CURSO AVANZADO PARA EL DISEÑO DE TUBERÍAS. EN PLANTAS QUÍMICAS, PETROQUÍMICAS, FARMACEUTICAS, FARMACEUTICAS, NUCLEARES, ALIMENTARIAS, ALIMENTAR IAS, ETC.
0211
TANQUES Y DEPOSITOS
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TANQUES Y DEPOSITOS.
Índice de la unidad: 01.- LOS TANQUES. 02.- CLASIFICACIÓN DE LOS LO S HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS ALMACENABLES. 03.- NORMAS Y CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS TANQUES. 04.- LA SOLDADURA DE LAS VIROLAS EN TANQUES Y DEPOSITOS. 05.- TANQUES DE TECHO FIJO. 06.- TANQUES DE TECHO FIJO CON PANTALLA FLOTANTE FLOTANTE.. 07.- TANQUES DE TECHO FLOTANTE. FLOTANTE. 08.- LAS CONEXIONES, O TOBERAS.
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Índice de la unidad: 01.- LOS TANQUES. 02.- CLASIFICACIÓN DE LOS LO S HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS ALMACENABLES. 03.- NORMAS Y CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS TANQUES. 04.- LA SOLDADURA DE LAS VIROLAS EN TANQUES Y DEPOSITOS. 05.- TANQUES DE TECHO FIJO. 06.- TANQUES DE TECHO FIJO CON PANTALLA FLOTANTE FLOTANTE.. 07.- TANQUES DE TECHO FLOTANTE. FLOTANTE. 08.- LAS CONEXIONES, O TOBERAS.
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01 LOS TANQUES. En las industrias de tipo alimentario o químico y particularmente en el sector del refino del petróleo, el almacenamiento almacenamiento de productos líquidos tiene una gran importancia, desde el punto de vista se su utilización y porque su mayor o menor coste influirá notablemente sobre el coste de los productos finales. El almacenamiento de los líquidos se produce en las fases de: ¦ Llegada a la planta, planta, recibiendo recibiendo el fluido desde barco, barco, “pipe“pipe- line”, ferrocarril ferrocarril,, camión, etc. ¦ Proceso Proceso de refino, durante durante las fases intermedias intermedias de la producción. producción. ¦ Como producto producto final, a la espera de de su transporte para para la venta. El coste del almacenamiento depende básicamente de la inversión inicial y de las pérdidas por evaporación de producto. Otros factores de menor influencia es el mantenimiento, coste. de energía para bombeo, bombeo, coste del vapor, para el mantenimiento mantenimiento de la temperatura, etc. Figura 01; Pantalán para desembarco de gas natural licuado.
La industria petroquímica tiene como característica principal la de operar con cantidades elevadas de productos líquidos. Su dimensión depende de las normas gubernamentales que obligan a tener un almacenamiento entre uno y tres meses, por lo que se ve obligada a disponer de capacidades de almacenamiento enormes de manera que, al visitar una refinería, sorprende constatar la gran superficie destinada a almacenamiento, en comparación con la que ocupan las unidades de proceso propiamente dichas. De igual modo, este concepto adquiere gran importancia cuando se trata de las inversiones correspondientes a una factoría de este tipo, en las que el capítulo del almacenamiento o “tancaje” representa del 10 al 20 % del presupuesto total. Este tipo de almacenamiento se realiza en tanques no sometidos a presión y cuyos diversos tipos se estudian en los capítulos siguientes.
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Según su función, podemos clasificar a los tanques de almacenamiento, en el caso de las refinerías y plantas petroquímicas, en tres tipos: ¦ Almacenamiento de petróleo crudo. ¦ Mezcla y almacenamiento de los productos terminados. ¦ Los tanques de productos intermedios, que se utilizan entre dos etapas de fabricación.
Figura 02; Vista de la refinería de Petronor y su parque de almacenamiento.
Teniendo en cuenta el aumento de la demanda de hidrocarburos la tendencia que se aprecia es la de construir tanques cada vez mayores, por ello, para almacenar el petróleo crudo se están empleando tanques de 30 a 50.000 m 3, e incluso de 100.000 m3. La diversidad de funciones y la utilización del almacenamiento de una forma racional, reduce los tiempos muertos de uso de los tanques, para minimizar el costo de tales instalaciones y el espacio destinado a ellos. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.
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La utilización de los tanques presenta dos problemas: ¦ Las pérdidas por evaporación en los tanques de productos volátiles. ¦ La calefacción de los que contienen productos pesados, para mantenerlos en estado fluido. Según su forma constructiva, los tanques de almacenamiento, que trabajan a presión atmosférica o a una muy baja sobrepresión los podemos clasificar como: ¦ Techo flotante. ¦ Techo fijo. ¦ Techo fijo (abierto) con pantalla. ¦ Techo fijo (abierto), sólo válido para almacenamiento de líquidos a presión atmosférica. ¦ Sin techo (valido para agua destinada a uso industrial). El empleo de un tipo u otro se decide después de un estudio que debe tener en cuenta las ventajas y desventajas de cada tipo. Figura 03; Tanque de techo fijo.
De acuerdo con las características de cada clase de tanque, los líquidos que se almacenan en cada uno de los referidos tipos son: ? Techo o pantalla flotante: ¦ Fracciones medias o ligeras del petróleo tales como, gasolina, naftas, etc. ¦ Petróleo. ¦ En general, todos los productos volátiles. ? Techo fijo: ¦ Las fracciones pesadas del petróleo, como son; asfaltos, fuel-oil, gasóleo, keroseno, etc. ¦ Aceites lubricantes, ácido sulfúrico, fosfórico ¦ En general, todos los productos que no sean muy volátiles y cuya fuga en fase vapor no supongan problemas. ? Techo abierto: Agua para usos industriales.
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02 CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS ALMACENABLES. El Reglamento de Instalaciones Petrolíferas (norma española) en su Articulo 3, clasifica los hidrocarburos así: ? Clase A; hidrocarburos licuados cuya presión absoluta de vapor a 15 ºC sea superior a 98 kPa (1 kg/cm2 manométrica), tales como el butano, propano y otros hidrocarburos licuables. Estos hidrocarburos se dividen en dos subclases: ¦ Subclase A1 ; hidrocarburos de la clase A que se almacenan licuados a una temperatura inferior a 0 ºC. ¦ Subclase A2 ; hidrocarburos de la clase A que se almacenan licuados en otras condiciones. ?
