procedimiento calculos api 650

8/9/2019 Procedimiento Calculos API 650

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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACION DE INGENIERA MECNICA

DESARROLLO DE PROCEDIMIENTO DE CLCULO DE TANQUES API 650INCLUYENDO CLCULO SSMICO DE NORMAS PDVSA

Por:Juan Francisco Molina Rincn

INFORME DE PASANTAPresentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Mecnico

Sartenejas, Febrero de 2013


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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIN DE INGENIERA MECNICA

DESARROLLO DE PROCEDIMIENTO DE CLCULO DE TANQUES API 650INCLUYENDO CLCULO SSMICO DE NORMAS PDVSA

Por:Juan Francisco Molina Rincn

Realizado con la Asesora de:Tutor Acadmico: Prof. Carlos Graciano

Tutor Industrial: Ing. Wilmer Salazar

INFORME DE PASANTAPresentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo deIngeniero Mecnico

Sartenejas, Febrero de 2013


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j mIt \ t l S r \

n l i o n de CooperacinJ e r u c a y D e s a r r o l l o S o c i a l

ede93fe062

ACTA DE EVALUAC ION

Per odo: Julio-Diciembre Fecha: 18/01/2013 Ti po Pasant a: Pasanta larga ep-3420

Ttulo: Desarrollo de procedimiento de clculo de tanques API650 incluyendo clculo s-smico de normas PDV

Nombres y Ape lli dos :Ju an Francisco Molina Rincn Carnet:07~41227 Carre ra: Ingeniera Mecnica 0200

Mota: En caso de inasistencia del Tutor Industrial, e l jurado examinador quedar conformado por el Tutor Acadmico yJurado, y se solicitar al estudiante la evaluacin del Tutor Industrial como referencia, en este caso favor colocar No-3 resente en el Acta. Este documento no puede llevar enmienda.

Puerta de omunidad a om unidad

Sartenejas, Baruta , Edif. Comunicac iones Telf: 0212) 906 .3157 al 64 Aparta do postal 8900 0, Zip Code1 f t A i h \ i


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UNIVERSIDAD SIMN BOLVARDECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA MECNICADESARROLLO DE PROCEDIMIENTO DE CLCULO DE TANQUES API 650

INCLUYENDO CLCULO SSMICO DE NORMAS PDVSARealizado por: Juan Molina

Tutor Acadmico: Prof. Carlos GracianoTutor Industrial: Ing. Wilmer Salazar

Fecha: Enero de 2013RESUMEN

El diseo y clculo de tanques de almacenamiento de lquido es una actividad muy demanen las consultoras de ingeniera, razn por la cual es importante contar con una herramienta permita realizar sta, por ello, el presente trabajo realizado en la empresa Inelectra, consistdesarrollar un algoritmo de clculo que permitiera el diseo de tanques de almacenamicilndricos, verticales, de acero, de baja y media presin, bajo el uso de la norma API (Edicin 2012), considerando el clculo ssmico establecido por las normas PDVSA JA-221 251. Las constantes modificaciones en la norma API 650 y el hecho de que el programa TAN(utilizado en Inelectra) no considera tanto los cambios dados en la ltima edicin de dicha noas como tambin, el clculo dado por las normas PDVSA, justifican la importancia de trabajo para la empresa. Por lo tanto, se realiz una Hoja de Clculo en Excel, mediante lase calcularon 11 tanques de distintos proyectos en los que la empresa se encuentra involucLos resultados estructurales y ssmicos obtenidos por API 650 fueron validados con el us programa certificado TANK, mientras que los resultados ssmicos obtenidos por PDVSvalidaron con un par de ejemplos dados por stas. Por su parte, el tipo de fijacin del tanrepresent una caracterstica fundamental del mismo en el clculo ssmico, debido a qu

rigidez que le aporta el anclaje al sistema, aumentan significativamente la fuerza y el momejercido sobre el tanque. Por ltimo, se llev a cabo una comparacin entre los resultobtenidos, de manera tal que, el clculo ssmico dado por PDVSA result ser ms crriguroso y conservador que el dado por API 650.

PALABRAS CLAVE: Tanque, estabilidad, clculo, sismo


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NDICE GENERAL

RESUMEN................................................................................................................................ AGRADECIMIENTOS............................................................................................................

INTRODUCCIN.................................................................................................................... CAPTULO 1. DESCRIPCIN DE LA EMPRESA........................................................... 31.1. Historia............................................................................................................................... 1.2. Misin................................................................................................................................ 1.3. Visin................................................................................................................................. 1.4. Valores....................................................................................... 1.5. Estructura organizativa...................................................................................................... CAPTULO 2. MARCO TERICO..................................................................................... 72.1. Definicin de tanques......................................................................................................... 2.2. Clasificacin de los tanques............................................................................................... 2.3. Normas aplicables al clculo de tanques............................................................................ 2.4. Estructura de los tanques.................................................................................................... 2.4.1 Pared..................................................................................................................................2.4.2 Fondo................................................................................................................................ 2.4.3. Techo...............................................................................................................................

2.5. Niveles y capacidades del tanque....................................................................................... 2.6. Espectros de respuesta ssmica........................................................................................... 2.6.1. Espectro de respuesta de PDVSA JA-221....................................................................... 2.6.2. Espectro de respuesta de ASCE 7-10...............................................................................2.6.3. Espectro de respuesta de COVENIN 1756:2001.............................................................2.6.4. Relacin entre espectros de respuesta ASCE 7-10 y COVENIN 1756:2001.................. 2.7. Modos convectivo e impulsivo de vibracin............... ....................................................... 2.8. Estabilidad del tanque......................................................................................................... 2.8.1. Momento ssmico.............................................................................................................2.8.2. Coeficiente de anclaje...................................................................................................... 2.8.3. Criterios de estabilidad ssmica de un tanque no anclado............................................... 2.8.4. Criterios de estabilidad ssmica de un tanque anclado.................................................... 2.8.5. Criterios de estabilidad por viento...................................................................................


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NDICE DE TABLAS

Tabla 3.1: Lista de tanques calculados...................................................................................... Tabla 4.1: Diferencia del clculo estructural de la Hoja de Clculo con respecto al del

programa TANK .....

..... 40Tabla 4.2: Comparacin del clculo de estabilidad del tanque por viento de la Hoja deClculo con respecto al del programa TANK ...... 41Tabla 4.3: Diferencia porcentual de los resultados ssmicos obtenidos por la Hoja deClculo con respecto a los del programa TANK ..... 42Tabla 4.4: Comparacin del clculo ssmico de la Hoja de Clculo con respecto al Ejemplo1 de PDVSA F-201.................................................................................................................... Tabla 4.5: Comparacin del clculo ssmico de la Hoja de Clculo con respecto al Ejemplo2 de PDVSA F-201.................................................................................................................... Tabla 4.6: Diferencia porcentual de los resultados obtenidos por PDVSA JA-221 y FJ-251con respecto a los de API 650................................... Tabla B.1: Valores que definen el espectro de respuesta de COVENIN 1756:2001 para lostanques de Petrocedeo..................... Tabla D.1: Datos de entrada para el clculo de los tanques58Tabla F.1: Resultados estructurales obtenidos por el programa TANK ...... 87

Tabla F.2: Resultados estructurales obtenidos por la Hoja de Clculo...88Tabla G.1: Resultados ssmicos obtenidos por API 650 con el uso del programa TANK . 90Tabla G.2: Resultados ssmicos obtenidos por API 650 con el uso de la Hoja de ClculoTabla G.3: Diferencia porcentual de los resultados obtenidos por la Hoja de Clculo conrespecto a los del programa TANK ..... 91Tabla G.4: Comparacin del clculo ssmico de la Hoja de Clculo Modificada conrespecto al Ejemplo 2 de PDVSA F-201.................................................................................. 91 Tabla G.5: Resultados ssmicos obtenidos por PDVSA JA-221 y FJ-251...........


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NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1: Logo actual de Inelectra desde el ao 2005........................................................ Figura 1.2: Organigrama de la estructura organizativa de Inelectra.....................................

Figura 2.1: Componentes de un tanque cilndrico vertical....................................................... Figura 2.2: Configuracin de la pared de un tanque................................................................. Figura 2.3: Distribucin de presin sobre la pared del tanque y aproximacin por el mtodode un pie para un anillo............................................................................................................. Figura 2.4: Configuracin del fondo de un tanque con placa anular......................................... Figura 2.5: Tipos de techo para tanques.................................................................................... Figura 2.6: Estructura soporte de tanques con techo cnico soportado.................................... Figura 2.7: Niveles y capacidades caractersticas del tanque.................................................... Figura 2.8: Espectro de respuesta definido por PDVSA JA-221.............................................. Figura 2.9: Espectro de respuesta definido por ASCE 7-10..................................................... Figura 2.10: Espectro de respuesta definido por COVENIN 1756:2001.................................. Figura 2.11: Representacin de los modos de vibracin para sismo horizontal....................... Figura 2.12: Altura de la ola ssmica causada por el modo convectivo de vibracin dellquido..... Figura 3.1: Flujograma del clculo estructural.......

Figura 3.2: Flujograma del clculo de estabilidad por viento.....29Figura 3.3: Flujograma del clculo ssmico por API 650.......Figura 3.4: Flujograma del clculo ssmico por PDVSA JA-221 y FJ-251.............. Figura 3.5: Flujograma del clculo de pernos de anclaje........... Figura A.1: Valores del coeficiente de aceleracin del sitio.................................................... Figura A.2: Valores del coeficiente de velocidad del sitio....................................................... Figura B.1: Clculo de los parmetros de entrada de API 650 a partir de los dados porCOVENIN 1756:2001................54

Figura C.1: Cargas de levantamiento sobre los pernos de anclaje..... Figura E.1: Hoja de Clculo y sus secciones............................................................................ Figura E.2: Encabezado de las pginas del clculo................................................................... Figura E.3: Datos de entrada y de diseo estructural................................................................ Figura E.4: Seleccin de espesores de los anillos.....................................................................


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Figura E.5: Seleccin de espesor de placa anular..................................................................... Figura E.6: Alerta de uso de techo cnico autosoportado........................................................ Figura E.7: Datos de entrada ssmicos por API 650................................................................. Figura E.8: Mensaje de conclusin de estabilidad....................................................................

Figura E.9: Datos de entrada ssmicos por PDVSA JA-221 y FJ-251..................................... Figura E.10: Nota de advertencia en consideracin de pernos de anclaje................................


