Diseño de Tanque para Almacenamiento de Etanol Anhidro, Capacidad
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8/8/2019 Diseo de Tanque para Almacenamiento de Etanol Anhidro, Capacidad
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Diseo de Tanque para Almacenamiento de Etanol Anhidro, Capacidad5000 Barriles, con Membrana Flotante y Domo Geodsico
Garca N.(1)
; Martnez E.(2)
(1)Ingeniero Mecnico, Escuela Superior Politcnica del Litoral, 2008(2) Ingeniero Mecnico, Escuela Superior Politcnica del Litoral, 1983, Magster en Administracin de Empresas,
Escuela Superior Politcnica del Litoral, 2006.(1) [email protected] (2) [email protected]
Resumen
El objetivo del presente trabajo consiste en el diseo de un Tanque de Almacenamiento de 5000 barriles de
capacidad con membrana flotante y Domo Geodsico para Etano Anhidro el cual servir para suplir las
necesidades de expansin de una fbrica local dedicada a la produccin de dicho producto. El diseo y seleccin
de componentes se lo realiza bajo las normas y cdigos aplicables tales como API650 para la fabricacin, montaje
y pruebas hidrostticas, ASME seccin IX referente a la calificacin de procedimientos, AWS. D1.1 calificacin de
radiografas y API std. 2555 ASTM D1409 destinado a la calibracin de tanques.
Para el desarrollo de la metodologa se realiz un anlisis del problema presentado en dicha empresa local lacual siente la necesidad de expandirse para poder suplir con la demanda proyectada, dando como resultado el
diseo propuesto en este trabajo con los debidos componentes necesarios para su correcta operacin y control
entre los cuales se encuentra la seleccin de la membrana flotante, accesorios de instrumentacin, sistema de
pintura y proteccin catdica.
Palabras Claves:API, Etanol Anhidro, barriles, domo geodsico, membrana flotante.
Abstract
The objective of the present job is about the design of a storage tank of 5000Barrels of capacity with a geodesic
dome and a floating membrane for Anhydrous Ethanol which will be used to satisfy the necessities for expansion of
the local company dedicated to the production of the specified product. The design and selection of components will
be conducted under applicable codes and standards such as API-650 for fabrication, installation and hydrostatic
testing, ASME section IX referring to the qualification of procedures, AWS D1.1 Radiographic qualification andAPI STD-2555 ASTM D1409 for tank qualification.
To develop the methodology was conducted an analysis of the problem presented by the local company which
feels the need to expand in order to fill the projected demand, resulting in the design proposed in this paper with all
components necessary for proper operation and control, which includes the selection of the floating membrane,
instrumentation accessories, paint system and cathodic protection.
Key Words:API, Anhydrous Ethanol, Barrels, geodesic dome, floating membrane.
Revista Tecnolgica ESPOL, Vol. xx, N. xx, pp-pp, (Mes, 200x)
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1. Introduccin
En la actualidad el etanol anhidro cumple un papelimportante en la conservacin del ambiente ya que suuso para oxigenar combustibles disminuye lasemisiones de partculas y gases contaminantesproducidos por automviles y camiones lo cualconlleva a la creacin de los biocombustibles que sonel resultado de la combinacin de gasolina con etanolen diferentes proporciones respectivamente. Estebiocombustible es usado por su mayora en pasescomo Brasil y los Estados Unidos donde poseenestaciones de abastecimientos localizados en todas lasciudades. Por esta razn al implementar este tipo decombustible en nuestro pas obliga a que las empresasdedicadas a la produccin de etanol anhidro aumentensu produccin para poder abastecer la demandaproyectada. Como respuesta a esta demanda laempresa SODERAL necesita realizar la fabricacin de
un tanque de almacenamiento de etanol en susinstalaciones para su posterior despacho cubriendo aslas necesidades del mercado.
Es por ello que para dar solucin a la necesidadplanteada por la empresa se desarrollar el diseo deun tanque de almacenamiento para etanol anhidro bajola norma API650 seleccionando los componentesnecesarios para el debido control del fluidoalmacenado y adems la seleccin del sistema depintura y proteccin catdica para su conservacin conel medio ambiente en el que estar expuesto.
2. Objetivo
El objetivo de este trabajo es presentar el diseo deun tanque para almacenamiento de etanol anhidro decapacidad 5000 barriles (796.22 m3), con membranaflotante y domo geodsico el cual fue encomendadopor la empresa SODERAL S.A. con el objetivo desuplir su necesidad de expansin.
Debido al incremento de la demanda actual y laproyeccin de aumento de la misma, SODERAL S.A.ha dispuesto incrementar su capacidad dealmacenamiento para suplir la demanda inmediata yaque la expansin de la infraestructura general llevarun mayor tiempo la cul incrementar la capacidad deproduccin y almacenamiento de la empresa, que estprevista a comenzar aproximadamente en diez aosdependiendo de la necesidad de crecimiento.
3. Metodologa
A continuacin se muestra la metodologaplanteada para la realizacin del objetivo en el
presente proyecto y que fue la gua a seguir en eldiseo del sistema propuesto.
