armadura de un contenedor final 13 12-2015

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES

1

CALCULOS DE UNA ARMADURA DE UN CONTENEDOR ISOTANK

DE 20 PIES DE TRANSPORTE DE LIQUIDOS

Durand Porras, Juan Carlos [Docente Asesor]

Huamán Soto, Edgardo

Orellana Huamán, Rubén P.

Godoy Mallqui, Roberto E.

Universidad Privada del Norte (UPN-LIMA), Escuela de Ingeniería Industrial

CONTENEDOR DE CARGA

Un contenedor es un recipiente de carga para el transporte Marítimo, Fluvial, Terrestre y Multimodal. Están

fabricadas de acuerdo con la norma ISO-668, Por el motivo también se conocen con el nombre de

contenedores ISO.

Los contenedores son Fabricados principalmente de Acero corten, aluminio y algunos otros de madera

contrachapada reforzados con fibra de vidrio. Interiormente llevan un cubrimiento especial anti-humedad,

otra característica de los contenedores es que en cada una de sus esquinas, de alojamiento para los Twistlocks,

que les permiten ser enganchados por grúa, así como su trincaje tanto en buques como en camiones.


2

INTRODUCION

CARACTERISTICAS TECNICAS CONTENEDOR ISO TANK

ISOTANK

Isotank, también llamado flexibag o isotanque, es una bolsa o tanque de gran tamaño que

transforma un contenedor 20 pies convencional en un seguro y eficiente sistema de transporte marítimo de líquidos a granel. Permite transportar entre 10,000 y 24,000 litros, aunque los modelos más habituales son los de 16.000, 18.000, 20.000, 22,000 y 24,000

litros. Generalmente se escoge el modelo de mayor capacidad, pero siempre teniendo en cuenta la densidad del producto; Los primeros isotanks comercializados eran reutilizables y

necesitaban ser limpiados antes de un posterior uso, lo que los hacía poco convenientes. Sin embargo, desde mediados de los años 90 TIBA solo ofrece a sus clientes isotanks de un solo uso. Así, el exportador tiene la total garantía de que no habrá ningún tipo de

contaminación por un residuo de un producto anterior.

Disponibles para:

Productos Químicos, Inflamables, Agentes oxidantes, corrosivos.

Comestibles: Alcoholes, Jugos de fruta, aceites comestibles, aditivos de comida.

No deben llenarse menos del 80% de su capacidad.

No deben llenarse tanques a 100% de su capacidad. El espacio vacío dependerá de

la expansión termal del producto.

COMPONENTES DE UN ISOTANK

Instalación con válvula inferior

En general, los tanques poseen 3 cierres

con el fin de obtener la máxima

protección contra la pérdida de producto.

Antes de proceder a la carga, todos los

tanques de ITT se someten a pruebas de

presión con el fin de asegurarse de que no

existe ningún escape y de que todas las

válvulas funcionan correctamente.

Válvula de entrada de Aire

Está colocada en la parte superior del

tanque y se utiliza como mecanismo de

presión durante la descarga y como

dispositivo de recuperación durante la

carga.


3

Válvulas de descompresión de

Seguridad

Para que no se vean afectados por exceso

de presión o el vacío, todos los tanques

van equipados de una válvula de

descompresión (o a veces, de una válvula

de protección presión/vacío).

Para llamas (Juego)

Malla metálica que se coloca en la parte superior de la(s) válvula(s) de

descompresión de seguridad cuando se transportan productos inflamables. La misma permite la expulsión de las llamas

pero impide el retorno de éstas.

Armazones

Los armazones de dimensiones ISO son de acero al carbono de gran resistencia a

la tracción y cumplen lo estipulado sobre estas dimensiones.

Revestimiento

Capa externa que recubre el esqueleto y que protege la estanqueidad. Por lo

general, está hecha de fibra de vidrio estratificada (GRP) o de aluminio.

