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SEGUIMIENTO Y PROCESAMIENTO DE DATOS TOPOGRAFICOS PARA LA
INSPECCION DE VERTICALIDAD, REDONDEZ Y ASENTAMIENTOS DE
TANQUES DE ALMACENAMIENTO SEGUN NORMA API-653.
ANGELA MILENA HERNANDEZ MARIÑO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERIA TOPOGRAFICA
BOGOTA D.C
2018
2
SEGUIMIENTO Y PROCESAMIENTO DE DATOS TOPOGRAFICOS PARA LA
INSPECCION DE VERTICALIDAD, REDONDEZ Y ASENTAMIENTOS DE
TANQUES DE ALMACENAMIENTO SEGUN NORMA API-653.
ANGELA MILENA HERNANDEZ MARIÑO
CODIGO.20132032201
PROYECTO DE PASANTIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERA
TOPOGRAFICA
DIRECTOR INTERNO ISMAEL OSORIO BAQUERO
DOCENTE DIRECTOR INGENIERO TOPOGRAFICO
DIRECTOR EXTERNO OSCAR H LEYTON
DIRECTOR EXTERNO INGENIERO CIVIL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERIA TOPOGRAFICA
BOGOTA D.C
2018
3
CONTENIDO 1. ANTECEDENTES .....................................................................................................................9
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA ....................................................................................... 10
3. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 11
3.1 Objetivo general: .................................................................................................................. 11
3.2 Objetivos Específicos: ......................................................................................................... 11
4. MARCO CONCEPTUAL ....................................................................................................... 12
4.1 Nociones Básicas de Topografía ...................................................................................... 12
4.2 Observaciones Topográficas ........................................................................................ 13
4.3 Observaciones Altimétricas ............................................................................................... 15
4.4 American Petroleum Institute API ..................................................................................... 16
4.5 Norma API 653 (Inspección, Reparación, Alteración Y Reconstrucción de Tanques).
...................................................................................................................................................... 16
4.6 Tanques de Almacenamiento ............................................................................................ 17
4.6.1 De Techo Fijo .................................................................................................................... 18
4.6.2 De Techo Flotante ........................................................................................................ 19
4.6.3 Sin techo ........................................................................................................................ 20
4.7 Tipo de asentamiento ......................................................................................................... 21
4.8 Inspecciones topográficas a tanques de almacenamiento basado en la norma API
653 ................................................................................................................................................ 22
5. DISEÑO METODOLOGICO ................................................................................................. 23
5.1 Etapa de Revisión ............................................................................................................... 23
5.2 Etapa de control de calidad de la información recibida ............................................ 23
5.3 Etapa de Verificación y Análisis .................................................................................... 23
5.4 Etapa de Documentación ................................................................................................... 24
5.5 Etapa de Entregas ......................................................................................................... 24
6 RESULTADOS OBTENIDOS ............................................................................................... 25
6.1 Etapa de Revisión .......................................................................................................... 25
6.2 Etapa de control de calidad de la información recibida ............................................ 26
6.3 Etapa de Verificación y Análisis ................................................................................... 26
6.4 Etapa de Documentación .............................................................................................. 28
7 ANALISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS ............................................................ 35
9. EVALUACION Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS .................................................. 44
4
10. CONCLUSIONES .................................................................................................................... 45
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 47
ANEXOS .......................................................................................................................................... 48
5
TABLA DE FIGURAS
Figure 1 Tanque de techo fijo ................................................................................ 18
Figure 2 Tanque de Techo Flotante Interno ........................................................... 19
Figure 3 Tanque Techo Flotante Externo .............................................................. 20
Figura 4 Tipos de Asentamientos para cascos de Tanques ................................. 21
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Formato de deformaciones para cálculo de redondez y verticalidad ........ 27
Tabla 2 Formato de Levantamiento Altimétrico ..................................................... 27
Tabla 3 Formato de Caracterización de elevaciones para cálculo de asentamientos
............................................................................................................................... 27
Tabla 4 Número de ejes de Medida ....................................................................... 28
Tabla 5 Alturas de medición por anillos en cuerpo de Tanque. ............................. 29
Tabla 6 Tolerancia para medición de redondez en tanques reconstruidos y/o
reubicados. ............................................................................................................ 31
Tabla 7 Tolerancia para medición de redondez en tanques en servicio de acuerdo
al espesor de la lámina en el cuerpo del tanque. ................................................... 31
Tabla 8 Puntos mínimos recomendados para la toma de datos sobre la periferia
del tanque. ............................................................................................................. 32
Tabla 9 Resultados de prueba de verticalidad ....................................................... 37
Tabla 10 Caracterización de Elevaciones para cálculo de Asentamientos ………42
7
LISTA DE GRAFICAS
Gráfico 1 Lectura Base del Tanque TQ- 501 ........................................................ 38
Gráfico 2 Lectura sobre el Anillo 1 del cuerpo del Tanque TQ – 501 .................... 38
Gráfico 3 Lectura sobre el Anillo 2 del cuerpo del Tanque TQ – 501 .................... 39
Gráfico 4Lectura sobre el Anillo 3 del cuerpo del Tanque TQ – 501 ..................... 39
Gráfico 5Lectura sobre el Anillo 4 del cuerpo del Tanque TQ– 501 ...................... 40
Gráfico 6 Lectura sobre el Anillo 5 del cuerpo del Tanque TQ – 501 .................... 40
8
INTRODUCCION
Los tanques de almacenamiento se usan comúnmente en industrias para almacenar
petróleo crudo y sus derivados. Estos tanques requieren inspecciones periódicas
con constante seguimiento para monitorear los movimientos a corto y largo plazo;
los asentamientos, la redondez, y la verticalidad son algunas de las consecuencias
de estos movimientos que se presentan como resultado del tiempo, de su uso o de
agentes externos. Para garantizar la seguridad de la estructura, es necesario llevar
a cabo un control periódico, desarrollar un sistema de monitoreo confiable y
rentable. Dicho monitoreo consistio en tomar datos topograficos del tanque, esta
tarea se llevo acabo apartir de la observación externa y tomando como criterio de
evaluación el documento API STANDARD 653 Inspección, Reparación, Alteración
y Reconstrucción de tanques. Asi que este informe mostrará los resultados de los
datos entregados por el profesional de campo. Esta inspección surgio como
necesidad y tarea de prioridad solicitada por el cliente y motivo de la pasantia.