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LISTA DE SMBOLOS

Coeficiente de aceleracin horizontal.

Coeficiente de aceleracin convectiva de diseo.

Coeficiente de aceleracin espectral impulsivo Coeficiente de aceleracin espectral convectivo. Coeficiente de aceleracin impulsiva de diseo. Coeficiente de aceleracin vertical.CAP Corrosin admisible de los pernos de anclaje.D Dimetro del tanque.

Coeficiente de aceleracin del sitio.

Factor de presin.

Coeficiente de velocidad del sitio.I Factor de importancia.J Coeficiente de anclaje.

Momento ejercido por el peso de la pared.

Momento ejercido por el peso del techo.

Momento ejercido por el peso del lquido.

Momento ejercido por la presin interna.

Momento ssmico en base del tanque por API 650. Momento ssmico en la base del tanque por PDVSA FJ-251.

Momento por presin del viento.

P Exponente que define la rama descendente del espectro COVENIN 1756:2001.P Probabilidad de no excedencia del mximo terremoto considerado.

Parmetro de aceleracin espectral mxima en un perodo de 1 segundo.

Parmetro de aceleracin espectral de diseo en un perodo de 1 segundo.

Parmetro de aceleracin espectral de diseo en cortos perodos. Parmetro de aceleracin mxima del suelo para sitios no cubiertos por los mtodos d

ASCE 7-10. Parmetro de aceleracin espectral mxima en cortos perodos.

T Vida til de la instalacin. Carga por perno.


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Factor de importancia de COVENIN 1756:2001.

Factor de magnificacin promedio.

Factor de amplificacin espectral.

Coeficiente de amortiguamiento.

Factor de correccin del coeficiente de aceleracin horizontal. Dimetro de los pernos.


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LISTA DE ABREVIATURAS

API "American Petroleum Institute"ASME "American Society of Mechanical Engineers"

COVENIN Comisin Venezolana de normas industrialesHHLL High High Liquid Level (nivel muy alto de lquido)HLL High Liquid Level (nivel alto de lquido)LLL Low Liquid Level (nivel bajo de lquido)LLLL Low Low Liquid Level (nivel muy bajo de lquido) NLL Normal Liquid Level (nivel normal de lquido)PDVSA Petrleos de Venezuela Sociedad AnnimaPsi Pounds per square inch (libras por pulgada cuadrada).


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INTRODUCCIN

Inelectra es una empresa venezolana de ingeniera, procura y construccin en los sect petrolero, petroqumico, minero, metalrgico, entre otros. En stas y otras industrias

utilizados distintos tipos de recipientes, entre los cuales se encuentran los tanques, cuya funes almacenar sustancias lquidas tales como agua, petrleo crudo y sus derivados, entre o para la produccin, tratamiento, transporte, refinacin, servicios y distribucin.

El diseo y clculo de los tanques de almacenamiento est dado por las normas API, entrcuales se encuentra la API 650, ste se puede realizar a travs de distintos programas, entrcuales se encuentra el software TANK que es el utilizado en Inelectra. Sin embargo,normas API estn en principio formuladas para los Estados Unidos y, en el caso del dissmico, los parmetros de entrada estn dados por mapas nicamente para este pas, de matal que se presentan inconvenientes para el anlisis en cualquier otra parte del mundo.embargo, para un tanque en Venezuela, en ocasiones, es necesario realizar dicho estudio banorma API 650, de manera tal que se debe utilizar la norma COVENIN 1756 que establecrequerimientos para el diseo sismorresistente de edificaciones en el pas, con el fin de obtetravs de una relacin de espectros de respuesta, los parmetros de entrada al clculo por650. De cualquier modo, para Venezuela, es necesario el uso complementario de otras norma

Las consultoras de la industria petrolera en Venezuela, como Inelectra, tienen como princcliente a PDVSA. ste plantea ciertas normas propias, entre las cuales se encuentrandisposiciones generales y requisitos mnimos para el diseo ssmico de tanques ubicados ddel territorio nacional. Por esta razn, es de gran importancia incluir el clculo ssmico dadolas normas PDVSA JA-221 y FJ-251.

El diseo ssmico del tanque consiste en determinar la estabilidad de ste ante las ca producidas por el sismo y establecer si con la estructura calculada, se requiere o no anclmismo. Para ello, se elaboraron unos flujogramas para cada una de las partes del clculocomo tambin, una Hoja de Clculo de tanques API 650 incluyendo el diseo ssmico dadlas normas PDVSA JA-221 y FJ-251. De esta manera, se compararan los resultados obten


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para cada uno de ellos, con la finalidad de concluir cul de los dos clculos es ms crtico, sy riguroso.

La Hoja de Clculo se realiz en Excel debido a que la norma API 650 es actualiz

frecuentemente, de manera tal que, es necesario poder modificar ciertos clculos o parmetrun futuro cercano. Por lo tanto, cualquier usuario con conocimientos bsicos de esta herram podra realizarlos directamente, a diferencia de otros programas con un lenguaje ms avanPor su parte, con el desarrollo de los flujogramas para cada una de las partes del clculo, se planteado el procedimiento para una posible programacin en otro lenguaje deseado.

En Inelectra no se contaba con ninguna versin similar a la Hoja de Clculo desarrollada permitiese obtener los resultados estructurales y ssmicos por API 650 y PDVSA que objetivo principal del presente trabajo. Sin embargo, sta posee ciertas limitaciones en lo qlos tipos de techo disponibles se refiere, debido a que slo se consideraron los techos cnicos.

En lo que al trabajo se refiere, ste se dividi en cuatro captulos, donde en el primerdescribe la empresa en la cual se realiz el trabajo. En el segundo captulo se busca dar a conlos conceptos fundamentales utilizados para formular y desarrollar el mismo. Luego, en el t

captulo se describe la metodologa empleada para el desarrollo de la Hoja de ClcPosteriormente, en el cuarto captulo se mostrarn los resultados obtenidos as como sus debvalidaciones. Por ltimo, se plantearn las conclusiones obtenidas a partir de los resultados recomendaciones a considerar para la optimizacin del clculo.


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CAPTULO IDESCRIPCIN DE LA EMPRESA

Inelectra es una empresa venezolana dedicada a la ingeniera, procura y construccininstalaciones industriales, ejecutando proyectos de importancia y gran envergadura en Venezy en el exterior. La empresa figura entre las 50 empresas ms importantes del mundo en el sde energa e hidrocarburos, siendo una de las 3 ms grandes de Amrica Latina.

Su campo de trabajo abarca la industria petrolera, petroqumica, minera, metalurelectricidad, telecomunicaciones, infraestructura, transporte masivo, entre otras, donde oservicios profesionales de consulta y asesora, estudios de factibilidad, ingeniera concepingeniera bsica, ingeniera de detalle, gerencia de proyectos, procura, gerencia de proconstruccin, supervisin y gerencia de construccin, operacin de instalacin, puesta en my mantenimiento.

El logo actual de la empresa, desde el ao 2005, se muestra en la Figura 2.1:

Figura 1.1: Logo actual de Inelectra desde el ao 2005. [1]

1.1. Historia

Inelectra fue fundada en 1968 como una empresa especializada en servicios de ingeniera,incluir posteriormente procura, construccin, gerencia de construccin, operacinmantenimiento. La integracin de actividades se ha logrado progresivamente mediantcapacitacin del personal, desarrollo y adquisicin de tecnologas, participacin en sociedad


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firmas extranjeras y, sobre todo, identificando a tiempo las oportunidades y asumiendo los surgidos durante el desarrollo del pas. [1]

En sus 44 aos, Inelectra ha ejecutado ms de 2.500 proyectos integrales para el se

petrolero, petroqumico, industrial y de transporte, incluyendo proyectos mayores de ingen procura y construccin de alcance global. Esta gestin representa ms de 28 millones de hhombre de servicios profesionales prestados y 80 millones de horas-hombre de construccin

1.2. Misin

Crear valor para la sociedad en general, cumpliendo con los objetivos de la empresa en foeficiente y eficaz, trabajando en equipo y con una clara orientacin al logro. Reconconstantemente la excelencia entre nuestros empleados. Ser responsables con la seguridaambiente y las comunidades que nos rodean. [1]

1.3. Visin

Ser la empresa de soluciones integrales en ingeniera y construccin ms importanteAmrica Latina, en el sector de la energa, distinguida por su impecable gestin de rie

rentabilidad, excelencia, calidad, seguridad, honestidad y profesionalismo. [1]

1.4. Valores

En Inelectra se est en bsqueda permanente de la excelencia, creando relaciones perdura basadas en la confianza y en los valores corporativos de la empresa: [1]

Transparencia. Calidad. Seguridad. Innovacin. Orientacin al Cliente. tica.


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1.5. Estructura organizativa

Inelectra S.A.C.A. basa su estructura en un agrupamiento funcional, el cual presenta organizacin vertical con distintos rangos de decisin. La empresa est conformada po

conjunto de unidades que actan como centros organizativos de todas las actividades, responsabilidad sobre sus resultados, integrndose bajo cinco unidades operativas principoperaciones medulares, negocios internacionales, negocios Venezuela, finanzas y talhumano.

Dentro de la unidad de operaciones medulares, se encuentra la divisin de ingeniera, comprende, entre otros, al departamento de ingeniera mecnica. Este ltimo es el encargaddesarrollo de la ingeniera relacionada con los equipos mecnicos, en las reas de maquinequipos paquete, tanques de almacenamiento, recipientes a presin e intercambiadores de cInelectra S.A.C.A. ofrece en esta rea el diseo o seleccin de equipos, especificaciones dmismos, evaluaciones de ofertas y revisin de la documentacin generada por los fabricatraslado de personal de ingeniera a los talleres de fabricacin e inspeccin de equipos.

La estructura organizativa de Inelectra S.A.C.A. se muestra en la Figura 1.2:


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Figura 1.2: Organigrama de la estructura organizativa de Inelectra

Presidencia

FinanzasCorporativas

ContraloraCorporativa

AsuntosPblicos

Servicios

Gestin de laCalidad Operaciones

Atencin alAccionista

Seguridad, Higieney Ambiente

AsuntosLegales

Tecnologa deInformacin

Finanzas Proyectos IngenieraDesarrollode NegociosGestin

del TalentoProcura y

Construccin Regionales

Gerentes deIngeniera

RevisionesTcnicas

TelecomunicacionesCONTROLCA Tecnologa

Ingeniera deSeguridad y

Estudios

Procesos IngenieraMecnicaDiseo

MecnicoIngenieraElctrica

Automatizaciny Control

IngenieraCivil

Control deMateriales


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CAPTULO IIMARCO TERICO

En este captulo se presentan los fundamentos tericos relacionados con el diseo y clcuun tanque de almacenamiento de lquido.

