Victor Ipn1
-
Upload
gerardo-martin-matos-vejarano -
Category
Documents
-
view
230 -
download
0
Transcript of Victor Ipn1
-
8/8/2019 Victor Ipn1
1/14
COMPORTAMIENTO DE TANQUESDE ALMACENAMIENTO
Vctor Flores Cobos
Carlos Cortes SalasHctor A. Snchez Snchez
Felipe A. Luengo Maldonado
-
8/8/2019 Victor Ipn1
2/14
INTRODUCCINLos tanques de almacenamiento son estructuras con capacidad dealmacenar lquidos, actualmente la mayora de las industrias disponen
de dichas estructuras para la reserva de sus materias primas y del
producto final, para posteriormente transportarlo o distribuirlo.
Figura 1.- Tanque de almacenamiento ancho. Figura 2.- Tanque de almacenamiento vertical.
-
8/8/2019 Victor Ipn1
3/14
ANTECEDENTESEl mtodo ms usado en el diseo de depsitos es el modelo analtico equivalenteque formul Housner, en el que se propone una masa equivalenteM1, rigidez Ki y
amortiguamiento Ci para cada modo de slosh, y una masa rgida Mo derivada de
fuerzas equivalentes y momentos ejercidos por el lquido en un tanque rgido. El
estudio present valores para dichos parmetros y sus localizaciones para
geometras rectangulares y circulares.
Figura 3.- Modelo equivalente de Housner
-
8/8/2019 Victor Ipn1
4/14
ESTRUCTURA EN ESTUDIOLa estructura que se estudia en este trabajo corresponde a un tanque de almacenamiento
rectangular con las dimensiones mostradas en la figura 4. Las propiedades del material
del depsito son: Mdulo de elasticidad del concreto de 2.85x105 kg/cm2, Modulo de
Poisson de 0.15 y densidad de 2500 kg/m3. Para el fluido se consider un modulo de
compresibilidad de 2.10x104 kg/cm3 y densidad de 1000 kg/m3
Figura 4.- Estructura en estudio
10 m6 m
4 m
-
8/8/2019 Victor Ipn1
5/14
PLANTEAMIENTO ANAL TICOEn nuestro pas este tipo de estructuras son diseadas en su gran mayora con los criterios
y recomendaciones que se especifican en el Manual de Diseo de Obras Civiles de la
Comisin Federal de Electricidad (CFE -93), el cual retoma las expresiones derivadas del
modelo de Housner. Para la geometra rectangular los parmetros son definidos por:
Donde:Mo simula los efectos de las presiones impulsivas.
M1 simula los efectos de las presiones convectivas.
K1 resorte de rigidez lineal.
g aceleracin de la gravedad.
R radio de la base del depsito.
M masa del fluido almacenado.
Si interesa incluir el momento hidrodinmico
Si solo interesan los efectos de la presin hidrodinmica
-
8/8/2019 Victor Ipn1
6/14
PRESIONES HIDRODINMICAS
(CFE-93)Fuerza cortante por unidad de longitud Momento de volteo por unidad de longitud
h
Presin lineal equivalente
Presin hidrodinmica local
Figura 5.- Distribucin de presin
lineal equivalente en las paredes
-
8/8/2019 Victor Ipn1
7/14
RESULTADOS ANALTICOSLas presiones hidrodinmicas obtenidas al aplicar el procedimientos descritoanteriormente al modelo en estudio, se pueden ver en la figura 6. Sin embrago,
las mximas respuestas impulsiva y convectiva no ocurren simultneamente, por
lo que CFE-93 propone que la fuerza cortante y el momento de volteo mximos
probables se obtendrn mediante la combinacin de los efectos impulsivos y
convectivos de acuerdo con el planteamiento de la Raz Cuadrada de la Suma de
los Cuadrados, ver figura 7.
Figura 6.- Presiones hidrodinmicas
locales.
Figura 7.- Presiones hidrodinmicas
locales, SRSS.
