t-102-diseño mecánico
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T-102 DISEO MECNICO
A 23-may-11 Para Aprobacin Grupo 8 AHA JMP
Rev Fecha Descripcin Elabor Revis Aprob
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NDICE
NDICE............................................................................................................................ 21. OBJETOY ALCANCE...................................................................................................... 3
REALIZARELDISEOMECNICODELRECIPIENTECOMPLETO, SUSACCESORIOSYSOPORTES................ 32. REFERENCIAS............................................................................................................... 33. DATOSDEDISEO......................................................................................................... 3
TOMAMOSLOSDATOSDEDISEOVOLCADOSENLAHOJADEDATOSDELACOLUMNA T-102.............. 34
4. CLCULOS................................................................................................................... 5
4.1. CLCULO DELOS ESPESORESDEPAREDPARAENVOLVENTEYCABEZALESDE LACOLUMNADEDESTILACIN T-102, APRESININTERNA: ...................................................................................................5
4.2. CLCULODEPRESIONESMXIMASADMISIBLESPARALOSESPESORESADOPTADOS: ..............................64.3. VERIFICACINDELRECIPIENTEAPRESINEXTERNAYDISEODERIGIDIZADORES: .................................74.4. DETERMINACINDELOSPESOSENLASDISTINTASCONDICIONES: .....................................................84.5. ANLISISDETENSIONESENLATANGENTEINFERIOR: ...................................................................114.6. CLCULODELESPESORDELAPOLLERA: .................................................................................164.7. DETERMINACINDECANTIDADYTAMAODEBULONESDEANCLAJE: ...............................................17
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1. OBJETOY ALCANCE
Realizar el diseo mecnico del recipiente completo, sus accesorios y soportes.
2. REFERENCIAS
Cdigo ASME BPVC- Seccin VIII Div. 1.Cdigo ANSI B.31.3.Reglamento CIRSOC 102.Documento: 2010-IPA-M-DS-012-B Hoja de datos torre T-102.Documento: 2010-IPA-P-CN-003-A - Balance de masa y energa.Documento: 2010-IPA-P-CN-063-A Memoria de clculo de columnas.Documento: 2010-IPA-P-FD-002-C - Diagrama de flujo de procesos.Documento: 2010-IPA-P-PI-003-B - Diagrama de caeras e instrumentacin.
3. DATOSDEDISEO
Tomamos los datos de diseo volcados en la hoja de datos de la columna T-102.
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Di 94.5cm:= RiDi
247.25 c=:= Di: dimetro interno del recipiente.
Lo 3980cm:= Lo: altura del recipiente entre tangentes.
Pd 25kg
cm2
:= Pd: presin de diseo.
Td 437 F( ):= F Td: temperatura de diseo.
c 0 .16c:= c: sobrespesor por corrosin.
El material es SA 515 Gr 70.
Sa 140 6kg
cm2
:= Sa: Tensin admisible del material.
E 0.85:=E: Eficiencia de junta.
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4. CLCULOS
4.1. CLCULODELOSESPESORESDEPAREDPARAENVOLVENTEYCABEZALES DELACOLUMNADEDESTILACIN T-102, APRESININTERNA:
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Clculo de espesor de pared para envolvente:
td1Pd Ri
Sa E 0.6 Pdc+ 11.61 mm=:= td1: espesor de diseo para la envolvente.
El espesor comercial inmediatamente mayor es ts1 12.70 mm:=
Clculo de espesor de pared para cabezal esfrico:
td2Pd Ri
2 Sa E 0.2Pdc+ 6.552m=:= td2: espesor de diseo para cabezal esfrico.
El espesor comercial inmediatamente mayor es ts2 7.93mm:=
Clculo de espesor de pared para cabezal semielptico 2:1:
k 1:=
td3
Pd Di k
2 Sa E 0.2Pd c+ 11.505m=:= td3: espesor de diseo para cab. semielptico 2:1.
El espesor comercial inmediatamente mayor es ts3 11.11m:=
Clculo de espesor de pared para cabezal toriesfrico:
Li 750 mm:=
r 220 mm:=
Li
r3.409=
Li
r16
2
3+
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4.2. CLCULODEPRESIONESMXIMASADMISIBLESPARALOSESPESORESADOPTADOS:
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td4Pd Li Mt
2 Sa E 0.2 Pdc+ 11.124 mm=:=
El espesor comercial inmediatamente mayor es ts4 12.70 mm:=
Por lo tanto, seleccionamos los cabezales semielpticos 2:1 porque son ms econmicos que los esfricos y se
pueden fabricar con un espesor menor al de los cabezales toriesfricos.
td4: espesor de diseo para cabezal toriesfrico.
