Diseño tanque: Norma API 650

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA

DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de de Ácido Sulfúrico Sulfúrico

FUNDAMENTOS DEL DISEÑO ICM286

PROFESOR: Rodrigo Leiva ALUMNOS: Diego Castillo B. Diego Garrido R. Javiera Izaurieta G. Mauro Saavedra C. Jorge Urbina C. FECHA:

09/12/2014

DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico

Resumen ejecutivo En este trabajo investigativo, se indagó acerca de la evaporación mecánica de vapor, la cual es una técnica utilizada para calentar el vapor producido en un evaporador utilizando compresión mecánica logrando así que este aumente su temperatura, lo cual disminuye el consumo de energía de los procesos de tratamientos de aguas residuales. Además se investigó las distintas normas que establecen los máximos límites permitidos para la emisión de diversos residuos líquidos, ya sea en materia de Lodos, RILES a aguas subterráneas, marinas y continentales superficiales, además de los residuos incorporados a los sistemas de alcantarillado. Debido a que este trabajo se enfocó en una planta de producción de ácido sulfúrico la cual utiliza los gases provenientes del proceso de conversión de la concentración de cobre, específicamente en el proceso de limpieza y lavado de gases se caracterizó un efluente tal proveniente del proceso de lavado de gases. Además de caracterizar los efluentes propios de la planta, se analizaron los tratamientos diversos diversos aplicados para eliminar eliminar las diversas impurezas de los efluentes de la empresa. Finalmente se estudió y se realiza el diseño de un estanque de almacenamiento de ácido sulfúrico sulfúrico mediante el uso de la normativa API-650, de material Acero A37-24 ES, con un volumen nominal de 66[m 3], una altura total de 3[m] y un diámetro aproximado de 6 [m].

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DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Debido a la mayor fiscalización y competencia existentes hoy en día, las empresas buscan conseguir procesos amigables con el medio ambiente y a bajo costo. Esto es un constante problema para las empresas pequeñas o medianas que generan una gran cantidad de RILES, cuyos parámetros están fuera de norma, ya que los tratamientos suelen ser muy costosos y necesitan una gran terreno para ser emplazados. Es por esto que se está en constante búsqueda de nuevas tecnologías para alcanzar estas metas. Actualmente se está introduciendo la “Recompresión Mecánica del Vapor” para el tratamiento de RILES.

Las aplicaciones más comunes, son el tratamiento de RILES provenientes de: Salmueras Purines de cerdo Aguas residuales de industrias químicas

  

En este caso se deberá diseñar el proceso para una Industria química productora de ácido nítrico y sulfúrico. Se requiere una capacidad de evaporación de 100 kg de vapor por hora. En este trabajo deberá: a) Investigar el principio de funcionamiento de la Recompresión Mecánica

b) Límites establecidos en las normas ambientales para la descarga de aguas a distintos receptores. c) Caracterizar el efluente a tratar. d) Identificar los cambio físicos y químicos del efluente e) Realizar el diseño de un elemento, a su elección, del proceso, según las siguientes normas: 1.- Diseño de estanques de fondo plano: API-650 2.- Diseño de recipientes a presión: ASME sección VIII 3.- Diseño de tuberías: ANSI 4.- Diseño de intercambiadores de calor: TEMA Estas plantas cuentan principalmente con los siguientes equipos: Condensador Evaporador Intercambiador de Calor Separador Decantador Estanques de almacenamiento de residuos y vapor

     

