Calculo de Torres

PEMEX-REFINACIÓNGERENCIA DE PROTECCIÓNAMBIENTAL Y SEGURIDAD

INDUSTRIAL

DOCUMENTO NORMATIVO

FECHA: ENERO 1989

NORMA PARA CALCULO DE

ESTABILIDAD DE TORRES

No. de documento:

GPEI-IT-3003

Rev. 1

Hoja 1 de 13

Í n d i c e

T e m a p á g i n a

1. Alcance .......................................................................................................... 1

2. Lineamientos................................................................................................. 1

3. Glosario de Símbolos................................................................................... 4

4. Apéndice. criterios para casos especiales ............................................... 6

4.1. Torres con varios espesores y un mismo diámetro

4.2. Torres con varios diámetros (y varios espesores)

4.3. Recipientes llenos total o parcialmente con líquidos y/oempaques.


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Rev. 1

Hoja 2 de 13

1. Alcance.

1.1. Esta norma es aplicable especialmente para verificar las condiciones en que

se encuentra por estabilidad una torre de destilación del tipo de platos, de un

solo diámetro, hecha de acero al carbón bajo especificación ASTM.

1.2. Puede ser extensiva esta norma a recipientes verticales que operan parcial o

totalmente llenos, torres empacadas, reactores llenos de catalizador y torres de

varios diámetros, siempre que se tomen en cuenta las recomendaciones del

apéndice.

1.3. No es aplicable esta norma para torres que trabajen al vacío, ni para aquellas,

incluso reactores, que tengan partes internas con pesos de consideración

diferentes de: los platos, soportes de empaque, catalizador, bajantes y

colectores. Tampoco es aplicable a casos de aceros de alta resistencia,

microaleados ni aceros de baja aleación o inoxidables, ni a torres o

recipientes verticales que no sean autosoportados en el terreno.

1.4. La presente norma se basa, en el capítulo 9 del libro Process Equipment

Design de L.E. Brownell y E.H. Young, habiéndose elegido el método de los

esfuerzos máximos y adaptado para una torre con desgasté.

2. Lineamientos.

2.1. Los datos para el cálculo se asentarán en la forma SIT-1-79. En el caso de

tratarse de alguno de los descritos en 1.2, además se incluirá un croquis en la

misma hoja.

El significado de las literales se encuentra en el glosario.


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Hoja 3 de 13

2.2. Con los datos de la forma SIT-1-79, se llenará la SIT-1-.80, haciendo los

cálculos correspondientes y los resultados se asentarán en la forma SIT-1-81.

2.3. Deben recalcularse todas las torres y recipientes cilíndricos verticales que

hayan sufrido desgastes en una zona con superficie mayor de un círculo de

más de 45" de diámetro. El espeso actual a tomar será el mínimo de los

obtenidos para el área desgastada, después de haberse descartado los

valores extremos y los que se consideren cómo "disparados” o no

representativos. La distancia “X”, se tomará de la tangente casquete a la zona

desgastada. Si existieran varias Zonas desgastadas se repetirá el cálculo

para cada una de ellas.

2.4. En la forma SIT-1-81, se harán los cálculos finales obteniéndose el esfuerzo

calculado para compresión y para tensión, así como los esfuerzos admisibles.

si estos últimos son superiores a los primeros, el equipo estará en buenas

condiciones por estabilidad. en caso contrario se requiere un refuerzo para

estabilidad, mismo que se calculará según la parte inferior de la forma

mencionada.

2.5. Deberán ser recalculadas todas las torres y recipientes verticales que caigan

dentro de lo establecido en el alcance y las hojas de cálculo deben

conservarse en la carpeta del archivo de cada equipo.


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Hoja 4 de 13

3. Glosario de símbolos.

X Distancia de la tangente del domo al punto que se desea checar.

Pw Presión debida al viento. Usar .015 kg/cm2 para Cadereyta, Salamanca,

Tula y Azcapotzalco. Usar .036 kg/cm2 para Salina Cruz, Minatitlán y

Madero.

d’ Diámetro efectivo de la torre con respecto al viento.

Este será igual al de la torre más dos veces al espesor de aislamiento más

43 cm. por escalera, más diámetros, de tuberías apoyadas en la torre (cm.).

d Diámetro exterior de la torre (cm.).

ta Espesor actual de la torre en el punto considerado (cm.).