Los datos de campo fueron tomados con estacion topografica digital, con nivel
electronico y con el profesional calificado, ya que es un proceso que debe tener
grandes dosis de precisión y atención, asi que se tuvo la confiabilidad en la
información entregada a oficina para su correspondiente verificación,
procesamiento y análisis.
9
1. ANTECEDENTES
Colombia con 100 años de petróleo, un comienzo breve para una gran historia
empresarial que ha trazado el desarrollo económico de un país, pero que también
ha causado daños en el medio ambiente, y ciertamente con la actividad de
extracción de petróleo creo la necesidad de su almacenamiento, los tanques
diseñados para este fin son de gran importancia, y su mantenimiento están
directamente relacionados con la eficiencia, efectividad, funcionamiento, y calidad
del producto. Como medida básica, debe asegurarse de realizar una inspección del
tanque, realizada por un profesional calificado. Así que la empresa cuenta con la
experiencia en esta clase de trabajos con el personal calificado en norma API
cumpliendo así con los requisitos del oferente, destacándose por responder
rápidamente a las necesidades de prestar el servicio llevando a cabo una buena
labor aportando una mitigación para posibles impactos ambientales.
10
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA
Los tanques de almacenamiento se utilizan como depósitos para contener una
reserva suficiente garantizando su uso y posterior comercialización, de tal modo
que se requiere de eficiencia, precisión y atención en su cuidado. La logística en el
almacenamiento se relaciona directamente con la tarea de mantener reservas, por
ello se debe realizar inspecciones periódicas para prevenir toda clase de accidentes.
El problema radica en el monitoreo de estas grandes estructuras, las observaciones
no se realizan de forma permanente limitando la obtención del modelo óptico de
deformaciones, olvidando así que el tanque requiere de un programa de inspección
y seguimiento como es la Norma API 653. De tal manera que cuando los resultados
de la inspección muestren que se han presentado cambios en la condición física
inicial del tanque, se debe realizar una evaluación de dicha condición para
establecer su disponibilidad en servicio, previniendo posibles fallas que se puedan
ocasionar como daños, perjuicios y perdidas irreparables.
11
3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo general:
Apoyar el seguimiento y procesamiento de datos topográficos para la inspección
de verticalidad, redondez y asentamientos según la norma API 653, dentro del
tiempo de la pasantía.
3.2 Objetivos Específicos:
Conocer y aplicar lo establecido en las metodologías de la empresa
dentro del proceso de apoyo a la revisión de los levantamientos
topográficos y los datos proporcionados.
Realizar el seguimiento y procesamiento de datos topográficos tomados
en obra.
Documentar el proceso de generación de seguimiento de los datos
tomados.
Informar de ser requerido sobre la información una vez realizado el
análisis de los datos y documentarlas.
12
4. MARCO CONCEPTUAL
4.1 Nociones Básicas de Topografía
Topografía se entiende como estudio de la medición y representación del
relieve de la superficie, incluyendo sus accidentes naturales y artificiales.
Proporciona antecedentes naturales, como forma, dimensión y accidentes y
permite traspasar un determinado proyecto a su a su emplazamiento físico
correcto.
La importancia en obras civiles radica en que:
Aporta el conocimiento de las superficies, en cuanto a dimensiones,
forma, relieve y accidentes.
Facilita las etapas de estudios de proyectos.
Apoya las faenas de ejecución, guía y control.
Constituye una herramienta básica para llevar adelante cualquier
trabajo de ingeniería civil.
Las mediciones efectuadas en topografía pueden ser lineales o
angulares. La medición lineal puede ser directa (cinta, huincha,
distanciometro) o indirecta (utilizando geometría). Las mediciones
angulares pueden ser horizontales (posición planimétrica de puntos) o
verticales (corregir longitudes inclinadas).1
1 DE SOlMINIHAC, H y THENOUX, G. Procesos Y Técnicas de Construcción, 2 ed. Santiago de Chile: Universidad Católica de Chile, 1997. p. 206.
13
4.2 Observaciones Topográficas
Las observaciones topográficas de uso convencional para la planimetría,
como son la triangulación, la poligonal, y la radiación, se utilizan también en
obra. La primera muy poco debido a la aparición de los distanciometros.
Pero la poligonal y la radiación son métodos de observación que se utilizan
con frecuencia. Sin embargo el replanteo es el método de observación que
más emplearemos.
a. La triangulación: Queda relegada a obras en los que el medidor de
distancias de que dispongamos, no nos de la suficiente precisión. Por
ejemplo en grandes estructuras como puentes y presas. En control de
deformaciones se utiliza con frecuencia. También cuando las distancias
a abarcar sean muy superiores a las que puede medir el distanciometro.
b. La poligonal: La poligonal es el método de observación que se usa para
la implantación, en la zona de obra, de puntos de coordenadas
conocidas. Desde estos puntos, que se forman la red de apoyo, se realiza
además de cualquier levantamiento por radiación, todas las laboras de
replanteo. Ya no solo tenemos que tener en cuenta la escala del plano a
la que vamos hacer un levantamiento desde esos puntos, sino también
la precisión que se espera en el posicionamiento de los puntos
replanteados desde esa red de apoyo, que lógicamente es superior a la
de cualquier plano de escala convencional. 2
2 DE CORRAL, I. y DE VILLENA M: Topografía de Obras. Barcelona: Universidad Politécnica de Catalunya, 1996, p. 25
14
Para la observación de una poligonal se deben tomar todas las
precauciones propias de un trabajo de este tipo. Al fin y al cabo, la calidad
de estas observaciones va a incidir directamente en el resultado final de
la obra.