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a) Evaporación por Recompresión Mecánica de vapor 1 Las técnicas de recompresión de vapor se utilizan para mejorar la eficiencia energética de los procesos de evaporación. El evaporado se recomprime a presiones muy altas, lo que permite utilizar este vapor recomprimido para calentar el evaporador. El 60% del consumo de agua en los países desarrollados se dedica al uso industrial. El correcto tratamiento de las aguas residuales así como su reutilización es fundamental para un consumo sostenible y la regeneración del ambiente. Por lo tanto, una de las aplicaciones de la técnica de evaporación por recompresión mecánica es en el tratamiento de aguas residuales. El sistema de funcionamiento se basa en que el evaporado puede recomprimirse a través de dos técnicas: compresión térmica o mecánica. En la recompresión térmica, una parte del evaporado se comprime en un eyector, el cual es impulsado por vapor y se utilizan para calentar el evaporador. El sistema de evaporación por compresión mecánica comienza con el suministro de energía externa al evaporador para iniciar el proceso de evaporación. Para realizar una mejorara a la eficiencia, se emplea un sistema de evaporación de bajo vacío, debido a que el punto de ebullición es menor. El vapor que se extrae, se comprime con un compresor volumétrico, como por ejemplo una turbina, esto con la finalidad de aumentar la temperatura. El vapor sobrecalentado, se recircula nuevamente al evaporador como un fluido de servicio. En tanto comienza el ciclo, la contribución externa de vapor se detiene, esto porque se utiliza la energía generada por la compresión mecánica del vapor para sostener el ciclo de evaporación. Los sistemas de compresión mecánica de vapor, surgen porque el consumo de energía del compresor volumétrico es menor al costo de producción del vapor para los sistemas de evaporación de múltiple efecto o multiefecto. Sin embargo, los volúmenes que se evaporan deben ser de tan magnitud que el ahorro adquirido se retribuya con la inversión del compresor volumétrico. En la construcción del evaporador, se utiliza un intercambiador de calor Astute, el cual está compartimentado con desplazamiento forzado y superficie rascada, adaptado para que opere en modo de ebullición libre. Además, es capaz de procesar productos de diferentes viscosidades, inclusive con partículas pequeñas o medianas. En el interior de cada cámara, el pistón fuerza un desplazamiento total del producto a ambos lados. De la misma forma, genera un flujo perpendicular a los tubos de servicio que beneficia la transmisión de calor y limpieza. Este equipo se ha diseñado para evitar efectos negativos inherentes a la ebullición en la parte interior de tubos verticales, donde el rendimiento decae en la 1

http://www.ecoplanning.fi/index.php/recompresion-del-vapor.html http://www.aurumprocess.com/es/aplicaciones/soluciones-y-articulos/evaporacion-por-compresionmecanica-de-vapor 4


parte superior que corresponde a la fase de vapor, generando un resecado de la pared del tubo, esto da lugar a ensuciamientos complejos de suprimir.

b) Límites establecidos en normas ambientales para la descarga de aguas residuales a distintos receptores. En el ámbito de la descarga de aguas residuales existen ciertas fuentes principales, las cuales poseen sus respectivas normas nombradas a continuación: 







Decreto n°4/2009: reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamientos de aguas servidas. Decreto n° 46/2003: Establece norma de emisión de residuos líquidos a aguas subterráneas. Decreto N°90/2001: Establece normas de emisión para la regulación de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales. Decreto N°609/1998: Establece norma de emisión para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos industriales líquidos a sistemas de alcantarillados.

Decreto N°4/2009: Promulgada el 30 de enero de 2009, tiene por objeto regular el manejo de lodos provenientes de plantas de tratamientos de aguas servidas, para dicho efecto establece clasificación sanitaria de los lodos y las exigencias sanitarias mínimas para su manejo, además de las restricciones, requisitos y condiciones técnicas para la aplicación de lodos en determinados suelos. Establece que un lodo es un residuo semisólido que ha sido generado en planta de tratamiento de aguas servidas y que a su vez existen distintos tipos de estos: 





Lodo clase A: lodo sin restricciones sanitarias para la aplicación al suelo. Lodo clase B: lodo apto aplicación al suelo, con restricciones sanitarias de aplicación según tipo y localización de los suelos o cultivos. Lodo crudo: Lodo proveniente de la etapa de decantación primaria.

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DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico 

Lodo estabilizado: lodo con reducción del potencial de atracción de vectores sanitarios de acuerdo con lo establecido en el presente reglamento.

Art. 22° Las concentraciones máximas de metales pesados que pueden contener los suelos receptores previo a la aplicación de los lodos se muestran en la siguiente tabla. Tabla 1. Concentraciones máximas de metales en suelo receptor

Fuente: Instituto nacional de normalización.

