Tanques para Almacenamiento (3).pdf

8/11/2019 Tanques para Almacenamiento (3).pdf

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CDIGO DE ESPECIFICACIN Y DISEOCdigo de Diseo : API 650 2003TANQUEtem numero : TK 101Techo (Abierto/Cerrado) : CerradoSoporte de Tanque (Auto Soportado/Columna Soporte) : Columna soporteTipo de Techo (Techo Cnico/Techo Domo) :Techo cnico auto

soportado

DATOS GEOMETRICOSDimetro Interior Di : 11.8m (38.71 ft)

Altura del Tanque : 6m (19.68 ft)Gravedad Especfica del lquido : 0.83Capacidad Nominal, V : 170,000.00 GAL

Altura Mxima de operacin : 5.8mPRESION Y TEMPERATURA

Presin de diseo : 1 atmTemperatura de diseo : 25 C


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MATERIALES Y PROPIEDADES MECANICAS

Material

Esfuerzo

mnimo de

compresin

(psi)

Esfuerzo

mnimo de

tensin (psi)

Producto

Esfuerzo de

diseo (psi)

Esfuerzo de

prueba

hidrosttica

(psi)

PLANCHAS

Shell plate A36 36,000 58,000 23,200 24,900

Botton plate A36 36,000 58,000 23,200 24,900

Roof plate A36 36,000 58,000 23,200 24,900

Miembros estructurales

Material

Esfuerzo

mnimo de

compresin(psi)

Esfuerzo

mnimo de

tensin(psi)

Producto

Esfuerzo de

diseo (psi)

Esfuerzo

de prueba

hidrosttica (psi)

Columna de

soporte A36 36,000 58,000 23,200 24,900


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DISEO DE ESPESOR DE PLANCHA DE FONDO

El diseo del fondo de los tanques de almacenamiento depende de lassiguientes consideraciones:Los cimientos usados para soportar el tanque, el mtodo que se utilizar para

desalojar el producto almacenado, el grado de sedimentacin de slidos ensuspensin, la corrosin del fondo y el tamao del tanque.

Los fondos de tanques de almacenamiento cilndricos verticales son

generalmente fabricados de placas de acero con un espesor menor al usadoen el cuerpo. Esto es posible para el fondo, porque se encuentra soportadopor una base de concreto, arena o asfalto, los cuales soportarn el peso dela columna del producto; adems, la funcin del fondo es lograr lahermeticidad para que el producto no se filtre por la base, pero en nuestropas se suele poner el espesor de plancha del primer anillo.


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Generalmente los fondos se forman con placas traslapadas, esto se hace con el

fin de absorber las deformaciones sufridas por el fondo si las placas fueransoldadas a tope.Cuando se requiere el uso de la placa anular, sta deber tener un ancho radial(en cm.) de acuerdo a lo que indique la frmula siguiente, pero no menor de600mm. (24 pulg.) Entre el interior del tanque y cualquier cordn de soldadura,

dejando de proyeccin exterior 75mm. (3 pulg.).

5.0)(

390

HG

tb

Donde:tb = Espesor de placa anularH = Nivel mximo de diseo del liquido.G = Gravedad especifica del liquido a almacenar.


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DISEO Y CALCULO DEL CASCO DEL TANQUE

CALCULO DE ESPESOR DE CASCO POR EL METODO DEONE- FOOD (UN PIE)Con este mtodo se calcula el espesor requerido de la pared del tanque, porcondiciones de diseo y de prueba hidrosttica, considerando una seccin

transversal ubicada a 304.8 mm. (1 pie) por debajo de la unin de cada anillo.Este mtodo slo es aplicable en tanques con un dimetro igual o menor a 60 m.(200pies).

Trabajando en unidades Inglesas

CAS

GHDt

d

d

)1(6.2

t

dS

GHDt )1(6.2


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Donde:td = Espesor de diseo de casco (in).tt = Espesor de prueba hidrosttica (in).D = Dimetro nominal del tanque en (ft).H = Altura de diseo del nivel del liquido (ft)

Altura desde la parte baja del anillo (en nuestro caso cada anillo tiene una alturade 1.5m) u otro nivel indicado por el usuario, restringido por techo flotante ocalculo por sismo.G = Gravedad del liquido que va a ser almacenado o del agua para la

prueba hidrosttica.CA = Factor de corrosin permisible (in)Sd = Esfuerzo permisible por condiciones de diseo (lbf/in2).St = Esfuerzo permisible por condiciones de prueba hidrosttica (lbf/in2).