Clase B;
hidrocarburos cuyo punto de inflamación es inferior a 55 ºC y no están
comprendidos en la clase A, como son la gasolina, naftas, petróleo , etc. Según su punto de inflamación se dividen a su vez en dos subclases: ¦ Subclase B1; hidrocarburos de la clase B cuyo punto de inflamación es inferior a 38 ºC. ¦ Subclase B2; hidrocarburos de la clase B cuyo punto de inflamación es igual o superio a 38 ºC. ? Clase C; hidrocarburos cuyo punto de inflamación esta comprendido entre 55 ºC y 100 ºC, tales como el gasoil, diesel-oil , etc. ? Clase D; hidrocarburos cuyo punto de inflamación sea superior a 100 ºC, como asfaltos, vaselinas, parafinas y lubricantes.
La norma francesa ha convenido en clasificar los productos del petróleo en cuatro clases diferentes, según su volatilidad. A cada clase corresponde dos tipos de tanques particulares, que se diferencian, esencialmente, por su presión de trabajo, la cual es la suma de la presión hidrostática debida a la altura del líquido que contiene, y de la presión de la fase gaseosa que hay encima del líquido. Los tanques se clasifican en función del intervalo en el que puede variar la presión de la fase gaseosa, mantenida por medio de válvulas taradas convenientemente sin que haya riesgos de deterioro.
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En la tabla siguiente puede apreciarse, la definición de las cuatro clases de hidrocarburos, los tipos de tanques correspondientes a cada clase, la tensión de vapor y el tipo de producto.
TABLA 01; TANQUES, PRODUCTOS Y PRESIONES. CLASIFICACIÓN DE PRODUCTOS ALMACENADOS: TIPOS DE TANQUES O Clase
Tensión de vapor a la Temp.-
Tipo de productos
RECIPIENTE.
Siempre superior a 1 kg/cm 2.
Propano.
Recipientes cilíndricos horizontales con fondos semiesféricos.
2
A veces ligeramente inferior a 1 kg/cm2 .
Butano.
3
Siempre inferior a 1 kg/cm2.
Petróleo crudo, gasolina, etc.
4
Prácticamente despreciable.
Queroseno, gasoil, aceites, fuel-oil, asfaltos, etc.
Recipientes esféricos y cilíndricos horiz. con fondos semiesféricos. . Tanque con techo flotante. Para productos con fase gaseosa nula o muy reducida. Tanque cilíndrico vertical con techo cónico o esférico, para “alta presión”, con válvulas taradas entre: –5 (vacío) y + 150 g/cm2. Tanque cilíndrico vertical con techo cónico o esférico, para media presión, con válvulas taradas entre: –5 (vacío) y + 25 g/cm2. Tanque cilíndrico vertical con techo cónico o esférico, para baja presión, con válvulas taradas entre: –2,5 (vacío) y + 5 g/cm 2.
de almacenamiento 1
Los recipientes o depósitos cilíndricos horizontales con fondos semiesféricos, se han descrito anteriormente en otras unidades. Figura 04; Tanque horizontal con fondo semiesférico.
Las esferas son un tipo muy particular de deposito cuya finalidad es la de contener G.L.P., a baja temperatura en muchas ocasiones. Figura 05; Esfera de almacenamiento.
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03 NORMAS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS TANQUES. Como en el caso de los recipientes a presión, existen una serie de normas que estudian los tanques atmosféricos. Entre dichas normas, además de las ya citadas, las más usuales son: ? Norma API Std 650 (American Petroleum Institute). ? Norma B. S. 2654 (British Standard). En este capítulo se verán algunos de los requisitos indicados en la norma API Std 650 y sus anexos. En los tanques el dato más relevante es su capacidad. La capacidad puede ser expresada como: geométrica o nominal, o bien, como útil o extraíble, siendo la diferencia entre ambas aproximadamente el volumen correspondiente a 700 + 900 mm de altura del tanque. A partir de la capacidad se determinan el diámetro y la altura, entendiendo ésta como la altura de la parte cilíndrica. Para definir la altura se deben tener en cuenta dos conceptos: ? Compresión máxima que puede soportar el terreno, lo que limita la altura máxima del tanque, si no se desea mejorar el terreno o realizar una losa para la cimentación bajo el tanque y de mayores dimensiones que la planta de éste. ? Dimensiones de las virolas disponibles, ya que el tanque debe estar formado por virolas de igual altura. La altura de virolas más comerciales, y por tanto que deben utilizarse de forma prioritaria, son: ¦ 1.800 mm (72"). ¦ 2 000 mm (80"). ¦ 2.200 mm (88"). ¦ 2.440 mm (96"). Figura 06; Tipos de suelos para tanques.
El fondo está formado por chapas planas soldadas en la forma indicada en la figura, existiendo las dos variantes mostradas en el citado dibujo: A) Sin anillo periférico, para tanques de diámetro menor de 15 m. B) Con anillo periférico, para tanques de diámetro mayor a 15 m.
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La soldadura entre las diferentes chapas del fondo se realiza normalmente por solape, en algunas ocasiones se utiliza la soldadura a tope, con o sin chapa de respaldo (cubrejuntas). El espesor mínimo del fondo (excluido el anillo periférico) deberá ser = 6,35 mm. El espesor mínimo del anillo periférico del fondo es función del espesor de la primera virola, de acuerdo al siguiente cuadro:
Espesor de la primera virola, en mm. Hasta 19 De 19 a 31,5 Mayor de 32
Espesor del anillo periférico, en mm. = 6,35 = 7,95 = 8,73
Los espesores mínimos indicados no incluyen el margen de corrosión La anchura mínima del anillo periférico del fondo deberá ser de 610 mm y su material, en general, será el mismo que el de la primera virola de la envolvente cilíndrica. Resulta habitual en los tanques no incluir este margen de corrosión en el fondo, y sí en las paredes e incluso sobre el techo; por esta razón, cuando se especifica el margen de corrosión se debe indicar sobre qué elementos se debe aplicarse, así como su valor sobre cada uno de ellos. El vuelo o la parte sobresaliente del fondo sobre la envolvente, tendrá un valor mínimo de 50 mm a partir de la soldadura de unión del fondo con la primera virola de la envolvente cilíndrica. La carcasa o envolvente cilíndrica, está formada por una serie de virolas iguales soldadas entre sí de tal manera que se alinean sus caras interiores o sus ejes, de acuerdo a las necesidades específicas. En los tanques con techo flotante se alinean interiormente, para facilitar el deslizamiento del techo. En la parte superior de la última virola se coloca a modo de zuncho circular un perfil en L, de lados iguales, soldado a la virola superior, denominado anillo de coronación, que deberá soportar las cargas debidas al viento, que tienden a abollar la carcasa. La forma constructiva de colocación del citado anillo de coronación puede ser una de las indicadas en la figura siguiente.
