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An�lisis estructural y validaci�n por elementos finitos de un tanque el�ptico de 10000 galones bajo cargas combinadas de operaci�n seg�n normas DOT y ASME

 

An�lisis estructural y validaci�n por elementos finitos de un tanque el�ptico de 10000 galones bajo cargas combinadas de operaci�n seg�n normas DOT y ASME

 

An�lise estrutural e valida��o por elementos finitos de um tanque el�ptico de 10.000 gal�es sob cargas operacionais combinadas de acordo com as normas DOT e ASME

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: lchoto@espoch.edu.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 05 de mayo de 2025 *Aceptado: 10 de junio de 2025 * Publicado: �14 de julio de 2025

 

         I.            Ingeniero Automotriz, Magister en Manufactura y Dise�o Asistidos por Computador, Ingeniero Automotriz, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Mec�nica, Carrera de Ingenier�a en Mantenimiento Industrial, Grupo de Investigaci�n GIEBI, Chimborazo, Ecuador.

       II.            Ingeniero Mec�nico, Mag�ster en Dise�o, Producci�n y Automatizaci�n Industrial Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Mec�nica, Carrera de Ingenier�a Automotriz, Grupo de Investigaci�n GIEBI, Chimborazo, Ecuador.

      III.            Ingeniero Mec�nico, Magister en Eficiencia Energ�tica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Mec�nica, Carrera de Ingenier�a en Mantenimiento Industrial, Chimborazo, Ecuador.

     IV.            Ingeniero Mec�nico, Magister en Ingenier�a Matem�tica y Computaci�n, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Mec�nica, Carrera de Ingenier�a en Mantenimiento Industrial, Chimborazo, Ecuador.

Resumen

El dise�o estructural de tanques de transporte de combustibles plantea desaf�os t�cnicos relevantes, especialmente bajo condiciones de carga combinadas. Este trabajo aborda el an�lisis estructural y la validaci�n mediante simulaci�n por elementos finitos (FEM) de un tanque el�ptico con capacidad de 10000 galones, orientado al cumplimiento de las normativas DOT 412 y ASME VIII. El objetivo es evaluar su integridad mec�nica ante presi�n interna, carga hidrost�tica, viento lateral y fuerzas por desaceleraci�n y accidente. Para ello, se desarroll� un modelo tridimensional en SolidWorks y se realizaron simulaciones est�ticas con ANSYS Workbench utilizando elementos tipo Shell. Los resultados muestran que los esfuerzos de Von Mises no superan el l�mite de fluencia del acero A36, y los factores de seguridad alcanzan valores superiores a 5.6 en todos los componentes analizados. Se concluye que el dise�o propuesto es estructuralmente viable y cumple con los requisitos normativos para operar bajo condiciones cr�ticas.

Palabras Clave: An�lisis estructural; tanque el�ptico; elementos finitos; seguridad estructural; DOT 412; ASME VIII.

 

Abstract

The structural design of fuel tanks poses significant technical challenges, especially under combined loading conditions. This paper addresses the structural analysis and validation using finite element simulation (FEM) of a 10,000-gallon elliptical tank, designed to comply with DOT 412 and ASME VIII regulations. The objective is to evaluate its mechanical integrity under internal pressure, hydrostatic loading, lateral wind, and deceleration and accident forces. To this end, a three-dimensional model was developed in SolidWorks and static simulations were performed with ANSYS Workbench using shell elements. The results show that the Von Mises stresses do not exceed the yield strength of A36 steel, and the safety factors reach values greater than 5.6 for all analyzed components. It is concluded that the proposed design is structurally viable and meets regulatory requirements for operation under critical conditions.

Keywords: Structural analysis; elliptical tank; finite elements; structural safety; DOT 412; ASME VIII.

 

 

 

Resumo

O projeto estrutural de dep�sitos de combust�vel apresenta desafios t�cnicos significativos, especialmente em condi��es de carga combinada. Este artigo aborda a an�lise estrutural e a valida��o, utilizando a simula��o por elementos finitos (MEF), de um tanque el�ptico de 10.000 gal�es (38.000 litros), concebido em conformidade com as normas DOT 412 e ASME VIII. O objetivo � avaliar a sua integridade mec�nica sob press�o interna, carga hidrost�tica, vento lateral e for�as de desacelera��o e acidente. Para tal, foi desenvolvido um modelo tridimensional no SolidWorks e realizadas simula��es est�ticas no ANSYS Workbench utilizando elementos de casca. Os resultados mostram que as tens�es de Von Mises n�o ultrapassam o limite de elasticidade do a�o A36 e os fatores de seguran�a atingem valores superiores a 5,6 para todos os componentes analisados. Conclui-se que o projeto proposto � estruturalmente vi�vel e cumpre os requisitos regulamentares para a opera��o em condi��es cr�ticas.

