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  1. TEMA: “DISEÑO DE TUBERIA DE IMPULSIÓN PARA ENLACE DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO CHONGÓN CON EL CANAL CHONGÓN SUBE Y BAJA”PROVINCIA DEL GUAYAS AUTOR: SR . LUIS ALBERTO VERGARA CALLE DIRECTOR DE TÉSIS: ING. MANUEL HELGUERO G. JUNIO 2005

  2. CAPÍTULO 1GENERALIDADES DEL PROYECTO RESEÑA HISTÓRICA ANÁLISIS Y ESPECIFICACIÓN DEL PROBLEMA. ANÁLISIS DE LAS NORMAS A UTILIZARSE DISPOSICIONES ESPECÍFICAS

  3. CAPÍTULO 2DISEÑO DEL CONDUCTO SOMETIDO A PRESIÓN CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DISEÑO DE FORMA DISEÑO DE ESPESOR DE CHAPA DEL CONDUCTO. CÁLCULO DE ESPESOR PARA PRESIÓN INTERNA CÁLCULO DE ESPESOR PARA PRESIÓN EXTERNA DISEÑO DE ESPESOR DE CHAPA DE CHIMENEA DE EUQILIBRIO. CÁLCULO DE ESPESOR PARA PRESIÓN INTERNA CÁLCULO DE ESPESOR PARA PRESIÓN EXTERNA DISEÑO DE ESPESOR DE CHAPA DE LA COMPUERTA VAGÓN, CÁLCULO DE TENSIONES EN LAS PLACAS. CÁLCULO DE VIGAS PARA IGUAL CARGA HIDROSTÁTICA DETERMINACIÓN DE SECCIÓN DE PLATINA DE REFUERZO DISEÑO DE SOLDADURA

  4. CUERPO 100: CONDUCTO DE ACERO Ø 1600mm L = 713M TRAMO COMPRENDIDOENTRE MZ1 Y MZ5 +53,43 Flujo +41 Mz2 Flujo 7,5m Mz3 CUERPO 200: CHIMENEA DE EQUILIBRIO Ø 7500MM H = 27M DUCTO 40M 27m 92.00 92.00 Flujo Flujo Flujo Q +58,15 1,60 1,60 Mz5 Mz6 Mz4

  5. CUERPO 100: CONDUCTO DE ACERO Ø 1600mm L = 2141M +57,15 Mz6 Mz7 Mz10 Mz11 Mz9 Mz8 Mz7

  6. 181 APOYO DESLIZANTE 11 JUNTA DE DILATACION 85.95 85.65 Mz13 Mz12 Mz11 Elev. 114 112 Transicion - Canal Mz13 Figura 3

  7. CUERPO 300: COMPUERTA VAGON • 100 3553mm 1837mm

  8. CÁLCULO DE ESPESOR PARA PRESIÓN EXTERNA parámetros de diseño: Presión externa (vació) absoluto 0,9807 (daN/cm²) Espesor mínimo constructivo de anillos 6,3 mm Coeficiente para presión externa C: 2 presión critica admisible Pcr: 1,96 (daN/cm²) Radio interno de la tubería R: 80 cm .Modulo de elasticidad de la tubería E: 2060100 (daN/cm²) Coeficiente de Poisson u : 0.3 Material de la tubería Y rigidizadores CO-SAR55 Limite elástico LE 3750 d aN/cm² Limite de rotura LR 4500 daN/cm² Tensiones admisibles los rigidizadores 2205.882 daN/cm² Coeficiente de seguridad sobre el limite elástico 1.7

  9. presión crítica de pandeo de la tubería por su propio peso, sin rigidizadores: conclucion la tubería necesita de rigidizadores 0.25 P = -----------.E. (e/R)³ = 0.28 ≤ 0.98 (daN/cm²)(2,1) 1 – u² CÁLCULO DE ESFUERZOS PARA PRESIÓN EXTERNA er hr Lr L Distancia maxima entre rigidizadores LR 3.E.J R .PCR³ Presión crítica de pandeo para la tubería entre rigidizadores

  10. 3. Ej. cr = ------------------- = 3203.93(2.5) 2R .A. (1+m) A .  . ( 1 + ) m = ------------------- = 0.769266 4 . E 1.285  = ----------- = 0.1810 R -.a  = e . (sin  . a + cos  .a) = 1 Presión critica de pandeo en el refuerzo Calculo de la tensión en el refuerzo Pext.R  = ------------ = 70.39 (2.6) e. (1+m) Evaluación: cr = 3203.93 ≤ 3750(limite de elasticidad del material daN/cm²)  =70,39 ≤ LE / 1.7 = 2206 daN/cm² ENTONCES CUMPLE A = área del rigidizador = 5.36cm² a = distancia entre rigidizadores adyacentes para rigdizador doble a = o

