Resistencia trabajo final 2015

RESISTENCIA DE MATERIALES
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Página 1
Diseño Básico y montaje para Tanque de Almacenamiento
Durand Porras, Juan Carlos [docente asesor]
Gonzales Gonzales, Cristian
Huamán Pedraza, Jorge
Mostacero Berrios, juan
Universidad Privada del Norte (UPN-LIMA), Escuela de Ingeniería Industrial
Resumen:
“En el presente artículo está enfocado particularmente al cálculo de espesores y al montaje, en donde se podrá observar las
diferentes fuerzas que interactúan al izado de las planchas. Puntualmente citaremos algunos tipos de tanques, los cuales son
muy usado en los diferentes sectores de producción. Para el cálculo de los espesores es vital el uso de las normas A.P.I 650,
ya que en ella se nombras la distintas normas que se rigen para el diseño”.
Palabra clave:
A continuación definiremos los términos más empleados en el presente informe:
 Esfuerzo, corrosión, tracción, tanque,planchas,espesores.
Introducción:
La construcción y el diseño, son procesos muy complejos pues influyen diversos factores naturales tales
como los sismos, cargas de viento, etc.
Para ello es importante seleccionar el material adecuado dentro de la variedad de aceros que existe en el
mercado. Lo mismo sucede en el cálculo de espesores, factores como corrosión, presión y la gravedad
específica influyen mucho para el diseño. Por ello, basados en la norma más importante que rige estos
cálculo de ingeniería como es el API 650 se puede realizar los distintos cálculos para escoger el espesor
adecuado y de esta manera evitarnos cualquier tipo de accidente que pueda ocasionarse.

Desarrollo del tema y metodología:
TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Para el desarrollo del presente trabajo de investigación es importante mencionar que, para el diseño y
cálculos nos basamos en la norma API 650.
La norma API650 se aplica en tanques verticales, cilíndricos, construidos sobre el nivel de piso, con techo
cerrado o cielo abierto, presión no mayor que 2.5 lbs/plg2.
También se aplica a tanques cuyo fondo es totalmente soporte uniformemente y a tanques de servicio no
refrigerado con una temperatura máxima de operación de 90°C (200°F), además nos suministrara los
parámetros de construcción de tanques para petróleo, u otros productos, para que sean construidos con
una seguridad y costo razonable sin limitar el tamaño de los tanques.
El material a usarse es una aspecto fundamental para iniciar el diseño de un tanque, para lograr un óptimo
diseño nos apoyaremos en la norma de materiales ASTM A36, sabiendo que la ASTM especifica algunos
materiales aceptables para este tipo de tanques, se puede encontrar otros materiales con mejores
características que también pueden ser usados.
La ASTM A36 es usada para planchas hasta de un espesor de 40 mm (1.5 in), y será la seleccionada por
el diseño estándar que se requiere para el siguiente diseño, cabe señalar que la selecciona de material
también puede realizarse mediante norma ISO, que tiene también tiene una equivalencia y puede
seleccionar materiales adecuados para el diseño de tanques.
Un mal uso de los criterios o un uso inadecuado de las normas de fabricación pueden llevar al fracaso de
un proyecto, incurriendo en desgaste, deformación, derrames del contenido, fatiga o hasta roturas.

Las láminas para los techos fijos y flotantes deben cumplir con las normas ASTM A570M/A570, grado
33. Deben ser fabricadas en acerías por hornos de corazón abierto o proceso de óxido básico.
Se pueden pedir en base a peso o también en espesores, esto garantizara la resistencia del material.
Los perfiles estructuras deben ser del siguiente tipo:
- ASTM A36M/A36
- ASTM A131M/A131
- Aceros estructurales de AISC (Specification for structural Steel buildings, allowable stress design)
- CSA G40.21-M, grados 260W, 300W, 350W, 260WT, 300WT y 350WT.
- ISO 630, grados Fe 42 y Fe 44, calidades B, C y D.
- Fabricados por algún estándar nacional reconocido y aceptado por el comprador.