2.1. Definicin de tanques

Los tanques se definen como depsitos diseados para almacenar una gran variedad productos en estado lquido como agua, crudo y sus derivados, as como tambin en estado s para su uso posterior y comercializacin. Forman parte de distintas operaciones en la induentre las cuales se encuentran: [2]

Produccin. Tratamiento. Transporte. Refinacin. Distribucin. Servicios.

2.2. Clasificacin de los tanques

Los tanques pueden ser de distintas formas (cilndricos, esfricos y rectangulares), sin emb para el almacenamiento de crudo se dividen de la siguiente manera en lo que a su formrefiere: [2]

Tanques cilndricos verticales: Permite almacenar pequeos volmenes del producto. Tanques cilndricos horizontales: Permite almacenar grandes volmenes del producto.


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Los tanques se dividen a su vez de acuerdo a la presin interna que manejan de la siguimanera: [2]

Tanques atmosfricos y de baja presin: Presiones manomtricas entre 0 y 2,5 psi " pounds

per square inch" (libras por pulgada cuadrada) que equivalen a 0 y 18 kPa. Tanques de media presin: Presiones manomtricas entre 2,5 y 15 psi que equivalen a

104 kPa. Presurizados: Son llamados recipientes y manejan presiones manomtricas mayores d

psi que equivalen a 104 kPa. Su clculo se lleva a cabo mediante el uso de normas AS"American Society of Mechanical Engineers" .

2.3. Normas aplicables al clculo de tanques

El clculo de tanques de almacenamiento para la industria, se lleva a cabo mediantesiguientes normas: [2]

API STANDARD 650 : Establece los requisitos mnimos de materiales, diseo, fabricacconstruccin y prueba de tanques de acero, cilndricos, verticales, sobre tierra, soldadorefrigerados y de techo abierto o cerrado. Adems, el rango de presin y temperaadmisible es el siguiente:- Presin interna: Tanques atmosfricos y baja presin, es decir, entre 0 y 2,5 psi.- Temperatura mxima de diseo: Acepta temperaturas de hasta 93C. Puede llega

260C con el uso del Apndice M, que reduce en una determinada proporcin esfuerzos admisibles del material dependiendo de la temperatura.

API STANDARD 620: Establece los requisitos mnimos para el diseo y construccintanques de acero al carbono, cilndricos, verticales, sobre tierra, soldados, refrigerados

refrigerados. Adems, el rango de presin y temperatura admisible es el siguiente:- Presin interna: Tanques de media presin, es decir, entre 2,5 y 15 psi.- Temperatura mxima de diseo: Acepta temperaturas de hasta 121C.

Otras: Existen otras normas como las API 12D y API 12F que cubren el diseofabricacin de tanques de dimensiones y capacidades predeterminadas.


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2.4. Estructura de los tanques

Los tanques cilndricos verticales estn compuestos de la siguiente manera de acuerdo Figura 2.1:

Pared. Techo. Fondo. Conexiones. Escaleras y plataformas.

Figura 2.1: Componentes de un tanque cilndrico vertical.

En la Figura 2.1 se pueden observar la pared, el techo y el fondo de un tanque cilndrico veque juntos conforman la estructura bsica del mismo. Por su parte, las conexiones (bridas, pde hombre, drenajes, entre otras), escaleras de acceso y plataformas indicadas en la mrepresentan componentes fundamentales del tanque.

2.4.1. Pared

La pared del tanque es de forma cilndrica y est constituida por placas que forman ansoldados entre s, para lograr la altura deseada del tanque. Por lo general, la altura de los anes uniforme, de acuerdo a las alturas comerciales disponibles que suelen ser de 1,8 y 2,4 meDicha configuracin de la pared se puede observar en la Figura 2.2:


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Figura 2.2: Configuracin de la pared de un tanque.

De la Figura 2.2 se puede detallar cmo las placas son intercaladas entre anillos, es decirlos cordones de soldaduras verticales no coinciden entre un anillo y otro. A su vez, se obserubicacin de la escalera en el plano de la pared, as como las boquillas a las cuales se conlas tuberas y pasos de hombre que se evitan colocar en medio de las uniones entre placas.

El diseo de la pared de un tanque de media presin se realiza mediante la norma API 65en la cual se describen 3 mtodos:

Mtodo de un pie: Calcula el espesor de la pared requerido a 1 pie (0,3 m) de la bascada anillo del tanque (ver Figura 2.3).

Mtodo del punto variable: Calcula el espesor de la pared de cada anillo en un punto doel esfuerzo est muy cerca del circunferencial real, de esta manera optimiza el espesor d placas a travs de un tanteo que parte del espesor obtenido por el mtodo de un pie.

Mtodo del Apndice A: Utiliza un esfuerzo admisible fijo y se utiliza slo para tanque pequea capacidad cuyos valores se encuentran tabulados.


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Figura 2.4: Configuracin del fondo de un tanque con placa anular.

El fondo con placa anular mostrado en la Figura 2.4, en la cual se incluye la ubicacin de

drenajes y dimensiones mnimas de la placa anular, la cual se une al resto del fondo mediantsoldadura a solape. [3]

2.4.3. Techo

El techo de un tanque tiene como funcin evitar el contacto de la sustancia almacenada coexterior. Existen tanques abiertos, sin embargo, los tanques de almacenamiento aplicados eindustria petrolera, son en su mayora cerrados, los cuales se dividen de la siguiente manera:

Fijos.- Cnicos: Pueden ser autosoportados o soportados.- Domo.

Flotantes.- Internos.- Externos.

Los tipos de techo mencionados, se muestran en la Figura 2.5


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Figura 2.5: Tipos de techo para tanques.

Los techos cnicos autosoportados de la Figura 2.5 estn apoyados nicamente sobre la pdel tanque, sin ninguna estructura de soporte, razn por la cual el dimetro de los tanques ecuales puede ser utilizado es limitado a aproximadamente 12 metros. Los techos tipo drequieren una mayor elaboracin que los cnicos autosoportados, pero pueden ser utilizadotanques de mayor dimetro. En lo que a los techos cnicos soportados se refiere, stos requuna estructura de soporte como la mostrada en la Figura 2.6 constituida por columnas, raf(largueros), girders (trabes) y cartelas. [4]

Figura 2.6: Estructura soporte de tanques con techo cnico soportado.

Los largueros mostrados en la Figura 2.6 son vigas sobre las cuales se apoyan las lminatecho, stos se soportan a su vez sobre la columna central y sobre los trabes. stos ltimostambin vigas unidas a las columnas centrales. Por ltimo, la cartela es el componente permite unir los largueros con la pared del tanque.


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Las prdidas por evaporacin, tambin conocidas como mermas, se producen en tanquetecho fijo (no flotantes) cuando ocurren cambios de temperatura o se entra en operacinllenado o vaciado, debido a que el espacio interior sobre la superficie de lquido es ocupadvapores del producto, principalmente por las fracciones ms livianas de ste. [5]

Los techos flotantes mostrados en la Figura 2.5 se caracterizan por ser mviles con el nivelquido dentro del tanque a travs de guas y sellos que permiten dicho movimiento evitaexponer el fluido a la atmsfera. Adems, estos techos se utilizan para disminuir las prdidaevaporacin dentro del tanque (simbolizadas con lneas curvas ascendentes en las oconfiguraciones de techo) debido a que disminuyen considerablemente o eliminan la superlibre de lquido. Sin embargo, el techo flotante interno (que est respaldado por uno fijo etope) resulta ms efectivo en este aspecto que el externo debido a que no est afectado pviento directamente, el cual ejerce una carga de levantamiento sobre los techos flotantes extegenerando as un efecto de vaco dentro del tanque. [5]

En Venezuela, la Ley, por medio de la Gaceta Oficial nmero 4.899, determina el tipo de ta utilizar en funcin de ciertas propiedades del fluido a ser almacenado, entre las cualeencuentra la presin de vapor, que es aquella a la cual a determinada temperatura, una sustalquida se evapora.

Por ltimo, una parte importante de los tanques, es el sistema de venteo ubicado en el tecuya funcin es proteger el tanque de una sobrepresin interna liberando sta a la atmsDicho sistema puede tener una gran variedad de configuraciones y puede a su vez encontrarla parte superior de la pared del tanque.

2.5. Niveles y capacidades del tanque

Tanto la estructura del tanque, como la estabilidad ssmica basan su clculo en una alturlquido de diseo que puede ser diferente de acuerdo a las especificaciones daIndependientemente de esto, los niveles y capacidades del tanque que se utilizan en la induse representan en la Figura 2.7:


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Figura 2.7: Niveles y capacidades caractersticas del tanque.

La capacidad nominal del tanque mostrada en la Figura 2.7 est dada por la altura total

tanque (H), mientras que la capacidad til est dada por los niveles altos y bajos (HLL y LLLmismo. Por su parte las capacidades no tiles superior e inferior, se utilizan como niveleseguridad, la primera para evitar que se desborde el lquido y la segunda para evitar que el tase vace y a su vez para que brindarle la altura de lquido necesaria para la bomba que puedeconectada al tanque por medio de tuberas.

En lo que a la altura de diseo se refiere, la norma ssmica PDVSA FJ-221 [6] establececomo el nivel muy alto de lquido (HHLL), mientras que la norma API 650 [3] plantea la opde elegir entre la altura del tanque (H), el nivel muy alto de lquido (HHLL) o cualquier otro especificado.

2.6. Espectros de respuesta ssmica

El anlisis ssmico para tanques se basa en la definicin de un espectro de respuesta representa la respuesta mxima de osciladores de un grado de libertad y de un mismo coefic

de amortiguamiento, sometidos a una historia de aceleraciones dada, expresada en funci perodo [7]. La norma API 650 [3], la norma PDVSA JA-221 [8] y la norma COVE1756:2001 [7] basan sus clculos en espectros de respuesta diferentes entre ellos, por lo qdefine cada uno de ellos por separado.


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2.6.1. Espectro de respuesta de PDVSA JA-221

El espectro de respuesta ssmica de la norma PDVSA JA-221 [8] se muestra en la Figura 2.

