Estanque vertical a presin
Ing Waldo Quijada Vicencio
DETERMINACION DE LA MAXIMA CARA DE LA ESTRUCTURA PARA
IMPLEMENTAR UN PUENTE GRUAMEMORIA DE CLCULOmartes, 12 de febrero de
2013INTRODUCCIN.La presente memoria de clculo tiene como objetivo
determinar la capacidad de carga de una estructura tipo nave
metlica existente en Santiago propiedad de PRODEA SA ubicada en
calle Caupolicn en la comuna de Quilicura.OBJETIVOS. Recolectar
yanalizarlainformacin existenete y obtenida por visita a terreno
Determinar mxima carga disponible para un puente de grua Determinar
la mxima carga disponible para losa ESTRUCTURA EXISTENTE
La estructura existente est compuesta por pilares tubulares de
dimetro 280 mm y espesor de 6.5 mm de espesor .Las cerchas y vigas
estn compuestas de perfil plegado 125 x 50 x 3 y el reticu-lado de
las montantes y diagonales es de Angulo 30 x30 x 3. Tiene adems los
soportes para el riel de un puente gra que se us alguna vez en el
pasado,Se gun estos antecedentes y medidas de la estructura podemos
modelar el prtico para saber su mxima capacidad , sabiendo que los
pilares tubulares serian el elemento critico.
Mediante modelacin numrica determinamos que la estructura es
capaz de soportar una carga estatica mxima de 60 Toneladas en el
punto medio de una viga que esta unida a los dos pilares mediante
una unin con ruedas en la direccin x del riel.Su flecha mxima
debido al pandeo es de 3.847 mm a 5.367 m de sde la cota O , o base
de la fundacin del pilar,
Se debe considerar el peso propio de l puente grua que para esta
luz es de aproximadamente 6 Toneladas , lo que nos deja un total de
54 Toneladas disponible . A esta capacidad disponible se le debe
aplicar un factor de seguridad de 3 lo que reduce su capadidad a 18
Toneladas como mxi-mo de carga a transportar. Disearemos un
estanque (recipiente cilndrico vertical) con los siguientes
datos:Calculo del Volumen del estanque.Volumen de la tapa
Volumen del Cilindro
Altura del Cilindro
La altura del estanque ser 3.230 mm
Disearemos un estanque (recipiente cilndrico vertical) con los
siguientes datos:D = 2100 [mm]H = 3230 [imm]Material: A37-24ES
Presin mxima : 10 [bar]Volumen = 10 m3SELECCIN DEL
MATERIAL.Norma Chilena Oficial NCh 203. Of77 indica la forma de
suministro de los materiales ms utilizados, la cual va implcita en
su especificacin. Al considerar las propiedades mecnicas del
material es deseable que tenga buena resistencia a la tensin, alto
nivel de cedencia fluencia,porcentaje de alargamiento alto y mnima
reduccin de rea. Con estas propiedadesprincipales se establecen los
esfuerzos de diseo para el material en cuestin. Para el desarrollo
del anlisis se escoger por sus bondades mecnicas el acero A37-24ES
Locualimplicaradirectamente mayor seguridadeneldiseo, disminucin
considerable del peso propio dela estructura,juntoconloanteriorse
especifica queel materialseleccionado estadisponible enelmercado
nacional.Grados delAceroResistenciaa la traccinRmLmite
defluenciaReAlargamientoen 50 mm
Kgf/mm2Kgf/mm2%
A37-24ES372422
A52-34ES523418
CLCULO DE ESPESOR MINIMOSe calculara el espesor mnimo requerido
para soportar la presin interna predefinida de 10[ bar] dentro de
un cilindro de espesor e con ello determinaremos elespesor del
manto y sus respectivas tapas. Ya que laplancha
comercialseleccionadavieneenun formato de 3000x1000 para tambin
debemos calcular las uniones soldadas. RECIPIENTES A PRESIN, DE
PARED DELGADAEn cilindros totalmente cerrados hay tambin un
esfuerzo longitudinal , obtenido dividiendo la fuerza de la presin
P ( d2/4) por el rea transversal ( d . t) ; la formula es:
Donde ;
P es la presin mxima admisible ( 10 bar =0.1 [Kgf/mm2]D es el
dimetro del estanque
t es el espesor del material
Esfuerzo de fluencia
El espesor mnimo para soportar 10 [bar] de presin interna de un
estanque usando acero A37-24ES es de 2,2 [mm]. Pero debemos aplicar
un Factor de seguridad igual o superior a 4 como lo esta- blece el
Codigo ASME.CLCULOS A PARTIR DEL CDIGO ASMELa complejidad de las
normas contenidas en el Cdigo ASME para el Diseo y Construccin de
Calderas y Recipientes a Presin, depende de los factores de
seguridad que se apliquen a las propiedades de los materiales
empleados, para establecer las tensiones admisibles. Cuando el
anlisis de tensiones es muy simplificado, el factor de seguridad se
hace mucho ms relevante. Cuanto ms completo sea el anlisis de
tensiones, menor puede ser el factor de seguridad.