Art 23° Para los suelos que cumplan los requisitos establecidos en la tabla 1, la tasa máxima de aplicación de lodos al suelo es 90 ton/ha por año (base materia seca). Art 24° sólo se podrán aplicar al suelo lodos de las clases A y B provenientes de plantas de tratamiento de aguas servidas que cuenten con un proyecto aprobado por la autoridad sanitaria. Estos lodos deberán cumplir con la concentración máxima de metales señalados en la tabla 2. Tabla 2. Concentraciones máximas de metales en lodos para aplicación al suelo

Fuente: Instituto nacional de normalización.

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Cuando las concentraciones totales de cadmio, mercurio, plomo y selenio superen los valores de 20, 4, 100 y 20 mg/kg. Respectivamente, se deberá demostrar que estos lodos no son peligrosos de acuerdo a lo establecido en el DS 148/2003 del ministerio de salud. Con respecto a materia de lodos estos son los niveles más importantes mencionados en la norma.

Decreto 46/2003: Promulgada el 9 de marzo de 2002, determina las concentraciones máximas de contaminantes permitidas en los residuos líquidos que son descargados por la fuente emisora, a través del suelo, a las zonas saturadas de los acuíferos, mediante obras destinadas a infiltrarlo. Algunos conceptos básicos: 











Acuífero: formación geológica permeable susceptible de almacenar agua en su interior y ceder parte de ella. Acuífero confinado: es aquel en que el agua alojada en el interior de la zona saturada se encuentra a una presión mayor que la atmosférica. Acuífero libre: es aquel en que el agua de la zona saturada se encuentra en contacto directo con la atmosfera a través de los espacios de la zona n o saturada. Contenido natural: es la concentración o valor de un elemento en la zona saturada del acuífero en el lugar donde se produce la descarga de la fuente emisora, que corresponde a la situación original sin intervención antrópica del cuerpo de agua más las situaciones permanentes, irreversibles o inmodificables de origen antrópico. Corresponderá a la Dirección General de Aguas establecer el contenido natural del acuífero. Para estos efectos la Dirección General de Aguas podrá solicitar los antecedentes que estime conveniente al responsable de la fuente emisora. Emisión directa: es la descarga de residuos líquidos en la zona saturada del acuífero. Emisión indirecta: es la descarga de residuos líquidos hacia la zona saturada del acuífero, mediante obras de infiltración.

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DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico 

Fuente emisora: establecimiento que descarga sus residuos líquidos por medio de obras de infiltración tales como zanjas, drenes, lagunas, pozos de infiltración, u otra obra destinada a infiltrar dichos residuos a través de la zona no saturada del acuífero como resultado de su proceso, actividad o servicio, con una carga contaminante media diaria superior en uno o más para los parámetros indicados en la siguiente tabla: Tabla 3. Carga contaminante máxima permitida en los residuos

Fuente: Instituto nacional de normalización

Los residuos líquidos deberán mantenerse con un valor característico en un rango de pH entre 6 y 8. 



Zona saturada del acuífero: corresponde a aquella parte del acuífero que se encuentra con sus poros completamente ocupados por agua. Zona no saturada del acuífero: corresponde a aquella parte de un acuífero en que sus poros no se encuentran completamente ocupados por agua.

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Límites máximos permitidos para descargas de residuos líquidos a aguas subterráneas: Para acuíferos con vulnerabilidad calificada como media, los límites máximos permitidos para descargar se presentan en la siguiente tabla: Tabla 4. Límites máximos permitidos para descargar residuos líquidos en condiciones de vulnerabilidad media


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Para acuíferos con vulnerabilidad baja, los límites máximos de emisión en términos totales se presentan en la siguiente tabla: Tabla 5. Límites máximos permitidos para descargar residuos líquidos en condiciones de vulnerabilidad baja


Decreto N° 90/2011: publicado el 30 de mayo de 2000, con el objetivo de proteger el medio ambiente previniendo la contaminación de las aguas marinas y continentales superficiales de la república, mediante el control de contaminantes asociados a los residuos líquidos que se descargan a estos cuerpos receptores. Algunas definiciones: 



Se entenderá como DBO5: demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días y a 20°C. Cuerpos de agua receptos o cuerpo receptor: es el cuerpo o volumen de agua natural o artificial, marino o continental superficial, que recibe la descarga de residuos líquidos. No se comprenden en esta definición los cuerpos de aguas 10


artificiales que contengan almacenes o traten relaves y/o aguas lluvias o desechos líquidos provenientes de un proceso industrial o minero. 

