VARIABLES Y ASPECTOS A ANALIZAR EN EL DISEÑO DE UN TANQUE DE ACEROCARLOS ARTURO CALDERON PERDOMO – 2009180461

En este texto se presentan de manera general las consideraciones necesarias en el comportamiento estructural del tanque y en particular las consideraciones para el caso en estudio que es un tanque de acero para el almacenamiento de agua.

El primer paso a seguir en el diseño de recipientes es determinar la función del recipiente, la naturaleza del fluido que va a contener en su interior, temperatura y presión de operación, material de construcción y la capacidad del mismo.

Como la función a analizar es almacenamiento de agua, se optará por diseñar un tanque de reserva, este tipo de tanque se utiliza mayormente para almacenamiento de sustancias con un mayor tiempo de residencia; generalmente poseen una mayor dimensión que los tanques de procesos y permiten ser una pausa dentro del área productiva y de transporte.

La selección del material se basa principalmente en el costo del material, facilidad y rapidez de la construcción, resistencia a la corrosión, compatibilidad con el material que se va a almacenar. En este caso se utilizará un tanque de almacenamiento construido en acero. Los tanques de acero son los más comunes debido a que es un material abundante, muy fácil de adquirir; además que la construcción con este material es rápida, eficiente y de bajo costo.

Otro aspecto importante a tener en cuenta es saber si el tanque será abierto o cerrado, para este caso el tanque se construirá cerrado debido a que el fluido a contener (agua) se debe proteger de agentes como el polvo, basura y animales que puedan afectar las características de la sustancia almacenada.

El volumen de la sustancia a contener determina principalmente la geometría que tendrá el tanque. Para volúmenes pequeños se pueden utilizar casi todos tipos de estanques, sin embargo para capacidades mayores a 1000 barriles (159 m3), usualmente se utilizan los estanques verticales cilíndricos.

La geometría del tanque debe ser la característica principal de este. Para el caso a analizar se seleccionará un tanque cilíndrico vertical, ya que permite almacenar grandes volúmenes. Es recomendable ser diseñado únicamente en forma cilíndrica.

La capacidad del tanque posee principalmente tres tipos de volúmenes: volumen muerto que es el nivel mínimo de almacenamiento, el volumen de trabajo que es la capacidad normal de trabajo con la que opera el tanque, y el volumen máximo de diseño que es la capacidad máxima que permite el estanque, esta comprende entre el 80 y 90% de la altura máxima del tanque.

El almacenamiento de agua, requiere de ciertos cuidados que se deben considerar al momento de diseñar un tanque, lo más común es la dureza y el agente corrosivo que tiene el agua lo que ocasiona un deterioro del estanque debido a la composición química que posee.

El agente de dureza se refiere a la cantidad de concentración de mineral presentes en el agua. Principalmente los elementos esenciales afectan las características de los tanques de acero, por ejemplo las sales de calcio y magnesio producen este efecto de dureza en el agua, cuando estos forman carbonatos no solubles en agua, producto del aumento de temperatura, se precipitan en el fondo o se adhieren a las paredes del tanque en forma de incrustaciones. Los métodos más usados para disminuir la cantidad de agentes de dureza del agua son los ablandadores, los filtros y actualmente los catalizadores. Este último método altera el pH del agua por medio de una pequeña corriente eléctrica producida por el material de aleación del núcleo de un electrolito, acelerando la formación carbonatos en forma de cristales que son arrastrados por el agua.

Principalmente son agentes corrosivos el agua y el aire, ya que se comportan como excelentes conductores, permitiendo el traspaso de electrones desde un medio anódico a un medio catódico. Esto provoca una corrosión en la superficie del metal debido a la oxidación producida. La corrosión provoca que el material pierda la capacidad resistente, debido a la reducción del espesor de las paredes, lo cual genera un alto impacto en el ambiente, costos de operación, penalizaciones y mantenimiento.

Las técnicas más empleadas para evitar la corrosión en tanques para almacenamiento de agua son la protección catódica, los recubrimientos y modificaciones en el diseño.

La protección catódica se basa en el principio anteriormente explicado. Básicamente consiste en incorporar un metal, sobre la superficie del estanque, por el cual se hace pasar corriente para que el metal se comporte como un ánodo y el acero del tanque actúe como un cátodo.

Los recubrimientos son sustancias aplicadas una vez fabricado el tanque, con esto se asegura que la aplicación de estos materiales proteja de manera efectiva el metal. Los recubrimientos más ampliamente usados son las membranas asfálticas que se compone de una membrana de asfalto con polímeros añadidos, las pinturas epoxicas que son pinturas a base de resinas epoxicas libres de solventes, y la aplicación de caucho o hule al interior del tanque, estas gomas tiene un alto grado de repelencia del agua y resistencia eléctrica.

Otra de las formas de protección más usadas es el diseño de las placas del cuerpo y fondo. Se basa principalmente en el aumento de espesor según las características de vida útil que se requieran. Como recomendación, se usa el aumento de 1 mm de espesor por cada 15 años de vida útil, se logra con este método, garantizar que el desgaste de las paredes que provoca la oxidación del agua, no afecte la capacidad de diseño debido a la presión generada en las placas de manto y fondo. Sin embargo, este método combate la corrosión, por lo que debe estar acompañado de las protecciones anteriormente mencionadas.

También se debe tener en cuenta todas las implicaciones debido a los esfuerzos producidos en el casco de la torre, que debido a diferentes condiciones de carga son: esfuerzos axiales y circunferenciales debidos a la presión interna del recipiente, esfuerzos de compresión debido a la carga muerta: el peso propio de la torre mas su contenido, el peso del equipo adaptado a ella (escaleras, rampas, tuberías), esfuerzos debido a los

momentos que se producen por las fuerzas de vientos que actúan sobre la torre, esfuerzos debidos a cualquier excentricidad, resultado de una distribución irregular de cargas, y esfuerzos resultantes de acción sísmica.

También se deben realizar todos los análisis de entorno, espacio y condiciones climáticas del sitio donde se va a ubicar el tanque. En análisis de entorno se debe realizar estudios respecto a las condiciones naturales como accesos, impacto medioambiental y análisis de suelos. En los análisis de suelos se estudia principalmente la capacidad que posee el terreno para soportar la estructura. Después de un estudio previo de análisis de espacio disponible, se debe determinar la geometría del tanque, ubicarle geográfica y topográficamente dentro de algún recinto, y respaldar la información a través de planos y diagramas. En cuanto a condición geográfica, se refiere a las características climáticas y geodésicas en las que se encontrará el tanque. Principalmente, los factores que afectan directamente a una estructura son: el viento, la sobrecarga de nieve y los sismos.