ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO Y ESTANDARIZACIÓN DE TANQUES DE
ALMACENAMIENTO DE CEMENTO PARA UNA
CAPACIDAD DE 50 T-M
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
MECÁNICO
MEDIAVILLA CHANCUSIG GERARDO DANIEL
[email protected]
VALVERDE REYES CHRISTIAN LEONARDO
[email protected]
DIRECTOR: ING. CARLOS OSWALDO BALDEÓN VALENCIA MDI
[email protected]
CO-DIRECTOR: ING. MAURICIO BOLÍVAR CELY VÉLEZ
[email protected]
Quito, Julio 2014
I
DECLARACIÓN
Nosotros, Mediavilla Chancusig Gerardo Daniel y Valverde Reyes Christian
Leonardo, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se
incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad
intelectual correspondiente a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,
según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por
la normativa institucional vigente.
Mediavilla Chancusig Gerardo Daniel
Valverde Reyes Christian Leonardo
II
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Mediavilla Chancusig
Gerardo Daniel y Valverde Reyes Christian Leonardo, bajo mi supervisión.
Ing. Carlos Baldeón
DIRECTOR DEL PROYECTO
Ing. Mauricio Cely
CODIRECTOR DEL PROYECTO
III
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por darme la salud para continuar con mis estudios a lo largo
de la carrera y culminar la misma con éxito.
A mi familia por estar siempre junto a mí alentándome y brindándome todo su
amor, cariño , comprensión y apoyo incondicional en los momentos más duros
que he vivido al inicio y durante mi vida universitaria.
A la Facultad de Ingeniería Mecánica y sus profesores que durante la carrera
supieron darme principios de investigación y hacerme notar que nunca es
suficiente solo lo escrito en un pizarrón.
Al Ingeniero Carlos Baldeón quien supo colaborarnos en los momentos exactos
para culminar el presente Proyecto de Titulación.
Al Ingeniero Mauricio Cely por su colaboración y consejos para culminar con éxito
el presente proyecto por su amistad y humildad.
A mi amigo y compañero de Tesis Christian Valverde quien me ha demostrado
una vez más su esfuerzo y dedicación que fue importante para culminar este
proyecto con éxito.
GERARDO
Agradezco a Dios por regalarme salud e inteligencia a lo largo de mi vida
A mis queridos padres por su paciencia, amor y cuidados. Sin su apoyo sin duda
esto no habría sido posible.
A mis queridos hermanos Daniel y Mayra, por su alegría y fuerza juvenil.
A mí sobrino Leonardo por llenar de alegría mi vida.
A Brigitte, por ser un soporte y apoyo en los momentos más difíciles a lo largo de
esta dura travesía
A la Facultad de Ingeniería Mecánica y todos quien forman parte de ella.
Agradezco sus enseñanzas y consejos que formaron en mi un mejor ser humano.
Al ingeniero Carlos Baldeón y al ingeniero Mauricio Cely por sus enseñanzas,
colaboración y consejos en la elaboración de este proyecto
A mi amigo y compañero Gerardo por su esfuerzo y dedicación a este proyecto.
Sin duda sin tu compromiso esto habría sido mucho más difícil.
CHRISTIAN
IV
DECICATORIA
A mi madre la Sra. María Esther Chancusig Casa, quién sola supo sacar adelante
a sus seis hijos, madrecita mía has hecho tanto por mí, todo este esfuerzo es
insignificante frente a todas tus acciones por esto y muchas cosas más usted se
merece mi total respeto y admiración.
A mi hermana Marcela Mediavilla, quién a su corta edad se puso al frente de la
familia buscando así mejores días para todos, por tu ayuda hoy escribo estas
palabras con alegría y amor.
A mi hermana Ximena Mediavilla, que supo darme ejemplo de ser trabajador,
fuerte y de no decaer por más duro que sea el camino, gracias por enseñarme a
ser un hombre útil en el hogar y la sociedad.
A mi hermana Yessenia Mediavilla, de ti aprendí a ser persistente, tener
fortaleza y saber que aunque no se tenga un centavo en el bolsillo debes seguir
adelante esforzándote para conseguir las metas propuestas.
A mi hermana Ligia Mediavilla, tú me has enseñado que por la familia uno debe
ser valiente, arriesgado, decidido y destacado en las labores profesionales.
A mi hermano Fernando Mediavilla, me siento orgulloso de ti de que estés
peleando con coraje y dedicación por tus sueños sigue adelante nunca te dejare
solo.
A mis sobrinos Kenny, Esteban y Luciana, ustedes llegaron a darle una gran
alegría a la familia y a mí un impulso más para ser cada día mejor, ustedes
tendrán mi respaldo incondicional siempre.
A Jenny Hernández, por tus consejos, por brindarme tu calor y amor
incondicional llegaste a mi vida en el momento adecuado, te amo.
Todo este esfuerzo está dedicado a todos ustedes gracias por ser mi fuerza,
inspiración, coraje y orgullo
GERARDO
V
Dedico este proyecto a mis abuelos que en cada conversación me han regalado
sabiduría. Sin sus consejos hoy no estuviera aquí.
A mi querida madre América, que con su tierna mano formó en mi la
perseverancia y la paciencia. Gracias por levantarme cuando he caído. Usted
sabia que este día llegaría, aún cuando tantas veces lo dude.
A mi padre Leonardo, junto a usted aprendí el significado de trabajo duro y
sacrificio constante. Finalmente padre lo hemos logrado.
A Daniel y Mayra. Ustedes han sido compañeros de incontables noches de
trabajo silencioso y de importantes enseñanzas.
A mi sobrino Leonardo, tus sonrisas han llenado mi vida de alegría.
A Brigitte, tu fuerza me inspira a ser mejor, tu voluntad me alienta. Gracias por
caminar esta senda conmigo. Gracias por vivir conmigo tantas las alegrías y
llantos.
A mis profesores y amigos Carlos Valladares y Juan Antonio Serrano, que
supieron mostrarme el camino de la superación.
A Fabián Noboa, siempre creyó mí y encontró las palabras que me alentaron a
seguir adelante.
A mis tíos, por ver en mí capacidades que desconocía. Gracias por su apoyo
moral a lo largo de estos años.
Y finalmente a todos mis compañeros y amigos, con quienes pase tatos
momentos en alegría y tristeza.
CHRISTIAN
VI
CONTENIDO
CONTENIDO ......................................................................................................... VI
CONTENIDO DE TABLAS .................................................................................... XI
CONTENIDO DE FIGURAS ................................................................................ XIII
CAPÍTULO I ........................................................................................................... 1
1.
GENERALIDADES .................................................................................. 1
1.1.
TANQUES DE ALMACENAMIENTO ....................................................... 1
1.2.
TIPOS DE TANQUES ............................................................................. 1
1.2.1.
SEGÚN LA FORMA Y DISPOSICIÓN DE SUS EJES DE SIMETRÍA ...... 1
1.2.2.
SEGÚN LA PRESIÓN .............................................................................. 2
1.2.3.
SEGÚN LA TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO ........................... 2
1.2.4.
SEGÚN LA UNIÓN DE LAS LÁMINAS .................................................... 3
1.2.5.
SEGÚN LA CAPACIDAD DE MOVILIZARSE........................................... 3
1.2.6.
SEGÚN EL PRODUCTO ALMACENADO ................................................ 4
1.2.7.
SEGÚN EL TIPO DE TECHO PETRÓLEO Y SUS DERIVADOS .......... 10
1.2.8.
SEGÚN EL TIPO TAPA PARA SÓLIDOS EN GENERAL ...................... 14
CAPITULO II ........................................................................................................ 20
2.
CEMENTO: PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO .......................... 20
2.1.
RESEÑA HISTORIA .............................................................................. 20
2.1.1.
HISTORIA DEL CEMENTO PORTLAND ............................................... 20
2.2.
DEFINICIÓN DEL CEMENTO ............................................................... 22
2.2.1.
TIPOS DE CEMENTOS ......................................................................... 22
2.3.
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CEMENTO ..................... 26
2.3.1.
COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO................................... 27
2.3.2.
REQUISITOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DEL CEMENTO ......................... 30
CAPÍTULO III ....................................................................................................... 38
3.
ESTANDARIZACIÓN Y ALTERNATIVAS ............................................. 38
VII
3.1.
ESTANDARIZACIÓN ............................................................................ 38
3.2.
OBJETIVO Y BENEFICIOS DE LA ESTANDARIZACIÓN ................... 38
3.2.1.
OBJETIVO .............................................................................................. 38
3.2.2.
BENEFICIOS DE LA ESTANDARIZACIÓN............................................ 40
3.3.
CRITERIOS DE ESTANDARIZACIÓN .................................................. 40
3.3.1.
DIMENSIONES COMUNES ................................................................... 41
3.3.2.
MATERIAL EMPLEADO ......................................................................... 41
3.3.3.
USO DEL SISTEMA MÉTRICO DE MEDIDA ......................................... 41
3.3.4.
EL CÁLCULO Y PROCESO DE DISEÑO .............................................. 41
3.3.5.
GEOMETRÍA Y PROCESO DE FABRICACIÓN .................................... 42
3.4.
ALTERNATIVAS DE DISEÑO ............................................................... 42
CAPÍTULO IV ....................................................................................................... 50
4.
PARÁMETROS DE DISEÑO ................................................................. 50
4.1.
PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO ................................................... 50
4.2.
DIÁMETRO DEL SILO .......................................................................... 51
4.3.
ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LA TOLVA [ɵ ] .................................... 51
4.4.
ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNO DEL MATERIAL [β] ...................... 51
4.5.
ÁNGULO DE FRICCIÓN MATERIAL – PARED [ᶲ ] .............................. 53
4.6.
DIÁMETRO DE LA BOCA DE SALIDA ................................................. 53
4.7.
TIPOS DE FLUJO ................................................................................. 54
4.7.1.
FLUJO MÁSICO ..................................................................................... 54
4.7.2.
FLUJO DE CONDUCTO Ó TUBULAR ................................................... 55
4.7.3.
REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA .............................. 57
4.8.
TEORÍAS DE LOS ESPECIALISTAS MÁS IMPORTANTES ............... 58
4.8.1.
WALKER ................................................................................................ 58
4.8.2.
TEORÍA DEL EMPUJE DE TIERRAS DE COULOMB Y RANKINE ....... 60
4.8.3.
TEORÍA DE KOVTUM Y PLATANOV .................................................... 61
VIII
4.8.4.
MÉTODO DE JANSSEN ........................................................................ 62
4.8.5.
NORMAS DIN 1055 (1964) ALEMANIA ................................................. 64
4.8.6.
NUEVA NORMA ALEMANA PARA EL CÁLCULO DE SILOS 1986 ...... 68
4.8.7.
PRESIONES LATERALES SEGÚN EL DR. RAVANET ......................... 72
CAPÍTULO V ........................................................................................................ 76
5.
CÁLCULOS Y DISEÑO ......................................................................... 76
5.1.
DIN 1055 (ACCIONES EN SILOS Y TANQUES) .................................. 76
5.2.
ASME SECCIÓN II ................................................................................ 76
5.3.
ASME SECCIÓN VIII, DIVISIÓN 1 ........................................................ 77
5.4.
PRESIONES EJERCIDAS EN EL SILO ................................................ 78
5.4.1.
PRESIONES DE LLENADO ................................................................... 78
5.4.2.
PRESIONES SOBRE LA TOLVA ........................................................... 81
5.5.
EUROCÓDIGO UNE-ENV_1991-49 ..................................................... 83
5.5.1.
PRESIÓN POR FRICCIÓN EN LA PARED DEL SILO ........................... 83
5.5.2.
PRESIÓN HORIZONTAL EN LA ZONA DE TRANSICIÓN .................... 84
5.5.3.
PRESIÓN LOCAL DE VACIADO ............................................................ 84
5.5.4.
PRESIÓN HORIZONTAL DE VACIADO ................................................ 84
5.5.5.
PRESIÓN VERTICAL DE VACIADO ...................................................... 85
5.5.6.
PRESIÓN ADICIONAL PARA SILOS CON FLUJOS MÁSICOS ............ 85
5.5.7.
PRESIÓN ESTÁTICA GENERADA POR LA COLUMNA ....................... 85
5.6.
PRESIÓN DE DISEÑO .......................................................................... 86
5.6.1.
PRESIÓN DE OPERACIÓN ................................................................... 86
5.6.2.
PRESIÓN DE DISEÑO ........................................................................... 86
5.7.
CÁLCULO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED ............... 87
5.8.
CÁLCULO DE ESPESORES DE LA ENVOLVENTE ............................ 88
5.9.
ENVOLVENTES CILÍNDRICAS ............................................................ 89
5.9.1.
ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL ......................................................... 89
IX
5.9.2.
ESFUERZO LONGITUDINAL................................................................. 90
5.10.
CÁLCULO DE ESPESORES DE LA TAPA ........................................... 91
5.11.
CÁLCULO DE ESPESORES DE LA SECCIÓN CÓNICA (TOLVA) ...... 93
5.12.
CÁLCULO SE ESFUERZOS PRINCIPALES EN EL CUERPO ............. 94
5.12.1.
CÍRCULO DE MOHR ............................................................................. 94
5.12.2.
ÁNGULO DE ORIENTACIÓN................................................................. 96
5.12.3.
FACTORES DE SEGURIDAD ................................................................ 98
5.13.
ESFUERZOS ACTUANTES EN LA TOLVA DE SILO ........................... 99
5.13.1.
ESFUERZO TRANSVERSAL ............................................................... 101
5.13.2.
ESFUERZO LONGITUDINAL............................................................... 101
5.13.3.
ESFUERZO DE TRACCIÓN ................................................................ 101
5.14.
DISEÑO DE COLUMNAS.................................................................... 102
5.14.1.
COLUMNAS SUJETAS A CARGAS AXIALES ..................................... 102
5.14.2.
DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES ....................................... 103
5.14.3.
CURVA DE EULER .............................................................................. 104
5.14.4.
FACTOR DE SEGURIDAD................................................................... 106
5.14.5.
CÁLCULOS .......................................................................................... 107
5.15.
CÁLCULO DEL ESPESOR DE LAS OREJAS DE IZAJE .................... 118
5.15.1.
CÁLCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE RESPALDO ................ 120
5.15.2.
ÁREA DE SOLDADURA EN OREJAS DE IZAJE ................................. 120
5.16.
DISEÑO DE CONEXIONES SOLDADAS............................................ 121
5.16.1.
JUNTA A TOPE .................................................................................... 121
5.16.2.
DISEÑO DE JUNTAS A FILETE .......................................................... 124
5.16.3.
DISEÑO DE PLACA BASE................................................................... 125
5.17.
DISEÑO DE PERNOS DE ANCLAJE .................................................. 128
5.17.1.
CÁLCULO DE LONGITUD DEL PERNO DE ANCLAJE ...................... 129
5.18.
PLACAS DE MÉNSULA ...................................................................... 130
X
5.19.
REQUERIMIENTOS PARA ESCALERAS ........................................... 131
5.20.
CÁLCULO DE REFUERZO DE REGISTRO DE HOMBRE ................. 132
5.21.
CÁLCULO DE TAPA PLANA PARA EL REGISTRO DE HOMBRE .... 135
CAPÍTULO VI ..................................................................................................... 138
6.
PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN Y MONTAJE ....................... 138
6.1.
PROCESOS DE FABRICACIÓN ......................................................... 138
6.1.1.
PROCESOS DE TRAZADO ................................................................. 139
6.1.2.
PROCESOS DE CORTE ...................................................................... 139
6.1.3.
CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA ............................ 141
6.1.4.
PROCESOS DE SOLDADURA ............................................................ 142
6.1.5.
PRUEBA HIDROSTÁTICA ................................................................... 146
6.1.6.
PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE .................................................. 146
6.1.7.
PROCESO DE PINTURA ..................................................................... 149
6.2.
PROCESOS DE MONTAJE ................................................................ 151
6.2.1.
SECUENCIA DE MONTAJE................................................................ 151
CAPITULO VII .................................................................................................... 154
7.
ANÁLISIS DE COSTOS ...................................................................... 154
7.1.
COSTO ................................................................................................ 154
7.1.1.
CLASIFICACIÓN DE COSTOS ............................................................ 154
7.2.
ANÁLISIS DE LOS PRECIOS UNITARIOS ......................................... 156
7.2.1.
COSTOS DIRECTOS ........................................................................... 157
7.2.2.
COSTOS INDIRECTOS ....................................................................... 160
7.2.3.
COSTO TOTAL DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO .................... 162
CONCLUSIONES............................................................................................... 163
RECOMENDACIONES ...................................................................................... 165
BIBLIOGRAFÍA Y SITIOS WEB ......................................................................... 166
XI
CONTENIDO DE TABLAS
Tabla 1-1: Clasificación de tanques de almacenamiento ....................................... 4
Tabla 1-2: Tipo de tapas ...................................................................................... 16
Tabla 2-1: Tipos de cemento ................................................................................ 25
Tabla 2-2: Equivalencias entre normas ................................................................ 26
Tabla 2-3: Composición del cemento ................................................................... 27
Tabla 2-4: Resumen de los compuestos del cemento .......................................... 29
Tabla 2-5: Requisitos físicos- químicos ................................................................ 37
Tabla 3-1: Tipos de tapas ventajas y desventajas ................................................ 43
Tabla 3-2: Criterios de selección de la tapa del recipiente ................................... 44
Tabla 3-3: Evaluación de alternativas según el primer criterio ............................. 44
Tabla 3-4: Evaluación de alternativas según el segundo criterio.......................... 44
Tabla 3-5: Evaluación de alternativas según el tercer criterio .............................. 45
Tabla 3-6: Conclusión de la selección .................................................................. 45
Tabla 3-7: Tipo de entrada de hombre: ventajas y desventajas ........................... 46
Tabla 3-8: Criterios de selección para la entrada de hombre ............................... 46
Tabla 3-9: Evaluación de las alternativas según el primer criterio........................ 47
Tabla 3-10: Evaluación de las alternativas según el segundo criterio .................. 47
Tabla 3-11: Evaluación de alternativas según el tercer criterio ............................ 47
Tabla 3-12: Evaluación de alternativas según el cuarto criterio ........................... 47
Tabla 3-13: Conclusión de selección .................................................................... 48
Tabla 3-14: Análisis de linea de descarga ............................................................ 48
Tabla 4-1: Ángulos de fricción material-pared ...................................................... 52
Tabla 4-2: Caracteristicas de los tipos deflujo ...................................................... 56
Tabla 5-1: Partes del código ASME sección VIII .................................................. 77
Tabla 5-2: Factor de forma ................................................................................. 109
Tabla 5-3: Factor entorno/altura ......................................................................... 109
Tabla 5-4: Especificaciones generales perfiles IPE laminados en caliente ........ 117
Tabla 5-5: Dimensiones de las orejas de izaje ................................................... 119
Tabla 5-6: Tipos de soldadura a tope ................................................................. 124
Tabla 6-1: Rendimiento de pintura según aplicación .......................................... 150
Tabla 7-1: Costos de materia prima ................................................................... 157
Tabla 7-2: Costos de fabricación de pernos y placas ......................................... 158
XII
Tabla 7-3: Costos de montaje ............................................................................ 159
Tabla 7-4: Costo de mano de obra ..................................................................... 159
Tabla 7-5: Costos de tratamiento superficial ...................................................... 160
Tabla 7-6: Costo directo total ............................................................................. 160
Tabla 7-7: Costos indirectos ............................................................................... 161
Tabla 7-8: Costo de transporte ........................................................................... 161
Tabla 7-10: Costo indirecto total......................................................................... 162
Tabla 7-11: Costos totales.................................................................................. 162
XIII
CONTENIDO DE FIGURAS
Figura 1-1: Tanque de almacenamiento de agua ................................................... 6
Figura 1-2: Ensamblaje de planchas de pared ....................................................... 7
Figura 1-3: Detalle de impermeabilización entre planchas ..................................... 7
Figura 1-4: Tanque domiciliario .............................................................................. 8
Figura 1-5: Tanque de fondo cónico ....................................................................... 9
Figura 1-6: Tanque atmosférico con techo flotante .............................................. 11
Figura 1-7: Silo de tránsito ................................................................................... 11
Figura 1-8: Tanque atmosférico de techo fijo ...................................................... 13
Figura 4-1: Flujo másico de un material pulverulento ........................................... 55
Figura 4-2: Flujo de conducto o tubular ................................................................ 56
Figura 4-3: Diagrama de aumento de presión vs longitud del silo ........................ 58
Figura 4-4: Elemento diferencial de Janssen ....................................................... 63
Figura 5-1: Presiones existentes en el silo ........................................................... 79
Figura 5-2: Presiones ejercidas sobre la tolva...................................................... 82
Figura 5-3: Esfuerzos circunferenciales y longitudinales ...................................... 90
Figura 5-4: Tapa toriesférica ................................................................................ 91
Figura 5-5: Sección cónica (tolva) ........................................................................ 93
Figura 5-6: Esfuerzos principales representados en sus ejes ............................. 97
Figura 5-7: Representación de esfuerzos principales .......................................... 98
Figura 5-8: Presiones actuantes sobre las paredes de la tolva .......................... 100
Figura 5-9: Curva de Euler ................................................................................. 104
Figura 5-10: Diagrama de la carga de viento ..................................................... 110
Figura 5-11: Diagrama de cuerpo libre ............................................................... 111
Figura 5-12: Relaciones de rigidez ..................................................................... 113
Figura 5-13: Forma de un perfil IPE ................................................................... 118
Figura 5-14: Tipos de juntas y sus geometrías................................................... 122
Figura 5-15: Partes de una soldadura a filete..................................................... 125
Figura 5-16: Placa base ..................................................................................... 126
Figura 5-17: Perno de anclaje ............................................................................ 128
Figura 5-18: Ménsulas ........................................................................................ 130
Figura 5-19: Entrada de hombre ........................................................................ 132
Figura 6-1: Efecto de cizalla ............................................................................... 140
XIV
Figura 6-2: Rolado de un cono ........................................................................... 142
Figura 6-3: Acabado metal blanco...................................................................... 148
Figura 6-4. Pluma de izaje.................................................................................. 152
XV
RESUMEN
El presente Proyecto de Titulación se enfoca al “Diseño y Estandarización de
Tanques de Almacenamiento de Cemento para una Capacidad de 50 Toneladas”,
mismo que se compone de siete capítulos.
A continuación se pasará a indicar brevemente en qué consiste cada capítulo.
En el capítulo I se da a conocer las generalidades acerca de los tanques de
almacenamiento, tipos y una clasificación de para posteriormente proceder a
elegir el tipo de tanque más adecuado y definir los distintos parámetros y material
correspondiente para realizar el diseño.
Las propiedades físicas y químicas del cemento se expone en el capítulo II, así
como también
el comportamiento que este material pulverulento presenta.
Además también describe la clasificación de los diferentes tipos de cemento.
El capítulo III estandarización y alternativas, muestra una serie de matrices en las
cuales se ha detallado las distintas partes del tanque de almacenamiento, de tal
manera que se pueda elegir a cabalidad los componentes del mismo teniendo en
cuenta el aspecto técnico – económico.
El capítulo IV contiene parámetros de diseño, es el capítulo fundamental para
proceder a realizar los correspondientes cálculos estructurales para el tanque de
almacenamiento, en este apartado se definen parámetros como: ángulos de
fricción internos del material, ángulos de fricción formado entre el cemento y la
pared del material que lo almacena, el diámetro del tanque de almacenamiento, el
ángulo de inclinación de la tolva, etc.
Todos los cálculos pertinentes para el diseño del tanque de almacenamiento se
encuentran en el capítulo V .Los cálculos se realizan partiendo de las propiedades
mecánicas que presenta el acero ASTM A 516 Gr. 70
que es el ideal para
recipientes de este tipo, así como también de las presiones que se generan
producto de la entrada y salida del material almacenado.
Los distintos procesos necesarios tanto para la fabricación así como también para
el montaje del tanque de almacenamiento se encuentan definidos en el capítulo
XVI
VI. El capítulo hace referencia a los procesos de soldadura, corte, conformado
mecánico, etc.
En el capítulo VII se detalla la lista de materiales y su costo. Finalmente se da a
conocer las conclusiones y recomendaciones más importantes del presente
proyecto.
XVII
PRESENTACIÓN
El presente proyecto tiene como objetivo general “Diseñar y estandarizar un
prototipo de tanque de almacenamiento de cemento para una capacidad de 50 tm”, que sea capaz de satisfacer las necesidades que poseen las distintas
industrias del país.
En la actualidad
los tanques de almacenamiento de cemento no tienen
establecido un estándar, es decir: no tienen un régimen de construcción, de uso
de materiales, de parámetros de diseño, consideraciones de diseño, etc.
De aquí surge la necesidad de establecer
un prototipo de tanque para el
almacenamiento de cemento, puesto que al no tomar en cuenta las
consideraciones antes nombradas, los tanques de almacenamiento de cemento
han venido presentando problemas al momento de su operación, acortando así su
vida útil en las empresas y por consiguiente generando mayores gastos a las
mismas por dichos inconvenientes.
El prototipo propuesto en este proyecto de titulación abarca todas las
consideraciones necesarias para realizar el correcto diseño de los tanques de
almacenamiento de cemento, garantizando su correcta operación.
También se ha establecido los procesos de fabricación y montaje del tanque de
almacenamiento teniendo en cuenta el aspecto técnico-económico.
Para establecer el diseño correspondiente se ha seleccionado el material que es
adecuado para recipientes sometidos a presión interna y que en la actualidad no
presenta mayor complicación en ser importado al país; dicho material es el Acero
ASTM A-516 Gr. 70, mismo que presenta excelentes propiedades mecánicas.
El diseño, los procedimientos de soldadura, montaje, estandarización y
parámetros de diseño se han llevado a cabo empleando normas y códigos
vigentes como: AWS D1.1, DIN 1055, EUROCÓDIGO, CÓDIGO ASME SECCIÓN
II, CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII, MANUAL DEL ASIC y la NORMA API 650.
1
CAPÍTULO I
1. GENERALIDADES
En este capítulo se realizará un análisis de los recipientes de almacenamiento, su
clasificación según diferentes criterios y sus principales características basado en
sus conceptos y descripciones.El estudio de estos elementos nace de la
demandacreciente que la industria presenta por estos equipos, debido a su
utilidad en el trasporte, producción, manipulación, almacenamiento y procesos de
transformación de líquidos, gases y sólidos como se plantea en este trabajo.
Generalmente los recipientes de almacenamiento son asociados a fluidos y
diferentes procesos industriales que llevan a la obtención de sus derivados o
como contenedores que facilita el almacenamiento y manipulación para un uso en
condiciones controladas. Sin embargo, existen aplicaciones no tan comunes
donde los productos son elementos sólidos de pequeñas dimensiones
comparadas con las de los contenedores o incluso de elementos pulverulentos
como el cemento,este análisis será base para la futura selección de alternativas,
posterior cálculo y dimensionamiento.
1.1. TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Se define como un tanque de almacenamiento a toda estructura capaz de retener
productos de diferentes densidades y estados. Sus formas son variadas, y es
común encontrarlos en forma cilíndrica1.
1.2. TIPOS DE TANQUES
La selección de un tanque de almacenamiento está en función del tipo de
producto a acopiar, a la cantidad requerida, presión y temperatura. Dentro de
estas condiciones se puede citar los siguientes tipos de tanques:
1.2.1. SEGÚN LA FORMA Y DISPOSICIÓN DE SUS EJES DE SIMETRÍA
Según los ejes de simetría son horizontales, verticales o esféricos y según su
geometría pueden ser:
Cilíndricos
1
Acosta, M.(1994). Diseño, Fabricación y Erección de Tanques de Almacenamiento para la
Industria Petrolera.(Tesis inédita de ingeniería). Escuela Politécnica Nacional, Quito.
2
Prismáticos
Esféricos
Elípticos, etc
1.2.2. SEGÚN LA PRESIÓN
1.2.2.1.
Tanques a presión atmosférica
Si la presión de trabajo del recipiente es muy cercana o incluso igual a la presión
atmosférica. No se usará este tipo de tanques cuando el producto almacenado
sea un fluido y cuyo punto de ebullición sea muy cercano a la temperatura
ambiente2.
1.2.2.2.
Tanques a bajas presiones
Usados para que la presión mayoritaria sea la exterior del recipiente. Las
presiones internas no llegan a ser iguales a la presión atmosférica 2.
1.2.2.3.