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Figura 07; Disposición del anillo para la unión de la carcasa y el techo en los tanques de techo fijo.
Este anillo de coronación, independientemente de la velocidad del viento, no podrá tener unas dimensiones inferiores a las que se indican a continuación (en perfil europeo equivalente):
Tipo de tanque: Tanques con techo fijo
Tanques con techo flotante
Diámetro del tanque:
Perfil del anillo:
Ø = 10.700 mm.
PNL 65 x 65 x 7.
10.700 < Ø < 18.300 mm.
PNL 65 x 65 x 9.
18.300 < Ø < 67.000 mm.
PNL 80 x 80 x l0.
Ø > 67.000 mm.
PNL 100 X 100 x 10.
Espesor de la ultima virola: = 4,76 mm.
PNL 65 x 65 x 7.
= 4,76 mm.
PNL 80 x 80 x 8.
Figura 08; Vista de unidad de proceso, hornos cilíndricos y tanques de techo flotante.
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La citada norma API Std. 650 establece unos espesores mínimos de envolvente en función del diámetro del tanque que han de respetarse, y que son:
Diámetro en mm:
Espesor mínimo en mm:
Ø < 15.200
4,76 ˜ 5
15.200 < Ø < 36 500
6,35 ˜ 7
36.500 < Ø < 61.000
7,95 ˜ 8
Ø > 61.000
9,52 ˜ 10
El espesor de pared del tanque , además de ser igual o superior a los espesores mínimos indicados, debe asimismo ser igual o superior al mayor de los determinados por las dos fórmulas que seguidamente se indican y que calculan el espesor debido a: ? La presión interna (sólo presión debida a la columna del líquido almacenable). e=
D × ( H − 0,3048 )× ρ
+c
2 ×σ ? La presión a que se somete durante la prueba hidráulica (solamente presión creada por la
columna de agua durante la prueba). e=
D × ( H − 0,3048)
2 × σ H
Siendo: e = Espesor de carcasa en mm. D = Diámetro nominal del tanque en metros. ? = Peso específico del líquido contenido, en kg/dm3 . s = Solicitación máxima admisible del material para las condiciones de proyecto, en Kg/mm 2 . s H = Solicitación máxima admisible del material para la prueba hidráulica, en Kg/mm 2 . H = Altura máxima que puede alcanzar el liquido desde el fondo del tanque, en metros. c = Sobreespesor de corrosión, en mm, (se recomienda 4 mm por cada cara corroible).
Los valores de las solicitaciones máximas admisibles para los materiales de los tanques, según la norma API Std 650, son los indicados en la tabla siguiente:
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TABLA 02, SOLICITACIONES ADMISIBLES, API Std. 650 en Kg/mm 2. Clase A36 A131 A131 A285 A442 A442 A516 A516 A516 A516 A537 A537 A573 A573 A573 A633 A662 A662 A678 A678 A737
Grado L. Elástico C. Rotura --A,B,C EH36 C 55 60 55 60 65 70 1 2 58 65 70 C,D B C A B B
25,3 23,9 35,8 21,1 21,5 22,5 21,1 22,5 24,6 26,7 35,1 44,2 22,5 24,6 29,5 35,1 28,1 30,2 35,1 44,2 35,1
40,8 40,8 49,9 38,6 38,6 42,2 38,6 42,2 45,7 49,2 49,7 56,2 40,8 45,7 49,2 49,7 45,7 49,7 49,7 56,2 49,7
s de proyecto
s de P hidráulica
1ª Virola Resto virolas 1ª Virola Resto virolas 15,3 15,3 18,7 14,1 14,1 15,0 14,1 15,0 16,4 16,4 18,5 21,1 15,0 16,4 18,5 18,5 17,1 18,5 18,5 21,1 18,5
16,3 16,0 20,0 14,1 14,1 15,0 14,1 15,0 16,4 17,8 19,7 22,5 15,0 16,4 19,7 19,7 18,3 19,7 19,7 22,5 19,7
16,3 16,3 20,0 15,4 15,4 16,8 15,4 16,8 18,3 19,7 19,7 22,5 16,3 18,3 19,7 19,7 18,3 19,7 19,7 22,5 19,7
17,5 17,5 21,3 15,8 15,8 16,8 15,8 16,8 18,5 20,0 21,1 24,1 16,8 18,5 21,1 21,1 19,6 21,1 21,1 24,1 21,1
TABLA 03, SOLICITACIONES ADMISIBLES, ISO-R630 en Kg/mm2 . Clase Fe-42 Fe-44 Fe-52
Grado L. Elástico C. Rotura B,C B,C C,D
21,1 25,0 34,1
42,2 43,9 49,4
s de proyecto
s de P hidráulica
1ª Virola Resto virolas 1ª Virola Resto virolas 15,8 16,4 18,7
16,0 16,6 20,0
16,8 17,6 20,0
17,9 18,7 21,3
Una vez determinados los espesores de la carcasa, en los tanques de gran tamaño, o cuando el viento es importante, se debe verificar si la carcasa está suficientemente rigidizada con el anillo de coronamiento o es necesario instalar algún otro anillo intermedio, para lo cual se calcula la máxima distancia permisible sin rigidizar, que viene dada por la fórmula: 0, 5
e5 161 2 L = 9,5 × 3 × V D Siendo: V = Velocidad del viento, en Km/h. e =
Espesor medio de la carcasa, en mm.