Palavras-chave: An�lise estrutural; tanque el�ptico; elementos finitos; seguran�a estrutural; DOT 412; ASME VIII.

 

Introducci�n

El dise�o estructural de tanques para transporte de combustibles es una necesidad cr�tica en la industria de hidrocarburos, especialmente en regiones con condiciones geogr�ficas y clim�ticas desafiantes como la Sierra ecuatoriana. Estos sistemas deben cumplir no solo con requisitos de capacidad y funcionalidad, sino tambi�n con estrictas normativas internacionales que garanticen la seguridad del transporte y la resistencia mec�nica frente a cargas combinadas [1], [2].

En las �ltimas dos d�cadas, las metodolog�as de an�lisis estructural se han enriquecido con herramientas de simulaci�n por elementos finitos (FEM), las cuales permiten evaluar el comportamiento mec�nico de estructuras bajo condiciones realistas sin recurrir inicialmente a prototipos f�sicos [3], [4]. Sin embargo, persiste un vac�o en la literatura sobre la aplicaci�n de estos m�todos a tanques de geometr�a el�ptica con configuraciones de carga propias del transporte de combustible por carretera. La mayor parte de los estudios se enfocan en recipientes cil�ndricos bajo presiones internas est�ticas, dejando de lado aspectos como cargas por viento, frenado o impacto [5].

La necesidad de optimizar el dise�o de tanques con geometr�as m�s eficientes, como los perfiles el�pticos, se justifica tanto desde la perspectiva t�cnica como desde la seguridad vial [6]. Este tipo de secciones reduce el centro de gravedad del sistema, mejora la distribuci�n de esfuerzos y permite un comportamiento estructural m�s favorable frente a eventos cr�ticos [7].

Por estas razones, el presente estudio tiene como objetivo realizar un an�lisis estructural y validaci�n mediante simulaci�n computacional de un tanque el�ptico de 10,000 galones, sometido a cargas combinadas (presi�n interna, viento, frenado y accidentes), en cumplimiento de las normas DOT 412 y ASME VIII. Se busca demostrar la viabilidad del dise�o y estimar los factores de seguridad en cada componente cr�tico bajo condiciones operativas exigentes.

 

Materiales y M�todos�

El dise�o del tanque a presi�n hay que tener en cuenta los par�metros previos a la generaci�n del tanque, en primer instante hay que determinar la secci�n a utilizar pues en esta, pues si bien hablamos de un tanquero transportador de combustible, por lo tanto la secci�n debe ser constante tal como nos lo indica Ref[3], y con las recomendaciones por ventajas y desventajas la mejor opci�n en dise�o y econom�a como nos lo indica [4], nos guiamos en estas ventajas de dise�o de tanque� de secci�n de cilindro El�ptico y tapas Planas.

Y de esta forma se da paso libre a los par�metros principales de dise�o.

Eficiencia de Junta

En el dise�o estructural de recipientes a presi�n, la eficiencia de junta (E) es un par�metro fundamental que influye directamente en el c�lculo del espesor requerido de las paredes del tanque. Esta eficiencia representa la relaci�n entre la resistencia de una uni�n soldada y la resistencia del material base sin soldadura. Su determinaci�n depende del tipo de junta, el proceso de soldadura y el nivel de inspecci�n no destructiva aplicado (por ejemplo, radiograf�a o ultrasonido).

