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Diseño De Recipiente A Presion Para Almacenar Gas Natural

recipientes a presion

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#1 pedrop

pedrop

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Posted 26 November 2012 - 04:18 PM

Buenas tardes soy estudiante del ultimo año de ingenieria mecanica, mi proyecto especial de grado lleva por titulo "diseño de un recipiente para almacenar gas natural con una capacidad de 900 pies cubicos", para la elaboracion de este diseño cuento con un data sheet del adquiriente del recipiente donde se mencionan practicamente todas las especificaciones de diseño incluso la forma del recipiente en este caso horizontal,pero adelantandome a esta situacion y por ser un trabajo de investigacion me gustaria saber si existe algun manual o bibliografia que hable acerca de los criterios que se deben tomar en cuenta para la seleccion de un recipiente
ya sea cilindrico o esferico.

Agradeciendo de antemano cualquier ayuda que puedan darme

#2 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 26 November 2012 - 09:38 PM

Pedro:

Nos pides información sobre “algún manual o bibliografía que hable acerca de los criterios que se deben tomar en cuenta para la selección de un recipiente
ya sea cilíndrico o esférico”. Pues esta información ya le he repetido bastantes veces en nuestros foros en el pasado. Si haces una búsqueda dentro nuestro foro veras que el libro que siempre recomiendo para recipientes a presión es:


Pressure Vessel Handbook
Por: Eugene Megyesy

Este libro se puede comprar en el internet.

Por otro lado, nos dices que vas a diseñar un tanque con capacidad de 900 pies cúbicos de gas natural. Pero a esta información le falta todos los detalles necesarios para poder usarla – y ojala estos datos están en la Data Sheet. Falta identificar el estado del gas natural (líquido o gaseoso), la presión, y la temperatura. No basta con decir simplemente 900 pies cúbicos. Si estas almacenando un gas, entonces necesitas saber a que temperatura y presión lo vas almacenar.

La Data Sheet se inicia por un ingeniero de proceso (usualmente es ingeniero químico) y los datos que presta son los que se necesitan para llevar el proceso acabo. Un ingeniero mecánico se emplea para emplear los datos dados por el ingeniero de proceso y a el no le toca decidir si el tanque va ser horizontal o vertical. Tampoco le toca decidir si el tanque puede ser esférico. Eso, normalmente, le toca a un ingeniero de proceso para decidir. Esa es la forma como se lleva acabo un proyecto en la industria. Hay fuertes razones y motivos por los cuales se hacen las decisiones sobre recipientes en ese modo.

#3 pedrop

pedrop

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Posted 27 November 2012 - 10:19 AM

Buenos dias Sr Montemayor,

Efectivamente cuento con la bibliografia sugerida el Handbook Pressure Vessel, y la empresa donde laboro actualmente cuenta con la ultima edicion del codigo ASME seccion VIII.

Los datos indicados en el data sheet son los siguientes:

condiciones de operacion:
Presion min 50 psig
Presion max 100 psig

Temperatura min 80 °F
Tempertura max 400°F

Condiciones de diseño
Presion interna 130 psig
Temperatura 500 °F

En el data Sheet se indica en estado liquido, pero no estoy de seguro de esto por los datos que se estan dando.

Lo que comentaba acerca de la eleccion del recipiente, es basicamente por ser una tesis, estoy seguro que una de las preguntas que se hara el jurado es acerca de la escogencia del tipo de recipiente, por eso la inquietud de indagar mas en ese tema , yo trabajo en el area de recipientes a presion desde hace 7 años como inspector de aseguraiento de calidad durante la fabricacion, y entiendo lo que usted comenta con respecto a que las condiciones siempre vienen dadas por el cliente o el adquiriente del recipiente.


Saludos

#4 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 27 November 2012 - 11:56 AM

Pedro:

Muchas gracias por la explicación. Estoy totalmente de acuerdo con tu sospecha que un jurado académico seguramente va lanzar un reto sobre la selección del tipo de tanque diseñado – y deberías estar preparado para responder con lógica, conocimiento, y certeza. Ahora entiendo tus preguntas con mayor claridad.

Tu información de la Data Sheet llega a buena hora. No es posible diseñar el tanque que describes para contener gas natural licuado (GNL). La razón por esto es que las temperaturas necesarias para mantener el GNL en el estado licuado a sus dos presiones de operación son -220 y -200 oF ---- temperaturas más allá de los límites del acero dulce. Aquí tengo que suponer que tu propósito es emplear acero dulce (A516 – Grado 70) como tu material de fabricación. Claro que si empleas un acero especial – como un inoxidable – entonces tenemos un caso factible. Pero al hacer eso, también tienes una aplicación criogénica – caso en el cual se necesita otra técnica especial de diseño y de fabricación. El diseño y fabricación de tanques criogénicos es algo muy especial y el “know-how” está en manos de fabricantes que especializan en este tipo de industria.

