Tanques API

76.54 Instalaciones de Plantas de Proceso - FIUBA

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento contienen un gran volumen disponible para almacenar líquidos a presión atmosférica. Como en su gran mayoría han sido utilizados por las refinerías y yacimientos petroleros, muchas de las reglas de dimensionamiento vienen de este tipo de industrias.En particular desarrollaremos el método empleado por la Norma API (American Petroleum Institute) 650, en particular a la edición vigente, esto es a la undécima edición, de Junio del 2007, con las Adendas de los años 2008, 2009 y 2011 más la Errata de Octubre de 2011. Esta Norma se refiere a los tanques donde se almacenan líquidos a presión atmosférica o con muy ligeras sobrepresiones (la norma admite un máximo de presión por encima del líquido igual al peso del techo, salvo los casos de aplicación de consideraciones especiales). También se limita a tanques no refrigerados y a aquellos cuya temperatura no supera los 93°C (200°F) En este apunte seguiremos las expresiones de cálculo de la Norma en unidades inglesas, salvo que se especifique claramente otra unidad.

ORDENAMIENTOLa Norma contiene un cuerpo principal donde se dan las reglas generales de diseño, fabricación, montaje, inspección, procedimientos de soldadura e identificación de los tanques.

Al comienzo del cuerpo principal se detallan en el alcance los siguientes ítems:

Indice Alcance Listado de apéndices Limites de aplicación (límites físicos de alcance del Standard) Responsabilidades Documentación requerida

Luego del alcance se listan todas las Normas de referencia y las definiciones usadas en el texto (glosario).La Norma contiene los siguientes apéndices:

Apéndice Contenido ObligatoriedadA Reglas de diseño para tanques pequeños (chapa

hasta 12.5 mm)Elección del Cliente

AL Tanques de aluminio Requerimientos

B Fundaciones para tanques de fondo plano sobre nivel de suelo

Recomendaciones

C Techo flotante exterior Requerimientos

D Consultas técnicas Procedimientos

E Diseño sísmico de tanques para pequeñas presiones internas

Elección del Cliente

document.docx Página 1 de 35


EC Comentarios sobre Apéndice E Información

F Diseño de tanques para pequeñas presiones internas Requerido

G Techos tipo domo de aluminio soportados estructuralmente

Requerimientos

H Techos flotantes internos Requerimientos

I Detección de perdidas bajo el tanque y protección del subsuelo


J Tanques pre-armados en taller Requerimientos

K Ejemplos de aplicación del método de punto variable Información

L Hojas de Datos según API 650 Requerido

M Tanques que operan a temperaturas elevadas (entre 93 y 260°C)

Requerimientos

N Uso de materiales nuevos no identificados Requerimientos

O Conexiones debajo del fondo Elección del Cliente

P Cargas externas permitidas sobre conexiones del tanque


R Cálculo de solicitaciones combinadas Requerimientos

S Tanques de almacenamiento de acero inoxidable Requerimientos

SC Tanques construidos en acero inoxidable en combinación con acero al carbono

Requerimientos

T Métodos de ensayo no destructivo, procedimientos, calificación del personal y standards

Requerimientos

U Requerimientos para el uso de ultrasonido en vez del radiografiado


V Tanques que operan con presión exterior Elección del Cliente

W Recomendaciones para cubrir aspectos adicionales o comerciales entre Cliente y Proveedor

Requerido

X Tanques construidos en acero duplex Requerimientos



MATERIALES

La Norma establece cuales son los materiales no permitidos (aceros no degasificados, fundiciones) y permitidos para la construcción de tanques. Entre los materiales de acero al carbono más habituales están el A-36 (hasta 1.5 in), A-283 Grado C, A-285 Grado C (ambos hasta 1 in), A-516 Grado 70 (hasta 1.5 in)Para chapas de espesores mayores, se requiere un tratamiento de normalizado, hasta llegar al espesor máximo de 45 mm (1.75 in).Para todos los materiales se requiere la verificación de resistencia al impacto (ver figura 2-1 y tabla 2-3b).En cuanto a los materiales para caños, bridas y espárragos, son los habituales en recipientes. Así por ejemplo para caños figuran el A-53 Grados A y B, A-106 Grados A y B. Para las bridas se permite utilizar chapa, siempre y cuando tenga como mínimo las propiedades mecánicas establecidas en la Norma ASME B16.5 en diámetros hasta 24 pulgadas y en ASME B16.47 serie B para las mayores (siempre y cuando el Cliente lo apruebe).



DISEÑO

Los primeros párrafos están dedicados al tipo de juntas soldadas que se usan en la construcción de los tanques.