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Para nuestro tanquePrimer Anillo

4

1

8

1

200,23

9).168.19(71.386.2

dt

163

900,249).168.19(71.386.2 dt

Segundo Anillo

16

3

8

1

200,23

9).176.14(71.386.2

dt

16

3

900,24

9).176.14(71.386.2

dt


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Tercer Anillo

16

3

8

1

200,23

9).184.9(71.386.2

dt

16

3

900,24

9).184.9(71.386.2

dt

Cuarto Anillo

16

3

8

1

200,23

9).192.4(71.386.2

dt

16

3

900,24

9).192.4(71.386.2dt


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Re fuerzo y Soldadura en las conexiones.Las conexiones mayores a 2 NPS (nominal pipe size) bridadas oroscadas deben ser reforzadas.Todas las conexiones que requieran refuerzo se deben poner consoldadura de completa penetracin en la plancha del cuerpo.

La planchas de refuerzo de las conexiones deben tener un huecoroscado de de para deteccin de fugas.


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DISEO Y CALCULO DE TECHOS

DISEO Y CALCULO DE TECHOS CONICOS SOPORTADOS

Todos los techos deben de ser diseados para soportar una carga muertay una carga viva no menor a 1.2 KPa (25 lbf/ft2). El mnimo espesor de

plancha para el techo es de 5 mm (3/16 in)

Los techos cnicos soportados se usan generalmente para tanques de grandimetro, los cuales consisten en un cono formado a partir de placas soldadas atraslape, soportadas por una estructura, compuesta de columnas, trabes y

largueros. Las trabes formarn polgonos regulares mltiplos de cinco y en cadaarista de estos se colocar una columna. Los polgonos compuestos por trabes seencargarn de soportar los largueros.Las juntas de las placas del techo estarn soldadas a traslape por la partesuperior con un filete continuo a lo largo de la unin, la cual tendr un anchoigual al espesor de las placas. La soldadura del techo, con el perfil decoronamiento, se efectuar mediante un filete continuo de 4.76mm. (3/16 pulg.)o menor si la especifica el usuario.


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La pendiente del techo deber ser de 6.35 en 304.8mm. (1/4 en 12 pulg.) o mayorsi lo especifica el usuario, pero lo recomendable es una pendiente de 19 en305mm. (3/4 en 12 pulg.) o menor si la especifica el usuario.

El diseo y clculo de la estructura involucra los esfuerzos de flexin y corte,producidos por una carga uniformemente repartida ocasionada por el peso de

las placas del techo, trabes y largueros, debido a lo cual las placas del techo seconsideran vigas articuladas.

Las columnas para soportar la estructura del techo se seleccionan a partir de

perfiles estructurales, o puede usarse tubera de acero. Cuando se usa tuberade acero, debe proveerse sta de drenes y venteos; la base de la misma serprovista de topes soldados al fondo para prevenir desplazamientos laterales.

Las uniones de la estructura deben estar debidamente ensambladas mediantetornillos, remaches o soldadura, para evitar que las uniones puedan tenermovimientos no deseados.


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ESFUERZOS PERMISIBLES

Todas las partes de la estructura sern dimensionadas con base a los clculoshechos de acuerdo a la suma de los esfuerzos estticos y dinmicos mximos,los cuales no debern exceder los lmites especificados en la AISC (Specificationfor Structural Steel Buildings) o por el cdigo de diseo del pas donde se

construya el tanque:

ESFUERZO MXIMO DE TENSIN.

Para placas roladas en su seccin neta, 1,406 Kg/cm2 (20,000lb/pulg2). Para soldadura con penetracin completa en reas de placa delgada, 1266

Kg/cm2 (18000lb/pulg2). Esfuerzo Mximo de Compresin. Para acero rolado, donde se previene la flexin lateral, 1,406 Kg/cm2

(20,000lb/pulg2). Para soldadura con penetracin completa en reas de placa delgada 1,406Kg/cm2 (20,000lb/pulg2 ).

Para columnas en su rea de seccin transversal, cuando L/r < 120 (segnAISC).


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))(2

)(1(

2

2

CS

C

C

rLC d

c

ma Cuando:Cc L / r 120

2)(

15.5

rL

FCma

DONDE:Cma = Compresin mxima permisible ( Kg/ cm2 ).Cd = Esfuerzo de cedencia ( Kg/ cm2).Cc = Relacin de esbeltez limite = E = Mdulo de seccin ( Kg/ cm2)L = Longitud sin apoyo de la columna (cm).

r = Menor radio de giro de la columna mnimo (cm).Cs = Coeficiente de Seguridad entre 1.67 y 1.92


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ESFUERZO MXIMO DE CORTE

Para soldaduras de filetes, tapones, ranuras, penetracin parcial, elesfuerzo permitido en el rea de la garganta ser como mximo de956 Kg/cm2 (13,600 lb/pulg2).