Adjunto te envío un workbook de Excel en el cual encuentras los valores termodinámicos que comprueban las condiciones del GNL a las temperaturas que he identificado.

Attached Files



#5 pedrop

pedrop

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Posted 27 November 2012 - 01:25 PM

Sr Montemayor, viendo el workbook debo asumir entonces que con los datos que tengo se puede almacenar gas natural en forma de vapor????. Efectivamente el tipo de material a ser utilizado es SA-516 Gr 70.


Por eso mi duda con respecto a la seleccion del tipo de recipiente, entiendo que los recipientes esfericos se utilizan para almacenar grandes cantidades de fluido, y este no es el caso, desde el punto de vista de fabricacion es mas factible economicamente para fabricar en taller un recipiente cilindrico horizontal, que una esfera, he visto muchos casos donde los recipientes esfericos y tanques de almacenamiento de grandes volumenes se hacen en sitio.

#6 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 27 November 2012 - 03:25 PM

Pedro:

Si estas tratando de almacenar gas natural a las presiones indicadas en el Data Sheet como líquido, entonces tendrás que soportar las temperaturas que te he indicado en rojo. Esto te debe provocar graves problemas porque estuvieras en una situación de fabricar un tanque dentro otro tanque con el tanque interior fabricado de acero inoxidable, el tanque exterior de acero dulce, y el espacio entre los dos tanques sería un vacío y lleno de aislamiento. Esto constituye un diseño criogénico – una fabricación muy distinta y especial (además de ser muy cara).

Esto nos pone en una situación difícil. ¿Vamos a creer lo que el Data Sheet nos dice? Por favor haz un “scaneo” de la Data Sheet y mándanosla. La Data Sheet (si es un documento creado por un ingeniero profesional) debería decirnos todos los detalles que se necesitan para poder preparar una cotización. Me extraña mucho que no indique claramente que se trata de un diseño criogénico.

Ahora, si estamos realmente tratando de almacenar un gas, entonces estamos hablando de un tanque común y corriente. Pero eso quiere decir que la Data Sheet está en error o el que la preparo no sabe lo que ha especificado. Es primordialmente importante tener una Data Sheet que no contenga errores y este totalmente completa con todos los datos básicos necesarios para cotizar lo que se necesita.

#7 pedrop

pedrop

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Posted 27 November 2012 - 04:45 PM

Sr Montemayor:

Efectivamente se trata de almacenar un gas, en un recipiente comun y corriente, es decir no liquido, con las condiciones que le especifique es posible??.

y muchas gracias por la atencion prestada

#8 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 27 November 2012 - 05:45 PM

Pedro:

Bueno, aqui te mandan algunos archivos los Reyes Magos para tu proyecto.

Con esta informacion y datos, se puede disenar el tanque que necesitas - conjuntamente con mi workbook titulado Vessel Volumes. Con el Vessel Volumes se puede dimensionar el tanque y luego hacer el diseno mecanico empleando estos archivos que se basan en en ASME VIII.

Ya que has trabajado en taller y conoces lo que es producir un recipiente fabricado a base de codigo y ahora tienes la preparacion universitaria en ingenieria mecanica, opino que deberias sacar el diseno mecanico en menos de 4 horas.

Buen provecho.

Attached Files



#9 pedrop

pedrop

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Posted 27 November 2012 - 09:31 PM

Sr Montemayor:

De verdad muchas gracias por la informacion suministrada, de inmediato comenzare con la elaboracion de los calculos mecanicos para el recipiente vi una formula en el Pressure Vessel Handbook en donde puedo obtener la mejor relacion diametro-longitud del recipiente.

Disculpe que siga con el tema del tipo de recipiente a usar (cilindricos o esfericos) ,me gustaria saber si puede ayudarme un poco con este tema, ya que buscado informacion y no logro hilvanar las ideas para resolver este punto, ya que casi todo lo que consultado, van directamente referidos al calculo como tal. Entiendo como me explico anteriormente que esa es tarea del ingeniero de procesos, pero me gustaria obtener informacion acerca de este topico.

Saludos y nuevamente muchas gracias por sus amables comentarios.

#10 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 28 November 2012 - 08:17 AM

Pedro:

Antes de dimensionar el tanque que propones diseñar, te recomiendo que leas y estudies el contenido del workbook “Vessel Volume” que subí en otro hilo dentro este mismo Foro. Allí vas encontrar la formar de calcular el volumen y dimensiones de un tanque a presión con una variedad de tipo de cabezas. Información importante que encontraras allí incluye detalles sobre las características de las diferentes cabezas y cuando se aplican.