Las juntas de filete deben tener la dimensión del triángulo máximo que cubre la junta. Las juntas de filete simple solamente se permiten en pisos y techos. El filete mínimo es de 5 mm

Las juntas verticales deben ser del tipo a tope con bisel de ambos lados y con penetración total y fusión completa. Debe asegurarse la calidad del material depositado. Las juntas verticales de virolas sucesivas deben estar separadas como mínimo una distancia 5t

Las juntas horizontales deben tener penetración total y fusión competa. Las uniones de los ángulos de tope se permiten con doble filete. Las juntas a tope de las uniones circunferenciales deben efectuarse de tal manera de tener coincidente ambas líneas de centro de cada espesor (diámetro medio coincidente)

También se fijan condiciones para las juntas en los distintos componentes del tanque:

- juntas de filete en el fondo: las uniones de tres elementos deben estar distanciadas 12 in entre ellas, de la pared del tanque, de las juntas a tope de chapas anulares y de las juntas entre chapas anulares y el fondo, con bordes escuadrados

- juntas a tope en el fondo: deben tener bordes escuadrados o preparados en V, realizándose penetración total. Puede usarse respaldo de 3mm. Si se usan bordes rectos, la apertura (gap) no debe ser menor de 6 mm. Aquí también la unión de tres chapas debe dejar un lugar libre entre costuras de 12 in. (también esa debe ser la distancia a la pared del tanque)

- las juntas radiales de las chapas anulares deben ser realizadas a tope y deben tener penetración y fusión total. Se puede utilizar respaldo, pero compatible con el material de las chapas.

- juntas fondo – envolvente: para espesores menores o iguales a 12.5 mm debe ser un filete continuo de cada lado de la chapa de cuerpo. El cateto no será mayor de 12.5 mm ni menor que la chapa de menor espesor de la junta, ni menor que los siguientes valores:

Espesor nominal de la chapa del cuerpo Tamaño mínimo del filete

mm In mm in5 0.1875 5 3/16

> 5 hasta 20 > 0.1875 hasta 0.75 6 ¼

> 20 hasta 32 > 0.75 hasta 1.25 8 5/16> 32 hasta 45 > 1.25 hasta 1.75 10 3/8



- juntas fondo envolvente para espesores mayores de 12.5 mm: las juntas deben estar dimensionadas para que el conjunto del filete mas la profundidad del cateto de penetración sea igual al espesor de la chapa anular, pero no exceda al de la chapa de cuerpo.

- las juntas de fondo a envolvente para materiales de los grupos IV, IVA, V o VI deben estar hechas como mínimo con dos pasadas

- juntas de los ángulos contraviento: deben estar hechas en forma continua en el cordón superior y para las uniones verticales; las juntas horizontales inferiores pueden estar unidas con costuras de sello

- las juntas de techo pueden ser de filete continuo sobre el borde superior o a tope; la junta contra el ángulo superior debe ser continua (filete); los componentes del ángulo superior deben tener juntas a tope continuas de penetración total para techos autoportantes.

- Salvo lo especificado para tanques con techo abierto, o con techo frangible, o para techos autoportantes, las medidas mínimas de los ángulos de refuerzo son:

o para diámetro de tanque hasta 11 m: 51 x 51 x 4.8 mmo para diámetros desde 11 hasta 18 m: 51 x 51 x 6.4 mmo para diámetros mayores de 18 m: 76 x 76 x 9.5 mm

- para tanque de hasta 9 m de diámetro. El ángulo superior puede ser remplazado por una porción plegada de la chapa de envolvente, siempre que la porción curvada cumpla con los requisitos de área del refuerzo, sin agregar ningún otro miembro de refuerzo

Consideraciones de diseño

Definiciones de cargas:a. Carga Muerta (DL) el peso del tanque o del componente en

consideración, incluyendo las tolerancias de corrosión, salvo especificación que lo contradiga

b. Presión exterior de diseño (Pe): no debe ser menor que 0,25 kPa (1 in de agua) excepto para tanques con venteos de circulación (de acuerdo al Apéndice H), donde debe ser nula. Para valores mayores, ver Apéndice V

c. Presión interior de diseño (P): no debe exceder 18 kPa (2.5 psi)d. Prueba Hidrostática (Ht): la carga debida al llenado del tanque con agua

hasta el nivel de diseñoe. Cargas debidas a los techos flotantes internos

1. La carga propia del peso incluyendo los compartimientos de flotación, sellos y otros componentes integrales al techo

2. Una sobrecarga de diseño ( Lf1) de 0.6 kPa (12.5 psf) si no hay drenajes automáticos o de 0.24 kPa(5 psf) si los mismos han sido previstos

3. Una carga puntual (Lf2) de al menos dos personas caminando sobre el techo. Una carga aplicada de 2.2 kN (500 lbf) sobre una



superficie de 0.1 m2 (1 ft2) en cualquier lugar del techo, remplazando a dos hombres caminando.

