Ingeniera de Estanques para Lquidos

Ingeniera de Estanques para Lquidos

Aspectos Tcnicos y Legales

Jos Salvador Molina QuitralIngeniera Civil Ambiental Temuco, 5 de Mayo 2015 Universidad de la FronteraFacultad de Ingeniera y CienciasObjetivo GeneralEntregar antecedentes generales sobre la ingeniera detrs del diseo de estanques para lquidos y normativa relacionadaObjetivo EspecficoDescribir los factores ms relevantes a considerar en el diseo de estanques para almacenar lquidosRevisin breve de la normativa chilena y entregar antecedentes sobre las normas internacionales con las que se relaciona

EstanquesEstructuras de diversos materiales destinados al almacenamiento de materias primas o materias procesadas

ContenidoI. Eleccin del EstanqueII. Factores de DiseoIII. Normas de Diseo SsmicoConclusionesI. Eleccin del estanque1. Funcin2.Material de construccin3. Geometra4.Propiedades fsicas de la sustancia

1.1 Segn su funcinProduccin y proceso: para distintos procesos que se ejecutan para la obtencin de un producto especfico.

Reserva: almacenamiento de sustancias con mayor tiempo de residencia, mayor dimensin, permiten ser una pausa dentro del rea productiva y de transporte

Produccin y proceso: para distintos procesos que se ejecutan para la obtencin de un producto especfico.

Reserva: almacenamiento de sustancias con mayor tiempo de residencia, generalmente poseen mayor dimensin que los estanques de proceso y permiten ser una pausa dentro del rea productiva y de transporte

61.2 Segn material de construccinMetlicos: Acero y aluminio.Acero los ms comunes: material abundante, fcil de adquirir, rpida construccin, eficiente y de bajo costo.Aluminio principalmente para almacenar gases o combustibles No metlicos: Plstico y de concreto. Plstico (comnmente reforzado con fibra de vidrio) es indiferente a la corrosin, resistente a cargas, livianos, menor mantenimiento.

La seleccin del material se basa principalmente en el costo, facilidad y rapidez de construccin, resistencia a la corrosin, compatibilidad con el lquido que se va a almacenar y segn indicacin de alguna norma.

Metlicos: Acero como material principal y sus variaciones (inoxidable), adems del aluminio. Los de acero son los ms comunes debido a que es un material abundante, fcil de adquirir, de rpida construccin, eficiente y de bajo costo.Los estanques de aluminio son utilizados principalmente para almacenar gases o combustibles y en general son de menor tamao en comparacin a los de acero. Al ser un material liviano es adecuado para construir estanques pequeos que se pueden transportar fcilmente, como en los camiones de combustible, cisterna, etc.No metlicos: Los ms utilizados son los de plstico y de concreto. Se utilizan principalmente para almacenar lquidos como tambin para ser utilizados de estanques de sedimentacin, manejo de desperdicios o para almacenamiento de granos. El estanque de concreto es de alto costo en comparacin al de acero, adems para estructuras hidrulicas debe ser de baja permeabilidad y resistente a la corrosin qumica, para prevenir el goteo y proveer proteccin contra la corrosin del refuerzo. El estanque plstico (comnmente reforzado con fibra de vidrio) tiene un menor costo que el de acero, adems posee varias caractersticas que lo hacen ser muy cotizado, por ejemplo, es indiferente a la corrosin, resistente a cargas, livianos, no necesitan mantenimiento continuo, traslucidos. Actualmente son diseados para capacidades pequeas y medianas.

71.3 Segn su geometraVerticalesPermite almacenar grandes volmenes Fondo plano o cnico, con o sin techoUso en procesosHorizontales

Rectangulares

CilndricosRestriccin de alturaAdaptable en espacio reducidosMenor volumenTransporte de productos petroqumicos

Pueden estar en altura o con torre de elevacin, semienterrados, enterrados, o a nivel de suelo.HorizontalesEl tanque rectangular se construye generalmente con la menor altura posible, debido a las fallas que presenta respecto de las concentraciones de esfuerzos que se producen en sus esquinas. Tiene la ventaja de adaptarse al espacio donde se instalan (cuadrado, rectangular, en L), especialmente en espacios reducidos.Los estanques cilndricos generalmente almacenan volmenes relativamente bajos, debido a que presentan problemas de fallas por corte y flexin. Principalmente se usan para almacenar volmenes pequeos de sustancias y se utilizan principalmente para el transporte de productos petroqumicosVerticalesEste tipo de estanque es uno de los ms usados ya que permite almacenar grandes volmenes de lquidos y concentrados. Es recomendable ser diseado en su forma cilndrica nicamente y dependiendo del uso requerido se pueden encontrar con fondo plano o cnico, con o sin techo.El estanque cilndrico vertical se utiliza comnmente para procesos ya que posee varias ventajas respecto al horizontal, por ejemplo, se pueden insertar agitadores, posee una mayor capacidad de almacenaje, menor costo de material, etc.