Placas de aprobación CSC/ Datos

En las mismas figuran numerosos datos relativos al tanque: información actual de

las pruebas, el fabricante y la capacidad/peso permitidos.

Receptáculo para documentos

Tuvo sellado y adosado al armazón del tanque para transportar documentos como

son el certificado de análisis (COA), el certificado de saneamiento, etc.


4

Talón de tierra: Conexión

Para unir a tierra el tanque durante la

carga/descarga. Disipa la electricidad estática.

Sistema de Calefacción

Los tanques ITT van equipados de

eficaces sistemas de calefacción por vapor, gracias a lo cual estos recipientes sirven para transportar productos termo

sensible.

Escotilla

Está situada en la parte superior del

tanque y se utiliza para entrar en el mismo e inspeccionar el interior (se ruega

estar al corriente de las normas que rigen la entrada en espacios confinados).

Número de tanque

Cada contenedor posee un código de

identificación único, compuesto de 4 letras y 6 cifras. El dígito de

comprobación (7ª cifra) se obtiene a partir de una fórmula en la que interviene el número del tanque.


5

Indicador de Temperatura

Va colocado en la parte trasera del tanque y ofrece una lectura indicativa de la temperatura de los productos.

Pasarela

Escalera y pasarelas situadas en el techo que facilitan el acceso seguro a la parte superior del isotanque.

Especificaciones de Contenedores de IsoTank de 20 pies

Las medidas y capacidades que figuran son orientativas, dependiendo de los distintos fabricantes y líneas marítimas, pudiendo existir una ligera diferencia entre contenedores de

distinta procedencia, sin embargo deberá estar de acuerdo con los lineamientos de las Normas ISO.

Asimismo, los pesos máximos permitidos por los contenedores son regulados en cada país y pueden variar de unos a otros.


6

ESPECIFICACIONES

CONTENEDOR ISOTANK DE 20

PIES

Max. Peso Bruto 25,390 kg

Tara 4,390 kg

Max. Carga Útil 21,000 Kg

Dimensiones Externas

Longitud 6.10 m

Ancho 2.33 m

Alto 2.59 m

Volumen 21,000 Lt

Dimensiones Internas

Largo 5.85 m

Ancho 2.10 m

Alto 2.43 m


7

VISTAS DE MEDIDAS DE ISOTANK

PRESENTACIÓN FRONTAL

5.80m

2.577m

2.294m

6.10m

5.85m

Diametro mayor 2m

Diametro mediano 1.984m

Diametro menor 1.978m

CORTE LATERAL

2.0908m


8

CÁLCULO DE PESO POR DENSIDAD DE COMPONENTES

Los cálculos de los materiales que conforman el Isotank 20 pies se han calculado el volumen

por su densidad, se ha dividido el Isoatank en tres partes vigas, cilindro y piso, obteniendo la

tara del Isotank. Si sumamos el peso del producto, obtenemos el peso bruto.