4. Una carga de presión exterior sobre el techo flotante (Pfe) de 0.24 kPa (5 psf) mínima.

f. Carga dinámica mínima del techo (Lt): 1.0 kPa (20 psf) sobre el área proyectada del techo. Esta puede ser determinada alternativamente por el Código de diseño, pero nunca debe ser menor de 0.72 kPa (15 psf)

g. Cargas debido al sismo (E) : Ver Apéndice Eh. Cargas debido a la nieve (S): Por Reglamentos CIRSOC, igual que viento

y sismo. Dentro de esta carga se debe considerar:1. Carga balanceada (Sb): esta carga debe responder a 0.84 de la

carga total del Reglamento2. Carga no balanceada (Su): para techos con pendientes hasta 10°

es igual a la balanceada. Para los demás debe ser igual a 1.5 veces la balanceada y se debe aplicar a un sector circular de 135°, sin ninguna carga de nieve en el sector restante de 225°

i. Líquido almacenado (F): la carga debida al líquido que llena el tanque hasta la altura de diseño, con su gravedad específica

j. Presión de prueba (Pt): Según lo requerido en el Apéndice F (para tanques pequeños)

k. Carga de viento (W): la velocidad básica e diseño para este Standard es de 190 km / (120 mph), según normas ASCE, debe ser aplicado el concepto de velocidad de diseño de CIRSOC 102. En las condiciones iniciales, la carga aplicada sobre superficies proyectadas de cilindros verticales es de 0.86(kPa)x(V/190)2 o 18(psf)x(V/120)2 y 1.44(kPa)x (V/190)2 o 30(psf)x(V/120)2 de carga ascensional en superficies proyectadas sobre planos horizontales de conos o sistemas de doble curvatura. La presión de diseño de levantamiento del techo (viento más presión interior) no necesita exceder 1.6 veces la presión de diseño P determinada anteriormente. Las cargas de viento horizontales a barlovento y a sotavento son conservativamente iguales y por lo tanto no necesitan ser incluidas en la presión de levantamiento.

Combinaciones de cargas (según Apéndice R)Las cargas deben ser combinadas de la siguiente manera:

a) Presión interna y fluido DL+F+ Pi

b) Prueba hidrostática DL + (Ht + Pt)c) Viento y presión interna DL + W + Fp(Pi) d) Viento y presión externa DL + W + 0.4 Pe

e) Cargas gravitacionales Tipo 1 DL + (Lr ó Su ó Sb ) + 0.4 Pe Tipo 2 DL + Pe + 0.4 (Lr ó Su ó Sb)

f) Cargas sísmicas DL + F + E + 0.1 Sb + Fp(Pi)g) Cargas gravitacionales para techos fijos con techos suspendidos

flotantesTipo 1 DL + Df + (Lr ó S) + Pe + 0.4 {Pfe ó Lf1 ó Lf2} Tipo 2 DL + Df + {Pfe ó Lf1 ó Lf2}+0.4 {(S ó Lr)+ Pe}

En (g), Df , Pfe , Lf1 y Lf2 deben ser consideradas cargas puntuales en los puntos de anclaje de las riendas del techo.



La presión externa, Pe, debe ser considerada como 0 kPa para los tanques que tienen venteos de acuerdo al Apéndice H.El factor de combinación de presión (Fp) se define como la relación entre la presión normal de operación y la de diseño, con un valor mínimo de 0.4

Datos por el Cliente

El Cliente debe suministrar la temperatura metálica de diseño (basada en la ambiente), la densidad del fluido almacenado, la tolerancia de corrosión y la velocidad de viento y factores sísmicos que se deberán usar en el diseño

El Cliente debe establecer las restricciones y las cargas externas que se deben emplear en el diseño, como así también las cargas provenientes desde las conexiones. También debe establecer las medidas de protección para las fundaciones, pruebas de dureza, etc.

El Cliente debe establecer la capacidad máxima del tanque, que es el volumen entre el fondo y el derrame o nivel superior y la capacidad máxima de trabajo en condiciones normales de operación (volumen entre el nivel máximo y el nivel mínimo definido por los sistemas de descarga). Ver siguiente figura

Consideraciones especiales

El Cliente será responsable por la definición de las condiciones de soportación del tanque, como así también del diseño de la fundación.



El Cliente debe definir las tolerancias de corrosión para cada virola de la envolvente, para el fondo, el techo, para conexiones y accesos y para los componentes estructurales.El Cliente deberá establecer condiciones de servicio especial como por ejemplo resistencia al sulfhídrico, (dureza menor de Rockwell C 22) y las formas y lugares de aplicación de tales restricciones.

