Monograf Tanque

“Año del Diálogo

y Reconciliación Reconciliación Nacional Nacional ”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO

:

SECCIÓN PROFESOR

: :

ALUMNOS

:

Contenido OBJETIVOS ......................................................................................................................................

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I.

DISEÑO DEL TANQUE ...........................................................................................................

3

1.

Datos Generales de Diseño. ................................................................................................... 3

2.

Cálculo de Dimensiones del Tanque ..................................................................................... 4 2.1. Selección del Material ..........................................................................................................

4

2.2. Volumen de Almacenamiento ............................................................................................. 5 2.3. Dimensiones del Tanque. .................................................................................................... 5 2.4. Número de Planchas a Utilizar. ........................................................................................

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INTRODUCCIÓN

Actualmente las industrias usan en gran cantidad el Gas Licuado de Petróleo (GLP), lo cual conlleva la necesidad de la producción de tanques de almacenamiento de este combustible. Por tratarse de un combustible se requiere un correcto diseño de los tanques que cumplan con los requerimientos necesarios de acuerdo a la norma ASME Sección VIII, algunas a lgunas normas nacionales (NTP) y recomendaciones dadas por el OSINERGMIN. Ante esta necesidad se decide hacer énfasis en este tema y hacer a modo de proyecto los cálculos necesarios y adecuados para el diseño del tanque de almacenamiento. Asimismo, la realización de esta monografía usará los conceptos del curso de Tecnología de la Soldadura I; así como también el uso correcto de las normas a emplear. Primero, se plantea la problemática, aplicaciones, capacidad del tanque, material, espesor, entre otras consideraciones para poder hacer el plan de trabajo del proyecto. Con esto se elegirá la norma correcta y se continuará con el diseño. Además una vez elegida el egida la norma nor ma correcta, co rrecta, se procederá a preparar las probetas necesarias con sus respectivos procedimientos. Estas probetas pr obetas y ensayos se harán en el Instituto de Soldadura de la Facultad de lngeniería Mecánica (ISFIM). El presente trabajo servirá como una práctica a lo que se realizará en el campo laboral y ayudará al futuro ingeniero a desempeñar sin mucha dificultad el diseño de tanques de GLP.

TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA I

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OBJETIVOS

❖

Desarrollar la capacidad y habilidad del estudiante en el campo de la tecnología de soldadura.

❖

Diseñar un tanque, teniendo en cuenta la capacidad (volumen) y tipo de combustible (GLP) que se almacenará.

❖

Establecer la secuencia correcta del procedimiento de un proyecto relacionado a la tecnología de la soldadura.

❖

Elección de norma correcta e interpretación.

❖

Desarrollar los procedimientos de soldadura (WPS Y PQR) que se harán al momento de realizar las probetas.


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I.

DISEÑO DEL TANQUE

1.

Datos Generales de Diseño.

Según requerimientos generales se pidió diseñar un tanque de almacenamiento de Gas licuado de petróleo (GLP) para uso industrial con capacidad de 31.7 galones USA. Según la Norma Técnica Peruana (NTP 321.123 punto 5.1.4) indica que el tanque debe tener una presión de almacenamiento (presión interna) de 250 Psi g y además de ello cumplir con la norma ASME VIII (División 1) para garantizar la resistencia del mismo. Datos considerados para el diseño: ● Ubicación Geográfica: Lima, Perú. ● Área de la ubicación del tanque: 6 m 2 al aire libre, con plataforma que sirva

para la protección de los rayos solares, garantizando así una ventilación adecuada ante cualquier emergencia. ● Temperatura máxima: 30 °C


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2.

Cálculo de Dimensiones del Tanque

2.1. Selección del Material Según las especificaciones para materiales de la norma ASME (SECTION VIIIDivision 1) respecto a los materiales que se recomienda usar para tanques de GLP tenemos los siguientes; los cuales se muestran en la siguiente tabla resumida por el OSINERGMIN (Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería).

