informe 3-pasantía rfeng_rev1

7/22/2019 Informe 3-Pasantía RFEng_Rev1

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Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá - Facultad de

Ingeniería

2013-I

Informe de pasantía –Ingeniero Proyectista

Diseño de recipientes a presión bajo código ASME

Sec. VIII Div. 1 y API 650

Gustavo Alejandro Ospina - COD. 234310

Presentado a: Ing. Miguel Baquero

Junio 26/2013



CONTENIDO

LISTA DE FIGURAS ..............................................................................................................................................2

ANÁLISIS DE UNA CHIMENEA ........................................................................................................................3

CENTRALES TÉRMICAS................................................................................................................................3

CICLO DE RANKINE......................................................................................................................................3

DISEÑO DE LA CHIMENEA: CÓDIG O ASME STS-1 Steel Stacks .............................................................5

Altura de la chi men ea ................................................................................................................................8

DISEÑO PARA CARGAS DE VIE NTO ...........................................................................................................9

3-SEC GUST SPEED. Velocidad del Viento básico.....................................................................................10

IMPORTANCE FACTOR. COEFICIENTE DE IMPORTANCIA ........................................................................12

EXPOSURE CATEGORY . Categoría de rugosidad deL terreno. .................................................................12

FIRST MODE FREQUENCY (fundamental frequency). Frecuencia fundamental ......................................13

Espesor de lámina ...................................................................................................................................17

Razón de amortiguamiento ...............................................................................................................18

Coeficiente de exposición a la presión de velocidad Kz ..........................................................................19

Factor topográfico Kzt .............................................................................................................................19

Presión de velocidad qz...........................................................................................................................20

COEFICIENTE DE FUERZA Cf.....................................................................................................................20

CÁLCULO DE UNA PASARELA IND USTRIAL .................................................................................................24

NORMATIVIDAD APLICABLE: Engineering equipment and materials users a ssociation ................24

CÁLCULO DE LA VIGA................................................................................................................................25

ANÁLISIS FEM ............................................................................................................................................28

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................................35



LISTA DE FIGURAS

Fig. 1. Representación esquemática de una central térmica. (1).......................................................................3

Fig. 2. Esquema del Ciclo de Rankine. (2)...........................................................................................................4

Fig. 3. Construcción e instalación de una chimenea de acero. (4) .....................................................................5

Fig. 4. Estructura del código ASME STS. .............................................................................................................6

Fig. 5. Velocidad del viento básico en Colombia. (5)........................................................................................11

Fig. 6. Valores del coeficiente de importancia. (5) ...........................................................................................12

Fig. 7. Clasificación de las vibraciones mecánicas. ...........................................................................................13

Fig. 8. Frecuencia fundamental y sobretonos de una onda. (6).......................................................................14 Fig. 9. Elementos básicos de un sistema oscilatorio. (7) ..................................................................................14

Fig. 10. Parámetros para el cálculo del periodo aproximado Ta. (5) ...............................................................16

Fig. 11. Espesores mínimos de lámina para chimeneas en función de su diámetro. (8) .................................17

Fig. 12. Razones de amortiguamiento según ASME STS-1. (8) .........................................................................18

Fig. 13. Característica de la respuesta de un sistema de 2º orden. (9) ............................................................18

Fig. 14.Coeficientes de exposición Kz. (8) ..........................................................................................................0

Fig. 15. Efecto del factor topográfico Kzt. (8)...................................................................................................19

Fig. 16. Tabla de coeficientes de fuerza. (8).....................................................................................................20

Fig. 17. Esquema de una escalera para montaje en campo. (9) ......................................................................24

Fig. 18. Equivalentes de carga para vigas. (10) ................................................................................................26



ANÁLISIS DE UNA CHIMENEA

Se requiere realizar el cálculo estructural de una chimenea de 1m de diámetro y una longitud de 30m. Se

contextualizará brevemente el funcionamiento de la chimenea dentro de la instalación, y se procederá a

explicar el procedimiento para el diseño estructural realizado.