Figura 2.8: Espectro de respuesta definido por PDVSA JA-221. [8]

De la Figura 2.8 se detalla una meseta de aceleracin espectral mxima que representa el ms crtico entre los perodos y . A su vez, se observa que la funcin del espectro est dad

para perodos menores que por determinada funcin y para perodos mayores a por 2funciones, una hasta los 3 segundos y la otra a partir de este valor. Dependiendo del valodicho perodo de oscilacin y de los parmetros que definen el espectro se obtiene el coeficde aceleracin deseado. Por ltimo, este espectro est dado para un factor de ductilidad iguael cual dependiendo de la instalacin modificar el clculo del coeficiente de aceleracin pardistintos perodos y es dado en la especificacin de ingeniera. [8]

2.6.2. Espectro de respuesta de ASCE 7-10

El espectro de respuesta ssmica definido por la norma ASCE 7-10 [9] es el utilizado p

norma API 650 [3] y se muestra en la Figura 2.9:


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Figura 2.9: Espectro de respuesta definido por ASCE 7-10. [9]

El espectro de respuesta mostrado en la Figura 2.9 se asemeja en su forma al de la Figuracaracterizndose por la presencia de una meseta en la cual se obtiene el valor mximoaceleracin espectral entre los perodos y . Los valores del espectro de respuesta sonafectados por el factor de modificacin de respuesta y los parmetros que lo definen estn d por mapas exclusivamente para los Estados Unidos, razn por la cual, la norma API 650 propone una aproximacin del espectro para cuando se conoce nicamente la aceleracin mdel terreno, dada por las siguientes ecuaciones:

(Ec. 2.1) (Ec. 2.2)

El valor de representa la aceleracin mxima del terreno y los valores de y representan los parmetros de aceleraciones de entrada, sin embargo, esta aproximaci

recomendada para lugares donde la forma del espectro de respuesta no est definida, caso opal de Venezuela.


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2.6.3. Espectro de respuesta de COVENIN 1756:2001

La norma COVENIN 1756:2001 [7] define el espectro de respuesta ssmica de acuerdoFigura 2.10:

Figura 2.10: Espectro de respuesta definido por COVENIN 1756:2001. [7]

De la Figura 2.10 se detalla una meseta de aceleracin espectral mxima que representa el ms crtico entre los perodos y que definen el espectro, mientras ambos costados de dichintervalo estn representados por funciones diferentes. Este espectro de respuesta est dadoun factor de ductilidad igual a 1 el cual dependiendo de la instalacin modificar el clculocoeficiente de aceleracin para los distintos perodos. [7]

2.6.4. Relacin entre espectros de respuesta ASCE 7-10 y COVENIN 1756:2001

La similitud de los espectros de respuesta entre ASCE 7-10 [9] y COVENIN 1756:200mostrados en las Figuras 2.9 y 2.10 respectivamente, junto a la combinacin de probabilidad

excedencia durante determinada vida til que manejan ambas normas, permiten mediandefinicin del factor de importancia determinar una relacin entre ambos espectros, de maneque se pueden utilizar los parmetros de COVENIN 1756:2001 [7] para entrar al clculo ssdado por API 650 [3]. Dicha relacin se explica de la siguiente manera:


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El factor de importancia tiene su origen en valores estadsticos que se utilizan en el dissmico de tanques, dichos valores son: [10]

Probabilidad de excedencia (1-P): Definido como la probabilidad de que se exceda el v

crtico con el cual se disea el tanque. Vida til (t): Perodo en el cual se estima que se pueda exceder el valor crtico con el cua

disea el tanque. Perodo de retorno: Definido como el intervalo de reincidencia del valor crtico con el

se disea el tanque.

Mediante la combinacin de estos valores se define entonces el factor de importancia (I) co

siguiente ecuacin: [10]

(Ec. 2.3)

La norma COVENIN 1756:2001 [7] considera para la determinacin de la aceleracin mdel terreno del espectro de diseo, probabilidades de excedencia del 10% en una vida til daos, de manera tal que el factor de importancia es aproximadamente igual a 1. [10]

(Ec. 2.4)

Por otro lado, la norma ASCE 7-10 [9] (referenciada por API 650 [3]) considera un terremximo probable para una probabilidad de ocurrencia del 2% en una vida til de 50 aosembargo, dicha norma toma en cuenta a su vez un factor de escalamiento del nivel mxconsiderado al nivel de diseo del espectro igual a 2/3, de manera tal que el factor de import

es aproximadamente igual a 1. [10]

(Ec. 2.5)


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Los valores obtenidos por ambas normas son equivalentes, razn por la cual, se puerelacionar los valores mximos de los espectros de diseo considerados por cada una de caso contrario al de la norma PDVSA JA-221 [8] que maneja probabilidades de excedevariables de acuerdo al grado de riesgo de la instalacin al definir el espectro de diseo. De

manera se obtiene entonces la siguiente relacin: [10]

(Ec. 2.6)De la Ecuacin 2.5 el trmino de la izquierda () representa el valor mximo del espectro de

diseo de la norma ASCE 7-10 [9], mientras que el trmino de la derecha representa el dnorma COVENIN 1756:2001 [7], donde, , y son valores tabulados que definen el espectrode acuerdo a la zona y el tipo de suelo, mientras que se calcula de la siguiente manera: [10]

(Ec. 2.7)

El coeficiente de amortiguamiento ( de la Ecuacin 2.6 se encuentra tabulado [6]. Por s parte el valor de aceleracin espectral de diseo, est dado para un perodo igual a 1 segundo por lo tanto se obtiene a partir del espectro de respuesta de COVENIN 1756:2001 [7], calcu

el valor de la aceleracin en un perodo igual a 1. Su clculo depender de la seccin del espen la cual se ubique dicho perodo.

2.7. Modos convectivo e impulsivo de vibracin

El estudio ssmico del tanque se basa en el anlisis del espectro de diseo que se define comespectro de respuesta afectado por el factor de reduccin correspondiente al sistema. Para ell

consideran dos modos de vibraciones:

Modo convectivo: es el primer modo de vibracin del lquido contenido en el tanquelquido experimenta un movimiento oscilatorio respecto a un eje horizontal que coincon el dimetro del tanque. [6]


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Modo impulsivo: es el modo de vibracin del sistema tanque-lquido en donde el lquidmueve al unsono con el tanque. [6]

Los modos de vibracin se ilustran mediante el uso de la Figura 2.11:

Donde:

: Peso impulsivo del lquido.: Peso convectivo del lquido.: Peso del techo.

: Peso de la pared. : Centro de accin impulsivo. : Centro de accin convectivo.

: Centro de accin del techo

: Centro de accin de la pared.Figura 2.11: Representacin de los modos de vibracin para sismo horizontal. [6]

De la Figura 2.11 se puede observar cmo la masa se modela unida al tanque rgidamente,

representando el movimiento del lquido como un cuerpo rgido. Por su parte, la masa semodela unida al tanque de manera flexible mediante un par de resortes, representand

movimiento oscilatorio del lquido. Para cada una de estas cargas se muestran los centroaccin, lo cuales son debidamente calculados [6]. Por otro lado se muestran tambin los pecentros de accin del techo y la pared que se oponen a los efectos ssmicos.

Los denominados coeficientes de aceleracin espectral se definen como la fraccin daceleracin de la gravedad que acta sobre el tanque como consecuencia de la accin ssrepresentada en un modo convectivo y un modo impulsivo. Del modo impulsivo se obtiene

aceleracin horizontal y una vertical mientras que del modo convectivo se obtiene nicamuna componente horizontal. [6]

El modo convectivo de vibracin del lquido genera una ola ssmica que debe ser menor qespacio libre de lquido del tanque, tal como se muestra en la Figura 2.12:


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Figura 2.12: Altura de la ola ssmica causada por el modo convectivo de vibracin del lqui

La unin del techo con la pared en los tanques se caracteriza por ser una junta frgil, la cudisea para que en caso de una sobrepresin interna, se desprenda el techo antes que se defel tanque. Ahora bien, la ola ssmica representada en la Figura 2.12 no debe impactar el tech

que puede romper dicha unin, esto se logra si el espacio libre entre el nivel muy alto de lqula altura del tanque es mayor a la de la ola ssmica en cuestin. [3]

2.8. Estabilidad del tanque

El anlisis ssmico de tanques consiste bsicamente en determinar si ste es estable o inestLa estabilidad se define como la capacidad del tanque de soportar el efecto de la carga ssmla carga de la presin del viento por s mismo de manera tal de que no se desplace, se levanse deforme considerablemente, es decir, que la combinacin de la geometra y el peso del tasean suficiente para no presentar alteraciones en ste y en los componentes que lo rod(tuberas, instrumentacin, etc.).

2.8.1. Momento ssmico

El momento ssmico en la base del tanque se define como aqul que ejerce la fuerza del s

sobre ste, generado por la combinacin de los efectos convectivo e impulsivo. Este momacta de tal forma que puede volcar el tanque, razn por la cual la determinacin de su valfundamental para el anlisis de estabilidad del tanque y es calculado tanto por la norma API[3] como por la norma PDVSA FJ-251 [6] mediante las siguientes ecuaciones respectivamen


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(Ec. 2.8)

(Ec. 2.9)

De estas 2 ecuaciones se puede notar que el clculo de PDVSA FJ-251 [6] (Ec. 2.9) redumomento en un 80% debido a una superposicin de efectos con otras acciones (efectos de c permanentes y efectos de las cargas de servicio y operacin) utilizando el mtodo de esfuadmisibles. El resto del clculo por ambas normas considera las mismas variables.

2.8.2. Coeficiente de anclaje

El peso del tanque y una porcin del lquido almacenado generan la resistencia al volcamide ste, y por lo tanto determinan si el momento ssmico desestabiliza o no el tanque, es decel tanque requiere o no pernos de anclaje. El coeficiente mediante el cual se define la necesde anclaje de acuerdo a la norma API 650 [3] y a la norma PDVSA FJ-251 [6] sonrepresentados en las siguientes ecuaciones respectivamente:

(Ec. 2.10) (Ec. 2.11)

El valor del coeficiente de anclaje obtenido para cada una de las normas a partir de amecuaciones se interpreta de la siguiente manera:

Si J 1,54 el tanque es estable al volcamiento y no requiere anclaje. Si J > 1,54 el tanque no es estable al volcamiento y requiere anclaje.