De acuerdo a ello, escogemos como material para la fabricación de este tanque al acero al carbono estructural SA-36.


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2.2. Volumen de Almacenamiento El volumen interno de diseño del tanque será de: 300 galones USA=1135.5 litros (aproximadamente 1.135 m 3)

2.3. Dimensiones del Tanque. Los tanques de almacenamiento de materias primas y productos de la planta se diseñan según el código API ASME, ASME, para el diseño de tanques que trabajan a presión atmosférica y contienen productos (líquidos o sólidos) en su interior

‐

Se ha de tener en cuenta que los recipientes por seguridad estarán llenos como máximo al 80 %, por lo que habrá que tenerlo en cuenta a la hora de establecer sus dimensiones.


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Se calcula:

   ×  4 ×    =0.8× 4 ×  + 3 × (2 ) =0.12  3× 4×    ×  0.8× 4 × ( 2 ) + 3 × ( 2 ) =0.12 =0.445,=0.6676 Las medidas (mm) de la parte cilíndrica como una plancha de acero serían:

Esta plancha no es comercial, por lo que se elegirá a partir de la siguiente tabla.


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Tenemos las siguientes planchas comerciales comerciales de acero A 36:

Por facilidad de diseño, elaboración y además un volumen requerido (1.135 metros cúbicos) escogemos las planchas de acero de 5’ x 10’ (1.52 x 3.05) metros. Para su fabricación se usará un proceso de rolado con el cual haremos la parte cilíndrica del tanque; luego por medio de una soldadura longitudinal se unirá ambos extremos de la plancha previamente rolada.


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Con las consideraciones mencionadas, se tendrá que el largo de la parte cilíndrica del tanque será 1.52 metros (sin considerar los cabezales). Para los cabezales, se considerará que deberán ser de forma esférica, debido a la buena resistencia a la presión de trabajo y motivos de seguridad. Tenemos la medida de la plancha (1.52 x 3.05) metros, lo cual corresponde a un diámetro igual a 0.9708 metros.

Dimensiones tentativas del tanque:


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a. Parte cilíndrica (Cuerpo)

Esfuerzo Circunferencial (Uniones longitudinales) Según la norma ASME SECCIÓN VIII, división UG-27, se tiene para el cálculo del espesor de tanque a presión:

P∗R t = S∗E−0.6∗P Dónde: P: Presión interna (Psi) R: Radio interno (pulg) S: Valor del esfuerzo máximo permitido (Psi) E: Eficiencia de la junta soldada


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Nota: La eficiencia de la junta (E) depende del grado de examinación radiográfico, según norma ASME nos apoyamos de la tabla UV-12 que nos muestran valores máximos.

Obteniendo los siguientes resultados: Espesor de recipientes para el diseño UG-27 Presión interna (psi)

250

Radio interno (pulg)

19.08

Esfuerzo máximo admisible (psi)

36000

Eficiencia de junta para recipiente cilíndrico o esférico

0.45

Espesor (pulg)

0.297

Se tendrá en cuenta para el cálculo del espesor real: la corrosión que se generará en el material, la cual a su vez depende de las condiciones ambientales, el producto almacenado y las condiciones de operación del tanque. TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA I

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Con las especificaciones especificaciones anteriores, es que se considera 1/16 pulg. al espesor calculado del según la norma ASME.

t = tM + tsón t =0.297" + 1/16" =0.3595 Entonces tomamos t real = /"; por ser comercial según la tabla indicada Entonces:

previamente.