Tabla de temperaturas mínimas de diseño
Tabla de contenido máximo permisible de aleación

Acero ASTM A36.
Para la fabricación del tanque previamente diseñado usaremos el acero del tipo ASTM A36.
Es un acero estructural al carbono, utilizado en construcción de estructuras metálicas, puentes, torres de
energía, torres para comunicación y edificaciones remachadas, atornilladas o soldadas, herrajes eléctricos
y señalización.
Composición química de la colada:
Carbono (C) 0.26% máximo
Manganeso (Mn) No hay requisito
Fosforo (P) 0.04% máximo
Azufre (S) 0.05% máximo
Silicio (Si) 0.40% máximo
Cobre (Cu) * 0.20% mínimo
* Cuando se especifique
Propiedades:
Como la mayoría de los aceros, el A36, tiene una densidad de 7850 kg/m³ (0.28 lb/in³). El acero A36 en
barras, planchas y perfiles estructurales con espesores menores de 8 pulg (203,2 mm) tiene un límite de
fluencia mínimo de 250 MPA (36 ksi), y un límite de rotura mínimo de 410 MPa (58 ksi). Las planchas
con espesores mayores de 8 plg (203,2 mm) tienen un límite de fluencia mínimo de 220 MPA (32 ksi), y
el mismo límite de rotura.
Propiedades mecánicas:
Límite de fluencia mínimo Resistencia de tracción
Mpa PSI
PSI Mpa
Min Max Min Max
250 36000 58000 80000 400 550
Formas
El acero A36 se produce en una amplia variedad de formas, que incluyen: Planchas, Perfiles estructurales,
Tubos, Láminas.
Métodos de unión
Las piezas hechas a partir de acero A36 son fácilmente unidas mediante casi todos los procesos de
soldadura. Los más comúnmente usados para el A36 son los menos costosos y rápidos como la Soldadura
por arco metálico protegido (SMAW, Shielded metal arcwelding), Soldadura con arco metálico y gas
(GMAW, Gas metal arc welding), y soldadura oxiacetilénica. El acero A36 es también comúnmente
atornillado y remachado en las aplicaciones estructurales: edificios, puentes, torres, etc.

Definición
Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva suficiente de algún
producto para su uso posterior y/o comercialización.
Tipos de tanque:
Tanques Cilindros Horizontales:
Estos tanques generalmente se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza química
(ácidos, álcalis, combustibles, lubricantes, et c). Son de mediana capacidad de almacenaje (V < 150 m3).
Tanques cilindros verticales:
Se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza química (ácidos, álcalis, hidrocarburos,
efluentes industriales, etc.) y son de gran capacidad de almacenaje (V = 10 a 20.000 m3).

Clasificación de tanques verticales
De techo fijo:
Recipientes cilíndricos verticales con techo fijo, de diámetro y altura según capacidad, cerrados, que
ventean a la atmósfera a través de válvulas de presión y vacío provistas de arrestadores de flama, usados
para almacenamiento de hidrocarburos y líquidos en general con presión de vapor baja (5 PSIG)
De techo flotante:
El techo flotante puede ser interno (existe un techo fijo colocado en el tanque) o externo (se encuentra a
cielo abierto). En cualquier caso, entre la membrana y la envolvente del tanque, debe existir un sello.

Sin techo:
Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante que éste se contamine o que se evapore
a la atmósfera como el caso del agua cruda, residual, contra incendios, etc.
De techo cónico:
Sus dimensiones aproximadas son de 250 pies de diámetro y 60 pies de altura. El techo esta soportado por
una estructura interna. El tanque de techo cónico y el de techo de domo son variaciones del tipo
cilíndrico.