En el rea del espesor de alma de vigas y trabes donde el peralte delalma de la viga no sea mayor de 60 veces el espesor de esta o cuando elalma es adecuadamente reforzadas, el esfuerzo no debe exceder de 914Kg/cm2 (13,000 lb/pulg2).

En el rea del espesor de las almas de vigas y trabes que no estn reforzadaso que el peralte del alma de la viga es ms de 60 veces al espesor deesta, el mayor promedio de corte permitido (V/A) ser calculado como

sigue:


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2

2

5061

1370

t

hA

V

DONDE:V = corte total (Kg.).

A = rea del alma (cm.).h = Distancia o claro entre almas de vigas (cm.).t = Espesor del alma (cm.).


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CALCULO DE VIGAS CON GARGAS UNIFORMEMENTE REPARTIDA

Una viga continua con carga uniforme tiene varios apoyos como laconsideracin en la figura 2.1 Se considera una seccin de vigacontinua con igual espaciamiento (1), un momento Mo existe sobre lossoportes. Figura.

Tomando la suma de momentos a la distancia x desde el apoyo R1obtenemos:

)2

(1x

wxxRMoM


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Pero

2

11 wR

Para una viga con extremos empotrados y

Mxd

ydEI )( 2

2

Sustituyendo M y R1 encontramos:

221

2

2

2 xw

xwMo

xdyd

EIM

Integrando obtenemos

16

1)(32

cx

wy

xwMox

dydxEI

Momento mximo con carga uniforme y extremos fijos.

12

2lwMo


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Momento mximo en el centro declaro donde X =1/2

24

2

2/1 lwM

Flexin mxima en x =

EI

wly

384

4

API establece que el espacio mximo entre largueros no sera mayorque 0.6m [2 ft (6.28 ft)] en el permetro exterior del tanque, y enanillos interiores una separacin mxima de 1.7 m (5 ft).Para nuestro caso la longitud de circunferencia del tanque

Entonces el nmero delargueros ser: S


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CALCULO DE COLUMNA CON CARGA AXIAL

Procedimientos API 650Segn especificacin AISC, las siguientes formulas son usadas en lugar de la

AISC cuando l/r excede 120 y el esfuerzo ultimo de la columna (Fy) es menor oigual a 250 MPa (36,000 lbf/in2).

r

l

Cc

rl

Cc

rl

FycC

rl

Fa

2006.1

8

)/(

8

)/(3

3

5

2

)/(1

3

3

2

2

Donde

Fy

ECc22


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Cuando l/r excede Cc:

r

lrl

E

Fa

2006.1

)/(23

122

2

DondeFa = Esfuerzo de comprensin, MPa (lbf/in2)Fy = Esfuerzo ultimo del material, MPa (lbf/in2)E = Modulo de Elasticidad, MPa (lbf/in2)l = Longitud de la columna, mm (in)

r = Radio de giro de la columna.

Para nuestro CasoVamos a usar un tobo de 8 SCH 40 ASTM A53 Gr B

inDe 625.8 inDi 981.7

44444 489.72)981.7625.8(049.0)(64

inDiDeI


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22222 34.8)981.7625.8(7854.0)(4

inDiDeA

A

Ir inr 937.2

34.8

489.72

P= peso total es la distribucin de la carga en los largueros por numerode largueros y la longitud

Lbfftft

LbfP 416.4167863.192016.106

EsbeltezEsbeltez Crtica Para Acero al Carbono E=28x103 Gy=26

1.12636

102922 322 Gy

Ec

4291.80

937.2

2204.236

in

in

r

H


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Factor de Seguridad

873.11.1268

4291.801

1.1268

4291.803

3

5

8

1

8

3

3

53

3

3

3

ccFS

Cumple porque debe de estar entre 1.67 y 1.92

Esfuerzo Permisible

2

22

83.15301873.1

)1.126

429.80(

2

1136000)(

2

11

in

Lbf

FS

cy

per

Esfuerzo Real

241.4997

34.8

416.41678

in

Lbf

A

P

Como el Esfuerzo real es menor que el esfuerzo permisible la viga si cumple.


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DISEO Y CLCULO DEL PERFIL DE CORONAMIENTO

Este elemento de los tanques es de suma importancia porque, adems desoportar el eso del techo, rigidiza al cuerpo evitando una posible deformacinu ovalamiento en la parte superior del cuerpo, adems de lograr un sello entreel cuerpo y el techo.

TgWA

3080021765

Donde:

W= Peso total del techo (Kg)= ngulo del techo con respecto a la horizontal (grados).