Chapas de fondo

El espesor mínimo de las chapas de fondo (sin tolerancia de corrosión) es de 6 mm (0.25 in), y el ancho mínimo es de 1800 mmLas chapas de fondo deben sobresalir como mínimo 25 mm de la pared del tanque.Para materiales de los grupos IV, IVA, V y VI, si las tensiones de la última virola son iguales o menores de 23200 psi o las tensiones de prueba hidrostática son iguales o menores de 24900 psi, las uniones de las chapas de fondo pueden ser de filete; en los demás casos deben ser a tope.El ancho interior libre hasta la primera costura desde la pared en la chapa anular es de 600 mm (24 in) y de 50 mm en el exterior de la pared. Se requiere un ancho mayor cuando se la calcula como:

390 t b( HG )0 . 5

siendo tb el espesor de la chapa anular en pulgadas, H la altura del líquido en pies y G la gravedad especifica.

Los valores mínimos (sin corrosión) de las chapas anulares son, para una relación H x G ≤ 23 m (75 ft) (por encima de estos valores se deberá realizar análisis de elasticidad para determinar el espesor):



Si no se usan chapas anulares, el fondo completo debe ser soldado a tope, usando para el perfil de las chapas de fondo las características de las chapas anulares aquí detalladas.



Diseño de la envolvente

El espesor requerido del cuerpo será el mayor entre el diseño de operación (más la tolerancia de corrosión) y el de prueba hidrostática, pero no menor que:

Diámetro nominal del tanque Espesor nominal de chapa(m) (ft) (mm) (in)< 15 (*) < 50 (*) 5 3/1615 hasta < 36 50 hasta < 120 6 ¼36 hasta < 60 120 hasta < 200 8 5/16> 60 > 200 10 3/8(*) Para diámetros menores a 15m pero mayores de 3.2 m la virola de fondo debe tener un espesor de 6 mm (1/4 in)

Las chapas de la envolvente no serán mas angostas que 1800 mm. El diseño se basa en el llenado del tanque con un liquido de gravedad especifica G hasta una altura H (ft), y la prueba hidrostática consiste en llenar el tanque hasta una altura H con agua. La tensión calculada para cada virola no será mayor que la admisible para cada material y ninguna virola será más delgada que la superior.El tanque debe verificarse para pandeo por acciones exteriores, agregándose refuerzos intermedios si hiciera falta.

Las tensiones admisibles se establecen de la siguiente manera:- para el caso de operación Sd (psi) como el menor valor entre 2/3 de la

tensión de fluencia y 2/5 de la tensión de rotura; debe agregarse la tolerancia de corrosión

- para el caso de prueba St (psi) como 3/4 de la tensión de fluencia o 3/7 de la de rotura; la tolerancia de corrosión esta incluida

El apéndice A permite el diseño con un valor único de tensión de 21000 psi y un factor de junta de 0.85 o 0.7, pero solamente para tanques con espesores menores a 12.5 mm

Método de un pieEste método permite el diseño de los tanques con espesores determinados a un pie sobre el nivel inferior de cada virola a calcular. Es el único método empleado en el Apéndice A y está por otra parte limitado a tanques de diámetro igual o menor a 60 m (200 ft). Las expresiones de cálculo para cada elemento (virola) son:

td=2.6 D(H−1)G

Sd

+CA

siendo D el diámetro del tanque (ft) y CA la tolerancia de corrosión (in) y

t t=2 . 6 D(H−1 )

St



Método del punto variableEste método solo se puede usar con acuerdo del Cliente, dando resultados acordes con las tensiones circunferenciales reales solamente cuando

LH

≤2siendo L=√6 Dt

en esta última expresión t es el espesor de la virola de fondo. Al igual que en el método anterior se determinan para cada virola los espesores en operación (luego agregar la tolerancia de corrosión) y el de prueba, siendo el mayor el aplicable, sin olvidarse las condiciones mínimas generales.



Para la virola de fondo se determinan primero valores preliminares por el método anterior como tpd y tpt. Luego se calcula el espesor de la virola de fondo como:

t1d=(1 .06−0 . 463 DH √ HG

Sd)( 2 .6 HDG

Sd)+CA

t1t=(1.06−0 .463DH √ H

S t)( 2 .6HD

S t)

los valores de t1d y t1t no necesitan ser mayores que las preliminares.Para la segunda virola, en ambas condiciones se calcula la relación

h1

√rt1 donde h es la altura de la primera virola (fondo) y r el radio nominal del tanque. Si la relación es menor que 1.375 entonces t2 = t1

Si la relación es mayor o igual a 2.625 entonces t2 = t2a, y si se encuentra entre los dos valores entonces

t2=t2 a+( t1−t2a )[2 .1−h1

1 .25 √rt1 ]siendo t2 el espesor mínimo de la segunda virola sin corrosión y t2a el espesor de la segunda virola como se determina a continuación.