D = Diámetro nominal del tanque, en m. L = longitud máxima sin rigidizar, en m.
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Si la longitud L es superior a la altura del tanque no es preciso rigídizar; en caso contrario, se coloca un nuevo anillo en la mitad de la altura del tanque y se comprueba si la distancia H/2 es inferior a la distancia mínima sin rigídizar, calculada con el nuevo espesor medio, y así sucesivamente, hasta determinar los anillos de rigidización que sean necesarios. En caso que sea preciso rigídizar deberá ser realizado con un anillo cuyo módulo resistente sea como mínimo, de: 2
2
× L × V Z = 17,3 161 D
Siendo: Z = Módulo resistente, en cm3 . V = Velocidad del viento, en km/h. D = Diámetro nominal del tanque, en m. L =
longitud máxima sin rigídizar o distancia entre anillos, en m.
Como se ha indicado anteriormente, existen dos tipos de techo en los tanques, los fijos y los flotantes. Cada uno de los dos tipos de esta división genérica puede ser adoptar diversas formas, pudiendo concretarse en los siguientes tipos: ? Techos fijos ; estos pueden ser: ¦ Autoportantes: ? Con techos de bóveda o cúpula. ? Con techos cónicos: -
Sin estructura.
-
Soportado por vigas.
-
Soportado por cerchas.
¦ Soportados por columnas, o pilares, que transmiten la carga del techo al fondo. El campo de aplicación de cada tipo es función del diámetro del tanque, como se recoge en el siguiente cuadro:
Diámetro del tanque, en metros: Hasta 8,0 4,5 < Ø < 12,5 10,0 < Ø < 48,0 20,0 < Ø < 80,0
Tipo de techo: Autoportante sin estructura. Soportado por vigas. Soportado por cerchas. Soportado por columnas o pilares.
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El espesor mínimo de todos estos tipos de techos será de 4,76 ˜ 5,0 mm, siendo necesario sumarle el margen de corrosión si es necesario. El espesor máximo será de 12,7 ˜ 13,0 mm. En los techos cónicos los valores máximo y mínimo del ángulo de la pendiente son, respectivamente, 3/4 (26,9º) y 1/6 (9,5º) debiéndose adoptar en cada caso la pendiente más conveniente entre estos dos límites. ? Techos flotantes; las soluciones constructivas para los techos flotantes son de muy diverso tipo y se diferencian, tanto en lo concerniente al techo propiamente dicho, como al sistema de deslizamiento y estanqueidad entre el techo y la carcasa. Figura 09; Tipos de tanques con techo flotante.
Los tipos de tanques con techos flotantes que se contemplan en la norma API y por ello los más utilizados, son: ¦ Techo a simple pontón; en el que el techo esta formado por una simple chapa central, soldada a una corona circular formada por cajones de chapa, que proporciona la flotabilidad de todo el techo. Los cajones son independientes entre sí, de forma que si se crean fugas en alguno de ellos su inundación no pone en peligro la flotabilidad del techo. La superficie superior de los cajones se diseña con pendiente hacia el centro con el fin de facilitar el drenaje del agua de lluvia, cuya arqueta de recogida se sitúa en el mismo centro del techo. ¦ Techo de doble cubierta (Double deck type); formados por dos chapas, separadas entre sí, de forma que quede entre ellas un espacio hueco, cubriendo la totalidad de la superficie del líquido. Las chapas se dispondrán separadas por anillos circulares concéntricos de chapa y tabiques radiales en la zona periférica, creando de este modo compartimentos estancos mediante los separadores en los en que queda dividido el techo, impidiendo el hundimiento de este en el caso de inundación de alguno/s de estos compartimentos.
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El techo de doble cubierta es más seguro en el caso de grandes lluvias o nevadas por ser más rígido en toda su superficie, que el de simple pontón, cuya parte débil se encuentra en la chapa central. Para climas muy cálidos o para fluidos muy volátiles, se debe utilizar el techo flotante de doble cubierta, ya que la doble chapa aísla al líquido e impide que los rayos de sol lleguen hasta la chapa que se encuentra en contacto con el líquido, con lo cual se reduce la posible evaporación, otra solución es el tanque de pantalla flotante. Respecto al campo de utilización de cada tipo, en función del diámetro y como guía práctica, se pueden establecer en: ¦ Simple pontón: diámetros entré 20-70 m. ¦ Doble cubierta: diámetros entre 60-100 m. El sistema de sellado puede realizarse de muy diversas formas, no entrando la norma API en estos aspectos, siendo habitual que cada fabricante de tanques tenga su propio sistema.
04 LA SOLDADURA DE LAS VIROLAS EN TANQUES Y DEPOSITOS. La soldadura es el método más usado para la unión de chapas de acero que conforman los recipientes, tanques, depósitos y esferas. En los ensayos destructivos (pruebas de estallido) se ha demostrado que la soldadura es más resistente que la misma chapa de la virola. La soldadura debe ser realizada por soldadores competentes y homologados. En los diferentes Códigos de recipientes se especifican las pruebas que los soldadores deben realizar, para su calificación y homologación. Se utiliza el procedimiento de soldadura por arco, o el láser; la de arco puede ser manual o automática; esta última cuando hay que realizar cordones de soldadura longitudinal y/o circunferencial de gran tamaño (longitud). En los cordones circunferenciales, el cabezal de soldadura suele permanecer fijo y es la virola de chapa la que se mueve, en los cordones longitudinales se suele seguir el procedimiento contrario.
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TANQUES Y DEPOSITOS.