Recipientes a presión
Se denomina como recipiente de presión a cualquier recipiente constituido
generalmente por una envolvente, con la capacidad de contener mayoritariamente
a un fluido en cualquier estado y de cualquier densidad, cuyas condiciones de
temperatura y/o presión son diferentes a las del medio ambiente. Estos
contenedores pueden ser usados para procesar, transportar o almacenar sus
contenidos. De manera general son recipientes que superan la presión
atmosférica y que alcanzan altas presiones acompañadas de variaciones de
temperaturas para una mayor eficiencia en cuanto sus puntos de operación. Por
ejemplo en el almacenamiento de gases, o en calderas2.
1.2.3. SEGÚN LA TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO
Esta clasificación se la realiza tomando en cuenta como referencia térmica la
temperatura ambiente2.
Altas temperaturas: Recipientes donde el almacenamientos supera los
93ºC según la Norma API 650
2
León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
Ingesa.
Recuperado
de
http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-derecipientes-a-presion
3
Temperatura ambiente: Para temperaturas menores a 93ºC y mayores a
0ºC
Bajas temperaturas: Tanques diseñados para temperaturas bajo los 0ºC.
(aplicaciones de Criogenia)
1.2.4. SEGÚN LA UNIÓN DE LAS LÁMINAS
1.2.4.1.
Tanques soldados
Son tanques cuyo proceso de unión entre láminas es la soldadura, a través de un
proceso en específico. Los tanques pequeños suelen ser ensamblados en plantas
y luego son transportados a los lugares de operación. Sin embargo los de gran
vólumen son fabricados en el sitio mismo de instalación. Estos tanques son
sometidos a numerosas pruebas e inspecciones donde se comprueba la calidad
de la soldadura para garantizar su perfecta unión. Son tanques que se usan en
instalaciones permanentes debido a que su desmontaje significaría la destrucción
del mismo o un complicado proceso en un nuevo ensamblaje3.
1.2.4.2.
Tanques atornillados o empernados
Son tanques utilizados en instalaciones provisionales debido a su facilidad para
ser ensamblados y desarmados. En la industria petrolera son usados para
capacidades entre 30 y 100 000 barriles3.
1.2.4.3.
Tanques remachados
Son tanques de una capacidad importante que varía entre 240 a 134 000 barriles
según las normas API. Son usados para el almacenamiento de petróleo en las
concesiones y patios de tanques3.
1.2.5. SEGÚN LA CAPACIDAD DE MOVILIZARSE
1.2.5.1.
Estacionarios
Son tanques diseñados para operar en condiciones fijas y con capacidades
aproximadas de 80 metros cúbicos. Son transportables siempre y cuando se use
un medio externo como grúas, camiones, etc3.
3
Oria, L. (2008). Diseño y calculo de recipientes a presión,
Recuperado:http://www.webaero.net/ingenieria/equipos/Estaticos/Presurizados/Bibliografia
_Documentacion/previsualizacion/prev_ORIA_Dise%C3%B1o%20de%20recipientes%20a%20pre
sion.pdf
4
1.2.5.2.
Transportables
Son tanques fácilmente transportables debido a que tiene medios que proporciona
movilidad propia3.
1.2.5.3.
Tanques empernados
Los que están constituidos en un punto fijo pero de manera temporal y para poder
trasladarlos es necesario desmontarlos4.
1.2.6. SEGÚN EL PRODUCTO ALMACENADO
Tabla 1-1: Clasificación de tanques de almacenamiento
Tanques de almacenamiento de
agua
Bebederos
Domiciliarios
Tanques elevados + torres
metálicas
Silos cónicos
Tanques para almacenamientos
Silos de fondo plano
de granos
Silos secadores
Silos de transito: cemento,
carbonato de calcio,
balanceados, etc.
Eje horizontal: para melaza,
Tanques de almacenamiento de
crudo
transporte de agua, gasolina,
diesel.
Eje vertical: rectangulares para
brea, asfalto.
Tanques tipo salchicha
Tanques de almacenamiento de
Tanques esféricos: para
gases
contener diferentes gases en
cantidades importantes.
FUENTE:LOS AUTORES
4
León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
Ingesa.
Recuperado
recipientes-a-presion
de
http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-de-
5
1.2.6.1.
Tanques de almacenamiento de agua
De forma general un tanque de almacenamiento para agua está conformado por
láminas de acero corrugado y galvanizado, estos se emplean para formar los
anillos de la cédula de almacenamiento, las láminas llevan en sus extremos varios
agujeros con el fin de permitir el traslape con otra lámina formando de esta
manera el cuerpo del tanque4.
Se suele emplear pernos de alta resistencia grado 5 u 8 en las juntas.
Normalmente se emplean arandelas metálicas cóncavas y convexas con la
finalidad de facilitar el ajuste de los elementos4.
Conforme aumenta la altura de agua represada se podría establecer una
variación de espesor de la lámina de acero para optimizar el diseño. La unión
empernada y traslapada al mismo tiempo brindará rígidez adicional a las paredes
del cuerpo del tanque que recibirá un flujo turbulento en la captación 4.
Las planchas para pared presentan una geometría ondulatoria que se establecerá
dependiendo del diámetro y altura del tanque, obteniéndose así mayor firmeza en
la estructura del tanque4.
Los tanques corrugados y galvanizados presentan las siguientes ventajas:
Versatilidad de construcción
Las planchas serán ensambladas rápidamente entre ellas mediante pernos,
motivo por el cual su ensamble no demorará tanto a diferencia de otros tanques.
Rapidez de montaje
Un tanque empernado presenta soluciones emergentes de agua, el montaje se
realizará en corto tiempo y sin necesidad de contar con una mano de obra
especializada.
No existen gastos en control de calidad
Debido a la no existencia de soldaduras, no existirá gasto adicional en el control
de calidad. La única inspección requerida es la comprobación de la fuerza de
ajuste aplicada a la junta mediante un torquimetro4.
6
Limpieza y mantenimiento
Los tanques para almacenamiento de agua comúnmente reciben un tratamiento
superficial. Debido al previo tratamiento superficial las paredes y techo del
depósito pueden ser limpiadas sin ningún problema, incluso resisten operaciones
de cepillado5.
Figura 1-1: Tanque de almacenamiento de agua
FUENTE: Primer seminario nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
En el figura 1-1 se puede apreciar un tanque compuesto por dos anillos con junta
emperanda. El techo cónico cubre al recipiente de almacenamiento.
5
Primer seminario Nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
7
Figura 1-2: Ensamblaje de planchas de pared
FUENTE:Primer seminario Nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
Figura 1-3: Detalle de impermeabilización entre planchas
FUENTE: Primer seminario nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
1.2.6.1.1.
Tanques bebederos
A continuación
se presentará las principales características de este tipo de
tanques:
Generalmente tienen poca altura y gran diámetro.
Estos tanques presentan un borde redondeado en su parte superior
reduciendo así la posibilidad de corte del cuello de los animales.
Fácil montaje y mantenimiento. No se necesita personal calificado.
8
Fácil transporte de las partes que componen el tanque.
Estos tanques son empleados principalmente en la industria ganadera y en
criaderos de peces, camaroneras y tanques de floculación5.
1.2.6.1.2.
Tanques domiciliarios
Estos tanques generalmente presentan poca capacidad de volumen, y además
son de peso ligero.
Son de un solo cuerpo.
Tapa superior desmontable.
Se emplea tubería de media pulgada en la salida del fondo.
El accesorio para la carga se realiza mediante tubería de media pulgada
ubicada en un costado del tanque5.
Cuenta con accesorios a los costados para transporte manual.
Resistencia a la manipulación, transporte e impacto.
Figura 1-4: Tanque domiciliario
FUENTE: Primer seminario nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
1.2.6.1.3.
Tanques elevados + torres metálicas
Son depósitos que se encuentran sobre el nivel del terreno natural, generalmente
son soportados por columnas y pilotes. Son de gran importancia en sistemas de
distribución de agua tanto industrial como artesanal5.
9
1.2.6.2.
Tanques para almacenamiento de granos
A continuación se presentará la subdivisión de este tipo de tanques:
1.2.6.2.1.
Silos de fondo cónico
Están diseñados para plantas procesos.
Su fondo cónico generalmente es de 45º.
Permite almacenar cualquier tipo de grano que fluya libremente.
La descarga se realiza por gravedad.
Se utiliza principalmente en procesos de limpieza, secado y almacenamiento
de por corto tiempo.
Aptos para temperar granos, airearlos y transitarlos5.
Figura 1-5: Tanque de fondo cónico
FUENTE: Primer seminario nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
10
1.2.6.2.2.
Silos de fondo plano
Ideal para almacenamiento de granos, cereales por largos periodos.
Presenta un fondo plano ranurado con ductos de aireación, permitiendo de
esta manera mantener los productos a temperatura y humedad óptima5.
1.2.6.2.3.
Silos secadores
Permiten almacenar el grano directamente después de la cosecha.
Emplea unidades de aire caliente y equipos metálicos de agitación,
reduciendo de esta manera la humedad existente en el grano 5.
1.2.6.2.4.
Silos de tránsito
Este tipo de silos se subdividen en:
a) Silos para Balanceados
Fondo cónico a 60º facilita la descarga de productos mezclados, harinas,
granulados o productos con agregados de melaza.
Generalmente estos silos son diseñados para una gran capacidad.
b) Silos para Cemento
Este es el tipo de silo en el cual se basará el presente proyecto, desarrollando
posteriormente su diseño5.
1.2.7. SEGÚN EL TIPO DE TECHO PETRÓLEO Y SUS DERIVADOS
1.2.7.1.
Techo Flotante
Los techos tipo flotantes generalmente son empleados en sistemas para el
almacenamiento de productos que contienen un elevado punto de destilación
como es el caso de los combustibles en general5.
11
Figura 1-6: Tanque atmosférico con techo flotante
FUENTE: Primer seminario nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
Figura 1-7: Silo de tránsito
FUENTE: Primer seminario nacional de tanques de almacenamiento EPN-FIM
12
Clasificación de techos flotantes:
Tipo Bandeja
Tipo Pontón
Tipo de Cubierta Doble
1.2.7.1.1.
Tipo bandeja
Fue uno de los primeros techos que se empleo en tanques de almacenamiento,
su costo es relativamente bajo, actualmente ya no se usan debido a que no
presentan buena estabilidad en zonas de elevada precipitación 5.
1.2.7.1.2.
Tipo pontón
Este tipo de techo evita que se genere evaporación por debajo de la cubierta, es
empleado en tanques cuyos diámetro está entre 18 y 90 metros, su sistema de
flotación consiste de pontones anulares, los mismos que irán variando de acuerdo
al diámetro del techo y de una cubierta simple ubicada en el centro. El pontón
cuenta con una cámara de aire la cual permite la flotación pero además funciona
como medio aislante. La característica de este techo es atrapar los vapores en el
centro de la cubierta para que estos funcionen como capa aislante hasta que se
condensen5.
1.2.7.1.3.
Tipo de cubierta doble
Este tipo de tanque evita que se produzca el fenómeno de evaporacióngracias a
su doble cubierta, son los techos más seguros y costosos actualmente,
generalmente se emplean en tanques que superan los 90 metros de diámetro.
El diseño de este tipo de techo es el más seguro ya que por su diseño se
mantiene a flote a pesar de que mantiene sus pontones inundados, esto se da
debido a la cámara de aire formada entre las cubiertas, este caso es similar al
anterior, es decir
la cámara de aire también funciona como capa aislante
reduciendo así la evaporación del producto contenido 5.
1.2.7.2.
Techo fijo
Son empleados en tanques para almacenamiento de líquidos. Dentro del país se
usan con mayor frecuencia los siguientes tipos de techo5.
13
Figura 1-8: Tanque atmosférico de techo fijo
FUENTE: Tesis: Elaboración del procedimiento para la certificación de tanques atmosféricos para almacenamiento de
crudo.
Techo Soportante
Techo Autosoportante
1.2.7.2.1.
Techo autosoportante
Este tipo de techo se emplea en tanques de almacenamiento que poseen un
diámetro de hasta 24 pies5 (7315mm).
1.2.7.2.2.
Techo soportante
Este tipo de techo necesariamente empleará por lo menos una columna central si
llega a poseer un diámetro de 80 pies5 (24384mm).
1.2.7.2.3.
Techos tipo domo auto soportado
Posee una superficie que es aproximadamente esférica y se encuentra apoyado
en su periferia5.
1.2.7.2.4.
Techo auto soportado tipo paraguas
Es una variación del techo tipo domo de tal forma que cualquier sección horizontal
es un polígono regular de múltiples lados, sustentados en su propia periferia 5.
14
1.2.8. SEGÚN EL TIPO TAPA PARA SÓLIDOS EN GENERAL
Cuando se hacen referencia a recipientes de forma cilíndrica es necesario indicar
que estos recipientes deben constar de tapas en sus extremos mismas que
cumplirán con el diseño establecido. A continuación se dan a conocer los
siguientes tipos de tapas6.
Planas
Planas con Ceja
Únicamente Abombadas
Abombadas con Ceja Invertida
Toriesféricas
Semielípticas
Semiesféricas
80-10
Cónicas
Toricónicas
1.2.8.1.
Tapas planas
Son empleadas para cerrar recipientes que están sujetos generalmente a presión
atmosférica, en algunos casos se suelen emplear en recipientes a elevada
presión y también se utilizan como fondos de tanques de almacenamiento de
grandes dimensiones. Su costo por el tipo de tapa es bastante bajo6.
1.2.8.2.
Tapas planas con ceja
Son empleadas al igual que las anteriores para tanques atmosféricos, el costo de
las tapas tipo ceja es relativamente bajo, a diferencia de los anteriores este tiene
un límite dimensional máximo de 6 metros de diámetro6.
1.2.8.3.
Tapas únicamente abombadas
Son utilizadas en recipientes de presión manométrica relativamente bajas,
también suelen emplearse para soportar presiones relativamente altas previo a
esto es necesario realizar un análisis de concentración de esfuerzos en el caso de
6
León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
Ingesa.
Recuperado
de
http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-derecipientes-a-presion
15
que exista un cambio brusco de direcciones. El costo de este tipo de tapas es
bajo6.
1.2.8.4.
Tapas abombadas con ceja invertida
El uso de este tipo de tapas es limitado debido a que su proceso de fabricación es
complicado, como consecuencia de ello el costo es elevado 6.
1.2.8.5.
Tapas toriesféricas
Este tipo de tapas son las más empleados en el campo industrial ya que su costo
de fabricación es bajo y también debido a que soporta elevadas presiones
manométricas, la característica principal de este tipo de tapas es que el radio de
abombado es aproximado al diámetro. Se pueden fabricar desde 0.3 hasta 6
metros6.
1.2.8.6.
Tapas semielípticas
Normalmente son empleadas cuando el espesor de la tapa toriesférica es
relativamente alto, las tapas de tipo semielípticas son fabricadas bajo un proceso
de troquelado soporta mayor presión que las torieféricas. Su costo de fabricación
es alto6.
1.2.8.7.
Tapa semiesférica
Son usadas para soportar presiones críticas. Su silueta describe una media
circunferencia perfecta, se caracteriza por no tener un límite dimensional para su
fabricación. Su costo de fabricación es alto6.
1.2.8.8.
Tapas 80 - 10
Este tipo de tapas se caracterizan por tener un radio de abombado igual al 80%
del diámetro y un radio de esquina o radio de nudillo igual al 10% del diámetro 6.
1.2.8.9.
Tapa cónicas
Se usan generalmente en fondos en los cuales existiese acumulación de sólidos y
como transiciones en cambios de diámetro de recipientes cilíndricos.
Son
empleadas comúnmente en torres fraccionadoras o de destilación. En este tipo de
tapa no existe límite con respecto a las dimensiones para su proceso de
fabricación, su única limitación consiste en que el ángulo de vértice no debe ser
mayor a 60 grados. Las tapas con un ángulo mayor a 60 grados deben ser
calculadas como tapas planas6.
16
1.2.8.10.
Tapas toricónicas
A diferencia de las tapas cónicas, este tipo de tapas tienen en su diámetro mayor
un radio de transición que no debe ser menor al 6% del diámetro mayor ó 3
veces el espesor6.
Tabla 1-2: Tipo de tapas
TIPOS DE TAPA
Tapa plana
Plana con ceja
Únicamente abombada
Abombada con ceja invertida
Toriesferica
17
Tabla 1-2: Tipos de Tapas (Continuación)
Semielíptica
Semiesférica
Tapa 80-10
Cónica
18
Tabla 1-2: Tipos de Tablas (Continuación)
Toricónica
Abombada con ceja plana
FUENTE:http://es.scribd.com/doc/74197620/Diseno-Y-Calculo-de-Recipientes-a-Presion-Juan-Manuel-Leon-Estrada
19
A continuación se presenta el cuadro 1-1, que trata sobre la clasificación el de
tipos de los tanques de almacenamiento.
.
Cuadro 1-1: Clasificación de los recipientes a presión
FUENTE: LOS AUTORES
20
CAPITULO II
2.
CEMENTO: PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO
2.1. RESEÑA HISTORIA
Desde tiempos muy antiguos la humanidad ha buscado contar con un material
que le permita la construcción de obras civiles; tales como viviendas, templos,
acueductos entre otros con el fin de mejorar la calidad de vida de una población.
Fue en la zona norte de Chile donde aparecieron las primeras obras de piedra
mismas que estaban unidas por un conglomerante hidráulico proveniente de la
calcinación de algas, antiguamente formó parte en la construcción de paredes de
las chozas utilizadas para vivienda.
Los egipcios emplearon morteros de yeso y cal en sus edificaciones.
En la
antigua Grecia se usaban pastas de origen volcánicos compuestas principalmente
por arcilla, yeso y cal que servía como medio pegante en sus construcciones. En
Roma aparece una primera versión de cemento la cual denominaron como “opus
caementitium”, que del latín al español es traducible como obra cementicia. Los
romanos llamaban así a una mezcla de grava y otros materiales similares al
hormigón que utilizaban para fabricar los morteros.
Para el año 27 A.C Agripa construye el Panteón en Roma en base a hormigón,
posteriormente un incendio produjo su declive. En el año 120 de nuestra era fue
reconstruido por orden de Adriano. Con el paso del tiempo no sufrió mayores
daños, sino más bien fueron visibles alrededor del año 609, a partir del cual paso
a ser la Iglesia de Santa María de Los Mártires. Su cúpula de 44 metros de Luz se
encuentra construida en hormigón y posee un lucernario el cual se encuentra
situado en la parte superior.7
2.1.1. HISTORIA DEL CEMENTO PORTLAND
Hasta el siglo XVIII los yesos y cales hidráulicas se habían establecido como
únicos conglomerantes a emplearse en la construcción, y es justamente en
7
http://www.uclm.es/area/ing_rural/trans_const/cementos_rc08.pdf
21
estesiglo donde crecen las inquietudes e investigaciones relacionadas con el
cemento8.
En 1758 John Smeaton, ingeniero de Yorkshire (Inglaterra) fue el encargado de la
reconstrucción del faro de Eddystone, localizado en la costa de Cornish. Durante
la reconstrucción encontró
que los morteros constituidos por adición de
puzolanaa una caliza y una alta porción de arcilla, eran los que mejor
comportamiento daban frente la acción de aguas marinas. Además determino que
la presencia de arcilla en las cales mejoraban su comportamiento acelerando su
velocidad de fraguado y haciéndolas insolubles completamente en agua una vez
endurecidas8.
En 1817 Vicat establece el sistema de fabricación para el cemento que aún
permanece vigente, razón por la cual es considerado el padre del cemento. Sus
trabajos marcaron la pauta para la fabricación del cemento usando moliendas
conjuntas de arcillas y calizas en proporciones adecuadas8.
1824 Joseph Aspdin, constructor de Inglaterra, patentaba el nombre de cemento
Portland, el cual era un material pulverulento, que al ser mezclado con agua y
arena, formaba un conglomerado de aspecto parecido a las calizas de la isla de
Portland8.
Para el año 1838 Brunel emplea por primera vez el cemento proveniente de la
fábrica de Aspdin, en la cual se había logrado la sinterización parcial del mismo
mediante la elección de un temperatura adecuada de cocción 8.
Apartir del año 1900 los cementos se imponen en el mercado para la realización
de cualquier tipo de obra8.
Sin embargo con forme se iba refinando los medios de unión, también iban
creciendo las inquietudes del correcto almacenamiento de dicho material, y es
justamente esta inquietud la que perdura en el tiempo y se convierte en el motivo
de este proyecto8.
8
http://www.lemona.biz/EL%20CEMENTO-1/historia%20del%20CEMENTO.pdf
22
2.2. DEFINICIÓN DEL CEMENTO
El cemento es un aglomerante formado principalmente por caliza, arcilla, yeso y
aditivos calcinados que atraviesan un proceso de molienda mediante el cual se
unifica su contextura y granulometría. El yeso es el que proporciona la propiedad
de fraguar al contacto con el agua. La mezcla comúnmente denominada concreto
hace referencia a la unión de material petreo (arena y grava) con el cemento9.
2.2.1. TIPOS DE CEMENTOS
Los cementos se pueden clasificar según diferentes criterios que relacionan sus
propiedades de fraguado, resistencia en seco, ambiente de trabajo entre otros 9.
Previo a la clasificación de los tipos de cemento se definirá el Clinker como
componente predominante en el proceso de fabricación 9.
Clinker de cemento Portland: resultan de la calcinar mezclas constituidas de
arcillas y calizas, hasta lograr la combinación completa de sus componentes. Este
es el principal elemento que compone el cemento9.
Clinker de cemento de aluminato de calcio: este clinker tiene un contenido mínimo
del 36% de alúmina de la mezcla total. Se lo obtiene por fusión de calizas y
bauxitas9.
2.2.1.1.
Cemento portland
Este tipo de cemento es producido mediante la pulverización de clinker,
comúnmente se lo conoce como cemento hidráulico cuyos principales
componentes son silicatos de calcios hidráulicos. Contiene una o más formas de
sulfatos de Calcio, que son añadidos durante la molienda 9.
El cemento Portland se obtiene de la combinación de los siguientes componentes:
CEMENTO PORTLAND
CLINKER
9
+
YESO
+
CALIZA (máx. 5%)
http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion4.Tipos.CEMENTOS.pdf
23
Existen cementos Portland Adicionados9
CLINKER
+
YESO
+
MINERALES ADICIONADOS
Los minerales adicionados que se emplean en este tipo de cementos son:
Puzolanas, escorias de alto horno además de materiales que mejoran la matriz9.
La subdivisión de los cementos portland es la siguiente:
2.2.1.1.1.
Cemento portland tipo 1
Este tipo de cemento es usado en obras de concreto en general cuando no se
haya especificado el tipo de cemento. (Edificios, conjuntos habitacionales, etc).
Libera más calor de hidratación respecto a los otros9.
Se define como calor de hidratación al calor que se desprende de la interacción
del cemento con el agua, incluso puede darse con agua en forma de vapor, por lo
que se necesita protegerlo en sacos o en silos.
2.2.1.1.2.
Cemento portland tipo II
Es destinado para obras de concreto en general y obras expuestas al trabajo
moderado de sulfatos, o donde se requiera un calor de hidratación moderado, por
ejemplo puentes y tuberías de concreto9.
2.2.1.1.3.
Cemento portland tipo III
Alta resistencia inicial y rapidez de fraguado. Este tipo de cemento es empleado
cuando la estructura de cemento debe recibir cargas lo antes posible, es decir,
puede recibir cargas inmediatamente después de haber realizado la fundición de
la estructura cementicia9.
2.2.1.1.4.
Cemento portland tipo IV
Debido a su bajo calor de hidratación es empleado para evitar dilataciones
durante el fraguado9.
2.2.1.1.5.
Cemento portland tipo V
Es empleado cuando se requiere elevada resistencia a ambientes húmedos con
presencia de sulfatos. (Canales, alcantarillas, obras portuarias)9
24
2.2.1.2.
Cementos portland tipos puzolánicos
A continuación se definen algunos términos que permitirán una mejor compresión
de este tipo de cementos10.
Puzolana: son sustancias naturales conformadas básicamente por sílice o
sílicoaluminosa o por combinación de las mismas. Las puzolanas al amasarse
con agua no se endurecen por si mismas, pero al encontrarse finamente molidas
la reacción se hace posible a temperatura ambiente10.
Puzolanas Naturales: Es un material de origen volcánico o de rocas sedimentarias
con composición química y mineralogía adecuada10.
Puzolanas Naturales Calcinadas: son igualmente de origen volcánico, arcillas
pizarras o rocas sedimentarias activadas por tratamientos térmicos.10
2.2.1.2.1.
Cemento portland puzolánico tipo IP
En este tipo de cemento la puzolana es del 15 al 40% del total10.
2.2.1.2.2.
Cemento portland puzolánico tipo I(PM)
La presencia de Puzolana es menor al 15%10
2.2.1.2.3.
Cemento portland puzolánico tipo P
El contenido de la puzolana es mayor al 40% en este caso10.
2.2.1.3.
Cementos especiales
Cemento Portland Blanco
Cemento para albañilería
Cemento aluminoso
Cemento compuestos11
2.2.1.3.1.
Cemento portland blanco: el color blanco se debe a que contiene un
porcentaje muy bajo de oxido férrico por lo cual tiene una tonalidad grisácea11.
2.2.1.3.2.
Cemento para albañilería: están compuestos por clinker de cemento
portland, componentes inorgánicos y de ser necesario se puede agregar aditivos
por ejemplo pigmentos11.
2.2.1.3.3.
Cemento aluminoso:también conocido como cemento fundido debido a
que la temperatura en el horno alcanza valores de 1600 ºC consiguiendo de esta
10
http://www.uclm.es/area/ing_rural/trans_const/cementos_rc08.pdf
11
www.slideshare.net
25
manera la fusión de sus componentes. Es producido a partir de bauxita con
impurezas de oxido férrico, oxido de titanio y silicio. Adicionalmente se suele
añadir calcáreo o carbonato de calcio11.
2.2.1.3.4.
Cementoscompuestos: es un conglomerante hidráulico que contiene
como principal constituyente al clinker portland, pequeñas cantidades de sulfato
de calcio y adiciones de minerales en un 35%. Una vez endurecido es
completamente estable y resistente incluso bajo el agua12.
A continuación se presenta la tabla resumen de los tipos de cemento estudiados
en este capítulo.
Tabla 2-1: Tipos de cemento
TIPOS DE CEMENTO
Portland Tipo I
Portland Tipo II
Portland
Portland Tipo III
Portland Tipo IV
Portland Tipo V
Portland Tipos
Puzolánicos
Portland Puzolánico Tipo IP
Portland Puzolánico Tipo I(PM)
Portland Puzolánico Tipo P
Portland Blanco
Cementos
Cemento para albañilería
Especiales
Cemento aluminoso
Cemento compuestos
REALIZADO POR: LOS AUTORES
En Ecuador se emplea otro tipo de designación según la Normativa NTE-INEN
2380, que guarda concordancia con las nominaciones empleadas según la norma
ASTM C1157. A continuación en la tabla 2-2, se presenta las equivalencias entre
normativas12.
12
www.slideshare.net
26
Tabla 2-2: Equivalencias entre normas
TIPO
Portland
NORMATIVAS
ASTM C1157
NTE-INEN 2380
Portland Tipo I
Tipo GU
Portland Tipo II
Tipo MH
Portland Tipo III
Tipo HE
Portland Tipo IV
Tipo HS y Tipo LH
Portland Tipo V
Tipo GU(HS)
REALIZADO POR: LOS AUTORES
2.3. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CEMENTO
En este apartado se describirán el conjunto de propiedades que determinan el
comportamiento del cemento13.
El clinker del cemento portland es el constituyente más influyente en cuanto a las
propiedades del cemento. Para ello es necesario tomar en cuenta que el clinker
está compuesto por un grupo de diferentes minerales13.
A continuación se detalla los constituyentes mineralógicos, que influyen en forma
cuantitativa y cualitativa en las propiedades básicas del cemento13.
