C). : densidad del lquido confinado en el equipo (Kg/m3) g: aceleracin de la gravedad (m2/s). h: altura de columna de lquido.

Valores de C1 y C2: C1 corresponde al valor de sobre espesor por corrosin y equivale a 1 mm. C2 sigue la expresin siguiente: C2 =0,2(6t) + 0,07 t + 1 (5) Por tanto la expresin (1) sustituida quedara como sigue:

Estas son las directrices bsicas para el diseo mecnico del cuerpo cilndrica o virola, a partir de aqu se seleccionaran las expresiones pertinentes para los distintos fondos tambin recogidas en el cdigo ASME.

Fondo toriesfrico:

Las variables mostradas en esta expresin son de igual significado que las referidas en la ecuacin (1), exceptuando el parmetro M cuyos valores se han de extrapolar de la tabla siguiente:

Fondo cnico: Se plantea como el clculo de espesor en un cilindro con la salvedad que el clculo de volumen del fondo se realizar siguiendo la expresin:

(6)

Donde: h: altura del fondo : inclinacin medida en grados D: dimetro en (m) El volumen de cada tanque quedar repartido entre el cuerpo cilndrico (virola) y el fondo cnico:

Donde:

Figura 1.1. Esquema del fondo cnico

Donde L es:

Sustituyendo estas ecuaciones:

Donde: r = H/D

A) Diseo funcional Capacidad de almacenamiento Las necesidades de metanol corresponden al valor de 6,3 m3/h. Teniendo en cuenta que los tanques tendrn la capacidad suficiente para poder almacenar un da de produccin y un da de stock, el volumen de metanol a almacenar ser el siguiente:

Clculo del volumen de los tanques Si se utilizan 4 tanques verticales de 100 m3, en cada tanque se tendr una ocupacin del 75% aproximadamente:

= 75,6 m3 en cada tanque 75,6 % de ocupacin

Clculo de las dimensiones de los tanques Este tanque se disear siguiendo la normativa americana ASME y la norma MIE-APQ-001 (Almacenamiento de lquidos inflamables y combustibles). Como dimetro se toma 4 m ya que es el mximo permitido en transporte especial y 60 como el ngulo del fondo cnico. Vrecipiente + Vfondo+cnico = 100 m3

Agrupando las dos expresiones obtenemos lo siguiente:

r = 1,9 m; r = h/D h = 1,9 x 4 = 7,6 mL = 4/(2 tan 60) = 1,15 m

Por tanto las dimensiones de los tanques son las siguientes:

Cuadro 1: Dimensiones de los tanques de metanol.Altura del recipiente (m)Altura fondo cnico (m)Altura total (m)Dimetro (m)Volumen recipiente, m3Volumen fondo cnico, m3Volumen total, m3

7,61,158,75495,54,8100

Clculo de la densidad de metanol Como el tanque estar ubicado al aire libre, como Temperatura de operacin cogeremos el caso ms desfavorable, en que la densidad es menor. Por tanto, cogeremos el valor de TAlmacenamiento = 35C = 308K.

Donde: DenA = 1,2057 DenB = 0,19779 DenC = 512,63 DenD = 0,17272

Substituyendo se obtiene: Den =26,88 Kmol /m326,88Kmol/m3 x (32 Kg/1kmol metanol) x (1 m3/1000 l) = 0,860 Kg/l

Por tanto, CH3OH (35C, 1 atm) =0,860 Kg / l

Como la densidad del metanol es menor que la del agua ( agua = 1 kg/l), se utiliza la del agua para realizar los clculos. De esta manera sobredimensionamos para asegurar un buen funcionamiento. B) Diseo mecnico Este tanque se disear siguiendo la normativa americana ASME y la norma MIE-APQ-001 (Almacenamiento de lquidos inflamables y combustibles) Seleccin del material de construccin El material utilizado en la construccin de este tanque es de acero inoxidable AISI 240- 316 L, ya que es ms resistente a la corrosin pero ms caro. Temperatura de diseo La temperatura de diseo ser como mnimo la temperatura de operacin ms 20C. Temperatura de operacin = 35CTemperatura de diseo =Temperatura de operacin + 20C = 55C Al almacenar el metanol a una temperatura superior a su punto de inflamacin (12C), el tanque estar equipado con un sistema que evite la penetracin de chispas o llamas (apagallamas, cierre hidrulico, inertizacin garantizada siempre)

Clculo del espesor de los tanques En primer lugar se debe calcular la presin de operacin, que en este caso corresponde a la presin ejercida por la columna de lquido en el interior del tanque.

Pl =hl g Donde: hl: altura de lquido (m) g: gravedad (m/s2) : densidad (Kg/m3) Clculo de altura del lquido, hl:

Clculo de altura del lquido, Pl:

Una vez conocida la presin de operacin, se calcula la presin de diseo con la siguiente expresin:

Clculo del espesor del recipiente y de los fondos cnico y plano. Se hace segn el cdigo ASME. Como factor de soldadura (E) se toma el valor de 0,85.

S = 16100 psi

De donde t = 4,95 mm = 5 mm

Como el fondo cnico slo tiene que soportar su propio peso, tendr el espesor mnimo ponderado de 4 mm. Para el fondo plano se escoge el mismo espesor del recipiente, 5mm. Este soporta una presin menor que las paredes laterales y hacerlo de la misma medida supondr un coste menor.

Por tanto, los espesores son los siguientes: Cuadro 2. Espesores calculados para recipientes de metanol.Recipiente (mm)Fondo Plano (mm)Fondo Cnico (mm)

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Clculo del peso de los tanques Peso del recipiente vaco: Se calcula el peso de cada una de las tres partes que constituyen el tanque. La densidad del acero escogido que tiene un valor de 7,800 Kg/m3. Cilindro:

Fondo plano:

Fondo cnico:

Por tanto, el peso total del recipiente vaco es: PT vaco =3729,33 + 490,1 + 565,91 = 4785,34 Kg Peso del recipiente lleno: Considerando el peor de los casos en el que el recipiente est al 100% de ocupacin y el lquido que contiene es agua.

PT lleno = 104,785.34 Kg 105 Ton

Diseo de Plantas IIIng. Ricardo vila