CÁLCULO DE ESPESORES.

A) Espesor mínimo de las envolventes en la línea de tangencia.

Conocidos los datos de Pd, Dint, E, C y S, podremos calcular el espesor mínimo de la envolvente para cada uno de los depósitos usando las siguientes ecuaciones:

• Según especificación

tmin = Dint/1000 +2,54 + c(mm)

tmin = 5 + c(mm), para aceros al carbono tmin = 3 (mm), para aceros inoxidables.

• Para esfuerzo circunferencial: (Sección UG-27c(1))

δ P R

t = +C

SE-0,6P

φ i t< ½ R ó P < 0,385 SE

• Para esfuerzo longitudinal: (Sección UG-27c(2))

δx P R

t = +C

2SE-0,4P i

t< ½ R ó P<1,25SE

Las virolas del casco o envolvente de los depósitos poseerán costuras del tipo 1, es decir, juntas a topes hechas por doble cordón de soldadura. El nivel radiográfico será tipo b, es decir, examinada por zonas. El valor de la eficiencia de la junta “E” además del esfuerzo admisible “S” en cada caso (tanto para el caso de casco como de cabezal formado), se obtienen a partir de la siguiente tabla (Norma ASME UW-11).

Tabla 3.4 Eficiencia de soldadura y tensión máxima admisible para diferentes tipos de juntas.

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₂₄ Juntas tipo 1 Juntas tipo 2 Sin

costura Nivel radiográfico E S E S E S a. Completo 1 100% 0,9 100% 1 100% b. Por zonas 0,85 100% 0,8 100% 1 85% c. Ninguno 0,7 100% 0,65 100% 1 80%

A continuación se presenta una tabla con los resultados de los espesores obtenidos para las envolventes de los diferentes tanques:

Tabla 3.5 Espesores de chapa para envolventes de acero.

Nº Pd Td Dint S tδφ tδx tespecif tmin tfinal (kg/cm2) (ºC) (m) (kg/cm2) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) T-21,T-22 3,5 25 2,99 1082,5 7,20 4,34 7,03 7,20 10 T-23 a T-34 3,5 140 3,72 1082,5 8,59 5,04 7,76 8,59 10

Se selecciona finalmente un espesor comercial normalizado que sea el inmediatamente superior al obtenido en cada caso.

B) Espesor mínimo de fondos y cabezales.

Para aquellos depósitos que poseen fondo plano, éste consistirá en una chapa plana soldada directamente a la carcasa.

Para bajas y medias presiones de operación se suelen emplear también los fondos de tipo toriésferico o elíptico 2:1. Cada tipo tiene una expresión para el cálculo de espesor mínimo.

Korbbogen Boden: radio mayor: L = 0,8 D0 radio menor: r = D0/6,5 Klopper Boden: radio mayor: L = D0 radio menor: r = D0/10

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₂₅ Se construyen por estampación. Los Korbbogen tienen el mismo campo de utilización que los elípticos, mientras que solamente en casos de baja presión se usan los Klopper, ya que éstos requieren mayores espesores. Se pueden fabricar en diámetros desde 0,3 hasta 6 m.

¾ Expresión para el cálculo del espesor de un fondo toriésferico:

f PLM t = +C 2SE-0,2P L 3+ r M= 4

El fondo semielíptico se emplea cuando el espesor calculado de una tapa toriésferica es relativamente alto, ya que las tapas semielípticas soportan mayores presiones que las toriésfericas. El proceso de fabricación es igualmente por estampación. Su silueta describe una elipse de relación 2:1, su coste es relativamente alto y resulta fundamental conocer los diámetros nominales disponibles en cada país.

¾ Expresión para el cálculo del espesor de un fondo semielíptico:

int f t = 2 0, 2 PD C SE− P+

Para los distintos depósitos, los cabezales tendrían los siguientes espesores:

Tabla 3.6 Espesores de chapa para cabezales de acero.:

Fondo Korbbogen Fondo semieliptico

Dext L r M tf Dint tf

DEP

(m) (m) (m) (mm) (m) (mm)

T-21,T-22 3,01 2,41 0,46 1,32 7,55 2,99 7,19 T-23 a T-34 3,74 2,99 0,58 1,32 9,00 3,72 8,57

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₂₆ Los espesores comerciales disponibles van a coincidir para ambos tipos de cabezales. Se observa que se obtienen espesores ligeramente menores con los fondos elípticos. Sin embargo, con el fin de realizar un diseño más homogéneo, se seleccionan fondos semielipticos en todos los casos, ya que los espesores de chapa serán menores en varios de estos cabezales y, al igual que los toriesféricos, presentan una gran aceptación en el ámbito industrial.

