TANQUE DE ALMACENAMIENTO AGUA

TANQUE DE ALMACENAMIENTO AGUA

OBJETIVOS

Conocer los parmetros ms importantes necesarios para el diseo de un tanque de almacenamiento de agua.

Mediante la norma ISO llevar a cabo los clculos respectivos de los componentes del tanque de almacenamiento.

Conocer con que normas se puede realizar un tanque de almacenamiento de agua.

INTRODUCCIN

MARCO TERICO:Definicin:Los tanque de almacenamiento de agua son construidos con laminas de acero, soldados de varios tamao y capacidades, con presiones internas superior (atmosfricas pequeas), pero que no excedan el peso de las planchas del techo.La norma API- 650 se aplica en tanques de aceites verticales, cilndricos, construidos sobre el nivel del piso, con techo cerrado. Presin no mayor que A continuacin, definiremos los conceptos ms empleados en el proyecto de nuestro tanque de almacenamiento, con la finalidad de facilitar su comprensin: BOQUILLA.- Orificio practicado en un tanque para la entrada y/o salida de un fluido o la instalacin de un instrumento de medicin, generalmente son bridadas o roscadas.

BRIDA.- Accesorio para acoplamiento de tuberas, que facilita el armado y desarmado de las mismas.

CARGA HIDROSTTICA.- La presin ejercida por un lquido en reposo.

CARGA MUERTA.- La fuerza debida al peso propio de los elementos a considerar.

CARGA VIVA.- La fuerza ejercida por cuerpos externos, tales como: nieve, lluvia, viento, personas y/o objetos en trnsito, etc.

CDIGO.- Conjunto de mandatos dictados por una autoridad competente.

CORROSIN.- Desgaste no deseado, originado por la reaccin qumica entre el fludo contenido y/o procesado y el material de construccin del equipo en contacto con el mismo.

EFICIENCIA DE JUNTAS SOLDADAS.- Valor numrico dado por el Cdigo o Estndar correspondiente (Grado de Confiabilidad).

ESTNDAR.- Sugerencias para la fabricacin y diseo, originadas por la experiencia.

NORMA.- Conjunto de reglas para el dimensionamiento y clculo de accesorios.

PRESIN ATMOSFRICA.- Es la producida por el peso del aire y su valor depende de la altura del sitio indicado sobre el nivel del mar.

PRESIN DE DISEO.- Es la presin manomtrica considerada para efectuar los clculos

PRESIN DE OPERACIN.- Presin manomtrica a la cual estar sometido el tanque en condiciones normales de trabajo.

PRESIN DE PRUEBA.- Valor de la presin manomtrica que sirva para realizar la prueba hidrosttica o neumtica.

RECIPIENTE.- Depsito cerrado que aloja un fludo a una presin manomtrica diferente a la atmosfrica, ya sea positiva o negativa.

TANQUE.- Depsito diseado para almacenar o procesar fludos, generalmente a presin atmosfrica o presin internas relativamente bajas.

TIPOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO. Los tanques de almacenamiento son generalmente construidos en base de componentes metlicos capaces de almacenar fluidos de manera eficiente. Estos tanques, se pueden clasificar segn: Por su construccin Por su forma Por su capacidad

POR SU CONSTRUCCION:

EMPERNADOS: Son construidos en plantas de produccin donde cuya actividad sea temporal y se necesite el desmantelamiento, que debe ser de un fcil proceso.

SOLDADOS: Estos tanques son de mayor capacidad de almacenamiento, adems de tener la gran ventaja de que las juntas de las planchas soldadas son permanentes, esto nos quiere decir que evita fugas, que se produciran en los tanques unidos a pernos.

POR SU FORMA:

CILINDRICOS: Son especiales puesto sirven para el almacenamiento de combustibles como el petrleo que se recolecta a presiones cercanas a la atmosfrica.

ESFERICOS: Son usados para el almacenamiento de productos ligeros como gasolina, propano, butano.

POR SU CAPACIDAD:

CILINDRICOS HORIZONTALES: Generalmente son de volmenes relativamente bajos, debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexin. Por lo general, se usan para almacenar volmenes pequeos.

CILINDRICOS VERTICALES: permiten almacenar grandes cantidades volumtricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar a presin atmosfrica o presiones internas relativamente pequeas.