Antes de nada debe hacerse en estudio detallado del proyecto, del cual
extraeremos las precisiones que se exigen en el replanteo. Con estas y
las condiciones físicas del entorno, decidiremos los aparatos a utilizar y
las características de la poligonal.
La observación se hará siempre con las máximas garantías. Las lecturas
angulas se harán visando al clavo, o a la señal de puntería sobra trípode.
De este modo reduciremos el error de dirección. Las distancias, a ser
posible, con distanciometro. En su ausencia, se puede utilizar la cinta
métrica, aunque no obtendremos resultados similares.
c. La radiación: Los levantamientos en obra son más o menos frecuentes
en función del tipo de obra y de la forma de trabajar de cada técnico.
Obviamente, todos los proyectos están realizados sobre un plano
topográfico, que no suele ser suficiente para los controles necesarios
durante la ejecución de la obra. Es por esto que es recomendable hacer,
durante el transcurso de esta, pequeños levantamientos a escala grande,
donde se pueda analizar en profundidad como va realizándose la obra y
su situación en el entorno. Hoy en día, y gracias a los programas
informáticos del cálculo y curvado, resulta más fácil hacer levantamientos
que no tomar perfiles, por ejemplo. 3
d. El replanteo: Como decíamos antes, desde los puntos de poligonal se
realizan la mayor parte de los replanteos. Esto es así gracias a los
3 DE CORRAL, I. y DE VILLENA M: Topografía de Obras. Barcelona: Universidad Politécnica de Catalunya, 1996, p. 25
15
distanciometros que se han permitido sacarle el máximo provecho a
estos puntos. El método convencional de replanteo es sencillamente el
mismo que se utiliza en los levantamientos por radiación. Pero mientras
en estos se toman datos del terreno para poder traspasarlos al plano, en
el replanteo tomamos datos de lo proyectado que, convertidos en
ángulos y distancias, nos permiten situar en el terreno un conjunto de
puntos que van a definir la obra.4
4.3 Observaciones Altimétricas
Con respecto a los métodos altimétricos, diremos que se realizan poligonales de
nivelación geométrica, normalmente por los mismos puntos que la poligonal
planimetría. El método más utilizado es el del punto medio. La nivelación
trigonométrica con distanciometro se suele utilizar en obras en las que no se exigen
precisiones altimétricas altas, aunque suele ser suficiente para la mayor parte de
los replanteos. 5
4 DE CORRAL, I. y DE VILLENA M: Topografía de Obras. Barcelona: Universidad Politécnica de Catalunya, 1996, p. 25, 26. 5 Ibid., p.27
16
4.4 American Petroleum Institute API
American Petroleum Institute (API), es la única asociación comercial nacional que
representa todos los aspectos de la industria del petróleo y gas natural en los
Estados Unidos. Sus orígenes remontan a la primera guerra mundial, cuando el
congreso y la industria del petróleo y gas natural doméstico trabajaron juntos para
ayudar al esfuerzo de la guerra. (American Petroleum Institute, 2014) El American
Petroleum institute se encarga de reunir a todas las personas vinculadas con la
industria del petróleo y gas natural (Consultores, contratistas, empresas, etc.), para
crear y discutir actualizaciones o nuevas normas que se utilizaran en la fabricación
de equipos (Tanques, válvulas, tuberías, etc.), que son usados en la industria
petrolera. 6
4.5 Norma API 653 (Inspección, Reparación, Alteración Y Reconstrucción de
Tanques).
Esta norma cubre tanques de acero para almacenamiento construidos bajo el
Estándar API 650 y su precursor API 12C. Proporciona requisitos mínimos para
mantener la integridad de tales tanques después de que se hayan colocado en
servicio y trata la inspección, reparación, alteración, relocalización, y reconstrucción.
El alcance está limitado a la fundación del tanque, fondo, cuerpo, estructura, techo,
aditamentos agregados, boquillas agregadas a la cara de la primera brida, primera
unión roscada o soldadas. 7
6 API. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. En: API 653. Tanks Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction. Washington D.C.: US Energy API. 2012. 7 Ibid.,
17
Muchos de los diseños, soldadura, inspección y los requerimientos de los materiales
de acuerdo con API 650 pueden ser aplicados en la inspección de mantenimiento,
toma de datos, reparaciones, y alteraciones de tanques en servicio. En el caso de
aparentes conflictos entre los requisitos de este estándar y API 650 o su predecesor
API 12C, Este estándar deberá predominar para tanques que han sido puestos en
servicio8
4.6 Tanques de Almacenamiento
Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva
suficiente de algún producto para su uso posterior y/o comercialización. Los tanques
de almacenamiento, se clasifican en: Cilíndricos horizontales, Cilíndricos verticales
de fondo plano. Los tanques cilíndricos horizontales, generalmente son de
volúmenes relativamente bajos, debido a que presentan problemas por fallas de
corte y flexión. Por lo general, se usan para almacenar volúmenes pequeños.
Los tanques cilíndricos verticales de fondo plano nos permiten almacenar grandes
cantidades volumétricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar
a presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas. Estos tipos de
tanques se clasifican en: 9
8 API. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. En: API 653. Tanks Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction. US: Energy API. Washington D.C.: 2012. 9 Ibid., p.
18
4.6.1 De Techo Fijo
Se emplean para contener productos no volátiles o de bajo contenido de ligeros (no
inflamables) como son: agua, diésel, asfalto, petróleo, crudo, etc. Debido a que al
disminuir la columna de fluido, se va generando una cámara de aire que facilita la
evaporación del fluido, lo que es altamente peligroso. Los techos fijos se clasifican
en: Techos auto soportados y Techos soportados10.
Figura 1 Tanque de techo fijo
Fuente: Internet
10 RODRIGUEZ, J. C: Procedimiento General para la Fabricación y Montaje de Tanques de Almacenamiento. México: Tampico, TAMPS. 1980. P. 35.
