10.4 Diseño de mezclador estático de jabón y aditivos, ME-300
10.4.1 Determinación del volumen, tipo y dimensiones del tanque
10.4.2 Selección del material de construcción
Dado que el AVU a temperatura ambiente se encuentra en estado líquido, que su
presión de vapor es muy baja, y que el mismo posee sólidos en suspensión se decide
utilizar un tanque vertical con: fondo plano y techo fijo.
Fondo plano: Los fondos de tanques de almacenamiento cilíndricos verticales son
generalmente fabricados de placas de acero con un espesor menor al usado en el
cuerpo. Esto es posible para el fondo, porque se encuentra soportado por una base
de concreto, arena o asfalto, los cuales soportan el peso de la columna del
producto; además, la función del fondo es lograr la hermeticidad para que el
producto no se filtre por la base.
Techo fijo: se utilizan estos techos en sustancias a almacenar que poseen baja
presión de vapor por lo que se evita la pérdida de materia prima por evaporación
y el mismo es de fácil construcción, económico y requiere de un elemento de
protección por sobrepresión o vacío (PVSV y/o tapas de emergencia).
Se seleccionó para el almacenamiento de aceite el acero al carbono A/SA 283 Gr.
C (cumple las NORMAS ASTM/ASME) el cual se utiliza normalmente para la
construcción de recipientes a presión como tanques o calderas. Este material es de
bajo costo, alta resistencia y una de sus características sobresalientes es su facilidad
de soldado y rolado; a continuación, se describe su composición química.
Elemento
Composición % p/p
Carbono (C)
0,240
Manganeso (Mn)
0,900
Silicio (Si)
0,040
Cobre (Cu)
0,200
Fosforo (P)
0,035
Azufre (S)
0,040
Tabla 1: Composición química del acero A/SA 283 Gr. C
10.4.3 Espesores
Para la determinación del espesor mínimo de envolventes cilíndricas
(considerando el espesor de corrosión) se calcula según el método de un pie (NORMAS
API 650), como el mayor valor entre Ec.4 y Ec. 5, pero en ninguno de los casos dicho
espesor será menor a los valores que se muestran en la siguiente tabla:
Diámetro nominal (m)
Espesor mínimo (mm)
d<15,24
4,76
15,24<d<36,58
6,35
36,58<d<60,96
7,93
d>60,96
9,52
Tabla 2: Espesor mínimo de envolvente según API 650
Espesor de diseño de operación:
𝑡𝑑 =
4,9. 𝐷(𝐻 − 0,3). 𝐺
+ 𝐶𝐴
𝑆𝑑
𝐸𝑐. 4
Espesor de prueba hidráulica:
𝑡𝑠 =
4,9. 𝐷(𝐻 − 0,3)
𝐸𝑐. 5
𝑆𝑡
Donde:
𝑡𝑑 : espesor mínimo de la envolvente en las condiciones de diseño [mm].
𝑡𝑠 : espesor mínimo de la envolvente en condiciones de prueba hidráulica [mm].
𝐷: diámetro interno de la envolvente [m].
𝐻: altura de diseño del nivel de líquido [m].
𝐺: gravedad específica del líquido a almacenar.
𝑆𝑑 : esfuerzo permisible por condiciones de diseño [MPa].
𝑆𝑡 : esfuerzo permisible por condiciones de prueba hidráulica [MPa].
𝐶𝐴: espesor de corrosión permisible [mm]. Calculado considerando una velocidad de
corrosión aceptable para aceros al carbono multiplicado por la vida útil del equipo. [2]
En la tabla siguiente se presentan los resultados de los cálculos realizados:
Parámetro
Valor
D (m)
7,10
H (m)
4,46
G
1,08
𝐒𝐝 (MPa)
138,30
𝐒𝒕 (MPa)
159,95
Velocidad de corrosión aceptable (mm/año)
0,25
Vida útil del equipo (año)
10
CA (mm)
2,5
𝒕𝐝 (mm)
3,62
𝒕𝒔 (mm)
0,93
Tabla 3: parámetros y cálculo de la envolvente
Ya que 𝒕𝐝 y 𝒕𝐬 son menores al espesor mínimo permitido para diámetros menores
a 15,24m (tabla 2), se adoptará un espesor de diseño de 4,76 mm. Debido a que el acero
al carbono A-283 Gr. C se comercializa en planchas de 4 a 25 mm, se decide utilizar para
la construcción del tanque, chapas de 2440mm de ancho, 120000 mm de largo y de 5 mm
de espesor.[3]
10.4.4 Bibliografía
[1] Código API 650 y 653: Diseño, construcción y montaje de tanques soldados de acero.
[2] Chart of corrosion (Fuente: Perry´s Chemical Engineer´s Handbook, 6th Ed.)
[3] Página web de la empresa “IPAC”, disponible en internet:www.ipac-acero.com/productodetalle.php?id=62
NOMBRE DEL EQUIPO
SERVICIO
ME-300
Mezclador estático de jabón con aditivos
Corriente
Estado
Caudal másico [kg/h]
Temperatura [°C]
Presión [kPa]
Densidad [kg/m3]
Tipo de tanque
Diámetro [m]
Altura total [m]
Altura de bajo nivel [m]
Altura normal de líquido [m]
Altura de diseño por seguridad [m]
Material de construcción
Espesor [mm]
Volumen útil [m3]
Volumen total de almacenamiento [m3]
Condiciones de proceso
103
Líquido
1951,1
20,0
158,0
1087,0
Datos de diseño
Tanque cilíndrico horizontal de techo fijo
7,10
4,46
1,00
3,84
4,46
Acero al carbono A 283 Gr. C
4,76
149,95
176,40
0