Tabla 3.7 Tipo de cabezales para tanques de almacenamiento. T-21,T,22 T-23 a T-34

Tipo cabezal Semieliptico Semieliptico Ubicación Techo Techo

tf (mm) 10 10

Entre el fondo y la carcasa existirá una zona de transición llamada línea de tangencia, que se encuentra sometida a tensiones axiales que se traducen en fuertes tensiones locales. Por tanto, no se realizará la soldadura de la unión a lo largo de esta línea, sino que los fondos se construirán con una parte cilíndrica que se llama “pestaña” o “faldilla”, sobre la cual se establecerá la línea de soldadura, con una altura mínima h, que en general no debe ser menor que el mayor de los siguientes valores: 0 f f h 0,3 D t h 3 t h 25mm ≥ ≥ ≥ i i

Con un valor máximo de h = 100 mm y siendo D0 = diámetro exterior de la carcasa, mm y tf = espesor de la pared del fondo, mm.

El valor de la pestaña para aquellos tanques con cabezales formados en el fondo superior, en el inferior, o en ambos, se presenta en el siguiente cuadro:

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₂₇ Depósito D0(m) tf(mm) h(mm)

T-21,T-22 3,01 10 52,05

T-23 a T-34 3,74 10 58,02

C) Dimensiones de tapas planas.

Los tanques estarán cerrados superiormente mediante una tapa plana. Este es el fondo con menor coste relativo.

El espesor de la tapa será igual al espesor de la envolvente, ya que el depósito trabaja a presión atmosférica y el techo no ha de soportar ninguna carga pronunciada.

La tapa tendrá igual diámetro que el saliente, al que irá atornillada. Este saliente en forma de corona estará soldado alrededor de todo el borde del recipiente.

La tapa contará con 16 orificios igualmente espaciados alrededor del diámetro de ésta, para el caso de ambos tanques, los cuales tendrán un diámetro de ½’’ para los tornillos de rosca M12.

La anchura del saliente vendrá dada por las características de los tornillos que se empleen. Como la función de los tornillos es simplemente de unión, es decir, no tendrá que soportar ningún tipo de tensión (ni a cortadura ni a compresión, se seleccionarán unos tornillos normalizados de acuerdo al resto del recipiente).

La separación de tornillos con el borde del saliente (t2) debe ser tal que t2> 1,5*a, siendo “a” el diámetro del agujero para el tornillo [Resistencia de materiales, Tomo II. S. Timoshenko. Ed. Espasa-Calpe S.A. 1961].

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₂₈ Por tanto, el ancho de los salientes que irán soldados alrededor del borde de cada recipiente son:

Tabla 3.11 Ancho de salientes para tapas planas.

Tornillo a(mm) t2(mm) Lsaliente(mm) M12 14 21 42 D) Dimensiones nominales de los recipientes.

Para el fondo semielíptico, se puede obtener el volumen de la parte bombeada a partir de:

3 int

0,13 Vb≈ D

El volumen de la pared cilíndrica será entonces igual a : Vc = VT – Vb

A partir de VC se recalcula la altura de la parte cilíndrica para cada tanque:

2 C D C V =π H 4 C 2 4 H = Vc D π

El diámetro interno sin embargo se mantiene con el mismo valor.

Tabla 3.12. T-21,T-22 T-23 a T-34 Vtotal(m3_{) 42 81} Vtrab(m3) 35 67,5 Vb(m3) 3,48 6,69 Vc(m3_{) 38,52 74,31} Dint(m) 2,99 3,72 D0(m) 3,01 3,74 Hc(m) 5,41 6,76

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₂₉ Hfondo(m) 0,64 0,78 Htotal(m) 6,05 7,54 tcarcasa(mm) 10 10 tfondo(mm) 10 10 *Hf = 0,2D0 + 3,5tf

En esta tabla resumen se encuentran las dimensiones características de los tanques de almacenamiento de la planta piloto.

CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS. ₃₀ Materia prima

4. REACTOR DISCONTINUO.