19
4.6.2 De Techo Flotante
Se emplean para almacenar productos con alto contenido de volátiles como son:
alcohol, gasolinas y combustibles en general. Este tipo de techo fue desarrollado
para reducir o anular la cámara de aire, o espacio libre entre el espejo del líquido y
el techo, además de proporcionar un medio aislante para la superficie del líquido,
reducir la velocidad de transferencia de calor al producto almacenado durante los
periodos en que la temperatura ambiental es alta, evitando así la formación de
gases (su evaporación), y consecuentemente, la contaminación del ambiente y, al
mismo tiempo se reducen los riesgos al almacenar productos inflamables. 11
Figura 2 Tanque de Techo Flotante Interno
Fuente: Internet
11 RODRIGUEZ, J. C: Procedimiento General para la Fabricación y Montaje de Tanques de Almacenamiento. Tampico, TAMPS. México: 1980. P. 36.
20
Figura 3 Tanque Techo Flotante Externo
Fuente: Internet
4.6.3 Sin techo
Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante que éste se
contamine o que se evapore a la atmósfera como el caso del agua cruda, residual,
contra incendios, etc. El diseño de este tipo de tanques requiere de un cálculo
especial del anillo de coronamiento.12
12 RODRIGUEZ, J. C: Procedimiento General para la Fabricación y Montaje de Tanques de Almacenamiento. Tampico, TAMPS. México: 1980. P. 35,36.
21
4.7 Tipo de asentamiento
Los asentamientos de los cascos en tanques pueden ser uno o la combinación de
los siguientes tipos de asentamientos:
Asentamiento uniforme.
Inclinación de cuerpo rígido de un tanque (inclinación planar).
Asentamiento no planar.13
Los estudios de asentamientos, tienen como objeto identificar cada uno de los
componentes del asentamiento y evaluarlos contra las tolerancias que establecen
las normas. Por otra parte, estos estudios son la base para definir la necesidad o no
de realizar una re-nivelación total o parcial del tanque.14
Figura 4 Tipos de Asentamientos para cascos de Tanques
Fuente: API 653
13 ECOPETROL S.A. Guía Técnica para las evaluaciones de verticalidad y redondez en cuerpos de almacenamiento atmosférico, Cartagena: 2014. 14 Ibid.,p.
22
4.8 Inspecciones topográficas a tanques de almacenamiento basado en la norma
API 653
Las inspecciones topográficas a tanques de almacenamiento según el API 653, se
divide en dos:
Inspecciones topográficas a un tanque de almacenamiento – externo.
Verticalidad – API 653: Section 10 – 10.5.2
Redondez – API 653: Section 10 – 10.5.3.
Asentamiento – API 653: Apéndice B
Inspecciones topográficas a un tanque de almacenamiento – interno.
Asentamiento de borde, API 653: Apéndice B –B.2.3
Asentamiento y pendiente de fondo – API 653: Apéndice B –
B.2.4.
Verticalidad de columnas (tanque de techo fijo). 15
15 API. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. En: API 653. Tanks Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction. US: Energy API. Washington D.C.: 2012.
23
5. DISEÑO METODOLOGICO
La metodología a desarrollar durante la pasantía se enuncia en las siguientes
etapas en las cuales se estipulan las distintas actividades para cada una.
5.1 Etapa de Revisión
Cumplir con los requisitos según lo estandarizado por la empresa.
Identificación y análisis de los datos tomados en campo, para su
respectivo proceso.
5.2 Etapa de control de calidad de la información recibida
Controlar los datos Tomados en campo y Detectar los errores del
proyecto cuanto antes, a fin de evitar que estos ocasionen retrasos en
tiempo y sobrecostos.
Analizar y alimentar la base de datos para realizar seguimientos de
control.
5.3 Etapa de Verificación y Análisis
Verificar los parámetros de cálculo utilizados
Analizar los casos de inconsistencias identificados y dar solución
Consignar en la base de datos de la empresa los resultados.
24
5.4 Etapa de Documentación
Documentar la obtención de los datos revisados.
Organizar de la información de acuerdo a la estructura digital planteada por
la empresa.
5.5 Etapa de Entregas
Revisión final para entrega de informe con los resultados obtenidos.
Entregar Informe que contenga antecedentes, diagnostico, productos
obtenidos, recomendaciones y conclusiones; en el proceso que se
desarrolló el apoyo.
25
6 RESULTADOS OBTENIDOS
6.1 Etapa de Revisión
Se Cumplió con los requisitos según lo estandarizado por la empresa
conforme a los enfoques de asesoramiento y productividad, garantizando la
satisfacción de las necesidades y expectativas de los clientes; a través de
un equipo de profesionales calificado. Se revisó de acuerdo a las
especificaciones técnicas de la norma API STANDARD 653 (Inspección,
Reparación, Alteración Y Reconstrucción de Tanques y con las
características de fabricación que tiene el tanque TQ-501.
Características del tanque TQ-501:
Hecho en acero con anillo de protección catódica
- Techo: Fijo
- Capacidad Nominal: 10.000 BLs
- Altura: 10.968 mm
- Diámetro Interior: 15.240 mm
- No Anillos Cuerpo: 5
- Producto Almacenado: Crudo Diluido.
Se identificó y se analizó los datos tomados en campo para su respectivo
proceso, esta actividad comprendió en la revisión de la información
entregada de campo verificando si existía algún registro de anomalías del
tanque TQ - 501 presentados anteriormente en la entrega de la información.
Los criterios de evaluación del documento API STANDARD 653 Inspección,
Reparación, Alteración Y Reconstrucción de Tanques fueron identificados
puntualmente para ser seguido en el transcurso de la inspección.
26
6.2 Etapa de control de calidad de la información recibida
Se controló los datos tomados en campo, con el fin que fueran suficientes y
coincidieran con lo que necesita respectivamente para el procesamiento y
análisis; y como política de la empresa controlar para que se haga un
excelente trabajo de evaluación de los asentamientos, la verticalidad y la
redondez, y asi cumplir con la entrega del producto.