CENTRALES TÉRMICAS

Fig. 1. Representación esquemática de una central térmica. (1)

CICLO DE RANKINE

Las centrales térmicas convencionales producen electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón,

fueloil o gas natural, mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor, más exactamente, el Ciclo de

Rankine, es en el quemador de la caldera donde se producen los gases que deben ser evacuados por la

chimenea.



Fig. 2. Esquema del Ciclo de Rankine. (2)

Una chimenea cumple en una central térmica las siguientes funciones:

1. Dispersar los gases de combustión y reducir localmente la influencia negativa de estos gases en el

aire. Por esta razón las chimeneas suelen tener una altura considerable.

En muchos casos, los gases emitidos no son más que vapor de agua, sin embargo, en la gran mayoría de

los casos, los gases son perjudiciales para el ambiente. Un ejemplo común el es dióxido de azufre SO2.

Este gas es emitido en muchos procesos industriales , especialmente los que queman carbón para

producir energía. El dióxido de azufre es particularmente perjudicial, ya que se mezcla con el agua del

aire para formar ácido sulfúrico H2SO4 formando lluvia ácida.

Todo gas que sale de una chimenea se llama emisión. Lo deseable es disminuir la cantidad, y efecto

negativo de las emisiones, hay básicamente 3 formas de hacerlo:

a. Reducir la cantidad de energía obtenida a partir del carbón , en favor de energías más limpias

(hídrica, eólica, solar, nuclear, etc). Sin embargo, estos métodos son a menudo más costosos que la

obtenión a partir del carbón, y crean otro conjunto de problemas como por ejemplo, los desechos

nuleares.

b. Poner filtros, depuradores y otras tecnologías en las chimeneas para retirar la polución perjudicialemitida por la chimenea. Sin embargo, estas tecnologías aumentan el costo de la energía a la

industria, y este costo adicional termina trasladándose a los consumidores.

c. Aumentar la altura de las chimeneas. Esto no reduce las emisiones, pero las libera más alto en la

atmósfera, donde las corrientes de viento superiores pueden dispersar los contaminantes lejos del



suelo. Sin embargo, hay naturalmente un límite para la altura máxima que puede alcanzarse con

las chimeneas, además, su mantenimiento es costoso.

2. Proveer el tiro o arrastre necesario para el funcionamiento del hogar de la caldera, con el fin de

poderle suministrar el aire necesario para la combustión del combustible, y arrastrar los gases

quemados al exterior. El tiro puede ser natural o mecánico.o Tiro natural: Es producido térmicamente. La chimenea crea una diferencia de presión

cuyo valor depende de la altura de la boca de la chimenea y de la diferencia media de

temperatura entre los gases quemados contenidos en la chimenea y la del aire del

exterior.

El tiro natural no consume energía mecánica, y está indicado en pequeñas centrales,

cuando la carga no varía considerablemente, o en donde las calderas no han de desarrollar

grandes producciones de vapor con gran rapidez. (3)

o Tiro mecánico: Es producido mediante inyectores de vapor o ventiladores.

Las necesidad del tiro en el sistema se debe a la resistencia al paso del aire y gases

quemados que aparece en conductos, lecho de combustible, tipo e instalación de la

caldera, precalentadores de aire, recuperadores y la velocidad de combustión requerida

entre otras.

DISEÑO DE LA CHIMENEA: CÓDIGO ASME STS-1 STEEL STACKS

El código ASME-STS de diseño de chimeneas de acero apareció en el año 1978 con el objetivo deestandarizar el diseño, fabricación y emplazamiento de las chimeneas y sus accesorios.

Fig. 3. Construcción e instalación de una chimenea de acero. (4)



El diseño de chimeneas es complejo debido a la susceptibilidad que tienen a fallar debido a vibraciones inducidas

por viento y por sismo, junto con la corrosión y la erosión.

A continuación se presenta la estructura del código ASME-STS.