Calculo, diseño del tanque de almacenamiento bajo las normas
API 650
Código Para el Diseño y Especificaciones:
Código de Diseño:
 Normas A.P.I 650
Especificaciones del Tanque:
 Diámetro Interno 25,332 mm
 Altura 12,150 mm
 Presión de Diseño Hidrostática
 Temperatura de Diseño Ambiente
 Gravedad Especifica 0,933
 Producto Agua
 Capacidad 6124 m3
Materiales:
 Planchas ASTM A36
Propiedades Mecánicas del Material:
Componentes Material Esfuerzo a la Límite Corrosión
Tracción Elástico Admisible
St(N/mm²) Sy(N/mm²) c.a.(mm)
PLANCHA VIROLAS
Plancha del casco 1er A 36 400,00 250,00 3,000
2do A 36 400,00 250,00 1,600
3er A 36 400,00 250,00 1,600
4to A 36 400,00 250,00 1,600
5to A 36 400,00 250,00 1,600
6to A 36 400,00 250,00 1,600
Plancha anular A 36 400,00 250,00 3,000
Plancha del fondo A 36 400,00 250,00 3,000
Plancha del techo A 36 400,00 250,00 1,600

Calculo de Espesores Para el Tanque:
En el mercado se comercializan planchas de diferentes tamaños. Las planchas que se utilizaran en el
diseño del tanque, marcaran la pauta para determinar el volumen, altura y diámetro posible del tanque.
Para nuestro caso el formato óptimo es de 2400x6000mm.
Espesores para el Casco o Cuerpo
Dn: Diámetro Nominal. : 25.332 (m)
H: Altura. : 12.150 (m)
G: Gravedad Especifica. : 0.933
Sd: Esfuerzo permisible. : 151.11 (N/mm2)
Ca: Corrosión Admisible. : 3; 1.6 (mm)
St: Esfuerzo hidrostático Permitido. : 400 (N/mm2)
Espesor del casco en condición de Diseño
4.9Dn ( H - 0.3 ).G
td = + c.a
Sd
Espesor del casco en condición de Prueba Hidrostática
4.9Dn ( H - 0.3 )
tt =
St
Fuerza de la Gravedad 9,81 m/s
No. Mat'l Material Ancho Altura Max. t.diseño t.hidros. t.min tsc.
Codigo (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)
No.
1 1 A 36 2.400 12.150 12,09 8,59 12,09 12,50
2 1 A 36 2.400 9.750 8,85 6,85 8,85 9,00
3 1 A 36 2.400 7.350 7,01 5,11 7,01 8,00
4 1 A 36 2.400 4.950 5,17 3,37 6,00 6,00
5 1 A 36 2.400 2.550 3,32 1,63 6,00 6,00
6 1 A 36 150 150 1,48 -0,11 6,00 6,00

De acuerdo a la hoja de cálculo, usaremos los siguientes espesores comerciales:
Espesor para el Fondo y Placa anular
Espesor de Fondo
El espesor mínimo según norma debe ser e=6mm, y deberá agregarse el espesor por corrosión. Entonces
el espesor será:
E= 6.00 mm+ 3mm = 9mm
Por lo tanto el espesor mínimo será de 9.00 mm por lo que usaremos una plancha comercial de 9.5mm,
para el fondo del tanque de material acero al carbono ASTM A-36.
Espesor de Placa Anular
Ahora calcularemos el esfuerzo permisible en el primer anillo, para calcular el espesor mínimo de
acuerdo al cuadro mostrado:
El cálculo de espesor, según API 650 nos dice que es como mínimo 6mm por lo que tendremos que
adicionarle los 3mm de corrosión admisible para finalmente obtener el espesor de 9mm entonces
seleccionaremos la plancha comercial de 12mm, el detalle se encuentra en el cálculo del ancho de la
placa anular, el cual se desarrollara con la siguiente formula:
Anillo Espesor (mm)
1 12,5
2 9
3 8
4 6
5 6
6 6
Esfuerzo por prueba hidrostática en la primera virola
4.9Dn(H-0.3) = 117,70 N/mm²
tsc1
Dónde
Dn = Diámetro Nominal, Dn ( nuevo) (basado en la primera virola ) = 25,339 m
H = Altura de diseño del líquido = 12,150 m
tsc1 = Espesor nominal de la primera virola = 12,500 mm
St =

