API 650 - TANQUES DE ALMACENAMIENTO, Parte … · Para el diseño y cálculo de tanques de almacenamiento, el usuario deberá proporcionar los datos y la información necesaria para

API 650 - TANQUES DE ALMACENAMIENTO, Parte II: Acción del Viento, Vuelco y Levantamiento, Presión Exterior, Anillos Rigidización NOTAS DE ESTUDIO

Instructor: Javier Tirenti

[email protected]

www.arvengconsulting.com

Training Engineering Connecting Dots

TANQUES DE ALMACENAMIENTO, PARTE II ‐ Instructor Javier Tirenti…………………… ……Pág. 2

Índice

Introducción .................................................................................................... 4

1. Consideraciones generales de diseño ........................................................ 5

1.1) Capacidad del tanque ........................................................................ 6

1.2) Temperatura de diseño ...................................................................... 7

2. Cargas de diseño ...................................................................................... 9

2.1) Combinación de cargas ................................................................... 11

3. Presión interior ....................................................................................... 12

3.1) Presión máxima de diseño ............................................................... 12

4. Acciones del viento ................................................................................. 16

4.1) Velocidad y presión de viento .......................................................... 16

4.2) Resistencia al vuelco ........................................................................ 17

5. Pernos de anclaje .................................................................................... 21

5.1) Caso viento ..................................................................................... 21

5.2) Consideraciones sobre pernos ......................................................... 23

6. Estabilidad de la pared de tanques .......................................................... 24

7. Perfil de Coronamiento (Top Angle) ........................................................ 26

7.1) Techos auto-soportados .................................................................. 26

7.2) Techos soportados .......................................................................... 27

8. Anillos de rigidización por viento ............................................................ 28

8.1) Anillo superior (Top wind girder) ..................................................... 28

8.2) Anillos intermedios (Intermediate wind girders) ............................... 29

8.3) Selección de perfiles ........................................................................ 31

9. Verificación por presión exterior – Vacío ................................................. 33

9.1) Verificación de la pared del tanque .................................................. 35

9.2) Anillos de rigidización ..................................................................... 38

10. Elementos externos – Información complementaria ................................. 41

10.1) Requerimientos para plataformas y pasillos ................................. 41

10.2) Requerimientos para escaleras ..................................................... 41

10.3) Tomas de tierra ............................................................................ 42

11. Tanques singulares – Información complementaria ................................. 43

11.1) Bases de diseño para tanques pequeños – Anexo A ...................... 43

11.2) Tanques ensamblados en taller – Anexo J ..................................... 46

11.3) Tanques de acero inoxidable austenítico – Anexo S ...................... 49


TANQUES DE ALMACENAMIENTO, PARTE II ‐ Instructor Javier Tirenti…………………… ……Pág. 3

12. Bibliografía ............................................................................................. 51


TANQUES DE ALMACENAMIENTO, PARTE II ‐ Instructor Javier Tirenti………….…….…Pág. 4

Introducción

Cuando es necesario almacenar sustancias para tenerlas disponibles en un futuro cercano, su almacenamiento se realiza según el estado de agregación de producto:

Para gases y líquidos a elevadas presiones se utilizan recipientes sometidos a presión.

Para sólidos, se utilizan silos.

Para líquidos con presiones bajas se utilizan tanques de almacenamiento.

Este tipo de tanques son ampliamente utilizados en distintas industrias, para almacenamiento temporal de productos ser utilizados posteriormente. El almacenamiento constituye un elemento de sumo valor en distintas industrias ya que:

Actúa como un pulmón entre producción y transporte para absorber las variaciones de consumo.

Permite la sedimentación de agua y barros del producto almacenado antes de despacharlo por medio de un oleoducto o a destilación.

Brindan flexibilidad operativa al proceso productivo.

Actúan como punto de referencia en la medición de despachos.

Los tanques forman parte de distintas operaciones en la industria, tales como:

Producción/Tratamiento

Transporte

Refinación/Distribución

Inventarios/Reservas



1. Consideraciones generales de diseño

Para el diseño y cálculo de tanques de almacenamiento, el usuario deberá proporcionar los datos y la información necesaria para llevar a cabo el proyecto. La información mínima requerida (condiciones de operación y de diseño) es: volumen, temperatura, peso específico del líquido a almacenar, corrosión admisible, velocidad del viento, coeficientes sísmicos de la zona, etc.

Dado que es el usuario el que conoce con exactitud las características tanto del fluido que desea almacenar y el lugar donde se ha de instalar dicho tanque, el fabricante exigirá esta información y no deberá suponer estas condiciones, y si así fuera, el fabricante tiene la obligación de informar al usuario, quien tiene la responsabilidad de autorizar o no las condiciones expuestas por la compañía constructora.

Así también, el usuario, establecerá la magnitud y dirección de las cargas externas que pudieran ocasionar deformaciones en el tanque, con el fin de diseñar los elementos involucrados con éste.

El sobre espesor por corrosión que especificará el usuario se incluirá en los elementos que se indique, tales como: cuerpo, fondo, techo y estructura, y sólo se agrega al final del cálculo de cada uno de los elementos del tanque.