81.4 Segn propiedades fsicas de la sustanciaAbiertosPrincipalmente se usan en la industria alimenticia, vitivincola y agrcolaRevestimiento de goma, plstico u otro material para mejorar la resistencia a la corrosin.Cerradosrea industrialCondiciones de presin y temperatura especficasPor lo general se utilizan en sustancias voltiles y derivados de petrleoProtegen y mantienen las caractersticas de la sustancia almacenada.

T, P

Las propiedades de temperatura y presin, definen en parte si el estanque debe ser abierto o cerrado.La presin es un factor importante en la seleccin del estanque debido principalmente al proceso que se est ejecutando dentro del equipo, lo que determina la capacidad de trabajo con esa propiedad. El control de la temperatura se vuelve especialmente importante para controlar los gases, por ejemplo, del gas natural licuado que requiere una temperatura de -161C. Abiertos: generalmente trabajan a una presin igual o cercana a 1 atmsfera (101.325 kPa) y temperatura ambiente. Principalmente se usan en la industria alimenticia, vitivincola y agrcola; y por lo general poseen un revestimiento de goma, plstico u otro material para mejorar la resistencia a la corrosin.Cerrados: estos estanques estn diseados principalmente para el rea industrial, donde se requiere el almacenamiento en condiciones de presin y temperatura especficas. Por lo general se utilizan en sustancias voltiles y derivados de petrleo debido a las propiedades fsicas y qumicas que poseen. Tambin son muy utilizados donde se requiere proteger de agentes como polvo, basura y animales, que pueden afectar las caractersticas de la sustancia almacenada.

9II. Factores de Diseo1. Material a almacenar2. Volumen de sustancia a contener3. Localizacin del estanqueEl equipo debe ser capaz de soportar los agentes corrosivos, voltiles, explosivos, etc., que posee la sustancia a almacenar. 2.1 Material a almacenarSustanciaEstanque AguaPetrleo y derivadosMaterial de mineraQumicos (gases)AlimentosAceroXXXXXAluminioooooPlsticoXoXConcretoXooX: comnO: ocasionalEs esencial en el diseo del estanque que el equipo sea capaz de soportar los agentes corrosivos, voltiles, explosivos, etc., que posee la sustancia a almacenar. De ah deriva la investigacin que se debe realizar para determinar el tipo de material a utilizar en la construccin del estanque, y las precauciones que se deben tomar.En la Tabla 1 se muestran algunas sustancias de uso comn con el respectivo material de estanque:Los fabricantes deben tener la precaucin de disear el estanque segn los materiales disponibles en el mercado, tal es el caso de los estanques de aluminio y acero, los cuales deben regirse para los estndares que existen de planchas segn indicacin de quienes proveen estos materiales.112.2 Volumen de la sustancia a contener

Volumen mximo de diseo: capacidad mxima del estanque (80-90% altura)Volumen de trabajo: capacidad normal de trabajo con la que opera el estanqueVolumen muerto: corresponden al volumen mnimo de sustancia que puede contener el estanque

Determina principalmente la geometra que tendr el estanque

Volumen de la sustancia a contenerEste factor determina principalmente la geometra que tendr el estanque, debido al volumen a almacenar. Para volmenes pequeos se pueden utilizar casi todos los tipos de estanque, sin embargo para capacidades mayores a 100 barriles (159 m3) usualmente se utilizan los estanques verticales cilndricos. En la industria minera y petroqumica, se requiere almacenar grandes cantidades de productos, por lo que se necesita estanques de gran dimensin. Para el almacenamiento de GNL por ejemplo, estos pueden almacenar desde 5.000 (7.950 m3) hasta unos 150.000 barriles (23.848 m3), con un dimetro entre 50 a 70 metros, y una altura que bordea los 14 metros.Es frecuente no utilizar toda la capacidad del estanque debido diversos factores tales como el movimiento del producto en el transporte, gases o espuma que emite la sustancia, prdida por derrame, etc.La capacidad del estanque posee principalmente 3 tipos de volmenes:Volumen muerto: corresponden al volumen mnimo de sustancia que puede contener el estanqueVolumen de trabajo: es la capacidad normal de trabajo con la que opera el estanqueVolumen mximo de diseo: se refiere a la capacidad mxima que permite el estanque, cuyo nivel se relaciona con la altura del estanque, siendo por lo general de un 80-90%.