Padm1Sa E ts1 c( )
Ri 0 .6 ts1 c( )+27.685
kg
cm2
=:= envolvente( )
Padm32Sa E ts3 c( )
k Di 0 .2 ts3 c( )+
24.005kg
cm2
=:= (cabezales semielpticos)
Como la presin admisible para los cabezales es menor que la presin de diseo, adoptaremos un espesorcomercial de:
ts3a 12.70mm:=
Entonces,
Padm32Sa E ts3a c( )
k Di 0 .2 ts 3a c( )+28.01
kg
cm2=:= (cabezales semielpticos)
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4.3. VERIFICACINDELRECIPIENTEAPRESINEXTERNAYDISEODERIGIDIZADORES:
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Envolvente:
Do Di 2 ts1+ 97.04c=:= Do: Dimetro externo.
ts1 ts1 c 11.1 m=:= ts1: Espesor corrodo.
Por ser un cabezal semielptico 2:1, la altura del cabezal es la siguiente:
hDo
424.26 cm=:= h: altura del cabezal.
Ls1 Lo2 h
3+ 39.962m=:=
Clculo del Factor A (grfico):
Ls1
Do41.181=
Facto r A 0 .0 0 0 1:=Do
ts1 87.423=
Factor B: Cae a la izquierda de las curvas.
2.7 107psi:= : Mdulo de elasticidad.
Padm2
3
FactorA Do
ts1
30.884psi=:= Padm: Presin admisible.
Padm Patm Por lo tanto, no necesita refuerzos en la envolvente.
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4.4. DETERMINACINDELOSPESOSENLASDISTINTASCONDICIONES:
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Cabezales:
k1 0.:= (para cabezal semielptico)
Ro k1 Do 87.336 cm=:=
ts3 ts3 c 6.33 m=:= ts3: Espesor corrodo del cabezal.
FactorA20.125
Ro
ts3
9.0 6 1 04
=:=
Factor B (grfico): B 9800psi:=
Padm2B
Ro
ts3
71.029 psi=:=
Padm2 PatmPor lo tanto, no necesita refuerzos en los cabezales.
Carga de cada cabezal:
A 1.24 D i2 1.11m2=:=
V A ts3a 0.01m3=:=
mat 99.69kg
m3
:=Wc V mat 1.4kg=:=Carga de envolvente:Dm
Di Do+
20.96m=:=
Dm: dimetro medio.We Dm Lo mat ts1 151.61kg=:=
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Carga de los platos:
Ap 0.701m2
:= Ap: rea total del plato.
tp 12.70m:= tp: espesor del plato.
wp mat Ap tp 0.89kg=:= considerando espesor de 12,7 mm (en pg. 19)
n 40:= n: nmero de platos.
Wp n wp 35.5kg=:=
Carga excntrica:
Wex 0kg:=
Carga de aislacin en envolvente:
da 3in 0 .0 8m=:= da: espesor de aislacin
ais 120kg
m3
:= (valor estimado de proveedor) ais: densidad de aislacin
Wae Do Lo da ais 1109.48kg=:=
Carga de aislacin en cada cabezal:
Wac 1.24 D o2 da ais 10.68kg=:=
Carga de accesorios:
Wacc 0 .10 We 2 Wc+ Wp+( ) 18.99kg=:=Peso total del recipiente vaco:Wtv 2 Wc We+ Wp+ Wex+ Wae+ 2Wac+ Wacc+ 1339.74kg=:=
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Peso del lquido en los platos:
lq 50lb
ft3
800.92kg
m3
=:= lq: densidad del lquido
hreb 50.8m:= hreb: altura del rebosadero.
Wlp n Ap hreb lq 1140.86kg=:=Peso del lquido en el cabezal inferior:
Ve Di
2
4 Lo 27914.93L=:= Ve: volumen zona envolvente.
Vc 0.1303Di3
10 9.96L=:= Vc: volumen zona cabezal.
