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 wquijada@alsontec.com 45-730202 Pag :

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