T-102-Diseño mecánico

8/2/2019 T-102-Diseo mecnico

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ISOPROPANOL2010-IPA-M-CN-201-A Pgina

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A 23-may-11 Para Aprobacin Grupo 8 AHA JMP

Rev Fecha Descripcin Elabor Revis Aprob

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NDICE

NDICE............................................................................................................................ 21. OBJETOY ALCANCE...................................................................................................... 3

REALIZARELDISEOMECNICODELRECIPIENTECOMPLETO, SUSACCESORIOSYSOPORTES................ 32. REFERENCIAS............................................................................................................... 33. DATOSDEDISEO......................................................................................................... 3

TOMAMOSLOSDATOSDEDISEOVOLCADOSENLAHOJADEDATOSDELACOLUMNA T-102.............. 34

4. CLCULOS................................................................................................................... 5

4.1. CLCULO DELOS ESPESORESDEPAREDPARAENVOLVENTEYCABEZALESDE LACOLUMNADEDESTILACIN T-102, APRESININTERNA: ...................................................................................................5

4.2. CLCULODEPRESIONESMXIMASADMISIBLESPARALOSESPESORESADOPTADOS: ..............................64.3. VERIFICACINDELRECIPIENTEAPRESINEXTERNAYDISEODERIGIDIZADORES: .................................74.4. DETERMINACINDELOSPESOSENLASDISTINTASCONDICIONES: .....................................................84.5. ANLISISDETENSIONESENLATANGENTEINFERIOR: ...................................................................114.6. CLCULODELESPESORDELAPOLLERA: .................................................................................164.7. DETERMINACINDECANTIDADYTAMAODEBULONESDEANCLAJE: ...............................................17

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1. OBJETOY ALCANCE

Realizar el diseo mecnico del recipiente completo, sus accesorios y soportes.

2. REFERENCIAS

Cdigo ASME BPVC- Seccin VIII Div. 1.Cdigo ANSI B.31.3.Reglamento CIRSOC 102.Documento: 2010-IPA-M-DS-012-B Hoja de datos torre T-102.Documento: 2010-IPA-P-CN-003-A - Balance de masa y energa.Documento: 2010-IPA-P-CN-063-A Memoria de clculo de columnas.Documento: 2010-IPA-P-FD-002-C - Diagrama de flujo de procesos.Documento: 2010-IPA-P-PI-003-B - Diagrama de caeras e instrumentacin.

3. DATOSDEDISEO

Tomamos los datos de diseo volcados en la hoja de datos de la columna T-102.

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Di 94.5cm:= RiDi

247.25 c=:= Di: dimetro interno del recipiente.

Lo 3980cm:= Lo: altura del recipiente entre tangentes.

Pd 25kg

cm2

:= Pd: presin de diseo.

Td 437 F( ):= F Td: temperatura de diseo.

c 0 .16c:= c: sobrespesor por corrosin.

El material es SA 515 Gr 70.

Sa 140 6kg

cm2

:= Sa: Tensin admisible del material.

E 0.85:=E: Eficiencia de junta.


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4. CLCULOS

4.1. CLCULODELOSESPESORESDEPAREDPARAENVOLVENTEYCABEZALES DELACOLUMNADEDESTILACIN T-102, APRESININTERNA:

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Clculo de espesor de pared para envolvente:

td1Pd Ri

Sa E 0.6 Pdc+ 11.61 mm=:= td1: espesor de diseo para la envolvente.

El espesor comercial inmediatamente mayor es ts1 12.70 mm:=

Clculo de espesor de pared para cabezal esfrico:

td2Pd Ri

2 Sa E 0.2Pdc+ 6.552m=:= td2: espesor de diseo para cabezal esfrico.

El espesor comercial inmediatamente mayor es ts2 7.93mm:=

Clculo de espesor de pared para cabezal semielptico 2:1:

k 1:=

td3

Pd Di k

2 Sa E 0.2Pd c+ 11.505m=:= td3: espesor de diseo para cab. semielptico 2:1.

El espesor comercial inmediatamente mayor es ts3 11.11m:=

Clculo de espesor de pared para cabezal toriesfrico:

Li 750 mm:=

r 220 mm:=

Li

r3.409=

Li

r16

2

3+


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4.2. CLCULODEPRESIONESMXIMASADMISIBLESPARALOSESPESORESADOPTADOS:

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td4Pd Li Mt

2 Sa E 0.2 Pdc+ 11.124 mm=:=

El espesor comercial inmediatamente mayor es ts4 12.70 mm:=

Por lo tanto, seleccionamos los cabezales semielpticos 2:1 porque son ms econmicos que los esfricos y se

pueden fabricar con un espesor menor al de los cabezales toriesfricos.

td4: espesor de diseo para cabezal toriesfrico.