Wlc Vc 0 .75Ve+( ) lq 16856.36kg=:= 75% de inundacin
Peso total en operacin:
Wto Wtv Wlp+ Wlc+ 19336.96kg=:=
Peso total en prueba:
agua 10 0 0kg
m3
:=
Wca Vc agua 109.96kg=:= Wca: peso cabezal lleno de agua.
Wea Ve agua 27914.93kg=:= Wea: peso envolvente lleno de agua.
Wtp Wtv 2Wca+ Wea+ 29474.59kg=:=
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4.5. ANLISISDETENSIONESENLATANGENTEINFERIOR:
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Ef 1:= Ef: eficiencia de junta.
Tensin por peso propio:
SwWtv
Dm ts1 Ef40115.98
kg
m2
=:=
Tensin por carga excntrica:
SexWex
Dm ts1 Ef0=:=
Tensin por presin interna:
SpiPd Ro 0.4ts1 Pd
2 ts1 Ef9785135.14
kg
m2
=:=
Tensin por viento:
27.2m
s6.6
m2
kg skg
h=:= : Velocidad de ref. en Bs.As
C p 1.45:= Cp: coeficiente de velocidad probable.
Vo Cp 39.44m
s
=:= Vo: velocidad bsica de diseo
qo1
21.2
kg
m3
Vo2
9.8m
s2
95.24kg
m2
=:= qo: presin dinmica bsica
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C z 1.14:= Cz: Coeficiente adimensional (rugosidad del terreno tipo
II)
Cd: Coeficiente de reduccin por dimensionesCd 1:=
qz qo Cz Cd 108.85kg
m2=:= qz: presin dinmica de clculo
C 0.:= C: Coeficiente de forma
Fv C qz Do Lo 2942.91kg=:= Fv: Fuerza del viento
Mv FvLo
2 58563.93m kg=:= Mv: momento flector mximo
debido al viento
Sumatoria de tensiones:
Sto tal Sa E> Entonces, debemos aumentar el espesor de chapa.
SvMv
Ri2
ts1 Ef7522353.12
kg
m2
=:=
Sto tal Sw Sex Spi+ Sv+ 17267372.28kg
m2
=:=
Sa 14060000kg
m2
=
Clculo de pesos con un espesor mayor:
ts3a 15.87m:=
ts1 15.87m:=
ts1 ts1 c 14.27m=:=Carga de cada cabezal:A 1.24 D i
2 1.11m2=:=V A ts3a 0.02m3=:=mat 99.69
kg
m3
:=Wc V mat 1.75kg=:=
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Carga de envolvente:
DmDi Do+
20.96m=:= Dm: dimetro medio.
We Dm Lo mat ts1 189.45kg=:=
Carga de los platos:
Ap 0.701m2:= Ap: rea total del plato.
tp 12.70m:= tp: espesor del plato.
wp mat Ap tp 0.89kg=:= considerando espesor de 12,7 mm (en pg. 19)
n 40:= n: nmero de platos.
Wp n wp 35.5kg=:=
Carga excntrica:
Wex 0kg:=
Carga de aislacin en envolvente:
da 3in 0 .0 8m=:= da: espesor de aislacin
ais 120kg
m3
:= (valor estimado de proveedor) ais: densidad de aislacin
Wae Do Lo da ais 1109.48kg=:=Carga de aislacin en cada cabezal:
Wac 1.24 D o2 da ais 10.68kg=:=
Carga de accesorios:Wacc 0 .10 We 2 Wc+ Wp+( ) 22.85kg=:=Peso total del recipiente vaco:Wtv 2 Wc We+ Wp+ Wex+ Wae+ 2Wac+ Wacc+ 1382.13kg=:=
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Peso del lquido en los platos:
lq 50lb
ft3
800.92kg
m3
=:= lq: densidad del lquido
hreb 50.8m:= hreb: altura del rebosadero.
Wlp n Ap hreb lq 1140.86kg=:=
Peso del lquido en el cabezal inferior:
Ve Di
2
4 Lo 27914.93L=:= Ve: volumen zona envolvente.
Vc 0.1303Di3 109.96L=:= Vc: volumen zona cabezal.