13
http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion6.PropiedadesCEMENTOS.pdf
27
Tabla 2-3: Composición del cemento
COMPOSICIÓN DEL CEMENTO
FORMULA O
NOMBRE
SÍMBOLO
COMPOSICIÓN
PROPIEDADES
QUÌMICO
COMPOSICIÓN PRINCIPAL
Cal
CaO
58-67%
Sílice
SiO2
16-26%
Alúmina
Al2O3
4-8%
Oxido de Hierro
Fe2O3
2-5%
MgO
1-5%
Na2O+ K2O
1%
SO3
0,1-2,5%
Oxido de
Magnesio
Álcalis
Anhídrido
Sulfúrico
Fraguado
Resistencia
Calor de hidratación
Estabilidad de
volumen
COMPOSICIÓN SECUNDARIA
Silicato tricálcio
(Alita)
Silicato Dicálcico
(Belita)
Aluminato
Tricálcico
C3S=3CaO·SiO2
50-70%
C2S=2CaO·SiO2
15-30%
C3A=3CaO·Al2O3
5-10%
Y
durabilidad(resisten
cia Química)
Ferro Aluminato
C4AF=4CaO·Al2O3·
tetracálcico
Fe2O3
5-15%
FUENTE: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion6.PropiedadesCEMENTOS.pdf
2.3.1. COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO
Silicato Tricálcico (C3S)
A esta fase se denomina “alita” y conforma entre el 50 al 70% del clinker. Por lo
general al hidratarse se endurece rápidamente. Este compuesto es el que
provoca el inicio del fraguado aportando resistencia a Largo y corto plazo. En
cuanto mayor sea el porcentaje de C3S mayor será la resistencia14.
Silicato Dicálcico (C2S)
28
A esta fase se denomina “belita” y conforma entre el 15 al 30% del clinker. Por lo
general al hidratarse se endurece lentamente. Este compuesto es el que provoca
el que contribuye al aumento de la resistencia a edades mayores a 7 días14
Fotografía 2-1: Vista microscópica O3C y O2C
FUENTE: Pacasmayo, Cemento y sus Aplicaciones, Presentaciones PDF
Aluminato Tricálcico (C3A)
Constituye aproximadamente del 5 al 10% del clinker. Este compuesto es el
responsable del desarrollo de las resistencias muy tempranas y al fraguado por la
gran cantidad de calor que es liberada durante los primeros días de hidratación y
endurecimiento. Sin embargo presenta flaqueza a la acción de sulfatos 14.
Ferroaluminato Tetracálcico (C4AF)
Constituye del 5 al 15% del clinker, su hidratación se realiza de forma
espontánea. Aporta con baja resistencia debido que su formación reduce la
temperatura de clinkerización14.
14
https://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&ved=0CEYQ
FjAC&url=http%3A%2F%2Fwww.dino.com.pe%2Fdownload%2F%3Ffile%3D100611_Cemento_y_
sus_aplicaciones.pdf&ei=4mN2Ur_JApLksASvkYHwBA&usg=AFQjCNEjsg29qP0xC2t1qxAXu2BY
zLsu-g&sig2=QfccLjEoadKic1MpRcdB-w&bvm=bv.55819444,d.dmg
29
Fotografía 2-2: Vista microscópica de todos los compuestos del clinker
FUENTE: Pacasmayo, Cemento y sus Aplicaciones, Presentaciones PDF
En resumen las formas en las que aportan los compuestos principales son:
Tabla 2-4: Resumen de los compuestos del cemento
FASE
VELOCIDAD DE CALOR
DE DESARROLLO
DE
HIDRATACIÓN
HIDRATACIÓN
RESISTENCIA
C3S
Rápida
Alto (120 cal/gr)
Rápido y prolongado
C2S
Lenta
Bajo (62 cal/gr)
Lento y muy prolongado
C3A
Muy rápida
Muy alto (207 cal/gr)
Muy rápido y de corta duración
C4AF
Rápida
Moderado (100/cal/gr)
Lento y poco significativo
FUENTE: LOS AUTORES
30
2.3.2. REQUISITOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DEL CEMENTO
2.3.2.1.
Requisitos físicos
2.3.2.1.1.
Resistencia a la compresión
Para determinar la resistencia a la compresión se emplean probetas cúbicas de
50 mm de lado, preparados con mortero consistente de una parte de cemento y
2,75 partes de arena estándar15.
Las probetas son curadas durante un día y luego se las retira del molde para ser
inmersos en agua de cal, hasta su posterior ensayo que puede ser 3, 7 y 28
días15.
2.3.2.1.2.
Tiempo de fraguado
Se denomina como fraguado la perdida de la plasticidad por parte de una mezcla
cementícia en un determinado grado arbitrario. Su medida cuantitativa se obtiene
mediante la penetración de una aguja en la pasta de cemento15.
2.3.2.1.3.
Expansión en autoclave
Permite determinar una posible expansión potencial que suele ser producto de
una hidratación tardía de oxido de calcio (CaO) y oxido de magnesio (MgO), como
consecuencia de un exceso de uno de estos componentes o de los dos a la vez15.
Su verificación se la realiza en una cámara húmeda de autoclave en la cual se
introduce una probeta de 25 mm de sección transversal cuadrada y 250 mm de
longitud. En esta cámara permanece 24 horas alcanzando presión y temperatura
específicas. Luego de esto se mide la expansión producida. Este ensayo se lo
realiza bajo la norma ASTM C 151-00 “Método estándar de ensayo para
expansión en autoclave del cemento portland”15.
15
http://digital.csic.es/bitstream/10261/5425/1/Blanco_Varela_IETCC.pdf
31
Fotografía 2-3: Probetas de ensayo
Imagen 2-1: Probeta para ensayo con autoclave
FUENTE: https://www.google.com.ec/?gfe_rd=cr&ei=PAOiU9z9NerO8gf414CYDQ&gws_rd=ssl#q=astm+c+151
Un autoclave es un recipiente que trabaja a presión, manómetros, termómetros y
otros aditamentos que permite que el equipo trabaje en los puntos de P y T
especificados15.
32
Fotografía 2-4: Autoclave
FUENTE: https://www.google.com.ec/?gfe_rd=cr&ei=PAOiU9z9NerO8gf414CYDQ&gws_rd=ssl#q=astm+c+151
2.3.2.1.4.
Calor de hidratación
Es el calor generado en el momento de la reacción del cemento y el agua. Se
denomina como un proceso exotérmico. El calor de hidratación toma un papel
muy importante cuando se trata de estructuras de gran volumen. Una velocidad
elevada causa la acumulación de esfuerzos perjudiciales que son evidentes en las
fisuras que presenta el concreto15.
2.3.2.1.5.
Granulometría del cemento
Se define por granulometría a la distribución de los diferentes tamaños de los
granos que componen un material pulverulento. En el cemento su granulometría
define una buena parte de sus propiedades debido a que el tamaño de los granos
que conforman el material permite determinar su comportamiento por ejemplo su
resistencia. Una distribución homogénea incrementa las propiedades sobre todo
las de corto plazo. La finura de los cementos se determina por diferentes métodos
entre los que están el tamizado, arrastre por aire, la clasificación por rayos laser o
por sedimentación de partículas. El más simple de usar es el tamizado. Una
muestra de cemento pasa por una serie de tamices normalizados cuya abertura o
luz es estándar y cada vez más pequeña a medida que se desciende. El resultado
se expresa como porcentaje de masa retenida en el tamiz16.
33
Sin embargo, en la mayoría de los casos la finura se determina también por el
método Blaine, basado en la permeabilidad al aire de un lecho de cemento,
expresándose el resultado como superficie específica en cm 2/g.16
Los demás procedimientos son muy poco usados.
Esta propiedad definirá en gran manera el flujo de descarga del cemento en
etapas posteriores debido a que su finura alterará el ángulo de descarga propio
del cemento. Si su distribución granulométrica es de tendencia fina el ángulo de
descarga es menor que el de tendencia gruesa16.
2.3.2.1.6.
Densidad y peso específico
La densidad es una relación entre la masa y el volumen que ocupa dicha masa.
Ante la carencia de valores que cuantifiquen estas dos importantes propiedades
se ha realizado un ensayo sencillo para determinar su medida 16.
Para determinar la densidad del cemento y su peso específico se ha empleado un
recipiente construido en madera de las siguientes dimensiones internas:
Largo: 10 cm
Ancho: 10 cm
Altura: 10 cm
Obteniéndose así una caja con un volumen igual a 1000 cm 3. A continuación se
presentará los datos y cálculos pertinentes para la obtención de lo estipulado
anteriormente, además de ello para obtener una densidad más exacta se ha
decido tomar tres medidas de masa en distintos laboratorios de la Institución 16.
16
Labahn/ Kohlhaas (Labahn/Kohlhaas, 1985), PRONTUARIO DEL CEMENTO; Editorial Reverté,
España, 1985, pag 195.
34
ENSAYO 1
LABORATORIO DE ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y VIBRACIONES EPN “Facultad
de Ingeniería Mecánica”
ENSAYO 2
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS EPN “Facultad de Ingeniería
Química”
ENSAYO 3
LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA EPN “Facultad de Ingeniería Química”
35
A continuación con las densidades obtenidas en cada ensayo se procederá
determinar la densidad promedio del cemento para luego pasar a determinar su
peso específico.
A continuación se muestra la expresión que permite determinar en general el peso
específico de una sustancia.
Dónde:
El peso específico del cemento lo expresaremos en:
36
Fotografía 2-5: Medición de masa en el LAEV
FUENTE: LOS AUTORES
Fotografía 2-6: Medición de masa en el laboratorio de química orgánica
FUENTE: LOS AUTORES
2.3.2.2.
Requisitos químicas
2.3.2.2.1.
Oxido de magnesio
Cristaliza como una forma primitiva del magnesio (magnesia). Esta cristalización
incrementa el volumen produciendo grietas que fisura al concreto 17.
2.3.2.2.2.
Pérdida por ignición
Debido al almacenamiento incorrecto y prolongado del cemento se da un
incremento en la hidratación o carbonatación, produciendo el envejecimiento del
producto, causando baja resistencia y alto tiempo de fraguado 17.
37
En la tabla 2.5 se aprecia un resumen de los requisitos físicos y químicos que
debe cumplir el cemento. Estos requisitos están establecidos por la norma INEN
238017.
Tabla 2-5: Requisitos físicos- químicos
REQUISITOS
Resistencia a la compresión
Tiempo de fraguado
FÍSICOS
Expansión en autoclave
Calor de hidratación
QUÍMICOS
Óxido de magnesio
Pérdida por Ignición
REALIZADO POR: LOS AUTORES
17
http://www.ancap.com.uy/docs_concursos/ARCHIVOS/2%20LLAMADOS%20FINALIZADOS/RE
F%2029_2011%20%20%20FISCAL%20PLANTA%20%28MINAS%29/MATERIAL%20DE%20EST
UDIO/CURSO%20ABRIL%202007-2.PDF
38
CAPÍTULO III
3. ESTANDARIZACIÓN Y ALTERNATIVAS
3.1. ESTANDARIZACIÓN
La estandarización se refiere al conjunto de actividades mediante las cuales se
establece un patrón a seguir para la elaboración, montaje, inspección y
mantenimiento. De tal manera se cumplan las especificaciones, normas, códigos
y procedimientos, independientemente de la persona que se encuentre a cargo
para el desarrollo de un determinado proceso. Obteniéndose así una reducción de
costos y una homogenización de la calidad de cualquier producto a fabricarse 18.
Para entender la importancia de la estandarización, es preciso comprender
primero las diferencias entre proceso y procedimientos, los cuales muchas veces
pueden llegar a confundirse18.
Proceso: es el conjunto de actividades que relacionan entradas y salidas.
Procedimiento: es la forma especificada para llevar a cabo el proceso.
Como se ve, el procedimiento describe de manera detallada al proceso. El
proceso engloba el todo; el procedimiento especifica las partes18.
3.2. OBJETIVO Y BENEFICIOS DE LA ESTANDARIZACIÓN
3.2.1. OBJETIVO
Establecer bajo un mismo régimen los procesos de fabricación, para generar un
producto de calidad uniforme y que genere bajo costo en dicho proceso. Los
regímenes serán dictados por las normas, códigos y documentación industrial
vigentes18.
18
http://www.contactopyme.gob.mx/Cpyme/archivos/metodologias/FP20071323/dos_presentaciones_capaciatacion/elemento3/estandarizacion.pdf
39
Para cumplir con la estandarización se debe cumplir con la certificación de
maquinaria, equipos, materiales, personales y procedimientos.
El
proceso de estandarización es vital ya que permite mantener las mismas
condiciones de entrada y salida, obteniendo como resultado un mismo producto.
A continuación se presenta un cuadro que resume el proceso de estandarización
para la realización de cualquier artículo19
ESTANDARIZAR
Condiciones
Materiales y
Equipos
Métodos
Procedimientos
Conocimientos y
Habilidades
FUENTE:http://www.contactopyme.gob.mx/Cpyme/archivos/metodologias/FP20071323/dos_presentaciones_capaciatacion/elemento3/estandarizacion.pdf
19
http://www.contactopyme.gob.mx/Cpyme/archivos/metodologias/FP20071323/dos_presentaciones_capaciat
acion/elemento3/estandarizacion.pdf
40
3.2.2. BENEFICIOS DE LA ESTANDARIZACIÓN
A continuación se darán a conocer los beneficios de la estandarización:
Permite preservar el conocimiento y experiencia.
Es posible medir el desempeño del proceso.
Establece indicadores que permiten relacionar las causas y efectos (acciones
– resultados).
Suministran bases de datos que permiten el mantenimiento y la mejora
continua del articulo.
Proporciona una base para el entrenamiento o capacitación del personal
involucrado.
Realizar diagnósticos y auditorias del trabajo desempeñado para la obtención
del producto.
Reducción de errores en el proceso de trabajo.
Facilita la intercambiabilidad en casos de refacciones.
Minimiza los tiempos de fabricación y los costos de producción.
Permite obtener certificaciones internacionales (por ejemplo estampe ASME).
Permite utilizar procedimientos calificados repetidamente (por ejemplo:
soldadura)
3.3. CRITERIOS DE ESTANDARIZACIÓN
La estandarización tiene cabida si las actividades son repetitivas como ya se
mencionó en apartados anteriores como por ejemplo, los procedimientos de
diseño y construcción, debido a que por este medio se pretende lograr un
lenguaje común20.
Para este documento se tomarán en cuenta criterios que permitan una fácil
cuantificación20
20
http://www.contactopyme.gob.mx/Cpyme/archivos/metodologias/FP2007-
1323/dos_presentaciones_capaciatacion/elemento3/estandarizacion.pdf
41
3.3.1. DIMENSIONES COMUNES
Las dimensiones de las láminas requeridas serán basadas en la información de
las láminas existentes en el mercado nacional, debido a que de esta manera se
puede cuantificar el número de láminas que se usarían según las dimensiones de
las mismas para la construcción del silo20.
3.3.2. MATERIAL EMPLEADO
El material empleado debe ser estandarizado debido a que los procesos de
diseño se relacionan íntimamente. Los comportamientos y resistencias que se
analizan son propiedades del material y varían de un material a otro inclusive de
una colada a otra. Sin embargo, si caben los comentarios pertinentes como una
guía de recomendaciones para que el material seleccionado sea el más adecuado
a la necesidad del diseño. En este caso se empleara el acero ASTM 516 grado
70; que es el material usado propiamente para recipientes a presión 20.
El empleo de seguimientos del material dentro de los procesos de fabricación y
montaje, permite obtener certificaciones y estampas que entregan los entes que
regulan a través de normas, siendo esto un medio mediante el cual se comprueba
la estandarización de un proceso20.
3.3.3. USO DEL SISTEMA MÉTRICO DE MEDIDA
Las dimensiones en Ecuador son una mezcla de unidades del sistema inglés y del
sistema métrico internacional así, no es nada raro el uso de elementos
indistintamente, por ejemplo llaves de boca de tresoctavos usadas para pernos de
diez milímetros21.
En este documentos se tratará la equivalencia de los dos sistemas pero siempre
tratando con mayor empeño las unidades del sistema internacional21.
3.3.4. EL CÁLCULO Y PROCESO DE DISEÑO
El cálculo y proceso de diseño debe ser estandarizado para proporcionar de una
manera adecuada un conjunto de pasos que permitan desarrollar el diseño con la
21
http://www.contactopyme.gob.mx/Cpyme/archivos/metodologias/FP2007-
1323/dos_presentaciones_capaciatacion/elemento3/estandarizacion.pdf
42
independencia necesaria del personal que se encargue de esta tarea. Además de
esta parte nace la relación vinculante con la geometría y las decisiones del
proceso de fabricación siempre buscando la optimización de recursos y tiempos21.
3.3.5. GEOMETRÍA Y PROCESO DE FABRICACIÓN
Con el proceso de producción se hace referencia al conjunto de pasos que se
deberán seguir para un cumplir con los parámetros de diseño estipulados y de la
cual se desprende una relación con la geometría22.
La geometría que será seleccionada más adelante deberá cumplir con ciertas
características como son estética, funcionalidad, y bajos costos, además de que
su proceso de producción deberá ser capaz de reproducirse con la mayor
facilidad posible. La geometría es quizás el factor más enlazado con los demás
criterios debido a que al cambiarla, también ocurre un cambio en el número de
láminas, en las juntas de unión, etc22.
Dentro de la geometría del tanque hay que tomar en cuenta factores limitantes en
ella como la comercialización del silo. Esto debido a que un silo presenta esta
necesidad de movilidad, sus dimensiones deberán ser tales que permitan su
traslado en vehículos de carga pesada. De aquí que su diámetro no podrá
exceder los tres metros como un parámetro de diseño impuesto desde este
momento22.
3.4. ALTERNATIVAS DE DISEÑO
En este apartado se describirán las opciones de diseño tomando en cuenta que el
elemento a diseñar debe cumplir ciertos parámetros, como capacidad, facilidades
constructivas, de limpieza, facilidad para el llenado y descarga entre otras23.
Para una correcta selección se irán analizando el recipiente dividiéndolo en varias
partes y presentando alternativas a esta subdivisión, con ventajas y desventajas
de cada una de las opciones. Para realizar un mejor análisis, se va a seguir el
método propuesto en el libro Diseño Concurrente del Dr. Carles Riba. El método
se basa en la comparación cuantitativa de los criterios de selección, dando mayor
prioridad a los criterios que mayor peso tengan después de este estudio 23.
22
23
Los autores
Riba, C.(2002). Diseño Concurrente, [versión PDF], Madrid
43
La primera parte a analizar será el techo del recipiente.
Tabla 3-1: Tipos de tapas ventajas y desventajas
Tipo de Tapa
Toriesféricas
Ventaja
Desventaja
Facilidad de construcción
Presión menores a las
Bajo costo de fabricación
tapas semielípticas
Resiste elevadas presiones
manométricas
Alto uso industrial
Semielípticas
Semiesférica
Altos espesores de material
Altos
costos
Mayor presión
construcción
No tiene limite dimensional
Altos
para su fabricación
fabricación
Soporta presiones criticas
Geometría robusta
costos
de
de
REALIZADO POR: LOS AUTORES
Para la selección de la mejor alternativa, con base al análisis anterior, se escogen
los siguientes criterios:
Facilidad de fabricación>Facilidad de montaje =Costo de Fabricación
Para una mejor interpretación cabe decir que la comparación entre criterios se lo
hace en sentido horizontal. Si es mayor la premisa lateral que la vertical entonces,
el valor correspondiente en la matriz es 1, si por el contrario fuera menor entonces
el valor es de 0. Pero si tuviera una valoración igual le corresponde 0,5. Bajo
estas consideraciones se realiza la matriz de valoración. Cabe señalar que al
sumatorio total horizontal se suma 1 para evitar que algún criterio se quede con
un valor de cero. Una vez hecho esto se realiza una ponderación para determinar
criterio de mayor peso dentro del futuro diseño. Con estas premisas,desde la tabla
3-2, hasta la tabla 3-5 se muestra el proceso de selección de una de las
alternativas24.
24
Riba, C.(2002). Diseño Concurrente, [versión PDF], Madrid
44
Tabla 3-2: Criterios de selección de la tapa del recipiente
CRITERIOS
Facilidad de Facilidad
Costo de
fabricación de Montaje Fabricación
∑+1
Ponderación
1
1
3,0
0,50
0,5
1,5
0,25
1,5
0,25
6,0
1,00
Facilidad de
fabricación
Facilidad de
Montaje
Costo de
Fabricación
0
0
0,5
Suma
FUENTE: LOS AUTORES
Por simplificar se llamará solución 1,2,3 a cada una como sigue:
Solución 1
Toriesféricas
Solución 2
Semielípticas
Solución 3
Semiesférica
Tapa Toriesférica>Tapa Semielíptica >Tapa Semiesférica
Tabla 3-3: Evaluación de alternativas según el primer criterio
Facilidad de
fabricación
Solución 1
Solución 2
Solución 3
Solución 1
0
0
Solución 2
Solución 3
∑+1
Ponderación
1
1
1
3,0
2,0
1,0
6,0
0,50
0,33
0,17
1
0
Suma
FUENTE: LOS AUTORES
Tapa Toriesférica=Tapa Semielíptica >Tapa Semiesférica
Tabla 3-4: Evaluación de alternativas según el segundo criterio
Facilidad de
montaje
Solución 1
Solución 2
Solución 3
Solución 1
0,5
0
Solución 2
Solución 3
∑+1
Ponderación
0,5
1,0
1,0
2,5
2,5
1,0
6,0
0,42
0,42
0,17
1,00
0
Suma
FUENTE: LOS AUTORES
45
Tapa Toriesférica>Tapa Semielíptica >Tapa Semiesférica
Tabla 3-5: Evaluación de alternativas según el tercer criterio
Costo de
Solución 1 Solución 2 Solución 3
Fabricación
1
Solución 1
Solución 2
0
Solución 3
0
∑+1
Ponderación
1
3,0
0,55
0,5
1,5
0,27
Suma
1,0
5,5
0,18
1
0
FUENTE: LOS AUTORES
La Tabla 3-6 presenta en conclusión cual será la solución que mejor se ajuste
según los criterios que fueron tomados.
Tabla 3-6: Conclusión de la selección
Conclusiones
Solución 1
Solución 2
Solución 3
Facilidad de Facilidad
Costo de
fabricación de montaje fabricación
0,25
0,10
0,14
0,17
0,10
0,07
0,08
0,04
0,05
Suma
∑
Prioridad
0,49
0,34
0,17
1,00
1
2
3
FUENTE: LOS AUTORES
En conclusión la tapa del recipiente de almacenamiento será de forma
toriesférica24.
A pesar de que el cuerpo del recipiente puede ser de diferentes formas la mejor
elección será una circular debido a que los cilindros absorben de una mejor
manera los esfuerzos que se presentan por el almacenamiento. Ahora aplicando
el mismo método de evaluación de criterios, se valorará la entrada del hombre
considerando que deberá necesariamente tener una entrada superior, que será
destinada a la toma de muestras, limpieza y mantenimiento, además de la
medición manual de nivel. Por lo tanto las opciones son las mostradas en la Tabla
3-724.
46
Tabla 3-7: Tipo de entrada de hombre: ventajas y desventajas
Tipo de Puerta
Ventaja
Circular
Desventaja
Espacio reducido
El corte debe ser de
Están normados para
muy alta calidad
recipientes petroleros
Número grande de
pernos
Semielíptica
Vertical
Se ajusta con la presión
interna
Número de pernos reducido
Facilidad de Montaje y
Desmontaje
Geometría de gran
exactitud
Facilidad de construcción
Requiere de
Gran masa, por lo tanto
empaques y ajustes
pesadas
adicionales
Facilidad de montaje y
desmontaje
REALIZADO POR: LOS AUTORES
Los criterios de selección para esta parte del recipiente son:
Seguridad>Costo>Funcionalidad>Facilidad de construcción
Tabla 3-8: Criterios de selección para la entrada de hombre
CRITERIOS
SEGURIDAD COSTO FUNCIONALIDAD
Seguridad
Costo
0
Funcionalidad
0
0
Facilidad de
construcción
0
0
1
1
1
FACILIDAD DE
CONSTRUCCIÓN
∑+1
Ponderación
1
1
4
3
0,44
0,33
1
2
0,22
1
0,11
9
1,00
0
Suma
FUENTE: LOS AUTORES
47
Solución 1:
Circular
Solución 2:
semieliptica
Vertical
Solución 3:
Solución 2> Solución 1> Solución 3
Tabla 3-9: Evaluación de las alternativas según el primer criterio
SEGURIDAD
Solución 1
Solución 1
Solución 2
Solución 3
Solución 2
Solución 3
∑+1
Ponderación
0
1
1
2
3
1
Suma
6
0,33
0,50
0,17
1
1
0
0
FUENTE: LOS AUTORES
Solución 2> Solución 3> Solución 1
Tabla 3-10: Evaluación de las alternativas según el segundo criterio
COSTO
Solución 1
Solución 1
Solución 2
Solución 3
1
1
Solución 2
Solución 3
∑+1
Ponderación
0
0
1
1
3
2
6
0,17
0,50
0,33
1,00
0
Suma
FUENTE: LOS AUTORES
Solución 3> Solución 2> Solución 1
Tabla 3-11: Evaluación de alternativas según el tercer criterio
FUNCIONALIDAD
Solución 1
Solución 1
Solución 2
Solución 3
1
1
Solución 2
Solución 3
∑+1
Ponderación
0
0
0
1
2
3
Suma
6
0,17
0,33
0,50
1,00
1
FUENTE: LOS AUTORES
Solución 3> Solución 1> Solución 2
Tabla 3-12: Evaluación de alternativas según el cuarto criterio
FACILIDAD DE
CONSTRUCCIÓN
Solución 1
Solución 2
Solución 3
FUENTE: LOS AUTORES
Solución 1
0
1
Solución 2
Solución 3
∑+1
Ponderación
1
0
0
2
1
3
Suma
6
0,33
0,17
0,50
1,00
1
48
Tabla 3-13: Conclusión de selección
Conclusiones
SEGURIDAD
COSTO
FUNCIONALIDAD
FACILIDAD DE
CONSTRUCCIÓN
∑
0,15
0,22
0,07
0,06
0,17
0,11
0,04
0,07
0,11
0,04
0,02
0,06
0,3
0,5
0,4
Suma
1
Solución 1
Solución 2
Solución 3
Ponderación
FUENTE: LOS AUTORES
La siguiente parte a analizarse es la tolva de descarga que será cónica debido a
que de esta manera se facilita la descarga. Sin embargo es fundamental decir que
los fenómenos que se presentan en esta parte serán analizados en el capítulo IV
de este documento24.
Por otra parte la línea de carga del recipiente puede ser de dos diferentes
maneras por lo que se ha considerado que no es necesario seguir el método
anteriormente usado. Para esta parte se realizará solo un cuadro comparativo y
con ello se escogerá la mejor de las dos opciones24.
Tabla 3-14: Análisis de linea de descarga
Línea de carga
Por la tapa
Ventaja
Desventaja
Garantiza un llenado uniforme
Mayor altura de
Seguridad en la descarga
descarga
Ayuda de la gravedad en el
Necesidad de un bomba
momento de entrada del
de mayor capacidad
material
Menos posibilidades de
segregación del material
Menor Altura de la línea de
descarga
Facilidad de Montaje y
Desmontaje
Por la pared
FUENTE: LOS AUTORES
Posibilidad de un
volcamiento por
acumulación del
cemento en un
determinado sector
Posible segregación de
material
3
1
2
49
Los elementos como escaleras, y soportería se irán definiendo conforme se
avance en el diseño. Sin embargo, la forma aproximada del recipiente sería como
la mostrada en la fotografía 3-124.
Fotografía 3-1: Forma aproximada del silo
FUENTE: http://www.mamet-sa.com/productos%20-%20carrocerias%20y%20tanques.htm
50
CAPÍTULO IV
4. PARÁMETROS DE DISEÑO
En este capítulo se establecerá los parámetros necesarios que posteriormente
serán de gran utilidad para el desarrollo del diseño y cálculo estructural del silo. A
continuación se pueden citar los siguientes25:
Peso específico del cemento
Diámetro del silo
Ángulo de inclinación de la tolva
Ángulo de fricción material – pared
Ángulo de fricción interno del material
Diámetro de boca de descarga de la tolva
4.1. PESO ESPECÍFICO DEL CEMENTO
Se entiende como peso específico a la relación existente entre el peso de una
sustancia y su volumen, en el sistema internacional sus unidades se expresan en
N/m3. Para el caso de estudio como se mostro en el capítulo II, la sustancia a
analizarse y emplearse para el presente proyecto es el cemento 25.
A continuación se muestra la expresión que permite determinar el peso específico
de una sustancia.
*g
Dónde:
25
ASME, Codigo ASME sección VII, división I.
Ec (4.1)
51
4.2. DIÁMETRO DEL SILO
Para diseñar el silo se ha determinado que el diámetro no deberá ser mayor a 3
metros debido a que en el país no se cuenta con transporte cuyo ancho de
plataforma sea mayor al valor establecido, es decir se estandariza el diámetro del
silo con la finalidad de obtener ventaja en la comercialización del mismo26.