Padm1Sa E ts1 c( )

Ri 0 .6 ts1 c( )+27.685

kg

cm2

=:= envolvente( )

Padm32Sa E ts3 c( )

k Di 0 .2 ts3 c( )+

24.005kg

cm2

=:= (cabezales semielpticos)

Como la presin admisible para los cabezales es menor que la presin de diseo, adoptaremos un espesorcomercial de:

ts3a 12.70mm:=

Entonces,

Padm32Sa E ts3a c( )

k Di 0 .2 ts 3a c( )+28.01

kg

cm2=:= (cabezales semielpticos)


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4.3. VERIFICACINDELRECIPIENTEAPRESINEXTERNAYDISEODERIGIDIZADORES:

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Envolvente:

Do Di 2 ts1+ 97.04c=:= Do: Dimetro externo.

ts1 ts1 c 11.1 m=:= ts1: Espesor corrodo.

Por ser un cabezal semielptico 2:1, la altura del cabezal es la siguiente:

hDo

424.26 cm=:= h: altura del cabezal.

Ls1 Lo2 h

3+ 39.962m=:=

Clculo del Factor A (grfico):

Ls1

Do41.181=

Facto r A 0 .0 0 0 1:=Do

ts1 87.423=

Factor B: Cae a la izquierda de las curvas.

2.7 107psi:= : Mdulo de elasticidad.

Padm2

3

FactorA Do

ts1

30.884psi=:= Padm: Presin admisible.

Padm Patm Por lo tanto, no necesita refuerzos en la envolvente.


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4.4. DETERMINACINDELOSPESOSENLASDISTINTASCONDICIONES:

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Cabezales:

k1 0.:= (para cabezal semielptico)

Ro k1 Do 87.336 cm=:=

ts3 ts3 c 6.33 m=:= ts3: Espesor corrodo del cabezal.

FactorA20.125

Ro

ts3

9.0 6 1 04

=:=

Factor B (grfico): B 9800psi:=

Padm2B

Ro

ts3

71.029 psi=:=

Padm2 PatmPor lo tanto, no necesita refuerzos en los cabezales.

Carga de cada cabezal:

A 1.24 D i2 1.11m2=:=

V A ts3a 0.01m3=:=

mat 99.69kg

m3

:=Wc V mat 1.4kg=:=Carga de envolvente:Dm

Di Do+

20.96m=:=

Dm: dimetro medio.We Dm Lo mat ts1 151.61kg=:=


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Carga de los platos:

Ap 0.701m2

:= Ap: rea total del plato.

tp 12.70m:= tp: espesor del plato.

wp mat Ap tp 0.89kg=:= considerando espesor de 12,7 mm (en pg. 19)

n 40:= n: nmero de platos.

Wp n wp 35.5kg=:=

Carga excntrica:

Wex 0kg:=

Carga de aislacin en envolvente:

da 3in 0 .0 8m=:= da: espesor de aislacin

ais 120kg

m3

:= (valor estimado de proveedor) ais: densidad de aislacin

Wae Do Lo da ais 1109.48kg=:=

Carga de aislacin en cada cabezal:

Wac 1.24 D o2 da ais 10.68kg=:=

Carga de accesorios:

Wacc 0 .10 We 2 Wc+ Wp+( ) 18.99kg=:=Peso total del recipiente vaco:Wtv 2 Wc We+ Wp+ Wex+ Wae+ 2Wac+ Wacc+ 1339.74kg=:=


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Peso del lquido en los platos:

lq 50lb

ft3

800.92kg

m3

=:= lq: densidad del lquido

hreb 50.8m:= hreb: altura del rebosadero.

Wlp n Ap hreb lq 1140.86kg=:=Peso del lquido en el cabezal inferior:

Ve Di

2

4 Lo 27914.93L=:= Ve: volumen zona envolvente.

Vc 0.1303Di3

10 9.96L=:= Vc: volumen zona cabezal.