Figura 1. Metodologa del proyecto
3.1. Informacin de la necesidad
La produccin promedio diaria de etanol anhidro deesta compaa es de aproximadamente 30000 litros loscuales cubren la demanda actual de sus clientes.Desafortunadamente la infraestructura actual nopermite el almacenamiento de producto decontingencia, la capacidad de produccin diaria puedeser mayor a los 30000 litros y previendo unincremento de la demanda la compaa disponeincrementar su capacidad y por ello ha decididoelaborar un estudio para el diseo de un tanque de
almacenamiento para cubrir una futura demanda.
Debido al estudio de proyeccin de demandarealizado por SODERAL se ha llegado a la conclusinde que la infraestructura actual no es capaz desolventar esta proyeccin de demanda y por ello sedispone a construir un tanque de 5000 barriles(796.22m3) para almacenamiento de etanol anhidro elcual satisface la proyeccin de los primeros cincoaos. Esta resolucin fue determinada en base a que un
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proyecto de ampliacin total de la instalacin estprevisto a comenzar en los prximos cinco aos.
3.2. Planteamiento de la solucin
Se presentan las opciones de los distintos diseos
para la construccin de un tanque de almacenamientomediante una matriz de alternativas valorada seescoger de entre estas opciones la que satisfaga lademanda del cliente y un criterio de diseo optimo.
Figura 2. Matriz de decisin
3.3. Consideraciones de diseo
La informacin mnima requerida (condiciones deoperacin y de diseo) es: volumen, temperatura, pesoespecfico del lquido, corrosin permisible, velocidaddel viento, coeficientes ssmicos de la zona, lascaractersticas tanto del fluido que desea almacenar yel lugar donde se ha de instalar dicho tanque, materiala utilizar en el tanque, etc.
Se establecer la magnitud y direccin de las cargasexternas que pudieran ocasionar deformaciones en eltanque, con el fin de disear los elementosinvolucrados con este.
El sobre espesor por corrosin se incluir en cuerpo,fondo, techo y estructura, y slo se agrega al final del
clculo de cada uno de los elementos del tanque,debido a que la agresividad qumica no es lo mismopara el fluido en estado lquido o gaseoso y en algunoscasos hasta para los lodos.
3.4. Clculo del cuerpo y fondo
En esta seccin se realizan los clculos para losespesores de cuerpo y fondo, teniendo comoconsideracin las propiedades mecnicas del material autilizar y el factor de corrosin establecido por lasnormas [1], [2], [3].
Figura 3. Tanque para almacenamiento de etanolanhidro
3.5. Seleccin de techo y membrana
Se dan a conocer las ventajas y desventajas deutilizar un techo en forma de domo geodsico conmembrana flotante en comparacin con un techo fijo[4].
Tambin se describen los componentes necesariosen el domo geodsico y membrana flotante paraobtener una mayor eficiencia en almacenamiento de
producto e incrementar su seguridad contra incendios.
Mantenimiento
4
1
5
2
5
4
3
3
4
4
5
5
5
Rendimiento
4
3
5
3
5
5
5
4
4
4
4
5
4
Durabilidad
5
2
5
1
5
5
5
4
4
4
4
5
4
Seguridad
5
3
5
3
3
5
3
3
4
5
5
5
5
Apariencia
2
3
5
3
3
5
2
3
4
4
5
5
5
Costo
5
5
3
4
4
4
4
3
3
3
3
3
3
72
11
5
66
106
116
96
84
95
100
106
115
106
pvc
Tec
ho
EscaleraHelic
oidal
Geomembrana
CuerpoVertical
confondoplano
conicoconmembrana
domoconmembrana
flotante
d=12mh=8.8m
hdpe
fpp
Techoflotanteexterno
PreferenciadelCliente
ValorTotal
d=11mh=10.5m
d=10mh=12.67
30decircumferenciadelcuerpo
45decircumferenciadelcuerpo
60decircumferenciadelcuerpo
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Figura 4. Tanque con domo geodsico y membranainterna
3.6. Seleccin del sistema de pintura
El sistema de pintura seleccionado es el que otorgamayor proteccin anticorrosiva para poder almacenarel producto, [5], [6].
Este sistema es el que se describe a continuacin:
Primera capa:Tipo de pintura: epxico fenlico holdingprimerEspesor seco: 75 micras (3mils)Color: ClaroVOC: Mx 328 g/litroPerfil de rugosidad: 50 75 micrasPreparacin de superficie: ISO SA2
Segunda capa:Tipo de pintura: epxico fenlicoEspesor recomendado: no menor a 300 micrassecas (12mils)Color: ClaroVOC: Mx 131 g/litroPreparacin de superficie: En reasquemadas, cordones de soldadura ISO SA2, en el resto del rea proporcionar rugosidadal holding primer mediante un barrido.
3.7. Seleccin de proteccin catdica
La recomendacin hecha al cliente para el sistema
de proteccin catdica el cual da la mayorconveniencia par este diseo es uno basado encorriente impresa con un nodo de Titanio [7].
Queda a disposicin del cliente la utilizacin delsistema especificado.
