diseño estanques
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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