Wlc Vc 0 .75Ve+( ) lq 16856.36kg=:= 75% de inundacin

Peso total en operacin:

Wto Wtv Wlp+ Wlc+ 19336.96kg=:=

Peso total en prueba:

agua 10 0 0kg

m3

:=

Wca Vc agua 109.96kg=:= Wca: peso cabezal lleno de agua.

Wea Ve agua 27914.93kg=:= Wea: peso envolvente lleno de agua.

Wtp Wtv 2Wca+ Wea+ 29474.59kg=:=


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4.5. ANLISISDETENSIONESENLATANGENTEINFERIOR:

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Ef 1:= Ef: eficiencia de junta.

Tensin por peso propio:

SwWtv

Dm ts1 Ef40115.98

kg

m2

=:=

Tensin por carga excntrica:

SexWex

Dm ts1 Ef0=:=

Tensin por presin interna:

SpiPd Ro 0.4ts1 Pd

2 ts1 Ef9785135.14

kg

m2

=:=

Tensin por viento:

27.2m

s6.6

m2

kg skg

h=:= : Velocidad de ref. en Bs.As

C p 1.45:= Cp: coeficiente de velocidad probable.

Vo Cp 39.44m

s

=:= Vo: velocidad bsica de diseo

qo1

21.2

kg

m3

Vo2

9.8m

s2

95.24kg

m2

=:= qo: presin dinmica bsica


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C z 1.14:= Cz: Coeficiente adimensional (rugosidad del terreno tipo

II)

Cd: Coeficiente de reduccin por dimensionesCd 1:=

qz qo Cz Cd 108.85kg

m2=:= qz: presin dinmica de clculo

C 0.:= C: Coeficiente de forma

Fv C qz Do Lo 2942.91kg=:= Fv: Fuerza del viento

Mv FvLo

2 58563.93m kg=:= Mv: momento flector mximo

debido al viento

Sumatoria de tensiones:

Sto tal Sa E> Entonces, debemos aumentar el espesor de chapa.

SvMv

Ri2

ts1 Ef7522353.12

kg

m2

=:=

Sto tal Sw Sex Spi+ Sv+ 17267372.28kg

m2

=:=

Sa 14060000kg

m2

=

Clculo de pesos con un espesor mayor:

ts3a 15.87m:=

ts1 15.87m:=

ts1 ts1 c 14.27m=:=Carga de cada cabezal:A 1.24 D i

2 1.11m2=:=V A ts3a 0.02m3=:=mat 99.69

kg

m3

:=Wc V mat 1.75kg=:=


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Carga de envolvente:

DmDi Do+

20.96m=:= Dm: dimetro medio.

We Dm Lo mat ts1 189.45kg=:=

Carga de los platos:

Ap 0.701m2:= Ap: rea total del plato.

tp 12.70m:= tp: espesor del plato.

wp mat Ap tp 0.89kg=:= considerando espesor de 12,7 mm (en pg. 19)

n 40:= n: nmero de platos.

Wp n wp 35.5kg=:=

Carga excntrica:

Wex 0kg:=

Carga de aislacin en envolvente:

da 3in 0 .0 8m=:= da: espesor de aislacin

ais 120kg

m3

:= (valor estimado de proveedor) ais: densidad de aislacin

Wae Do Lo da ais 1109.48kg=:=Carga de aislacin en cada cabezal:

Wac 1.24 D o2 da ais 10.68kg=:=

Carga de accesorios:Wacc 0 .10 We 2 Wc+ Wp+( ) 22.85kg=:=Peso total del recipiente vaco:Wtv 2 Wc We+ Wp+ Wex+ Wae+ 2Wac+ Wacc+ 1382.13kg=:=


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Peso del lquido en los platos:

lq 50lb

ft3

800.92kg

m3

=:= lq: densidad del lquido

hreb 50.8m:= hreb: altura del rebosadero.

Wlp n Ap hreb lq 1140.86kg=:=

Peso del lquido en el cabezal inferior:

Ve Di

2

4 Lo 27914.93L=:= Ve: volumen zona envolvente.

Vc 0.1303Di3 109.96L=:= Vc: volumen zona cabezal.