Las normas ASME Secci�n VIII Divisi�n 1 establecen valores de eficiencia seg�n el tipo de junta y el grado de examen al que se someta. En la Tabla 1 se resumen algunas configuraciones t�picas:

 

TABLA 1: Tipos de soldadura y eficiencia de la junta soldada

Tipo No	Descripci�n	Alcance de examinaci�n Radiogr�fica
		(a)Total	(b)Zonas	(c) Ninguna
1	Soldadura a tope de la UW-35	1	0.85	0.7
2	Junta a tope sencilla con placa de respaldo	0.9	0.8	0.65

 

 

 

 

 

 

 

Presi�n de Dise�o

La caracter�stica de los recipientes a presi�n se basa en la fabricaci�n con la condici�n cr�tica del dise�o para establecer una seguridad del elemento, en el c�digo DOT 412 nos muestra que para un autotanque por vac�o la presi�n m�xima que nos permite es de al menos 25 PSI en la parte interna y con 15 PSI la externa, de acuerdo con Rodr�guez Le�n �la presi�n de dise�o debe encontrarse a 1.3 veces la presi�n de dise�o� [5].

Presi�n de Operaci�n

Es la que se va a someter en el tanque durante toda la vida �til.

Esfuerzo Permisible

Para cualquier plancha esta es aproximada al � del esfuerzo a la tracci�n siempre que la temperatura no exceda de 346�C, definida por el c�digo ASME divisi�n VIII, una observaci�n que se puede tener en cuenta en el dise�o hay que basarse en si el esfuerzo permisible se encuentra por encima del 12700 PSI ya que es de matera critica que el esfuerzo se produzca antes de la fluencia del material.

Los dise�os de tanques a presi�n no deben estar expuestos al fuego y la aplicaci�n del esfuerzo permisible es de considerar lo siguiente.

Donde

S=esfuerzo permisible

R=radio

t= espesor

Esta ser� �nicamente cuando esta posea soldaduras longitudinales a tope realizadas tan fuertes como el material base donde deben estar la soldadura encontrarse por los dos lados y una inspecci�n radiogr�fica en todas las juntas, las f�rmulas para el dise�o de recipientes no expuestos al fuego son:

Donde

P=Presi�n interna

R=radio interno

t=espesor de pared

S=esfuerzo permisible

E=Eficiencia de las uniones soldadas�

 

TABLA 2: Propiedades del acero astm a-36

 

TABLA 3: Velocidad de corrosi�n

 

Requisitos de Dise�o

La secci�n a la que se planes trabajar en la secci�n el�ptica de tapas planas por econom�a y facilidad de construcci�n adem�s para contrarrestar la concentraci�n de esfuerzos los bordes ser�n redondeados para una mejor distribuci�n de esfuerzos y con la finalidad de darles una caracter�stica aerodin�mica al tanque. Cabe mencionar, que como lo vimos anteriormente esta deber� concentrar su centro de gravedad m�s cercano a la superficie del suelo, pues tal como nos lo menciona por el estudio del arte esta es beneficioso para evitar accidentes como se puede ver en el ap�ndice A del Proyecto de grado de dise�o de un tanquero de bajo carbono.

Las dimensiones del tanque son las siguientes:

     

Tabla 4: Dimensiones de tanque a presi�n

 

Espesor

Para determinar el espesor hay que tomar en cuenta el radio de la elipse que se halla de R=1.3m, y adem�s de acuerdo con la Ec 2 la eficiencia de la soldadura debe plantear de acuerdo con la radiograf�a en las 4 categor�as de soldadura, en caso de no disponer con las herramientas es posible establecer una eficiencia del E=0.75 en la tabla 1.

S=14.967 psi

14.967>12.7 psi������� condici�n critica

Presi�n interna se halla con la siguiente ecuaci�n:

 

Donde

∂= densidad [gr/cm3]

h= altura [cm]

P=1.8 Psi

Junto con la presi�n atmosf�rica

Para determinar la presi�n de operaci�n esta debe cumplir con la especificaci�n de una compensaci�n del 1.3 como lo dice el c�digo DOT.

En base a la ecuaci�n 2 esta se debe definir el valor del espesor

Este espesor se le aplica la perdida de material por corrosi�n durante la vida �til que se pretende dar al tanque.

Ec 4

Donde

=espesor por corrosi�n [mm]

=velocidad de corrosi�n [mm/a�os]

= Vida �til [a�os]

De acuerdo con la tabla 3 la m�s cr�tica de dise�o es a que se halla en la mar�tima con 0.53 m.p.y. hay que establecer los a�os para lo que se espera que nuestro dise�o soporte que ser�a de 25 a�os.

=0.34 mm

Dando como resulta de un espesor de la plancha de:

Como esta no es comercial se aplica un espesor de 4 mm que nos brinda el fabricante.