Fig. 4. Estructura del código ASME STS.



Las siguientes, son algunas consideraciones básicas a tener en cuenta, requeridas por el código ASME STS:

Corrosión admisible 1/16’’ a 1/8’’

Material Pueden utilizarse los mismos que en ASME Sec. VIII.

Aislamiento interno Es requerido si hay vapores o elementos corrosivos

en el gas de salida.

Si la temperatura interna supera las temperaturas

admisibles para el acero empleado ASME Sec. II

Parte D.

Aislamiento externo Si el aire cirundante alcanza su punto de rocío (dew

point) Tgdp en la superficie externa de la chimenea.

Por regla general, si Ts<Tgdp+10°C, se requiere

aislamiento externo.

Consultar las condiciones ambientales (posibles

agentes corrosivos en el aire circundante).

Soldadura Deben tenerse en cuenta los coeficientes de

dilatación térmica a temperaturas mayores a 200°C

Creep Es un fenómeno de deformación permanente bajo

carga a alta temperatura. Para el acero SA-36 la

temperatura de creep es de 400°C.

Recubrimiento (pintura) Las chimeneas construidas de acero al carbón

pueden requerir pintura para proteger el acero, por

estética, y para satisfacer normas de seguridad

aérea.



Es importante tener en cuenta que hay aceros de

baja aleación que tiene suficiente resistencia a la

corrosión como para no requerir pintura en ciertos

entornos corrosivos, como el SA-242 y el SA-588,

además de los aceros inoxidables y algunos de alta

aleación.

Las pinturas se clasifican básicamente como:

Basadas en aceite, alquídicas, fenólicas y vinílicas.

ALTURA DE LA CHIMENEA

La acción causante de la circulación de los gases, y necesaria para vencer los rozamientos, expresada en

kg/m2 es igual a la altura de la chimenea h en metros, multiplicada por la diferencia de densidades del aire

exterior ρa y la densidad media de los gases quemados ρg.

La presión equivalente a 1cm de agua expresada en kg/m2 valdrá 100. D es el peso de 1m3 de agua a la

temperatura de los gases quemados en la chimenea.

El tiro (diferencia de presión) teórico en centímetros de columna de agua cmH2O vale entonces:

La densidad del aire exterior y la media de los gases quemados puede calcularse mediante el modelo de los

gases ideales:

Donde

P: Presión absoluta

V: Volúmen=1m3



n: Moles de gas=44,24mol (en 1m3)

M: Masa molar aire=28,97g/mol

R=29,29kg/°C para el aire y los gases de combustión.

T: Temperatura absoluta

B=Presión barométrica en mmHg

P/R= 13,6B/29,29=0,464B

En unidades inglesas, la fórmula para el tiro natural queda de la siguiente manera:

Donde:

B: Presión barométrica (atmosférica) [inHg]

: Tiro natural de la chimenea [inH2O]

: Altura de la chimenea [ft]

: Temperatura ambiente absoluta [°R]

: Temperatura promedio absoluta del gas [°R]

DISEÑO PARA CARGAS DE VIENTO

El diseño estructural de la chimenea fue realizado con el software Codeware Compress. Se presentará a

continuación la obtención de los datos de entrada para dicho cálculo, con una breve explicación de cada

parámetro. Estos parámetros son requeridos por el código ASCE 7-10 ( American Society of Civil Engineers) y

la norma NSR-10.



Una chimenea sometida a cargas de viento puede modelarse como una viga en voladizo bajo una carga

uniformemente distribuida.

PRESIÓN DEL VIENTO DE DISEÑO

La presión ejercida por el viento sobre la chimenea puede obtenerse a partir de la siguiente expresión que

es función de la velocidad del viento y factores de forma y altura.

Fig. 5. Presión de estancamiento del viento en función de su velocidad. (5)

Donde:

qs [lb/ft2]: Presión de estancamiento del viento a la altura estándar de 30ft.

Cq: Coeficiente de presión (factor de forma)=1 para chimeneas redondas.