Volumen de la sustancia a contenerEs frecuente no utilizar toda la capacidad del estanque en almacenar el producto, debido a diversos factores fsicos como el movimiento del producto en el transporte, gases que emite la sustancia, espuma, etc.; otros de tipo econmico como la prdida de producto por derrame, y factores de diseo como la dimensin del material disponible.La capacidad del estanque posee principalmente 3 tipos de volmenes: volumen muerto, volumen de trabajo o vivo y volumen mximo de diseo.Volumen muerto: corresponde al volumen mnimo de sustancia que puede contener el estanque. Para el caso de fluidos industriales, se utiliza como una forma de asegurar que los slidos que existen en el lquido precipiten al fondo, tambin para el caso de sustancias que generan espuma, se utiliza como volumen reductor de este efecto. Para lquidos puros o sustancias sin mezclas, lo ideal es que no exista este tipo de volumen, o bien, es una forma de asegurar el nivel mnimo de almacenamiento.Volumen de trabajo o volumen vivo: es la capacidad normal de trabajo con la que opera el estanque. Por ejemplo, si se requiere almacenar 20m3 de agua, ese es el volumen de trabajo, y en el diseo se debe sumar adems el volumen muerto y el volumen mximo de diseo.Volumen mximo de diseo: se refiere a la capacidad mxima que permite el estanque. El contenido se asocia al nivel de volumen en relacin a la altura del estanque, que por lo general es de un 80% a 90%.El factor volumen de una sustancia es muy variable, a veces depende de la norma por la cual se regir el diseo.Como ejemplo, podemos ver en la figura, los principales niveles para estanques cilndricos verticales, con sus respectivas capacidadesLocalizacin del estanqueEste factor afecta principalmente a aquellos estanques que estn fijos en un determinado lugar, adems requiere de un completo estudio antes de disear un estanque. Principalmente se debe analizar el entorno donde se construir, el espacio disponible para su construccin y la condicin geogrfica.Entorno: se refiere al estudio que debe realizarse respecto de las condiciones naturales, como por ejemplo accesos, impacto medioambiental, estudios de suelos, etc.El estudio de suelos investiga principalmente la capacidad que posee el terreno para soportar el estanque, determinando la humedad presente, capacidad de drenaje, y resistencia a perforaciones.Espacio disponible: en un estudio previo, se debe determinar la geometra del estanque, ubicarlo geogrfica y topogrficamente dentro de algn recinto, y respaldar la informacin a travs de planos y diagramas de su funcin o proceso. Se incluye tambin, planos donde se indique toda la informacin disponible para su construccin; detallando vistas, secciones, dimensiones, etc. Obteniendo una informacin completa y especfica del diseo, facilitando su interpretacin.Si el estanque es solicitado por encargo, se debe especificar a travs de una hoja de datos o Data Sheet, las caractersticas principales para su construccin, condiciones de servicio y especificaciones tcnicas.Condicin geogrfica: se refiere a las caractersticas climticas y geodsicas en las que se encontrar el estanque. Principalmente, los factores que afectan directamente a una estructura son: el viento, la sobrecarga de nieve y los sismos. Cada uno de estos agentes debe estar incluido en el diseo del estanque y dependern de las normativas generales y locales respectivas al tema.El agua es un compuesto formado por dos volmenes de Hidrgeno y uno de Oxgeno, es comnmente conocido como H2O. La densidad se estima segn aparece en la tabla.Propiedades Fsicas del agua

Consumo de agua en la mineraLa importancia que tiene la minera en el desarrollo econmico de Chile, radica principalmente en la explotacin de cobre que posee el pas.

DiseoOtra de las formas de proteccin ms usadas por fabricantes de estanques, es el diseo de las placas del cuerpo y fondo. Se basa principalmente en el aumento de espesor segn las caractersticas de vida til que se requiera. Como recomendacin, se usa el aumento de 1 mm. de espesor por cada 15 aos de vida til. Se logra con este mtodo, garantizar que el desgaste de las paredes que provoca la oxidacin del agua, no afecte la capacidad de diseo debido a la presin generada en las placas de manto y fondo. Sin embargo, est mtodo no combate la corrosin, por lo que debe estar acompaado de las protecciones anteriormente mencionadas.Donde:S = Mnimo mdulo se seccin requerido entre el nivel superior y ngulo intermedio (incluyendo la porcin del cuerpo del estanque que debe mantener una distancia de por lo menos 16t o 0.78 (Rt)1/2 por debajo, y si es aplicable sobre el anillo unido al cuerpo), en in3.V = Velocidad actual. Si v es menor a 100 mph, el valor (v/100) 1/2, es 1.H = Altura del cuerpo del estanque, en ft.D = Dimetro nominal del estanque, en ft.

DISEO Y CLCULO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO PARA EL AGUA

SELECCIN DE LA DENSIDAD DEL AGUA Y CALCULOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE

Seleccin de la densidad del fluido del agua [1000] kg/m3.Capacidad a almacenar 900 .

CALCULO DE LA MASA:

CLCULO DE LA ALTURA Y DIAMETRO:

Asumimos por diseo que la altura es igual al dimetro.