�                    Numero de Espejos

Conforme a las normas ASME nos dice que es posible hallar el n�mero de espejos en base a la f�rmula del movimiento uniforme variado donde la desaceleraci�n que sufrir�a un veh�culo pesado donde la velocidad m�xima de 70Km/h a la que puede transportar la carga y un frenado hasta detenerse cuya distancia es de 90 m, en condiciones cr�ticas un veh�culo ligero viaja a 90 Km/h� y proyectando esta misma velocidad para uno pesado llegar�a a 90 Km/h, claro que estas velocidades vienen dadas por la regulaci�n de tr�nsito en nuestro pa�s, bajo estas condiciones se puede determinar con las Ec 6.

Donde

= velocidad final [Km/h]

Vo= velocidad inicial [Km/h]

a=aceleraci�n [Km/h²]

x= distancia [Km]

Como frena la velocidad final ser� 0 teniendo la capacidad de hallar la aceleraci�n.

La masa de la gasolina de transporte est� en facilidad de la densidad y el volumen a transportar

Densidad =

Volumen =38.63

�                    Fuerza de frenado

Como se vio antes estas se halla en funcione de una desaceleraci�n que se mueve hasta frenar totalmente donde como sabemos en estado din�mico esta fuerza est� dada por:

Donde

F= fuerza [N]

m=masa [Kg]

a= aceleraci�n [m/s^2]

F=28586.2*3.470

F=99.19411KN

�                    Esfuerzo secci�n El�ptica

Esta ser� dada por la forma del cilindro bien por el per�metro y el espesor dando un �rea de (6.79m*0.004) tomando para el esfuerzo.

S=esfuerzo

F=fuerza

A=�rea

En base a esta se puede comparar con la permitida en el dise�o que es de 12700 Psi� que equivale a 87.5MPa como se encuentra por debajo de esta se puede decir que las juntas de las tapas no fallaran por el freno, una caracter�stica que nos han mostrado es que los tanques no se encuentran llenos al 100%, lo que indica que dicho espacio provoca inestabilidad en esa forma hay que contrarrestar con un rompeolas o espejos para generar divisiones para esto [5]nos menciana que hay que aplicar una divisi�n de al menos 4 espejos.

Para hallar los esfuerzos se plantea el uso �nicamente de todas las cargas que se muestran dentro y fuera del tanque

Cargas de viento

La carga que se halla por viento hay que despreciar la carga en el caso de que se halla en las tapas ya que como no lo dice [3],[6], se debe considerar en la �rea proyectada lateral del tanque.

 

Fig. 1 Carga viento Lateral; Barlovento y Sotavento

 

La parte lateral del tanque que se debe calcular en base a la velocidad del viento. Con la finalidad de conseguir un dise�o optimo el c�digo ASCE (Sociedad americana de Ingenieros Civiles), nos brinda una velocidad media para el dise�o de un valor de 110 MPH (177Km/h). Para hallar la fuerza est�tica producido por el viento se aplica la siguiente formula.

Donde

q_h=Velocidad de la presi�n de aire

G=factor de r�faga

C_f=Coeficiente de Fuerza

As=�rea proyectada

Para el caso de la carga de viento lateral el factor de r�faga G de tipo de exposici�n D es de 0.8 lo que corresponde a este dise�o.

El coeficiente de Fuerza �para los dos casos es de 0.85, Para cilindros.

La velocidad de presi�n se calcula de la siguiente forma.

Donde

K_z=Factor de exposici�n de presi�n a una altura dada.

K_zt=Factor topogr�fico

I=Factor de importancia

V=Velocidad de viento

El factor de exposici�n se encuentra para H=1.72 m y el tipo de caso D que es correspondiente a este dise�o =1.03.

para un autotanque las zonas de recolecci�n estas deben toman un factor topogr�fico de =1, en vista que no hay un requerimiento definido, y el factor de importancia de cuerdo a la categor�a II es de I =1.

 

Fuerza Est�tica

�rea proyectada

Fig. 2 �rea Proyectada longitud y altura general del tanque

L=11.28m

B=1.72m

H=4.1m

 

Carga por Riesgo de Accidente

De acuerdo con el c�digo DOT hay que tomar en cuenta la aceleraci�n m�xima o desaceleraci�n e incluso cuando el veh�culo de un salto por la irregularidad de la carretera las paredes laterales generen cargas, para ello la velocidad que nos recomienda dicho c�digo es de 2.45 m/s2 que es al menos 0.25 de la aceleraci�n de la gravedad, �la ca5rga debe ser aplicada en todas las rompe Olas y en las tapas ya que esta carga influir� en la aceleraci�n y frenado del autotanque�[7].

