Diseo II

Diseo IIIngeniera DetalleRecipientes

Recipientes ProcesoAlmacenamientoDaAcumuladoresEquipos de proceso ( torres de destilacin, reactores, etc).

Nota: Para la mayora de los diseos es necesario tener como respaldo informacin de los cdigos y normas aplicables a cada equipo, sobre el diseo, fabricacin, materiales, accesorios etc,

Importancia La recepcin, el almacn, la transferencia y la salida de materiales en las plantas de procesos constituye una operacin frecuente e importante en muchas industrias. ejemplo: las plantas de petrleo: combustibles lquidos o de gases licuados. En otras industrias puede necesitarse manejar tanto productos qumicos, alimenticios, combustibles como efluentes y gases licuados simultneamente.

ImportanciaClasificar los productos manejados en funcin de su uso y compatibilidad qumica. Analizar los riesgos potenciales que implica manejar diferentes tipos de productos y conocer los productos peligrosos y los medios para minimizar las posibilidades de accidentes industriales Conocer las Normas y Cdigos de ingeniera de aceptacin global para el proyecto y diseo de las instalaciones involucradas Integrar los conocimientos de las distintas disciplinas relacionadas en el anlisis y visin global de estas instalaciones

El diagrama de flujo y el balance de masas de una planta de procesos nos permite conocer los flujos msicos que circulan a travs de las instalaciones como as tambin determinar las capacidades requeridas de los equipos necesarios.Clasificacin de productos almacenadosCombustibles: sustancias de uso comn en la industria que actan como proveedoras de la energa trmica necesaria. cidos y lcalis: se incluyen productos tanto inorgnicos como orgnicos. Solventes: productos qumicos que se utilizan exclusivamente para disolver otras sustancias con los fines de separar componentes de una mezcla. Oxidantes y reductores: sustancias utilizadas con fines catalticos. Lquidos criognicos: de acuerdo al National Institute of Standards and Technology (NIST), lquidos cuyas temperaturas son menores a 150C. Se incluyen en este grupo productos tales como el 02, N2, He, GNL, etc.

CombustiblesGaseososGas naturalLquidosFuel oil, gasoilGLP, Butano (gases licuados)SlidosBiomasacidosInorgnicosc. sulfrico, ntrico, clorhdrico.Orgnicosc. Actico, ctricolcaliHidrxido de sodio, de potasio, de amonioOxidantesPermanganatos, perxidos, percloratos, cloratos, cloritos, nitratosSolventester etlico, ter de petrleo, benceno, toluenoReductoresAmonaco, compuestos orgnicosFluidos CriognicosOxgeno, nitrgeno, helio, GNLAnlisis de riesgos potenciales en el almacenaje de lquidos

En las plantas industriales al almacenar productos qumicos existen riesgos potenciales de accidentes. Estos riesgos pueden originarse o provenir de muy diversas fuentes, a saber:sobrepresin o vaco (roturas de recipientes por explosin o implosin) fugas y derrames mezclas de productos incompatibles qumicamente alteracin de las condiciones de almacenamiento (temp y presin), entre otras cargas elctricas causas naturales (terremotos, ciclones, alta temperatura ambiental, rayos, etc.) errores operativos o fallas de componentes, etc.

La mayor parte de los lquidos manejados en las industrias se almacenan tanques que operan en el entorno de la presin atmosfrica. La necesidad de stock en las plantas puede presentarse tanto en las materias primas, as como en los productos elaborados, sean estos intermedios o finales.

La capacidad total de almacenaje como la individual de cada tanque depender segn el caso analizadoTanques cuadrados o rectangulares

Se emplean para almacenar productos no agresivos (agua, mieles, jarabes, etc.) y son de baja capacidad ( V < 20 m3). Son construidos generalmente de acero al carbono y operan a presin atmosfrica

Tanques cilndricos horizontales

Se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza qumica (cidos, lcalis, combustibles, lubricantes, etc). Son de mediana capacidad (V < 150 m3). Estos tanques pueden ser: areos (aboveground storage) o subterrneos (underground storage) y pueden tener sus extremos planos o abovedados.

Tanque ASME horizontal para almacenaje de cidosTanques cilndricos verticales

Se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza qumica (cidos, lcalis, hidrocarburos, efluentes industriales, etc) .Son de gran capacidad (V = 10 a 20.000 m3). Estos a su vez pueden ser clasificados segn los distintos aspectos:Tipo de cobertura: abiertos o techados Tipo de techo: fijo o flotante. Techos flotantes a pontn o a membrana Tipo de fondo: plano o cnico

Tanque API para almacenar hidrocarburos

seleccin de los tanques cilndricosPara optar por una u otra forma (horizontal y vertical), va ha depender del volumen requerido, el espacio disponible, las inversiones exigidas, etc. que harn que en algunas situaciones un tipo determinado sea ms indicado que otro y que habr que determinar para cada caso en particular.