Figura 5. Proteccin catdica con corriente impresa
3.8. Seleccin de accesorios de instrumentacin
Los accesorios de instrumentacin son lossiguientes:
Interruptores de nivel: Para prevenir rebosamientode producto.
Medidor de nivel tipo radar: Para determinarvolumen de producto almacenado.
Transmisor de presin: Utilizado en combinacincon radar y sensor de temperatura para anlisis delnivel de lquido almacenado en el tanque.
Sensor de temperatura: Utilizado en combinacincon radar y medidor de presin para anlisis del nivelde lquido almacenado en el tanque.
3.9. Seleccin de pruebas bajo cdigo
Las pruebas a realizar en el tanque sern regidasbajo la norma API 650 [1] las cuales de detallan en elsiguiente cuadro.
Figura 6. Requerimientos de inspeccin
Capaz de soportar dos
veces su peso muerto
Capacidad de flotacininalterada aunque dosflotadores se encuentren
inundados o daados
Flotacin demembrana
Agua
100% de lacircunferencia
Juntas soldadas entreanillos
PartculasMagnticas
100 % de la
circunferencia
Junta soldada fondo -
cuerpo
Partculas
Magnticas
Cuerpo de tanqueHidrosttico
ObservacionesDescripcinProceso
Capaz de soportar dos
veces su peso muerto
Capacidad de flotacininalterada aunque dosflotadores se encuentren
inundados o daados
Flotacin demembrana
Agua
100% de lacircunferencia
Juntas soldadas entreanillos
PartculasMagnticas
100 % de la
circunferencia
Junta soldada fondo -
cuerpo
Partculas
Magnticas
Cuerpo de tanqueHidrosttico
ObservacionesDescripcinProceso
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3.10. Anlisis de costos
Habiendo efectuado el anlisis de costo desuministro e instalacin para el diseo propuesto elmonto del proyecto esta dentro del presupuesto delcliente.
3.11. Cronograma de actividades
En esta seccin se estable el tiempo promedio parala ejecucin de las diversas tareas que comprenden laconstruccin del tanque.
4. Resultados
Como resultado del diseo y seleccin de loscomponentes se tiene un tanque de capacidad 5000barriles que satisface la necesidad del cliente y lasnormas internacionales y nacionales.
5. Conclusiones
El diseo planteado cumple a cabalidad lasnecesidades y especificaciones programadaspor el cliente.
Los domos geodsicos (Apndice "G", API650) y las cubiertas internas flotantes dealuminio (Apndice "H", API 650) son lasolucin a los tradicionales problemasoperacionales, de seguridad, ambientales y demantenimiento en los tanques dealmacenamiento atmosfrico permitiendo unamayor seguridad y confiabilidad de losmismos.
El diseo propuesto del tanque es accesiblepara construccin local ya que la mayora delos materiales se encuentran en el pas,logrando as la disminucin de importacin ygenerando nuevas plazas de trabajo.
La cantidad de dinero a invertir en este diseoes accesible considerando que el costo deldomo geodsico y la membrana flotante esmenor que el de un techo cnico, teniendo asuna mayor calidad y eficiencia.
Al utilizar el interruptor de nivel comosistema de deteccin se elimina laimplementacin del sistema de rebose desobrellenado el cual produce prdida de
producto.
6. Recomendaciones
Aplicar un sistema contra incendios deprevencin aunque la norma no lo especifiquepara brindar mayor seguridad a lainfraestructura y al ambiente circundante.
Para el sistema de proteccin catdica sesugiere un sistema por corriente impresa enuna cama espiral de nodo de Titanio.
El domo geodsico de aluminio puede ser delas compaas CONSERVATEK ISIVEN,ya que las mismas han trabajado enSudamrica instalndolos.
Una infraestructura de cubierta sobre eltanque incrementar su eficiencia y es unsistema preventivo contra incendios, esto sedebe a que el tanque permanecer en sombramanteniendo una temperatura estable y as nose requiere un sistema de enfriamiento para elproducto almacenado.
Realizar peridicamente inspecciones alsistema diseado para prevenir cualquierdao ocasionado por corrosin que puedanafectar la integridad del tanque.
La utilizacin de una geomembrana en todoel cubeto del tanque es una medida preventivaque se recomienda para minimizar la
contaminacin en caso de derrame.
7. Referencias
[1] Norma API 650 Welded Steel Tank forOil Storage, 11 ava edicin, 2007.
[2] Norma NRF-015-PEMEX-2003Proteccin de reas y Tanque deAlmacenamiento de Productos Inflamables yCombustibles, 2004.
[3] Norma NRF-010-PEMEX-2001Espaciamientos Mnimos y Criterios para laDistribucin de Instalaciones Industriales enCentros de Trabajo de Petrleos Mexicanos yOrganismos Subsidiarios, 2004.
[4] Norma API SPC 12D, Specificationfor Field Welded Tanks for Storage ofProduction Liquids, 1994.
[5] Norma de Seguridad IndustrialPETROECUADOR, 1991.
[6] Norma SSPC-SP5 Steel StructuresPainting Council, 2000.
[7] Norma API 651 CathodicProtection of Aboveground PetroleumStorage Tanks, 1997.