Donde

= Fuerza por riesgo de accidente

=masa del producto

=numero de rompeolas

=aceleraci�n por riesgo de accidentes

�                    Carga Generada por el Peso al sufrir un salto

Esta se aplica igual que en el anterior a todas las superficies transversales al fluido donde afectara a las juntas de soldadura.

�                    �Carga hidrost�tica en el dise�o estructural

La carga hidrost�tica representa una de las solicitaciones m�s cr�ticas en el dise�o estructural de tanques de almacenamiento y transporte de l�quidos. Esta carga se origina por la presi�n ejercida por la columna de fluido sobre las paredes internas del recipiente, siendo su efecto m�ximo en la regi�n inferior, donde se concentra el mayor gradiente de presi�n.

Desde el punto de vista mec�nico, la presi�n hidrost�tica P_h se determina mediante la ecuaci�n fundamental de la est�tica de fluidos:

Donde

= Presi�n Hidrost�tica

∂=densidad del fluido [Kg/m^3]

g=gravedad [m/s^2]

=altura m�xima del fluido [m].

=presi�n atmosf�rica [Pa]

 

Resultado y Discusi�n

Cilindro

Se inicia con el an�lisis del cilindro para lo cual dicha soluci�n se lo realiza modelando una superficie con la forma final del cilindro o Tanquero, en el cual se colocar�n las cargas de la presi�n hidrost�tica producida por el fluido (gasolina), la carga por su propio peso, y la carga a causa del del viento en una sola direcci�n, siendo este escenario el m�s cr�tico.

Debido a que es un an�lisis tipo Shell la malla obtenida es de muy buena Calidad, esta ha sido refinada.

 

Fig. 3Mallado cilindro

 

 

TABLA 5: Calidad de malla

 

Se podr�a decir que la calidad de malla es de buena calidad, pero con tendencias a mejorarla, el punto m�s bajo de este como se mencion� es nuestro promedio establecido por el evaluador de malla Element Quality,

Aplicaci�n de las cargas

En la figura 4 se puede visualizar como se aplica los soportes en las uniones de los espejos para contrarrestar la deformaci�n, la presi�n de operaci�n del tanque, el peso propio de la carga muerta por el material y efecto de la gravedad, y la figura 5 una carga variable en las superficies del cilindro por causa del movimiento.

 

Fig. 4Soportes fijos en uni�n espejo

 

Cargas Hidrost�tica

 

Fig. 5Carga Hidrost�tica

 

 

Cargas de viento

Como se mencion� esta carga solo es apreciable en la parte lateral del �rea proyectada del cilindro la que se aplica como solamente la presi�n superficial del cuerpo.

Fig. 6Carga de Viento

 

Resultados

La simulaci�n en �ANSYS Workbench� nos da los resultados de las deformaciones esfuerzos y las concentraciones de esfuerzos en el dise�o con la finalidad de obtener el factor de seguridad que por norma estas deber�an encontrarse por encima del 4.

 

TABLA 6: Resultados m�ximos y m�nimos Workbench

 

Hay que tener en cuenta que para el an�lisis del chasis se necesita de las reacciones en los puntos de uni�n para hallar el factor de seguridad.

Tapas

En el estudio de las tapas se realiza una simplificaci�n de caras para obtener una buena calidad de malla, al igual que el tanque las tapas van a estar sometidas a la fuerza hidrost�tica m�s la fuerza de frenado y aqu� se obvia la carga del viento ya es al ser una proyecci�n de cara muy insignificantica no representa mayor importancia.

 

Fig. 7Mallado tapas laterales

 

TABLA 7: Calidad de malla

 

Densidad de fluido: 720 kg/m³

Fuerza frenada: 100,63 N

Aplicaci�n de las cargas

Por simetr�a esta se analiza por la mitad y colocando soportes displacement, y la aplicaci�n de soporte fijo ya establecida por la uni�n soldada.