Ce: Altura combinada, exposición y coeficiente del factor por ráfagas.

Fig. 6.Valores del coeficiente Ce para varias alturas de chimenea.

La categoría C es la condición más severa, con terreno plano y abierto que se extiende 0,5mi o más desde la

chimenea. Las grandes plantas petroquímicas están en esta categoría.

3-SEC GUST SPEED . VELOCIDAD DEL VIENTO BÁSICO



3-sec gust speed. Es la máxima velocidad que puede alcanzar una ráfaga de manera sostenida durante 3

segundos con una probabilidad de 1/50 de ser excedida en un año. Esta es la velocidad del viento de diseño.

Para el Reglamento Colombiano Sismoresistente NSR-10 esta velocidad se denomina velocidad básica del

viento, y se obtiene de la siguiente figura del Título B- cargas:

Se utilizará la velocidad básica para la región 4, V=120km/h.

Fig. 7. Velocidad del viento básico en Colombia. (6)



IMPORTANCE FACTOR. COEFICIENTE DE IMPORTANCIA

En la NSR-10 A2.5.1 se asigna el coeficiente de importancia según el grupo de uso al que pertenezca la

estructura.

• Grupo IV. Edificaciones indispensables.

• Grupo III. Edificaciones de atención a la comunidad.

• Grupo II. Edificaciones indispensables.

• Grupo I. Estructuras de ocupación normal

Fig. 8. Valores del coeficiente de importancia. (6)

Los tanques y estructuras metálicas en refinerías son clasificados a menudo dentro del Grupo I, si no son un

suministro vital. De este modo I=1,0.

EXPOSURE CATEGORY . CATEGORÍA DE RUGOSIDAD DEL TERRENO.

La categoría de exposición se determina con base en la rugosidad del terreno. Esta rugosidad es estimada,

según la topografía natural, la vegetación y el tamaño de las estructuras circundantes, según la descripción

dada en en inciso B.6.5.6 Exposición de la norma NSR-10, las cuales son equivalentes a las de ASCE 7-10: (6)

• Rugosidad de terreno B. Áreas urbanas, boscosas u otros terrenos con numerosas obstrucciones

de tamaño igual o mayor al de una vivienda unifamiliar y con poca separación entre ellas.

• Rugosidad de terreno C. Terreno abierto con pocas obstrucciones y con alturas inferiores a 9,0m.

Esta categoría incluye campos planos abiertos, praderas y todas las superficies acuáticas propensasa huracanes.

• Rugosidad de terreno D. Áreas planas y no obstruidas y superficies acuáticas por fuera de regiones

propensas a huracanes.

Las refinerías generalmente están ubicadas en terrenos tipo C. Esta será la rugosidad utilizada en el cálculo.



FIRST MODE FREQUENCY (FUNDAMENTAL FREQUENCY) . FRECUENCIA FUNDAMENTAL

VIBRACIONES MECÁNICAS

Fig. 9. Clasificación de las vibraciones mecánicas.

UN ACERCAMIENTO DESDE LA MÚSICA

La frecuencia fundamental se define como la mínima frecuencia de una forma periódica de onda. Por

ejemplo, cuando se toca una cuerda de guitarra, esta empezará a moverse hacia arriba y hacia abajo

cíclicamente a cierta velocidad. Esta velocidad es la frecuencia de la vibración. Esta frecuencia se mide en

ciclos de movimiento por segundo o Hz. En el caso de los instrumentos musicales, las cuerdas no vibran

solamente a su longitud total, también lo hacen la mitad, un tercio, un cuerto, etc de su longitud. Estas

vibraciones adicionales ocurren a una frecuencia mayor que la vibración original o fundamental pero tienen

menos fuerza. En el caso del sonido, los humanos no escuchamos cada vibración individualmente, en

cambio, escuchamos los sonidos de las vibraciones sucesivas sobrepuestas. Cada instrumento tiene un

patrón particular, y esto es lo que les da su sonido particular a cada uno.