-
8/8/2019 Victor Ipn1
8/14
MODELO NUMRICOEl modelo numrico se realiz empleando el programa ANSYS, el cual resuelve
numricamente una amplia variedad de problemas mecnicos a travs del Mtodo de
los Elementos Finitos (MEF).
Elementos empleados
Figura 8.- Elemento Solid45 Figura 9.- Elemento Fluid80
Figura 10.- Modelo numrico
-
8/8/2019 Victor Ipn1
9/14
RESULTADOS NUMRICOSA continuacin se presentan los resultados numricos debidos a los efectos generados
por accin de la gravedad.
Figura 11.- Desplazamientos debidos a la
presin hidrosttica
Figura 12.- Distribucin de la presinhidrosttica
y
Los desplazamientos mximos en cada direccin son: ux=0.0151, uy=0.0892 y
uz=0.0087 cm., con lo que se obtiene un desplazamiento resultante de u=0.08936
cm., la ubicacin se puede ver en la figura 11. La presin hidrosttica mxima es de
en el fondo, ver figura 12.
-
8/8/2019 Victor Ipn1
10/14
RESULTADOS NUMRICOSA continuacin se presentan los resultados numricos debidos a los efectos generados
por una aceleracin en la direccin x (a=1.92m/s2), obtenindose los siguientes niveles
de desplazamientos y presiones hidrodinmicas.
Figura 13.- Modo fundamental del
lquido
Figura 14.- Desplazamientos en la
direccin x.
-
8/8/2019 Victor Ipn1
11/14
RESULTADOS NUMRICOS
Figura 15.- Desplazamientos en la
direccin y
Figura 16.- Desplazamientos en la
direccin z
Figura 17.- Resultante de los
desplazamientos.
Figura 18.- Presiones
hidrodinmicas
-
8/8/2019 Victor Ipn1
12/14
COMPARACIN
Figura 19.- Comparacin de presiones hidrodinmicas.
-
8/8/2019 Victor Ipn1
13/14
CONCLUSIONES
El presente trabajo tuvo como propsito estudiar y evaluar el
comportamiento de tanques de almacenamiento mediante las
recomendaciones de CFE y con un modelo de Elementos Finitos empleando
ANSYS, el estudio se enfoca a tanques rectangulares. Las presiones
hidrodinmicas obtenidas con ambos planteamientos son aproximadas en lasuperficie libre y conforme se acercan al fondo se incrementan las
diferencias, pudiendo observar que las presiones derivadas del planteamiento
analtico son ms conservadoras que las numricas. Por lo que a futuro se
plantea estudiar otros mtodos para llegar a soluciones ms apegadas a la
realidad.
-
8/8/2019 Victor Ipn1
14/14
REFERENCIAS BIBLIOGRFICASASCE, (1994). Fluid/Structure Interaction During Seismic Excitation, A report by the ASCE Committee on
Seismic Analysis on Nuclear Structures and Materials of the Structural Division, USA, 74 pp.
CFE, (1993). Manual de Diseo de Obras Civiles - Diseo por Sismo, Comisin Federal de Electricidad, IIE,
Mxico D.F.
Cooper, T. W. y Wachholz, T. P., (2003). Performance of Petroleum Storage Tanks During Earthquakes.
ASCE.
Hernndez Barrios, H., (2003). Anlisis ssmico no lineal de tanques cilndricos de almacenamiento. Tesis
Doctoral de la Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico.
Malhotra, P.K., Wenk, T. y Wieland, M., (2003). Simple Procedure for Seismic Analysis of Liquid-Storage
Tanks. Structural Engineering International.
Snchez, S. H. y Corts, S.C., (2005). Seismic and Structural Behavior of Oil Storage Tank of Large Capacity.
International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.
Snchez, S. H., Corts, S.C., Alamilla, L.J., Prez, De C.M., Flores, C.V. y Contreras, R.E., (2007).
Comportamiento Ssmico de Tanques de Almacenamiento de Lquidos de Gran Capacidad Ubicados en Zonas
Ssmicas, Reporte del proyecto de Investigacin SIP-20060825, IPN. Mxico.