En la soldadura de las virolas de los recipientes, generalmente se requiere aplicar varios cordones (superpuestos) de soldadura. Esto debe realizarse con gran cuidado; tras realizar el primer cordón de soldadura (raiz), la superficie de éste deberá limpiarse cuidadosamente antes de proceder a la aplicación del segundo cordón que va superpuesto y examinar dicha superficie para estar seguro de que tenga buena penetración, evitando grietas y/o escorias. La soldadura provoca esfuerzos residuales en las virolas de los equipos que pueden llegar a afectar a su resistencia durante el periodo de servicio, para subsanar este problema los recipientes soldados más críticos suelen ser sometidos a un proceso de recocido (tratamiento térmico) que depende del tipo de material. Por ejemplo, para aceros al carbono éstos son calentados hasta aproximadamente 600º C (1.100º F) y luego se dejan enfriar lentamente. Casi todos los aceros austenitícos inoxidables, se calientan aproximadamente a 1.100º C (2.000º F) y se enfrían rápidamente a fin de prevenir la precipitación del carburo, característico en estos metales en el intervalo de 430 a 870º C (800 a 1.600º F). La precipitación del carburo en el acero inoxidable destruiría su resistencia a la corrosión. Este recocido elimina las tensiones residuales introducidas por la soldadura y por ello los códigos admiten un alto valor de eficiencia en las juntas sometidas a tratamiento térmico; los talleres que se dedican a la fabricación de este tipo de recipientes, disponen de hornos de volumen adecuado para recibir recipientes de cualquier tamaño que deban ser calentados en una sola pieza. Para los grandes recipientes que deben ser soldados en la obra, la eliminación de tensiones residuales puede hacerse mediante hornos portátiles, o con sopletes especiales, de oxiacetileno con los que se aplica calor en el área de la soldadura, seguido por una atomización de agua. Cuándo se desea tener la máxima seguridad en la construcción de un recipiente, se deberán usar radiografías (rayos X) sobre las soldaduras a fin de detectar los posibles errores. Las soldaduras de buena calidad tienen un alto valor de eficiencia, y estas condiciones los Códigos especifican valores bajos para el factor de seguridad. Es recomendable usar radiografías para los cordones de soldadura longitudinal y circunferencial de todas las juntas de los recipientes más importantes.
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05 TANQUES DE TECHO FIJO. Para la descripción de este tipo de equipos y como ampliación de lo ya indicado, se partirá de los datos de construcción de los tanques cilíndricos verticales, de acuerdo con las normas europeas y empresariales, que no difiere prácticamente de los normalizados por API, que se reflejan en la siguiente tabla, por lo que se describen sus características en común. El tanque está constituido por un conjunto de chapas, como se indica a continuación: ? Los fondos se montan con los bordes de las chapas superpuestas y solapadas; su flexibilidad les permite adoptar la forma ligeramente cóncava de las cimentaciones. ? El cuerpo del tanque está constituido por chapas curvadas soldadas a solape o a tope. ? No se prevé ningún angular para la base; el ensamblaje del fondo se efectúa con un doble cordón de soldadura, interior y exterior. ? Los techos de los tanques se construyen, para cualquier diámetro, con chapas soldadas a tope. Este tipo de tanques deben ser estables a la presión y a la depresión, como se indica: ? Un tanque se dice es estable a la presión cuando, vacío y sometido a la presión máxima admisible, todo el fondo permanece en contacto con la fundación (no hay elevación de la arista de la base). En él se debe de verificar la relación siguiente:
PR + PT > Af x P
Siendo:
PR = Peso del cuerpo. PT = Peso del techo. Af = Superficie del fondo del tanque. P = Presión interna.
? El fondo de un tanque se dice que es estable a la depresión, si vacío y bajo el efecto de la depresión máxima, no se levanta de la fundación (No hay levantamiento por el centro). Para que esto no suceda, es necesario que el peso por centímetro cuadrado de la chapa de fondo, sea superior o igual al valor de la depresión. Ningún tanque se puede poner en servicio para almacenar hidrocarburos si no ha pasado satisfactoriamente las pruebas siguientes: ? De estanqueidad del fondo; esta prueba se hace sobre el suelo con la ayuda de dispositivos especiales de vacío; duración: 48 horas. ? Hidrostática; el tanque se llena con agua hasta una altura tal, que el techo se moje interiormente en una corona de 1 m de ancho; duración: 3 días.
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Las ventajas de los tanques con techo fijo (cerrado), son: ? Menor coste que los de techo flotante. ? No deben soportar la carga de agua de lluvia. ? No existe posibilidad de inundación por agua de lluvia. ? Las tolerancias de fabricación pueden ser mayores. ? Puede contener productos a presión distinta a la atmosférica. ? Más adecuado para pequeñas dimensiones. Figura 10; Dimensiones de tanque para las Tablas 04 y 05.
TABLA 04 características de tanques cilíndricos verticales s/ API 650. Capacidad Barriles USA
m3
----500 ----1.000 1.500 --2.000 2.500 3.000 --3.750 --5.000 --7.500 10.000 --15.000 20.000 24.000 25.000 30.000 --35.000 42.500 45.000 54.000 --67.000 80.000 100.000 120.000 125.000 150.000 ---
25,0 50,0
79,5 100,0 150,0
159,0 238,5 250,0
318,0 397,5 477,0 500,0
596,0 750,0
795,0 1.000
1.192,5 1.590,0 2.000
2.385,0 3.180,0 3.816,0 3.975,0 4.769,0 5.000