Dónde:
4.3. ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LA TOLVA [ɵ ]
El ángulo de inclinación de la tolva ocupa un papel importante ya que permite
descargar el material pulverulento (cemento) de forma adecuada; es decir permite
obtener un flujo de vaciado óptimo, de tal manera que se evite una compactación
inútil del material almacenado misma que no permitiría obtener lo solicitado26.
En el caso del almacenamiento de materiales granulares, harina, pulverulentos,
etc. Se ha establecido un ángulo de inclinación de tolva igual a 60º, el cual
permite una descarga del material de forma adecuada27.
Dónde:
4.4. ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNO DEL MATERIAL [β]
En la actualidad el sector industrial se encuentra trabajando con materiales
pulverulentos, mismos que presentan una granulometría que oscila en amplios
valores dando así origen a segregaciones durante el llenado ya que las partículas
gruesas tienen tendencia a rodar hacia las paredes, mientras que las partículas
26
Ravanet, J. (1992). Silos. España: Editorial Limusa
Primer Seminario de Tanques de Almacenamiento EPN, 1981. Acero de los Andes
27
52
finas se quedan en el centro de la celda y estas a su vez son compactadas por las
gruesas durante el llenado28.
El ángulo de fricción interno del material es de suma importancia ya que permite
determinar el tipo de flujo que se puede obtener, el cual puede ser másico o de
conducto, el flujo de conducto también es conocido como flujo tubular28.
Si el ángulo de rozamiento interno es mayor a el ángulo de pared se hace posible
la obtenciónde un flujo másico, en el caso opuesto se tendrá un flujo de
conducto.Esto debido a que es mucho más fácil el deslizamiento en el seno del
producto que entre el producto almacenado y las paredes que lo contienen 28.
El ángulo de fricción interno se puede determinar mediante el empleo de una
celda de cizalla y sometiendo al producto a una serie de fuerzas normales y
acontinuación los esfuerzos de cizalla28.
A continuación se detallan los valores de ángulos de fricción entre el material
almacenado y la pared, y de igual manera el ángulo de fricción interno en el
material almacenado. Los valores máximos y mínimos de Ángulos de fricción
interno y material-pared para diversos materiales se encuentran tabulados en la
tabla 4-1 28.
Tabla 4-1: Ángulos de fricción material-pared
Ángulo de fricción material-pared
Material
Harina
Cemento
Cenizas
Coque
Mineral de Hierro
Arena Seca
Piedra Machacada
Máximo [º]
40
29
40
36
40
38
38
Mínimo [º]
30
22,5
36
25
36
27
27
Ángulo de fricción interno
Máximo [º]
45
40
40
41
46
45
45
Mínimo [º]
35
30
35
37
43
38
40
FUENTE:Diseño de un Silo Cilíndrico Metálico para el Almacenamiento de Materiales Granulares, pag: 27
28
http://www.qualicer.org/recopilatorio/ponencias/pdf/0013041s.pdf
53
4.5. ÁNGULO DE FRICCIÓN MATERIAL – PARED [ᶲ ]
Al igual que el ángulo de fricción en el material, el ángulo de fricción entre el
material y la pared del silo también es importante ya que de este ángulo depende
el tipo de flujo que se producirá en la celda durante el vaciado; es decir contribuye
a determinar el tipo de flujo28.
El ángulo de fricción con la pared se puede determinar colocando un cubo con el
material a estudiar sobre una placa, la placa debe ser elevada a distintos ángulos
hasta lograr que esta empiece a deslizar, el ángulo de inclinación de la placa
indica cual es el ángulo de fricción o rozamiento con la pared28.
4.6. DIÁMETRO DE LA BOCA DE SALIDA
Conjuntamente se presenta en función del flujo del material y de la inversa del
factor de flujo del sistema, en el punto de corte de ambas representaciones se
cumple la condición de flujo. Lo cual quiere decir que en ese punto la tensión
máxima a cizalla a la cual está sometido el polvo es equivalente a la resistencia
mecánica del lecho, a esta tensión se la denomina tensión crítica y su valor es de
gran utilidad para poder determinar el diámetro mínimo para la salida del silo.
Para un silo cónico de forma con abertura circular el tamaño del diámetro de la
boca de salida se lo determina mediante la siguiente expresión 28:
D
2
60
0
*
CAS
CAS
g
Ec (4.2)
Dónde:
D: diámetro del orificio de salida [m]
: ángulo entre la vertical y la pared del siloen la zona de descarga [ grados]
CAS: tensión crítica [Pa]
ρ: densidad del material a ensilarse [kg/m3]
54
4.7. TIPOS DE FLUJO
La existencia de un tipo de flujo o dígase de otro dependerá de la naturaleza del
sólido pulverulento así como también del recipiente que lo contiene 28.
Anteriormente se ha estado haciendo referencia al tipo de flujo que se puede
obtener en función de los ángulos de fricción, acontinuación se detallará de mejor
manera los flujos que puede obtenerse durante la descarga del material del silo 28.
La descarga de un material pulverulento puede ser de los siguientes tipos:
Flujo Másico
Flujo de Conducto ó Tubular
4.7.1. FLUJO MÁSICO
A diferencia del flujo de conducto este se caracteriza por lograr que todo el
material se mueva a la vez durante la descarga, el material pegado a las paredes
de desliza sobre estas vaciándose así junto con el resto28.
Al iniciar la descarga cada una de las partículas se mueve, el material que
inicialmente entra al silo es el primero en descargarse del mismo. La descarga de
un silo en flujo másico no se detiene por la formación de canales puesto que todo
el material se mueve a la vez28.
Las tensiones que aparecen en el silo durante la descarga son predecibles razón
por lo cual puede diseñarse para que no se formen arcos que cause
interrupciones. El caudal de descarga y la densidad son menos variables con
respecto al flujo tubular. En efecto que todo el material se mueva a la vez provoca
un cierto mezclado el cual permite obtener una homogenización de polvo a la
salida. En unos casos los silos de flujo másico son empleados para mezcla de
sólidos28.
El flujo másico se obtiene cuando el ángulo de fricción interno es mayor al ángulo
de fricción entre el material y la pared del silo28.
55
Figura 4-1: Flujo másico de un material pulverulento
FUENTE: http://www.qualicer.org/recopilatorio/ponencias/pdf/0013041s.pdf
4.7.2. FLUJO DE CONDUCTO Ó TUBULAR
Este tipo de flujo consiste en la formación de un conducto o canal el cual se
encuentra alineado con la boca de salida o descarga del silo, esta rodeado por
una zona en la cual el material permanece inicialmente estático 28.
Durante la descarga del material, si este es poco cohesivo la parte más alta
pegada a las paredes se va desmoronando mientras va alimentando al canal
central28.
Al tener un flujo de descarga de tipo tubular es importante considerar que todo el
material no se encuentra moviendo a la vez, razón por la cual provoca que el
caudal a la salida del silo y la densidad aparente sufran modificaciones durante el
transcurso de operación. Incluso cuando el silo se ha vaciado casi completamente
existe en su interior material que aún no ha sido removido en su totalidad el cual
a su vez causa una disminución en la capacidad efectiva del silo, los restos
acumulados pueden cambiar sus propiedades generando así problemas de otra
índole28.
56
El flujo tubular es obtenido cuando el ángulo de fricción entre el material y la
pared del silo es mayor al ángulo de fricciónformado en el interior del material29.
Figura 4-2: Flujo de conducto o tubular
FUENTE:http://www.qualicer.org/recopilatorio/ponencias/pdf/0013041s.pdf
En la tabla 4-2 se resumen las características de los tipos de flujo analizados en
este apartado.
Tabla 4-2: Caracteristicas de los tipos deflujo
CARACTERISTICAS DE LOS TIPOS DE FLUJOS
Flujo másico
Flujo tubular
La altura necesaria para la misma
Elimina la posibilidad de obstrucción de flujo capacidad es menor
Minimiza los efectos de segregación por Las presiones que soportan las
tamaños
paredes son más bajas
Renovación del material(no existen zonas La abrasión sobre las paredes es
muertas)
menor
Flujo uniforme y fácil de controlar
La densidad del lecho de polvo a la descarga
es prácticamente constante
Se aprovecha toda la capacidad de
almacenamiento
FUENTE:Diseño de Silos y Tolvas para el almacenamiento de de materiales pulverulentos. Problemas asociados a la
operación de descarga; J.L. Amorós, G. Mallol, E. Sánchez, J. García; página: 3
29
Ravanet, J.(1983).Silos flujo de vaciado de sólidos. Formación de bóvedas. Efectos. España. Limusa.
57
4.7.3. REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA
Es importante analizar el comportamiento del material almacenado (cemento),
observar lo que sucede al momento que este entra en contacto con la pared del
silo durante la descarga30.
Cuando el material se encuentra en lo más alto del silo esta sin compactar en ese
momento la distribución de presión es cero, ya que sobre él no actúa ninguna
presión. Al instante en que el material empieza a ser descargado empieza a
compactarse debido a que la presión empieza a actuar sobre el material, lo cual
provoca unaumentando de la presión interna representativa conforme aumenta la
profundidad, medida desde la parte superior del silo, hasta aproximadamente al
final del cuerpo de sección cilíndrica donde permanece prácticamente constante.
En la intersección entre la pared vertical y la inclinada (tolva)
la presión
incrementa de manera abrupta y a partir de ese punto esta va disminuyendo
progresivamente conforme el material se acerca a la boca de descarga de la
tolva30.
La resistencia mecánica a la cizalla de un material experimenta en estas
condiciones una variación de presión similar, ya que esta propiedad del lecho de
polvo es función de la compactación la cual a su vez depende de la presión a la
cual está sometido el material. Por lo tanto, durante la descarga la resistencia
mecánica a la cizalladel material sufrirá cambios según su posición en el silo 30.
Al referirse a materiales pulverulentos hay que tener en cuenta que también debe
considerarse que el material está sometido en todo momento a una tensión
máxima de cizalla cuya magnitud también depende de su posición en el silo 30.
A continuación se presentan ilustraciones en las cuales se puede notar como en
todo momento la tensión máxima de cizalla a la que esta sometido el elemento de
polvo es mayor que la resistencia mecánica a la cizalla, mediante lo cual se puede
determinar que durante la descarga del silo no podrá formarse bóvedas que
impidan el flujo30.
30
Ravanet, J. (1992). Silos. España: Editorial Limusa
58
Figura 4-3: Diagrama de aumento de presión vs longitud del silo
FUENTE: Diseño de Silos y Tolvas para el almacenamiento de de materiales pulverulentos. Problemas asociados a la
operación de descarga; J.L. Amorós, G. Mallol, E. Sánchez, J. García; página: 4
Dónde:
f: es la distribución de presiones en la carga del material
s: es el perfil del silo
p: es la distribución de presiones en la descarga del material
4.8. TEORÍAS DE LOS ESPECIALISTAS MÁS IMPORTANTES
A continuación se citara las teorías expuestas por varios expertos para el diseño
de silos vérticales31.
4.8.1. WALKER
Para establecer su teoría empleo como base la información acerca del círculo de
Mohr definiendo de esta manera las presiones máximas y mínimas existentes en
un silo, su teoría dio los mismos resultados obtenidos anteriormente por Jenike
(E.E.U.U.)31
31
Ravanet, J. (1992). Silos. España: Editorial Limusa
59
Walker al igual que Jenike definió los siguientes puntos:
Familia de Planos de rotura de pared.
Plano de rotura de pared y plano efectivo de rotura.
El factor de flujo31.
4.8.1.1.
Factor de flujo
Un alto valor de factor de flujo indicará un material de flujo con baja cohesión,
mientras que un valor de bajo factor de flujo indicará una elevada cohesión del
producto almacenado y por lo tanto un flujo pobre31.
Walker estableció un elemento en equilibrio para
el cálculo de presiones
laterales. Durante el vaciado del producto almacenado aparecen esfuerzos
suplementarios debido al estado elasto – plástico del mismo31.
Walker determinó este fenómeno indicando que la relación entre presiones
horizontales y verticales cerca de la pared es31:
1 sin 2
1 sin 2
Ec (4.3)
Además Walker llego a establecer los siguientes tipos de flujo:
Flujo de embudo
Flujo de Tapón
Flujo másico
A continuación se resalta la información para flujo másico que se supone es el
más idóneo debido a que este tipo de flujo evita interrupciones debido a la
presencia de bóvedas31.
Las direcciones de los esfuerzos principales máximo y mínimo se
encuentran en el plano vertical normal a la sección más cercana a la pared
con lo cual se decide el arrastre del material.
El material por definición de flujo másico desliza a lo largo de la pared.
60
Los
esfuerzos
verticales
sobre
un
plano
horizontal
pueden
ser
considerados constantes31.
Walker resumió su teoría acerca de productos cohesivos de la siguiente manera:
Las tolvas deben ser de gran inclinación y lisa.
La mejor tolva teórica es aquella cuyo factor de flujo crítico esté por debajo
del factor crítico del material. Es decir, los esfuerzos del material van
disminuyendo a la salida de la misma, por otro lado el factor de flujo crítico
de la tolva disminuye con la inclinación de la tolva31.
4.8.2. TEORÍA DEL EMPUJE DE TIERRAS DE COULOMB Y RANKINE
Esta teoría es válida hasta una profundidad h, la cual es determinada por la
posición del plano de fractura que pasa por el límite de la superficie de la cara
opuesta31.
h
a
t 45
tan
Ec (4.4)
/2
Dónde:
A esta altura le corresponde una expresión:
Ph: presión normal a la pared correspondiente a la altura h en kg/m2
: peso específico kg/m3
A partir de altura h la presión sigue unaley distinta de tipo exponencial y de tal
manera que para una altura h vale:
Ph
/ L tan [1 exp
zh
]
Ec (4.5)
61
Dónde:
z
tan 2 45 –
2
L/
tan
ta
Ec (4.6)
4.8.3. TEORÍA DE KOVTUM Y PLATANOV
Para finales del año 1959 los autores realizaron un resumen en base a los
ensayos realizados en tres silos cilíndricos durante el llenado y vaciado de los
mismos. Durante los ensayos realizados llevaron a cabo la toma de medidas de
presiones laterales y presiones sobre el fondo, como resultado se obtuvo que
durante el llenado las presiones incrementan de forma exponencial 31.
Durante el vaciado el incremento de presiones verticales es representativo, y
disminuye en las proximidades de la tolva. Estas presiones tienen carácter
pulsante y una gran amplitud de vibración en las paredes, las mismas que van
disminuyendo gradualmente hacia el centro de la celda. El incremento máximo de
presión durante el vaciado fue de 2,32 veces mayor que la obtenida por la fórmula
de Janssen que hace referencia al grado en reposo31.
Se realizó una comparación entre presiones tomando como referencia un silo de
6.05 m de diámetro, aquellas que fueron obtenidas por Kovtum y Platanov fueron
1.28 veces mayor a los valores de Janssen31.
A raíz de los ensayos efectuados, los autores dividen a un silo en tres partes y
definidas por H1, H2 Y H331.
H1: No presenta problema de formación de bóvedas, las presiones laterales se
calculan usando la ecuación de Rankine. La altura de esta zona es igual al
62
diámetro multiplicado por la tangente del ángulo en reposo del producto
ensilado31.
H2: es la altura intermedia y se caracteriza por formar arco, en esta zona se
presentan los mayores valores de presiones laterales y verticales y presenta un
coeficiente de sobrepresión de 2,32. Esta altura es igual a la diferencia entre la
altura total y la suma de las zonas 1 y 331.
H3: esta zona inferior está formada por el grano inmovilizado contra las paredes y
tolva. Debido a ello se obtiene un cambio en la transferencia de los esfuerzos de
la corriente del producto ensilado a las paredes de la celda. Esta zona presenta
los valores más pequeños de presiones laterales ya que son transmitidas a la
masa de producto en reposo, que a su vez amortigua y transmite a las paredes de
una forma uniforme31.
La altura de esta última sección es igual a la mitad de la diferencia entre el
diámetro de la celda y de la boca de salida multiplicados por la tangente del
ángulo de rozamiento interno31.
4.8.4. MÉTODO DE JANSSEN
Fue el primer método para el cálculo de silos en ser desarrollado, en 1895. H. A.
Janssen estudió las presiones estáticas debido al material almacenado en silos.
Su teoría se basa en el equilibrio de una sección diferencial del silo con el material
en reposo. Con este análisis consiguió derivar la expresión para la presión vertical
del material, la presión lateral y la fuerza de fricción en la pared del silo. Su
método es fácil de llevar a cabo, no es preciso el uso de ordenador para
determinar estas fuerzas. Es también uno de los métodos más empleados para el
análisis de estas fuerzas y está recomendado por la mayoría de las normativas
vigentes para el cálculo de silos32.
32
http://expertoensilos.blogspot.com/2007/10/undcima-entrega.html
63
Figura 4-4: Elemento diferencial de Janssen
FUENTE: http://expertoensilos.blogspot.com/2007/10/undcima-entrega.html
Janssen llego a determinar las siguientes expresiones:
q
* YO [1 exp(
e
Y / Yo)]
p
k
Yo
Vy
Dónde:
Ec (4.7)
k *q
Ec (4.8)
1 sen
1 sen
Ec (4.9)
R
*k
Ec (4.10)
R
*Y
*Y q
Ec (4.11)
,
64
4.8.5. NORMAS DIN 1055 (1964) ALEMANIA
Con el pasar de los años se vio la necesidad de establecer un cálculo adecuado
para silos, ya que anteriormente se había obtenido problemas bastante
representativos por no determinar de forma adecuada las presiones existentes en
la celda y tolva del silo33.
Los conocimientos actuales son distintos
y requieren amplios estudios
posteriores, donde las condiciones reales no sean suficientemente conocidas,
deberán ser tomadas en consideración de normas de seguridad33.
Se define como silo a un depósito prismático o cilíndrico. Producto almacenado es
aquel que va a ser ensilado ya sea de forma granular o pulverulento en que la
cohesión es pequeña con respecto al rozamiento interno. Mediante los productos
pulverulentos cohesivos se tiene un nuevo concepto de diseño y cálculo de silos
para el almacenaje de este tipo de productos33.
Definición y Cargas
A continuación se definirá lo siguiente:
33
Ravanet, J. (1992). Silos. España: Editorial Limusa
65
Para un producto granular con diámetro medio del gránulo de 0.2 mm se aplica lo
siguiente33:
Ángulo de rozamiento durante el llenado:
Ángulo de rozamiento durante el Vaciado:
Para productos pulverulentos de diámetro medio del gránulo de 0,06 mm se
emplean los siguientes valores:
El ángulo de rozamiento durante el llenado y la descarga es:
Para diámetros de granos comprendidos entre 0,2 y 0,06 mm se han de
extrapolar lo valores anteriores33.
Se debe considerar que los valores anteriores varían, si el producto almacenado
presenta humedad. Y de ser este el caso se debe recurrir a ensayos
experimentales para determinar los valores de ángulo de rozamiento 33.
4.8.5.1.
Relación entre presiones horizontales y verticales
Esta relación se encuentra representada de la siguiente manera:
PH
Pv
Para el llenado se considera el siguiente valor:
Ec (4.12)
66
Para el vaciado se considera siguiente el valor:
La presión horizontal es máxima durante el vaciado, mientras que; la presión
vertical y la fuerza de rozamiento son máximas durante el llenado33.
CARGAS A PROFUNDIDAD INFINITA
LLENADO
Presión Horizontal Máxima
*F
U
*U
f *
Ec (4.13)
*F
* f *U
Ec (4.14)
Pwfmáx
*F
U
Ec (4.15)
Phfmáx
*F
*U
U
e*
Ec (4.16)
*F
e * e *U
Ec (4.17)
Phfmáx
Presión Vertical Máxima
Pvfmáx
f
Fuerza de Rozamiento
VACIADO
Presión Horizontal Máxima
Presión Vertical Máxima
Pvfmáx
67
Fuerza de Rozamiento
*F
U
Pwfmáx
Ec (4.18)
CARGAS A PROFUNDIDAD FINITA
Presión Lateral a la profundidad Z
Pz
Pmáx 1
e
Z
Zo
Ec (4.19)
Siendo:
Para el Llenado
Pvfm
vfmáx
F
Z of
f
*
f
U
**U
Ec (4.20)
Para el Vaciado
F
Z oe
e
4.8.5.2.
Pvemáx
*U
U
* e*
Ec (4.21)
Influencias que causan incremento de carga, y bóvedas
La presencia de bóvedas en un silo causa incremento de presión sobre el fondo,
en este caso la norma prevé que las presiones sobre el fondo deben multiplicarse
por un coeficiente de seguridad igual a 233.
Si en un caso se insufla aire a un silo, y este se ha destinado a el almacenamiento
de productos granulares, es importante tomar en cuenta que existe un incremento
de la presión horizontal. Para el caso de productos pulverulentos no se tiene
aumentos significativos de presión33.
4.8.5.3.
Influencias que reducen la carga
A partir de una altura máxima de: 1,20d ó 0,75H existe la posibilidad de reducir la
presión lateral hasta alcanzar en la parte baja de la celda el valor de presión de
llenado33.
68
4.8.6. NUEVA NORMA ALEMANA PARA EL CÁLCULO DE SILOS 1986
La hipótesis de carga de la antigua Norma DIN 1055 no era del todo adecuada ya
que daba valores demasiado bajos, es importante tomar en cuenta que, hay
casos en los cuales las distribuciones de carga difieren de la norma, siendo estas
mayores, en ciertos puntos estas son previstas por la norma33.
NORMA DIN 1055, HOJA 6, 1964
Esta norma se definió para los siguientes productos:
Productos Granulares (cereales)
Productos pulverulentos (cemento)
La Norma DIN 1055 está basada en la Teoría de Janssen, considerando valores
asintóticos para las presiones laterales y verticales y el crecimiento exponencial
de estas en función de la altura33.
Los valores máximos son los siguientes:
Pw
*A
U
Ec (4.22)
Phfmáx
*A
U*
Ec (4.23)
*A
U* *
Ec (4.24)
Phfmáx
A continuación se muestran ciertas simplificaciones:
La presión vertical distribuida uniformemente en una sección recta
El peso específico es el mismo a cualquier altura
La relación existente entre presiones laterales y verticales es la misma a
cualquier altura
El ángulo de fricción entre la pared y el material almacenado es constante
a cualquier altura
69
Ph
Pv
tan
ta 2 45
2
1 sen
1 sen
sen
Ec (4.25)
El valor de λ con la expresión dada representa cantidades inferiores a las reales,
razón por la cual la Norma DIN 1055 aplicó lo siguiente34:
Para el Llenado:
Para el Vaciado:
4.8.6.1.
Revisión de la norma din 1055 en 1986
De acuerdo a la normativa actual, existen ciertas recomendaciones para realizar
el cálculo de presiones en silos que van a ser empleados para el ensilaje de
productos granulares y pulverulentos cohesivos.
Este apartado no considera productos que sean altamente cohesivos como lo
son la harina de soja y alimentación animal.
CAMPO DE APLICACIÓN
La norma que se ha venido exponiendo durante este capítulo esta aplicada para
silos verticales y prismáticos con los siguientes límites:
Límite Inferior:
H
D
0.8
Ec (4.26)
25
Ec (4.27)
Límite Superior:
Pvc
34
Ravanet, J. (1992). Silos. España: Editorial Limusa
70
Dónde:
TIPO DE FLUJO
El tipo de flujo también dependerá del tipo de tolva, inclinación de la misma, la
rugosidad que esta presente, propiedades físicas del material a almacenarse y
dimensión de la boca de salida. Anteriormente ya se ha detallado cada uno de los
tipos de flujo como son flujo másico y de conducto34.
PRESIONES DE LLENADO
Las presiones de llenado tienen como fundamento la Teoría de Janssen.
* rh
* (Z )
*
Pve
Ec (4.28)
Dónde:
Z
ZO
1 e
Z
Zo
rh
*
Ec (4.29)
Ec (4.30)
Presión Horizontal
Phc
* Pvve
Ec (4.31)
* * Pve
Ec (4.32)
Fuerza de Rozamiento
Pw
Para silos con H/D
5 el coeficiente de sobrepresión se obtiene partir de tablas y
para silos con H/D
, los coeficientes de sobrepresión se consideran iguales
a la unidad34.
71
En silos cuyo flujo es de conducto para prevenir irregularidades de presiones
laterales durante el vaciado se debe considerar una presión horizontal adicional
sobre la pared, definida por el parámetro empírico34
.
Dónde:
Para silos con flujo másico, es necesario considerar una presión extra, la cual
actúa en la zona de transición de la tolva del cuerpo. Los valores de presión se
pueden determinar de la siguiente manera34:
Ps
*Z
Ec (4.33)
Ps
*D
Ec (4.34)
CONCLUSIONES
La nueva norma determinó los coeficientes de sobrepresión en función del tipo de
flujo, ya sea este másico o de conducto. Además, la norma también proporciona
ciertos limitantes como son34:
No se aplica para materiales altamente cohesivos
La norma no aplica para H/D
debido a que el cracter exponencial
desaparece
No es válida para relaciones altura – lado mayores a 5 o diámetros
mayores a 25 metros
El valor de λ se considera igual al coeficiente de empuje de tierras :
Ko = 1 - senᶲ , multiplicado por un coeficiente igual a 1,20.
72
4.8.7. PRESIONES LATERALES SEGÚN EL DR. RAVANET
Presiones Laterales Durante el Llenado
Esta presión es similar a las presiones generadas por un producto granular,
excepto si se llegara a introducir aire, por lo que se puede aplicar la ecuación de
Janssen34.
En este apartado la relación existente entre la presión horizontal y la presión
vertical se designa con la letra K, este valor ha sido obtenido experimentalmente
y oscila de 0,36 a 0,6034.
La presión lateral a una profundidad infinita se la calcula con la siguiente
expresión34:
PZ
*R
ttan
n ´
Ec (4.35)
Dónde:
4.8.7.1.
Presiones laterales durante el vaciado: flujo de conducto
Para el caso del almacenamiento de materiales pulverulentos, durante el vaciado
todo se puede esperar, depende mucho del comportamiento del material durante
el proceso. Sí durante el vaciado se produce flujo de conducto centrado, pero no
existen
indicios
de
bóvedas
ni
desprendimientos,
puede
decirse
que
prácticamente no existe incremento de presión. Sí el flujo de vaciado es
excéntrico y se produce junto a la pared del silo, existe una gran pérdida de
presión que puede llegar a presión nula en el límite34.
4.8.7.2.
Presiones laterales durante el vaciado: flujo másico
Como se ha dicho ya anteriormente, al referirse a flujo másico se está diciendo
que todo el material ensilado se mueve conjuntamente; es decir que al abrir la
tapa de vaciado todo el material se pone en movimiento. Sí durante el llenado se
73
han aplicado las presiones laterales de Janssen, durante el vaciado el coeficiente
de sobrepresión con la relación de Janssen es 2,32. En la conexión cuerpo – tolva
el coeficiente de sobrepresión puede llegar a tomar el valor de 5 34.
4.8.7.3.
Presiones laterales durante el vaciado: formación de bóvedas
Al almacenar productos pulverulentos cohesivos es importante tener en cuenta
que a medio o largo plazo se puede tener formación de bóvedas estables cuya
caída produce daños representativos tanto en las paredes del silo así como
también en la tolva. No se han estudiado a fondo las presiones que se generan
por caída de bóvedas. Sin embargo el Dr. Ravanet efectuó ensayos los cuales lo
condujeron a las siguientes conclusiones34:
Los materiales pulverulentos y cohesivos deben tratarse de forma distinta
ya que existe la formación de bóvedas y conductos de vaciado en forma
continua.
La formación de bóvedas y su posterior caída dan origen a presiones
laterales y sobre el fondo hasta 5 veces superiores a las establecidas hasta
en el diseño más consolidado.
Se deben tener precauciones especiales de tal manera que se puedan
evitar presiones excesivas.
Basta con la caída de una bóveda para que las paredes del silo y la tolva
sufran deformaciones e incluso roturas.
Para el estudio de Bóvedas se consideran dos casos34.
a. La bóveda se forma justo en el arranque o conexión de la tolva con la
pared de la celda y se supone que su forma es plana.
La presión máxima se calcula mediante la siguiente ecuación:
Pv
1,8* H *
Ec (4.36)
74
Dónde:
b. La bóveda se forma a una altura H2 por encima de la conexión tolva –
cuerpo, la presión máxima se calcula de la siguiente forma:
P
2* H1 *
Ec (4.37)
Dónde:
4.8.7.4.