Para aquellos casos en los que la resistencia a la traccin
establezca el valor de la tensin admisible, el Cdigo ASME, Seccin
IV Normas para la Construccin de Calderas Calefactores requiere
calcular
nicamente el espesor, con un coeficiente de seguridad igual a 5,
aplicado sobre el valor de la resistencia a la traccin. El Cdigo
ASME en la Seccin I Normas para Calderas Energticas y en la Seccin
VIII, divisin 1 . Normas para Construccin de Recipientes a Presin,
requiere un anlisis ms complejo, junto con otras consideraciones;
el factor de seguridad que afecta a la resistencia a la traccin es
igual a 4. El Cdigo ASME, en la Seccin III, Normas para la
Construccin de Componentes Nucleares y en la Seccin VIII, divisin
2, Normas para la Construccin de Recipientes a Presin, requiere
anlisis extremos; el coeficiente de seguridad sobre la resistencia
a la traccin es igual a 3. Cuando el espesor de la pared es muy
pequeo respecto al dimetro del recipiente, la formulacin relativa a
membranas se puede utilizar con suficiente exactitud.
Cuando el espesor de la pared es importante respecto al dimetro
del recipiente, las frmulas se
modifican segn las aplicaciones correspondientes del Cdigo ASME,
para adaptarse a las presiones de
diseo ms altas. VIII.-270 El espesor mnimo de pared para una
carcasa cilndrica se establece resolviendo la ecuacin de la tensin
circunferencial, suponiendo que no hay ms cargas que la de la
presin interna; otras cargas adicionales se tendrn en cuenta, si se
tiene que aumentar el espesor mnimo inicial requerido por la pared,
para mantener las tensiones calculadas por debajo de los valores de
las admisibles.CLCULOS DEL MANTO A PARTIR DEL CDIGO ASME
FS = 4
Por lo que seleccionaremos una plancha de espesor 8,8 [mm] o
superior.. Debida a que el manto esta compuesto por varias planchas
de acero soldadas a tope usaremos un espesor de 10 [mm].
CLCULOS DE LAS TAPAS A PARTIR DEL CDIGO ASME
TAPAS TORIESFRICAS .-
Las tapas planas no sirven para altas presiones, por lo que, las
formas utilizadas son Toriesfricas, Esfricas y Cnicas. Las ms
comunes y de ms fciles fabricaciones son las toriesfricas. Se
fabrican partiendo de un chapa plana a la que se le da un
determinado radio de curvatura L. Se suele tomar el valor ms
grande: R igual a D( dimetro del cilindro); el valor mnimo sera L
igual a r. Si se soldara directamente a la envolvente, quedara un
punto anguloso que producira concentracin de tensiones; es por eso
que se le hace un acordamiento de radio igual a (6%L). Luego viene
una pestaa de aproximadamente 2 pulgadas, equivalente a 50 mm. Por
ltimo se le adiciona la evolvente diseada.
Especificar la tapa significa que haya que dar:
-Radio de curvatura R (generalmente se toma igual a d).
-Radio de acordamiento r tap.-Longitud de pestaa l pest.
La frmula es:
El espesor de la tapa es mayor que el de la envolvente o manto
siempre.Donde R= 1040[mm]
P = 0.1 [Kgf/mm2]r = 116 [mm]
El espesor de la tapa es mayor que el de la envolvente
siempre.Material de la Tapa ser Acero estructural ASTM A 572 Grado
50 soldable
Por lo que seleccionaremos una plancha de espesor 11 mm o
superior.
RESISTENCIA DE UN CORDN DE SOLDADURAEl clculo de la resistencia
de un cordn de soldadura tiene una base experimental y basada en la
experiencia obtenida. Es por ello que no existe un criterio nico y
universal, sino que cada norma o pas tiene su propio criterio. No
obstante, se puede tomar como referencia cualquiera de las normas
de clculo existentes, que stas suponen implcita o explcitamente las
siguientes bases comunes sobre los que se levantan sus respectivos
criterios de clculo:
que durante la ejecucin de la soldadura que se pretende calcular
su resistencia, se han seguido en todo momento las reglas de buena
prctica;
que las caractersticas mecnico-resistentes del metal de
aportacin son, como mnimo, iguales a las del metal de base; que en
el diseo del cordn, se ha evitado, mediante la oportuna
eleccin del material y de los detalles constructivos adecuados,
el peligro de una rotura frgil.
Soldadura de tope final con fuerza normal
Tensin normal
Donde:
Fn= Fuerza Normal en [Kgf/]
A= rea [mm2 ]
Tensin de referencia
Donde:
= Tensin de corte
2= Factor de unin por soldadura.
Las La norma NBE EA-95 especfica que las soldaduras a tope
realizadas correctamente no requieren clculo alguno .Independiente
de esto se deben considerar las siguientes recomendaciones:
RECOMENDACIONES PARA LA EJECUCION DE CORDONES.