De una manera simplificada, los tonos que escuchamos son una combinación de la onda fundamental con

sus armónicos como se esquematiza en la figura siguiente de la pulsación de una cuerda de guitarra:



Fig. 10. Frecuencia fundamental y sobretonos de una onda. (7)

MODELO MECÁNICO DE UNA ESTRUCTURA SOMETIDA A FUERZA EXTERNA

Se presenta a continuación de manera resumida la solución de la función de transferencia de una estructura

sometida a una fuerza externa. Este modelo es válido tanto para sismo como para viento, teniendo en

cuanta el sentido de los desplazamientos.

Fig. 11. Elementos básicos de un sistema oscilatorio. (8)

Puede obtenerse la ecuación diferencial de la masa sísmica M a partir de la segunda Ley de Newton dando

como resultado:



Donde M es la masa de la estructura, k es la constante del resorte y B el coeficiente de amortiguamiento.

Con condiciones iniciales:

Aplicando la transformada de Laplace se obtiene la función de transferencia del sistema:

Donde es la frecuencia de resonancia de la estructura, y la razón de

amortiguamiento.

A partir de este modelo matemático general para una estructura sometida a sismo, pueden interpretarse

con mayor claridad los parámetros de cálculo sísmico de las normas NSR-10 y ASCE 7-10.

La frecuencia fundamental fo, puede obtenerse a partir del periodo fundamental T.

El periodo fundamental de una estructura es el tiempo que esta toma en dar un ciclo completo cuando

experimenta vibración no forzada. De este periodo depende la fuerza que experimentará la estructura ante

el impulso sísmico o de viento.

Mediante la ecuación A.4.2-3 de la NSR-10 puede calcularse el periodo fundamental aproximado de una

estructura.

Donde,



Periodo fundamental aproximado.

: Coeficiente que depende del tipo de edificio según la tabla A.4.2-1NSR-10

h: Altura de la estructura

α: Exponente según el tipo de estructura según la tabla A.4.2-1NSR-10.

Fig. 12. Parámetros para el cálculo del periodo aproximado Ta. (6)

La chimenea podría considerarse resistente a momento, no adherida a componentes estructurales másrígidos.

Luego,

=0,072

h=30m

α=0,8

Ta=0,072*30^0,8=1,09s



ESPESOR DE LÁMINA DEL CUERPO

Para definir el espesor de la pared de la chimenea, el código ASME-STS ofrece 2 criterios. El primero, es el

espesor mínimo en función del diámetro, sin incluir corrosión admisible.

Fig. 13. Espesores mínimos de lámina para chimeneas en función de su diámetro. (9)

El código también tiene un espesor máximo dado por la siguiente expresión:

Ecuación 4.6 ASME STS-1

Para el caso que se está analizando, D=1m=39in=3,25ft, SA-36, Módulo de Young E=2,9x10^7

Utilizando estos 2 criterios, el espesor a seleccionar debe estar en el siguiente rango:

Previendo corrosión admisible, y siendo relativamente conservador, se seleccionó t=5/16’’=0,3125’’.

Modelo mecánico de una estructura sometida a desplazamiento sísmico

En general, un sistema vibratorio consiste de un resorte (como medio de almacenamiento de energía

potencial), una masa o inercia (como medio de almacenamiento de energía cinética) y un amortiguador

(como medio por el cual la energía se disipa gradualmente).



RAZÓN DE AMORTIGUAMIENTO

La razón de amortiguamiento determina el comportamiento del sistema oscilante. Un sistema amortiguado

puede tener los siguientes comportamientos según su razón de amortiguamiento:

Subamortiguado

Críticamente amortiguado

Subamortiguado

No amortiguado

Fig. 14. Razones de amortiguamiento según ASME STS-1. (9)

Dado que las razones de amortiguamiento dadas son meores a la unidad, se trata de un sistema

subamortiguado de segundo orden, según se mostró anteriormente, y tendrá la siguiente respuesta en el

dominio del tiempo.