Se analizó y se dio continuación con la alimentación de la base de datos,
esto le permitió a la empresa acceder a la información de una manera más
ágil y rápida facilitando el trabajo de los seguimientos y el control de la
información; también para satisfacción del cliente el poder consultarla y
usarla.
6.3 Etapa de Verificación y Análisis
La verificación de los cálculos se realizó con la supervisión del profesional
encargado, y como guía de procedimiento la norma API 653 (Inspección,
Reparación, Alteración Y Reconstrucción de Tanques); utilizada para
realizar este informe y por supuesto darle continuidad a la pasantía.
Durante la revisión de la información y la realización de los cálculos no se
presentaron inconsistencias. Durante el análisis de datos no se evidenciaron
deformidades que puedan afectar con el funcionamiento óptimo del tanque.
Si los resultados de la inspección mostraran que se han presentado cambios
en la condición física inicial del tanque, se deberá realizar una evaluación de
dicha condición para establecer su disponibilidad en servicio.
27
Para la consignación de los datos traídos de campo y realización de los
cálculos la empresa proporciono los formatos estandarizados elaborados
con el software Excel, de esta manera se siguió dando continuidad con la
alimentación de base de datos.
Formatos utilizados:
Cálculo de redondez y verticalidad.
Levantamiento Altimétrico.
Caracterización de elevaciones para el cálculo de asentamientos.
Fuente: Propia
Tabla 2 Formato de Levantamiento Altimétrico
Fuente: Propia
Tabla 3 Formato de Caracterización de elevaciones para cálculo de asentamientos Fuente: Propia
Tabla 1 Formato de deformaciones para cálculo de redondez y verticalidad
28
6.4 Etapa de Documentación
La documentación de los datos se llevaron a cabo según la norma API 653:
1. Determinación de numero de ejes de medición: La división de ejes al
cuerpo del tanque y las tolerancias dimensionales según la API 653
(Inspección, Reparación, Alteración Y Reconstrucción de Tanques);
menciona criterios de división mínimos al cuerpo del tanque y las
tolerancias dimensionales según su diámetro del mismo.
Diámetro (D) del
Tanque m (ft)
Ejes mínimos de
medida
D ≤ 24 (79) 8
24 (79) < D ≤ 30 (98) 10
30 (98) < D ≤ 43 (141) 14
43 (141) < D ≤ 55 (180) 18
55 (180)< D ≤ 64 (200) 20
D > 61(200) 26
Tabla 4 Número de ejes de Medida
Fuente: API 653
Así que una vez definidos los ejes se procedió a realizar la inspección
visual y se aseguró que las deformaciones perceptibles hayan sido
detectadas por los ejes, de lo contrario se hubiese tenido que precisar
ejes auxiliares.
29
2. Determinación del alturas de medición por anillo: Ahora bien para
determinar las alturas de medición por cada anillo en el cuerpo del
tanque se debió ratificar inicialmente la condición de la unión cuerpo-
fondo y comenzar la medición desde cero metros de altura del tanque, Y
esta medida se utilizó como la medida teórica de comparación, las demás
alturas se continuaron registrando como guía siguiente la tabla:
Anillos
Medidas
Altura para toma de mediadas
1
1 0% h
2 0.3m o 33% h
3 66% h
4 100% h
2
1 33%
2 66%
3 100%
Tabla 5 Alturas de medición por anillos en cuerpo de Tanque.
Fuente: Ecopetrol S.A.
3. La toma de registros: para la toma de estos registros se efectuó
externamente, con el tanque con el nivel mínimo de operación ya que
este tanque está en servicio, así que se debió asegurar que el nivel del
tanque no variara durante la realización de medición.
Se marcaron los ejes de referencia y a partir de la tabla 4 se determinó
el número de ejes comenzando a marcarlos por el lado norte esto se
realizó para facilitar las siguientes mediciones.
30
Se armó y se niveló el equipo de topografía con punto de referencia que
estuviera ortogonal al eje de interés. Localizado el eje de interés se
procedió a bloquear el movimiento horizontal para que el equipo quedara
fijo, y así solo efectuar los movimientos en sentido vertical, de esta forma
se comenzaron a tomar los las distancias horizontales a lo largo del eje
en cada anillo como guía los porcentajes de la tabla 5. Las mediciones
se realizaron al milímetro.
Estos datos fueron introducidos en la base de datos en la tabla1.
4. Evaluación de redondez y verticalidad: Fue una actividad que fueron de
la mano, ya que los datos que se tomaron para la redondez sirvieron a
la vez para la evaluación de verticalidad, en lo único que se diferencia es
en los valores de aceptación para cada una de estas evaluaciones:
- En la verticalidad se hizo la diferencia entre la medición del 0%
del primer anillo y 100% del ultimo anillo, así se determinó que
tan alejada estaba la medida respecto a la tolerancia
establecida, y esta tolerancia varía dependiendo de la
condición del tanque en este caso está en servicio y se calcula
la altura del tanque en milímetros divido 100. (h/100)
- En la redondez se hizo la diferencia de los radios (desviación
entre la circunferencia teórica y la real), en cada uno de los
anillos, en cada una de las alturas y en cada eje del cuerpo del
tanque; también depende del estado del tanque en este caso
está en servicio, y da como resultado el valor de perdida de
redondez en cada anillo del tanque.
31
En los estándares actuales de la API (inspección, reparación y
alteración de tanques) no se especifican criterios de aceptación
o rechazo en cuanto a la evaluación de verticalidad y redondez
del cuerpo del tanque en servicio; sin embargo, se muestra los
parámetros de comparación y seguimiento, como son las tablas
para cálculo de las tolerancias dimensionales según el tanque
de esta manera se asegura que se cumplan con los requisitos
solicitados por el cliente, y asegurando que el tanque se
mantenga con integridad estructural.