Se calcula un punto sobre la virola donde se aplicará el cálculo como el menor valor entre los siguientes:

x1=0. 61√rtu+3 . 84CH

C=√K (K−1))

1+K 1. 5siendo

K=tLtu

x2=12CH

x3=1. 22√rtudonde tu es el espesor de la virola que se está calculando (superior) y tL el de la virola inferior y H la altura de diseño en pies. El espesor mínimo de la virola resulta ser:

tdx=2 .6 D(H− x

12 )GSd

+CA

t tx=2 .6 D(H− x

12 )S t

debe iterarse el valor de tx y el de tu hasta que coincidan. Esto ubica el punto de cálculo x en la virola. La Norma ofrece un ejemplo resuelto en el Apéndice K.



Aberturas en los tanques

Las conexiones de los tanques se realizan siguiendo la construcción clásica de niples de caño mas una brida que es normalmente de serie 150. Para las conexiones más grandes, la Norma prevé dimensiones para su construcción usando chapa. (Ver tabla 5-6)Como las conexiones cerca del fondo del tanque presentan problemas de giro de la conexión con el llenado del tanque, se prevén distancias mínimas de ubicación de las conexiones respecto del piso del tanque.Para todas las conexiones mayores de 2 pulgadas debe ubicarse un refuerzo. El área de refuerzo no debe ser menor que el producto del diámetro de la perforación en la envolvente por el espesor nominal de la chapa de cuerpo, salvo cuando se tengan en consideración todas las cargas actuantes ya que en ese caso se puede usar el espesor requerido. La dirección de cálculo es la vertical El límite del refuerzo en dirección vertical (arriba o abajo) es el diámetro del agujero realizado.El material de refuerzo debe ser igual al de la envolvente. En el caso de caños la tensión de fluencia no debe ser menor que el 70% de la de la envolvente y la de rotura no debe ser menor que el 80% de la de la envolvente. Si fuera menor, el material no contribuye al refuerzo, si es igual o mayor contribuye pero con un coeficiente de reducción aplicando los coeficientes de tensiones admisibles.En el caso de los cuellos de conexión, el límite del refuerzo se extiende hasta cuatro veces el espesor nominal de la conexión, si este espesor se mantiene en esa distancia.También hay restricciones de las distancias a las cuales deben ubicarse las soldaduras de las conexiones de las soldaduras del cuerpo y de las otras conexiones (ver fig. 5-22)

Las conexiones mayores de 12 pulgadas en una chapa de más de 25 mm de materiales del Grupo I, II, III y IIIA deben ser tratadas térmicamente, como así también las conexiones reforzadas en chapas de más de 12.5 mm en materiales de los grupos IV, V, VI. Los conjuntos conexión – refuerzo deben ser prefabricados sobre la chapa de cuerpo y todo el conjunto se trata a una temperatura de 1100 a 1200°F por un tiempo de 1 hora cada 25 mm

La Norma contiene las siguientes Tablas de dimensionamiento de aberturas:

Table 5-3—Thickness of Shell Manhole Cover Plate and Bolting FlangeTable 5-4—Dimensions for Shell Manhole Neck ThicknessTable 5-5—Dimensions for Bolt Circle Diameter Db and Cover Plate Diameter Dc for Shell M ManholesTable 5-6—Dimensions for Shell Nozzles Table 5-7—Dimensions for Shell Nozzles: Pipe, Plate, and Welding SchedulesTable 5-8—Dimensions for Shell Nozzle FlangesTable 5-9—Dimensions for Flush-Type Cleanout FittingsTable 5-10—Minimum Thickness of Cover Plate, Bolting Flange, and Bottom Reinforcing Plate for Flush-Type Cleanout FittingsTable 5-11—Thicknesses and Heights of Shell Reinforcing Plates for Flush-Type Cleanout

Fittings



Table 5-12—Dimensions for Flush-Type Shell ConnectionsTable 5-13—Dimensions for Roof ManholesTable 5-14—Dimensions for Flanged Roof NozzlesTable 5-15—Dimensions for Threaded Roof NozzlesTable 5-16—Dimensions for Drawoff Sumps