DENSIDAD PESO

Kg

FRONTAL INFERIOR ACERO INOXIDABLE 7850 2 5.85 0.1016 0.127 1,185.09

LATERAL INFERIOR ACERO INOXIDABLE 7850 2 2.0908 0.1016 0.127 423.55

LATERAL SUPERIOR ACERO INOXIDABLE 7850 2 2.0908 0.06 0.06 118.17

SOPORTE ACERO INOXIDABLE 7850 4 0.127 0.1016 2.577 1,044.10

CILINDRO

FIBRA VIDRIO S-2 2460 1 0.008 3.1416 2 61.83

ACERO INOXIDABLE 7850 1 0.003 3.1416 1.984 72.81

FIBRA VIDRIO S-2 2460 1 5.784 3.1416 2 1.984 712.35

ACERO INOXIDABLE 7850 1 5.778 3.1416 1.984 1.978 846.84

PISO

TARA 4,680.29

PRODUCTO

LIQUIDO ACEITE 920 1 5.778 3.1416 1.982 16,400.74

PESO BRUTO 21,081.04

215.545.8 2.294 0.0061

CALCULO DE PESO

VIGAS MATERIAL CANTIDAD LARGO ANCHO ALTURA DIAMETRO EXT DIAMETRO INT

TAPAS

CILINDRO

PLATAFORMAPLANCHA EXPANDIDO

ALUMINIO2700

Kg/

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCIe-67jxnscCFYyVDQodpTQPoQ&url=http://www.dxplace.com/profile/62652&ei=tcrIVcePKoyrNqXpvIgK&bvm=bv.99804247,d.eXY&psig=AFQjCNHZXHj3AGb0ZXn9Q76nZPOeA5MLaQ&ust=1439308826019003


9

CÁLCULO DE LA ARMADURA DEL ISOTANK DE 20 PIES

Datos:

DESCRIPCIÓN PESO(Kg)

DESCRIPCIÓN PESO(Kg)

Vigas 2,770.91

Aceite 16,400.74

Cilindro 1,693.83

Piso 215.54

Tara 4,680.29

Producto 16,400.74

PESO BRUTO (tara + producto) = 21,081.04 Kg.

Si sabemos:

Peso bruto (tara + producto) = 21,081.04 Kg.

Tenemos 2 armaduras (peso bruto ÷ 2) = 10,540.52 Kg.

Entonces:

Peso de Armadura (2 P) = 10,540.52 Kg.

(P) = 5,270.26 Kg.

B C C B

A D D A

P P P P

b = 2.577m

a = 2.294m

AY DY DY AY

c = 6.10m


10

ANÁLISIS DE ARMADURA POR EL MÉTODO DE LOS NODOS

(Vista lateral sin fuerzas especiales)

Cálculos:

Momentos:

Cálculo de Nodo D:

CONCLUSIÓN:

Al no ver cargas

especiales para nuestra

armadura no existe

compresión ni tensión.

B C

A D

P P

a = 2.294m

AY

b = 2.577m

DY

𝛴𝑦 = ⊘

+AY +DY -P -P = ⊘ +AY +DY -2P = ⊘

AY+DY = ⊘

𝛴𝑀𝐷 = ⊘

+P(Ⱥ) - AY(Ⱥ) = ⊘

AY = P

𝛴𝑀𝐴 = ⊘

-P(Ⱥ) + DY(Ⱥ) = ⊘

DY = P

Y

DC DY

X

DA

P

𝛴𝑥𝐷 = ⊘

-DA = ⊘

DA = ⊘

𝛴𝑦𝐷 = ⊘

+DC +DY -P = ⊘ +DC +P -P = ⊘

DC = ⊘


11

ANÁLISIS DE ARMADURA POR EL MÉTODO DE LOS NODOS

(Vista lateral con fuerzas especiales)

Cálculos:

Momentos

P P

B C

A D

P P

a = 2.294m

AY

Viento

v = 2000Kg

v = 2000Kg

en la parte superior

b = 2.577m

DY

La fuerza de contenedor

𝛴𝑥 = ⊘

+AY +DY -4P = ⊘

+AY +DY -4(5270.26 Kg) = ⊘

AY +DY = 21,081.04 Kg

𝛴𝑀𝐷 = ⊘

+P(Ⱥ) + P(Ⱥ) -V(B) -AY(Ⱥ) = ⊘

AY = +2(5270.26 𝐾𝑔)(2.294 𝑀)−(2000 𝐾𝑔)(2.577 𝑀)

(2.294 𝑀)

AY = (24179.95 ) 𝐾𝑔 𝑀 −(5154) 𝐾𝑔 𝑀

(2.294 𝑀)

AY = (19025.95 ) 𝐾𝑔 𝑀)

(2.294 𝑀)

AY = 8,293.789 Kg

𝛴𝑀𝐴= ⊘

-P(Ⱥ) -P(Ⱥ) -V(B) +DY(Ⱥ) = ⊘

DY = +2(5270.26 𝐾𝑔)(2.294 𝑀)+(2000 𝐾𝑔)(2.577 𝑀)