Diámetro (D) del tanque-
m (ft)
Tolerancia Radial a
0.3 m de la unión
cuerpo/fondo mm
(in)
Tolerancia Radial por
encima de 0.3 m de la
unión cuerpo/fondo
mm (in)
D ≤ 12 (40) ± 13 (1/2) ± 39 (11
2)
12 (40) < D < 45 (150) ± 19 (3/4) ± 57 (2 1
4)
45 (150) < D < 75 (250) ± 25 (1) ± 75 (3)
D ≥ 75 (250) ± 32 (11
4) ± 96 (3
1
4)
Tabla 6 Tolerancia para medición de redondez en tanques reconstruidos y/o reubicados.
Fuente: Ecopetrol S.A., 2014
Espesos (t) de la lámina en el anillo
del cuerpo mm (in)
Máxima desviación local de la forma
de diseño mm (in)
t ≤ 12.5 (1/2) 16 (0.63)
12.5 (1/2) < t ≤ 25 (1) 13 (051)
t > 25 (1) 10 (0.39)
Tabla 7 Tolerancia para medición de redondez en tanques en servicio de acuerdo
al espesor de la lámina en el cuerpo del tanque.
Fuente: Ecopetrol S.A., 2014
32
5. La inspección topográfica de asentamiento del tanque: para la toma de
los datos se requirió de precisión ya esto muy importante la hora de
calcular y se reflejan en los resultados, según la norma API 653
(Inspección, Reparación, Alteración Y Reconstrucción de Tanques),
deben tomar como mínimo 8 puntos, el requerido para asegurar una
separación máxima de 32 pies (9754mm), medido en la contorno del
tanque, el definido por la formula N = D/10 donde: D= Diámetro del
tanque en pies y N= Es el número de puntos, el cual debe ser redondeado
al siguiente número entero. Para este trabajo se recomendaron tomar el
doble de puntos para realizar una mejor evaluación.
Así que se utilizaron los mismos puntos tomados para el cálculo de
redondez y verticalidad; y como criterio el seleccionado en la tabla 8.
Diámetro del
tanque (ft)
Minimo de
puntos
Números de
puntos con
separacion
máxima 32 ft
Número
puntos D/10
Numeros de
puntos (mayor
anteriores)
Recomendados
por la guía.
30 8 3.0 3 8 16
50 8 5.0 5 8 16
80 8 8.0 8 8 16
100 8 10.0 10 10 20
140 8 14.0 14 14 28
180 8 18.0 18 18 36
200 8 20.0 20 20 40
250 8 25.0 25 26 52
Tabla 8 Puntos mínimos recomendados para la toma de datos sobre la periferia del tanque.
Fuente: Ecopetrol S.A., 2014
Para la toma de los niveles de los puntos definidos se tuvo en cuenta
que el tanque está en servicio, así que no se le pudo instalar una
platina guía como lo indica la norma; se le tuvo extremo cuidado a la
hora de leer el nivel de la base de la soldadura unión fondo casco.
33
Por otro lado, se aseguró que el tránsito del equipo sobre los BM no
generara error en la lectura de los niveles ya que el error máximo
permitido en el cierre de la nivelación no debe exceder 1mm.
Para encontrar la curva óptima de ajustes debieron realizar los
siguientes cálculos:
- n: Números de puntos leídos
- Localización (Φ): Localización del punto sobre la periferia del
casco del tanque, en grados.
- A0: Equivale al promedio de los niveles de los puntos
- A0 = SUM1/N.
- Z (i): Equivale a la diferencia entre los niveles Y (i) y el promedio
de los niveles A0, Z (i) = Y (i)-a0, en mm.
- SUM2: Equivale a la sumatoria de Z (i)*Cos (Φ) de los puntos,
en mm.
- SUM3: Equivale a la sumatoria de Z (i)*Sen (Φ) de los puntos,
en mm.
- SYY: Varianza (cuadrado de la desviación estándar) de los
niveles corregidos Y (i).
- A1: Es el doble del promedio de los valores de Z (i)*Cos (Φ).
A1= 2*SUM2/n
- B1: Es el doble del promedio de los valores de Z (i)*Sen (Φ).
B1= 2*SUM3/n.
- Rotación planar: Es la suma de los componentes A1*Cos
(Φ)+B1*Sen (Φ).
- Asentamiento diferencial (i): Es la diferencia entre el valor Z (i)
y la rotación planar (i) para cada punto leído.
- Curva ajustada coseno (i): Es la diferencia entre el nivel
corregido Y (i) y el asentamiento diferencial (i) para cada punto
leído.
34
- SSE: Es la sumatoria del cuadrado de las diferencias entre el
nivel corregido Y (i) y los valores de la curva ajustada coseno
(i), para cada punto leído.
Cálculos ver Tabla10.
La organización de la información de acuerdo a la estructura digital
planteada por la empresa, facilitó el trabajo a la hora de realizar la
alimentación de la base de datos, los cálculos y la entrega de los informes,
está a su vez también permitió acceder más rápido a su revisión por parte
de la empresa y del cliente. Ver anexos
35
7 ANALISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS
La norma API 563 y el asesoramiento del profesional encargado permitieron
cumplir con los requisitos exigidos para la realización de este trabajo, la toma
de los datos, el análisis y los resultados obtenidos del tanque, permitió
efectuar la evaluación del estado físico con éxito.
Estos datos fueron procesados en los formatos estandarizados usando los
softwares Excel y AutoCAD para el cálculo y el diseño gráfico.
Para la evaluación de la verticalidad y redondez en tanques que están en
servicio, los estándares actuales de la API 653 no especifica pautas de
aceptación o rechazo; sin embargo, este informe proporciona los parámetros
de comparación y seguimiento con respecto a las tolerancias dimensionales
para garantizar el funcionamiento de los techos flotantes y sellos (internos y
externos) y que funcione con integridad estructural.
1. Verticalidad y Redondez:
Se utilizó como base los diámetros medidos en campo y para luego ser
analizados en oficina con supervisión y aceptación del director.
En oficina se descargaron los datos y se determinó el centro del tanque,
y a partir de este se centró se empieza a determinar el radio de cada
medida tomada y se hace la comparación con el radio teórico a los radios
hallados, y acá se determina la deformidad del tanque.