El usuario podrá especificar el material a utilizar en el tanque, así como el de sus componentes. El fabricante y/o diseñador podrá sugerir los materiales recomendables en cada caso para que el usuario los apruebe.

El fabricante tiene la obligación de cumplir con todas las especificaciones y normas que marca el estándar y que acuerde con el usuario, las cuales serán supervisadas y evaluadas por el personal que designe el usuario.



1.1) Capacidad del tanque

Lo primero que se debe establecer antes de comenzar el diseño del tanque es su capacidad. El usuario es el responsable de establecer la capacidad máxima y la protección de sobrellenado del tanque, esto último de acuerdo al código API RP2350.

Para determinar las capacidades del tanque se utilizan las distintas referencias provistas por el código:



1.2) Temperatura de diseño

En la introducción de este trabajo, en el alcance de código, se indica el límite de temperatura en 93º C. Este límite se puede superar y llegar hasta los 260º C, con las restricciones indicadas en el anexo M del código. Lo siguiente no puede ser usado cuando diseñemos tanques con temperaturas superiores a 93º C:

Tanque sin techo.

Tanques con techo flotante.

Techos auto-soportados de aluminio tipo domo.

Techos internos flotantes de aluminio.

Techos internos flotantes de materiales compuestos.

Los tanques sujetos a presiones internas pequeñas de acuerdo al anexo F pueden diseñarse para temperaturas mayores a 93º C siempre y cuando se apliquen las restricciones en cuanto a reducción de esfuerzos admisibles indicados en éste anexo.

1.2.1) Consideraciones térmicas

En tanques operando a temperaturas elevadas (dentro del rango 93-260ºC) las dilataciones térmicas son más que considerables. Cuando así sea, será conveniente –principalmente para garantizar la flexibilidad en tuberías- proveer un diseño de junta fondo-envolvente reforzada (mayores espesores, chapa anular más gruesa, etc).

Asimismo, se deberá prestar especial cuidado a la capacidad del fondo para expandirse y contraerse en operaciones de vaciado y llenado y a la diferencia de dilatación entre el tanque y sus accesorios, como escaleras, anillos intermedios, etc.

1.2.2) Modificaciones en valores de esfuerzos y espesores mínimos

Con la intención de garantizar la estabilidad mecánica del tanque, el punto M.3 de este anexo establece límites adicionales a los ya indicados en la parte general del código (punto 5.6.2 del código). Básicamente, lo que se indica es un factor de reducción de esfuerzos admisibles, según la tabla M-1 que se reproduce a continuación:



1.2.3) Espesores mínimos

Los tanques operando dentro del rango de temperaturas indicado más arriba, cuyo diámetro excede los 30m deberán contar con una chapa anular soldada a tope.

Para el caso de techos auto-soportados, el cálculo del mínimo espesor de las chapas se hará de acuerdo a lo indicado en el cuerpo principal del código (punto 5.10.5 y 5.10.6).



2. Cargas de diseño

Las cargas típicamente actuando en un tanque son las siguientes:

DL: “dead load”. Peso del tanque y sus componentes, incluyendo cualquier margen de corrosión admisible.

Df: “dead load of internal floating roof”. Peso del techo interior flotante, incluyendo todos sus accesorios.

Pfe: “internal floating roof design external pressure”. Presión exterior de diseño del techo interior flotante.

Lf1: “internal floating roof uniform live load”. Cargas distribuidas aplicadas al techo interior flotante.

Lf2: “internal floating roof point load”. Cargas puntuales aplicadas al techo interior flotante.

F: “stored liquid”. Peso del producto hasta el nivel máximo de operación, con la gravedad específica dada por el comprador.

Pi: “internal design pressure”. Presión interior de diseño, no debe ser mayor a 18 kPa.

Pe: “external design pressure”. Presión exterior de diseño, no debe ser menor de 0,25 kPa, excepto para tanques con venteos de circulación.

Ht: “hydrostatic water weight”. Peso del agua para prueba hidrostática, hasta el nivel máximo de operación.

Pt: “hydrostatic test pressure”. Presión de prueba hidrostática.

W: “design wind pressure”. Presión de diseño del viento.



Lr: “minimum roof live load”. Carga viva mínima en el techo, no deberá ser menor a 1 kPa en el área proyectada del techo.

S: “snow load”. Carga de nieve.

Su: “unbalanced design load”. Carga de nieve desbalanceada.

Sb: “balanced design load”. Carga de nieve balanceada.

E: “seismic loads”. Cargas sísmicas de acuerdo al anexo E.1 al E.6.

Fp: Pressure combination factor. Se define como el ratio entre la presión normal de operación y la presión de diseño, 0,4 como mínimo.

Por aclaraciones sobre las distintas notaciones descritas ver punto 5.2.1 “Loads”.



12. Bibliografía

Este material ha sido compilado utilizando varias fuentes bibliográficas. Las más importantes son:

API 650

Guide to storage tanks and equipment – Bob Long

Above ground storage tanks – Philip Myers

The above ground storage tank handbook – Brian D. Digrado

Documents

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