Durante el soldadura proporcionamos calor que se propaga a lo
largo y ancho de las piezas, producindose:
Limpiando de la zona a soldar con lija grado 80
Biselar con Angulo de 60 ambas piezas
Desengrasar y retirar oxido superficial de las plancha a soldar.
Un enfriamiento ms o menos rpido de las partes de las piezas en las
que la temperatura ha superado la del punto crtico del acero.
Contracciones de las zonas calentadas al enfriarse
posteriormente.
La velocidad de enfriamiento de la pieza tiene un efecto
importante sobre la modificacin de la estructura cristalina del
metal, lo cual se traduce en una modificacin de sus caractersticas
mecnicas y, en especial, en un aumento de su fragilidad. Las
contracciones, si operasen sobre piezas con libertad de movimiento,
slo proporcionaran deformaciones, pero como las piezas tendrn
ligaduras, nos aparecern, adems, tensiones internas, que sern
mayores a medida que la produccin de calor sea mayor o, lo que es
equivalente, a medida que las piezas sean ms gruesasLas
deformaciones que nos aparecen pueden dividirse en deformaciones
lineales y deformaciones angulares. Podemos eliminar estas
deformaciones y tensiones internas si seguimos las siguientes
indicaciones:SOLDADURAS DE CORDONES MLTIPLES
Se recomienda en NORMA CHILENA que una soldadura de varios
cordones se realice Depositando stos en el orden de la figura 12.
El ltimo cordn conviene que sea ancho para que la superficie de la
soldadura sea lisa.
SOLDADURAS CONTINUAS
Cuando la longitud de la soldadura no sea superior a 500 mm se
recomienda que cada cordn se empiece por un extremo y se siga hasta
el otro sin interrupcin en la misma direccin.
Cuando la longitud est comprendida entre 500 y 1000 mm se
recomienda empezar por el centro de cada direccin. Los cordones de
soldadura de longitud superior a 1000 mm es conveniente hacerlos en
paso de peregrino, sistema del cual se dan diversas soluciones en
las figuras 13 y 14.
PRUEBA HIDRULICA Y DE HERMETICIDAD Todo recipiente sometido a
presin debe sercomprobado antes de supuesta en operacin, la
comprobacin consiste en ensayos no destructivos ,tales como
radiografiados, comprobacin con lquidos penetrantes, etc. de
lassoldaduras y una prueba hidrulicadel recipientea una
presinmayorque la de diseo.
El valor de lapresin de prueba hidrulica ser de 1.3 veces la
presin de operacin , durante 60 minutos y verificar las posibles
fugas.NORMAS Y ESPECIFICACIONES RECIPIENTESAPRESIN,CALDERASASME,
Boiler and pressure vessel code, 1986I I Calderas de central
elctrica. II Especificaciones de materiales. III Elementos de la
planta de energa. IV Calderas para almacenamientos.
VExamennodestructivo. VI Reglas recomendadas para el cuidado y la
operacin de las calderas para el Calentamientos. VII Reglas
recomendadles para elcuidado de calderas de central elctrica. VIII
Recipientessujetosa presin.Divisin 1,Divisin 2,Reglas alternativas.
IXCalificacin de la soldadura fuerte y lade bajo puntode fusin o
autgena. X Recipientes a presin hechos deplstico reforzado con
fibra de vidrio. XI reglas para inspeccin en servicio de los
elementos de las plantas de energa nuclear.
CALCULO DE AISLACION TERMICA AISLACION TERMICA
MaterialConductividad Trmica
(Wm-1K-1)
Acero 47.00
Ceramica 0.81
Arena seca 0.33
Algodon 0.04
Acero inoxidable 14.00
Agua 0,581
Aire 0,024
Alcohol 0,161
Aluminio 209,31
Bronce 116.00
Cobre 372,1
Yeso 0.44
Placa de yeso 0.24
Ceramica 0.81
Corcho 0,04
Fibra de vidrio 0,03
Flexiglas 0.195
Granito 3.00
Hierro 80,2
Ladrillo 0,801
Lana de vidrio 0.041
Ladrillo refractario 0,47
Ladrillo hueco ceramico 0.47
Ladrillo fiscal 0.81
Latn 81.00
Hormigon vibrado 1.63
Estuco 1.3
Lino 0.04
Madera 0,131
Poliestireno expandido 0,025
Poliuretano 0,018
Teja ceramica 0.76
Vidrio 0.81
Calculo de rea de transferencia de calor del estanque
Longitud del arco de la tapa L= 1209 mm y
Area de la Tapa
rea de l cilindro
Area Total de transferencia
La perdida por conductividad trmica suponiendo una Temperatura
del agua de 80C y temperatura exterior de 0 C es 119.56 W h .Para
efectos de reducir la transferencia de calor por radiacin se
recomienda colocar una capa cartn con una cara de aluminio
brillante en la superficie del estanque.Waldo Quijada
VicencioIngeniero Civil Industrial/MecnicaRut : 9.178.327-4Pedro de
Valdivia 0449
Temuco
Fono : 89857794PAGE 2Pedro de Valdivia 0449 Temuco
[email protected] 45-730202 Pag :
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