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2.8.3. Criterios de estabilidad ssmica de un tanque no anclado

Un tanque no anclado debe cumplir los siguientes requisitos para considerarlo estable antsismo: [3]

Coeficiente de estabilidad (J) menor o igual a 1,54. Esfuerzo longitudinal de compresin en la pared menor o igual al admisible. Esfuerzo circunferencial en la pared menor o igual al admisible. Fuerza cortante en la base menor o igual a la admisible. Fuerza resistente de placa anular menor o igual a la admisible.

Si el tanque no anclado es inestable se debe tomar alguna de las siguientes medidas: [6]

Aumentar el espesor de la placa anular, sin exceder el espesor del primer anillo de la par Aumentar el espesor del primer anillo de la pared. Modificar dimensiones del tanque, aumentando el dimetro y disminuyendo la altura. Anclar el tanque.

2.8.4. Criterios de estabilidad ssmica de un tanque anclado

Un tanque anclado debe cumplir los siguientes requisitos para considerarlo estable antsismo: [3]

Esfuerzo longitudinal de compresin en la pared menor o igual al admisible. Esfuerzo circunferencial en la pared menor o igual al admisible.

Si el tanque anclado es inestable se debe tomar alguna de las siguientes medidas: [6]

Aumentar el espesor de la placa anular, sin exceder el espesor del primer anillo de la par Aumentar el espesor del primer anillo de la pared. Modificar dimensiones del tanque, aumentando el dimetro y disminuyendo la altura.


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2.8.5. Criterios de estabilidad por viento

Un tanque no anclado debe cumplir las condiciones establecidas por las siguientes 2 ecuaci para ser considerado estable ante la carga ejercida por la presin del viento, de no cumplirla

deber modificar la geometra de ste o anclarlo. [3]

(Ec. 2.12)

(Ec. 2.13)

Las 2 ecuaciones comparan los momentos ejercidos sobre la base del tanque por el viento )y por la presin interna ( ) con los generados por la carga de la pared (), el techo ( ) yel lquido ( ). La primera ecuacin (Ec. 2.12) es ms rigurosa que la segunda (Ec. 2.13) deba que no toma en cuenta el peso del lquido y considera en su totalidad la presin internafactor de presin ( ) generalmente es igual a 0,4. [3]


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CAPTULO IIIDISEO ESTRUCTURAL Y SSMICO DE TANQUES

Con la finalidad de alcanzar los objetivos planteados, se llev a cabo un procesoinvestigacin bibliogrfica de las normas que determinan el clculo estructural y ssmictanques atmosfricos y de baja presin, estas fueron las siguientes:

El estndar API 650 Welded Tanks for Oil Storage (Tanques soldados para elalmacenamiento de crudo), en el cual se establecen los requisitos mnimos para el disfabricacin, construccin de tanques cilndricos verticales. [3]

El manual de ingeniera de diseo PDVSA FJ-251: Diseo sismorresistente de tanquesmetlicos, en el cual se establecen los criterios mnimos para el diseo ssmico de tanqcilndricos verticales. [6]

El manual de ingeniera de diseo PDVSA JA-221: Diseo sismorresistente de instalacionesindustriales, en el cual se establecen las disposiciones generales de anlisis y diseo pinstalaciones pertenecientes a PDVSA ubicadas en zonas ssmicas dentro del territoriVenezuela. [8]

Una vez estudiadas las normas que rigen el clculo en cuestin, se procedi a programclculo en Excel, para lo cual fue necesario familiarizarse con gran parte de las funciinternas de ste.

Por otro lado, se contaba con el software comercial TANK, el cual realiza el clcestructural y ssmico del tanque segn las normas API 650 [3], de manera tal que se utilizla verificacin y comparacin del clculo establecido por sta.


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3.1. Procedimiento de clculo

Una vez revisada cada una de las normas involucradas en el clculo, se realiz el procedimdel mismo, el cual se puede dividir en 5 partes:

Clculo estructural. Clculo de estabilidad del tanque por viento Clculo de estabilidad ssmica por API 650. Clculo de estabilidad ssmica por PDVSA JA-221 y FJ-251. Clculo de pernos de anclaje del tanque.

3.1.1. Clculo estructural.

El objetivo del clculo estructural es determinar, para un material dado, los espesores mnrequeridos por la estructura para soportar el estado de cargas ejercido por la presin hidrosdel fluido almacenado, la presin interna y su propio peso. Para ello se establecen los datoentrada necesarios:

Dimensiones del tanque. Niveles del tanque. Presin interna. Temperatura mxima de diseo. Gravedad especfica del lquido. Tolerancias por corrosin de las partes estructurales.

Una vez definidos los datos de entrada, se calculan los espesores mnimos de cada una d partes de la estructura del tanque: [3]

Pared: Se utiliza el mtodo de clculo de un pie. Fondo y placa anular: Adems del espesor, se determina el dimetro del fondo y el an

radial necesario de la placa anular.


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Techo: Los tipos de techos considerados en el presente trabajo son los cnicos soportadlos cnicos autosoportados.

Por otro lado, se determina a su vez, el mdulo de seccin mnimo requerido por

rigidizadores de viento superior e intermedios, para mantener su forma cuando el tanqusometido a la presin del viento. [3]

El flujograma desarrollado para el clculo estructural es el mostrado en la Figura 3.1:

Figura 3.1: Flujograma del clculo estructural.

Las selecciones manuales indicadas en la Figura 3.1, representan una lista de los espescomerciales disponibles para la pared y placa anular, dicha seleccin es esencial ya quenecesariamente se utiliza el mnimo requerido. Una vez realizadas estas selecciones e ingres

Datos de entrada

Rigidizador de vientoPared Fondo Techo

Espesoresde placas

Espesoresmnimos

(Mtodo deun pie)

Nmero deanillos y

dimensiones

Peso

Espesormnimo de

placa anular

Anchoradial placa

anular

Dimensiones

IntermedioSuperior

Alturamxima

sinrigidizar(Hmax)

Mdulode

seccinmnimo

Alturatrasformadade la pared

(Htr)

Peso

Autosoportado Soportado

Espesor deplacas

Espesor deplacas

No

No

S

S

Peso

Peso

Seleccinmanual

Seleccinmanual

Espesor deplaca anular

Mdulo deseccinmnimo

Estdentro del

rangoadmisible?

Cumple elrequisito derea unin

pared-techo?

Seleccinmanual

CumpleHtr >

Hmax?

S

No esnecesario

No

Aumentarinclinacin Soportado


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los datos de entrada se calculan los valores deseados y en el caso del techo cnico autosopose indica si ste se puede utilizar o no dependiendo del espesor requerido por las placas.

3.1.2. Clculo de estabilidad del tanque por viento

El clculo de la estabilidad del tanque se realiza antes las cargas de viento y antes las ca producidas por un sismo. En lo que al viento se refiere, se comprueban la Ec. 2.11 y la Ec. para determinar la estabilidad del tanque no anclado. [3]

El flujograma desarrollado para el clculo de la estabilidad por viento se muestra en la Fi3.2:

Figura 3.2: Flujograma del clculo de estabilidad por viento.

En la Figura 3.2 se representa como se determina la estabilidad del tanque por viento medla evaluacin de las condiciones del tanque no anclado una vez ingresados los datos de entrad

3.1.3. Clculo ssmico por API 650

Para realizar el clculo ssmico definido por la norma API 650 se necesitan conocer los datentrada necesarios, dependientes de las condiciones del sistema: [3]

Datos de entrada

Momentosinvolucrados

Tanque Estable

Cumplecondiciones

de Tanque No Anclado?

S

No

Tanque Inestable

Tanque No Anclado

Tanque AncladoModificardimensiones


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Parmetros de aceleracin mxima y . Grupo ssmico del tanque de acuerdo a su condicin de riesgo. Tipo de suelo en el cual se ubica el tanque. Factor de importancia del sistema.

Coeficiente de aceleracin vertical.

Para el caso de Venezuela, los parmetros de entrada de aceleracin espectral y , sonobtenidos mediante la relacin entre los espectros de respuesta ASCE 7-10 [9] y COVE1756:2001 [7], definida en el punto 2.6.4 del presente trabajo.

El valor de la aceleracin espectral de diseo () se utiliza para calcular el parmetro,

conociendo el tipo de suelo, utilizando la Figura A.1 mostrada en el Apndice A del prestrabajo y la siguiente relacin: [9]

(Ec. 3.1)

El coeficiente de aceleracin del sitio () de la Ecuacin 3.1 es definido por la Figura A.1, polo que mediante el uso combinado de ambas, se obtiene el valor del parmetro de entrada.

De manera similar, a partir del valor de aceleracin espectral de diseo (), se calcula el

parmetro , conociendo el tipo de suelo, utilizando la Figura A.2 mostrada en el Apndice la siguiente relacin: [9]

(Ec. 3.2)

El coeficiente de velocidad del sitio () de la Ecuacin 3.2 es definido por la Figura A.1, por lque mediante el uso combinado de ambas, se obtiene el valor del parmetro de entrada.

En el Apndice B se muestra un ejemplo de la relacin explicada para obtener los parmde entrada del clculo por API 650 [3], tomando en cuenta los parmetros definidos COVENIN 1756:2001 [7].


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El clculo de estabilidad ssmica se empieza estudiando el tanque no anclado, de manera tase determine la necesidad o no de ste, para ello se calculan las siguientes variables: [3]

Coeficiente de aceleracin impulsivo: Su valor depende de la condicin de anclaje

tanque y es la razn por la cual se debe analizar primero el tanque como no anclado. Coeficiente de aceleracin convectivo. Fuerza resistente de la placa anular. Fuerza cortante sobre la base. Momento ssmico sobre la base. Coeficiente de anclaje. Esfuerzo circunferencial sobre el primer anillo.

Esfuerzo longitudinal de compresin sobre el primer anillo. Altura de la ola ssmica.

Con los valores calculados, se verifican los criterios de estabilidad ssmica de un tanquanclado, definidos en la seccin 2.8.3 del presente trabajo. De ser el tanque inestable, se talguna de las medidas ah propuestas. Si el tanque requiere ser anclado, entonces se calculan

Coeficiente de aceleracin impulsivo. Coeficiente de aceleracin convectivo. Fuerza cortante sobre la base. Momento ssmico sobre la base. Esfuerzo circunferencial sobre el primer anillo. Esfuerzo longitudinal de compresin sobre el primer anillo. Altura de la ola ssmica.

