Diseño de tanques de acero soldado apoyados sobre el suelo para almacenamiento de hidrocarburos

Abstract

El presente trabajo está relacionado con el diseño de tanques de acero soldado apoyados sobre el suelo para el almacenamiento de hidrocarburos siguiendo las reglamentaciones del American Petroleum Institute ó Instituto Americano del Petróleo contenidas en su famosa norma API 650, la misma que se viene publicando bajo esas siglas desde el año de 1961. Dentro del diseño de estos tanques el diseño sismorresistente ha adquirido una especial importancia que en el pasado no tenía y que en países de alta sismicidad como el nuestro es fundamental saberlo aplicar correctamente. Por ello en el Capítulo II se presenta el modelamiento sísmico de estos tanques y las investigaciones que sobre los mismos se han realizado.Esta investigación se inicia con el Capítulo I haciendo una pequeña reseña histórica sobre el petróleo, los tanques de acero para su almacenamiento y las normas relacionadas con ellos, la soldadura que es algo fundamental, y algunos casos sobre fallas de este tipo de estructuras debido a un sismo. El segundo capítulo está referido, como ya se ha indicado, al modelamiento sísmico aceptado hoy en día que rige el diseño de estos tanques, cuyas distintas ecuaciones necesarias simplificadas aparecen en los distintos reglamentos de diseño, entre ellos el API 650. Se muestran asimismo los tipos de falla, principalmente el pandeo inelástico por compresiones axiales excesivas de la plancha inferior del cilindro, conocida popularmente como la falla “pata de elefante”. El Capítulo III es una presentación de las ecuaciones que gobiernan el diseño de cáscaras cilíndricas y que están contenidas en los reglamentos de diseño, así como algunas particularidades respecto a sus deformaciones. En el Capítulo IV se analizan las consideraciones que se toman al momento de escoger el tamaño de un tanque y se ven algunos de los tipos principales de tanques que se diseñan y construyen, básicamente en lo referente a su techado ya que el cilindro es prácticamente igual y único para todos los tipos de tanques. El Capítulo V se refiere al desarrollo formal del diseño de un tanque y en donde se analiza casi cada detalle en el diseño mecánico de un tanque para almacenamiento de hidrocarburos. Bajo el concepto de “mecánico” queremos dejar en claro que el término se usa de manera genérica desde el punto de vista de la Mecánica. En este diseño se siguen las pautas paso a paso dadas por la norma API 650. El tanque modelo se diseña en la Refinería La Pampilla y para ello se usa un estudio de suelos real de la misma. Luego para el cálculo de las cargas sísmicas se utilizan las normas norteamericanas, peruanas, chilenas y un sismo hipotético de diseño de MW = 9.0 que ocurre cerca a Lima. Asimismo se hacen los cálculos de la estructura de acero interna del tanque comparando los manuales AISC del año 1989 por Esfuerzos Permisibles y el nuevo Manual del AISC aparecido en el año 2005 donde se integran tanto el diseño por esfuerzos permisibles como el diseño por resistencia conocido por sus siglas en inglés como LRFD. Finalmente por ser el tanque inestable se siguen las recomendaciones del AISI para diseñar los anclajes respectivos. En el Capítulo VI se realizan comparaciones de distintas configuraciones y tamaños de tanques, analizando diversas combinaciones de aceleraciones sísmicas impulsivas y convectivas a las que estarán sometidos los tanques, discutiéndose los resultados y analizando alternativas de estabilización de los tanques de acuerdo al API 650. Finalmente se propone una combinación de aceleraciones impulsivas y convectivas a ser usadas en la costa peruana para este tipo de tanques. Se termina con unas conclusiones y recomendaciones. Finalmente se presentan 6 apéndices. El Apéndice I trata sobre el acero en general, material del cual no solamente están construidos estos tanques, sino que es un material fundamental en el desarrollo que ha adquirido la sociedad moderna. Se presentan de manera resumida los procesos de fabricación del acero y las variables que lo afectan, las palabras técnicas que se encuentran en las normas ASTM relacionadas con el proceso de fabricación y en general conceptos necesarios para poder entender las normas referidas al acero y su metalurgia. Asimismo se profundizan ciertos conceptos relacionados con sus propiedades mecánicas, siendo uno de ellos la tenacidad. También se abordan los distintos elementos de aleación del acero, y por último los principales aceros y sus características usadas en construcción. Para escoger correctamente un acero es necesario conocer además de sus propiedades mecánicas, sus propiedades químicas y sus procesos de fabricación de tan versátil y útil material.