(2.294 𝑀)

DY = (24179.95 ) 𝐾𝑔 𝑀 +(5154) 𝐾𝑔 𝑀

(2.294 𝑀)

DY = (29 .95 ) 𝐾𝑔 𝑀)

(2.294 𝑀)

DY = 12,784.251 Kg


12

Cálculo en el nodo A:

Cálculo en el nodo D:

Cálculo en el nodo B:

Y

AB AY

X

V AD

P

𝛴𝑥𝐴 = ⊘

-V +AD = ⊘

AD = +V

AD = +2000 Kg Tensión

𝛴𝑦𝐴 = ⊘

+AB +AY -P = ⊘

AB = +P –AY

AB = +5270.26 Kg -8293.789 Kg

AB = -3,023.529 Kg Compresión

Y

DC DY

X

AD

P

𝛴𝑥𝐷 = ⊘

-AD = ⊘ AD = ⊘

AD = ⊘

𝛴𝑦𝐷 = ⊘

+DC +DY -P = ⊘

DC = +P -DY

DC = +5270.26 Kg -12784.251 Kg


Y

V

BC

X

BA P

𝛴𝑥𝐵 = ⊘

+BC +V = ⊘

BC = -V

BC = -2000 Kg Compresión

𝛴𝑦𝐵 = ⊘

-BA -P = ⊘

BA = -P

BA = -5,270.26 Kg Compresión


13

Cálculo en el nodo C:

Resultados:

Y

BC

X

CD P

𝛴𝑥𝐶 = ⊘

-BC = ⊘

BC = ⊘

𝛴𝑦𝐶 = ⊘

-CD -P = ⊘

CD = -P

CD = -5,270.26 Kg Compresión

P 5270.26Kg P

B C

A 2000KG 0 D

P P

5270.26Kg

5270.26kG 5270.26kG

5270.26Kg

Tensión

3023.529Kg

Co

mp

resi

ón

5270.26Kg

7513.991Kg

v = 2000Kg

AY DY

v = 2000Kg

Co

mp

resi

ón

P P

B C

A D

P P

AY DY

v

v


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Conclusión 1:

Para evitar que se desplome a condiciones extremas de sobre peso y fuertes vientos se debe

colocar una cruceta o cables tensadores en los extremos.

En las fuerzas de compresión donde se encuentra la menor fuerza es por donde sufrirá

deformación.

ANÁLISIS DE ARMADURAPOR MÉTODO DE LOS NODOS

(VISTA FRONTAL CON CARGAS ESPECIALES)

Cálculos:

Momentos

P P

C B

D A

AY

P P

DY

v = 2000Kg

La fuerza de contenedor

en la parte superior

v = 2000Kg

Viento

c = 6.10m

b = 2.577m

𝛴𝑦 = ⊘

+DY +AY -4(P) = ⊘

+DY +AY -4(5270.26 Kg) = ⊘

AY +DY = 21,081.04 Kg

𝛴𝑀𝐴 = ⊘

+P(Ȼ) + P(Ȼ) -V(B) -DY(Ȼ) = ⊘

DY = +2(5270.26 𝐾𝑔)(6.10 𝑀)−(2000 𝐾𝑔)(2.577 𝑀)

(6.10 𝑀)

DY = (64297.172) 𝐾𝑔 𝑀 −(5154) 𝐾𝑔 𝑀

(6.10 𝑀)

DY = (5914 .172) 𝐾𝑔 𝑀)

(6.10 𝑀)

DY = 9,695.602 Kg

𝛴𝑀𝐷 = ⊘

-P(Ⱥ) -P(Ⱥ) -V(B) +AY(Ⱥ) = ⊘

AY = +2(5270.26 𝐾𝑔)(6.10 𝑀)+(2000 𝐾𝑔)(2.577 𝑀)

(6.10 𝑀)