Fuente emisora: es el establecimiento que descarga residuos líquidos a uno o más cuerpos de agua receptores, como resultado de su proceso, actividad o servicio, con una carga contaminante media diaria o de valor característico superior en uno o más de los parámetros indicados en la siguiente tabla: Tabla 6. Carga de contaminantes mínimos para una fuente emisora

Fuente: Instituto nacional de normalización 

Solidos sedimentables y suspendidos totales: son aquellos que se adecuan a la definición contenida en la Nch 410.of96. no se consideran en este concepto aquellos sólidos que son vertidos mediante la utilización de aguas, como forma de transporte de residuos sólidos, en un lugar de disposición legalmente autorizado. 11


Los límites máximos permitidos para la descargas de distintas aguas se presentan a continuación. Tabla 7. Límites máximos permitidos para la descarga de líquidos a cuerpos de aguas fluviales.

Fuente: Instituto nacional de normalización .

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DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico Tabla 8. Límites máximos permitidos para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua fluviales considerando la capacidad de dilución del receptor.

Fuente: Instituto nacional de normalización .

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DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico Tabla 9. Límites máximos permitidos para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua marinos dentro de la zona de protección litoral.

Fuente: Instituto nacional de normalización. Tabla 10. Límites máximos permitidos para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua lacustres

Fuente: Instituto nacional de normalización. 14

DISEÑO MECÁNICO DE UN ESTANQUE Almacenamiento de Ácido Sulfúrico Tabla 11. Límites máximos de concentración para descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua marinos fuera de la zona de protección litoral.

Fuente: instituto nacional de normalización.

c) Caracterizar el efluente a tratar El Agua es un recurso utilizado en diversos procesos industriales, siendo muchas veces un medio de limpieza y por ende arrastra una cantidad de residuos, pasando a ser entonces un RESIDUO INDUSTRIAL LIQUIDO (RIL). Dependiendo del proceso industrial los RILES contendrán distintos contaminantes como metales, aceites, sólidos suspendidos, sólidos gruesos, material orgánico, etc. El tratamiento de RILES cuenta con diversas etapas de las cuales se pueden distinguir:   

Filtración Primaria de Riles Tratamiento Físico Químico de Riles Tratamiento Biológico de Riles

En la planta de producción por doble contacto de ácido sulfúrico en general se producen residuos como aceites pesados, lodos de depuradora, se recogen aguas de alcantarillado y posible fugas en depuradora. Además, se pueden producir vertidos de agua accidentalmente, en los cuales las plantas de tratamiento de 15


aguas de vertido derivadas de este proceso pueden tener metales pesados, dependiendo de cuál sea el origen del azufre. Siempre hay riesgos de contaminación accidental cuando se manejan productos químicos. En una planta de producción de ácido sulfúrico la etapa de mayor riesgo es el transporte del producto. Debido a este riesgo, el transporte de estos materiales está sometido a regulaciones específicas. También existe riesgo de contaminación accidental en el almacenamiento del ácido sulfúrico, pero cada planta tiene diferentes sistemas para controlar los vertidos, también existen guías/reglamentos que se aplican al almacenamiento del ácido sulfúrico. En nuestro país la principal fuente de ingresos proviene de la concentración y producción de cátodos de cobre, la cual en su proceso de concentración generan gases contaminados con anhídrido sulfuroso, arsénico, metales pesados y material particulado, entre otros. Las fundiciones de cobre para cumplir con las normas de emisión deben remover dichos contaminantes de los gases antes de poder evacuarlos a la atmosfera. Es por este motivo que el anhídrido sulfuroso se utiliza como materia prima en la fabricación de ácido sulfúrico como se muestra en la figura 1, la cual muestra una planta de producción de ácido sulfúrico, en este proceso se incorpora una etapa de limpieza y lavado de gases, el cual genera un efluente ácido el que se caracteriza por tener un pH menor a 1, ácido sulfúrico en concentraciones de 75 mil ppm, ión arsénico, metales pesados además de anhídrido sulfuroso.