Fig. 15. Característica de la respuesta de un sistema de 2º orden. (10)



COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN A LA PRESIÓN DE VELOCIDAD KZ

Una vez conocida la altura de la chimenea y su categoría de

exposición, puede consultarse el coeficiente de exposición Kz.

Para el presente caso, h 90ft, Categoría de exposición: B, se

tiene Kz 0,96.

FACTOR TOPOGRÁFICO KZT

Fig. 17. Efecto del factor topográfico Kzt. (9)

Este factor debe ser como mínimo 1.0, y se introduce para tener en cuenta con más precisión los efectos

que tiene el relieve circundante a la estructura sobre el perfil de velocidad del viento, el cuál puede ser

acelerado por montículos. Para efectos prácticos puede tomarse Kzt=1,0.

Fig. 16.Coeficientes de exposición Kz. (9)



PRESIÓN DE VELOCIDAD QZ

Donde:

V: Velocidad de ráfaga de viento de 3s [mph]

I: Factor de importancia según grupo de uso de la estructura

Kzt: Factor topográfico según relieve circundante.

Kz: Factor de exposición de presión de velocidad

qz: Presión de velocidad [psf]

COEFICIENTE DE FUERZA CF

El coeficiente de fuerza se obtiene a partir de la forma de la sección transversal (poligonal o circular), el tipo

de superficie, la relación de esbeltez h/D y la presión de velocidad qz.

Fig. 18. Tabla de coeficientes de fuerza. (9)

h/D=98ft/3,25ft=30



Interpolando en la tabla se obtiene Cf 0,8.

Con los anteriores valores, se tiene completos los valores de entrada para el cálculo mediante software. Los

resultados obtenidos se presentan anexos al presente informe.

DISEÑO PARA SISMO

Para realizar un diseño sismoresistente mediante software, deben comprenderse, y tulizarse correctamente

los siguientes parámetros de entrada:

1. Ubicar el sitio donde será instalado el equipo

Fig. 19. Acelerograma de Colombia para la aceleración pico efectiva Aa. (6)

La ubicación del equipo en servicio permite obtener os valores apropiados de aceleración pico Aa y

velocidad pico Av. La ubicación será el campo petrolero de Castilla en el Meta, luego, los valores de

aceleración y velocidad son Aa=0,3 y Av=0,4.

2. Determinar el valor de las aceleraciones espectrales.

RESPUESTA ESPECTRAL DE PERIODOS CORTOS. ESPECTRO ELÁSTICO DE

ACELERACIONES SA.

El valor de Sa representa la máxima aceleración horizontal, expresada en un porcentaje de la gravedad, a

que se ve sometido un sistema de un grado de libertad, con un período de vibración T; se define en funciónde la «aceleración pico efectiva», Aa. (11)



Fig. 20. Aceleración espectral para T=0,1s (izquierda) y 1,0s (derecha) (14)

Las aceleraciones espectrales pueden ser especificadas para diferentes frecuencias de oscilación, y

diferentes grados de amortiguamiento, aunque en la práctica se reporta al 5% de amortiguamiento.

Las aclaraciones espectrales describen la máxima aceleración sobre un oscilador armónico amortiguado en

un terremoto, moviéndose en una dirección.

CLASIFICACIÓN DEL SUELO

El cliente informa que el suelo es tipo D, que satisface las condiciones indicadas en el figura tomada del

NSR-10.

Fig. 21. Perfiles de suelo según NSR-10. (6)



COEFICIENTES DE AMPLIFICACIÓN EN SITIO

Conocidos Ss y S1, se pueden relacionar con el perfil del suelo del lugar de operación final, para seleccionar

apropiadamente sus valores a partir de la siguiente tabla:

Fig. 22. Coeficiente Fa de aceleración en periodos cortos (6).

Para el presente caso, el tipo de perfil es D, y Aa=0,3, luego, Fa=1,2.