Recipientes a presin (pressure vessels)

Muchos de los productos requeridos o producidos en las industrias requieren para su almacenamiento de presiones superiores a la atmosfrica, dando lugar as a los recipientes a presin. Estos equipos debern ser capaces de contener productos de diferente naturaleza qumica bajo las condiciones de operacin requeridas (presiones, temperaturas, concentraciones, etc).

Dependiendo de los volmenes manejados y de las condiciones de operacin, estos recipientes son construidos de las siguientes formas:Recipientes cilndricos horizontales con fondos abovedados Recipientes verticales con fondos abovedados Recipientes verticales encamisados (jacketed vessels, cryogenic gases) Recipientes esfricos o esfricos modificados

Recipientes esfricos

Recipientes clindricos

Normas y cdigos de diseo

Tanques de almacenamientoPara el clculo, diseo y construccin de estos equipos existen varias Normas y Cdigos, pero las ms difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum Institute (API), siendo los estndares aplicables los siguientes:

API Standard 620 (1990) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 psig y a temperaturas no superiores a 93CAPI Standard 650 (1998) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 1.5 psig y a temperaturas no superiores a 121CAPI Specification 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el campo para almacenamiento de lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas entre 75 y 1500 m3API Specification 12F: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en taller para almacenaje de lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75 m3API Standard 653 (1991): es aplicable a la inspeccin, reparacin, alteracin desmontaje y reconstruccin de tanques horizontales o verticales, basndose en las recomendaciones del STD API 650. Recomienda tambin la aplicacin de las tcnicas de ensayos no destructivos aplicables.

Estos estndares cubren el diseo, fabricacin, inspeccin, montaje ensayos y mantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos de la industria petrolera y petroqumica, pero su aceptacin ha sido aplicada al almacenaje de numerosos productos en otras industrias. Normas y cdigos de diseo

ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001), Section VIII y X: es aplicable para el diseo de diferentes recipientes y tanques tanto cilndricos, esfricos como de seccin rectangular. Se trata de los estndares ms reconocidos mundialmente en este campo de aplicacin Underwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de acero de diferentes diseos soldados en taller para almacenaje de lquidos inflamables y combustibles British Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilndricos horizontales de acero al carbono soldados BS 4994: comprende las especificaciones para el diseo y construccin de recipientes y tanques en plsticos reforzados BS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y tanques con materiales polimricos ASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques plsticos reforzados con fibra de vidrio

Normas y cdigos de diseo

ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001)# Secction VIII, Division 1 Rules for construction of pressure vessels# Secction VIII, Division 2 Alternatives Rules for construction of pressure vessels# Secction VIII, Division 3 Alternatives Rules for high pressure vessels# Section X Fiber Reinforced Plastic Pressure VesselsBritish Standards Institution (BSI)# BS 5500 Specification for unfired fusion welded pressure vessels# BS 5169 - Specification for fusion welded steel air receiversEuropean Commitee for Standarization (CEN)# EN 286: Part 1 Specification for simple unfired pressure vessels designed to contain air or nitrogen# CODAP 95 French Code for Construction of Unfired Pressure Vessels

la consideracin de aspectos tales como:seleccin de materiales, propiedades y composicin tamaos y capacidades preferidos mtodos de calculo, inspeccin y fabricacin cdigos de practica para la operacin y seguridad de planta anlisis y determinacin de cargas estticas y dinmicas sobre los equipos tensiones residuales, stress trmico, fatiga de materiales, concentracin de tensiones mecanismos de desgaste, erosin, corrosin, abrasin. Tipos de recubrimientos conexiones a tanques recipientes, de caeras y vlvulas, etc. Normas de seguridad y medio ambiente

Ciclo de presurizacin y depresin en TK API

TIPOS DE TECHOS.

De acuerdo al estndar A.P.I. 650, clasificaremos los tanques de acuerdo altipo de techo, lo que nos proporcionar el servicio recomendable para stos.

1.- Techo Fijo.- Se emplean para contener productos no voltiles o de bajo contenido de ligeros (no inflamables) como son: agua, diesel, asfalto, petrleo crudo, etc. Al disminuir la columna del fludo, se va generando una cmara de aire que facilita la evaporacin del fludo, lo que es altamente peligroso.

Los techos fijos se clasifican en:- Techos autosoportados.- Techos soportados.