Esta deformidad se compara con las tolerancias de la norma API 653 con
la tabla 7 y si esta por fuera se comienza analizar según las mediadas, si
el 30% están por fuera de la norma el tanque se va para revisión, si el
70% están por fuera de la norma el tanque esta para reparación y si esta
36
el 100% fuera de la norma el tanque se debe parar con el servicio para
determinar que hace con esta estructura.
Estos diámetros se midieron con cinta métrica al perímetro del tanque en
el anillo más bajo que es donde presenta más de esfuerzo y deformidad
por el peso específico del fluido que soporta.
En cuanto a la Verticalidad: Se tomó la lectura de la base del tanque, y
con esta medida se hizo la diferencia entre: el radio de esta base con el
radio del ultimo anillo; a este se le llamo delta de distancia y si este delta
de distancia hubiese sido superior a la altura divida en cien, el tanque sale
de funcionamiento.
La tabla 9 presenta el resumen de los datos tomados en campo a una
altura H=10.97 en 16 puntos horizontales en toda su circunferencia, estos
fueron tomados con la estación total desde fuera del tanque el signo
negativo de los valores en la tabla 9 significa que ese valor tiene dirección
al equipo ósea alejándose del tanque, lo que quiere decir que está
manteniendo su verticalidad de fabricación y se encuentra dentro de los
parámetros mencionados en la norma API 653.
Cumpliendo satisfactoriamente la evaluación de la verticalidad del tanque
en sus 16 puntos horizontales, aplicando la fórmula de H/100, donde H=
10.97 m, y para resultado máxima desviación permitida 0.076 m (76mm)
y observando los resultados en la tabla el mayor fue 0.03m (30mm) siendo
así un valor dentro del rango permitido.
37
Tabla 9 Resultados de prueba de verticalidad Fuente: Propia
En cuanto a la Redondez:
Con el perímetro se halló el diámetro y el radio del tanque, esta fue la medida
base para hacer la comparación.
Luego de tomar la medida se dividió el tanque como la norma lo indica, y
según ese diámetro se revisó las tolerancias según la tabla 4 de la norma
API 653. Con el equipo se comienzo hacer la serie de mediciones siguiendo
la norma; y el primer anillo se tomó la medición de la base al pie de altura y
se continuó con los porcentajes al: 30%, 60% y 100% de la altura de la
lámina. Los cálculos procesados están en el formato correspondiente ver
Anexo 2.
38
Estos son los gráficos arrojados según los datos tomados y procesados,
corresponden a cada uno de los anillos tomados como referencia: se
dividieron en 5 anillos en el cuerpo del tanque.
Gráfico 1 Lectura Base del Tanque TQ- 501
Fuente: Propia
Gráfico 2 Lectura sobre el Anillo 1 del cuerpo del Tanque TQ – 501
Fuente: Propia
39
Gráfico 3 Lectura sobre el Anillo 2 del cuerpo del Tanque TQ – 501
Fuente: Propia
Gráfico 4 Lectura sobre el Anillo 3 del cuerpo del Tanque TQ – 501
Fuente: Propia
40
Gráfico 5 Lectura sobre el Anillo 4 del cuerpo del Tanque TQ– 501
Fuente: Propia
Gráfico 6 Lectura sobre el Anillo 5 del cuerpo del Tanque TQ – 501
Fuente: Propia
41
El comportamiento de redondez del tanque TQ – 501, se pudo observar
gráficamente en cada uno de los anillos tomados como referencia. Para
graficarlos los cálculos utilizados Ver anexo 2, con un teórico de (7.635),
Límite superior (7.654), Límite inferior (7.616) y el calculado para cada
anillo con dieciséis puntos de referencia, esto se realizó para asegurar
que las deformaciones fueran apreciables y capturados. Se tuvo bastante
cuidado en el análisis ya que la falta de redondez puede impedir el
funcionamiento del techo y afecta a las estructuras que lo soportan.
Los resultados muestran que el tanque TQ 501 está dentro del rango de
aceptación, este criterio de aceptabilidad es función del diámetro del
tanque así que este diámetro es de 50 ft, lo cual la variación permitida es
de 25 mm en el radio para este diámetro; observando en cada una de la
graficas de los anillos marcados en el cuerpo del tanque la mayor
deformación estuvo en el anillo 5 entre de los 135 grados y los 180 grados
de la división del anillo sufrió una deformación de 0.024 m (24mm),
estando así dentro del rango permitido.
2. Asentamiento del Tanque:
Para la determinación de los efectos de asentamiento del tanque se
determinó un monitoreo a partir de la realización de la nivelación (formato
y datos calculados ver anexo 3), los datos base (cotas), son primordiales
para el cálculo de la caracterización de elevaciones en el cálculo de los
asentamientos. Para este tanque TQ-501 no nos proporcionaron
información base de nivelaciones anteriores, así que se basó en la historia
previa del servicio.
42
Para obtener los diferentes datos de asentamiento se realizaron
mediciones sobre el perímetro externo del tanque, ubicando los puntos
cada 22.5 grados, para un total de 16 puntos del perímetro del tanque.
El punto inicial es el eje 1 (0 grados) las mediciones se realizaron en
sentido horario de acuerdo con la norma API 653 estipula para un tanque
mayor a 32 pies.
Para encontrar la curva óptima de ajuste o la curva cosenosoidal se debió
realizar los cálculos ya nombrados anteriormente “Datos para encontrar
la curva óptima de ajustes”. A partir de esta información se realizó la
evaluación de asentamiento de acuerdo con apéndice B de la API653 la
cual se detalla a continuación: Cálculos tabla 10.
Cálculos y gráfica ver anexo 4.
Tabla 10 Caracterización de Elevaciones para cálculo de asentamiento
Fuente propia
43
Teniendo los datos calculados se procedió a dibujar la curva y sobre esta, se hizo
el análisis según la norma entre las distancias que hay en las crestas entre los
fondos de la curva con esto se determina el asentamiento del tanque.