Sw Esfuerzo de tensión o de compresión en la torre debido al viento (kg/cm2)

P Presión de diseño de la torre. Si ésta es desconocida use la presión de

disparo de válvula de seguridad (kg/ cm2).

Sa Esfuerzo axial de tensión debido a presión interna (kg/ cm2.).

C Margen de corrosión (cm.).

∅∅ B Diámetro del blanco para casquete elipsoidal. Es el diámetro de la lámina

circular necesaria para rolar el casquete. Se puede determinar entrando

con el valor del diámetro a la gráfica de la figura 1 anexa (cm.).

tB Espesor original del casquete superior (cm.).


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Hoja 5 de 13

tO Espesor original de la envolvente, en caso de torres con varios espesores,

proceder según el apéndíce (cm.).

T ais Espesor del aislamiento (cm.).

L esc Longitud de escaleras (tipo de gato apoyadas en la torre (cm.).

A plat Area de plataforma soportadas en la torre. Las escaleras inclinadas y sus

descansos se considerarán como plataformas (cm 2.).

N Número. de platos

W Pesos adiciónales soportados por la torre (kg).

WT Peso de la torre en operaci6n (kg).

Sd Esfuerzo de compresión debido a peso propio de la torre (Kg/cm2)

H Distancia de la tangente del casquete superior al piso (cm.).

MS Momento Flexionante debido a sismos en el punto considerado (kg/cm.)

SS Esfuerzo de tensión o comprensión debido a sismos (Kg./cm2)

Sper Esfuerzo de comprensión admisible para evitar colapso (Kg./cm2)

Sy Esfuerzo de cedencia para el material de que se trate∑ (ver las tablas

correspondientes) (Kg./cm2)


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Hoja 6 de 13

ST Esfuerzo de trabajo para, el material de que se trate(ver las tablas

correspondientes) (Kg./cm2)

Iref Momento de inercia de la sección transversal del refuerzo requerido (cuando

sea necesario). Este momento es con referencia al eje longitudinal de la torre

(cm 4)

4. Apéndice.

4.1. Torres con varios espesores y un mismo diámetro

4.1.1. Para el cálculo del peso total, en lugar del segundo término de la

fórmula de Wt (SIT-1-80), tomar tantos términos cono secciones de

diferentes espesores existan sobre el punto a considerar. en este

caso la fórmula se modificará como sigue:

0 . 0 2 4 6 ( h 1 d 1 t o 1 h 2 d 2 t o 2 + - - h n d n t o n )

Donde:

H1, h2 son las alturas de las diferentes secciones

dn sus diámetros

ton sus espesores originales y

hn la distancia a la soldadura con cambio de espesor

inmediato superior al punto considerado


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Hoja 7 de 13

4.2. Torres con varios diámetros (y varios espesores).

4.2.1. Para el cálculo de Sw utilizar:

Sw = 1.27 Mw

d2 ta

y:

Mw = Pw ( h 1 d ’ 1 ΙΙ 1 + h 2 d ’ 2 ΙΙ 2 + . . . h n d ’ n ΙΙ n )

Donde:

h 1 , h 2 - - - h n tienen el mismo significado que en 4.1

d ’ n son los diámetros efectivos de cada sección y

ΙΙ 1 ΙΙ 2 son las distancias del centro de cada sección al punto

considerado, excepto Ιn que es la mitad de la distancia

del punto considerando a la soldadura inmediata

superior que una dos secciones diferentes,

4.2.2. Para el cálculo del peso total, hacer la misma consideración que en

4.1.1 y además el sexto término de la fórmula quedará como sigue:

0.00958 ( N n + - - - - d2

n N n )

Donde:

N n es el número de platos de cada sección.


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Hoja 8 de 13

4.2.3. Cabe hacer notar que en el resto del cálculo los valores de

t a ,d,x, tendrán el valor correspondiente al punto considerado y H

será el valor para la torre completa.

4.3. Recipientes llenos total o parcialmente con líquidos y/o empaques.

4.3.1. Se calculará el peso total Wt con la densidad del líquido y/o el

empaque. Cuando existan ambos, se asumirá una relación líquido -

empaque. Esta consíderación substituye al término de la fórmula

donde aparece N y el resto del cálculo permanecerá inalterado.