Refuerzos contra viento

Los tanques abiertos deben llevar en la virola superior y cerca del tope un refuerzo contra viento, preferentemente del lado exterior.La construcción se realiza mediante perfiles, chapa conformada, secciones de chapa soldada o combinaciones de estos elementos. La construcción puede ser circular o poligonal.La sección mínima es de 65 x 65 x 6 mm (2.5 x 2.5 x ¼ in) para un perfil ángulo y el espesor mínimo de chapa utilizada para la construcción de secciones es de 6 mm (0.236 in)Cuando el refuerzo se ubica mas allá de 600 mm del borde superior de la envolvente, se debe ubicar en el tope un ángulo de 65 x 65 x 5 (2.5 x 2.5 x 3/16 in) mm si la pared del tanque en el tope es de 5 mm (3/16 in), y uno de 75 x 75 x 6 mm ( 3 x3 x1/4 in) para espesores de envolvente mayores (se pueden usar otras construcciones con el mismo modulo resistente)

El modulo resistente del ángulo de refuerzo es de

Z=0 .0001D2 H2 ( V120 )

2

siendo Z el modulo (in3), D el diámetro nominal (ft) y H2 la altura total del tanque. V es la velocidad de viento de diseño en mph. Al valor aquí obtenido se le puede agregar el módulo correspondiente a 16 espesores de la envolvente hacia abajo del refuerzo. También se le puede agregar un valor igual hacia arriba del refuerzo, si la geometría real de la unión lo permite. En el caso de soldar el refuerzo a tope sobre la última virola, se debe descontar de esa distancia el valor de la dimensión del perfil (ver figura 5-24)

La altura máxima que puede tener una envolvente sin refuerzos por pandeo es

H1=600000 t √( tD )

3

(120V )

2

siendo H1 la distancia (ft) vertical entre el refuerzo de tope y el refuerzo intermediario y t el espesor de la virola de tope. Para aplicar el resultado de esta ultima altura, se debe calcular el ancho (altura) ficticio de cada virola con la siguiente expresión

W tr=W real virola i√( t real en tope

t virola i)

5

siendo Wtr el ancho ficticio.Si la altura ficticia es mayor que el valor de H1 calculado, debe ubicarse un refuerzo intermedio. Este refuerzo, para igual estabilidad en la parte superior e inferior debe colocarse en el medio del sector, traduciendo luego esta altura a la posición correcta dentro de los anchos reales de las chapas de cuerpo.Si la altura H1 es mayor que la mitad de la altura transformada, harán falta dos refuerzos, procediéndose en forma similar a lo expuesto.Los refuerzos intermedios no deben ser colocados a menos de 150 mm de una costura horizontal. En ese caso deben ser desplazados 150 mm hacia debajo de la costura pero sin superar la distancia máxima de envolvente sin refuerzo



El modulo resistente requerido para los anillos intermedios es

Z=0 .0001D2 H1 ( V120 )

2

Este valor se puede incrementar por el módulo producido por la envolvente hacia arriba y hacia abajo del punto de unión, hasta una distancia de

d=1,47 √Dt en la union



Figura 5-24 (parcial)



Techos

Tipos de techo: techo cónico soportado: es la superficie de un cono recto soportado

principalmente por vigas radiales sobre vigas perimetrales y columnas techo cónico autoportante: es la superficie aproximada a un cono recto

soportado solamente en su perímetro exterior techo esférico autosoportado: es la superficie aproximada de un

casquete esférico soportado solamente en su perímetro exterior techo segmentado autosoportado: es la superficie de una cantidad de

chapas triangulares iguales cuya base forma una poligonal sobre el perímetro del tanque

Todos los techos deben ser calculados con su peso propio, mas una sobrecarga de 1.0 kPa (20 psf) sobre el área proyectada, utilizando las reglas de combinación de cargas del Apéndice R

El espesor nominal mínimo es de 5 mm. Las tolerancias de corrosión deben ser agregadas a continuación de realizarse los cálculos.

En el caso de usarse techos cónicos soportados, las chapas de techo no se deben soldar a la estructura. Los componentes de la estructura deben tener un espesor mínimo de 4.3 mm, y la forma de prevenir la corrosión de la estructura es un acuerdo entre comprador y proveedor. Las chapas de techo se deben soldar al ángulo de tope del tanque con un filete continuo solamente desde afuera.



En determinados casos, la unión del techo se considera frangible, esto es, que falla frente a una sobrepresión interior antes que la costura de fondo entre la envolvente y el piso. Las condiciones para que esto pueda ocurrir son:

a. Para tanques con diámetro de 15 m (50 ft) o mayor: todas estas condiciones:

1. La pendiente del techo en el ángulo de tope no excede 2:122. Los elementos de soporte del techo no deben ser soldados a las

chapas del techo3. El techo se une al ángulo de tope por un filete continuo en la parte

superior de la sección que no excede los 5 mm (3/16 in). No debe soldarse la parte inferior del techo al ángulo de tope (incluyendo soldaduras de sello.