2.- Techo Flotante.- Se emplea para almacenar productos con alto contenido de voltiles como son: alcohol, gasolinas y combustibles en general.Este tipo de techo fue desarrollado para reducir o anular la cmara de aire, o espacio libre entre el espejo del lquido y el techo, adems de proporcionar un medio aislante para la superficie del lquido, reducir la velocidad de transferencia de calor al producto almacenado durante los periodos en que la temperatura ambiental es alta, evitando as la formacin de gases (su evaporacin), y consecuentemente, la contaminacin del ambiente y, al mismo tiempo se reducen los riesgos al almacenar productos inflamables.

3.- Los Tanques sin Techo.- Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante que ste se contamine o que se evapore a la atmsfera como el caso del agua cruda, residual, contra incendios, etc. MATERIALES A EMPLEAR EN TANQUES DEALMACENAMIENTO.

Para el mejor diseo, clculo y manufactura de tanques de almacenamiento es importante seleccionar el material adecuado dentro de la variedad de aceros que existen en el mercado, por lo que a continuacin listamos los materiales ms usados .ESTNDAR A.S.T.M. (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANDMATERIALS).

A-36.- ACERO ESTRUCTURAL.Slo para espesores iguales o menores de 38 mm. (1 1/2 pulg.). Este material es aceptable y usado en los perfiles, ya sean comerciales o ensamblados de los elementos estructurales del tanque.

A-131.- ACERO ESTRUCTURAL.GRADO A para espesor menor o igual a 12.7 mm (1/2 pulg.)GRADO B para espesor menor o igual a 25.4 mm. (1 pulg.)GRADO C para espesores iguales o menores a 38 mm. (1-1/2 pulg.)GRADO EH36 para espesores iguales o menores a 44.5 mm. (1-3/4 pulg.)

A-283.- PLACAS DE ACERO AL CARBN CON MEDIO Y BAJO ESFUERZO A LA TENSIN.GRADO C Para espesores iguales o menores a 25 mm. (1 pulg.).Este material es el ms utilizado, porque se puede emplear tanto paraperfiles estructurales como para la pared, techo, fondo y accesorios deltanque.ESTNDAR A.S.T.M. (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANDMATERIALS).

A-285.- PLACA DE ACERO AL CARBN CON MEDIO Y BAJO ESFUERZO A LA TENSIN.GRADO C Para espesores iguales o menores de 25.4 mm. (1 pulg.).

Es el material recomendable para la construccin del tanque (cuerpo, fondo, techo y accesorios principales), el cual no es recomendable para elementos estructurales debido a que tiene un costo relativamente alto comparado con los anteriores.

A-516.- PLACA DE ACERO AL CARBN PARA TEMPERATURAS DE SERVICIO MODERADO.GRADOS 55, 60, 65 y 70. Para espesores iguales o menores a 38mm. (1-1/2 pulg.).

Este material es de alta calidad y de un costo elevado, por lo que se recomienda su uso en casos en que se requiera de un esfuerzo a la tensin alta, que justifique el costo.

Tipos de soldaduraA)SOLDADURAS A TRASLAPE.B) SOLDADURAS A TOPE.- Las placas del fondo debern tener sus cantos preparados para recibir el cordn de soldadura, ya sea escuadrando stas o con biseles en "V".

E = 1 Para radiografiado totalE = 0.85 Para radiografiado por puntos.E = 0.70 Para equipo sin radiografiado.

BOQUILLAS EN TANQUES DE ALMACENAMIENTOTodos los tanques de almacenamiento debern estar provistos de boquillas, las que a continuacin se enlistan son las mnimas requeridas en los tanques .1.- Entrada (s) de producto (s).2.- Salida (s) de producto (s).3.- Drenaje (con o sin sumidero).4.- Venteo (s).5.- Entrada (s) de hombre 6.- Conexiones para indicador y/o control de nivel.

ESCALERAS Y PLATAFORMAS.

Las escaleras, plataformas y barandales tienen la finalidad de situar al personal que as lo requiera, en una zona del tanque que necesite de constante mantenimiento o supervisin, generalmente es sobre el techo, donde se localizan diversas boquillas y la entrada hombre, adems de brindar proteccin y seguridad al personal.DISEO Y CLCULO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

CONSIDERACIONES DE DISEOPara el diseo y clculo de tanques de almacenamiento, se deber contar con los datos y la informacin requerida de condiciones de operacin y de diseo como son: Volumen, temperatura, peso especfico del lquido, corrosin permisible, velocidad del viento, coeficientes ssmicos de la zona, etc.