  11. CÁLCULO DE ESPESOR PARA PRESIÓN INTERNA

  12. CHIMENEA DE EQUILIBRIO 55.72mca 6.28mca 73.0mca +120.28 TRANSICIONCANAL DATOS DE SALIDA PERFIL LONGITUDINALY ÁNGULOS +114 135mca +112 Mz12 Mz14 +92.0 Mz5 Mz6 Mz13 E” Mz10 Mz8 C” Mz9 Mz11 Mz4 Mz7 Mz3 Mz2 Mz1 0 A B Mzo +41 LADO DE LA BOMBAS O” FIGURA : 6

  13. TABLA : II PERFIL LONGITUDINAL Y ANGULOS HORIZONTAL Y VERTICAL DEL CONDUCTO

  14. MODELOS MATEMÁTICOS Y RESULTADOS DEL CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS DE LA TUBERÍA • Componente axial debido al peso propio Caso a: Caso b: • R • R +2 TRACCION -1 COMPRESION •  • R -2 COMPRESION • R R = componente de rozamiento

  15. FORMULAS PARA EL CALCULO DE LOS ESFUERZos a)TENSIONES LONGITUDINALES TUBERÍA EXPUESTA: Pt . sin avi Datos p . D . e . 10

  16. -3 COMPRESION -S3 Compresion • TENSIÓN DEBIDO AL ROCE EN LA JUNTA DE DILATACION Caso a: Caso b: -S4 Compresion -4COMPRESION • R +S4 Traccion +4 Traccion

  17. TENSIÓN DEBIDO A LA FLEXIÓN LOCAL OCACIONADA POR EL RIGIDIZADOR 5 T= tension C= compresion • rigidizador • Corrugaciones por compresion • Fisuras por tension • Fisuras por tension • Eje neutro de la chapa

  18. TENSIÓN DEBIDO A LA FLEXIÓN DE LOS TUBOS ENTRE LOS APOYOS SOBRE EL EFECTO DE SU PESO PROPIO 6 Deformacion elastica de la tuberia Lap Map Map Seccionamiento B - B Seccionamiento A -A B B A A Fibras tensionadas Fibras omprimidas Mm Lap 0,65 Lap/5 Lap/5 3/5Lap Fibras omprimidas Fibras tensionadas

  19. 1+ r 1+m e i =1 M . cos avi R .e . P ² Map = Pta . g Iap . 10

  20. TENSIONES LONGITUDINALES EN LOS RIGIDIZADORESL2 TENSIONES CIRCUNFERENCIALES TUBERÍA EXPUESTA7 Rigidizador Compresion sección A -A A A TENSIÓN EN EL TUBO EN LA REGIÓN DEL RIGIDIZADOR8 TENSIÓN EN EL RIGIDIZADOR9

  21. B )TENSIONES CIRCUNFERENCIALES TUBERÍA EXPUESTA: P . R e P . R u . sL2 . m Tensiones de comparación (scomp1), (scomp2) comp1 = [ (7)² +(L1)² - (7).(L1) ] ½ (2.18) comp2 = [ (8)² +(L2)² - (s8).(sL2) ] ½ (2. 19)

  22. C )TENSIONES LONGITUDINALES TUBERÍA EMBUTIDA EN HORMIGÓN:

  23. TENSIONES DE COMPARACIÓN L1 7 L1 7 R  (R)² = (7)² + (L1)² - 2,7.L1.cos  L1 L1 =Tensión Predominante en Tracción o compresión  = Angulo desviación entre componentes por incidencia de esfuerzos Cortantes Según ensayos de Laboratorio  = 60° • s (sR)² = [(7)² + (L2)² - 7.L2]½ = comp1 TENSIONES DE COMPARACIÓN L2 8 L2 8 R  El mismo caso para la tensión de comparación 2 L2 comp2 = [(8)² + (L2)² - 8.L2]½ SL2 Para los demás casos se efectúa el análisis del mismo modo

  24. d) TENSIONES CIRCUNFERENCIALES TUBERÍA EMBUTIDA EN HORMIGÓN:

  25. d) CÁLCULO DE LA PRESIÓN INTERNA DE LA TUBERÍA (TRABAJO NORMAL)

  26. Tubería F 1.6m adyacente al macizo M1- tubería expuesta

  27. Tensiones longitudinales

  28. Evaluación: Las tensiones son ≤ 2205.88 daN/cm² entonces cumple

  29. DISEÑO DE ESPESOR DE CHAPA DE LA CHIMENEA DE EQUILIBRIO Características de la chimenea sometida a presión externa

  30. er vamos a considerar L = 35.31 cm. Altura del rigidizador hr: 10 cm Espesor del rigidizador er: 12.7 cm Momento de inercia del conjunto J: .660 cm4 Distancia máxima entre rigidizadores: LR ≤ ------- = 278.3 cm adoptamos LR = 240cm hr 3.E.J R³PCr Evaluación: 1563 daN/cm² ≤ 2482.2 daN/cm²  =182.6 ≤ LE / 1.7 = 1460 daN/cm² (Entonces Cumple) presión critica de pandeo en el refuerzo cr = ----------------- = 1563 daN/cm² 3.E.J R.At (1 + m²) tensión en el refuerzo con la formul (2.9 = ------------- = 182.6 ≤ LE/ 1.7 = 1460 daN/cm² Pext.R e. (1+m)