5.564,5 6757,0 7.154,5 8585,5 10.000 10.652,0 12.719,0 15.890,0 19.078,5 19.873,5 23.848,0 25.000
Dimensiones en mm Peso en Kg. D H h
Fondo
Techo
2.600 3.500 4.572 4.570 4.570 6.096 7.620 6.700 7.620 7.620 7.620 7.620 9.144 10.668 10.668 12.192 11.201 13.716 13.725 14.630 18.288 18.288 20.421 20.421 24.380 24.384 24.384 27.432 27.432 30.480 30.480 36.576 40.843 40.843 45.720 45.720 45.720
6,0 6,0 6,4 7,0 7,0 6,4 6,4 7,0 6,4 6,4 6,4 7,0 6,4 7,0 6,4 7,0 6,4 6,4 7&8 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 7&8 6,4 6,4 6,4 6,4 7&8 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 6,4 7&8
5,0 5,0 4,8 5,0 5,0 4,8 4,8 5,0 4,8 4,8 4,8 5,0 4,8 5,0 4,8 5,0 4,8 4,8 5,0 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 5,0 4,8 4,8 4,8 4,8 5,0 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 5,0
I
4.000 5.500 5,486 7.310 9.140 5.486 5.486 7.310 7.315 9.144 10.972 10.973 9.144 9.140 9.144 9.140 12.192 10.972 14.630 14.630 12.192 14.630 12.192 14.630 10.973 12.192 14.630 12.192 14.630 14.630 14.630 12.192 12.192 14.630 12.192 14.630 15.240
250 250 470 470
2.171 3.705 5.470 6.660 7.760 7.974 11.031
500
580 815 920 1.050
1.830
2.200
1.500
12.995 14.583 16.733 17.800 18.688 25.850 23.587 33.100 31.905 38.056 52.700 53.764 72.253 84.799 87.543 104.121 120.500 120.837 144.630 149.595 181.437 215.000 220.899 253.195 316.607 384.782 393.536 468.107 483.900
Espesor de las chapas en mm: 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª Resvirola virola virola virola virola to 5,0
--5,0 4,8
-------
---------
-----
---------
5,0
---------------------
5,0 4,8 4,8 5,0 4,8 4,8 4,8 5,0 4,8 5,0 4,8 6,0
6,4 6,4 8,0 8,3 8,3 10,4 9,7 11,7 11,0 11,7 14,0 13,2 15,7 14,0 17,5 17,5 19,3 23,3 21,8 26,1 22,0
7,0 6,9 6,9 8,3 7,9 9,7 9,0 9,5 11,7 10,4 13,2 13,0 14,5 14,0 15,5 19,3 17,3 21,8 19,0
---------
4,8 4,8 6,0
6,4
4,8 6,4
---
6,9
6,4 6,4
---
7,9 6,9 9,5 7,9 10,4 11,0 11,7 10,4 11,4 15,5 13,0 17,3 17,0
6,4 7,0 6,4 6,9
--6,4
6,4 --7,9 6,4 9,0 7,0 8,6 6,4 6,9 6,4 --7,6 6,4 --11,4 7,6 6,4 8,4 6,4 --13,0 8,4 6,4 14,0 11,0 9,0
NOTAS: j En
los pesos se han incluido las plataformas, escaleras y armaduras de los techos.
k La
sobrepresión considerada ha sido = 40 mm. H 2O.
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TANQUES Y DEPOSITOS. l La
temperatura de cálculo ha sido = 100 ºC.
m Los
tanques para la capacidad en barriles USA, se ha realizado bajo las siguientes hipótesis:
? Tensión máxima admisible en el acero = 14,7 Kg/mm2; Eficiencia de soldaduras = 85 %. ? Liquido base de cálculo para los espesores, agua, densidad = 1,0 kg/dm3. ? La anchura de las virolas es de 96” (2.438 mm), para los tanques con capacidad en barriles USA expresada en negrita y de 72” (1.829 mm) para los restantes tanques con capacidad en barriles USA. nLos
tanques para las capacidades en m3 expresadas en negrita, se ha realizado bajo las
siguientes hipótesis (API 650 apéndice D): ? Material; acero Fe-42C, tensión admisible en servicio = 14,7 Kg/mm2. ? Tensión admisible en el acero, en prueba hidráulica = 16,1 Kg/mm2. ? Eficiencia de las soldaduras = 100 % (1,0, con control radiográfico total). ? Densidad de liquido base de cálculo para los espesores = 0,92 kg/dm3. ? La anchura de las virolas es de 2.000 mm. o Los
tanques para las capacidades en m 3 expresadas en cursiva, se ha realizado bajo las
siguientes hipótesis: ? Material; acero Fe-42B; tensión admisible en servicio = 14,7 Kg/mm2. ? Eficiencia de las soldaduras = 85 % (0,85). ? Liquido base de cálculo para los espesores, agua, densidad = 1,0 kg/dm 3. ? La anchura de las virolas es de 2.000 mm.
TABLA 05 Dimensiones de tanques cilíndricos verticales (NF). Diámetro D ⇒
4,5
6,0
8,0
Altura del cuerpo ⇓
12,0
16,0
20,0
24.0
30,0
36,0
42,0
CAPACIDADES en m 3 ⇓.
D = 20 D = 20 1,8
---
30
50
90
---
---
---
---
---
---
---
3,6
---
60
100
180
---
---
---
---
---
---
---
5,4
---
90
150
270
---
---
---
---
---
---
---
7,2
---
120
200
360
810
1.450
---
---
---
---
---
9,0
---
150
250
450
1.020
1.810
2.830
---
---
---
---
10,8
9,6
---
310
540
1.220
2.170
3.390
4.330
6.780
---
---
12,6
12,0
---
---
630
1.420
2.530
3.960
5430
8.480
12210
16.620
14,4
14,4
---
---
---
1.630
2.900
4.520
6.520
10.170
14650
19.940
---
16,8
---
---
---
---
---
---
---
---
---
23.260
15,9
28,3
50,2
113,1
201,0
314,2
452,2
706,5
S. fondo m 2 ⇒
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1.017,4 1.384,7
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Los tanques con diámetro superior a 20 m. disponen soportes interiores
Figura 11; Tanque de techo fijo, alzado y planta (ver leyenda en pagina siguiente).
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LEYENDA Y DESIGNACIÓN DE ACCESORIOS, DEL TANQUE DE TECHO FIJO: A.- Tubuladura de entrada de producto. B.- Tubuladura de salida de producto. C.- Tubuladura para drenaje central (3”). D.- Cubeta central para drenaje. E.- Boca inferior de inspección (30”). F.- Boca superior de inspección. G.- Toma de muestras y sondeos. H.- Chimenea/s de ventilación. I.- Vertedero/s de espuma. J.- Soporte/s para tubería/s de espuma. K.- Escalera helicoidal adosada. L.- Barandilla superior. M.- Escalera en techo. N.- Toma de tierra. O.- Toma de temperatura. P.- Tubuladura/s para vapor. Q.- Toma para nivel, con tubería 12” (tranquilizador). Qn. Interruptor de nivel. R.- Placa de identificación.
Los tanques pueden estar sometidos a una ligera presión o estar en comunicación con la atmósfera mediante tubos de ventilación o venteo, dentro de los tanques de techo, hay una variante de ellos
que
dispone
de
aberturas en el techo. Figura 12; Ventilación en tanques de techo fijo.
