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  • 8/8/2019 Victor Ipn1

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    COMPORTAMIENTO DE TANQUESDE ALMACENAMIENTO

    Vctor Flores Cobos

    Carlos Cortes SalasHctor A. Snchez Snchez

    Felipe A. Luengo Maldonado

  • 8/8/2019 Victor Ipn1

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    INTRODUCCINLos tanques de almacenamiento son estructuras con capacidad dealmacenar lquidos, actualmente la mayora de las industrias disponen

    de dichas estructuras para la reserva de sus materias primas y del

    producto final, para posteriormente transportarlo o distribuirlo.

    Figura 1.- Tanque de almacenamiento ancho. Figura 2.- Tanque de almacenamiento vertical.

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    ANTECEDENTESEl mtodo ms usado en el diseo de depsitos es el modelo analtico equivalenteque formul Housner, en el que se propone una masa equivalenteM1, rigidez Ki y

    amortiguamiento Ci para cada modo de slosh, y una masa rgida Mo derivada de

    fuerzas equivalentes y momentos ejercidos por el lquido en un tanque rgido. El

    estudio present valores para dichos parmetros y sus localizaciones para

    geometras rectangulares y circulares.

    Figura 3.- Modelo equivalente de Housner

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    ESTRUCTURA EN ESTUDIOLa estructura que se estudia en este trabajo corresponde a un tanque de almacenamiento

    rectangular con las dimensiones mostradas en la figura 4. Las propiedades del material

    del depsito son: Mdulo de elasticidad del concreto de 2.85x105 kg/cm2, Modulo de

    Poisson de 0.15 y densidad de 2500 kg/m3. Para el fluido se consider un modulo de

    compresibilidad de 2.10x104 kg/cm3 y densidad de 1000 kg/m3

    Figura 4.- Estructura en estudio

    10 m6 m

    4 m

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    PLANTEAMIENTO ANAL TICOEn nuestro pas este tipo de estructuras son diseadas en su gran mayora con los criterios

    y recomendaciones que se especifican en el Manual de Diseo de Obras Civiles de la

    Comisin Federal de Electricidad (CFE -93), el cual retoma las expresiones derivadas del

    modelo de Housner. Para la geometra rectangular los parmetros son definidos por:

    Donde:Mo simula los efectos de las presiones impulsivas.

    M1 simula los efectos de las presiones convectivas.

    K1 resorte de rigidez lineal.

    g aceleracin de la gravedad.

    R radio de la base del depsito.

    M masa del fluido almacenado.

    Si interesa incluir el momento hidrodinmico

    Si solo interesan los efectos de la presin hidrodinmica

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    PRESIONES HIDRODINMICAS

    (CFE-93)Fuerza cortante por unidad de longitud Momento de volteo por unidad de longitud

    h

    Presin lineal equivalente

    Presin hidrodinmica local

    Figura 5.- Distribucin de presin

    lineal equivalente en las paredes

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    RESULTADOS ANALTICOSLas presiones hidrodinmicas obtenidas al aplicar el procedimientos descritoanteriormente al modelo en estudio, se pueden ver en la figura 6. Sin embrago,

    las mximas respuestas impulsiva y convectiva no ocurren simultneamente, por

    lo que CFE-93 propone que la fuerza cortante y el momento de volteo mximos

    probables se obtendrn mediante la combinacin de los efectos impulsivos y

    convectivos de acuerdo con el planteamiento de la Raz Cuadrada de la Suma de

    los Cuadrados, ver figura 7.

    Figura 6.- Presiones hidrodinmicas

    locales.

    Figura 7.- Presiones hidrodinmicas

    locales, SRSS.

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    MODELO NUMRICOEl modelo numrico se realiz empleando el programa ANSYS, el cual resuelve

    numricamente una amplia variedad de problemas mecnicos a travs del Mtodo de

    los Elementos Finitos (MEF).

    Elementos empleados

    Figura 8.- Elemento Solid45 Figura 9.- Elemento Fluid80

    Figura 10.- Modelo numrico

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    RESULTADOS NUMRICOSA continuacin se presentan los resultados numricos debidos a los efectos generados

    por accin de la gravedad.

    Figura 11.- Desplazamientos debidos a la

    presin hidrosttica

    Figura 12.- Distribucin de la presinhidrosttica

    y

    Los desplazamientos mximos en cada direccin son: ux=0.0151, uy=0.0892 y

    uz=0.0087 cm., con lo que se obtiene un desplazamiento resultante de u=0.08936

    cm., la ubicacin se puede ver en la figura 11. La presin hidrosttica mxima es de

    en el fondo, ver figura 12.

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    RESULTADOS NUMRICOSA continuacin se presentan los resultados numricos debidos a los efectos generados

    por una aceleracin en la direccin x (a=1.92m/s2), obtenindose los siguientes niveles

    de desplazamientos y presiones hidrodinmicas.

    Figura 13.- Modo fundamental del

    lquido

    Figura 14.- Desplazamientos en la

    direccin x.

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    RESULTADOS NUMRICOS

    Figura 15.- Desplazamientos en la

    direccin y

    Figura 16.- Desplazamientos en la

    direccin z

    Figura 17.- Resultante de los

    desplazamientos.

    Figura 18.- Presiones

    hidrodinmicas

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    COMPARACIN

    Figura 19.- Comparacin de presiones hidrodinmicas.

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    CONCLUSIONES

    El presente trabajo tuvo como propsito estudiar y evaluar el

    comportamiento de tanques de almacenamiento mediante las

    recomendaciones de CFE y con un modelo de Elementos Finitos empleando

    ANSYS, el estudio se enfoca a tanques rectangulares. Las presiones

    hidrodinmicas obtenidas con ambos planteamientos son aproximadas en lasuperficie libre y conforme se acercan al fondo se incrementan las

    diferencias, pudiendo observar que las presiones derivadas del planteamiento

    analtico son ms conservadoras que las numricas. Por lo que a futuro se

    plantea estudiar otros mtodos para llegar a soluciones ms apegadas a la

    realidad.

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    REFERENCIAS BIBLIOGRFICASASCE, (1994). Fluid/Structure Interaction During Seismic Excitation, A report by the ASCE Committee on

    Seismic Analysis on Nuclear Structures and Materials of the Structural Division, USA, 74 pp.

    CFE, (1993). Manual de Diseo de Obras Civiles - Diseo por Sismo, Comisin Federal de Electricidad, IIE,

    Mxico D.F.

    Cooper, T. W. y Wachholz, T. P., (2003). Performance of Petroleum Storage Tanks During Earthquakes.

    ASCE.

    Hernndez Barrios, H., (2003). Anlisis ssmico no lineal de tanques cilndricos de almacenamiento. Tesis

    Doctoral de la Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

    Malhotra, P.K., Wenk, T. y Wieland, M., (2003). Simple Procedure for Seismic Analysis of Liquid-Storage

    Tanks. Structural Engineering International.

    Snchez, S. H. y Corts, S.C., (2005). Seismic and Structural Behavior of Oil Storage Tank of Large Capacity.

    International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.

    Snchez, S. H., Corts, S.C., Alamilla, L.J., Prez, De C.M., Flores, C.V. y Contreras, R.E., (2007).

    Comportamiento Ssmico de Tanques de Almacenamiento de Lquidos de Gran Capacidad Ubicados en Zonas

    Ssmicas, Reporte del proyecto de Investigacin SIP-20060825, IPN. Mxico.