Esfuerzo Longitudinal (Uniones circunferenciales) Según la norma ASME SECCIÓN VIII, división UG-27, se tiene para el cálculo del espesor de tanque a presión:

P∗R t = 2∗S∗E+0.4∗P Espesor de recipientes para el diseño UG-27 Presión interna (psi)

250


19.09


36000


0.45

Espesor (pulg)

0.146

Espesor adicional por efectos de corrosión:

t = tM + tsón t = 0.146" + 1/16" = 0.2085" TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA I

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t = 14 "  Comentario: Para la parte cilíndrica escogemos el mayor espesor calculado por motivos de resistencia de materiales según norma ASME (Sección VIII) y por motivos de seguridad ya que trabajará a presión de 250 psig máximo, en este caso tomamos el espesor

3/8".

b. Parte esférica (Cabezales) Forma del cabezal El cabezal se realizará mediante un proceso de embutido, con una matriz de forma semiesférica que gracias a la aplicación de una fuerza hidráulica, nos permite obtener la forma deseada.


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Según la norma ASME SECCIÓN VIII, división UG-27, se tiene para el cálculo del espesor de tanque a presión:

P ∗ R ;≤0.356 t = 2∗S∗E−0.2∗P Espesor de recipientes para el diseño UG-27 Presión interna (psi)

250


19.09


36000


Espesor (pulg)

0.45

0.1475

Espesor adicional por efectos de corrosión:

t = tM + tsón t = 0.1475 1475"" + 1/16 1/16"" = 0.21" 21" t =1/4"valor comercial Comentario: Para la parte esférica de los casquetes escogemos el espesor calculado, en este caso es de 3/8 ’’, así tener todo el tanque con un espesor uniforme.


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2.4. Número de Planchas a Utilizar. Por lo expuesto en el ítem anterior se usará planchas de 1.52m x 3.05m de

/8" para construcción de un tanque de volumen igual a 1.135 .

espesor 3

Realizaremos un cálculo aproximado teniendo en cuenta el área superficial del tanque a fabricar:

AT =4×π×0.485 + 2 × π × 0.485 × 1.52 = 7.5878 m Ahora el área por plancha es:

A = 1.52 × 3.05 = 4.636 m El número de planchas a utilizar será:

N =  =1.63 Se toma el número próximo entero, resultado 2 planchas a utilizar.

Comentario: Se utilizará para toda la construcción del tanque 2 planchas de acero A-36 de 1.52 x 3.05 m y de un espesor 3/8 ’’ (para los casquetes y para el cilindro).


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I.

BIBLIOGRAFÍA ● The American Society of Mechanical Engineers (ASME), New York

NY, July 1, 2010. ASME SECTION IX Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators WELDING ANS BRAZING QUALIFICATIONS, 324p. ISBN 9780791832547 ● The American Society of Mechanical Engineers (ASME), New York

NY, July 1, 2010. ASME SECTION VIII RULES FOR CONSTRUCTION OF PRESSURE VESSELS, 324p. ISBN 9780791832516


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II.

1.

ANEXOS.

ANEXO 01: WPS JUNTA LONGITUDINAL


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WPS 01 ESPECIFICACION DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA Nombre de la Empresa: UNI-FIM Identificación No.: Basado en el WPS Proceso(s) de soldadura: SMAW No.: Manual Semiautomático Automático TIPO: Revisión: Fecha: 29/ Por: Soldador: Tipo: DISEÑO DE LA UNION POSICION Tipo de la unión A TOPE Ranura: 6G Filete: ----Plancha Tubería SIMPLE DOBLE Tipo de soldadura: EN BISEL CARACTERISTICAS ELECTRICAS Abertura de Raíz: 1/8’’ 1/8’’ Longitud de cara de Raíz: MODO DE TRANSFERENCIA (SMAW): Angulo de ranura: 60º Radio (J/U) ----Corto Circuito Globular Spray SI NO AC DCEP Soporte: CORRIENTE: PULSO DCEN Material de soporte: A36 Esmeril y SI NO Limpieza de raíz: Método: ELECTRODO DE TUNGSTENO: amoladora METALES BASE Tipo: ------MB 1 MB 2 Tamaño: ------TECNICA Grupo: 1 1 Oscilante Especificaciones del Acero: ASTM A-36 ASTM A-36 Aportación: Recta Múltiple Grado: ----Pase: Simple Espesor de la plancha: 3/8’’ 3/8’’ Limpieza entre Método Si No Diámetro (tubería): ---- _Amoladora_ pases: : METAL DE APORTE PRECALENTAMIENTO Temperatura de Especificación AWS: E6011; E7018 --precalentamiento: Clasificación AWS A 5.1 Temperatura de interface --PROTECCION Marca: INDURA 1/8’’ Gas Tamaño del electrodo Fundente: ----: POSTCALENTAMIENTO Composición: --Temperatura: --Velocidad de Flujo: --Tamaño de la Tiempo: ----boquilla: PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA Velocidad de Velocidad Detalles de la unión Metal de aporte Corriente Proces Progresió alimentación Pase de avance Y n Tipo y Amperaje Voltaje del alambre o Clase Diam. (cm/min) (mm/min) Secuencia de soldadura Polaridad (Amp) (Volt) ------1 SMAW Horiz. E6011 1/8” DCEP 85 30 7 ------2 SMAW Horiz. E7018 1/8” DCEP 110 23 10 SMAW E7018 -----1/8” 3 Horiz. DCEP 110 23 10 4 SMAW Horiz E7018 1/8” DCEP 110 23 8