Variacin del volumen debido a la temperatura:

Datos:

Volumen de diseo (; . (1)Donde:

Variacin del volumen debido a la temperatura

Volumen de diseo (;

Gravedad especifica del fluido a almacenar (Ge)

D= 83 piesDe la tabla para tanques D=50 a 120 (tabla 1)Espesor mnimo de PL del casco =>

FORMULA PARA CALCULAR EL ESPESOR DE LAS PLANCHAS (t)

Calculo del espesor de las planchas del casco, para cada uno de los paos

MODULO DE SECCION DEL ANILLO DE RIGIDEZ:

SELECCIONAMOS EL PERFIL DEL ANILLO DE RIGIDEZ:

De tablas seleccionamos:

CALCULO DE LA CANTIDAD DE PLANCHAS PARA EL CASCO: De acuerdo al espesor de las planchas elegimos un bisel simple

Longitud de la circunferencia : Cantidad de PL de 5*10 en un anillo:

Ajustamos:

CONSIDERANDO LA SEPARACION ENTREC PL Y PL DE CANTIDAD A AGREGAR A LA LONGITUD DE LA CIRCUNFERENCIA ()

= 0,6875

LONGITUD CORREGIDA DE LA CIRCUNFERECIA :

DIAMETRO CORREGIDO DEL TANQUE (D):

CANTIDAD DE PLANCHAS PARA LOS 7 ANILLOS CONSTRUIDOS CON PLANCHAS DE

CANTIDAD DE PLANCHAS PARA EL FONDO

AREA DEL FONDO:

AREA DE UNA PL DE (5*10)

Cantidad (aproximada) de PL de 5*10 para el fondo

CLCULO POR SISMO Y VIENTO

CLCULO POR SISMO

Los movimientos telricos son un tema muy especial dentro del diseo de tanques verticales de almacenamiento, sobre todo en zonas con un alto grado de sismicidad.Estos movimientos telricos provocan dos tipos de reacciones sobre el tanque, las cuales son:

a) Cuando la alta frecuencia relativa amplificada provoca un movimiento lateral del terreno sobre el que est situado el tanque, posteriormente la cantidad de lquido que el recipiente contiene, se mueve al unsono con el cuerpo del tanque.

b) Cuando la baja frecuencia relativa amplificada provoca un movimiento de la masa del lquido contenido, ocasionando oleaje dentro del tanque. El movimiento lateral de las masas, genera fuerzas que actan en el centro de gravedad del tanque, ocasionando la inestabilidad del conjunto, que multiplicado por el brazo de palanca respecto del fondo, originan un momento de volcadura, produciendo una compresin longitudinal, provocando la deformacin del cuerpo. Por lo que el tanque ser diseado para resistir este fenmeno.

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 la cimentacin requiere de un diseo particular aparte.

Dnde:

M = Momento de volteo (Kg m.).Z = Coeficiente ssmico (Ver Figura 3.1. y Tabla 3.1.) z=0.4 zona ssmica tipo 3 Zona CosteraI = Factor de rigidez = 1 para todos los tanques excepto cuando un incremento en este factor es especificado por el usuario. Se recomienda que 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 gravedad de este (m.).Wr = Peso total del techo del tanque ms una carga viva especificada por el usuario (Kg.)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.)X1 = Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centroide de la fuerza lateral ssmica aplicada a W1 (m.).W2 = Peso efectivo de la masa contenida por el tanque que se mueve en el primer oleaje (Kg.).X2 = Altura desde el fondo del tanque al centroide de la fuerza ssmica lateral aplicada a W2 (m.).

ZONIFICACIN SSMICA DEL PER

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 de la relacin D/H.

Wt = Peso total del fluido del tanque (Kg.).D = Dimetro nominal del tanque (cm.)H = Altura de diseo del lquido (cm.)

Las alturas desde el fondo del tanque a los centroides de las fuerzas ssmicas laterales, 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 presentada con la relacin D/H.

CONSIDERACIONES DE DISEO

CARGA POR VIENTO:

CALCULO DE T (PERIODO NATURAL DE ONDAS DEL PRIMER OLEAJE, EN SEGUNDOS)

K = 0.59(FACTOR OBTENIDO DE LA FIGURA)T = KD0.5 = 0.58 * (10.675)0.5T = 19.2768SI T > 4.5Entonces: 1.328

PESO DEL TANQUE:

PESO TOTAL DEL TANQUE:

16320.15 Kg + 4239 Kg + 260.6186 Kg = 20819. 7686 Kg = Wt

ALTURA TOTAL DEL TANQUE:

(m) H= 10.675 m

1.328

1.328

Ahora hallamos el momento:

COMPRESION MXIMA PERMISIBLE DEL CUERPO :

RESISTENCIA A LA VOLCADURA:

COMPRESION DEL CUERPO:

Por lo que el tanque se considera estructuralmente estable y no requiere anclas o incremento de espesores.Calculo por viento (Momento de volteo)Presin del viento:

CALCULO POR VIENTO: El momento de volteo producido por el viento se considera una carga uniformemente repartida sobre una viga empotrada en un extremo, por lo que el 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.)

Reemplazando en la frmula:

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

DONDE:W = Peso muerto del tanque disponible para resistir el levantamiento D = dimetro nominal del tanque (m.) Reemplazando en la frmula: Como se puede apreciar M < 91627.083 por lo que el tanque resiste satisfactoriamente a la presin del viento.

ING. MECNICA19