Tanke Esferico A36

Memoria de cálculo: Estanque esférico
A través del siguiente informe se muestra el procedimiento de cálculo para asignar los espesores correspondientes al diseño de un estanque de almacenamiento.
Volumen nominal = 1000 (metros cubicos)
Producto a almacenar = Hidrogeno
Temperatura de diseño = 40°C aprox
Presión de operación = 11 Bar o 11.22 Kg/cm2
 Presión de diseño = 16.5 Bar o 16.83 Kg/cm2=239,31[lb/pulg2]
Con los datos anteriores procederemos a realizar el diseño y cálculo del recipiente esférico, primeramente calcularemos el diámetro de la esfera. El diámetro de la esfera será calculado en función del volumen que se va a almacenar, este volumen será de 1000 metros cúbicos, pero como nunca debemos diseñar un recipiente para almacenar su capacidad nominal, generalmente, es recomendablediseñar los recipientes a presión para almacenar un 20% más de volumen, este exceso servirá de “colchón” para absorber las dilataciones térmicas del producto al existir incremento o decremento de temperatura. Por lo anterior, el volumen de diseño será igual al volumen nominal multiplicado por 1.2.
V = 1000 (1.2) = 1200 (metros cúbicos).
 El volumen de una esfera está dado por la ecuación:
V= 4πr3/ 3 , despejando el radio tenemos que:
Sustituyendo valores

r = 6.59 metros, convencionalmente diseñaremos una esfera, cuyo radio será de 6.6 metros, es decir, tendrá un diámetro interior de 13.2 metros.

1. CÁLCULO POR PRESIÓN INTERNA
1.1. CÁLCULO DE LAS PRESIODES DE DISEÑO
Para calcular el espesor requerido en un recipiente esférico, es necesario calcular las presiones de diseño a diferentesalturas, es decir, a la presión de diseño le agregaremos la presión debida a la columna del producto a almacenar si el peso específico del producto es mayor que la unidad, calcularemos la presión generada por la columna de producto, si el peso específico fuese menor que la unidad, tomaremos uno como peso específico del producto, ya que al hacer la prueba hidrostática, generalmente la hacemos conagua y nunca con el producto a almacenar. Nuestra esfera será fabricada por medio de gajos, de acuerdo a la figura que se mostrara posteriormente en donde se pueden apreciar las diferentes alturas hasta donde llegarán los gajos con los que será fabricada la esfera y cuyos valores serán:
h1= 0.35 m. 
h2= 3.85 m.
 h3= 9.35 m. 
h4= 12.85 m.
 h5= 13.2 m.
Las presiones a diferentes alturas, seráncalculadas por medio de la siguiente ecuación:

Donde:
PD = presión de diseño; PS = ρ*h
Entonces:
P = 16.83 + 0.0 = 16.83 Kg/cm2
P1 = 16.83+ 0.035 = 16.865 Kg/cm2
P2= 16.83 + 0.385 = 17.215Kg/cm2
P3= 16.83 + 0.935 = 17.765 Kg/cm2
P4= 16.83 + 1.285 = 18.115 Kg/cm2
P5= 16.83 + 1.32= 18.15 Kg/cm2









 1.2. CÁLCULO DE LOS ESPESORES
Calcularemos ahora los espesores requeridos en las siguienteszonas: casquete superior, zona superior, zona ecuatorial, zona inferior y casquete inferior.
Del Código A.S.M.E., Sección VIII, División 1, usaremos la ecuación:

Donde: P=presión; R=radio; S=esfuerzo a la tensión del acero; E= es la eficiencia de la soldadura o eficiencia conjunta adimensional =1












 Debemos recordar que a todos los espesores anteriormente calculados se les deberá agregarla tolerancia por corrosión. El material utilizado en el diseño de la esfera es un acero estructural A-36, cuyo esfuerzo a la tensión(S) es igual a 2549,29 Kg/cm2.
 


2. CÁLCULO POR PRESIÓN INTERNA
Verificaremos ahora si el espesor calculado para soportar presión interna es suficiente para resistir vacío total, para ello analizaremos el recipiente como si fuese una tapa semiesférica yutilizaremos el siguiente procedimiento.


 Entrando con el valor de “A” anteriormente calculado en el siguiente grafico, tenemos que aproximadamente B = 6,000.



















Entonces:


Esta presión es mayor que la presión de operación por lo que concluimos que el espesor calculado para soportar presión interna, es suficiente para soportar vacío total.

3. Cargas por viento:
Se considera una...