Fig. 23. Coeficiente de amplificación que afeta la aceleración en la zona de periodos intermedios. (6)

Para el presente caso, el tipo de perfil es D, y Av=0,3, luego, Fa=1,8.

Con estos datos de entrada seleccionados, según el tipo de suelo y acelerogramas, pueden realizarse los

cálculos sísmicos mediante el software Compress. Los resultados se presentan en el Anexo I de este

informe.



CÁLCULO DE UNA PASARELA INDUSTRIAL

Fig. 24. Esquema de una escalera para montaje en campo. (12)

Se requiere elaborar la cotización para una escalera como la mostrada en la figura. Se dispone de la

ingeniería básica y deben hacerse el diseño; selección de perfiles estructurales y uniones atornilladas.

A continuación se presenta el procedimiento que se utilizó para la solución del problema.

NORMATIVIDAD APLICABLE: ENGINEERING EQUIPMENT AND MATERIALS USERS

ASSOCIATION

La Engineering Equipment and Materials Users Association EEMUA es una asociación inglesa que desarrolla

estándares para plantas térmicas, plataformas offshore, terminales de almacenamiento e instalaciones

industriales en general. La EEMUA una asociación colaboradora de la institución de estándares británicos

British Standards Institution BSI y participa en la elaboración de estándares con otras agencias como el

American Petroleum Institute API.

La EEMUA tiene el código Factory stairways, ladders and handrails. Esta publicación ofrece

recomendaciones y detalles típicos para el diseño y construcción de escaleras y pasarelas industriales.



De esta norma se extraen algunos detalles faltantes para la definición de las dimensiones y cargas básicas

para pasarelas de plantas de producción.

• Ancho entre barandas: Mínimo 600mm, preferiblemente 800mm.

• Barandas: Todas las escaleras deben ser protegidas en cada lado con una baranda a menos que la

altura total de la escalera sea menor a 500mm.

Todas las plataformas y pasarelas deben tener barandas. [8.6]

• Cargas sobre el piso

o Carga distribuida: 3.0 kN/m2 [8.8 Tabla 7]

o Carga puntual: 1.0 kN (en un cuadrado de 300mm de lado) [8.8 Tabla 7]

• Cargas laterales sobre las barandas.

o Servicio ligero, acceso limitado a una persona: 0,36kN/m [10.2 Tabla 8]

• Deflexión máxima: 10mm o 1/200 de la luz. La que sea menor.

• Altura de las barandas: 900mm a 1000mm

o Si las barandas son utilizadas como barreras, es decir, no solo como pasamanos sino para

protección contra caída, la altura no debe ser menor a 1100mm.

• Tamaño mínimo de tornillos: 16mm [10.3 Tabla 9]

• Espesor mínimo de perfiles rectangulares de barandas: 4.0 mm

• Lado mínimo de perfiles rectangulares de barandas: 38.1 mm x 38. 1 mm

CÁLCULO DE LA VIGA

Con la tabla de equivalentes de carga concentrada, se obtienen las constantes para calcular el momento

máximo y deflexión máxima en la viga.



Fig. 25. Equivalentes de carga para vigas. (13)

En la siguiente hoja de cálculo se resumen los datos de diseño utilizados y los cálculos básicos realizados

para la pasarela, implementando las fórmulas para el cálculo de vigas dadas en la especificación AISC.



ANÁLISIS FEM

La estructura metálica se modeló en Autodesk Inventor mediante la herramienta de creación de bastidores.

Una vez creado un boceto con los ejes de los elementos estructurales, se asignan a cada eje creado el perfil

deseado. En este caso, se analizarán perfiles C 4 X 7.25.



Una vez cargada la geometría, puede hacerse el análisis FEM.:



La deflexión máxima a la carga de diseño de 4mm es menor a la deflexión máxima de 1/200 de la longitud

recomendada en el código de la EEMUA, que para este caso sería de 18mm.