Wlc Vc 0 .75Ve+( ) lq 16856.36kg=:= 75% de inundacin

Peso total en operacin:

Wto Wtv Wlp+ Wlc+ 19379.35kg=:=

Peso total en prueba:

agua 10 00

kg

m3:=

Wca Vc agua 109.96kg=:= Wca: peso cabezal lleno de agua.

Wea Ve agua 27914.93kg=:= Wea: peso envolvente lleno de agua.

Wtp Wtv 2Wca+ Wea+ 29516.99kg=:=

Analisis de tensiones en la tangente inferior:

Ef 1:= Ef: eficiencia de junta.

Tensin por peso propio:

SwWtv

Dm ts1 Ef32191.91

kg

m2

=:=


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Tensin por carga excntrica:

SexWex

Dm ts1 Ef0=:=

Tensin por presin interna:

SpiPd Ro 0.4ts1 Pd

2 ts1 Ef7600315.35

kg

m2

=:=

Tensin por viento:

27.2m

s

6.6m

2

kg s

kg

h

=:= : Velocidad de ref. en Bs.As

C p 1.45:= Cp: coeficiente de velocidad probable.

Vo Cp 39.44m

s=:= Vo: velocidad bsica de diseo

qo1

21.2

kg

m3

Vo2

9.8m

s2

95.24kg

m2

=:= qo: presin dinmica bsica

C z 1.14:= Cz: Coeficiente adimensional (rugosidad del terreno tipoII)

Cd: Coeficiente de reduccin por dimensionesCd 1:=

qz qo Cz Cd 108.85kg

m2

=:= qz: presin dinmica de clculo

C 0.:= C: Coeficiente de forma

Fv C qz Do Lo 2942.91kg=:= Fv: Fuerza del viento

Mv Fv Lo2

585 63.93m kg=:= Mv: momento flector mximodebido al viento

SvMv

Ri2

ts1 Ef5851304.81

kg

m2

=:=


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4.6. CLCULODELESPESORDELAPOLLERA:

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Sumatoria de tensiones:

Sa 140 6 00 0 0kg

m2

=

Sto tal Sa< Entonces, verifica.

Sto tal Sw Sex Spi+ Sv+ 13419428.25kg

m2=:=

ex 0:= ex: distancia de la carga excntrica al eje.

Mex Wex ex 0=:= Mex: momento de la carga excntrica

Ep 0 .:= Ep: Eficiencia de junta de pollera.

tp1 Mv Mex+ Ro

2 Sa Ep

WtoDo Sa Ep

+ 3.65m=:= Elegimos el espesor mayor (tp1)

tp2Mex

Ro2 Sa Ep

Wtp

Do Sa Ep+ 1.15m=:=

El espesor comercial ms cercano es: tps 4.76m:=


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4.7. DETERMINACINDECANTIDADYTAMAODEBULONESDEANCLAJE:

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Adoptamos 2,25", y segn tabla tenemos:

Aba 3.02in2:= Aba: rea de buln adoptada

dba4 Aba

4.98c=:= dba: dimetro de buln adoptado

l2 2 34

+ in 6.98cm=:=

Db Do 2 l2+ 1.11m=:= Db: dimetro del crculo de bulones.

RbDb

20.56m=:=

De tabla B, obtenemos que el nmero de bulones debe ser:.16 Nb 2

Nb 1:= Nb: nmero de bulones

Lp 2m:= Lp: Altura de polleraCe 0 .7:=

Fv2 C e qz Do Lo Lp+( ) 30 90 .8kg=:=

Mv2 Fv2Lo Lp+( )

2 64597.63m kg=:=

TbMv2 Mex+

Rb2

66742.51

kg

m=:= Tb: Tensin mxima en el crculo de bulones

Ft Tb Db 232763.3kg=:= Ft: fuerza total

Sb 1055kg

cm2

:=Sb: Esfuerzo mximo permitido (tabla C)Ab

Ft

Nb Sb13.79cm

2=:=Ab: Area requerida de buln

dbc4 Ab

4.19c=:=

dbc: dimetro de buln calculado


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db dbc 3.2mm+ 4.51c=:= Siendo 3.2 mm el espesor por corrosin.

dba 4.98c=

dba db> Entonces verifica.

f 500lb

in2

:= f : factor que depende del tipo de concreto que se utilice para lafundacin (de tabla)

Lb

Ft

Nb f dba 26.45cm=:= Lb: longitud del buln

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