  31. CARACTERÍSTICAS DE LA TUBERÍA SOMETIDA A PRESIÓN INTERNA

  32. DIAGRAMA DE PRESIÓN HIDROSTATICA CHIMENEA DE EQUILIBRIO 7,50 0,6 0,00 daN/Cm² 2,40 2,55 daN/Cm² 2,40 4,95 daN/Cm² 2,40 7,35 daN/Cm² 2,40 9,75 daN/Cm² 2,40 12,01 daN/Cm² 2,40 14,06 daN/Cm² 2,40 17,05 daN/Cm² 2,40 19,45 daN/Cm² 2,40 21,85 daN/Cm² 2,40 24,25 daN/Cm² 2,40 26,60 daN/Cm² 0.15

  33. Cálculo del espesor de la chapa según la tensión de trabajo ei F = Pi / 2 A = F / Ta ei = F / Ta.h F F Pi e = 8.91 a 10.65 mm aplicara e = 12.mm. e = 7.17 a 8.91 mm aplicara e = 9.5 mm. e = 0.005 a 7.17mm aplicara e = 7.9 m

  34. Diseño de espesor de chapa de la compuerta (cuerpo 300) .. • 100 3553 1837mm

  35. CÁLCULO DE TENSIONES EN LAS PLACAS Pi = hi. gH2o ( KgF/Cm² 3,66 440 0,33 1340 3,27 0,90 2,37 1840 0,50 1,87 2110 0,50 2340 1,55 1,37 q1 = 2797 0,65 0,72 2990 0,67 3510 0,15 3660 CALCULO DE LA FUERZA SÍSMICA EN EL NIVEL I La fuerza F6 actúa en un punto a 0.425 h encima de la base. F6 = (0.555) (0.98) (1000) (3.66)² = 7286 KG. (q1 . 2.11) F6 = (q1. 1.55) + --------------- 2 q1 = 2797 Kg / m²

  36. Px (i) ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS. (EN COORDENADAS LOCALES) ESFUERZOS EN LOS APOYOS

  37. EVALUACION: De los resultados obtenidos como es de esperar el valor máximo de momento esta concentrado en L(4 , 3) y L( 4 , 5), partimos de estos valores para calcular el espesor de la membrana frontal de la compuerta entonces estimamos espesor e = 0,95cm. e = 0,95 cm 3520Kgf 9,5Cm 9,5Cm b = 100cm 195,3Cm M = 18960 Kg – cm 3102,88 3102,88 A1 Ixx = (1÷12).b.e³ = 7,144cm4 A2 88,15Cm M. e/2 c = ------------- = 1183.5 <1465 daN / cm² M = A1 + A2 = 166236,8 Kg - cm Ixx ( Entonces cumple) Sección de la viga de refuerzo Ixx= momento de inercia de la viga Ai . Yi Y = ------------ 1 ∑ Ai e1 = 0,95 2 Evaluación: e2 = 0,8 Y= 8,23 h = 10 x x 3 b2 = 10 M.Y c = --------- = 1307.11 < 1465 daN / cm² Ixx Ixx = ∑ Ixi + ∑ Ai . Di = 1026.7 cm4 (Cumple) )

  38. CAPITULO IIIESPECIFICACIÓN TECNICA DE PINTURA Y ACABADO SUPERFICIAL

  39. SISTEMA DE PINTURA

  40. Esp: seca (micras)

  41. CAPITULO IV IV. INSPECCION Y PRUEBAS 4.2 Inspección y pruebas para la soldadura 100% por ultrasonido y radiografía en partes críticas como en los cruces, norma UW – 11 y UW – 12 y UW -2. El resto de los cordones tintas penetrantes al 100%. En bimetálicas 100% tintas penetrantes, estructurales angulares 10% tintas penetrantes, estructurales al tope y angulares con penetración total100% ultra sonido y 10% rayos x. 4.3 Inspección y pruebas para la pintura Espesor medido, máximo hasta un 20% menos que el espesor recomendado por la SSPC, sobre un 20% de la superficie pintada. Los puntos medidos deberán estar de acuerdo con el área pintada a ser controlada. 10 a 20 puntos para áreas hasta 20m² 20 a 50 puntos para áreas de 20 a 200m² 50 a 100 puntos para áreas mas de 200m² El nivel de adherencia permitido será de 5A a 4A, de acuerdo con la norma ASTM – D 3329, método A, corte en X. Valoración : 5A - Ninguna separación o desplazamiento. 4A -Trazos de separación para el ensayo de adherencia a lo largo de los cortes. La cinta utilizada para el ensayo de adherencia tiene el número 810 (3M)

  42. Peso total del diseño 748607. Kg.