Las caractersticas tanto del fluido que desea almacenar y el lugar donde se ha de instalar dicho tanque, por lo que el fabricante no deber suponer estas condiciones.El diseo del fondo de los tanques de almacenamientodepende de las siguientes consideraciones:

Los cimientos usados para soportar el tanque.El mtodo que se utilizar para desalojar el producto almacenado.El grado de sedimentacin de slidos en suspensin.la corrosin del fondo El tamao del tanque. Lo que nos conduceal uso de un fondo plano, donde la resistencia permisible del suelo deber ser por lo menos de 1,465 Kg /cm2 (3,000lb / pie2 ).El diseo del fondo de los tanques de almacenamientoLos fondos de tanques de almacenamiento cilndricos verticales son:generalmente fabricados de placas de acero con un espesor menor al usado en el cuerpo.

Esto es posible para el fondo, porque se encuentra soportado por una base de concreto, arena o asfalto, los cuales soportarn el peso de la columna del producto; adems, la funcin del fondo es lograr la hermeticidad para que el producto no se filtre por la base.DISEO Y CLCULO DEL FONDOEl espesor nominal de la placa est en referencia a la construccin del tanque.

El espesor especificado est basado en los requerimientos de elevacin.

Es conveniente utilizar las placas ms largas disponibles en el mercado ya que resultan ser las ms econmicas.

Las dimensiones son; 1,829 mm. 2,438 mm. (6 8 pies) de ancho por 6,096 mm. 9,144 mm.(20 30 pies) de largo.DISEO Y CLCULO DEL CUERPO

El espesor de la pared del cuerpo requerido para resistir la carga hidrosttica ser mayor que el calculado por condiciones de diseo o por condiciones de prueba hidrosttica.

TablaDimetro nominal en metros Espesor mnimo en milmetros

< 15.24

4.7615.24 < 36.576 6.35

36.576 < 60.96 7.93

> 60.96 9.52

DISEO Y CLCULO DEL CUERPOEl espesor de la pared por condicin de diseo, se calcula con base al nivel del lquido, tomando la densidad relativa del fludo establecido por el ingeniero de diseo.

El espesor por condiciones de prueba hidrosttica se obtiene considerando el mismo nivel de diseo, pero ahora utilizando la densidad relativa del agua.Tabla 2.3 Materiales ms comunes y esfuerzos permisibles ( Kg /cm2 )2.3.1 CLCULO DE ESPESORES DEL CUERPO POR EL MTODO DEUN PIECon este mtodo se calcula el espesor requerido de la pared del tanque,por condiciones de diseo y de prueba hidrosttica, considerando una seccintransversal ubicada a 304.8 mm. (1 pie) por debajo de la unin de cada anillo.Este mtodo slo es aplicable en tanques con un dimetro igual o menor a60,960mm. (200pies).CSdtd D H G += 0.0005 ( 30.48)ESPECIFICACION GRADO ESFUERZO EN PUNTO CEDENCIA ESFUERZO A LA TENSION ESFUERZO DE DISEO ESFUERZO DE PRUEBAA-283 C 2110 3870 1410 1580A-285 C 2110 3870 1410 1580A-131 A,B,CS 2390 4080 1600 1750A-36 2530 4080 1630 1750A-131 EH36 2580 4990 1200 2140A-442 55 2110 3870 1410 1580A-442 60 2250 4220 1500 1690A-573 58 2250 4080 1500 1690A-573 65 2460 4570 1640 1850A-573 70 2950 4920 1970 2110A-516 55 2110 3870 1410 1580A-516 60 2250 4220 1500 1690A-516 65 2460 4570 1640 1850A-516 70 2670 4920 1780 2000A-662 B 2810 4570 1830 1960A-662 C 3020 4920 1970 2110A-537 1 3510 4920 1970 2110A-537 2 4220 5620 2250 2410A-633 C,D 3510 4920 1970 2110A-678 A 3510 4920 1970 2110A-678 B 4220 5620 2250 2410

CLCULO DE LA PRESIN MXIMA PERMISIBLELa mxima presin de diseo a considerar en los tanques de almacenamiento se establece con la siguiente ecuacin, pero en ningn caso mayor a la mxima permitida.thDP 11265408ATang 82 = + DONDE:P = presin mxima de diseo (cm. columna de agua).A = rea de la seccin transversal de la junta cuerpo-techo (cm2.). = ngulo del techo con respecto a la horizontal (grados).D = dimetro nominal del tanque (cm.).th = Espesor mnimo del techo, excluyendo cualquier corrosin permisible (cm.).La que tendr que ser menor que la presin mxima permisible calculada por la siguiente ecuacin.thDP 1275.8DONDE:Pmx = presin mxima permisible (cm. columna de agua).W = Peso total del cuerpo y accesorios soportados por cuerpo y techo, sin considerar el peso del techo (Kg.).