Con los valores calculados, se evalan los criterios de estabilidad ssmica de un tanque ancdefinidos en la seccin 2.8.4. De ser el tanque inestable, se debe tomar alguna de las medida propuestas, debido a que un tanque anclado no puede de ninguna manera ser inestable.

El flujograma desarrollado para el clculo ssmico por API 650 se muestra en la Figura 3.3


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Figura 3.3: Flujograma del clculo ssmico por API 650.

La seleccin manual indicada en la Figura 3.3 es esencial en el anlisis ssmico ya quecoeficientes de aceleracin cambian, por esta razn, como se explic anteriormente se selecc primero el tanque no anclado para evaluar la estabilidad del mismo. Por otro lado se determialtura de la ola ssmica, todo a partir de los datos de entrada.

3.1.4. Clculo ssmico por PDVSA JA-221 y FJ-251

Para el clculo ssmico definido por las normas PDVSA JA-221 [8] y FJ-251 [6], se ddefinir los datos de entrada necesarios, dependientes de las condiciones del sistema:

Datos de entrada

Fuerzacortante sobre

la base

Esfuerzocircunferencial

Esfuerzolongitudinal de

compresin

Fuerza resistentede placa anular

Coeficientede Anclaje

Momentossmico sobre

la base

Tanque No Anclado

Seleccinmanual

Altura de laola ssmica

Alturas decentros de

accin

S

No

Aumentaraltura del

tanqueNo

modificar

Tanque Anclado

Coeficientesde aceleracin

ConvectivoImpulsivo


ConvectivoImpulsivo

Momento

ssmico sobrela base

Esfuerzo

circunferencial


compresin

S

No

EstableInestable

Cargasactuantes

Anclar el Tanque

Aumentar espesorde placa anular

Aumentar espesorde pared inferior

Modificar dimetroy altura

Estable

S

No

Inestable




Cumplenvalores

admisibles?

Cumplenvalores

admisibles?

Cumplela alturamnimalibre?


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Forma espectral. Factor de correccin del coeficiente de aceleracin horizontal. Factor de ductilidad. Aceleracin caracterstica del peligro ssmico: Proveniente de un mapa. [6]

Valor caracterstico del peligro ssmico: Proveniente de un mapa. [6] Probabilidad anual de excedencia: Definida a partir del grado de riesgo.

El clculo de estabilidad ssmica se empieza estudiando el tanque no anclado, de manera tase determine la necesidad o no de ste, para ello se calculan la siguiente serie de valores: [6,

Coeficiente de aceleracin impulsivo: Su valor depende de la condicin de anclaje

tanque y es la razn por la cual se debe analizar primero el tanque como no anclado. Coeficiente de aceleracin convectivo. Coeficiente de aceleracin vertical. Fuerza resistente de la placa anular. Fuerza cortante reducida sobre la base. Momento ssmico reducido sobre la base. Coeficiente de anclaje.

Esfuerzo circunferencial sobre el primer anillo. Esfuerzo longitudinal de compresin sobre el primer anillo. Altura de la ola ssmica.

Con los valores calculados, se verifican los criterios de estabilidad ssmica de un tanquanclado, definidos en la seccin 2.8.3 del presente trabajo. De ser el tanque inestable, se talguna de las medidas ah propuestas. Si el tanque requiere ser anclado, se calculan entoncesiguientes valores: [6, 8]

Coeficiente de aceleracin impulsivo. Coeficiente de aceleracin convectivo. Coeficiente de aceleracin vertical. Fuerza cortante reducida sobre la base.


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Momento ssmico reducido sobre la base. Esfuerzo circunferencial sobre el primer anillo. Esfuerzo longitudinal de compresin sobre el primer anillo. Altura de la ola ssmica.

Con los valores calculados, se evalan los criterios de estabilidad ssmica de un tanque ancdefinidos en el punto 2.8.4. De ser el tanque inestable, se debe tomar alguna de las medida propuestas, debido a que un tanque anclado no puede de ninguna manera ser inestable.

El flujograma desarrollado para el clculo ssmico por PDVSA JA-221 [8] y FJ-251 [6muestra en la Figura 3.4:

Figura 3.4: Flujograma del clculo ssmico por PDVSA JA-221 y FJ-251

Datos de entrada

Fuerzacortante

reducida en labase



compresin

Fuerza resistentede placa anular

Coeficientede anclaje

Momentoreducido en la

base

Tanque No Anclado

Seleccinmanual

Altura de laola ssmica

Alturas decentros de

accin

Cumplela alturamnimalibre?

S

No

Aumentaraltura del

tanqueNomodificar

Cumplenvalores

admisibles?

Tanque Anclado


ConvectivoImpulsivo


ConvectivoImpulsivo

Momentoreducido en la

base



compresin

S

No

EstableInestable

Cargasactuantes

Anclar el Tanque




Estable

S

NoInestable




Vertical Vertical

Cumplenvalores

admisibles?


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La seleccin manual indicada en la Figura 3.4 es esencial en el anlisis ssmico ya quecoeficientes de aceleracin cambian, por esta razn, como se explic anteriormente se selecc primero el tanque no anclado para evaluar la estabilidad del mismo. Por otro lado se determialtura de la ola ssmica, todo a partir de los datos de entrada.

3.1.5. Clculo de pernos de anclaje del tanque

La inestabilidad de un tanque trae como consecuencia la necesidad de anclar el mismo, siemy cuando las modificaciones de espesores y/o dimensiones del tanque no resulten ser solucin prctica. El dimensionamiento de los pernos de anclaje se realiza con la mayor dcargas listadas en la Figura C.1 mostrada en el Apndice C, independientemente de cul sido la causa del requerimiento de anclaje (viento, sismo o cualquier otra).

El nmero mnimo de pernos necesarios para anclar el tanque depende del dimetro del miya que la distancia circunferencial entre anclajes no debe exceder los 3 metros, sin embargo,tanques menores de 15 metros de dimetro, dicha distancia no deber ser mayor a 1,8 metroDe esta manera al dividir el permetro del tanque entre el espaciamiento mnimo se obtiennmero mnimo de pernos. Por su parte, dicho nmero se redondea al mltiplo de 4 supinmediato para obtener una distribucin equitativa de esfuerzos, esto debido a la divisin

plano de la circunferencia del taque en cuatro cuadrantes.

Una vez determinado el nmero de pernos y la carga mxima de diseo, se calcula el dimde stos a traccin mediante la siguiente ecuacin:

(Ec. 3.3)

El esfuerzo ( ) utilizado para este clculo es el 80% del esfuerzo cedente del perno [

mientras que representa la carga por perno a resistir, de esta manera, tomando en cuenta

tolerancia por corrosin radial del perno (CAP), se determina el dimetro () de los pernos.


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El flujograma desarrollado para el clculo de pernos de anclaje se muestra en la Figura 3.5:

Figura 3.5: Flujograma del clculo de pernos de anclaje

La seleccin manual indicada en la Figura 3.5 se realiza conociendo la estabilidad del tadada por el viento y por el sismo. Por otro lado, la opcin de considerar el techo frgil pertomar o no en consideracin dicha condicin en el diseo de la unin pared-techo que protetanque de una sobrepresin interna.

3.2. Tanques calculados

Se utilizaron tanques de distintos proyectos actuales en los cuales la empresa Inelectra

involucrada, para as obtener los resultados a ser analizados, stos son los mostrados en la T3.1:

Presinde diseo

Presin deprueba

Presinde falla

Presin de diseo+

Carga por sismo

Carga porviento

Carga por perno

Mxima carga delevantamiento

Presin defragilidad

Nmero mnimode pernos

Cargapor sismo

Presin de diseo+

Carga por viento

Dimetro de lospernos

Estabilidad ssmicaPDVSA

Estabilidad ssmicaAPI 650

Estabilidad ante elviento

Seleccin manual

Tanque No Anclado

Tanque Anclado

Considerartecho fr gil

Seleccinmanual

No se calculanlos pernos


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Tabla 3.1: Lista de tanques calculados

ProyectoD

(m)H

(m) Fluido Fijacin TAG Cod.

PETROCEDEO

33 19 Diluyente No Anclado T-3101 A124 20 Agua Limpia No Anclado T-3920 A2

18 9 Agua Contaminada Anclado T-3900 A320 15 Agua Sucia Anclado T-3602 A4

REFINERAPUERTO LA

CRUZ

11 10 Agua Filtrada Anclado D-8907 B18 4 Agua Potable Anclado D-8906 B227 15 Agua Desmineralizada Anclado D-8903 B340 19 Agua Fresca Anclado D-8901 B4

TERMOZULIAIII

27 12 Destilado N 2 Sucio Anclado 30EGB10BB001 C127 12 Destilado N 2 Limpio Anclado 30EGB20BB001 C219 12 Agua Desmineralizada Anclado 30GHC10BB001 C3

Se tienen entonces 4 tanques del proyecto de ampliacin de las facilidades de produccicrudo de Petrocedeo, 4 tanques del proyecto de refinacin y mejoramiento de crudos dRefinera de Puerto la Cruz y 3 tanques del proyecto de generacin de potencia y sistematransmisin de la planta Termozulia III [1]. En la Tabla 3.1 se observan las caracterst principales de cada uno de stos, as como el cdigo (Cod.), que se le asign (ltima columnel presente trabajo para facilitar el anlisis al momento de compararlos.

Los datos de entrada necesarios para el clculo de cada uno de los tanques se muesdetalladamente en el Apndice D. Por ltimo, vale destacar el hecho de que la relacin entrespectros de respuesta ASCE 7-10 [9] y COVENIN 1756:2001 [7] definida en el punto 2.6aplic nicamente al proyecto Petrocedeo debido a que para ste se especificaban parmetros ssmicos dados por esta ltima, mientras que para los otros 2 proyectosespecificaban directamente los correspondientes a la norma ASCE 7-10 [9] a travs de un esespecfico del sitio.


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CAPTULO IVRESULTADOS DEL CLCULO DE TANQUES

Los resultados obtenidos se presentarn de la siguiente manera:

Hoja de Clculo. Validacin del clculo

- Validacin del clculo estructural.- Validacin del clculo de estabilidad del tanque por API 650.- Validacin del clculo de estabilidad del tanque por PDVSA.

Comparacin de resultados ssmicos obtenidos por API 650 y PDVSA.