Soluciones según ravanet a los problemas de flujo:
Tolva – Contratolva
Ravanet realizó ensayos en maquetas reducidas, además de en silos reales
inspeccionados, de tal manera que se pueda detectar los problemas de
almacenamiento que generan los materiales pulverulentos34.
Dichos problemas son:
Formación de bóvedas sobre la boca de salida
Formación de conducto de vaciado, con el correspondiente desmezcle
Los problemas en las instalaciones se generan debido a las siguientes causas:
Dimensiones reducidas de la boca de salida
Pendientes en las tolvas no adecuadas e inferiores a 70 º
Vaciados excéntricos en las tolvas
Paredes lisas en las tolvas, con incremento de presiones en el fondo
75
Condensaciones en la celdas
Paredes rugosas en las tolvas
Desconocimiento total de los problemas de flujo
La solución para el problema de vaciado es implementar un sistema de dos
tolvas, con la finalidad de reducir la formación de bóvedas de tal manera que se
tenga un vaciado uniforme eliminado las retenciones. Para llevar a cabo lo
mencionado anteriormente es importante tomar en cuenta que las paredes de la
las tolvas deben ser muy lisas, ya que de ser lo contrario existe la formación de
bóvedas justo por encima de la boca de salida de la tolva superior. Este sistema
de tolva – contratolva ha tenido éxito en las instalaciones anteriores34
76
CAPÍTULO V
5. CÁLCULOS Y DISEÑO
En este apartado se dará a conocer las normas y códigos a emplearse para
realizar los respectivos cálculos para el diseño del silo de cemento. Para
determinar el diseño del silo es necesario emplear las siguientes normas y
códigos:
DIN 1055
ASME VIII DIVISIÓN I
ASME SECCIÓN II
AISC
AWS D 1.1
EUROCÓDIGO
5.1. DIN 1055 (ACCIONES EN SILOS Y TANQUES)
La norma Alemana DIN 1055 presenta las ecuaciones necesarias para determinar
las presiones generadas durante el llenado del silo; así como también las
ecuaciones que determinan la presión ejercida sobre la tolva 35.
5.2. ASME SECCIÓN II
En esta sección se podrá apreciar los distintos materiales a los cuales se hace
referencia para diferentes diseños, dentro de esta sección se tiene la siguiente
clasificación:
PARTE A.- Materiales Ferrosos
PARTE B.- Materiales No Ferrosos
PARTE C.- Materiales de Soldadura
PARTE D.- Propiedades
35
http://www.search-document.com/pdf/1/3/din-1055-download.html
77
5.3. ASME SECCIÓN VIII, DIVISIÓN 1
La División I de este código da a conocer las reglas a seguir para la construcción
de calderas y recipiente a presión. Además esta división cubre los requisitos tanto
de diseño así como también de fabricación, inspección y certificación para
recipientes a presión interna y externa. (Estampa ASME)36
Esta sección se divide en los siguientes apartados.
Tabla 5-1: Partes del código ASME sección VIII
Subsección A. Requerimientos generales
Parte UG.- Requerimientos generales para todos los métodos de construcción.
Subsección B.- Requerimientos relacionados para métodos de fabricación.
Parte UW.- Requerimientos para recipientes a presión fabricados por soldadura.
Parte UF.- Requerimientos para recipientes a presión fabricados por forjado.
Parte UB.- Requerimientos para recipientes a presión fabricados utilizando un
material de relleno no ferroso a este proceso se le denomina brazing.
Subsección C. Requerimientos relacionados a clases de materiales
Parte UCS.- Requerimientos para recipientes construidos con acero al carbón y
de baja aleación.
Parte UNF.- Requerimientos para recipientes a presión construidos con
materiales no ferrosos.
Parte UCI.- Requerimientos para recipientes a presión construidos con hierros
fundido.
Parte UCD.- Requerimientos para recipientes a presión construidos con hierro
fundido dúctil.
Parte UHT.- Requerimientos para recipientes a presión construidos con aceros
ferríticos con propiedades de tensión mejoradas por tratamientos térmico.
Parte ULW.- Requerimientos para recipientes a presión fabricados por el método
de capaz.
Parte ULT.- Reglas alternativas para recipientes a presión construidos con
materiales con esfuerzos permisibles más altos a bajas temperaturas.
FUENTE: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/4306
36
CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII, INTRODUCCIÓN, PÁGINA: 1
78
LIMITACIONES DEL CÓDIGO ASME SECCIÓN VIII37
El espesor de recipientes que han sido construidos con aceros al carbono
deberán
tener
un
espesor
mínimo
de
2,38
mm
(3/32
pulg)
independientemente de su forma
Los recipiendes que han de ser construido bajo este código no deben tener
elemntos principales móviles, ya sean rotatorios por esta razón se excluyen
del mismo las bombas, compresores, turbinas, culquiera que sea móvil
El volumen mínimo de los recipientes a presión diseñados y construídos
bajo este código debe ser de 120 galones
Los recipientes deben ser diseñados para una presión mínima de 15 Psi
El diámetro interior mínimo será de 152,4 mm (6 pulg)
La presión máxima de diseño será de 3000 Psi
Deben ser estacionarios
5.4. PRESIONES EJERCIDAS EN EL SILO
5.4.1. PRESIONES DE LLENADO
En el silo se tendrán actuando las siguientes presiones38:
Verticales
Horizontales
Debidas al rozamiento
En la Tolva
37
http://www.slideshare.net/INGQPETER/almacenamiento-de-solidos
38
http://www.search-document.com/pdf/1/din-1055-download.html
79
Figura 5-1: Presiones existentes en el silo
FUENTE: Norma alemana DIN 1055; 2005
Mismas que se calculan mediante las siguientes expresiones38:
5.4.1.1.
Presión vertical
Pv
*R
*
ф z
1 e
Z0
R
*
( z)
Ec(5.1)
Z
Z0
Ec(5.2)
Dónde:
[m]]
Ec(5.3)
80
Por lo tanto la ecuación con los reemplazos pertinentes queda expresada de la
siguiente manera38:
*R
1 e
*
Pv
Z
Z0
[kgff / m 2 ]
Ec(5.4)
Resultado obtenido:
Relación entre Presiones Horizontales y Verticales38
Ph
Pv
1 sen
1 sen
s
1, 1 sen
1,1
( LLENADO)
Ec(5.5)
Resultado obtenido:
Ph
Pv
1 sen
1 sen
1,1
1 1 1 sen
1, 0 (VACIADO)
Ec(5.6)
Resultado obtenido:
5.4.1.2.
Presión horizontal
Se puede notar de la ecuación anterior de relación de presiones, es posible
despejar la presión horizontal de dicha expresión obteniendo así lo siguiente 38:
Ph
Pv *
[kg
kgf / m 2 ]
Ec(5.7)
Resultado obtenido:
Ph
5.4.1.3.
2375, 95
95[kgf / m 2 ]
Presión de rozamiento
La presión por rozamiento actuante en el cuerpo del silo se determina mediante la
siguiente ecuación38:
81
Pw,c
Z
Z0
*R 1 e
[ kgf
gf / m 2 ]
Ec (5.8)
Reemplazando el valor de Zo y Z se obtiene la siguiente expresión38:
Pw,c
*R 1 e
H
R
[kgf
gff / m2 ]
Ec (5.9)
Resultado obtenido:
5.4.2. PRESIONES SOBRE LA TOLVA
La presión total Pn está determinada por la siguiente expresión 38:
Pn
Pn3 Pn 2
Pn1
Pvt (Cb sen 2
Pn 2
Pn 3
Resultados obtenidos:
Pn1 Pn 2
x
[kkgf / m2 ]
lh
Ec (5.10)
cos 2 )
Ec (5.11)
Pvt (Cb sen 2 )
3, 0 * R *
*
cos 2
Ec (5.12)
Ec (5.13)
82
Figura 5-2: Presiones ejercidas sobre la tolva
FUENTE: Norma alemana DIN 1055; 2005
Dónde:
(
)
83
5.4.2.1.
Presión por fricción en la tolva
La presión por rozamiento actuante en el cuerpo del silo se determina mediante la
siguiente ecuación38:
Pw,t
Pn *
Ec (5.14)
Dónde:
Resultado obtenido:
5.5. EUROCÓDIGO UNE-ENV_1991-49
PRESIONES DE VACIADO
El EUROCÓDIGO establece que las presiones de vaciado están compuestas de
una presión fija y una presión local o presión libre39.
PRESIONES FIJAS PARA SECCIONES VERTICALES
A continuación se muestran las ecuaciones a emplearse para determinar dichas
presiones, para este caso se considerará las presiones debidas a rozamiento en
la pared del silo así como también la presión horizontal en la zona de transición
del silo, tal cual dicta el Eurocódigo39.
5.5.1. PRESIÓN POR FRICCIÓN EN LA PARED DEL SILO
Pw,c , f
Cw * Pw,c
Dónde:
Resultado obtenido:
39
http://sirio.ua.es/cat/UNE-ENV_1991-4=1998.pdf
Ec (5.15)
84
5.5.2. PRESIÓN HORIZONTAL EN LA ZONA DE TRANSICIÓN
Ph , f
Ch * Ph ,t
39
Ec (5.16)
Dónde:
Resultado obtenido:
5.5.3. PRESIÓN LOCAL DE VACIADO
Pp
0, 2 * * Ph , f
1
39
4eii
dc
Ec (5.17)
Ec (5.18)
Dónde:
Resultado obtenido:
5.5.4. PRESIÓN HORIZONTAL DE VACIADO
Ph ,v
Dónde:
Ph , f (1 0,1
,1 )
Ec (5.19)
85
5.5.5. PRESIÓN VERTICAL DE VACIADO
Pv ,v
Pw,c , f (1 0,, 2 )
Ec (5.20)
Donde
5.5.6. PRESIÓN ADICIONAL PARA SILOS CON FLUJOS MÁSICOS
Para silos con flujo másico es importante tomar en cuenta que hay que aplicar
una presión adicional fija y perpendicular a la tolva a una distancia inclinada 0,2dc
(sobre presión psi)39.
Ps
2 * * Ph ,t
Ec (5.21)
Dónde:
Resultado obtenido:
5.5.7. PRESIÓN ESTÁTICA GENERADA POR LA COLUMNA
DE CEMENTO
Pcolumnaa
HT
Dónde:
Resultado obtenido:
*H T [kkgf
g / m2 ]
Ec (5.22)
H1
Ec (5.23)
H 2 [ m]
86
5.6. PRESIÓN DE DISEÑO
La presión de diseño será equivalente a la suma de la presión de operación más
30 psi, tal cual lo establece en el manual de presión de Diseño y cálculo de
recipientes a presión de Juan Manuel León Estrada40.
Si la presión de operación es menor a 300 psi se emplea la siguiente ecuación:
PDISEÑO : Poperación
30 [ psi
p ]
Ec (5.24)
5.6.1. PRESIÓN DE OPERACIÓN
Se identifica como la presión de trabajo y es la presión manométrica a la cual
estará sometido un equipo en condiciones de operación normal40.
La presión de operación es igual a:
5.6.2. PRESIÓN DE DISEÑO
Es la presión a utilizarse para el diseño de las partes constitutivas del recipiente.
Para definir la presión de diseño se debe tomar el consideración lo siguiente 40:
Sí:
PDISEÑO
1.1* PO
Ec (5.25)
Sí:
PDISEÑO
PO 30
lb
l 2
pulg
Ec (5.26)
Por lo tanto la Presión de Diseño es igual a:
40
León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
Ingesa. Recuperado de
http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-de-recipientes-apresion
87
5.7. CÁLCULO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE PARED
Para determinar el espesor de la chapa a emplearse para cálculos posteriores en
el silo, es necesario seleccionar el acero para dicho recipiente a presión; siendo
así adecuado el acero ASME SA-516 Gr. 70 el cual es equivalente al ASTM A-516
Gr. 70 debido a que contienen la misma composición química y las mismas
propiedades mecánicas. Existen Ciertas Variaciones y son41:
ASME SA-516 Gr. 70N ó ASTM A-516 Gr. 70N
ASME SA-516 Gr. 70M ó ASTM A-516 Gr. 70M
La letra “N” indica que el acero es Normalizado.
La letra “M” indica que el acero ha sido certificado en el Unidades Métricas.
Diferencia entre Acero ASME y ASTM41
Como se mencionó anteriormente los aceros poseen la misma composición
química y mismas propiedades mecánicas por lo tanto la diferencia se encuentra
en la creación de estándares. Una clara diferencia es que la ASTM establece
límites y parámetros para las propiedades de un producto y los métodos para
comprobar que el mismo cumpla con las propiedades. ASME determina el
material a ser usado para la fabricación de un equipo. Se puede decir que ASME
contiene a las especificaciones de la ASTM razón por la cual el comité le agrega
una letra “S” a la especificación ASTM41.
El espesor se ha calculado a partir de la siguiente expresión obtenida de la
resistencia de materiales41.
equivalente
te
0,86
pr
t
a
admisible
Ec (5.27)
Donde:
41
http://www.brownmac.com/products/pressure-vessel-steel-plate/asme-sa516-grade-70-andastm-a516-grade-70-spanish.aspx
88
Despejando de la ecuación anterior se obtiene la siguiente expresión:
t
0,86 pr
Ec (5.28)
admisible
Para efectuar los cálculos se aproximado el espesor a
, en
el caso del cuerpo del silo el espesor necesario para que cumpla con el factor de
seguridad es de
5.8.
y en el caso de la tolva
41
CÁLCULO DE ESPESORES DE LA ENVOLVENTE
SEGÚN EL CÓDIGO ASME VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN A
PARTE-UG-27
La parte UG – 27 hace referencia al cálculo de envolventes que se encuentran
sometidas a presión interna42.
El código es claro en especificar que los espesores de las envolventes
sometidas a presión interna no deberán ser menores a las calculadas por
las expresiones posteriores.
La simbología a emplearse es la siguiente:
42
http://es.scribd.com/doc/136088878/Codigo-Asme-Seccion-VIII-Division-1
89
Para el desarrollo del cálculo se tomara un valor de E=0,85 debido a que 42:
Por experiencias profesionales se tiene un punto óptimo de eficiencia de la
soldadura en las envolventes
No representa un espesor excesivo
Costo de radiografiado es relativamente bajo
5.9. ENVOLVENTES CILÍNDRICAS
El espesor mínimo o presión máxima de trabajo deberá ser el espesor mayor o
presión menor que se dan de acuerdo a las siguientes definiciones 42.
Esfuerzo Circunferencial
Esfuerzo Longitudinal
5.9.1. ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL
Deberá cumplir las siguientes condiciones:
t
R
ó P 0.385
0
SE
2
Ec (5.29)
PR
0 6P
SE 0.6
Ec (5.30)
SEtmín
R 00.666ttmín
Ec (5.31)
tmín
Pmáx
90
Figura 5-3: Esfuerzos circunferenciales y longitudinales
FUENTE:http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/4306
Resultados obtenidos:
5.9.2. ESFUERZO LONGITUDINAL
Deberá cumplir con las siguientes condiciones:
t
R
ó
2
tmín
Pmáx
5SE
P 1,, 25
PR
2SE 0
0, 4
4P
P
SEtmín
R 0,
0 4
4ttmín
42
42
Ec (5.32)
Ec (5.33)
Ec (5.34)
91
Resultados obtenidos:
Como se puede notar a partir de las expresiones anteriores se podrá determinar
el espesor mínimo de la envolvente, cabe recalcar que es necesario considerar
para el cálculo de espesores la presión generada por el material ensilado.
5.10. CÁLCULO DE ESPESORES DE LA TAPA
SEGÚN EL CÓDIGO ASME VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN A
PARTE-UG-32
En el Capítulo III se había indicado el tipo de tapa y las razones por la cual fue
seleccionada para el presente proyecto, siendo así una tapa toriesférica. El
espesor mínimo de la tapa se lo determina mediante la siguiente expresión 42.
Figura 5-4: Tapa toriesférica
FUENTE:http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/4306
92
tmín
Pmáx
0,885PL
0,885
PL
0 1P
0,1P
SE 0,1
Ec (5.35)
SEtmín
0,885
0
885L 0,1tmín
Ec (5.36)
Dónde:
Resultados obtenidos:
El radio de articulación es equivalente al 6% de L ó D. Además
las tapas
torieféricas que han sido formadas por materiales cuya resistencia especificada
mínima de tensión es mayor a 80000 psi deberán ser proyectadas utilizando un
valor de S=20000 psi a la temperatura del local42.
93
5.11. CÁLCULO DE ESPESORES DE LA SECCIÓN CÓNICA
(TOLVA)
SEGÚN EL CÓDIGO ASME VIII, DIVISIÓN I, SUBSECCIÓN A
PARTE-UG-32
Figura 5-5: Sección cónica (tolva)
FUENTE: http://www.slideshare.net/siceaingenieria/guia-del-codigo-ASME-seccion-VIII-division-1-tomo-1
P*D
2cos ( SE 0, 6 P)
tmín
P
2SEtco
2
SEtcos
1.2tcos
1
2ttcos
2
D 1.2
Ec (5.37)
Ec (5.38)
94
Dónde:
El ángulo mitad es equivalente debido a que se selecciono una pendiente de la
tolva de 60 grados con respecto a la horizontal, por lo cual el ángulo entre la
vertical y la pared de la tolva será 30 grados, para definir el espesor de la chapa
de acero la norma emplea un valor igual a la mitad del ángulo entre la vertical y la
pared de la tolva.
5.12. CÁLCULO SE ESFUERZOS PRINCIPALES EN EL CUERPO
5.12.1. CÍRCULO DE MOHR
Para determinar los esfuerzos existentes en la envolvente del silo se ha recurrido
al Círculo de Mohr debido a que permite el cálculo de esfuerzos principales de
forma rápida y exacta43.
5.12.1.1.
Esfuerzos principales máximos y mínimos
máx
promedio
máx
Ec (5.39)
mín
promedio
máx
Ec (5.40)
xx
promedio
y
yy
Ec (5.41)
2
2
máx
R
yy
43
xx
yyy
2
xy
2
xx
t
L
t ,c
Ec (5.42)
Ec (5.43)
f
Ec (5.44)
http://www.campus.fi.unju.edu.ar/courses/SSJ0000120042A0008/document/DOCUMENTOS_DE
_TERCEROS/TEORIA/TENSIONES_COMBINADAS/02_AMD_32_35_Mohr_1.pdf?cidReq=SSJ00
00120042A0008
95
Dónde:
5.12.1.2.
Esfuerzo transversal
Se calcula a través de la siguiente expresión44:
t
pr
t
Ec (5.45)
Para el cálculo se ha determinado que el esfuerzo transversal es:
Esfuerzo Longitudinal
Viene a ser determinado al dividir el esfuerzo de tracción para dos.
L
44
pr
2t
Stiopin, P. Resistencia de Materiales, Capítulo IX
Ec (5.46)
96
5.12.1.3.
Esfuerzo por flexión
Previo al cálculo del esfuerzo por flexión, se debe calcular el momento máximo
actuante sobre la pared del silo; para luego ser determinado mediante la siguiente
expresión45.
M máxC
I
f
I
64
( Dext 4
Ec (5.47)
Dint 4 )
Ec (5.48)
Dónde:
5.12.1.4.
Esfuerzo de tracción
El silo estará compuesto por una tapa en su parte superior y otra en su parte
inferior, por lo cual se puede establecer que la fuerza debido al peso de la
columna actúa como fuerza de tracción en las mismas46.
F
A
t ,c
Ec (5.49)
5.12.2. ÁNGULO DE ORIENTACIÓN
Los ángulos de orientación del elemento que se encuentra sometido a los
esfuerzos principales y de cortante se expresan mediante las siguientes
ecuaciones46.
p
1
tan
n
2
xy
1
xx
y
yy
Ec (5.50)
2
xx
p
45
46
1
tan
n
2
1
y
yy
2
xy
James M. Gere, Resistencia de Materiales, Sexta Edición,
James M. Gere, Resistencia de Materiales, Sexta Edición,
Ec (5.51)
97
Una vez determinado los esfuerzos principales y ángulos de rotación respectivos
se procede a dibujar el Círculo de Mohr en un sistema de ejes perpendiculares, en
el eje vertical se encontrará representado el esfuerzo cortante y en el eje
transversal el esfuerzo normal46.
Figura 5-6: Esfuerzos principales representados en sus ejes
REALIZADO POR: LOS AUTORES
La convención de signos es la siguiente:
Los esfuerzos normales positivos de tensión actúan hacia la derecha
Los esfuerzos negativos de compresión actúan hacia la izquierda
Los esfuerzos cortantes que tienden a girar al elemento sometido a
esfuerzo en sentido horario se trazan hacia arriba en el sentido de
Los esfuerzos cortantes que tienden a girar al elemento sometido a
esfuerzo en sentido anti horario se trazan hacia abajo en el sentido de
98
Figura 5-7: Representación de esfuerzos principales
REALIZADO POR: LOS AUTORES
5.12.3. FACTORES DE SEGURIDAD
Como se mensionó anteriormente el factor de seguridad empleado por la ASME
VIII DIVISIÓN I es de 4, por lo tanto para los posteriores cálculos se deberá
comprobar dicho factor de seguridad47.
Para determinar el factor de seguridad se empleará la siguiente expresión47:
máx
47
[
adm
]
AISC.(1997), Manual de resistencia de materiales.
Sy
F .S
Ec (5.52)
99
Despejando el factor de seguridad se obtiene la siguiente expresión47:
Sy
F .S
Ec (5.53)
adm
El factor de seguridad para el cortante máximo se obtiene de la siguiente47
expresión:
máx
[ ]
0, 6
6* S y
F .S
Ec (5.54)
Despejando el factor de seguridad se obtiene la siguiente expresión47:
F .S
0,6* S y
Ec (5.55)
máx
5.13. ESFUERZOS ACTUANTES EN LA TOLVA DE SILO
El esfuerzo por flexión se genera por la presencia de presiones actuantes sobre la
pared de la tolva, como se ilustra a continuación48:
48
Diseño de Estructuras de Acero; BRESLER, LIN Y SCALZI; Editorial LIMUSA.
100
Figura 5-8: Presiones actuantes sobre las paredes de la tolva
FUENTE: Norma alemana DIN 1055; 2005
Para este caso no se ha tomado en consideración el viento debido a que la tolva
se encuentra a una altura baja con respecto al nivel de la tierra. El momento se lo
obtuvo mediante el programa SAP200048.
Del programa se obtiene un momento igual a:
La inercia del cono se determina mediante la siguiente ecuación48:
I
Dónde
*t
*t
dA
8
dB d A
* x1
l
Ec (5.56)
101
M máx Cx
I
f
Ec (5.57)
5.13.1. ESFUERZO TRANSVERSAL
Se calcula a través de la siguiente expresión48:
El espesor a emplearse para el cálculo es: t = 9 mm
t
pr
t
Ec (5.58)
5.13.2. ESFUERZO LONGITUDINAL
Viene a ser determinado al dividir el esfuerzo de tracción para dos48.
L
pr
2t
Ec (5.59)
t ,c
F
A
Ec (5.60)
5.13.3. ESFUERZO DE TRACCIÓN
102
Para determinar el factor de seguridad se empleará la siguiente expresión48:
[
máx
adm
]
Sy
F .S
Ec (5.61)
Despejando el factor de seguridad se obtiene la siguiente expresión48:
Sy
F .S
Ec (5.62)
máx
El factor de seguridad para el cortante máximo se obtiene de la siguiente
expresión48:
Despejando el factor de seguridad se obtiene la siguiente expresión:
F .S
0,6* S y
Ec (5.63)
máx
5.14. DISEÑO DE COLUMNAS
Previo a iniciar el cálculo correspondiente para el diseño de columnas es
necesario definir que es una columna49.
Columna.- Es un elemento esbelto que trabaja a compresión.
5.14.1. COLUMNAS SUJETAS A CARGAS AXIALES
Para columnas sujetas solo a carga axial, es necesario definir un esfuerzo
promedio, mismo que es equivalente a50,
49
50
AISC.(1997), Manual de resistencia de materiales.
BRESLER, LIN Y SCALZI Diseño de Estructuras de Acero;; Editorial LIMUSA
103
Fa
Pa
A
Ec (5.64)
Y que a su vez corresponde a la carga permisible
conveniente emplear un esfuerzo permisible promedio
. Además de ello es
con la finalidad de poder
determinar el área transversal requerida para soportar dicha carga axial50.
5.14.2. DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES
La determinación del esfuerzo permisible o admisible
para columnas sujetas a
carga axial como50:
Pandeo Lateral Primario Elástico
Pandeo Lateral Primario Inelástico
Fluencia gradual debido a esfuerzos locales excesivos, pandeo local y pandeo
torsional50.
Se considera una columna con una relación de esbeltez
efectiva (KL/r). El
ya
pandeo puede ocurrir cuando la carga aplicada excede la carga crítica
sea en el rango elástico o inelástico, el esfuerzo que corresponde a esta carga se
define de la siguiente manera50:
Fcrítica
Pcrí
crítica
A
2
E
KL
r
2
Ec (5.65)
Dónde:
Para columnas esbeltas el pandeo elástico ocurre generalmente cuando
es una fracción de la resistencia de fluencia, en el caso de perfiles laminados
A-36dicha fracción adquiere un valor menos a 0,5; por lo tanto para el caso de
pandeo elástico
y
se convierte en E (módulo de elásticidad del
104
acero). El valor más bajo de la relación de esbeltez para el cual puede suscitarse
y se define mediante la siguiente expresión50:
el pandeo elástico es:
Cc
KL
r
2
c
1
E
Fcrítico
crític
tico
o
1
2
2
2
E
2
Sy
Ec (5.66)
Dónde:
5.14.3. CURVA DE EULER
La curva de Euler permite apreciar distintas zonas donde se encuentran los
elementos esbeltos, dichas zonas son50:
Zona 1.- Se encuentran los elementos no esbeltos.
Zona 2.- Se encuentran los elementos de esbeltez media, es decir todos
aquellos cuyo esfuerzo de falla es menor al Sy.
Zona 3.- Elementos muy esbeltos, es decir todos aquellos que solo por
peso propio tiende a la falla.
Figura 5-9: Curva de Euler
FUENTE: Guia de diseño del AISC51
Las columnas a diseñarse para este proyecto de titulación se las considerará
como columnas de esbeltez media, debido a que el requerimiento de las mismas
51
http://www1.ceit.es/asignaturas/Estructuras1/Resumen%20estabilidad%20columnas.pdf
105
no demandan una gran altura como tal para sostener el silo para almacenamiento
de cemento51.
Para la Zona 2 el esfuerzo crítico se representa según la siguiente expresión51:
2
crítico
E
Ec (5.67)
2
Dónde:
Como se puede notar, al hacer referencia a elementos de esbeltez media se debe
considerar
que el esfuerzo de falla es menor al Sy, y aproximadamente
equivalente a 0,5* Sy. Por lo cual es necesario considerar una modificación en la
expresión anterior, se debe tener en cuenta que es necesario conocer el tipo de
acero a emplearse además de tener en cuenta que la esbeltez es única en cada
columna llegando a lo siguiente51:
Sí:
crítico
1
Sy
2
Ec (5.68)
Caso contrario se cuenta con las siguientes expresiones para calcular los
siguientes valores51:
Reemplazando la expresión final es:
2
crítico
o
1
2Cc 2
2C
* Sy
Ec (5.69)
106
Para el caso de la zona 3, solo para columnas muy esbeltas no es primordial
tener en cuenta el tipo de acero, razón por la cual el esfuerzo crítico de Euler
será51:
5.14.4. FACTOR DE SEGURIDAD
Para la zona 2 el factor de seguridad queda determinado con la siguiente
ecuación52:
F .S
5 3
3 8 Cc
1 3
8 Cc3
Ec (5.70)
El factor de seguridad para la zona 2 se encuentra en el intervalo 52:
Para la zona 3 el Manual de la AISC recomienda usar un factor de seguridad de
1,9252.
Para el desarrollo del diseño de columnas se deberá determinar el esfuerzo
admisible por lo cual se define que este será objeto de estudio al igual que el
esfuerzo real. Por lo tanto se debe además cumplir lo siguiente52:
Fa
F .S
compresión
Dónde:
52
Fè
crítico
AISC.(1998), Manual de resistencia de materiales.
F .S
Ec (5.71)
estabilidad
107
5.14.5. CÁLCULOS
A continuación se procederá a calcular las columnas mismas que servirán para
como soportería del silo. Se tendrá cuatro columnas distribuidas en el perímetro
del mismo52.