Wlc Vc 0 .75Ve+( ) lq 16856.36kg=:= 75% de inundacin
Peso total en operacin:
Wto Wtv Wlp+ Wlc+ 19379.35kg=:=
Peso total en prueba:
agua 10 00
kg
m3:=
Wca Vc agua 109.96kg=:= Wca: peso cabezal lleno de agua.
Wea Ve agua 27914.93kg=:= Wea: peso envolvente lleno de agua.
Wtp Wtv 2Wca+ Wea+ 29516.99kg=:=
Analisis de tensiones en la tangente inferior:
Ef 1:= Ef: eficiencia de junta.
Tensin por peso propio:
SwWtv
Dm ts1 Ef32191.91
kg
m2
=:=
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Tensin por carga excntrica:
SexWex
Dm ts1 Ef0=:=
Tensin por presin interna:
SpiPd Ro 0.4ts1 Pd
2 ts1 Ef7600315.35
kg
m2
=:=
Tensin por viento:
27.2m
s
6.6m
2
kg s
kg
h
=:= : Velocidad de ref. en Bs.As
C p 1.45:= Cp: coeficiente de velocidad probable.
Vo Cp 39.44m
s=:= Vo: velocidad bsica de diseo
qo1
21.2
kg
m3
Vo2
9.8m
s2
95.24kg
m2
=:= qo: presin dinmica bsica
C z 1.14:= Cz: Coeficiente adimensional (rugosidad del terreno tipoII)
Cd: Coeficiente de reduccin por dimensionesCd 1:=
qz qo Cz Cd 108.85kg
m2
=:= qz: presin dinmica de clculo
C 0.:= C: Coeficiente de forma
Fv C qz Do Lo 2942.91kg=:= Fv: Fuerza del viento
Mv Fv Lo2
585 63.93m kg=:= Mv: momento flector mximodebido al viento
SvMv
Ri2
ts1 Ef5851304.81
kg
m2
=:=
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4.6. CLCULODELESPESORDELAPOLLERA:
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Sumatoria de tensiones:
Sa 140 6 00 0 0kg
m2
=
Sto tal Sa< Entonces, verifica.
Sto tal Sw Sex Spi+ Sv+ 13419428.25kg
m2=:=
ex 0:= ex: distancia de la carga excntrica al eje.
Mex Wex ex 0=:= Mex: momento de la carga excntrica
Ep 0 .:= Ep: Eficiencia de junta de pollera.
tp1 Mv Mex+ Ro
2 Sa Ep
WtoDo Sa Ep
+ 3.65m=:= Elegimos el espesor mayor (tp1)
tp2Mex
Ro2 Sa Ep
Wtp
Do Sa Ep+ 1.15m=:=
El espesor comercial ms cercano es: tps 4.76m:=
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4.7. DETERMINACINDECANTIDADYTAMAODEBULONESDEANCLAJE:
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Adoptamos 2,25", y segn tabla tenemos:
Aba 3.02in2:= Aba: rea de buln adoptada
dba4 Aba
4.98c=:= dba: dimetro de buln adoptado
l2 2 34
+ in 6.98cm=:=
Db Do 2 l2+ 1.11m=:= Db: dimetro del crculo de bulones.
RbDb
20.56m=:=
De tabla B, obtenemos que el nmero de bulones debe ser:.16 Nb 2
Nb 1:= Nb: nmero de bulones
Lp 2m:= Lp: Altura de polleraCe 0 .7:=
Fv2 C e qz Do Lo Lp+( ) 30 90 .8kg=:=
Mv2 Fv2Lo Lp+( )
2 64597.63m kg=:=
TbMv2 Mex+
Rb2
66742.51
kg
m=:= Tb: Tensin mxima en el crculo de bulones
Ft Tb Db 232763.3kg=:= Ft: fuerza total
Sb 1055kg
cm2
:=Sb: Esfuerzo mximo permitido (tabla C)Ab
Ft
Nb Sb13.79cm
2=:=Ab: Area requerida de buln
dbc4 Ab
4.19c=:=
dbc: dimetro de buln calculado
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db dbc 3.2mm+ 4.51c=:= Siendo 3.2 mm el espesor por corrosin.
dba 4.98c=
dba db> Entonces verifica.
f 500lb
in2
:= f : factor que depende del tipo de concreto que se utilice para lafundacin (de tabla)
Lb
Ft
Nb f dba 26.45cm=:= Lb: longitud del buln