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Análisis por Elementos Finitos de Tanques de
Almacenamiento
Euro Casanova1 and Carlos Graciano2
1
Universidad Simón Bolívar, Departamento de Mecánica, Caracas, Venezuela.
2 Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Departamento de Ing. Civil, Colombia.
Descripción de la empresa
Universidad Simón Bolívar
USB
Valle de Sartenejas
FUNDADO EN 1969
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
•
•
•
•
Modelado de tanques de almacenamiento
Tanques diseñados por Norma API 650
Análisis de Falla
Análisis de Esfuerzos por cargas externas
producidas por las tuberías conectadas.
Análisis de Falla de Tanque de
Almacenamiento
Descripción del problema
Explosión de Tanque de Almacenamiento
Análisis de Falla
Explosión de Tanque de Almacenamiento
Tanque
Vigas soportes de Techo
Inspección de campo
Visita de Campo
Inspección
Análisis de falla
Hipótesis de cálculo
• Análisis estático y lineal usando MEF (API 650)
• Elementos tipo Shell163 de 4 nodos (6 DOF por nodo)
• Material del tanque: ASTM A36
• Carga de presión interna, uniforme, distribuida sobre las
paredes y el techo (¿Falla de la válvula de alivio?).
• No se incluyó el efecto de la presión hidrostática.
Modelado numérico
Vistas generales de la malla obtenida, formada por 19854 elementos,
20011 nodos y 120066 grados de libertad
DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DE von MISES
Exterior del tanque
Desplazamientos en el tanque
(módulo de los desplazamientos)
Perfiles del soportes del techo
Conclusiones
No se pudo terminar el trabajo por
falta de información
Modelado de Tanques de
Almacenamiento
Casanova, E. Graciano, C. “Construcción de Modelo Numérico de las boquillas
y de clips de soportes mediante MEF de las boquillas de tanques”. Reporte
Interno, Fundación de Investigación y Desarrollo (FUNINDES), Universidad
Simón Bolívar, Caracas, Venezuela, 2005.
Apéndice P Norma API 650
• Diámetros superiores a 36m.
• Las boquillas se deben encontrar en la mitad
inferior del tanque.
• Las boquillas son radiales.
• Que ocurre cuando las boquillas están
soldadas muy cercanas?
• Alternativas: Nozzle Pro, FEM ANSYS
Hipótesis de cálculo
• Análisis estático y lineal usando MEF (API 650)
• Elementos tipo shell de 4 nodos (6 DOF por nodo)
• Material del tanque: ASTM A36
• Material de las boquillas: ASTM A53 Gr B
• Cargas sobre las paredes del tanque: peso del techo,
presión del fluido
• Cargas sobre las boquillas y clips: cargas externas
ocasionadas por las tuberías conectadas
Cargas
Cargas sobre techo del Tanque A
• El peso total del techo fue calculado:
W= 130801 N
• La carga resultante R y del momento M
son 2036 N y 3109 N.m, respectivamente.
Cargas sobre techo del Tanque B
q
q
• El peso total del techo
B
W= 23628 N. x
• Los valores de Bx y By son
7870 N y 23610 N,
respectivamente.

By
Bx

By
Cargas sobre las boquillas del Tanque A
Diámetro
(in)
Tipo
Proy.
(mm)
Elev.
(mm)
Fx
(N)
Fy
(N)
Fz
(N)
Mx
(N.m)
My
(N.m)
Mz
(N.m)
4”
N1
2467
248
500
2000
50
50
50
500
P+W
(DISEÑO)
1500
2000
100
100
100
500
P+W+T
(DISEÑO)
100
1000
0
100
0
500
P+W
(DISEÑO)
1500
1000
2500
100
500
100
P+W+T
(DISEÑO)
-50
-50
-50
-50
50
-50
P+W
(DISEÑO)
-50
-300
-50
-100
100
-100
P+W+T
(DISEÑO)
-50
-500
-100
-50
50
-50
P+W
(DISEÑO)
-500
-700
-1000
500
-200
-200
P+W+T
(DISEÑO)
Sch 80
6”
N2
2492
275
Sch 80
4”
N6
2467
200
Sch 80
3”
Sch 80
N3
2467
225
Condición
Cargas sobre las boquillas del Tanque B
Diámetro
(in)
Tipo
Proy.
(mm)
Elev.
(mm)
Fx
(N)
Fy
(N)
Fz
(N)
Mx
(N.m)
My
(N.m)
Mz
(N.m)
3”
N5
6181
225
30
-100
110
-10
-10
10
P+W
(DISEÑO)
50
-110
60
-15
-30
-5
P+W+T
(DISEÑO)
-600
-1400
50
-400
-300
400
P+W
(DISEÑO)
-600
-1400
-350
-600
300
400
P+W+T
(DISEÑO)
-50
-50
50
50
-50
200
P+W
(DISEÑO)
-1600
-1600
500
-300
-50
-1000
P+W+T
(DISEÑO)
-50
-200
200
-300
-100
100
P+W
(DISEÑO)
-100
-1000
100
-300
-100
-500
P+W+T
(DISEÑO)
Sch 80
8”
N8
-
Techo
Sch 80
6”
N6
6210
11725
Sch 80
4”
Sch 80
N4
6185
225
Condición
Modelado del Tanque A
• Diámetro
• Altura
• Espesores
Anillo 1
Anillo 2
Anillo 3
Anillo 4
• Esp. corr.
18300 mm
12000 mm
11.11 mm
9.53 mm
7.94 mm
6.35 mm
1.59 mm
Modelado del Tanque B
• Diámetro
• Altura
• Espesores
Anillo 1
Anillo 2
Anillo 3
• Esp. corr.
4572 mm
6400 mm
9.53 mm
7.94 mm
6.35 mm
1.59 mm
Análisis de esfuerzos en las boquillas
Modelo de las Boquillas
Boquilla Tipo R del Tanque A
Boquilla Tipo R del Tanque A
Modelo de las Boquillas
Boquilla Tipo NR del Tanque B
Boquilla Tipo R del Tanque B
Resultados
• En el Tanque A, la acción combinada de las cargas
estáticas transmitidas por los sistemas de tuberías
sobre las boquillas y clips de soporte, presión
hidrostática, peso (techo y propio del tanque) no
producen la falla del tanque de acuerdo a lo establecido
en la Norma API 650.
• En el Tanque B, los esfuerzos generados por las cargas
impuestas en las paredes del tanque no superan el
valor admisible.