4.1. Hoja de Clculo

El diseo y programacin de la Hoja de Clculo se realiz de manera tal de que tuvieseinterfaz amigable con el usuario. Por ello, se dividi sta en 8 secciones:

Presentacin. Estructura. Viento. Sismo API. Sismo PDVSA.

Anclaje. Resumen. Detalles.


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La seccin de Presentacin est destinada para el ingreso de los datos del proyecto ytanque a calcular. En las secciones de "Estructura", "Viento", Sismo API", Sismo PDVSAAnclaje" se ingresan los datos de entrada para cada uno de los clculos y se muestranresultados. En la ventana de Detalles se encuentran las tablas y figuras de las normas utiliz

as como tambin gran parte de la automatizacin necesaria de ciertos clculos. Por su parthoja de Resumen contiene los resultados finales fundamentales de todas las seccianteriores.

En el Apndice E se presenta la gua para el uso de la Hoja de Clculo, en la cual se explicdetalle cada una de las secciones que la integran, as como tambin las caractersticas princide la misma. Adems se ilustra el ejemplo completo para uno de los tanques calculados.

4.2. Validacin del clculo

Con el fin de verificar que los resultados obtenidos por la Hoja de Clculo sean correctconfiables, se compararon stos con el programa certificado TANK y ejemplos de la noPDVSA F-201 [11].

4.2.1. Validacin del clculo estructural

Para verificar los resultados estructurales obtenidos por API 650 [3], se compararon stoslos dados por el programa certificado TANK para los tanques de los distintos proyemencionados en la Tabla 3.1 del presente trabajo. Los resultados obtenidos tanto por el progTANK, como por la Hoja de Clculo, se presentan en el Apndice F en las Tablas F.1 yrespectivamente. Con stas se llev a cabo la comparacin que se realiz calculando la diferede magnitud en los espesores obtenidos por la Hoja de Clculo con respecto al progr

TANK. Teniendo esto en cuenta se presenta la Tabla 4.1:


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Tabla 4.1: Diferencia del clculo estructural de la Hoja de Clculo con respecto al del programa TANK

Espesor A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 PromedioPared pordiseo (mm) 0,0 0,5 0,2 0,1 0,0 0,0 0,0 -0,2 0,0 0,0 0,3 0,1

Pared por pruebahidrosttica (mm) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1 -0,2 0,0 0,0 0,3 0,1Techo (mm) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0Fondo (mm) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0Placa anular (mm) 0,0 0,0 0,0 -1,1 0,0 0,0 0,0 0,0 -1,1 -1,1 0,0 -0,3Ancho PlacaAnular (mm) 16,0 14,6 0,7 -80,2 16,3 -3,9 26,9 32,0 -35,7 0,3 13,5 21,8

La mayor diferencia entre los espesores mnimos calculados por la Hoja de Clculo programa TANK, de acuerdo a la Tabla 4.1, es igual a -1,1 milmetros y se da en la panular de los tanques A4, C1 y C2, en los dems sta es prcticamente nula, razn por la cu puede decir que los resultados son aceptables. Por su parte, el clculo del ancho mnimo placa anular es variable, dando en unos mayor y en otros menor al del programa TANKembargo, dichas diferencias se dan sobre valores relativamente altos de aproximadamentemilmetros, de manera tal que representan un porcentaje bajo de error (mximo de 10%), ptanto, los valores se consideran igualmente aceptables.

4.2.2. Validacin del clculo de estabilidad del tanque por viento

Para verificar el clculo de estabilidad del tanque por viento, se compararon stos con los d por el programa certificado TANK para los tanques de los distintos proyectos mencionadola Tabla 3.1 del presente trabajo. Los resultados obtenidos tanto por el programa TANK, c por la Hoja de Clculo, se presentan en la Tabla 4.2:


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Tabla 4.2: Comparacin del clculo de estabilidad por viento de la Hoja de Clculo conrespecto al programa TANK

Tanque

Programa TANK Hoja de ClculoDiferencia porcentual

Momento por presin delviento

Momento por presin delviento

(N*m) (N*m)A1 5.541.700 4.875.749 -12A2 2.643.700 2.389.871 -10A3 798.180 617.492 -23A4 1.000.700 1.121.742 12B1 217.750 310.529 43B2 60.040 61.406 2B3 2.749.600 3.602.337 31B4 7.955.200 8.541.819 7C1 2.807.600 3.944.401 40C2 2.807.600 3.944.401 40

C3 1.077.500 1.546.959 44Promedio - - 16

La mayor diferencia en el clculo del momento producido por la presin del viento, de acua la Tabla 4.2, se da en el tanque C3 y es igual al 44%. sta se da debido a que la Hoja de Cconsidera un factor de exposicin para la altura media del tanque y otro para la altura totamismo, obteniendo as, en la mayora de los casos, resultados mayores debido a que el factexposicin aumenta con la altura e incrementa directamente el ste momento. La difere

porcentual promedio del 16% resulta entonces aceptable, debido a la magnitud de los momcomparados.

4.2.3. Validacin de clculo ssmico por API 650

Para verificar el clculo ssmico por API 650 [3], se compararon stos con los dados p programa certificado TANK para los tanques de los distintos proyectos mencionados e

Tabla 3.1 del presente trabajo. Los resultados obtenidos tanto por el programa TANK, c por la Hoja de Clculo se presentan en el Apndice G en la Tablas G.1 y G.2 respectivamCon stas se llev a cabo la comparacin que cual se realiz utilizando las diferen porcentuales de los valores obtenidos por la Hoja de Clculo con respecto a los del progTANK, de esta manera si el valor del programa era 100 y el de la Hoja era 110, la diferesera del 10%. Teniendo esto en cuenta, se presenta la Tabla 4.3:


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Tabla 4.3: Diferencia porcentual de los resultados obtenidos por la Hoja de Clculo conrespecto a los del programa TANK

Tanque AceleracinimpulsivaAceleracinconvectiva

Fuerzacortante


Momentossmico


Esfuerzo decompresin

Altura dela ola

A1 0 0 -1 7 -1 0 20 2

A2 0 3 0 17 1 6 36 2A3 0 2 1 32 1 - 0 2A4 0 0 -1 55 0 - 60 2B1 0 1 0 -7 0 - 11 1B2 0 1 -3 29 -2 - 0 2B3 0 0 1 -48 1 - -44 1B4 0 4 1 -46 0 - -33 1C1 0 0 -1 25 -1 - 50 1C2 0 0 -1 25 -1 - 50 1C3 0 1 3 58 3 - 67 2

Promedio 0 1 0 13 0 3 20 2

La mayor diferencia porcentual promedio mostrada en la Tabla 4.3 se da para el esfuerzcompresin, representada por un 20% que se justifica por el hecho de que la Hoja de Clconsidera la disminucin del espesor de la pared por corrosin, mientras que el progrTANK no. Los valores obtenidos para el esfuerzo circunferencial se ven afectados de masimilar, pero en una menor proporcin (13%). Por su parte, el resto de los resultados han exactos con respecto a los del programa TANK, obteniendo diferencias menores al 3%.

Para comprobar que la diferencia en los esfuerzos sobre la pared del tanque est dada pconsideracin de la corrosin, se obtuvieron los resultados de una Hoja de Clculo Modifique no tomara en cuenta la disminucin del espesor de la pared por sta, tal como en el progTANK. De esta forma, se obtuvieron las diferencias porcentuales en los esfuercircunferenciales y de compresin, presentadas en la Tabla G.3 del Apndice G, teniendo cresultado unas diferencias promedio del -11% y -7% respectivamente, las cuales se encuedentro de un rango ms aceptable.

4.2.4. Validacin del clculo ssmico por PDVSA JA-221 y FJ-251

Para verificar los resultados ssmicos obtenidos por PDVSA JA-221 [8] y FJ-251 [6compararon stos con un par de ejemplos dados por la norma PDVSA 90615.1.014 [11]


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4.2.4.1. Comparacin con el Ejemplo 1 de norma PDVSA 90615.1.014

El Ejemplo 1 de PDVSA 90615.1.014 [11] considera un tanque para almacenamiento de ano anclado, de 26 metros de dimetro y 10 metros de altura de lquido. Los resultados obten

se muestran en la Tabla 4.4:

Tabla 4.4: Comparacin del clculo ssmico de la Hoja de Clculo conrespecto al Ejemplo 1 de PDVSA 90615.1.014

Valores Ejemplo 1 Hoja deClculoDiferenciaPorcentual

Aceleracin impulsiva 0,632 0,635 0,5Aceleracin convectiva 0,133 0,133 0,0Aceleracin vertical 0,531 0,540 1,7Peso del tanque (Kg/m) 1.062 1.031 -2,9Fuerza cortante (Kg) 1.234.911 1.250.810 1,3Esfuerzo circunferencial (Kg/cm) 1.978 1.988 0,5Momento ssmico (Kg*m) 4.964.526 5.024.805 1,2Coeficiente de anclaje 1,21 1,22 0,8Esfuerzo de compresin (Kg/cm) 139 146 5,0Altura de ola ssmica (m) 1,66 1,66 0,0

La diferencia porcentual mostrada en la Tabla 4.4 representa la desviacin que existe ent

resultado de la Hoja de Clculo con respecto al del Ejemplo 1 para cada uno de los valcomparados. Se puede observar que dichas diferencias son todas menores o iguales al 5%, lorepresenta un porcentaje muy bajo considerando que muchos de los valores se obtienen medgrficas, trayendo como consecuencia errores de apreciacin. Precisamente, el esfuerzocompresin que representa la mxima diferencia porcentual, depende directamente del valor fuerza de compresin que proviene de una grfica [6].