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Figura 1. Diagrama Planta de Ácido Sulfúrico

La siguiente tabla resume la composición típica de un efluente ácido proveniente de la etapa de limpieza de gases de una planta de ácido sulfúrico. Tabla 12. Composición típica de un efluente ácido generado en la etapa de limpieza de gases en una fundición de cobre [mg/L] o [ppm]

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d) Identificar los cambios físicos y químicos del efluente Tratamientos físicos y químicos de los efluentes. Tomando en consideración que el funcionamiento de una planta de ácido sulfúrico, toma los gases del proceso productivo de ácido sulfúrico. Las etapas principales de producción de ácido sulfúrico son las siguientes: 1. Limpieza de gases y enfriamiento para reducir la temperatura del has y extraer el polvo arrastrado. 2. Reacción del (SO2) anhídrido sulfuroso con oxígeno O 2 para formas ácido sulfúrico (H2SO4) 3. Combinación de SO2 con agua para formar H2SO4. 4. Entrega de ácido hacia el almacenamiento. En este proceso existen diversos efluentes que se generan en distintas etapas.

Limpieza de gases y enfriamiento: Los gases que contienen SO 2 provenientes del horno flash y convertidores, contienen nitrógeno, oxígeno, polvo, humo metálico vapor de agua e impurezas tales como flúor, cloro, selenio y arsénico en la etapa da de limpieza y enfriamiento se retiran todos los contaminantes. El gas proveniente de la cámara de mezcla, entra a 320°C a una Torre de humidificación, la cual el gas se lava por medio de boquillas con ácidos débiles cuya concentración varía alrededor de 30% en H 2SO4, de este modo el gas sufre un enfriamiento por contacto con el líquido a contracorriente hasta los 90°C. El ácido débil se recircula a la torre sin enfriarlo y las impurezas más pesadas son enviadas a un estanque sedimentador de polvo y arsénico. Desde la torre de humidificación se envía el has al Venturi Scrubber , donde entra a favor de corriente con ácido débil inyectado a través de toberas. En esta etapa el gas se enfría nuevamente y se retienen la totalidad de las impurezas, principalmente el arsénico y el selenio.

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Se conduce el gas a la Torre de Enfriamiento, la cual es una tore que posee relleno. Aquí el ácido débil se recircula en el interior a través del relleno en contra corriente lo que permite retirar parte de la neblina ácida, los cloruros, el vapor de agua y todos los compuestos florados. Debido al contacto de ácido de concentración 3% de H2SO4 con el gas húmedo, el líquido es enfriado en intercambiadores de calor, para posteriormente seguir recirculando el ácido a través de la torre. Cada cierto tiempo se agrega a parte de este ácido, silicato de sodio el cual se utiliza para hacer reaccionar el flúor presente en el gas y de este modo poder retirarlo del sistema para evitar posibles daños estructurales en etapas posteriores. Finalmente, el gas frio parcialmente purificado, pasa a precipitadores electrostáticos húmedos que son unidades que son capaces de retirar la neblina ácida y particular de polvo utilizando precipitación eléctrica. El ácido débil que se acumula en el fondo de los precipitadores se envía al estanque de la torre de enfriamiento para ser utilizado por la torre.

e) Realizar el diseño de un elemento, a su elección, del proceso, según las siguientes normas: 1.- Diseño de estanques de fondo plano: API-650 2.- Diseño de recipientes a presión: ASME sección VIII 3.- Diseño de tuberías: ANSI 4.- Diseño de intercambiadores de calor: TEMA El diseño del elemento a realizar, corresponde a un estanque de fondo plano, para el almacenamiento del producto final del proceso productivo de ácido sulfúrico al 96% con una densidad de 1,83 [g/cm 3] y un PH=0, producto altamente corrosivo. Por lo tanto, para el diseño del estanque se tomará como base la Norma API-650 las cual se aplica a tanques verticales, cilíndricos, construidos sobre el nivel del piso, con techo cerrado o abierto. La Norma API-650 aplica sólo a tanques cuyo fondo es totalmente soportado uniformemente y a tanques de servicio no refrigerado con una temperatura máxima de operación de 90°C. Esta norma pretende suministrar los parámetros de construcción de tanques para petróleo, u otros productos para que sean construidos con una seguridad y costo razonables. Esta norma no limita el tamaño de los tanques.