5.14.5.1.
Cálculo de carga actuante sobre la columna
Para determinar la carga de
compresión actuante sobre la columna se ha
considerado lo siguiente52:
Peso del material ensilado = 50000kg
Peso propio del silo = 3739 kg (Para conformar la tapa, cuerpo y tolva se
necesitan 16 planchas de acero ASTM A-516 de espesor 10, 9 y 8mm)
Peso por escalera cubre hombre = 50 kg
Peso por accesorios = 50 kg (Tomando en cuenta refuerzos, pernos,
medidores de nivel o presión)
Peso por acumulación de cemento= 64kg (Se considera este peso en caso
que existiera una acumulación de cemento sobre el silo con un espesor de
capa no mayor a 3mm)
Peso de una persona = 100 kg (Se considera en caso de que fuera
necesario que una persona suba al silo cuando este se encuentre cargado
a su máxima capacidad)
Para adquirir la carga total se procederá a sumar todos los pesos expuestos
teniendo así lo siguiente:
108
Como se había mencionado anteriormente se colocará cuatro columnas en el
perímetro del silo a arcos iguales. Por lo tanto para conocer la fuerza que actúa
sobre cada columna la carga total debe dividirse para 4.
Las columnas serán empotradas con la finalidad de restringir el giro de las
mismas para ello se empleara el tipo de ménsula correspondiente. Al dar a las
columnas la condición de empotrado en su parte inferior se deberá tomar en
cuenta que además de la carga de compresión se tendrá un momento generado
por la presión del viento52.
PRESIÓN DE VIENTO
La carga ó presión de viento ha sido calculada en base a lo expuesto en la Norma
Ecuatoriana de la Construcción. La norma establece que la presión de viento
debe calcularse mediante la siguiente expresión52:
Pviento
1
*
2
airee
* v 2b * Ce * C f
Ec (5.72)
Dónde:
Consideraciones:
La NEC-2011 adopta un valor de densidad del aire igual a 1,25 kg/m 3
Para una altura de hasta 10 m la velocidad del viento será de 75 Km/h ó 21
m/s.
109
Se considerará que los elementos se encuentra en zonas aisladas por lo
cual el
es igual a 1,3.
La columna es un elemento esbelto se asumirá como una superficie
vertical de edificio por lo cual
igual a 0,8.
Tabla 5-2: Factor de forma
Construcción
Superficies verticales de edificios
Barlovento Sotavento
+0,8
Anuncios, muros aislados, elementos con una dimensión
+1,5
corta
En el sentido del viento
Tanque de agua chimeneas y otros de sección circula o
elíptica
Tanques de agua, chimeneas y otros de sección cuadrada o
rectangular.
Arcos y cubiertas cilíndricas con un ángulo de inclinación
0,7
+2,0
+0,8
-0,5
Superficies inclinadas a 15 grados o menos
+0,3-0,7
-0,6
Superficies inclinadas entre 15 y 60 grados.
+0,7-0,3
-0,6
Superficies inclinadas entre 60 grados y la vertical
+0,8
-0,6
que no exceda 45 grados
El signo positivo(+) indica presión
El signo negativo(-) indica
FUENTE: NEC 201153
Tabla 5-3: Factor entorno/altura
CONSTRUCCIÓN
Elementos situados en patios inferiores
Elementos de fachadas protegidas en edificios alineados en calles
rectadas
Elementos en fachadas expuestas en edificaciones aisladas
Ce
0,3
0,8
1,3
Elementos en fachadas muy expuestas, situados al borde de la orilla
de lagos o del mar, próximos a escarpaduras, laderas de fuerte 1,5
inclinación, desfiladeros y otros
54
FUENTE: NEC 2011
53
NEC-11; Capítulo I CARGAS Y MATERIALES; Página:12
110
Reemplazando los valores anteriores se tiene:
CARGA DE DISEÑO POR VIENTO
A continuación se ilustra la columna con sus respectivas cargas54.
Figura 5-10: Diagrama de la carga de viento
REALIZADO POR: LOS AUTORES
Para transformar la carga de viento a kgf/m lineal se multiplica la distancia de
separación entre el punto superior e inferior de la columna 54.
54
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/4444/1/UPS-QK00063.pdf
111
]
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARA LA COLUMNA
Figura 5-11: Diagrama de cuerpo libre
REALIZADO POR: LOS AUTORES
Como se mencionó anteriormente la columna será empotrada, razón por la cual
aparecerá una carga de compresión equivalente, que se determina de la siguiente
manera54:
Pequivalentete
Pcomp
compresión
Dónde:
Del Diagrama de Cuerpo Libre se obtiene:
0, 2* M
Ec(5.73)
112
5.14.5.2.
Cálculo del esfuerzo admisible (fa)
Para determinar el esfuerzo permisible es necesario seleccionar el acero con el
cual se diseñara la columna55.
En este caso se ha elegido el acero ASTM A-36 Sy = 36Ksi, este tipo de perfil es
aplicable para construcciones estructurales, tiene como ventajas resistencia a la
tensión y compresión además de tener un costo razonable y es de fácil
adquisición en el mercado. Por estas razones se ha elegido este acero 55.
El esfuerzo crítico se calculará tal cual se indica en la ecuación 6, misma que
depende de los valores de λ y Cc55.
55
ASME.(1997), Manual de resistencia de materiales.
113
Como se había indicado en párrafos anteriores, el factor de seguridad está en un
determinado rango. Este factor de seguridad también será determinado conforme
a los valores obtenidos de λ55.
Para continuar con el cálculo correspondiente se debe determinar la esbeltez de
la columna así como también el esfuerzo real actuante sobre la columna, por ello
es necesario determinar lo siguiente55:
Rigidez de la columna
Rigidez de la Viga (FICTICIA)
Factor K
Para objeto de cálculo se ha asumido a la soportería del silo como una estructura
continua y a la tolva del mismo como una viga ficticia, con la finalidad de pode
determinar el factor k55.
Figura 5-12: Relaciones de rigidez
REALIZADO POR :LOS AUTORES
114
Dónde:
Una vez obtenidos los factores por condición de empotrado y nudo continuo se
procede a encontrar el factor k del nomograma del Manual de la AISC página 5124, del cual obtiene el siguiente factor k55:
Una vez determinado el factor K se procede a calcular la esbeltez de la columna.
Dónde:
El valor de esbeltez no debe ser mayor a:
115
El área requerida para seleccionar el perfil es de: 5,90 [
] con este valor
referencial de área se procederá a buscar un perfil adecuado en al manual de la
AISC55
PERFIL
Se tiene que el perfil trabajara con respecto al eje x por lo tanto se trabajará con la
, por lo tanto para el cálculo de esbeltez se toma el
55
De la ecuación (5.69) se procede a calcular el esfuerzo crítico55:
Reemplazando valores se tiene que55:
De la ecuación (5.70) se procede a calcular el factor de seguridad
correspondiente al valor de λ55.
116
Reemplazando valores se tiene que55:
Por lo tanto, reemplazando los valores anteriores en la ecuación (5.71) se tiene
que el esfuerzo admisible es55:
Como la esbeltez es menor a 200 se continúa con el cálculo del esfuerzo real 55.
Para comprobar que el perfil es adecuado se calcula el índice de trabajo del
elemento a compresión y tener en cuenta lo siguiente 55:
Sí:
117
(Cumple)
PERFIL
Como se puede notar el perfil seleccionado cumple, ahora se procederá a
seleccionar en perfil de producción nacional, el mismo que tendrá sus
dimensiones similares a las del perfil. En este caso el perfil más similar es un
perfil
d = 10,17 [pulg] = 258,32 [mm]
bf = 5,75 [pulg] = 146,05 [mm]
tf = 0,360 [pulg] = 9,1 [mm]
tw = 0,240 [pulg] = 6,1 [mm]
d = h = 270 [mm]
bf = s = 135 [mm]
tf = t = 10,2 [mm]
tw = g = 6,6 [mm]
Tabla 5-4: Especificaciones generales perfiles IPE laminados en caliente
Denominación
IPE 80
IPE 100
IPE 120
IPE 140
IPE 160
IPE 180
IPE 200
IPE 220
IPE 240
IPE 270
IPE 300
h
mm
80
100
120
140
160
180
200
220
240
270
300
FUENTE: Catalogo de DIPAC
Dimensiones
s
g
t
mm
mm
mm
46
3,8
5,2
55
4,1
5,7
64
4,4
6,3
73
4,7
6,9
82
5
7,4
91
5,3
8
100
5,6
8,5
110
5,9
9,2
120
6,2
9,8
135
6,6
10,2
150
7,1
10,7
Sección Pesos
R
mm
5
5
5
5
7
7
7
9
9
12
12
cm2
kg/mt
7,64
10,3
13,2
16,4
20,1
23,9
28,5
33,4
39,1
45,9
53,8
6
8,1
10,4
12,9
15,8
18,8
22,4
26,6
30,7
36,1
42,2
Ix
cm4
80
171
318
541
869
1320
1940
2770
3890
5790
8394
Tipos
Iy
Wx
cm4
cm3
8,49
20
15,9
34,2
27,7
53
44,9
77,3
68,3
109
101
140
142
194
205
252
284
324
420
429
604
557
Wy
cm3
3,69
5,79
8,65
12,3
16,7
22,2
28,5
37,3
47,3
62,2
80,5
118
Figura 5-13: Forma de un perfil IPE
FUENTE: Catalogo de Dipac
5.15. CÁLCULO DEL ESPESOR DE LAS OREJAS DE IZAJE
Las orejas de izaje tienen la función de permitir el transporte y montaje del silo
para almacenamiento de cemento, que como mínimo debe contar con dos orejas
de izaje en este caso se seleccionará tres orejas de izaje cada una colocada a
120 grados56.
A continuación se procederá a calcular el espesor mínimo requerido por la orejas
de izaje, además se muestra en la tabla 5-5 las dimensiones y forma aproximada
de este elemento, en pulgadas56.
56
León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
Ingesa.
Recuperado
recipientes-a-presion
de
http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-de-
119
Tabla 5-5: Dimensiones de las orejas de izaje
FUENTE: http://es.scribd.com/doc/74197620/Diseno-Y-Calculo-de-Recipientes-a-Presion-Juan-Manuel-Leon-Estrada
La ecuación que permite realizar este cálculo es la siguiente56:
to
Dónde:
W
SD
Ec(5.74)
120
5.15.1. CÁLCULO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE RESPALDO
El cálculo de espesor de placas de respaldo es de suma importancia ya que
permite verificar si el espesor del material empleado en el recipiente de presión es
suficiente para soportar las fuerzas tracción aplicada a las orejas de izaje 56.
El espesor de placas de respaldo se calcula mediante la siguiente expresión:
tc
W
2 S (C to ) 2
Ec(5.75)
Dónde:
5.15.2. ÁREA DE SOLDADURA EN OREJAS DE IZAJE
Finalmente, se debe verificar que la soldadura aplicada para fijar las orejas de
izaje sea suficiente, se lo hará con las siguientes ecuaciones56:
Área de Soldadura Aplicada
Se determina mediante la siguiente ecuación56:
121
Dónde:
Área mínima de soldadura requerida.
Se calcula mediante la siguiente expresión56:
Ar
W
S
Ec(5.76)
Dónde:
Una condición muy importante y que siempre debe cumplirse es56:
5.16. DISEÑO DE CONEXIONES SOLDADAS
El diseño de juntas soldadas a emplearse en el presente proyecto son las
siguientes57:
Juntas a Tope (Anexo A-12)
Juntas de Filete (Anexo A-12)
5.16.1. JUNTA A TOPE
Las soldaduras a tope deben ser continuas en toda su longitud y para recipientes
de presión deben ser de penetración completa (CJP). La raíz debe limpiarse
antes de dar el primer pase. En el caso de trabajar con materiales de distinto
57
Modulo04.1 Geometría de la Juntas y Simbología.pdf
122
espesor el material de mayor espesor debe ser adelgazado en una pendiente
menor al 25%57.
5.16.1.1.
Partes de una junta a tope
Abertura de raíz
Tamaño de la cara de raíz
Profundidad del bisel
Ángulo de bisel
Ángulo de ranura
Espesor del metal base
Figura 5-14: Tipos de juntas y sus geometrías
123
Figura 5-14: Tipos de juntas y sus geometrías (Continuación)
FUENTE: Modulo04.1 Geometría de la Juntas y Simbología.pdf
La preparación del tipo de junta a tope depende del espesor del material a unirse
mediante soldadura. A continuación se presenta los tipos de biseles que se
emplean en función del espesor del material con la finalidad de exponer con
claridad la razón por la cual se eligió una junta CJP tipo V57.
124
Tabla 5-6: Tipos de soldadura a tope
SOLDADURA A TOPE O RANURA
TIPO
USO
REPRESENTACIÓN
Se emplea
Bordes
cuadrados
para
espesores
menores a
4mm ó 5mm
Se emplea
para
Caras en V
espesores
entre 5mm y
15mm
Se emplea
Preparación en X
o doble V
para
espesores
desde 15mm
hasta 25mm
Se emplea
Preparación en U
para
espesores a
20mm
FUENTE: Soldaduras de Ranura
5.16.2. DISEÑO DE JUNTAS A FILETE
Comúnmente es denominada
soldadura transversal, es aproximadamente
triangular y sus piernas de soldadura son iguales, se emplea para unir superficies
en “T” o en “L”. Generalmente no requiere preparación de borde para la soldadura
pero a cambio las superficies deben estar completamente tersas. Como ya se
125
verá más adelante, el proceso de selección de soldadura es SMAW el cual se
eligió por las ventajas que presenta, al emplear este proceso de soldadura para
soldaduras de filete se tiene la siguiente ilustración en la cual se puede apreciar
las partes constitutivas del cordón de soldadura a filete57.
Figura 5-15: Partes de una soldadura a filete
FUENTE: http://ebookbrowsee.net/estructuras-de-acero-comportamiento-vinnakota-v-pdf-pdf-d143570922
Las soldaduras de filete básicamente serán empleadas para la unión de miembros
estructurales como lo son en este caso las columnas, además de ello también
será aplicada en las ménsulas, orejas de izaje y placa base – columna57.
5.16.3. DISEÑO DE PLACA BASE
La placa base ira soldada a la columna y a la vez esta tendrá ménsulas soldadas
en sus alrededores con la finalidad de restringir el giro de la misma. El diseño de
la placa base debe ser correctamente realizado con el fin de evitar deformaciones
prematuras en la misma, así como también definir el espesor adecuado con la
finalidad de abaratar costos de producción58.
58
ASME.(1997), Manual de resistencia de materiales.
126
Para el diseño de la placa base se tomará en cuenta lo siguiente 58:
Resistencia última del hormigón estructural
Espacio requerido por el perfil estructural (columna)
Esfuerzo de fluencia del acero a usarse
La placa base consta de las siguientes medidas58:
Ancho de la base (B)
Largo de la base (C)
Distancia del filo de la base al patín del perfil (n)
Espesor de la placa base (tp)
Peralte del perfil (d)
Figura 5-16: Placa base
REALIZADO POR: LOS AUTORES
Para el cálculo de la placa base es necesario emplear las siguientes ecuaciones
de interacción58.
Fc
fc
F .S
Ec ( 5.77)
127
B d 2n
tp
1, 66* f c * n 2
Sy
Dónde:
[3.5]
Ec ( 5.78)
Ec ( 5.79)
128
5.17. DISEÑO DE PERNOS DE ANCLAJE
El diseño de pernos de anclaje es de suma importancia ya que estos irán
incrustados en la cimentación y a la vez servirán para montar la placa base. La
placa base consta de cuatro agujeros, por lo tanto se necesitara un total de cuatro
pernos de anclaje por placa59.
Para el diseño se ha considerado un perno ASTM A-325, que son los pernos
utilizados para el área de ingeniería mecánica estos pernos tienen un Sy = 92 ksi.
El perno será diseñado como un elemento que trabaja a tracción, razón por la
cual se emplean las siguientes ecuaciones59.
Figura 5-17: Perno de anclaje
REALIZADO POR: LOS AUTORES
Cálculo del diámetro del perno de anclaje59
2F * do
Ec ( 5.80)
B 2(1,5
5d p )
Ec ( 5.81)
Mx
do
59
AISC.(1997), Manual de resistencia de materiales.
129
Apr
F
Ft
Ec ( 5.82)
d p2
Ec ( 5.83)
Apr
4
Dónde:
5.17.1. CÁLCULO DE LONGITUD DEL PERNO DE ANCLAJE
El perno de anclaje en toda su longitud debe ser corrugado con la finalidad de que
este tenga una buena adherencia al hormigón estructural a emplearse en la
cimentación59.
Para determinar la longitud del perno de anclaje se empleara las siguientes
ecuaciones59.
F
F
Fh
Fc
fh * L * d p
L
a
50
fc * a * d p
Ec ( 5.83)
Ec ( 5.84)
Ec ( 5.85)
130
Dónde:
5.18. PLACAS DE MÉNSULA
Comúnmente se emplean placas triangulares como ménsulas, las mismas que
sirven como apoyos para transferir las cargas de una viga separada
a una
columna, así como también entre columna-placa. Las ménsulas permiten
disminuir el momento generado en la columna debido a las cargas existentes 59.
Figura 5-18: Ménsulas
FUENTE: http://ebookbrowsee.net/estructuras-de-acero-comportamiento-vinnakota-v-pdf-pdf-d143570922
131
A continuación se presentan las ecuaciones que permiten determinar el cálculo
de ménsulas59.
ho
lm
20
Ec ( 5.86)
Dónde:
5.19. REQUERIMIENTOS PARA ESCALERAS
(ESPECIFICADO POR A.P.I. 650)
1.- Todas las partes de la escalera serán metálicas60.
2.- El ancho mínimo de las escaleras será de 610mm. (24 pulg.).
3.- El ángulo máximo entre las escaleras y una línea horizontal será de 50º.
4.- El ancho mínimo de los peldaños será de 203mm. (8 pulg.).La elevación será
uniforme a todo lo largo de la escalera.
5.- Los peldaños deberán estar hechos de rejilla o material antiderrapante.
6.- La parte superior de la reja deberá estar unida al pasamano de la plataforma
sin margen y la altura, medida verticalmente desde el nivel del peldaño hasta el
borde del mismo, debe ser de, 762 a 864 mm. (30 pulg. a 34 pulg.).
7.- La distancia máxima entre los postes de la rejilla medidos a lo largo de la
elevación debe ser de 2438mm. (96 pulg.).
60
Norma API-650
132
8.- La estructura completa será capaz de soportar una carga viva concentrada de
453 Kg. (1,000 lb), y la estructura del pasamanos deberá ser capaz de soportar
una carga de 90Kg.(200 lb), aplicada en cualquier dirección y punto del barandal.
5.20. CÁLCULO DE REFUERZO DE REGISTRO DE HOMBRE
Para el cálculo del refuerzo correspondiente se tomará en cuenta los siguientes
parámetros61.
Figura 5-19: Entrada de hombre
FUENTE: Cálculo de refuerzos para boquillas Manual recipientes a Presión Juan León Estrada
Cálculo del espesor requerido del caso61
tr
61
PR
6P
SE 0, 6
P
Ec(5.87)
León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
Ingesa.
Recuperado
de
http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-derecipientes-a-presion
133
Se selecciona el espesor de placa comercial que es:
Cálculo del espesor real del cuerpo61
t
Ec (5.88)
tr C
Cálculo del espesor del cuello de la boquilla por presión interna61
PRn
ST E 0, 6
P
6P
trn
d
d externoo
2tno
nominal
Ec (5.89)
2C
Ec (5.90)
Cálculo del espesor real de la boquilla61
Dnominal d
2
tn
Ec (5.91)
Cálculo del límite de refuerzo por dentro61
Cálculo de la parte que penetra la boquilla61
h
H 2 2C
Cálculo del límite de refuerzo por fuera61
Ec (5.92)
134
Cálculo del radio de la placa de refuerzo61
Cálculo del área del agujero del recipiente61
A
d * tr
Ec (5.93)
Cálculo de las áreas que actúan como refuerzo61
Cálculo exceso en el cuello de la boquilla61
Cálculo del área que penetra61
A3 tn 2h
Ec(5.94)
Cálculo del área del cordón de soldadura61
A4 4b 2
Ec(5.95)
Condición a cumplir cuando no se requiere refuerzo61
A
A1
A2
A3
A4
Ec(5.96)
Como se puede notar la condición no se cumple por lo tanto se necesita
refuerzo61.
135
Cálculo del área disponible61
A5
A
A1
A2
A3
A4
Ec(5.97)
Cálculo de la placa de refuerzo
Dp
A5
te
d
2tn
Ec(5.98)
5.21. CÁLCULO DE TAPA PLANA PARA EL REGISTRO DE
HOMBRE
El tipo de tapa será una brida ciega ya que es usada usualmente para cerrar los
extremos de boquillas, tuberías, válvulas, etc. Desde el punto de vista de presión
interna y fuerzas ejercidas sobre los pernos, estas bridas principalmente en
tamaños grandes son las que están sujetas a esfuerzos mayores. A continuación
se presentará las ecuaciones que permiten determinar la tapa plana para registro
de hombre62.
El material de las bridas es62:
SA-105
Sy = 17,5 Ksi
El material de los pernos es62:
SA -193-B37
Sy = 25 Ksi
Cálculo del ancho del empaque62
N
62
Dr
Dininter
interno
terno
2
Bresler, Lin Y Scalzi, Diseño de Estructuras de Acero;; Editorial Limusa
Ec(5.99)
136
Selección del material del empaque62
Asbesto con valores de
Ancho efectivo del asiento del empaque utilizado de acuerdo al tipo de cara
bo62
bo
3N
8
Ec(5.100)
Ancho efectivo del asentamiento del empaque62
Condiciones:
b
bo cuandob
d bo
1/ 4
bo
cuando
bo
c
2
b
1/ 4
Ec(5.101)
Ec(5.102)
Localización de la cara de reacción62
G
Dr
Dinterno
inter
in
2
Ec(5.103)
Carga total en los tornillos W y que resulte mayor de wm1 y Wm262
Wm1
G2P
Wm 2
2b Gm P
Ec(5.104)
b y
bG
Ec(5.105)
Cálculo del área neta transversal requerida por los tornillos en condiciones
de operación62
A1
Wm1
Sb
Ec(5.106)
137
Cálculo de la distancia radial de la línea de centros de barrenos la línea de
reacción del empaque62
Dbarreno G
2
hg
Ec(5.107)
Cálculo del espesor mínimo requerido en la tapa 62
t
CP
SE
G
1.9
1
9Whg
g
3
SEG
Ec (5.107)
Cálculo de la carga total de tornillos W t62
Am1
Wt
Ab
2
s
Ec (5.108)
Cálculo del espesor mínimo en la tapa cuando la presión es igual a cero 62
t
G
1, 9Whg
9Wh
SEG 3
Ec (5.109)
138
CAPÍTULO VI
6.
PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN Y MONTAJE
En esta parte se indicarán las diferentes formas de fabricación y montaje que se
pueden realizar en la construcción del silo. Sin embargo se recomendarán las
más pertinentes para la construcción63.
6.1. PROCESOS DE FABRICACIÓN
Los procesos de fabricación se dividen en cuatro grandes grupos63:
Conformado mecánico por arranque de viruta (virutaje)
Conformado mecánico sin arranque de viruta(conformado)
Conformado mecánico por fundición
Conformado mecánico por Soldadura
Virutaje: este proceso es por arranque de material en forma de viruta. Se produce
por el uso de una cuña que desprende el material63.
Conformado: este proceso se produce por el uso de fuerzas opuestas que
producen una deformación permanente sin llegar a la rotura del material,
generalmente63.
Fundición: este proceso se produce por el moldeo de las piezas mecánicas por el
paso del material de liquido a solido en un molde. Tras la solidificación el material
toma la forma del molde63.
Soldadura: la soldadura se produce por la unión permanente de dos o más piezas
por el uso de un material de aporte o no, con el uso de presión o no, con el uso de
calor o no, etc63.
63
http://www.exafan.com/productos/Es/Manual_silos-metalicos_ESP_A4.pdf
139
Este documento no pretende desviarse tratando a profundidad cada una de las
formas de producción. El objetivo es realizar un apartado que pueda definir con
claridad
las
formas
de
construcción
indiferentemente
a
que
proceso
corresponda63.
De acuerdo con lo anterior se describirá el proceso de construcción en el orden de
fabricación63.
6.1.1. PROCESOS DE TRAZADO
El trazado es una operación manual de trasladar formas, medidas, cotas del plano
o una pieza con instrumentos adecuados para luego ser sometida al trabajo
mecánico o manual. La posición que puede obtener depende del equipo
empleado y las exigencias de producción requeridas64.
Herramientas de trazado
Punta de trazar
Compas
Gramil
6.1.2. PROCESOS DE CORTE
El corte se puede definir como la separación de un material en dos partes para
obtener una forma determinada en una de las partes, a la que se le puede
denominar como parte útil y la otra se denominaría desperdicio. Un corte es
eficiente cuando se produce el mínimo desperdicio de material.
6.1.2.1.
Corte por cizalla
El cizallado es el corte que se produce sin arranque de viruta por la aplicación de
fuerzas opuestas con una pequeña excentricidad entre las líneas de acción, es
decir se aplica el efecto de tijera. La limitante de este proceso es que se restringe
a cortes rectos y no a formas circulares además de que el espesor de corte se
limita a la potencia de la maquina y generalmente son pequeños con relación a
otros métodos de corte. Como ventajas se tiene que los cortes son bastantes
64
http://www.nzdl.org/gsdlmod?e=d-00000-00---off-0gtz--00-0----0-10-0---0---0direct-10---4-------01l--11-en-50---20-help---00-0-1-00-0-0-11-1-0utfZz-800&cl=CL4.6&d=HASH01e339ab3514bacd05f784f2.7&x=1
140
limpios, precisos y no existe cambios bruscos de temperaturas que produzcan
cambios en la composición química del material64.
Figura 6-1: Efecto de cizalla
FUENTE:http://www.nzdl.org/gsdlmod?e=d-00000-00---off-0gtz--00-0----0-10-0---0---0direct-10---4-------0-1l--11-en-50---20help---00-0-1-00-0-0-11-1-0utfZz-8-00&cl=CL4.6&d=HASH01e339ab3514bacd05f784f2.7&x=1
6.1.2.2.
Corte por oxi-corte
Este proceso de corte se basa en la separación del material por el uso de llama
producida por la combinación de dos gases, oxigeno y un carburante, que
producen el desalojo del material. Este proceso se divide en dos fases en la
primera se calienta a altas temperatura (900 ºC) y después la corriente de oxigeno
corta el material65.
Este proceso tiene la ventaja de que puede ser automatizado, y además de que
se puede cortar grandes espesores y en formas complejas. El problema radica en
que se produce un cambio estructural en el material debido a que se supera los
730 ºC donde el acero cambia de una estructura BCC a una FCC. Este cambio se
da paulatinamente aunque se produce un enfriamiento rápido, lo cual cambia las
propiedades del material en la zona del corte65.
6.1.2.3.
Corte por plasma
Este proceso de corte se produce por el uso de gas ionizado a alta temperatura,
capaz de fundir y cortar materiales capaces de conducir electricidad. Se produce
un arco eléctrico entre el electrodo y el material sin embargo se estrangula el gas
ionizado al pasar por una pequeña boquilla, lo cual produce que el gas aumente
65
Varios Autores,(2008).Manual de Soldadura
141
su velocidad y su temperatura alrededor de los 20000 ºC, lo cual permite una gran
rapidez de corte65.
El plasma es el cuarto estado de la materia y en la tierra es posible obtener este
estado solo por medios artificiales. Generalmente se usan los siguientes gases:
aire, nitrógeno, hidrógeno, argón o la combinación de estos65.
Este proceso presentan las siguientes ventajas:
- Menor precio y tiempo de producción que con cortes convencionales.
- Menor Zona afectada por el calor.
- Trabajos de precisión basados en CNC (Control numérico).
- Gran rapidez de corte, lo que conlleva mayor volumen de producción.
- Estabilidad direccional de la columna de plasma
- Trabajo con una amplia gama de metales.
- Gran precisión en el corte independientemente del grosor del metal.
- Corte de grosores entre 0,60 y 80 mm.
- Ahorro de material.66
6.1.3. CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
Los procesos de conformado por deformación plástica son procesos donde existe
una deformación permanente en el material sin llegar al límite de la rotura67.
6.1.3.1.