4. Todos los componentes de la región de la junta entre el techo y la envolvente deben tener un área transversal menor a:

A=DLs /(2 π Fγ tan θ)(variables segun Apéndice F)

b. Para tanques autoanclados con diámetros entre 9 y 15 m, todas estas condiciones:

1. La altura del tanque es 9 m (30 ft) o mayor2. Deben cumplirse los requerimientos anteriores 2 a 53. La pendiente del techo del tanque en la sección de tope no debe

exceder ¾:124. Los accesorios del techo (incluyendo conexiones y bocas de

acceso) deben ser diseñados para soportar como mínimo movimientos verticales de 100 mm sin daño

5. El fondo debe tener soldaduras a tope

c. Alternativamente, para tanques con diámetro menor a 15m autoanclados, todas las siguientes condiciones:

1. El tanque debe cumplir con los requerimientos del primer tipo establecidos entre el 1 y el 5

2. Un análisis de elasticidad debe ser realizado para confirmar que la costura de fondo a envolvente es como mínimo 1.5 veces más resistente que la costura de tope del techo con el tanque vacío y 2.5 veces la del tanque lleno.

3. Los accesorios del techo (incluyendo conexiones y bocas de acceso) deben ser diseñados para soportar como mínimo movimientos verticales de 100 mm sin daño

4. El fondo debe tener soldaduras a tope

d. Para tanques anclados de cualquier diámetro, las primeras condiciones señaladas (1) y el anclaje y contrapeso deben estar calculadas para una carga triple de la presión de falla



Las tensiones admisibles de los elementos estructurales son las que se ubican en el AISC o en los códigos legalmente aceptados. De igual manera se debe proceder con las metodologías de cálculo.

Los espesores mínimos para columnas o otros elementos sometidos a compresión son 6 mm (1/4 pulgada).

Las relaciones de esbeltez para columnas L/rc (longitud/radio de giro mínimo) no pueden exceder de 180; para otros componentes estructurales sometidos a compresión no deben exceder 200 y para los demás miembros (excepto barras de unión cuyo cálculo se base en la tensión de rotura) 300.

Techos cónicos soportadosLa pendiente deberá ser 1:16 o mayor si la pide el Cliente. Estos techos se soportan por vigas radiales (rafters) que apoyan sobre vigas perimetrales internas (griders), las que a su vez descargan en columnas.

Las vigas radiales deben estar alejadas unas de otras por la siguiente distancia:

b=t(1.5 Fy/p)1/2 ≤2100mm(84 in)

Siendo Fy la tensión de fluencia de las chapas de techo, y p la presión uniforme tomada de la combinación de cargas como se describe en el Apéndice RLas columnas pueden ser perfiles o caños y las vigas pueden ser perfiles o chapas conformadas. Las columnas deben tener una chapa base que distribuya la carga en el piso de acuerdo a la resistencia del suelo (espesor mínimo ½ in) más el espesor requerido para la corrosión (espesor mínimo ¼ in), pudiendo integrarse los dos espesores. Deben permitir los movimientos verticales debidos a la sobrepresión del techo o asentamiento del piso, sin permitirse los movimientos laterales. Las columnas centrales deben resistir ambas cargas de nieve (balanceada y no balanceada) mientras que las intermedias solamente deben tomar la carga balanceada de nieve.

Techos cónicos autoportantes Para los techos cónicos autoportantes la pendiente debe cumplir con:

9.5° (pendiente 2:12) ≤ ≤ 37° (pendiente 9:12) el espesor mínimo debe ser no menor que el mayor de

tmin=

D400 senϑ √ T

45+c ,

D460 sen ϑ √ U

45+c ,3/16 in

siendo

D el diámetro del tanque (ft) T el mayor de los resultados de las combinaciones de carga (e)(1) y

(e)(2) más la carga balanceada de nieve Sb U el mayor de los resultados de las combinaciones de carga (e)(1) y

(e)(2) más la carga no balanceada de nieve Su Θ pendiente del techo c tolerancia de corrosión



con un espesor máximo de ½ in, en condición corroído.

Para el área de la unión techo – envolvente debe usarse la Fig. F-2 y debe ser igual o mayor que el valor

pD2

8Fa tan ϑ Siendo

p la mayor de las combinaciones (c)(1) ó (c)(2) del Apéndice R Θ pendiente del techo Fa la tensión admisible menor para los materiales usados en la

unión techo-envolvente

Techos autosoportados tipo domo (lisos o segmentados)Para esos techos, el radio de curvatura debe estar comprendido entre 0.8 D y 1.2 D. el espesor del techo debe cumplir con:

Espesor mínimo no menor que el mayor de rr

2.4 √ T2.2

+c , rr

2.7 √ U2.2

+c ,ó5mm¿

siendo rr (ft) el radio de curvatura del techo, y T y U cargas según definición

El espesor corroído no debe ser mayor de 13mm (1/2 in).