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ELABORADO POR APROBADO POR

2.

Henry Aymara Amaya Ing. Sarmiento

FECHA COMPAÑÍA

29/11/17 UNI-FIM

ANEXO 02: PQR JUNTA LONGITUDINAL

PQR 01 CERTIFICADO DE CALIFICACION DEL PROCEDIMIENTO (PQR) Nombre de la ISFIM Identificación No.: Empresa: Proceso(s) de Basado en el WPS SMAW 01 soldadura: No.: Semiautomático Automático TIPO: Manual Revisión: Fecha: Por: Soldador: Tipo: DISEÑO DE LA UNION POSICION Tipo de la unión A TOPE Ranura: 1G Filete: ----Tipo de Plancha Tubería SIMPLE DOBLE EN BISEL soldadura: Abertura de CARACTERISTICAS ELECTRICAS 1/8’’ Raíz: Longitud de cara de 1/8’’ MODO DE TRANSFERENCIA (SMAW): Raíz: Angulo de ranura: 60º Radio (J/U) ----Corto Circuito Globular Spray NO AC DCEP Soporte: SI CORRIENTE: PULSO DCEN Material de soporte: A36 Método Esmeril y NO Limpieza de raíz: SI ELECTRODO DE TUNGSTENO: : amoladora METALES BASE Tipo: ------MB 1 MB 2 Tamaño: ------TECNICA Grupo: 1 1 Especificaciones del Recta Oscilante ASTM A-36 ASTM A-36 Aportación: Acero: Múltiple Grado: ----Pase: Simple Espesor de la plancha: Limpieza 5/16’’ 5/16’’ entre Método _Amoladora_ Si No Diámetro (tubería): ----pases: : _ METAL DE APORTE PRECALENTAMIENTO Especificación Temperatura de E6011; E7018 -- AWS: precalentamiento: Clasificación AWS A 5.1 Temperatura de interface --PROTECCION Marca: INDURA 1/8’’ Tamaño del electrodo Fundente: --Gas: --POSTCALENTAMIENTO Composición: --Temperatura: --Velocidad de Flujo: --Tamaño de la Tiempo: ----boquilla: PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA I

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Pas Proces Progresió n e o

Metal de aporte Clase

Diam.

Voltaje (Volt)

Velocidad de alimentación del alambre (mm/min)

Velocidad de avance (cm/min)

Corriente Tipo y Amperaje Polaridad (Amp)

1

SMAW

Horiz. E601 1

1/8”

DCEP

45

30

-------

7

2

SMAW

Horiz. E701 8

1/8”

DCEP

90

25

-------

10

3 4

SMAW

Horiz. E701 8

1/8”

DCEP

90

25

------

10

ELABORADO POR APROBADO POR


Detalles de la unión Y Secuencia de soldadura

FECHA COMPAÑÍA

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