Considero la Data Sheet como la base de todo el diseño de tu tanque y quiero saber nuevamente si va ser posible que la subas a este hilo para poder saber todos los detalles que seguramente allí se encuentran – además de las presiones y temperaturas.

En cuanto al tema del tipo de recipiente a usar (cilíndricos o esféricos) te puedo comentar lo siguiente que ya he tratado en otros hilos dentro nuestros foros:

Se emplea una esfera cuando se trata de un fluido a presión y de volumen relativamente grande. Las razones por esto son que una esfera es la forma más resistente contra presión comparada con las otras dos: la cilíndrica y la rectangular. La mano de obra necesaria para formar una esfera es considerable comparándose con las otras formas de recipientes y por esa razón su fabricación solo se justifica en cuanto a volúmenes grandes. Las esferas – por ser grandes – normalmente se tienen que formar, soldar y montarse en el campo, al ambiente. Esto causa aún más problemas de costes, control de calidad, y organización. Las esferas son costosas, pero a veces no hay forma de evitarlas. La esfera es la forma de almacenaje menos eficiente que las demás en el empleo del espacio disponible. Las conexiones de tuberías y boquillas son complejas e inconvenientes en las esferas, necesitando el uso de plataformas y escaleras mas complejas y caras. El mantenimiento de una esfera es más complicado y caro.

Tanques cilíndricos suelen ser los más comunes – especialmente los horizontales, debido a su montaje sencillo y su centro de gravedad siendo bajo. El precio unitario ($/m3) de un tanque cilíndrico es más barato debido a que se puede fabricar en taller con un factor de calidad que es más alto y seguro. El empleo de cabezas ya formadas aumenta su eficiencia y tiempo de entrega. El diseño y empleo de plataformas y escaleras es mas sencillo y, por lo tanto, más barato. Las conexiones de tuberías y boquillas son más sencillas y fáciles de diseñar e instalar. La soldadura y sus pruebas son más directas y sencillas en un tanque cilíndrico que para una esfera. El mantenimiento es más sencillo y barato.

#11 pedrop

pedrop

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Posted 29 November 2012 - 07:42 AM

Estimado Sr Montemayor:

Ya ubique el workbook que me sugirio el "Vessel Volume" gracias nuevamente por esta informacion y tambien por ayudarme aclarar la seleccion en cuanto al tipo de recipiente.


He intentado subir el Data Sheet pero no me ha sido posible

#12 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 29 November 2012 - 09:42 AM

Pedro:

Te adjunto una muestra de un Data Sheet para recipientes a presión. Aunque esto no figura como mi idea de lo que es una buena Data Sheet, te la mando porque es la que tengo disponible en este momento y representa un recipiente actual, dentro un proyecto actual en el cual yo tome parte como director y consultor del proyecto. Esta hoja fue preparada por el contratista del proyecto y tengo muchas mejoras que podía agregarle a esta versión de la Data Sheet; pero solo sirve para darte una idea de lo mínimo que yo espero cuando recibo este tipo de información - y la calidad de trabajo de algunos contratistas de nivel mundial. Es lamentable encontrar tal calidad al nivel munidal, pero para mejorar eso me pagan y eso es el trabajo de un ingeniero en la mayoria de los casos. El croquis es horrible, lo sé; pero sabiendo eso, se puede mejorar para presentar los datos en forma precisa, exacta, y eficiente en la comunicación.

También tengo copia de los cálculos mecánicos (139 paginas) que se hicieron con el programa de COMPRESS. No puedo adjuntar esta información por ser tan grande, pero si me escribes una nota en mi servicio de mensajes, quizás se puede hacer algo para darte un ejemplo de la vida real con respeto a como se lleva acabo los cálculos y en que detalle.

Attached Files



#13 pedrop

pedrop

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Posted 30 November 2012 - 01:38 PM

Buenas tardes Sr Montemayor:


Anexo el Data Sheet que le comente para que pueda revisar todos los datos alli contenidos, y con el cual espero poder realizar mi diseño del recipiente.

Attached Files



#14 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 30 November 2012 - 05:34 PM

Pedro:

Gracias nuevamente, y aprovecho este para enviarte la revision#1 de tu Data Sheet con mis calculos y comentarios.

Como puedes ver, yo saco un tamano aproximado de tu tanque que es 7 pies diametro interior por 18.75 pies de longitud empleando cabezales de tipo semi esfericas. Escojo cabezales esfericas por ser las mas resistentes a la presion. Yo he conseguido la fabricacion de este tipo de cabezales en este tamano en Chile, Peru, y Colombia y considero que esto no debe ser un problema en Venezuela.

Attached Files






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