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06 TANQUES DE TECHO FIJO CON PANTALLA FLOTANTE. Son un tipo de tanque intermedio entre los de techo fijo, con los que el tanque comparte la mayor parte de las soluciones constructivas, y de los de techo flotante, con los que la pantalla comparte muchas de las soluciones. Las ventajas de los tanques con techo fijo abierto y pantalla flotante, son una mezcla de las ventajas indicadas para los tanques de techo fijo y de las que tienen los tanques de techo flotante, naturalmente solo pueden ser usados para almacenamientos a presión atmosférica, dicha ventajas son: ? Menores pérdidas por evaporación causadas por la variación de la temperatura. ? Durante el llenado no deben ser evacuados los vapores por no existir espacio entre el líquido y el techo donde se hayan formado. ? Reduce el riesgo de incendio por no existir aire en contacto con el líquido. ? La falta de espacio entre el líquido y el techo impide la formación de mezclas explosivas. ? No deben soportar la carga de agua de lluvia. ? No existe posibilidad de inundación por agua de lluvia. Externamente no se diferencian de los tanques de techo fijo, salvo en la existencia de ventilación en el techo o en la parte superior del tanque.
Figura 13; Alzado de tanque con techo fijo y pantalla flotante (ver leyenda en pagina siguiente). Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.
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Figura 14; Planta de tanque con techo fijo y pantalla flotante
TANQUE DE TECHO FIJO C/ PANTALLA FLOTANTE; DESIGNACIÓN DE ACCESORIOS: A.- Tubuladura de entrada de producto. B.- Tubuladura de salida de producto. C.- Tubuladura para drenaje central (3”). D.- Cubeta central para drenaje. E.- Boca inferior de inspección (30”). F.- Boca superior de inspección. G.- Placa de identificación. H.- Chimenea/s de ventilación. I.- Vertedero/s de espuma. K.- Escalera helicoidal adosada. M.- Escalera en techo.
J.- Soporte/s para tubería/s de espuma. L.- Barandilla superior. N.- Toma de tierra.
O.- Toma de temperatura. P.- Difusor de entrada. Q.- Nivel automático, medida manual y toma de muestras. Qn. Interruptor de muy alto nivel. R.- Ventilación/es del tanque. S.- Pantalla flotante.
T.- Sistema antiestático.
U.- Apoyos regulables para nivel mínimo. V.- Boca de registro y ventilación. W.- Drenaje-sifón de emergencia.
La pantalla se desliza verticalmente dentro del cuerpo cilíndrico, soportada directamente sobre el producto almacenado, con lo que sigue las variaciones del nivel del líquido, consiguiendo que la fase vapor que se desprende del líquido, sea prácticamente despreciable. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.
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Figura 15; Detalle del sellado de la pantalla flotante, en tanque con techo fijo (alzado).
Las variables a tener en cuenta en los sistemas de sellado deben ser las que contribuyan a cumplir con las siguientes propiedades: ? La de garantizar la estanqueidad, impidiendo la creación de un tirante gaseoso formado por la vaporización del fluido, evitando la entrada de aire al interior de la zona de almacenamiento y la salida de los gases evaporados. ? La de asegurar el sellado, corrigiendo la posible ovalización del tanque, mediante la absorción de diferencias en el espacio entre pared del tanque y el perímetro de la pared de la pantalla de ± 75 mm. por cada lado. En ocasiones el sistema de sellado deberá absorber diferencias superiores a la indicada, debiendo ser considerado normal el que los sistemas de sellado absorban diferencias de hasta 100 mm. a cada lado. ? La de necesitar un mantenimiento prácticamente nulo.
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07 TANQUES DE TECHO FLOTANTE. Estos tanques, han sido adoptados por todas las refinerías para almacenar los productos volátiles, tales como petróleo crudo, gasóleos y gasolinas, ya que dan una solución cómoda y eficaz a las pérdidas por evaporación. El techo va provisto de unos soportes verticales (pies) que permiten vaciar por completo el tanque para inspeccionarlo y limpiarlo; su construcción puede ser de dos tipos: ? Con doble puente. ? Con pontón (corona) anular.
Figura 16; Semisección de tanque de techo flotante con pontón (corona) anular y pantalla.
Figura 17; Semisección de tanque de techo flotante con doble puente.
Las ventajas de los tanques con techo flotante, como en el caso anterior, son: ? Menores pérdidas por evaporación causadas por la variación de la temperatura. ? Durante el llenado no deben ser evacuados los vapores por no existir espacio entre el líquido y el techo donde se hayan formado. ? Reduce el riesgo de incendio por no existir aire en contacto con el líquido. ? La falta de espacio entre el líquido y el techo impide la formación de mezclas explosivas. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.
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Figura 18; Alzado y planta de tanque con techo flotante (ver leyenda en pagina siguiente).
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TANQUE DE TECHO FLOTANTE; DESIGNACIÓN DE ACCESORIOS: A.- Tubuladura de entrada de producto. B.- Difusor de la tubuladura de entrada. C.- Tubuladura de salida de producto. E.- Cubeta central para drenaje. G.- Soporte/s para tubería/s de espuma. I.- Toma de tierra.
D.- Tubuladura para drenaje central (8”). F.- Boca inferior de inspección (30”). H.- Escalera helicoidal adosada. J.- Toma de temperatura.
K.- Pontones (flotadores). M.- Conexión superior de drenaje. O.- Boca de registro.
L.- Escalera rodante. N.- Apoyos para bajo nivel (regulables). P.- Drenaje de techo (4”).
Q.- Nivel automático, medida manual y toma de muestras. Qn. Interruptor de muy alto nivel. R.- Sistema antiestático. S.- Válvula de ventilación automática. T.- Sistema de D.C.I. (defensa contra incendio). U.- Placa de identificación. V.- Barandilla perimetral. W.- Plataforma de acceso al nivel automático, medida manual y toma de muestras.
El techo móvil, se desliza verticalmente dentro del cuerpo cilíndrico, flotando directamente sobre el producto almacenado, con lo que sigue las variaciones del nivel del líquido. En estas condiciones, la fase vapor que se desprende del líquido es prácticamente despreciable.
