diseño estanques

Coulson and RichardsonChemical Engineering

1. Funciones que realizara el estanque. 2. Materiales de proceso y servicios. 3. Temperaturas y presiones de operación y diseño. 4. Materiales de construcción. 5. Dimensiones del estanque y orientaciones. 6. Tipo de cabezales 7. Aberturas y conexiones. 8. Especificaciones de chaquetas de calentamiento o

enfriamiento ( Coils). 9. Tipo de agitador. 10. Especificaciones de fittings internos.

Clasificación de los estanques a presión

Dependiendo de la razón entre el espesor de la pared y el diámetro del estanque

1.- Estanques de pared delgada ( razón 1:10 )

2.- Estanques de pared gruesa (razón > 10)

Tensiones principales que actúan sobre la

pared de un estanque cilíndrico

Principios básicos y ecuaciones fundamentales

Tensiones en un plano bidimensional

Tensiones principales

La tensión máxima de corte en cualquier punto de la superficie es la mitad de la diferencia de la tensiones principales

Compresión < 0 tracción >0

Teorías de Fallas3 teorías por combinación de tensiones

1.- Teoría de tensión principal máxima

Una de las tensiones principales alcanza el valor de falla en alguna solicitaciónTensión de fluencia dividido por factor de seguridad

2.- Teoría de la máxima tensión de corte

La falla ocurre cuando en sistemas complejos alguna dirección alcanza la máxima tensión de corte

En sistemas de tensiones

combinadas se tienen 3 tensiones máximas

En un sistema bidimensional

Tensiones generadas en las paredes de un cuerpo de revolución

El analisis de las tensiones en las paredes en un cuerpo de revolucion inducidas por

presiones internas da el fundamento para determinar el espesor minimo requerido para soportarlas. El espesor definitivo depende de

las cargas adicionales a las cuales esta sometido

Tensiones en un cuerpo de Tensiones en un cuerpo de revoluciónrevolución

Consideremos las fuerzas que actúan en el elemento de superficie a,b,c,d,. La componente normal de la fuerza de presión es:

Consideremos las fuerzas que actúan en el elemento de superficie a,b,c,d,. La componente normal de la fuerza de presión es:

Esta fuerza es resistida con la componente normal de la fuerza asociada a la tensión de la pared dada por la tensión x area

Esta fuerza es resistida con la componente normal de la fuerza asociada a la tensión de la pared dada por la tensión x area

Igualando ambas fuerzas y simplificando términosIgualando ambas fuerzas y simplificando términos

Y considerandoY considerando

Igualando ambas fuerzas y simplificando términosIgualando ambas fuerzas y simplificando términos

Y considerandoY considerando

Una expresión para la tensión meridional se obtiene del equilibrio d fuerzas que actúan en cualquier línea circunferencial

La componente vertical de la fuerza de presión

Componente vertical de la fuerza debida a la tensión meridional

Igualando se obtieneValido para cualquier cuerpo de revolución

CilindrosCilindros

EsferasEsferas

ConosConos

El valor máximo ocurre para:

Elipsoide

Para una elipse con un eje mayor 2a y menor 2b

Tope de la Elipsoide

Fondo (Ecuador)

de la Elipsoide

Cabezales torisfericosCabezales torisfericosCabezales torisfericosCabezales torisfericos

Cabezales PlanosCabezales PlanosDeflexión (w)Deflexión (w)Cabezales PlanosCabezales PlanosDeflexión (w)Deflexión (w)

C1,C2,C3 ctes de integración obtenidas de la forma como el cabezal se inserta en los bordes

Borde empotradoBorde empotrado

La máxima deformación ocurre en el centro x=0La máxima deformación ocurre en el centro x=0

Los momentos de curvatura M1 y M2 que actúan a lo largo dela sección cilíndrica y en la sección del diámetro

Los momentos de curvatura M1 y M2 que actúan a lo largo dela sección cilíndrica y en la sección del diámetro

Los momentos de curvatura máximos ocurren en x=aLos momentos de curvatura máximos ocurren en x=a

La tensión de la curvatura

La tensión de la curvatura

Borde simple soportadoBorde simple soportado

Carga máxima en el centroCarga máxima en el centro

Ecuación general para cabezales planosEcuación general para cabezales planos

El espesor necesario para resistir una presión interna El espesor necesario para

resistir una presión interna

Los valores de C se obtienen de ecuaciones anteriores y para bordes empotrados, acero y modulo de Poisson 0,3 se obtiene

C = 043.

Si tiene la posibilidad de rotar C= 0,56

Consideraciones generales de diseño para estanques de presiónConsideraciones generales de diseño para estanques de presión

Presión de diseño

Temperatura de diseño

Materiales

Eficiencia de uniones soldadasEficiencia de uniones soldadas

Sobredimensionamiento por corrosiónSobredimensionamiento por corrosión

Principales cargas en diseño de estanquesPrincipales cargas en diseño de estanques

Espesores de pared mínimos prácticosEspesores de pared mínimos prácticos

Diseño estanques con presiones internas

Estanques cilíndricos y esféricos

Cabezales y uniones

Cabezales planos

Cabezal hemisféricoCabezal hemisférico

Cabezal elipsoidalCabezal elipsoidal

Cabezal ToriesfericoCabezal Toriesferico

DOMOSDOMOSDOMOSDOMOS

ESTANQUE DE FONDO PLANO

Secciones cónicas terminales de estanquesSecciones cónicas terminales de estanques

EjemploEjemploEjemploEjemplo

La presión d diseño se considerara 10% sobre la presión de operación

(14 -1) x 1.1 = 14,3 bar= 1,43 N7mm2

Temperatura 300ºCTensión de diseño 85 N/mm2

Cabezal toriesferico

Cabezal toriesferico

Cabezal elipsoidalCabezal elipsoidal

Cabezal plano

Cabezal plano

Compensación por aberturas o ramificacionesCalculo de los refuerzos

Diseño de estanques sujetos a presiones externas

Para estanques cortos cerrados o largos con atiesadores la ecuación es:

Kc es función del diámetro y espesor del estanque y de la longitud efectiva L` entre los terminales o entre los atiesadores

Diseño de los anillos atiesadoresSe diseñan los anillos para soportar las cargas de presión para una distancia Ls/2 a cada lado del anillo.

La carga por unidad de longitud en un anillo esta dada por

La carga critica que produce deformación esta dada por:

Cabezales en presión externa

Espesor mínimo para evitar el buckling

Diseño de estanques sujetos a cargas combinadas

Soporte de estanques

Calculo de Monturas de soporte de estanques

Anillos Basales de soporte

Flange standard