Rolado
Este proceso consiste en la deformación del material para producir un arco de
circunferencia en diferentes grados de curvatura. El proceso se basa en el paso
del material por un juego de rodillos los cuales causan la deformación. Luego en
la curvatura del material causada por el rolado, se puede observar el
comportamiento de sus fibras. Así las fibras externas están atracción y las
internas a compresión. Para que este proceso sea llevado con éxito, hay que
66
http://www.soldatal.com/es/corte-plasma
67
Varios Autores(1990), Manual de mecánica, Editorial Don Bosco
142
considerar la fibra neutra del material a la cual no sufre ni alargamiento ni
contracción en sus medidas67.
También es posible la fabricación de conos y conos truncados, para ello lo que se
hace es desviar la los cilindros en el mismo grado que el ángulo del cono, como
se aprecia en la siguiente figura67.
Figura 6-2: Rolado de un cono
FUENTE: http://es.scribd.com/doc/28530489/Trabajos-de-Conformacion-en-Construcciones-Metalicas
6.1.3.2.
Rebordeado y bombeado
Este proceso consiste en realizar bordes, con el fin de facilitar operaciones de
soldadura, plegado, o remachado con otras piezas. El borde se logra tras varias
pasadas de conformación67.
El bombeado es un proceso de manufactura que consiste en lograr una curvatura
en el fondo de chapas sobre todo en recipientes de presión para obtener la forma
apropiada67.
6.1.4. PROCESOS DE SOLDADURA
La soldadura es un proceso que propicia la unión de dos materiales de manera
permanente mediante el uso de diferentes fuentes de energía. Los procesos de
soldadura tuvieron su mayor desarrollo durante la segunda guerra mundial donde
sin duda fueron uno de los medios de mayor producción y manufactura68.
68
Becaria J,(2013), Folleto para la capacitación de personal Técnico e Ingenieros en el área de
soldadura.
143
6.1.4.1.
Proceso SMAW
Es un proceso de unión por arco eléctrico con electrodo revestido a través del
uso de calor producido por corriente eléctrica. Hay que recalcar que es un
proceso netamente manual. El arco eléctrico es el paso de la corriente entre dos
polos de diferentes signos, un polo es el electrodo y el otro el material base 68.
El electrodo está constituido por dos partes, la primera se denomina alma que
constituye el metal de depósito de unión en la soldadura. La segunda se
denomina revestimiento que es una mezcla de minerales y materiales orgánicos
que tiene entre sus principales funciones las siguientes68:
Formar la atmosfera inerte que protege la zona de soldadura de influencia
atmosférica.
Incorporación de sales de sodio, de potasio y calcio que ayudan a
encender y estabilizar el arco
Depósito de sílice y manganeso que eliminan el óxido del metal en forma
de escoria.
Contribuye como metal de aporte
Controla los parámetros operaciones del electrodo
Al formarse la escoria se producen las funciones68
Sostiene el cordón de soldadura en posiciones vertical, horizontal y
sobrecabeza.
Permite el enfriamiento lento con lo cual se garantiza buenas propiedades
mecánicas del cordón de soldadura.
En general este proceso presenta muchas ventajas68
Puede emplearse en cualquier posición (dependiendo del electrodo usado)
Puede emplearse en el campo y taller
Es aplicable a un intervalo amplio de espesores
Los electrodos pueden doblarse de manera que pueden ser usados en
áreas ciegas.
Se pueden emplear cables largos para tener acceso a sitio ubicado a gran
distancia de la fuente de energía.
Es útil para soldar ensambles estructurales complejos
144
Es el proceso más popular para soldar tubos y estructuras
Se pueden obtener uniones de alta calidad y alta resistencia
El equipo de trabajo es sencillo y económico
Las principales limitaciones son las siguientes68:
La calidad de las uniones depende de gran medida de la habilidad del
personal.
La escoria debe ser removida completamente antes de aplicar el siguiente
paso.
Debido a que los electrodos tienen una longitud fija, las operaciones deben
detenerse después de que se consume cada electrodo.
Tienen una eficiencia de depósito relativamente baja.
La porción del electrodo que se sujeta al porta electrodo no se aprovecha.
No puede ser usado para soldar algunos metales no ferrosos.
No puede emplearse amperajes altos.
Los electrodos deben mantenerse almacenados en ambientes secos
debido a que se disminuyen sus propiedades.
6.1.4.2.
Proceso GMAW
Es un proceso de soldadura semiautomático con electrodo continuo y consumible
que propicia la unión por el arco eléctrico producido entre el electrodo y el material
base. A diferencia del proceso anterior este proceso crea una atmósfera
protectora con un gas externo, que puede ser CO2, Argón o una mezcla de ambos.
Las principales ventajas de este proceso son las siguientes:
Puede utilizarse para la unión de cualquier tipo de material.
El electrodo es continuo, con lo que se aumenta la productividad por no
tener que cambiar de electrodo y la tasa de deposición es elevada. Se
pueden conseguir velocidades de soldadura mucho más elevadas que con
SMAW.
Se puede realizar la soldadura en cualquier posición.
Se pueden realizar soldaduras largas sin que existan empalmes entre
cordones, zona de peligro de imperfecciones.
Las limitaciones son:
145
El equipo de soldadura es más costoso, complejo y menos transportable
que el SMAW.
Es difícil de utilizar en espacios restringidos, requiere conductores de gas y
de agua de refrigeración, tuberías botellas de gas de protección, por lo que
no puede emplearse en lugares relativamente alejados de la fuente de
energía.
La sensible al viento y a las corrientes de aire, por lo que si aplicación al
aire libre es limitada69.
6.1.4.3.
Proceso SAW
Este es un proceso automático mediante el cual la unión permanente de las
piezas se logra por el uso de calor generado por un arco eléctrico entre la pieza y
el electrodo sólido consumible. La soldadura se protege mediante el uso de un
fundente que recubre el cordón de soldadura. Este proceso se denomina de arco
sumergido debido a que el electrodo esta completamente recubierto por el
fundente.
Ventajas de la soldadura SAW
Altas tasas de deposición
Alta penetración
Alto factor de operación
Soldaduras de bajo contenido de hidrógeno
Altas velocidades de soldadura
Buena apariencia del cordón y excelente calidad de soldadura
Desventajas de la soldadura SAW 70
Portabilidad (requiere de un fundente externo)
Soldadura plana u horizontal, solamente (debido a que el fundente trabaja
por gravedad)
Es necesario un adiestramiento en el proceso
Se requieren uniones cerradas y crea escoria
69
Cela G; Torno Paralelo y Soldadura.
http://marcogutierrezsaw.blogspot.com/
70
146
El fundente es abrasivo y desgastará partes de equipos automáticos
El fundente necesita de un buen almacenamiento y protección
6.1.5. PRUEBA HIDROSTÁTICA
Tiene
como
finalidad
garantizar
la
total
hermeticidad
del
tanque
de
almacenamiento, es decir; permite certificar que el tanque no posee ningún tipo
de falla en sus cordones de soldadura, así como también en el material empleado
para la construcción del mismo71.
En este caso el tanque de almacenamiento está diseñado para soportar 97 psi de
presión interna, la prueba hidrostática debe ser efectuada a una presión mayor
que la de diseño, que para este caso será igual a 145 psi71.
Una vez alcanzada la presión de prueba se deberá esperar por lo menos 30
minutos antes de iniciar el proceso de inspección. Después de este tiempo se
verifica el estado de las soldaduras y del silo en general71.
Se considera como falla la presencia de agua en la superficie externa del tanque
de almacenamiento71.
6.1.6. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE
Una adecuada preparación de la superficie garantiza el éxito del proceso de
recubrimiento industrial, debido a que una mala preparación del sitio donde se
aplica la pintura con un buen producto puede traer peores consecuencias que una
superficie bien preparada y un mal producto72.
6.1.6.1.
Desengrasado
Es la primera operación de limpieza de las diferentes superficies. Generalmente
las superficies vienen con una capa de grasa y una película de calamina que
protege el acero de la oxidación. La camina es un especie de cascarilla que se
forma sobre la superficie del acero e impide la formación de oxido de hierro. El
desengrasado se debe realizar con productos que dejen al descubierto la
71
72
ASME VIII división I UG99(b)
http://www.granalladora.com/productos-acero.php
147
calamina y no forme la aglomeración de la grasa o aceites en determinados
sitios72.
De encontrarse la superficie contaminada con aceite o grasa, la superficie pintada
deberá lavarse con agua y detergente industrial biodegradable para la remoción
de los contaminantes observados72.
6.1.6.2.
Granallado
Este proceso es una evolución del proceso de limpieza con arena conocido como
sand blasting. Es un proceso de limpieza del material usando partículas metálicas
que impactan sobre la superficie desprendiendo el recubrimiento e impurezas
superficiales que posee el material y/o texturizando la superficie para una
posterior capa de recubrimiento, alcanzando una alta eficiencia de limpieza72.
La granalla son partículas de metal de diferente forma que al ser expulsada a alta
presión es capaz de retirar calamina de la cual viene provista el acero. No se
recomienda el uso de este método para espesores menores a un milímetro debido
a que puede ocasionar la deformación, rotura o fisuramiento del material 72.
Existen dos tipos de granalla, la angular (Grit) y la redonda (Shot) que se
seleccionan según las necesidades de limpieza. Además su composición química
presenta un alto porcentaje de carbono y gama de dimensiones que van desde
0,1 mm hasta 2,87 mm que al ser enviadas en velocidades promedios de 65-110
m/s eliminan y desprenden cualquier tipo de impurezas superficiales. En caso de
usar la granalla angular, las partículas son sometidas a un triturado controlado a
fin de garantizar las propiedades de la granalla y su efecto limpiador72.
Para controlar los grados de limpieza se creó un código de colores comparativos
donde al realizar una comparación visual se determina si pasa o no la pieza o
elemento en trabajo72.
El granallado tiene una ventaja que muy grande con su predecesor debido a que
elimina la polución y los efectos que éste produce en la salud de los operarios,
además que el impacto ambiental también es reducido. Por otro lado en cuanto a
rendimiento el granallado permite un alcance de limpieza considerable, de 500 a
1800 impactos mientras que la arena solo una sola vez. La durabilidad depende
148
de la dureza de la pieza a ser tratada además de la cantidad de impurezas
removidas, estos hechos permiten el re-uso de las partículas prácticamente hasta
su destrucción72.
El grado de preparación de superficie alcanzado deberá ser similar a la limpieza
con chorro abrasivo con grado cercano al metal blanco según norma
SSPC-SP1072.
El perfil de rugosidad mínimo recomendado es de 1,5 a 2,5 mils. (N.R. ASTM D
4417) 72.
Algunas recomendaciones que se puede realizar son:
Mediante el empleo de aire comprimido limpio y seco, escobillones de cerdas
duras limpias o aspiradoras industriales de ser necesario, se debe remover todo
residuo de abrasivo y polvo remanente de la preparación de superficie 72.
Eliminar pintura pulverizada (over spray) o mal adherida y chorreaduras si
hubiere, que pudiesen encontrarse después de cada aplicación72.
Mediante el empleo de trapo industrial seco y posteriormente trapo humedecido
con solvente se realizará la limpieza entre capas de ser necesario 72.
Figura 6-3: Acabado metal blanco
FUENTE:http://www.metalactual.com/revista/21/maquinaria_granalladora.pdf
149
6.1.7. PROCESO DE PINTURA
Los procesos de pintura son los métodos mediantes los cuales se busca generar
una capa protectora entre el material y las condiciones ambientales.
Este
producto químico de recubrimiento es uno de los últimos procedimientos en
cualquier producción73.
6.1.7.1.
Definición de pintura
Una pintura puede definirse como el producto que presentado en forma líquida o
pastosa, aplicada por el procedimiento adecuado sobre una superficie, se
transforma por un proceso de curado en una película sólida, plástica y adherente
que protege, colorea y/o decora aquella73.
Una pintura está constituida por pigmentos, lijantes, disolventes, aditivos y
secantes73.
Pigmentos: los pigmentos tienen la función de primordialmente en conferir color y
opacidad a la capa de pintura73.
Lijantes: Es el componente básico de la pintura a la que confiere la posibilidad de
formar película una vez curada por el procedimiento específico de cada tipo. De él
depende las propiedades mecánicas y químicas de la pintura, y por lo tanto su
capacidad protectora73.
Disolventes: Su misión consiste básicamente en permitir la aplicación de la pintura
por el procedimiento elegido, confiriéndole una consistencia apropiada ya que en
general una pintura sin disolvente, sólo a base de pigmento y lijante, tendría una
viscosidad muy elevada. Otra de sus misiones es la de facilitar la fabricación de la
pintura y mantener su estabilidad en el envase. Otra propiedad que otorga es la
homogeneidad a la consistencia de la pintura73.
Aditivos: son productos químicos que tienen la misión de mejorar la calidad de la
pintura, por ejemplo aumentan la velocidad de secado 73.
Son diversas las formas de aplicar la pintura sobre una superficie. Depende
siempre de las necesidades del proceso. Los rendimientos dependen de la forma
73
http://www.guiasgtp.com/pdf/225-770086-2.pdf
150
de aplicación y del tipo de pintura, además del factor humano que determina si los
rendimientos son mayores en la aplicación de la pintura. Siempre un buen pintor
evitará parar en el proceso. Además que la aplicación será uniforme, sin goteos,
ni derramamientos que constituyen una falla en la aplicación del producto 73.
Tabla 6-1: Rendimiento de pintura según aplicación
Rendimiento
Método
[ m 2 / h]
Brocha
6,25-8,13
Rodillo
15-32,5
Aspersión con Aire
25-75
Aspersión sin Aire
37,5-100
FUENTE:http://www.slideshare.net/germandominguezc/tcnicas-y-herramientas-en-pintura-industrial-14857370
Cabe mencionar que los dos primeros métodos en aplicaciones industriales no
son usados, de manera que se tratará de solo la aspersión con o sin el uso de
aire. Además la tabla anterior está basada en una medida mínima según la
superficie y las especificaciones del fabricante73.
Como todo proceso industrial también el recubrimiento está sujeto a inspecciones
de calidad y acabado teniendo sobre todo en cuenta las medidas de las capas de
recubrimiento. Las medidas más usadas son las micras y los mils. Una micra es
un de las mil partes en las que se dividió un milímetro, mientras que un mils
equivale a 25 micras73.
Existen diferentes clasificaciones de pinturas por lo que establecer una
categorización general, no está dentro de los objetivos de este documento. Sin
embargo, cabe mencionar que las divisiones más generales se establecen por las
diferencias en cuanto a uso, base que las constituyen, tipo de acabado,
disolvente, tipo de ambiente donde se encontrarán entre otras73.
La pintura a utilizarse para el tanque de almacenamiento de cemento se detalla
en el anexo A-6
151
6.2. PROCESOS DE MONTAJE
El silo se debe montar sobre una cimentación (contrapiso)
de hormigón que
74
servirá de base para la permanencia del silo .
6.2.1. SECUENCIA DE MONTAJE
El silo deberá ser armado siguiendo la siguiente secuencia74
6.2.1.1.
Pluma de izaje
La pluma de izaje resulta ser el primer paso para el montaje del silo, debido a que
se debe tensar y alzar las partes del silo para su respectivo armado. La base de
la pluma de izaje debe ser colocada
de tal manera que se garantice la
74
inmovilidad de la misma en todo el montaje .
Se debe enhebrar la tapa de silo a la pluma antes de erguirla. Además la pluma
se inmoviliza por efecto de las tensiones de los cables o cuerdas que tiran de la
parte superior en direcciones opuestas desfasadas cada una noventa grados 74.
Recomendaciones:
Se debe evitar dejar la pluma cargada y suspender el trabajo, además siempre
hay que evitar sobre cargarla. Por último jamás el operador debe ubicarse debajo
de la pieza a elevar74.
74
http://www.indiv.com/pdf/es/manual_silos.pdf
152
Figura 6-4. Pluma de izaje
FUENTE: http://www.indiv.com/pdf/es/manual_silos.pdf
6.2.1.2.
Ensamblaje de tapas y cilindros del silo
Los anillos del silo serán numerados y se señalará el lado superior e inferior para
su unión con la siguiente parte. El anillo superior debe ser preparado para la unión
mediante la soldadura. La preparación de las juntas debe ser precisa. El rolado
con la que se va relacionando el silo sigue la línea de montaje. Se comienza con
el armado de la tapa al dispositivo de apertura. Se ensambla la entrada de
material y la entrada de hombre. Luego de terminar con la tapa se ensambla con
el cilindro superior. El mecanismo de apertura debe coincidir con la posición de
una de las patas para que aporten en sustentación con el silo74.
La tolva se ensamblará con el anillo inferior para que de esta manera la costura
entre los anillos sea la última. Hay que tener en cuenta que se debe desfasar las
costuras verticales en símil cuando se colocan ladrillos que forman una pared74.
153
6.2.1.3.
Escalera y patas
La escalera con el cubre hombre será armada. Los peldaños y el cubre hombre
serán ensambladas en su totalidad antes de su colocación en el silo. La escalera
será fijada al techo del silo, además de realizar las pruebas suficientes antes de
ser montadas74.
Las patas se las debe comenzar a colocar en posiciones cercanas a la definitiva.
Con la pluma se debe izar el silo, luego se asegura la posición vertical de las
patas. Se controlan la verticalidad y la alineación y se asegura mediante la
soldadura. Luego las patas son unidas a las placas de asiento. Una vez terminado
el ensamblaje se realizan las pruebas que determinan las calidades de las juntas
soldadas74.
La escalera y el cubre hombre se los puede apreciar en los siguientes planos del
presente proyecto 3132-104 y 3132-105.
154
CAPITULO VII
7. ANÁLISIS DE COSTOS
7.1. COSTO
Se define como la cantidad de dinero a desembolsar para la adquisición de
materia prima, maquinaria, equipos ó mano de obra. Es decir, se refiere a todo lo
necesario para la fabricación ó producción de un bien capital o servicio 75.
7.1.1. CLASIFICACIÓN DE COSTOS
Los costos pueden ser clasificados de la siguiente manera75:
7.1.1.1.
Por la función
Costo de Fabricar
Costo de Vender
Costo de Administrar
Costo Financiero
7.1.1.2.
Por la identificación con una actividad, departamento o producto los
costos se clasifican en:
Costos Directos.- Se encuentran relacionados con una labor o actividad75.
Costos Indirectos.- No se cuantifican con la realización de un actividad75.
7.1.1.3.
De acuerdo con el tiempo
Costos Históricos.- Aquellos que se aparecen durante la fabricación de un
producto75.
Costos Determinados.- Son aquellos que son estimados previo a la
fabricación de un determinado producto75.
75
INTI; MÓDULO 5: COSTOS pdf; Autor: Ing. Guillermo Wyngaard; página: 8
155
7.1.1.4.
De acuerdo con el tiempo en que se encargan ó se enfrentan a los
ingresos, los costos se clasifican en:
Costo del Periodo.- Se identifica mediante intervalos de tiempo más no
hacen referencia a productos o servicios75.
Costo del Producto.- Son los que solo se asocia o relaciona con el ingreso
cuando han contribuido a generarlos de una forma directa 75.
7.1.1.5.
De acuerdo con la autoridad sobre la incumbencia del costo, los costos
se clasifican en:
Costos Controlables.- Son aquellos en los cuales la organización tiene la
potestad de que se generen o no75.
Costos No Controlables.-
Aquellos costos en los cuales no se tiene
autoridad para controlarlos75.
7.1.1.6.
De acuerdo con la importancia sobre la toma de decisiones
Costos Relevantes.- Son aquellos que son modificados al tomar una u otra
decisión75.
Costos No Relevantes.- Son aquellos que son totalmente independientes
de la decisión que se tome en una entidad, es decir
permanecen
75
constantes .
7.1.1.7.
De acuerdo al tipo de desembolso en el que se ha incurrido
Costos Desembolsables.- Aquellos que generan una salida real del
dinero75.
Costo de Oportunidad.- Es el costo que conlleva a la renuncia de otra
alternativa75.
7.1.1.8.
De acuerdo con su relación a una disminución de actividades
Evitables.- Aquellos que pueden ser identificados con un producto o
departamento, de tal manera que, si se llegara á eliminar el producto o
departamento estos costos se suprimen75.
156
Inevitables.- Es aquel que no es suprimido aún cuando la empresa ha sido
eliminada74.
7.1.1.9.
De acuerdo con su comportamiento
Costos fijos.- Son aquellos que se mantienen constantes en un periodo de
tiempo, independientemente si varía o no el volumen o actividad de
producción. Estos costos fijos pueden estar referidos a: amortizaciones,
seguros, financiación, dirección administración, ventas distribución, etc75.
CARACTERÍSTICAS DE LOS COSTOS FIJOS
Ø Son controlables respecto al tiempo de duración del servicio que
presenta la empresa75.
Ø Se encuentran relacionados íntimamente con la capacidad de
instalación de la empresa75.
Ø Permanecen constantes por largos intervalos75.
Ø Tienen relación con el factor tiempo75.
Costos Variables.- Son aquellos costos que varían de manera proporcional
al volumen de una actividad. Como son: materia prima, servicios,
supervisión, mantenimiento, suministros, mano de obra directa, etc75.
CARACTERÍSTICAS DE LOS COSTOS VARIABLES
Ø Pueden ser controlados a corto plazo75.
Ø Son directamente proporcionales a una actividad realizada 75.
Ø Se encuentran regidos o regulados por la administración75.
7.2. ANÁLISIS DE LOS PRECIOS UNITARIOS
Para realizar el análisis de precios unitarios se procederá a reunir la información
correspondiente (COTIZACIONES) para el posterior análisis. Cada uno de los
rubros como mano de obra, materiales, equipos, transporte, etc. son importante
para obtener un buen análisis de de precios unitarios75.
Costos de materia prima
Costos fabricación pernos de anclaje y otros
Precio total [usd]
$
4.804,20
$
3.603,15
$
929,54
$
10,20
$
13,50
$
578,20
$
9.938,79
mismo75.
del tanque de almacenamiento de cemento y otros elementos que serán de utilidad durante el proceso de conformado del
Es claro que es de suma importancia definir tanto los pernos de anclaje así como también la placa base para la estabilización
7.2.1.2.
Precio unitario [usd]
$
2.402,10
$
1.201,05
$
619,70
$
2,55
$
6,75
$
578,20
Subtotal:
FUENTE: DIPAC, ServiMetal, Kubiec – Conduit
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
Cantidad
2
3
1,5
4
2
1
Tabla 7-1: Costos de materia prima
Material
Acero ASTM A-516 Gr. 70 Planchon 2500x12000x10 [mm]
Acero ASTM A-516 Gr. 70 Planchon 2500x6000x10 [mm]
Acero ASTM A-36 Perfil IPE 270x135x6.6x12000 [mm]
Acero ASTM A-36 Platina 12x3
Acero ASTM A-36 Varilla 12 [mm]
Acero ASTM A - 36 Plancha 1220x2440x25 [mm]
Almacenamiento75.
En esta sección se tomará en cuenta los precios unitarios y totales del acero a emplearse para la conformación del Tanque de
7.2.1.1.
indicará varias tablas en las cuales se podrá apreciar los costos involucrados75.
Son los costos que se encuentran relacionados con los costos de materia prima, accesorios, equipos, etc. A continuación se
7.2.1. COSTOS DIRECTOS
157
Costos de montaje
Precio final [usd]
$
39,05
$
5,03
$
5,08
$
6,77
$
8,71
$
5,58
$
3,92
$
1,48
$
2,27
$
77,89
$
311,56
supervisión durante el montaje del mismo75.
En esta sección se considera la mano de obra para el montaje del tanque de almacenamiento de cemento, así como también
7.2.1.3.
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
FUENTE: CYPE, Ingenieros S.A
Nota: El Total de Pernos es 16 y el Total de Placas Base es 4.
Descripción
Precio unitario [usd]
Placa de Acero Laminado ASTM A-36
$
1,41
Acero Barras Corrugadas. (Fy = 6481 kg/cm2)
$
1,61
Juego de arandelas, tuerca y contratuerca para perno de anclaje ф 12 mm
$
1,27
Mortero Autonivelante expansivo, de dos componentes a base de cemento
$
0,96
Imprimación de secado rápido
$
6,29
Montador de Estructura Metálica
$
6,96
Ayudante Montador de Estructura Metálica
$
4,89
% Medios Auxiliares
$
74,14
% Costos Indirectos
$
75,52
Subtotal una base y 4 pernos de anclaje:
Subtotal :
Tabla 7-2: Costos de fabricación de pernos y placas
158
Tiempo [h]
10
10
5
6
$
$
$
$
Precio final[usd]
3,75 $
37,50
2,19 $
43,80
2,20 $
11,00
10,00 $
60,00
Subtotal: $
152,30
Costo/hora
Especialidad
Sueldo [$/mes] Precio final [usd]
Mecánico Industrial $
450,00 $
900,00
Mecánico Industrial $
350,71 $
1.052,13
Mecánico Industrial $
360,00 $
360,00
Subtotal: $
2.312,13
Costos del recubrimiento superficial
FUENTE: Ministerio de relaciones Laborales, Salarios Mínimos Sectoriales METALMECÁNICA
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
Personal
Soldador SMAW
Ayudantes
Operador corte por plasma
Tabla 7-4: Costo de mano de obra
Costos de la mano de obra para la fabricación del tanque de almacenamiento
FUENTE: Ministerio de relaciones Laborales, Salarios Mínimos Sectoriales METALMECÁNICA
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
Especialidad
Mecánico Industrial
Mecánico Industrial
Mecánico Industrial
granallado y la liberación por inspectores NACE75.
en este caso se encuentra incluido dentro de los costos la mano de obra, la pintura para recubrimiento externo e interno,
Se refirieren a los gastos que se ha empleado para dar el recubrimiento superficial al tanque para almacenamiento de cemento,
7.2.1.5.
7.2.1.4.
Personal
Supervisor de montaje
Ayudante
Técnico
Grua de izaje
Tabla 7-3: Costos de montaje
159
Tabla 7-6: Costo directo total
$
$
$
$
$
$
Valor [usd]
9.938,79
311,56
152,30
2.312,13
5.050,00
17.764,78
del tanque de almacenamiento de cemento. A continuación se mostrará en las siguientes tablas, dichos costos75.
Son los costos que se generan por el uso de materiales secundarios, los mismos que serán de gran utilidad para la fabricación
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
FUENTE: Propia
Componentes del costo
Costo de materia prima
Costo de fabricación de pernos de anclaje y otros
Costos de montaje
Costos mano de obra para la fabricación del tanque de almacenamiento
Costo del recubrimiento superficial
Subtotal:
Costo directo total
7.2.2. COSTOS INDIRECTOS
7.2.1.6.
5.050,00
3.000,00
Subtotal: $
50
41m2
$
2.050,00
50
60 m2
Precio final [usd]
$
Precio unitario [usd]
Cantidad
FUENTE: METALMECÁNICA SAURUSECUADOR
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
Descripción
Aplicación de Sistema Tricapa: Zinc/DFT: 2-3 mils + Epóxico /DFT:
3-6 mils + Poliuretano /DFT: 2-2,5 mils
Sistema Phenguard Tricapa (Phenguard 930 Primer - 935 Inter_
media - 940 Acabado) 4 mils
Tabla 7-5: Costos de tratamiento superficial
160
Costo de trasporte
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
Precio final [usd]
$
204,45
$
3.000,00
$
71,40
$
4.000,00
$
2.000,00
$
136,30
$
164,50
$
25,00
$
900,00
$
10.501,65
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
FUENTE: Sr. Edwin Sarango
$
Subtotal: $
Tabla 7-8: Costo de transporte
Transporte
Cama baja capaciad 8 toneladas
instalaciones de Cementos Chimborazo75.
Precio [usd]
400,00
400,00
Se ha asumido que el tanque de almacenamiento de cemento será transportado desde el Parque Industrial del Valle hacía las
7.2.2.1.
Precio unitario[usd]
$
4,35
$
3.000,00
$
5,95
$
2.000,00
$
1.000,00
$
2,90
$
3,50
$
2,50
$
225,00
Subtotal:
FUENTE: Servimetal
Material
Electrodo E-6011 1/8" AGA
Conducto de descarga telescópico
Electrodo E-7018 1/8" AGA
Brida welding neck clase 100 acero al carbono 24 pulg.
Brida ciega clase 100 acero al carbono 24 pulg.
Discos de corte
Disco de desbaste
Guantes industriales
Amoladora Bosch Gws 22-180-7"
Tabla 7-7: Costos indirectos
161
162
7.2.2.2.