1. Para tanques de 10,668mm. (35 pies) o menores de dimetro unngulo de 50.8 x 50.8 x 4.76mm. (2 x 2 x 3/16 pulg.).

2. Para tanques mayores de 10,668mm. (35 pies) pero menores oiguales a 18,288mm. (60 pies) de dimetro un ngulo de 76 x 76 x9.52mm. (3 x 3 x 3/8 pulg.).


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CLCULO POR SISMO Y VIENTO.CLCULO POR SISMO.

Los movimientos telricos son un tema muy especial dentro del diseo detanques verticales de almacenamiento, sobre todo en zonas con un alto gradode sismicidad.

Estos movimientos telricos provocan dos tipos de reacciones sobre el tanque,las cuales son:

Cuando la alta frecuencia relativa amplificada provoca un movimientolateral del terreno sobre el que est situado el tanque, posteriormentela cantidad de lquido que el recipiente contiene, se mueve al unsonocon el cuerpo del tanque.Cuando la baja frecuencia relativa amplificada provoca un movimientode la masa del lquido contenido, ocasionando oleaje dentro del tanque.


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MOMENTO DE VOLTEO.

El momento de volteo deber determinarse mediante la siguiente expresin,efectuando los clculos respecto a la base del tanque, por lo que lacimentacin requiere de un diseo particular aparte.

Donde:

M =Momento de volteo (Kg m).Z = Coeficiente ssmicoI = Factor de importancia = 1 para todos los tanques excepto cuandoun incremento en este factor es especificado por el usuario. Se recomiendaque este factor no exceda de 1.5 que es el mximo valor que se puede aplicar.C1, C2 = Coeficiente de fuerza lateral ssmica.Ws = Peso total del cuerpo del tanque (Kg.).Xs = Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centro de gravedadde este (m.).

Wr = Peso total del techo del tanque ms una carga viva especificada porel usuario (Kg.)


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Ht = Altura total del cuerpo del tanque (m.)W1 = Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve al

unsono con el cuerpo del tanque (Kg.)W2 = Peso efectivo de la masa contenida por el tanque que se mueve en elprimer oleaje (Kg.).X2 = Altura desde el fondo del tanque al centroide de la fuerza ssmicalateral aplicada a W2 (m.).

MASA EFECTIVA CONTENIDA EN EL TANQUE.

Las masas efectivas W1 y W2 se determinarn multiplicando WT por las relaciones

W1/WT y W2/WT respectivamente obtenidas de la Figura E-2. y de la relacinD/H.Donde:Wt = Peso total del fluido del tanque (Kg.).D = Dimetro nominal del tanque (cm.)

H = Altura de diseo del lquido (cm.)


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Factores de Zona

Zona Factor de zona Z

3 0.4

2 0.3

1 0.15


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Las alturas desde el fondo del tanque a los centroides de las fuerzas ssmicaslaterales, aplicadas a W1 y W2, (X1 y X2), se determinan multiplicando H por las

relaciones X1/H y X2/H respectivamente obtenidas de la Figura E-3 y de la relacinD/H.


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PRESIN DE VIENTO.

Todos los tanques de almacenamiento se disearn y calcularn para lograr unaestabilidad total. El momento de volteo producido por la constante carga delviento, la cual deber ser considerada de por lo menos 146 Kg/m2 (30 lb/pie2 ) enla superficie del plano vertical, 88 Kg/m2 ( lb/pie2 ), en las reas proyectadas delas superficies del cilindro y 73 Kg/m2 (15 lb/lb2 ) en reas proyectadas desuperficies cnicas y doble curvadas. Lo que se determina en base a una velocidadde viento de 161 Km/h (100 mph). En el caso de que el tanque se localice en unazona geogrfica con una velocidad mayor, se ajustarnlas presiones multiplicando el valor especificado por el resultado de la siguiente

relacin:

Donde:V = Velocidad del viento en Km/h.


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MOMENTO DE VOLTEO.

El momento de volteo producido por el viento se considera una cargauniformemente repartida sobre una viga empotrada en un extremo, por lo queel momento ser igual a:

Donde:M = Momento de volteo ( Kg -m).Pv = Presin de viento (Kg/m2 ).Dmx.= Dimetro exterior del tanque incluyendo lneas de tuberas (m.)HT = Altura total del tanque incluyendo el techo (m.)

Para tanques que no estn anclados, el momento de volteo por presin deviento no debe exceder de la siguiente expresin:


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Donde:W = Peso muerto del tanque disponible para resistir el levantamiento

(Kg.), menos cualquier corrosin permisible, menos simultneamente ellevantamiento por condiciones de presin interna sobre el techo.D = Dimetro nominal del tanque (m.)Cuando la relacin anterior sea menor o igual al momento de volteo, se tendrque anclar el tanque.

ANEXO FOTOS


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ANEXO FOTOS


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