4.2.4.2. Comparacin con el Ejemplo 2 de PDVSA 90615.1.014

El Ejemplo 2 de PDVSA 90615.1.014 [11] considera un tanque para almacenamiento de contra incendio, anclado, de 11,46 metros de dimetro y 10,20 metros de altura de lquido. ejemplo tiene 2 partes a las cuales se les llamaron 2.A y 2.B, esto debido a que el primer c


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(2.A) da como resultado un tanque inestable al cual se le modifican los espesores de los ande la pared y se realiza el segundo (2.B). Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4.5: Comparacin del clculo ssmico de la Hoja de Clculo con respecto al Ejemplo

de PDVSA 90615.1.014Valores Ejemplo2.A

Hoja deClculo

DiferenciaPorcentual

Ejemplo2.B

Hoja deClculo

DiferenciaPorcentual

Aceleracin impulsiva 0,833 0,830 0 0,809 0,791 -2Aceleracin convectiva 0,424 0,424 0 0,424 0,424 0Aceleracin vertical 0,652 0,652 0 0,536 0,542 1Fuerza cortante (Kg) 556.522 546.527 -2 543.182 523.838 -4Esfuerzo circunferencial(Kg/cm) 1.232 1.698 38 1.109 1.363 23

Momento ssmico (Kg*m) 2.340.081 2.306.432 -1 2.292.125 2.220.888 -3

Esfuerzo de compresin(Kg/cm) 424 415 -2 353 340 -4

Esfuerzo de compresinadmisible (Kg/cm) 405 405 0 439 439 0

Altura de ola ssmica (m) 2,33 2,33 0 2,33 2,33 0

La diferencia porcentual mostrada en la Tabla 4.5 representa la desviacin que existe entresultado de la Hoja de Clculo con respecto al del Ejemplo 2 para cada uno de los valcomparados. Ante todo, se debe observar que el esfuerzo de compresin es mayor al admisibel Ejemplo 2.A, razn por la cual el tanque es inestable y se aumentan los espesores de los ande las paredes, obteniendo de esta manera los resultados del Ejemplo 2.B donde dicho esfuermenor al admisible, siendo as estable. Ahora bien, las diferencias porcentuales se encuendentro de un rango adecuado en cada uno de los valores a excepcin del esfuerzo circunfereel cual presenta una diferencia de 38% y 23% para los ejemplos 2.A y 2.B respectivamente.

La diferencia entre el esfuerzo circunferencial de la Hoja de Clculo y el Ejemplo 2 se de

hecho de que ste ltimo no considera la disminucin del espesor en la pared del tanque pcorrosin dada en el clculo, razn por la cual se compar con una Hoja de Clculo Modifque tomara en cuenta la misma condicin del ejemplo, de manera tal que se pudiese verificconfiabilidad del clculo. De esta forma, se obtuvo la diferencia porcentual en el esfucircunferencial, presentadas en la Tabla G.4 del Apndice G, teniendo como resultado


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diferencias promedio del 8% para cada una de las partes del ejemplo, la cual entra dentro drango ms aceptable.

4.3. Comparacin de resultados ssmicos obtenidos por API 650 y PDVSA JA-221 y FJ-251

Con la finalidad de determinar cul clculo ssmico es ms crtico, se compararon los resultssmicos de la Hoja de Clculo obtenidos por API 650 [3] y PDVSA JA-221 [8] y FJ-251 [6]los tanques de los distintos proyectos mencionados en la Tabla 3.1 del presente trabajo. resultados obtenidos por ambas normas se presentan en el Apndice G en la Tablas G.2 yrespectivamente. Con stas se realiz la comparacin, utilizando las diferencias porcentuallos valores obtenidos por PDVSA con respecto a los de API 650 [3], de esta manera si el valAPI 650 [3] era 100 y el de la PDVSA era 80, la diferencia sera del -20%. Teniendo estcuenta, se presenta la Tabla 4.6:

Tabla 4.6: Diferencia porcentual de los resultados obtenidos por PDVSA JA-221 y FJ-251 crespecto a los de API 650

Tanque AceleracinimpulsivaAceleracinconvectiva

Fuerzacortante


Momentossmico


Esfuerzo decompresin

Alturade la ola

Tanques No AncladosA1 45 43 15 6 15 15 0 -4

A2 45 42 14 6 14 11 53 -2Promedio 45 43 15 6 14 13 27 -3Tanques Anclados

A3 95 43 47 8 43 - 25 -2A4 128 45 77 9 73 - 50 -2B1 77 15 39 12 38 - 30 -21B2 42 58 11 10 14 - 50 9B3 80 -5 42 10 41 - 40 -35B4 80 -11 42 10 42 - 25 -36C1 65 -41 31 6 23 - 17 -41C2 65 -41 31 7 23 - 17 -41C3 59 -25 15 2 6 - 0 -41

Promedio 77 31 37 8 33 - 28 -23

La Tabla 4.6 separa los tanques no anclados de los anclados, debido a que los factoremodificacin de respuesta cambian y afectan los valores calculados. A su vez, se presenta


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valores de desviacin promedio de cada uno de los parmetros calculados tanto para tananclados, como no anclados.

En general, todos los valores promedios comparados en la Tabla 4.6, a excepcin de la altu

la ola ssmica, dan diferencias porcentuales positivas, es decir, son mayores los obtenidos a tdel clculo por PDVSA JA-221 [8] y FJ-251 [6] que por API 650 [3]. La diferencia eaceleracin impulsiva, fuerza cortante y el momento ssmico, prcticamente se duplica entanques anclados con respecto a los no anclados, esto se debe al aumento del coeficiequivalente de amortiguamiento que toma en consideracin PDVSA cuando el tanque es ancel cual incrementa radicalmente la aceleracin impulsiva que causa el mismo efecto sobrmomento y la fuerza calculada.

El promedio de la aceleracin convectiva para tanques anclados se ve afectado pordiferencias porcentuales negativas de los tanques de Termozulia III (C1, C2 Y C3) dadas pocaractersticas particulares del sitio, de manera tal que rompen la tendencia con respecto adems, sin embargo, deben ser igualmente considerados. Independientemente de esta variala altura de la ola ssmica calculada por PDVSA FJ-251 [6] es menor. Esto se debe a la diferde criterio entre ambas normas ya que API 650 [3] no considera el factor de modificacirespuesta en el clculo de sta, mientras que la normas PDVSA s.

Por ltimo, vale destacar el hecho de que todos los resultados presentados estn dados tanques estables, sean stos no anclados o anclados cumpliendo los requisitos mencionados esecciones 2.8.3 y 2.8.5 para el primer tipo de fijacin y, la seccin 2.8.4 para el otro.


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CONCLUSIONES

Los flujogramas desarrollados para cada una de las partes del clculo, describen procedimiento a llevar a cabo, de manera tal que sirven como gua para programar el c

en cualquier otra herramienta distinta a Excel. En base a las comparaciones realizadas, se puede decir que mediante el uso de la Hoj

Clculo se obtienen resultados confiables con respecto a las normas utilizadas. Los resultados obtenidos por la Hoja de Clculo permiten completar gran parte de la H

de Datos de los tanque de almacenamiento de lquido a baja presin que se rigen bajnorma API 650.

El clculo ssmico entre API 650 y PDVSA se diferencia en la determinacin de

coeficientes de aceleracin impulsivo y convectivo debido a los distintos parmetroentrada. De ah en adelante, el clculo es muy similar.

La altura de la ola ssmica calculada por las normas PDVSA es ligeramente menor calculada por API 650.

Las normas ssmicas de PDVSA aumentan significativamente el coeficiente de aceleraimpulsivo cuando el tanque es anclado, debido al incremento de uno de los parmetrosdeterminan el espectro de respuesta.

El momento ssmico, la fuerza cortante, el esfuerzo de compresin y el coeficienteanclaje obtenido por PDVSA es mayor que el obtenido por API 650, de manera tal qu primero es ms crtico, severo y riguroso.


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RECOMENDACIONES

Incluir el diseo estructural del nmero de columnas, trabes y largueros necesarios partecho cnico soportado, as como tambin los perfiles requeridos para soportar el estad

cargas ejercido sobre stos. Agregar una opcin de verificacin estructural de un techo cnico soportado, esto debi

que en ocasiones es necesario comprobar que una estructura dada, soporta el estadocargas ejercido sobre sta.

Aadir la opcin del techo tipo domo en el clculo. Permitir introducir los datos en la Hoja de Clculo en cualquier sistema de unida

obteniendo de igual manera los resultados.

Agregar el clculo ssmico considerando los parmetros de entrada dados por la noCOVENIN 1756:2001, de manera tal que se obtengan las aceleraciones impulsivaconvectivas utilizando el espectro de respuesta de ste, continuando el clculo a parteste punto a travs del procedimiento de las normas ssmicas PDVSA. Esto se pladebido a que en gran parte de los proyectos en Venezuela, se especifica el uso de parmetros dados por COVENIN 1756:2001 para realizar el anlisis ssmico.


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Inelectra, Nuestra Empresa, [en lnea]. Disponible en Internhttp://www.inelectra.com/nuestra-empresa.php, consultado el 16 de Octubre de 2012.[2] Padrn, L y Ramrez, R., Taller de Clculo de Tanques de Almacenamiento segn API11va Edicin.[3] API, Welded Tanks for Oil Storage , API 650, Eleventh Edition , Washington D.C., 2012.[4] Inglesa, Diseo y Clculo de Tanques de Almacenamiento, [en lnea]. DisponiblInternet: www.inglesa.com.mx/books/DYCTA.pdf, consultado el 20 de Septiembre de 2012.[5] CB&I, "Introduccin a los Tanques API 650 (I)", [diapositivas de PowerPoint], Octubr2012.[6] PDVSA, Diseo Sismorresistente de Tanques Metlicos, Manual de Ingeniera de DiPDVSA N FJ-251, Volumen 19, 1999.[7] COVENIN, Edificaciones Sismorresistentes Parte 1: Articulado, COVENIN 1756:20Fondonorma, Caracas, 2001.[8] PDVSA, Diseo Sismorresistente de Instalaciones Industriales, Manual de IngenierDiseo PDVSA N JA-221, Volumen 18-1, 1999[9] ASCE, Minimun Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE/SEI 7Virginia, 2010.[10] Hernndez, R., Interpretacin de Normas Ssmicas para Tuberas y Mecni[diapositivas de PowerPoint], Septiembre de 2012.[11] PDVSA, Diseo Sismorresistente de Tanques Metlicos, Gua de Ingeniera PDV90615.1.014, Volumen 19, 1999. [12] PDVSA, " Atmospheric Storage Tanks ", Engineering Design Manual PDVSA N F-201, Volume 19 , 2000.


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APNDICE AValores de los coeficientes de aceleracin y velocidad del sitio


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Figura A.1: Valores del coeficiente de aceleracin del sitio.[3]

Figura A.2: Valores del coeficiente de velocidad del sitio.[3]


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APNDICE BEjemplo de la relacin ssmica entre ASCE 7-10 y COVENIN 1756:2001


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53

La norma COVENIN 1756:2001 [7] define la zona ssmica de acuerdo al municipio en else encuentra el tanque. El proyecto de ampliacin de las facilida

procedimiento calculos api 650

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