AY = (64297.172 ) 𝐾𝑔 𝑀 +(5154) 𝐾𝑔 𝑀

(6.10 𝑀)

AY = (69451.172) 𝐾𝑔 𝑀)

(6.10 𝑀)


15

Cálculo en el nodo D:

Cálculo en el nodo A:

Cálculo en el nodo C:

DC Y

DY

V DA

X

P

𝛴𝑥𝐷 = ⊘

-V +DA = ⊘

DA = +V

AD = +2000 Kg Tensión

𝛴𝑦𝐷 = ⊘

+DC +DY -P = ⊘

DC = +P –DY DC = +5270.26 Kg -9695.602 Kg

DC = 4,425.342 Kg Compresión

Y

AB AY

AD

X

P

𝛴𝑥𝐴 = ⊘

-AD = ⊘

AD = ⊘

𝛴𝑦𝐴 = ⊘

+AB +AY -P = ⊘

AB = +P –AY AY = +5270.26 Kg -11385.538 Kg


Y

V

X

DC P

𝛴𝑥𝐶 = ⊘

-CD -P = ⊘

CD = -P



16

Cálculo en el nodo B:

Resultados:

Y

X

BA P

𝛴𝑦𝐵 = ⊘

-BA -P = ⊘

BA = -P

BA = -5,270.26 Kg Compresión

P P

C B

D 0 A

AY

P P

5270.26Kg

Compresión

Tensión

5270.26Kg

6115.178Kg

5270.26Kg 5270.26Kg

9695.602Kg 11385.438Kg

5270.26Kg

DY

4425.342Kg

5270.26Kg

2000Kg

Compresión

v = 2000Kg

v = 2000Kg

P P

C B

D A

AY

P P

v

v

DY


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Cálculo de esfuerzo

(Diseño por especificación)

El contenedor puede ser definido de varias formas, el CSC al igual que la norma UNE 49-751

y las ISO/TC 104-138 e ISO/TC 104 proporcional las características del contenedor, esta norma menciona que la Compresión vertical = 2.25 R, donde R = (peso bruto del contenedor).

Plan superior = 2.25R

Plan inferior = 2.27R

Entonces:

Plan superior = 2.25R → 2.25*(5,270.26 Kg) = 11,858.085 Kg

Calculemos:

Manual de estiba para mercancías sólidas:

P

Punto de apoyo

0.1016m

0.127m

𝜎 =11858.085 𝐾𝑔

(0.127 ) ∗ (0.1016 )

𝜎 =11858.085 𝐾𝑔

0.013 2

𝜎 = 912,160.385 𝐾𝑔

2


18

Cálculo de esfuerzo de un contenedor 20 pies

Si sabemos:

Entonces:

Calculemos:

𝜎 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎

Á𝑟𝑒𝑎

P 5,270.26 Kg

Punto de apoyo

0.1016m

Ancho

Lado

0.127m

𝜎 =5270.26 𝐾𝑔

(0.127 ) ∗ (0.1016 )

𝜎 =5270.26 𝐾𝑔

0.013 2

𝜎 = 405,404.615 𝐾𝑔

2


19

Conclusión:

Si estamos dentro del esfuerzo, con estos resultados podemos usar al cilindro contenedor para transportar distintos líquidos de más densidad manteniendo la tara de la armadura.

DIMENSIONAMIENTO DE LA LOZA DE CEMENTACIÓN

Nuestros cálculos son para un contenedor tipo Isotank, sin embargo para hallar el dimensionamiento de la loza de cementación, simularemos que el contenedor es fijo o empotrado en la loza.

La compresión vertical para la plana inferior es de 2.27R, donde R es el (peso bruto del

contenedor).

P es la fuerza y nuestro contenedor soporta una fuerza especial de otro contenedor

donde P es 5,270.26 Kg.