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Hoja 9 de 13

PLANTACENTRO TORRE

D A T O S D I B U J O

x

t

d

tais

t oo, t B

B

H

X Cm

d Cm

d' Cm

ta Cm

to Cm

tais Cm

P Kg/Cm2

tB Cm

Lesc Cm

Aplat Cm 2

N Cm

Cm

H Cm

MATERIAL

SY

ST

X

Kg/Cm2

Kg/Cm2

SIT-1-79

ANOTO DATOS


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Hoja 10 de 13

PLANTACENTRO TORRE

D A T O S D I B U J O

x

t

d

tais

too, t B

B

H

X Cm

d Cm

d' Cm

ta Cm

to Cm

tais Cm

P Kg/Cm2

tB Cm

Lesc Cm

Aplat Cm2

N Cm

Cm

H Cm

MATERIAL

SY

ST

W

Kg/Cm2

Kg/Cm2

SIT-1-79

ANOTO DATOS


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Hoja 11 de 13

PETROLEOS MEXICANOSGERENCIA DE PROTECCION ECOLOGICA E INDUSTRIAL

HOJA DE CALCULO PARA VERIFICACION DE ESTABILIDAD DE TORRES

CALCULO DEL ESFUERZO POR PRESION DE VIENTO

S = 0.637

a(Tomar X, d, t de la hoja de datos: para Pwd1 ver el glosario)

w

Pw X2

d1

d2

t=

a

CALCULO DEL ESFUERZO AXIAL POR PRESION INTERNA

P dt

S = 0.25 =aa

(Tomar P, d, t de la hoja de datos)a

CALCULO DEL ESFUERZO POR PESO MUERTO

+ 0.0246 X d t + 0.00201 X dt + 0.372 L +W = 0.00616T

2

BtB

o ais esc

+ 0.0171 A + 0.00958 d 2 N + W =plat

S = 0.318 W / dt =d t a

(Tomar d, t , t , t , L , A , N, de la hoja de datos: para , ver el glosario).o B ais BWesc plat

(Si se conoce de los planos el peso en operación, tomar dicho valor en vez de calcularlo

(Tomar X, H , d , t , de la hoja de datos: tomar WT del cálculo anterior)

CALCULO DEL ESFUERZO POR MOVIMIENTOS SISMICOS

W M = 0.4s

X2

=2

H

T(3 H-X)

S = 0.318 a

M s2

td a

2

d a

=

o a

CALCULO DEL ESFUERZO PERMISIBLE EN COMPRENSION

S = 2.11 x 10 per

t a=

d

5

perS = S y

=3

TOMAR EL MAYOR

(Tomar t , d, S , de la hoja de datos)a yCALCULO:

NOMBRE Y FIRMA


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Hoja 12 de 13

CALCULO DE ESTABILIDAD EN TORRES RESUMEN DE RESULTADOS

ESFUERZOS POR COMPRESION

ESFUERZOS POR TENSION

SW +

+

-

-

=

=

=-+

S d S a

S d S aS s

SW

S s

S d

S d

S a

S a

SELECCIONAR EL MAYOR

SELECCIONAR EL MAYOR

S per =

COMPARAR

COMPARAR

+ - =

=

=

=

=

-

-

-

-

+

+

+

+

S T =

En el caso en que el esfuerzo admisible ( o ) resulte menor que el calculado, calcular el refuerzo requerido como sigue:

Sper

ST

I re f

π=

64( d - 2 t )o

4-

4( d - 2 t + 2C)o

I re f Cm 4

Con este valor se selecciona el refuerzo de ángulos, cincho, viguetas, etc., según se requiera.

En el caso en que dé valor negativo, quiere decir que la torre está sobrada por estabilidad.

Observaciones:

CALCULO+`


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Hoja 13 de 13

Head

,ins

ide

diam

ete

r,in

che

s

20

30

40

60

50

70

10

8020 30 40 50 60

60 70 80 90 110 120 130 140100 150 160 170 180 190 200

60

70

50

80

90

110

120

130

140

100

150

160

Blank diameter, inches

Blank diameter, inches

Hea

d,in

side

diam

ete

r,in

che

sPAG. 94 DEL LIBROPROCESS EQUIPMENT DESIGN (BROWNELL)

GR-15-3003)

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23

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12/1 "

12/2 "

1"

2"

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