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A continuación, se presentan las especificaciones generales: 

Especificaciones generales Tabla 13. Datos generales diseño estanque Datos generales

Norma de Referencia Líquido Densidad

API Estándar 650, Weded Steel Ácido Sulfúrico 98% 1,83 kg/m3

Material Volumen nominal

Acero A37-24ES 66 m3

Geometría Para el diseño del estanque de ácido sulfúrico, se establece una altura total de estanque Ht=2,974 [m] con un diámetro interior de 5,72 [m], que considera una capacidad máxima de almacenamiento de 76 [m3] de ácido, en el cual se ocupa el 87% de la capacidad total del estanque. Tabla 14. Geometría Estanque Geometría

Altura Total, Ht Nivel líquido, H Diámetro medio, D Altura de techo, h 

2,9740 9,7572 2,5000 8,2021 5,7200 18,7664 0,5040 1,6535

[m] [ft] [m] [ft] [m] [ft] [m] [ft]

Cálculos de Espesores

Características del material Tabla 15. Característica material

 

F0Y

Acero A36 23.200 psi 24.900 psi 36.000 psi 20


Placa de fondo El espesor nominal para la placa de fondo no debe ser menor a 6 mm según norma API-650. Ya que el ácido es un agente corrosivo se dará un factor de seguridad de 2 [mm], por lo tanto, el fondo del estanque tendrá un espesor final de 8 [mm]. Diseño del manto Para un D < 15,24 [m], el espesor mínimo debe ser 3/16’’ (4,76 [mm]) como se

muestra en la tabla. El espesor mínimo de pared vertical, considerando un sobre espesor por corrosión de CA=2[mm] (0,079’’). Tabla 16. Espesores según dimensiones estanques

 =   ñ  =    ℎá  = (2,6 ∙  ∙  − 1 ∙ ) +  ∙ 8,2021 −1 ∙ 1,83) + 0,079 = 0,107′′ = 2,7 []  = (2,6∙ 18,7664 23. 200 (2,6 ∙  ∙  − 1)  =  ∙ 8,2021 − 1) = 0,014′′ = 0,36 []  = (2,6∙ 18,7664 24.900 Como criterio, se utilizará un valor de  = 6 [] > 4,76 [] 3/16′′   = 6 [] →    = 8[] →    100%  ó á 21


Diseño del Techo Para un techo cónico auto soportante, con un ángulo de

0,165

∅ = 9,4° < 37° y ∅ ≥

El espesor mínimo del techo está definido como:

 ≥ 3/16′′  = 400∅ 18,776 = 0,27′′ = 6,86 []  = 400∅  = 8[] > 6,86 [] Tabla 17. Pesos del líquido, techo y manto

Cálculo de pesos Peso del líquido 117,564 [kg] Peso del techo 1639 [kg] Peso del manto 2514 [kg] 

Análisis sísmico

Se deben tener en consideración los siguientes parámetros para la caracterización sísmica: Tabla 18. Parámetros caracterización sísmica

Ubicación Características Suelo Factor de importancia

Sector Norte de Chile Suelo tipo 2, S=1,2 l=1,0

Coeficiente sísmico Para calcular los coeficientes sísmico se necesita conocer el periodo del líquido. La Norma API 650 entrega la siguiente ecuación para determinarlo:

 = , k se obtiene de la siguiente figura, donde la relación de 0,62:

/4 = 2,288 resulta un valor

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Figura 2. Factor k

 = 0,6218,766, = 0,686 [] Una forma de expresar de mejor manera el coeficiente sísmico la entrega el método de housner, donde las variables están en el sistema métrico:

  = 1,046√  tanh 1,841   = 1,01,46√  tanh 82,4186∙ 2,5  = 2,604 [] < 4,5 [] Sin embargo, se utilizará el primer valor obtenido. Según la Norma API 650, los coeficientes de fuerza lateral resultan:

 = 0,60 ∙1,2 = 0,335  = 0,75 ∙  = 0,75 2,686

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Cálculo de masas y centro de gravedad Las masas efectivas y centroides de fuerzas sísmicas, para D/H=2,288: Peso impulsivo:

Paso convectivo:

1 = 0,5 2 1 = 0,5∙ 259,193 = 129.596 [] 2 = 0,5  2 = 0,5∙ 259,193 = 129.596 []

Altura impulsiva:

1 = 0,38  1 = 0,38 ∙ 8,202 = 3,117[]

Altura convectiva:

2 = 0,56  2 = 0,56 ∙ 8,202 = 4,593 []

Altura c.g. manto estanque:

 = 2 = 9,7241 = 4,8705 [] Altura c.g techo:

 =  + ℎ2 = 9,741 + 1,6254 = 10,568 []

De manera alternativa X1,X2,X3, W1 y W2 se pueden calcular empleando las ecuaciones que entrega el método de Housener. Los coeficientes Ci y Cc de masa impulsiva y convectiva respectivamente, se calculan con las siguientes expresiones:

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3/) = ℎ(√ 3 ∙ 2,86/2,5) = 0,486  = ℎ(√ √ 3/ √ 3∙ 2,86/2,5  = 0,455 ∙ / ∙ ℎ1,841 ∙ 2,86/2,5 = 0,48 Posterior, el peso de la masa impulsiva P i=W1 y el peso de la masa convectiva Pc=W2 será:

1 =  =  ∙  = 0,486 ∙ 117.564 = 57.136 [] = 125.968 [] 2 =  =  ∙  = 0,48∙ 117.564 = 56.431 [] = 124.413 [] Es posible observar valores similares a los resultados mediante los gráficos de API 650 y las ecuaciones del método de housner. De igual manera los c.g calculados por este método resultan a los obtenidos en los gráficos. 

Momento volcante

El momento volcante se determina como:

 = 2∙ ∙1∙ ∙ ∙1∙ ∙ + 1∙1∙1+2∙2∙2  = 0,4 ∙1 ∙ 0,6∙ 5,543∙4,8705+0,6∙ 3,613∙10,568+0,6 ∙129.597∙3,117+ 0,335∙129.597 ∙4,593 

 = 192.354 [ − ]26.593 [ − ] 

Resistencia al volcamiento

Para estanques que no se encuentren anclados, la porción del contenido que puede ser utilizada para resistir el volcamiento, se determina de la siguiente manera:

 = 7,9∙  ∙   ∙  ∙  < 1,25 ∙  ∙  ∙   = 7,9∙ 0,236∙ 36000 ∙ 1,83∙ 8,202 = 1370 [⁄] 1,25∙  ∙  ∙  = 1,25 ∙ 1,83∙ 8,202 ∙ 18,766 = 352 [⁄]  = 352[⁄],     25


El efecto estabilizante de la estructura del estanque está dado por:

 =  + ∙∙ 

 = 5,543 ∙ +18,1∙7663613 = 155[⁄],     El factor de volcamiento, está dado por la siguiente expresión:

 = 192,354 = 1,077 < 1,57  ∙  +  18,766 ∙ 155 + 352 Según la Norma API 650, el estanque es estructuralmente estable, por lo tanto, no requiere ser anclado. 

Compresión

La máxima tensión admisible de compresión Fa, es determinado aplicando las siguientes ecuaciones:

 ∙  ∙ = 1,83 ∙ 8,202 ∙ 18,766 = 94.905 < 10  0,236  ∙  1 0  = 2,5 ∙  + 600 ∙ √  ∙  ≤ 0,5∙  0,5∙  = 0,5∙ 36,000 = 18.000 [⁄]  ∙   ∙ 0,236 1 0 10  = 2,5 ∙  + 600 ∙ √  ∙ = 2,5∙ 18,766 + 600 ∙ 1,83 ∙ 8,202  = 7,355 [⁄] Para estanques no anclados, la máxima fuerza de compresión longitudinal por unidad de circunferencia está dado por:

 =  + 1,273 ∙  = 155 + 1,273 ∙ 192354 18,766  = 696 [⁄] 26


El máximo esfuerzo de compresión en el espesor de la pared es:

 = 696 = 246 [⁄] <  = 7355 [⁄] 12∙  12 ∙0,236 A partir del cálculo del estanque, este no requiere ser anclado, sin embargo por seguridad se anclará con los pernos que se indican en el plano

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Diseño tanque: Norma API 650

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