(iv) Mínimo ancho radialde la plancha anular(cl. 5.5.2)
215ta
(HL. SG )0.5
Dónde:
ta =Espesorde plancha anular = 12,000 mm
HL =Máxima altura de diseño dellíquido = 12,15 m
SG =Gravedad específica de diseño = 0,93
La = = 766,29 mm
Espesor para Techo Cónico
Las planchas de techo deben estar entre los siguientes rangos:
5mm < t < 12.7mm
Esto tipo de techo la inclinación con el cual se trabajara será de 3,58º de pendiente.
Espesor Mínimo: 5mm
Corrosión admisible: 1.6mm
Por lo tanto el espesor de 6.6 mm, pero lo comercial en el mercado es de 8.00 mm

Calculo para el Izaje
El montaje de un tanque es un proceso muy delicado, por ello
los cálculos tiene que ser lo más preciso posible. Se necesita
tener en cuenta las fuerzas que interactúan entre ellas, tales
como la tensión que soportan las cadenas, el peso que soportar
,esfuerzo de tracción entre otras.
FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL MONTAJE

Realizando un diagrama de cuerpo libre a la oreja de izaje, observamos que el peso de la plancha se
distribuye en dos puntos, para nuestro análisis tomaremos uno de ellos.
Continuación calcularemos la tensión en la cadena:
Tc =
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜
𝑆𝑒𝑛 45º
=
4520
𝑆𝑒𝑛 45º
= 6392.24 𝑁
Observamos que la cadena soportara una tensión de 6392.24N,
por lo tanto usaremos una cadena que tenga un grosor de
eslabón de 7 mm.
Aprovechando el D.C.L calcularemos la fuerza de tracción y el esfuerzo de tracción:
Fuerza de Tracción
Tc (y) = Carga de Diseño = 4520N
Esfuerzo de Tracción
E.t=
𝑇𝐶 (𝑌)
𝐴𝑟𝑒𝑎
=
4520
1270
= 3.6 N/mm2 Área = área base de oreja de izaje = 100x12.7 =1270mm2
Esfuerzo de flexión y Corte Permisible
E.f= 0.6 x Fy = 0.6 x 25.165 = 15.2 Kg/mm2
E.C= 0.4 x Fy = 0.4 x 25.165 = 10.066 Kg/mm2
Fy= Esfuerzo de fluencia del acero ASTM A-36 = 25.165 Kg/mm2

Resultados
 Tal como mencionamos al inicio de este proyecto, fueron muchos los factores que intervinieron
para el cálculo de estos espesores y apoyados con el API 650, se pudo obtener los siguientes
resultados :
 Para el izado de las plancha el cual formaran el cuerpo del tanque, se pudo obtener mediante el
cálculo de la tensión, el diámetro del eslabón que utilizaremos para el levantamiento de estas
teniendo como resultado 7mm.
Conclusiones
 Teniendo como apoyo las normas API, se puedo determinar el cálculo exacto de los espesores.
 Es muy importante que para cada diseño de estructuras se utilicen estos cálculos, debido a que nos
permite conocer los esfuerzos a que serán sometidos los materiales.
Elemento Espesor (mm)
Fondo 9
Placa Anular 12
techo Conico 12.7
Cuerpo o Cilindro Espesor (mm)
1er Anillo 12.5
2do Anillo 9
3er Anillo 8
4to Anillo 6
5to Anillo 6
6to Anillo 6

Referencias
[1] API 650 (1998). Tanques de Acero soldadospara el Almacenamiento de petróleo.
[2] Sider Perú (2008,abril).Catálogosde Planchas A-36
[3] A.L. Casillas (2004).Maquinas –Calculo deTaller

Resistencia trabajo final 2015

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Resistencia trabajo final 2015

Similar a Resistencia trabajo final 2015 (20)

Último

Último (20)

Resistencia trabajo final 2015