Según la gráfica 7: la variación es mínima y se puede ver en las distancias medidas
desde la cresta de la curva real con la curva cosenoidal, lo quiere decir que este
tanque tiene buena cimentación y cumple con la inspección de asentamiento con
éxito para su buen funcionamiento.
Gráfico 7 Correlación Datos reales vs Curva cosenoidal Fuente propia
44
9. EVALUACION Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS
Durante el tiempo de la pasantía se cumplió con el objetivo general, ya
que se apoyó con el seguimiento y procesamiento de datos topográficos
para la inspección de verticalidad, redondez y asentamientos según la
norma API 653, y se siguió el plan de trabajo proyectado para así poder
documentar, revisar y ajustar de acuerdo a especificaciones dictadas para
la empresa.
Se revisaron los datos traídos de campo por el grupo interno de trabajo
del departamento de topografía, siguiendo la guía del profesional
designado para el proceso y la metodología de realizarlo. Sin embargo,
no nos proporcionaron datos antiguos como base de análisis y
comparación durante el tiempo de la pasantía. Así que se recomienda
que por parte de la empresa solicitar la información suficiente para que
los pasantes puedan realizar el análisis completo a otro Tanque.
Se realizó el procesamiento de los datos satisfactoriamente, dejando la
base para la continuación del seguimiento de este Tanque TQ 501.
Se generó un concepto de prevención y conciencia sobre la importancia
de tener en buen estado un tanque de almacenamiento, y obviamente el
producto que almacena, y por tanto la metodología utilizada facilito para
el dictamen del estado físico del tanque.
Como candidata a Ingeniera Topográfica, se cumplió con el objetivo de
realizar prácticas laborales en esta empresa, encargada de la realización
de la inspección topográfica del tanque TQ 501. Enriquecerme en temas
de normas API 563 para el cuidado de Tanques sino que también en
practicar en los temas estudiados en la universidad. Es una experiencia
muy satisfactoria como profesional y como persona.
45
10. CONCLUSIONES
Se conoció y aplicó lo establecido en las metodologías de la empresa,
dentro del proceso de apoyo a la revisión de los levantamientos
topográficos los datos fueron analizados en oficina, de esta forma se
comenzó la base de datos para el tanqueTQ-501 objeto principal de la
pasantía. Siguiendo el protocolo de verticalidad, redondez y asentamiento
según la API 653 para cada una de las modalidades, con éxito.
Se realizó el seguimiento y procesamiento de los datos topográficos
tomados en obra, para en oficina determinar que: la verticalidad cumplió
satisfactoriamente según los datos arrojados el mayor fue de 0.03m
(30mm) de desviación permitida y el máximo permitido según la API 653
es de 0.076 m (76mm), para la redondez el criterio de aceptabilidad
según la API 653 para tanques con diámetros de 50ft, la variación
permitida es de 25 mm (0.025m), y el arrojado en los cálculos de mayor
deformación fue de 0.024m (24mm) encontrándose este valor dentro del
rango permitido, y para el asentamiento según el análisis después de
procesados los datos, las distancias que hay entre las crestas de las
(curva real con la curva cosenoidal), determino el asentamiento del
tanque, mostrando que la variación fue mínima lo quiere decir que este
tanque TQ-501 tiene buena cimentación. Finalizando así con la
inspección de Verticalidad, Redondez y Asentamiento con éxito para el
buen funcionamiento.
Se documentó el procedimiento utilizando los formatos de cálculos
respectivos proporcionados por la empresa, generando un reporte de
calidad y confiabilidad en los datos entregados al cliente, teniendo en
46
cuenta que todo el procedimiento fue verificado por el profesional cargo y
los resultados fueron llevados a otras áreas encargadas de continuar con
evaluación del tanque TQ- 501.
Se informó que durante el análisis de datos no se evidenciaron
deformidades que puedan afectar con el funcionamiento óptimo del
tanque TQ-501. Demostrando con el análisis que la estructura no
presenta asentamientos significativos que impida su funcionamiento.
Dejando así resultados de eficacia y cumplimento, y que realizando
adecuadamente y a tiempo las inspecciones de los tanques, se puede
controlar el comportamiento físico entre otras cosas más como: Aumentar
los niveles de operación, preservar su vida útil, reducir la posibilidad de
incendio, programar reparaciones seguras, determinar cuándo reparar o
reemplazar parte del tanque o el tanque mismo, prevenir o retardar su
deterioro y prevenir la contaminación.
Como profesionales, estamos llamados a apoyar y aportar en los
procesos y generar productos fiables e ideas positivas en la comunidad.
Contribuyendo con conocimientos adquiridos en la Universidad y
ponerlos en práctica en el desempeño profesional.
47
BIBLIOGRAFIA
American Petroleum Institute. (2012). API 653 Tanks inspection, repair, alteration a
reconstruction. Washington D.C., US: Energy API.
De Correal I, De Villena M, (1996). Topografía de Obras, Barcelona: Universidad
Politécnica de Catalunya.
Ecopetrol S.A. (2014). Guía técnica para estudio de asentamientos de cascos de
tanques de almacenamiento. Cartagena: Ecopetrol S.A.
Ecopetrol S.A. (2014). Guía técnica para evaluaciones de verticalidad y redondez
en cuerpos de tanques de almacenamiento atmosféricos. Cartagena: Ecopetrol S.A.
Ing. Pinto R F, (2013). Geomántica, Tecnologías de Punta. Primera edición, USA
Rodríguez, J. C. (1980). Procedimiento general para la fabricación y montaje de
tanques de almacenamiento. México D.F., México: Tampico, Tamps.
Solminihac Tampier H, (2012). Procesos y Técnicas de Construcción. Chile:
Universidad Católica de chile.
48
ANEXOS
Anexo 1 Esquema de verticalidad del Tanque TKQ – 501
Anexo 2 Formato de deformaciones para cálculo de Redondez y Verticalidad
Anexo 3 Formato de Nivelación
Anexo 4 Caracterización de Elevaciones para cálculo de Asentamiento con gráfica.
49
Anexo 1
50
Anexo 2
51
Anexo 3
52
Anexo 4