122.3 Localizacin del estanqueEntorno: capacidad del terreno para soportar el estanque, humedad presente, capacidad de drenaje, resistencia a perforacionesEspacio disponible: geometra del estanque, ubicarlo dentro de algn recinto y respaldar la informacin a travs de planos y diagramas de su funcin o proceso.Condicin geogrfica: caractersticas climticas y geodsicas en las que se encontrara el estanque, principalmente en cuanto a factores como el viento, sobrecarga de nieve y sismos.

Principalmente se debe analizar el entorno donde se ubicar, el espacio disponible para su construccin y la ubicacin geogrfica. Entorno: condiciones naturales, accesos, impacto ambiental, estudio de suelos, etc. Se investiga principalmente la capacidad que posee el terreno para soportar el estanque, determinando la humedad presente, capacidad de drenaje y resistencia a perforacionesEspacio disponible: se debe determinar la geometra del estanque, ubicarlo geogrfica y topogrficamente dentro de algn recinto y respaldar la informacin a travs de planos y diagramas de su funcin o proceso.Condicin geogrfica: se refiere a las caractersticas climticas y geodsicas en las que se encontrara el estanque, principalmente en cuanto a factores como el viento, sobrecarga de nieve y sismos. Cada uno de estos factores debe estar incluido en el diseo del estanque y dependern de las normativas generales y locales respectivas.

13III. Normas de diseo ssmicoAPI 650AISC 1989, 1996, 1999AWWA D-100, D-110, D-115UBC 97NZS 4203etc

Norma NCh 2369

NCh 2369: Diseo ssmico de estructuras e instalaciones industrialesPrincipios: proteccin y continuidad de operacinReferencia normativas internacionalesDisposiciones de aplicacin generalAnlisis ssmicoDeformaciones ssmicas Elementos secundarios y equipos montados sobre estructurasDisposiciones especiales para estructuras de acero, hormign, fundaciones

Una de las caractersticas principales de NCh 2369 es la mayor seguridad ssmica que implican sus disposiciones

Esta norma se basa en la experiencia predominantemente chilena que se ha obtenido del comportamiento de las estructuras y equipos industriales durante los sismos destructivos de 1960 en la zona de Concepcin y Talcahuano, y de 1985 en la zona central del pas.Una de las caractersticas principales de NCh 2369 es la mayor seguridad ssmica que implican sus disposiciones, esto se debe a dos razones principales: la primera es la magnitud de las prdidas econmicas que pueden eventualmente producirse en una industria debido a la interrupcin o suspensin del proceso productivo; la segunda es el menor costo relativo de la estructura sismo-resistente de una obra industrial en comparacin con el costo de los equipos que alberga.

Eventos ssmicos pueden causar fallas en estos equipos con graves consecuencias, entre las que se encuentran fallos en las placas que forman el cuerpo del estanque, daos en la cubierta, fallos en las fundaciones y anclajes, entre otras.

15ConclusionesEl diseo de cada estanque obligatoriamente debe llevar un estudio previo que analice las caractersticas particulares del lquido que almacenarEs necesario considerar aspectos como el entorno (caractersticas climticas, viento, sismos, etc)Las normas entregan directrices que facilitan el trabajo de los diseadores, recibiendo recomendaciones (materiales, dimensiones, soldaduras, construccin, etc)Los organismos detrs de las normas han mostrado inters en la experiencia con sismos de pases como Chile, generando conocimiento a travs de estudios y actualizando paulatinamente los estndares. Sin embargo, a pesar de ser un pas altamente ssmico, la norma chilena se basa en recomendaciones de normas extranjeras.

ReferenciasGmez, I. (2007). Clculo de estanques para el almacenamiento de agua, anlisis comparativo de las normas API 650 y AWWA D-100. Memoria para optar al ttulo de Ingeniero en Ejecucin Mecnica, Universidad de Talca, Escuela de Ingeniera de Ejecucin en Mecnica, Curic, Chile.}

Hernndez, S. (2007). Comparacin del diseo ssmico de estanques de acero segn normas Norteamericana, Neozelandesa y las recomendaciones Chilenas. Informe de proyecto para optar al ttulo de Ingeniero Civil, Universidad Catlica de la Santsima Concepcin, Facultad de Ingeniera, Concepcin, Chile.

Llanos, J. (2009). Aplicacin y justificacin de la norma API 650, comparacin con la norma Nch2369 Of. 2003. Proyecto de Ttulo presentado en conformidad a los requisitos para obtener el Ttulo de Ingeniero Civil, Universidad del Bio Bio, Facultad de Ingeniera, Departamento de Ingeniera Civil, Concepcin, Chile.

(s.f.). Norma Chilena Oficial NCh 2369.Of2003 : diseo ssmico de estructuras e instalaciones industriales.

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