DISCUSIÓN SOBRE EL TRABAJO REALIZADO

Durante la pasantía realizada durante el presente semestre, se realizaron los cálculos de los siguientes

equipos:

Separador trifásico de petróleo Φ2,6m x 10m 150psi@160ªF



Demister para separador trifásico de petróleo 0.12m^3/s gas húmedo

Desaireador para patín de medición de petróleo 1360psi@200ªF

Knock-out drum atmosférico Φ0,6m x 1,6m 0psi@150ºF



Tanque acumulador de aire seco 5000gal Φ2m x 5,8m 175psi@150ºF

Tanque receptor estabilizador Φ0,8m x 3,0m 100psi@250ºF



Cercha para cubierta de techo de oficinas (6 cerchas)

En la elaboración de estos diseños, se realiza un gran número de iteraciones que deben hacerse, probando

varios espesores de lámina en el cuerpo, espesor de cordones de soldadura, ángulos de envolvente de

silletas, inercia de anillos de refuerzo, eficiencias de juntas, diámetros y espesor de bocas de conexiones,

refuerzos de conexiones, etc. Esto hace que en la presentación del diseño final, puedan quedar valores

antiguos que ya no corresponden al diseño actualizado.

Se encontró con esta experiencia, que es de suma importancia hacer una revisión final más detallada de las

memorias de cálculo con respecto a la hoja de especificaciones y pliegos del cliente y los planos finales de

fabricación.

Una revisión de estos aspectos puede tener el siguiente orden:

Verificación de la tabla de conexiones (Nozzle Schedule) para asegurar que los diámetros, espesor de

pared del cuello y tipo de boca (tubo, lámina rolada o coupling) sean correctos y conformes a los planos de

fabricación.

Tabla de espesores (thickness summary). Aquí deben revisarse los espesores mínimos calculados con

respecto a los nominales selccionados, que la corrosión admisible sea igual (al menos en cuerpo y cabezas

es lo usual), y también se haya aplicado a las conexiones de ser requerido. Además puede revisarse aquí

que la eficiencia de junta seleccionada (0.7 a 1,0) sea acorde al nivel de radiografiado requerido ej, RT3.

Espesor mínimo por código. En este punto se cometen errores comúnmente, pues debe seleccionarse en

función del fluido que contenga (3/32’’ para tanques de aire, 1/16’’ para otros fluidos por el artículo UG-

16(b) Minimum pressure of Retailing components del código ASME.



El programa Codeware Compress, permite hacer el cálculo de los tanques por cargas de viento, sin embargo

es importante tener a mano, y seleccionar correctamente los datos de entrada, como se indicó en el

presente informe. Es clave solicitar el lugar de operación del equipo, preguntando si estará en refinería o a

campo abierto (esto afecta los coeficientes topográficos Ktz del càlculo por viento) y es necesario tener a

mano los acelerogramas sísmicos de Colombia, provistos en el Estudio General de Amenaza Sísmica 2009 de

la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica así como los mapas de Velocidad del Viento en Superficie de

Colombia disponibles en http://www.upme.gov.co/Docs/MapaViento/CAPITULO1.pdf .

En el caso de las simulaciones con elementos finitos siempre es importante comparar con respecto a

valores obtenidos por cálculos manuales, ya que pueden obtenerse valores erróneos producto de no

especificar adecuadamente las restricciones, por ejemplo, y las simulaciones en estos casos, pueden

alejarse de la situación real de carga.

También es importante antes de comenzar un diseño, consultar diseños de la competencia y normas. Este

ejercicio a menudo conduce a estándares que no son comúnmente aplicados en Colombia, como es el caso

de las normas inglesas EEMUA, que pueden ofrecer indicaciones adicionales para llegar a un mejor diseño.

BIBLIOGRAFÍA

1. Santillana. La generación de energía eléctrica. [En línea] [Citado el: 18 de Junio de 2013.]

http://co.kalipedia.com/tecnologia/tema/central-termica-combustibles-fosiles.html?x=20070822klpingtcn_103.Kes&ap=2.

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informe 3-pasantía rfeng_rev1

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