Costo indirecto total
Tabla 7-9: Costo indirecto total
Componentes del costo
$
Materiales indirectos
Transporte
$
Subtotal: $
Valor [usd]
10.501,65
400,00
10.901,65
FUENTE: Propia
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
7.2.3. COSTO TOTAL DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO
DE CEMENTO PARA UNA CAPACIDAD DE 50 TONELADAS
Tabla 7-10: Costos totales
Componentes del costo total
$
Costo Directo
Costo Indirecto
$
Total: $
Valor [usd]
17.764,78
10.901,65
28.666,43
FUENTE: Propia
REALIZADO POR: Christian Valverde y Gerardo Mediavilla
Por lo tanto como se puede observar en la tabla 7-11 el costo total del tanque
de almacenamiento de cemento será: $28.666,43
163
CONCLUSIONES
El principal objetivo de este proyecto se cumplió a cabalidad, debido a
que se propone un diseño que puede ser estandarizado. Basado, en su
gran mayoría, en elementos que se pueden encontrar en el mercado
nacional.
El diseño de silos para materiales pulverulentos requiere de un
minucioso análisis, ya que el comportamiento de este tipo de materiales
ha generado una serie de inconvenientes durante su almacenamiento.
Definir de forma acertada los parámetros del silo es fundamental para el
posterior diseño del mismo, así como también para establecer la forma y
partes óptimas para estandarizarlo.
No todo proceso de fabricación, diseño o montaje puede ser
estandarizado. Esto depende de la tecnología, materiales y personal
técnico calificado con la que cuenta una industria.
El comportamiento de materiales pulverulentos como el cemento son de
difícil predicción cuando su flujo de descarga es tubular. Provocando un
incremento de la presión interna a tal punto que podría causar la
destrucción por completo del recipiente.
No existen documentos o estudios científicos realizados en el país
acerca de los ángulos de fricción interna de materiales sólidos o
pulverulentos, por lo cual la industria local se ve obligada a usar datos
del extranjero para poder realizar sus diseños. Este evento no fue ajeno
al presente trabajo, debido a que para la realización de este documento
fue necesario un promedio de los valores que proporcionan industrias
externas para realizar el diseño de una manera adecuada y sustentada.
Al almacenar materiales pulverulentos el ángulo de inclinación de la
tolva deber ser de por lo menos 60 grados, de tal manera que se
garantice un correcto flujo al momento del vaciado.
El diseño de la boquilla de salida del silo es una parte primordial al
momento de delinear el silo debido a que un correcto diseño de esta
parte permitirá afianzar el flujo de descarga, la eliminación de bóvedas y
la sustentación de la teoría usada en el dimensionamiento total del silo.
164
Es de suma importancia que en este caso el diseñador tenga
conocimiento de las normas para diseño de recipientes a presión, así
como también conocimiento de normas para diseño estructural como lo
es el AISC, y para el caso de soldadura en estructura metálica la AWS
D1.1, etc
Al diseñar los pernos de anclaje que sujetarán a la placa base es
importante lograr que se cumpla la relación longitud del perno de anclaje
sobre la longitud del pie del perno, ya que de esta manera se garantiza
que el perno estará fijo y no saldrá fuera de la cimentación en la cual se
encuentre apoyado.
Es muy importancia realizar la correcta selección de materiales a
emplearse en el proyecto de diseño, así como también cerciorarse que
dichos materiales son fáciles de encontrar en el mercado nacional.
El diseño de elementos estructurales no es una rama independiente y
solitaria de la ingeniería, sino más bien es un nexo entre varias ramas
que comulgan en el mismo fin.
Las teorías de diseño del silo solo pueden ser comprobadas en
simulaciones en elementos finitos. Debido a que en este tipo de
programas se puede aproximar de una manera muy adecuada el
comportamiento del silo en condiciones de trabajo
a las estimadas
durante el proyecto.
El uso de programas, que permitan el fácil modelado de las partes que
constituyen el silo, resulta ser una excelente herramienta para acelerar
el proceso de dibujo y realización de planos.
En la etapa del análisis económico se tuvo poca colaboración de los
proveedores, al momento de proporcionar costos, se dispuso de pocas
cotizaciones de equipos, materiales, insumos y servicios.
165
RECOMENDACIONES
Para el diseño de estructuras metálicas es recomendable emplear un
software que permita dibujar sin problema estructuras metálicas y,
además de ello permita obtener resultados de esfuerzos que puedan
aparecer en el diseño correspondiente.
Cumplir con las condiciones de tolva lisa, ángulo de inclinación de pared
de la tolva con respecto a la horizontal establecida en el proyecto de tal
manera que se garantice flujo másico, es decir, una descarga uniforme
del material pulverulento.
Seleccionar el recubrimiento industrial ideal para la superficie de acero
que se encuentra en contacto con el cemento y con el medio ambiente
de tal manera que se garantice una mayor resistencia a la corrosión y
oxidación.
Realizar los cálculos correspondientes al diseño tomando en cuenta el
aspecto técnico-económico.
Tomar en consideración la parte de material que se reduce en los
procesos de conformado mecánico. Esto debido a que el espesor
después de la operación puede ser incluso menor al espesor requerido.
Seleccionar un adecuado proceso de limpieza de las superficies, debido
a que una superficie inadecuadamente limpia puede ser más perjudicial
que un mal recubrimiento.
166
BIBLIOGRAFÍA Y SITIOS WEB
BIBLIOGRAFÍA
[1]Acosta, M.(1994). Diseño, Fabricación y Erección de Tanques de
Almacenamiento para la Industria Petrolera.(Tesis inédita de ingeniería).
Escuela Politécnica Nacional, Quito.
[2] Bresler, B. Scalzi, J. Lin, T. (1997). Diseño de Estructuras de Acero. USA:
Editorial Limusa
[3] Gere, J. (2009).Mecánica de Materiales. USA: Editorial OVA
[4] León, J.(2001). Diseño y calculo de recipientes a presión.(Edición 2001).
[5] Megyesy, E. (1992). Recipientes a Presión Diseño y Cálculo. USA: Editorial
Limusa
[6] Ravanet, J. (1992). Silos. España: Editorial Limusa
[7] Ravanet, J. (1977). Silos Teoría Investigación Construcción. España:
Editorial Limusa
[8] Ravanet, J. (1983). Silos Flujo de Vaciado de Sólidos. Formación de
Bóvedas y Efectos. España: Editorial Limusa
[9] Riba, C.(2002). Diseño Concurrente, [versión PDF], Madrid
SITIOS WEB
[1] http://es.scribd.com/doc/93015421/Diseno-de-Recipientes-a-Presion
[2] http://es.scribd.com/doc/17247549/diseno-y-calculo-de-recipientes-a-presion
[3]http://itzamna.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/2271/1/TESIS%20FI
NAL.pdf
[4] http://www.coitiab.es/reglamentos/recep_presion/i_recip.htm
[5] http://www.trabajo.pr.gov/prosha/download/17osh.pdf
167
[6]http://www.webaero.net/ingenieria/equipos/Estaticos/Presurizados/Bibliografi
a_Documentacion/previsualizacion/prev_ORIA_Dise%C3%B1o%20de%20recip
ientes%20a%20presion.pdf
[7] http://es.scribd.com/doc/136088878/Codigo-Asme-Seccion-Viii-Division-1
[8]http://www.ademinsa.com/codigo-asme-seccion-viii-division-1-disenofabricacio-e-inspeccion-de-recipientes-de-presion/
[9]http://www.monografias.com/trabajos96/escaleras-manuales-y-recipientespresion/escaleras-manuales-y-recipientes-presion.shtml
[10] http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/imprimir.asp?IdEntrega=3063
[11]http://www.slideshare.net/joselito75/diseo-y-calculo-de-tanques-dealmacenamiento-petroleo-ipn-mexico
[12]http://www.lamons.com/public/pdf/lit_reference/ManualDeJuntasGuiaTecnicaDeEstanqueidad.pdf
[13] http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion6.PropiedadesCEMENTOS.pdf
[14] http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion4.Tipos.CEMENTOS.pdf
[15] http://www.uclm.es/area/ing_rural/trans_const/cementos_rc08.pdf
[16]http://www.lemona.biz/EL%20CEMENTO3/el%20cemento%20wikipedia.pdf
[17] http://www.slideshare.net/rodcad/cementos
[18]http://www.lemona.biz/EL%20CEMENTO1/historia%20del%20CEMENTO.pdf
[19] http://www.exafan.com/productos/Es/Manual_silos-metalicos_ESP_A4.pdf
[20]http://www.sanchezciaindustrial.com/images/agrometal/Manual%20Montaje
%20Silos%20Temperos%20%28ATC%204-5-6%29%20Ago.pdf
[21] http://jaguerra74.blogspot.com/
[22] http://www.indiv.com/pdf/es/manual_silos.pdf
168
[23]http://www.ancap.com.uy/docs_concursos/ARCHIVOS/2%20LLAMADOS%
20FINALIZADOS/REF%2029_2011%20%20%20FISCAL%20PLANTA%20%28
MINAS%29/MATERIAL%20DE%20ESTUDIO/CURSO%20ABRIL%2020072.PDF
[24] http://digital.csic.es/bitstream/10261/5425/1/Blanco_Varela_IETCC.pdf
169
ANEXOS
170
ANEXO A-1
TABLAS
CATÁLOGO
DIPAC
PERFIL IPE
171
172
ANEXO A-2
TABLAS
CATÁLOGO
DIPAC
PLATINAS
173
174
ANEXO A-3
TABLAS
CATÁLOGO
DIPAC
VARRILLA
175
176
ANEXO A-4
TABLAS
CATÁLOGO
DIPAC
PLANCHAS
LAMINADAS EN
CALIENTE
177
178
ANEXO A-5
COTIZACIONES
DE
MATERIAL
179
SUB TOTAL
TRANSPORTE
+IVA
TOTAL
TIEMPO DE INSTALACIÓN:
FORMA DE PAGO: Contado
TRANSPORTE: No incluye
DIRECCION DE ENTREGA:
VALIDEZ DE LA OFERTA: 15 días
DESCUENTO
SUMA
KG
KG
KG
KG
TIEMPO DE ENTREGA: 5 dias laborales
PLANCHA ASTM GR50 2500X12000X10
PLANCHA ASTM GR50 2000X6000X20
GRANALLADO
PINTURA
2.355,00
3.768,00
4.373,57
4.373,57
E-MAIL:
CONTACTO: GERARDO MEDIAVILLA
UNIDAD
TELF:
CIUDAD: Quito
CANTIDAD
FAX:
RUC / C.I.:
PRODUCTO
FECHA:
CLIENTE: GERARDO MEDIAVILLA
PROFORMA N°41811
$
$
$
$
12%
1,02
1,02
0,25
0,08
PRECIO
UNITARIO
922,65
8.611,39
$
-
7.688,74
$
$
$
-
7.688,74
$
$
2.402,10
3.843,36
1.093,39
349,89
$
$
$
$
PRECIO TOTAL
[email protected]
21/06/2014
F-720-04
REVISION: 4
FECHA: 2012/11/22
180
6.089,40
$730,73
$6.820,13
SUBTOTAL
12%IVA
TOTAL
CONTADO
1.104,50
994,00
3.200,40
790,50
552,25
497,00
1600,20
527,00
TOTAL
Forma de pago:
PLANCHON 10MM 1220 X 6000 ASTM A-516 GR 70
PLANCHON 9MM 1220 X 6000 ASTM A-516 GR 70
PLANCHON 15MM 2440 X 6100
IPE 270 X 135 X 6.6 MM X 12 MTS
P. UNITARIO
ESTE DOCUMENTO NO CONSTITUYE VENTA Y LOS PRECIOS PUEDEN CAMBIARSE SIN PREVIO AVISO
2
2
2
1,50
1
2
3
4
DESCRIPCION
FAESA
SR. GERARDO MEDIAVILLA
DIPAC MANTA S.A.
COTIZACION
QUITO, 15 DE MAYO 20145
PROFORMA
IMPORTANTE:
CANTIDAD
ITEM
PARA:
ATENCION:
DE:
ASUNTO:
FECHA:
REFRENCIA :
PRODUCTOS DE ACERO
CONTRIBUYENTE ESPECIAL
GUALAQUIZA 295 Y AV. LA PRENSA
PBX:593-2-3960900 FAX: Ext. 107
QUITO-ECUADOR
181
CONTADO
INMEDIATA
1 DIA
Forma de pago:
Entrega:
Vigencia:
MAIL: [email protected]
JENNY LOPEZ
DIPAC MANTA S.A.
3960-900 EXT.107 CEL: 0999-545749
Atentamente,
ESTE DOCUMENTO NO CONSTITUYE VENTA Y LOS PRECIOS PUEDEN CAMBIARSE SIN PREVIO AVISO
IMPORTANTE:
182
183
ANEXO A-6
COTIZACIÓN
RECUBRIMIENTO
SUPERFICIAL
184
185
186
187
ANEXO A-7
TABLA DE
SALARIOS
MÍNIMOS
SECTORIALES
2014
METALMECÁNICA
B1
B2
B3
C1
C2
C3
D2
E2
JEFE/COORDINADOR DEL SECTOR DE METALMECÁNICA
SUPERVISOR DEL SECTOR DE METALMECÁNICA
TÉCNICOS DEL SECTOR DE METALMECÁNICA
OPERADOR GENERAL DE MAQUINARIA/EQUIPO DEL SECTOR DE
METALMECÁNICA
ESMALTADOR Y ENLOZADOR DE UTENSILLOS DE USO DOMESTICO
AUXILIAR / AYUDANTE DEL SECTOR DE METALMECÁNICA
AUXILIAR / AYUDANTE DEL SECTOR DE METALMECÁNICA SIN
EXPERIENCIA
ESTRUCTURA
OCUPACIONAL
0804289300002
0830000000003
0820000000006
INCLUYE: JEFE DE SECCIÓN, JEFE DE INSTALACION, JEFE DE TALLER, JEFE DE
ENDEREZADOR, JEFE DE MAESTRANZA, JEFE DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS;
JEFE DE MATRICEROS INCLUYE RODILLOS Y CAJAS DE LAMINACIÓN, JEFE DE
TALLERES DE REPETIDORES, JEFE DE MANTENIMIENTO MECÁNICO Y ELÉCTRICO
INCLUYE: SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN, SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO
MECANICO, SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO ELECTRICO, SUPERVISOR DE
MAQUINAS Y HERRAMIENTAS, SUPERVISOR DE PATIOS Y MOVIMIENTO,
SUPERVISOR DE ENDEREZADORA, SUPERVISOR DE BODEGA, SUPERVISOR DE
ABASTECIMIENTO DE MATERIA PRIMA, INSPECTOR DE CONTROL DE CALIDAD,
INSPECTOR DE PALANQUILLA, INSPECTOR MANTENIMIENTO ELECTRICO
PREVENTIVO, INSPECTOR MANTENIMIENTO MECANICO PREVENTIVO
INCLUYE: OPERADOR OXICORTE DIGITAL, OPERADOR BAROLADORA DIGITAL,
ELECTROMECÁNICO, ELECTRÓNICO, OPERADOR DE CORTE DE HILO, OPERADOR
DE MÁQUINAS DE ELECTROROSIÓN, PREPARADOR DE COLORES, OPERADOR DE
SECCION,
TORNERO,
SOLDADOR
ESPECIALIZADO,
ELECTRICISTA
ESPECIALIZADO, MECANICO ESPECIALIZADO, OPERADOR SENIOR
INCLUYE: AYUDANTES SIN EXPERIENCIA PREVIA
INCLUYE: AYUDANTES EN GENERAL
0820000000010
0820000000009
0804289900106
0820000000005
0810000000001
INCLUYE: JEFE DE MANTENIMIENTO, JEFE DE DISTRIBUCIÓN Y LOGÍSTICA, JEFE
DE CONTROL DE CALIDAD, JEFE DE RECURSOS HUMANOS, JEFE DE
PRODUCCIÓN, JEFE DE BODEGA, JEFE DE PLANTA, JEFE DE PROYECTO, JEFE DE
VENTAS, JEFE DE COMPRAS
INCLUYE: OPERADOR JUNIOR, CERRAJERO
CÓDIGO IESS
COMENTARIOS / DETALLES DEL CARGO O ACTIVIDAD
5.- FABRICACIÓN DE PRODUCTOS METÁLICOS ESTRUTURALES
4.- TUERCAS ARTÍCULOS DE ALAMBRE), EXCEPTO MAQUINARIA Y EQUIPOS
348,50
350,71
352,89
352,89
353,12
353,23
353,36
353,46
SALARIO MÍNIMO
SECTORIAL 2014
3.- FABRICACIÓN DE OTROS PRODUCTOS METÁLICOS (ENVASES,RECIPIENTES,UTENSILLOS DE USO DOMÉSTICO,PRODUCTOS DE
TORNILLERÍA, CLAVOS,
2.- FABRICACIÓN DE MUEBLES Y ACCESORIOS METÁLICOS
1.- INDUSTRIAS BÁSICAS DEL HIERRO, ACERO Y METALES NO FERROSOS
JEFE DE PRIMER NIVEL DEL SECTOR DE METALMECÁNICA
CARGO / ACTIVIDAD
RAMAS DE ACTIVIDAD ECONÓMICA:
COMISIÓN SECTORIAL No. 8 “METALMECÁNICA”
ANEXO 1: ESTRUCTURAS OCUPACIONALES Y PORCENTAJES DE INCREMENTO PARA LA REMUNERACIÓN MÍNIMA SECTORIAL
188
C3
D2
E2
ESMALTADOR Y ENLOZADOR DE UTENSILLOS DE USO DOMESTICO
AUXILIAR / AYUDANTE DEL SECTOR DE METALMECÁNICA
AUXILIAR / AYUDANTE DEL SECTOR DE METALMECÁNICA SIN
EXPERIENCIA
INCLUYE: AYUDANTES EN GENERAL
INCLUYE: AYUDANTES SIN EXPERIENCIA PREVIA
0820000000010
0820000000009
0804289900106
348,50
350,71
352,89
189
190
ANEXO A-8
IMPLEMENTOS
SEGURIDAD
INDUSTRIAL
191
192
ANEXO A-9
MANGA PARA
DESCARGA DE
MATERIALES
PULVERULENTOS
193
194
ANEXO A-10
BRIDAS PARA
REGISTRO DE
HOMBRE E
INGRESO DE
MATERIAL
195
196
ANEXO A-11
AMOLADORAS
197
198
ANEXO A-12
ESPECIFICACIÓN
DEL
PROCEDIMIENTO
DE SOLDADURA
(WPS)
199
Nombre Compañía: EPN
PQR No: xxxxxxxxxxxxxx
Según Norma: AWS D1.1
No. Identificación: WPS -001
Fecha: 28-07-14
Realizado por: Mediavilla - Valverde
Organización: EPN
ARTÍCULO I:
JUNTA UTILIZADA
Tipo de junta: Junta de Filete
Abertura de raíz: 3.175 mm
Talón: 3.175 mm
Ángulo de garganta: 90º
Placa de respaldo: Si
No X
Preparar bisel:
Si X
No
Método: Amolado
ARTÍCULO III: METAL BÁSE
Especificación: ASTM A-36
Espesores:
Placa: 30 mm
Perfil: IPE 270
ARTÍCULO IV: METAL DE APORTE
Diámetro: 3.175 mm
Denominación Aws: AWS A5.1
Casa Comercial: AGA
Denominación Comercial: AGA C13
ARTÍCULO II: TÉCNICA DE SOLDADURA
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de soldadura:
Soldadura a:
Un lado
Dos Lados X
Cordón de Respaldo:
Si X
No
Limpieza: Piquete, Cepillo Metálico
Pase de Raíz: Amoladora
Pases siguientes: Cepillo Metálico, Grata
ARTÍCULO IV: POSICIONES DE SOLDADURA
Posición de soldadura: 2F
Progresión: Horizontal
Técnica:
Un pase
Varios pases X
Precalentamiento: N/A
Tiempo entre pases:
ARTÍCULO VI: NOTAS
Verificar alineamientos de la junta
Asegurar limpieza de las partes
DETALLE JUNTA: COLUMNA - PLACA BASE
No
pase
1
2
Metal de aporte
de Denomin Diámetro
ación
(mm)
AWS
E7018
3.175
E7018
3.175
Corriente
Velocidad
Tensión
Técnica de soldadura
.
De
Tipo
y Intensidad de trabajo avance
polaridad (Amperios) (voltios) (cm/min) oscilado recto
DC+
90 - 150
23 - 27
4-7
X
DC+
90 -150
23 - 27
4-7
X
200
Nombre Compañía: EPN
PQR No: xxxxxxxxxxxxxx
Según Norma: AWS D1.1
No. Identificación: WPS -002
Fecha: 28-07-14
Realizado por: Mediavilla - Valverde
Organización: EPN
ARTÍCULO I:
JUNTA UTILIZADA
Tipo de junta: Junta a Tope
Abertura de raíz: 3.175 mm
Talón: 3.175 mm
Ángulo de ranura:
60º
Placa de respaldo: Si
No X
Preparar bisel:
Si X
No
Método: Amolado
ARTÍCULO III: METAL BÁSE
Especificación: ASTM A-516 Gr. 70
Espesores:
Placa: 10 mm y 15 mm
ARTÍCULO IV: METAL DE APORTE
Diámetro: 3.175 mm
Denominación Aws: AWS A5.1
Casa Comercial: AGA
Denominación Comercial: AGA C13
ARTÍCULO II: TÉCNICA DE SOLDADURA
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de soldadura:
Soldadura a:
Un lado
Dos Lados X
Cordón de Respaldo:
Si X
No
Limpieza: Piquete, Cepillo Metálico
Pase de Raíz: Amoladora
Pases siguientes: Cepillo Metálico, Grata
ARTÍCULO IV: POSICIONES DE SOLDADURA
Posición de soldadura: 2G
Progresión: Alrededor
Técnica:
Un pase
Varios pases X
Precalentamiento: N/A
Tiempo entre pases: N/A
ARTÍCULO VI: NOTAS
Verificar alineamientos de la junta
Asegurar limpieza de las partes
DETALLE JUNTA: CUERPO - TAPA
No
pase
1
2
3
Metal de aporte
de Denomin Diámetro
ación
(mm)
AWS
E7018
3.175
E7018
3.175
E7018
3.175
Corriente
Velocidad
Tensión
Técnica de soldadura
.
De
Tipo
y Intensidad de trabajo avance
polaridad (Amperios) (voltios) (cm/min) oscilado recto
DC+
90 - 150
23 - 27
4-7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4-7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4-7
X
201
Nombre Compañía: EPN
PQR No: xxxxxxxxxxxxxx
Según Norma: AWS D1.1
No. Identificación: WPS -003
Fecha: 28-07-14
Realizado por: Mediavilla - Valverde
Organización: EPN
ARTÍCULO I:
JUNTA UTILIZADA
Tipo de junta: Junta a Tope
Abertura de raíz: 3.175 mm
Talón: 3.175 mm
Ángulo de ranura:
60º
Placa de respaldo: Si
No X
Preparar bisel:
Si X
No
Método: Amolado
ARTÍCULO III: METAL BÁSE
Especificación: ASTM A-516 Gr. 70
Espesores:
Placa: 10 mm
ARTÍCULO IV: METAL DE APORTE
Diámetro: 3.175 mm
Denominación Aws: AWS A5.1
Casa Comercial: AGA
Denominación Comercial: AGA C13
ARTÍCULO II: TÉCNICA DE SOLDADURA
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de soldadura:
Soldadura a:
Un lado
Dos Lados X
Cordón de Respaldo:
Si X
No
Limpieza: Piquete, Cepillo Metálico
Pase de Raíz: Amoladora
Pases siguientes: Cepillo Metálico, Grata
ARTÍCULO IV: POSICIONES DE SOLDADURA
Posición de soldadura: 3G
Progresión: Ascendente
Técnica:
Un pase
Varios pases X
Precalentamiento: N/A
Tiempo entre pases: N/A
ARTÍCULO VI: NOTAS
Verificar alineamientos de la junta
Asegurar limpieza de las partes
DETALLE JUNTA: CUERPO - CUERPO
No
pase
1
2
3
Metal de aporte
de Denomin Diámetro
ación
(mm)
AWS
E7018
3.175
E7018
3.175
E7018
3.175
Corriente
Velocidad
Tensión
Técnica de soldadura
.
De
de
trabajo
Tipo
y Intensidad
avance
polaridad (Amperios) (voltios) (cm/min) oscilado recto
DC+
90 - 150
23 - 27
4–7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4–7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4-7
X
202
Nombre Compañía: EPN
PQR No: xxxxxxxxxxxxxx
Según Norma: AWS D1.1
No. Identificación: WPS -004
Fecha: 28-07-14
Realizado por: Mediavilla - Valverde
Organización: EPN
ARTÍCULO I:
JUNTA UTILIZADA
Tipo de junta: Junta a Tope
Abertura de raíz: 3.175 mm
Talón: 3.175 mm
Ángulo de ranura:
60º
Placa de respaldo: Si
No X
Preparar bisel:
Si X
No
Método: Amolado
ARTÍCULO III: METAL BÁSE
Especificación: ASTM A-516 Gr. 70
Espesores:
Placa: 10 mm
ARTÍCULO IV: METAL DE APORTE
Diámetro: 3.175 mm
Denominación Aws: AWS A5.1
Casa Comercial: AGA
Denominación Comercial: AGA C13
ARTÍCULO II: TÉCNICA DE SOLDADURA
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de soldadura:
Soldadura a:
Un lado X
Dos Lados
Cordón de Respaldo:
Si X
No
Limpieza: Piquete, Cepillo Metálico
Pase de Raíz: Amoladora
Pases siguientes: Cepillo Metálico, Grata
ARTÍCULO IV: POSICIONES DE SOLDADURA
Posición de soldadura: 2G
Progresión: Alrededor
Técnica:
Un pase
Varios pases X
Precalentamiento: N/A
Tiempo entre pases: N/A
ARTÍCULO VI: NOTAS
Verificar alineamientos de la junta
Asegurar limpieza de las partes
DETALLE JUNTA: TOLVA - CUERPO
No
pase
1
2
3
Metal de aporte
de Denomin Diámetro
ación
(mm)
AWS
E7018
3.175
E7018
3.175
E7018
3.175
Corriente
Velocidad
Tensión
Técnica de soldadura
.
De
de
trabajo
Tipo
y Intensidad
avance
polaridad (Amperios) (voltios) (cm/min) oscilado recto
DC+
90 - 150
23 - 27
4–7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4-7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4- 7
X
203
Nombre Compañía: EPN
PQR No: xxxxxxxxxxxxxx
Según Norma: AWS D1.1
No. Identificación: WPS -005
Fecha: 28-07-14
Realizado por: Mediavilla - Valverde
Organización: EPN
ARTÍCULO I:
JUNTA UTILIZADA
Tipo de junta: Junta a Tope
Abertura de raíz: 3.175 mm
Talón: 3.175 mm
Ángulo de ranura:
60º
Placa de respaldo: Si
No X
Preparar bisel:
Si X
No
Método: Amolado
ARTÍCULO III: METAL BÁSE
Especificación: ASTM A-516 Gr. 70
Espesores:
Placa: 10 mm
ARTÍCULO IV: METAL DE APORTE
Diámetro: 3.175 mm
Denominación Aws: AWS A5.1
Casa Comercial: AGA
Denominación Comercial: AGA C13
ARTÍCULO II: TÉCNICA DE SOLDADURA
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de soldadura:
Soldadura a:
Un lado
Dos Lados X
Cordón de Respaldo:
Si X
No
Limpieza: Piquete, Cepillo Metálico
Pase de Raíz: Amoladora
Pases siguientes: Cepillo Metálico, Grata
ARTÍCULO IV: POSICIONES DE SOLDADURA
Posición de soldadura: 3G
Progresión: Alrededor
Técnica:
Un pase
Varios pases X
Precalentamiento: N/A
Tiempo entre pases: N/A
ARTÍCULO VI: NOTAS
Verificar alineamientos de la junta
Asegurar limpieza de las partes
DETALLE JUNTA: TOLVA - TOLVA
No
pase
1
2
3
Metal de aporte
de Denomin Diámetro
ación
(mm)
AWS
E7018
3.175
E7018
3.175
E7018
3.175
Corriente
Velocidad
Tensión
Técnica de soldadura
.
De
de
trabajo
Tipo
y Intensidad
avance
polaridad (Amperios) (voltios) (cm/min) oscilado recto
DC+
90 - 150
23 - 27
4–7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4- 7
X
DC+
90 - 150
23 - 27
4- 7
X
204
PLANOS