Entonces:

Plan inferior = 2.27R → 2.27*(5,270.26 Kg)*2 = 23,926.98 Kg

Esfuerzo de diseño:

F = 23,926.98 Kg

σ = 405,404.65 𝐾𝑔

𝑚2

Área de diseño es = 0.060 2

Cálculo del lado del área de diseño:

Peso de la loza de diseño:

Se cálculo por el producto del volumen por su densidad.

Densidad del concreto 2,500 𝐾𝑔

𝑚3

σ = Fuerza

Área

2L2 = Área

2L2 = 0.060 m2

L2 = 0.030 m2

L = 0.173 m

( H )

0.173m ( L )

0.346m

0.6m

( 2L )

PESO = (0.173 ) ∗ (0.346 ) ∗ (0.6 ) ∗ 2,500𝐾𝑔

𝑚3 = 149.645 Kg


20


CÁLCULO DE LA LOZA DE CEMENTACIÓN DE CONTENEDOR DE 20 PIES

Esfuerzo calculado:

F = 10,540.52 Kg

σ = 405,404.65 𝐾𝑔

𝑚2

Área calculado es = 0.026 2

Cálculo del lado del área:

Peso de la loza calculado:



𝑚3

𝜎 =2 ,926.98 Kg+149.645 Kg

0.060m2 = 401,2177.083

𝐾𝑔

𝑚2

σ = Fuerza

Área

2L2 = Área

2L2 = 0.026 m2 L2 = 0.013 m2

L = 0.114 m

( H )

0.114m ( L )

( 2L )

0.228m

0.6m

C B

D A

H

L

2L


21

Esfuerzo calculado:

NOTA: El esfuerzo calculado es mayor al esfuerzo de diseño tendremos que redimensionar el

área de la loza.

Área Anterior calculada Área rediseñada

Cálculo del lado del área de rediseño:

Peso de la loza de rediseño:



𝑚3


PESO = (0.114 ) ∗ (0.228 ) ∗ (0.6 ) ∗ 2,500𝐾𝑔

𝑚3 = 38.988 Kg

𝜎 =10,540.52 Kg+ 8.988 Kg

0.026m2 = 406,904.154

𝐾𝑔

𝑚2

2L2 = Área

2L2 = 0.040 m2 L2 = 0.020 m2

L = 0.141 m

PESO = (0.141 ) ∗ (0.283 ) ∗ (0.6 ) ∗ 2,500𝐾𝑔

𝑚3 = 59.855 Kg

𝜎 =10,540.52 Kg+59.855 Kg

0.040m2 = 265,009.375

𝐾𝑔

𝑚2

0.6m ( H )

0.141m ( L )

( 2L )

0.283m


22

Conclusiones:

El área de la loza es la variable a redimensionar para tener el esfuerzo menor a lo del esfuerzo

de diseño.

La dimensión del peralte dependerá del peso del equipo y características rotacionales,

vibraciones o elementos de carga.

Referencias:

[1] BEER, F. P.; JOHNSTON, E. R. Mecánica Vectorial para Ingenieros: Estática. McGraw-Hill. 9ªed, 2010.

[2] HIBBELER, R. C. Mecánica vectorial para ingenieros: estática, Pearson Educación, 2004.

[4] MERIAM J. L.; KRAIGE L. G. Mecánica para ingenieros: Estática. Reverte, 1999.

[5] FLIESS, E. D. Estabilidad: Tomo I. Editorial Kapelusz. 1970.

[6] BEDFORD A.; FOWLER W. Mecánica para ingeniería: Estática. Addison-Wesley Iberoamericana, 1996.

Datos de Contacto:

1. Durand Porras, Juan

Carlos [Docente Asesor]

Universidad Privada del Norte –Lima [email protected]

2. Huamán Soto, Edgardo

3. Orellana Huamán, Rubén

Universidad Privada del Norte –Lima

Universidad Privada del Norte –Lima

[email protected]

[email protected]

4. Godoy Mallqui, Roberto Universidad Privada del Norte –Lima [email protected]

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armadura de un contenedor final 13 12-2015

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