Figura 19; Detalle del sistema de D.C.I. y de sellado de tanque con techo flotante por pontón.
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TANQUES Y DEPOSITOS.
Figura 20; Detalle de la junta de estanqueidad y el anillo de retención de espuma del techo flotante.
Como puede apreciarse en el dibujo y de forma similar al caso de la pantalla flotante, una junta asegura la estanqueidad de la unión entre el techo flotante y el cuerpo del tanque. La rigidez de la virola superior se consigue por medio de una corona en forma de angular. La tubería de distribución de espuma asegura la sofocación del foco de incendio. El acceso al techo, en los tanque con altura superior a 9,0 m. está constituido por, una escalera helicoidal, y de una escalera vertical situada a 180º del desembarco de al helicoidal, ambas van soldadas al cuerpo vertical por el exterior de este, de una plataforma circunferencial y de una escalera móvil, cuya inclinación depende de la posición del techo. El acceso al techo flotante se realiza mediante una escalera móvil, que en función del nivel de flotación del techo tiene una mayor o menor inclinación, pudiendo resultar la escalera semejante a una pasarela, cuando se encuentra el techo en su máximo nivel, uno de los extremos, el superior, se encuentra fijado a la virola superior del tanque y el extremo inferior se desliza sobre unos carriles situados en la parte superior del techo flotante tal como se indica en los siguientes dibujos.
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TANQUES Y DEPOSITOS.
Figura 21; Alzado de la escalera de acceso al techo flotante.
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TANQUES Y DEPOSITOS.
Figura 22; Esquema del funcionamiento de la escalera de acceso al techo flotante.
Para evitar los problemas que el agua de lluvia puede crear sobre el techo flotante, es necesario el drenaje mediante una tubería flexible, o articulada y plegable como se refleja en el dibujo.
Figura 23; Esquema del funcionamiento de la tubería de drenaje del techo flotante. Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO.
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TANQUES Y DEPOSITOS.
La tabla siguiente relaciona, con carácter orientativo y para tanques de techo flotante, la capacidad de los tanques con sus dimensiones generales, así como los espesores y pesos resultantes con los supuestos indicados en dicha tabla. Figura 24; Dimensiones de tanque para las tablas.
TABLA 06 características de tanques de techo flotante s/ API 650. Capaci Dim. en mm Peso en dad m3 D Kg. H I
Espesor de las chapas en mm: Fondo
1ª virola 2ª virola 3ª virola 4ª virola 5ª virola 6ª virola
Resto
6,0
---
1.000
10.973
10.973
44.300
7,0
2.000
14.630
12.192
69.600
7/8,0
8,0
5.000
22.352
12.192
130.900
7/8,0
11,0
10,0
8,0
10.000
30.480
14.630
244.700
7/8,0
18,0
16,0
13,0
11,0
9,0
25.000
45.720
15.240
532.140
7/8,0
26,0
24,0
21,0
17,0
14,0
10,0
8,0
35.000
54.860
15.600
792.100
7/8,0
34,0
30,0
26,0
22,0
18,0
14,0
10/8,0
50.000
67.056
14.579
1.047.300
7/8,0
38,0
33,0
28,0
23,0
18,0
14,0
10,0
Notas:
6,0 7,0
j En
los pesos se han incluido las plataformas, escaleras y techo.
k La
solicitación admisible ha sido de 21.000 PSI.
l El
peso especifico del líquido considerado ha sido de 1,0 (agua).
m La
eficiencia de la soldadura se ha considerado como 0,85.
n El
material será acero A-42B (Fe 42B UNI 5335).
7,0
TABLA 07 características de tanques de techo flotante s/ API 650 D. Capaci Dim. en mm Peso en dad m3 D Kg. H I
Espesor de las chapas en mm: Fondo
1ª virola 2ª virola 3ª virola 4ª virola 5ª virola 6ª virola
Resto
25.000
45.720
15.240
483.940
7/8,0
22,0
19,0
17,0
14,0
11,0
9,0
8,0
35.000
54.860
15.600
694.600
7/8,0
27,0
24,0
21,0
18,0
15,0
12,0
9/8,0
50.000
67.056
14.579
984.400
7/8,0
31,0
27,0
23,0
19,0
16,0
12,0
10,0
Notas:
j En
los pesos se han incluido las plataformas, escaleras y techo.
k La
solicitación admisible ha sido de 23.000 PSI.
l El
peso específico del líquido considerado ha sido de 0,92 (aceite).
m La
eficiencia de la soldadura se ha considerado como 1,0.
n El
material será acero A-42C (Fe 42C UNI 5335).
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TANQUES Y DEPOSITOS.
08 LAS CONEXIONES, O TOBERAS. Los tanques, igual que los recipientes verticales y horizontales, utilizados en las plantas de proceso disponen de conexiones con bridas (toberas o tubuladuras) o roscadas, las cuales como se ha visto en los distintos tipos de tanques, tienen funciones diferentes, como por ejemplo: ? Entrada y salida de productos. ? Instrumentos como manómetros, termómetros indicadores, reguladores de nivel, etc. ? Válvulas de seguridad. ? Paso de hombre, (inspección) cerrada con brida ciega. ? Drenaje, y/o venteo, cerradas con tapas o tapones. ? Reserva, cerrada con brida ciega o tapón. Estas conexiones o toberas, se realizan mediante tubería de acero (pipe), o por tubuladuras realizadas en acero forjado. El material de la tubería o tubuladura debe ser adecuado o compatible con el de la virola y que esté de acuerdo con los códigos. El extremo de la tobera donde se conectara la tubería suele estar acabado mediante una brida soldada, tipo welding neck o slip-on; dentro de estas conexiones podemos considerar 2 tipos, como se ha indicado: ? Toberas, que se realizan con tubería de acero (pipe). ? Tubuladuras realizadas en acero forjado. Figura 25; Detalle de tobera con bridas W.N. y ciega.
Las conexiones destinadas a la instrumentación pueden tener sus extremos acabados mediante: ? Brida welding neck o slip-on. ? Rosca. ? Socket-weld. Figura 26; Detalle de tubuladura forjadas.
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