El área de la unión techo – envolvente debe ser determinada usando la Fig. F-2 con un valor igual o mayor que:

pD2

8Fa tan ϑ

Venteo de Tanques

Los tanques diseñados según API 650 deben tener venteos que los preserven de las situaciones normales (resultantes de las operaciones normales y cambios atmosféricos) y también de las extraordinarias (fuego exterior)Los requerimientos normales de los tanques están desarrollados en la Norma API 2000 para evitar que se superen las presiones máximas interior o exterior.Los requerimientos extraordinarios se satisfacen si el tanque cuenta con una unión frangible entre el techo y la envolvente o esta equipado con elementos que alivien presión. La norma API 2000 contiene valores de cálculo para estos requerimientos

Carga de viento en tanques (estabilidad al vuelco)



Cuando lo pide el Cliente, se debe verificar la estabilidad al vuelco del tanque. Para ello se toman las siguientes cargas (ver definiciones de cargas):

0.86 kPa (18 psf) sobre áreas proyectadas de superficies cilíndricas 1.4 kPa (30 psf) sobre superficies proyectadas de conos o figuras con

doble radio de curvaturaEstos valores corresponden a una velocidad básica de viento de 120 m.p.h y deben ser ajustadas en caso que haga falta con un coeficiente igual a:

( V120 )

2

siendo V la velocidad modificada (mph)Para un tanque sin anclaje, el momento de viento M (lbft) debe cumplir con las relaciones:

1. 0.6MW + MPi < MDL /1.5+ MDLR

2. MW + 0.4 Fp ( MPi) < (MDL + MF )/2 + MDLR

Siendo (ver figura en la hoja siguiente)Mw el momento respecto de la junta piso-envolvente de la carga

de viento, tanto horizontal como verticalMpi el momento respecto de la junta piso-envolvente de la carga

debida a la elevación del techo por la presión interna MDL el momento respecto de la junta piso-envolvente debido al peso de la envolvente y del techo que ésta soporta MF el momento respecto de la junta piso-envolvente debido al líquido MDLR el momento respecto de la junta piso-envolvente del peso nominal de las chapas de techo más cualquier agregado estructural

La carga de líquido (wL) es el peso de un líquido de gravedad específica 0.7 y una altura de la mitad de la altura de diseño H. wL debe ser el menor entre 140.8 HD (unidades SI) ó 0.9 HD (unidades inglesas) o la siguiente expresión:

wL=4.67 tb√Fby H

Donde Fby es la tensión de fluencia de la chapa de fondo bajo la envolvente, y tb es el espesor corroído de la chapa de fondo bajo la envolvente, que tiene las siguientes restricciones:

1. El espesor no debe exceder el espesor de la virola de fondo menos la tolerancia de corrosión

2. Cuando la chapa de fondo bajo la envolvente es más gruesa para resistir el momento de vuelco y es de mayor espesor que las demás chapas de fondo, la proyección mínima de ese anillo de chapa dentro del tanque , L, debe ser mayor que el mayor entre 450 mm (18 in) y el valor de la expresión siguiente, pero no necesita ser mayor que 0,035 D

Lb=0.365t b√Fby H ≤0.035 D(ft )



Cuando estas relaciones no se cumplan, el tanque deberá anclarse, siendo la carga de los bulones de anclaje:

tB=UN

siendo tB (lb) la carga por bulón de anclaje, U la carga de elevación y N el número de bulones. La carga se determina a partir de la siguiente Tabla:



El espaciado máximo entre bulones es de 3 m, con las tensiones admisibles para bulones mostradas en la misma Tabla, aplicadas en la sección metálica neta del bulón. Si se especifica alguna tolerancia de corrosión, ésta deberá aplicarse en el diámetro exterior del bulón. El diámetro nominal mínimo es de 1 in.La metodología de cálculo de las silletas de anclaje podrá ser la aplicada en la Norma AISI, E-1, Volumen II, parte VII, o también las utilizadas en el Código ASME, Sección VIII, División 2, Apéndice 4, con los valores de tensión admisible Sm allí utilizadas. Se deberá prever el método de apriete, realizado en el llenado inicial con agua pero sin presión en el tope.Las bases del tanque deberán ser suficientes para resistir los esfuerzos de tracción generados por los bulones de anclaje.


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