 

Fig. 8 Restricciones y cargas presentes en la tapa

 

Para la descripci�n del comportamiento de la tapa ante las cargas con la que interact�a se toma en cuenta tres factores

 

 

TABLA 8: Resultados m�ximos y m�nimos Workbench

 

Fig. 9 Deformaci�n

 

Deformaci�n planteada productos de las cargas muestran una m�nima deformaci�n por la que es adecuada para un dise�o de este tipo

 

Fig. 10 Esfuerzo de Von Mises

 

Si bien comparamos los l�mites de esfuerzos a tracci�n del material est� por debajo del l�mite de fluencia por lo tanto esta es capaz de soportar la carga.

�

Fig. 11 Factor de Seguridad

 

Por condici�n de dise�o la norma API 12 f recomienda que se halle onde de un rango de [2-15] estando en el rango

Espejos

Para el estudio y an�lisis de los espejos se considera simplemente una carga por lo que al estar inmerso tanto en el l�quido y ambiente del tanque algunas fuerzas y cargas se anulan.

 

Fig. 12 Mallado Espejos

 

TABLA 9: Calidad de malla

 

En esta hace efecto claro en las superficies en las que hay que colocar las cargas de frenado y el riesgo para poder establecer las deformaci�n y esfuerzos sobre estas.

F=100.63N

 

Fig. 13 Aplicaci�n de fuerzas sobre el espejo

 

TABLA 10: Resultados m�ximos y m�nimos Workbench

 

Fig. 14 Deformaci�n Espejos

 

La deformaci�n es m�nima comparado con las de los dem�s elementos siendo adecuado para soportar las cargas por el golpe de frenado.

 

Fig. 15 Esfuerzo M�ximo

 

En esta perspectiva es capaz de soportar las cargas ya que se halla por debajo del l�mite de fluencia del material y adem�s por las uniones soldadas esta es capaz resistir.

 

Fig. 16 Factor de seguridad

 

El Factor de seguridad es bastante alto para su dise�o dando una calidad de resistencia la que se puede decir que la fuerza del choque del fluido puede ser reducida por los dem�s espejos.

Base

Debido a la geometr�a y dise�o de la base se ha analizado como tipo Shell, utilizando la base cr�tica es decir la que posee las mayores fuerzas encontradas en el an�lisis de los apoyos del cilindro.

Obteniendo as� la deformaci�n y su factor de seguridad.

 

Fig. 17 Mallado Soporte cil�ndrico

 

TABLA 11 : Calidad de malla

 

Las cargas se aplican en la superficie elipsoidal para una mejor condici�n se analiza en la concentraci�n intermedia del tanque total o veremos las reacciones resultantes en cada punto de soporte fijo vistas en el tanque, como siempre es recomendable trabajar en condiciones cr�ticas estas se obtienen como se muestra en la figura 18.

 

Fig. 18 Soporte con mayor fuerza de Reacci�n

 

TABLA 12: Fuerzas de reacci�n en cilindro

 

TABLA 13: Resultados m�ximos y m�nimos Workbench

 

Fig. 19 Deformaci�n soportes

 

Siendo la base la parte en la que se va a presentar todas las fuerzas y el peso completo del tanquero se obtiene una deformaci�n de 0,18 muy aceptable dentro de los par�metros de seguridad y fiabilidad.

 

Fig. 20 Factor de Seguridad

 

Los resultados de simulaci�n indicaron deformaciones m�ximas menores a 0.21 mm en el cilindro y hasta 22 mm en tapas, sin superar l�mites permisibles. Los esfuerzos de Von Mises alcanzaron un m�ximo de 123 MPa, por debajo del l�mite de fluencia del acero A36 (250 MPa).

Los factores de seguridad (Fs) oscilaron entre 5.6 y 15, superando ampliamente el valor m�nimo exigido por ASME VIII. La calidad del mallado fue superior a 0.93 en promedio, lo que garantiza la fiabilidad de los resultados.

La simulaci�n valid� que el tanque el�ptico es estructuralmente apto para soportar cargas combinadas, destacando la eficiencia del enfoque tipo Shell para modelar geometr�as delgadas con alta precisi�n computacional.

 

Conclusiones

�        A partir del an�lisis estructural realizado, se valida que el dise�o del tanque el�ptico de 10,000 galones cumple con los criterios de integridad mec�nica establecidos en las normas DOT 412 y ASME VIII. Mediante modelos matem�ticos y simulaciones num�ricas desarrolladas en ANSYS, se evalu� el comportamiento del tanque bajo el escenario m�s cr�tico de carga, obteni�ndose resultados favorables tanto en t�rminos de deformaci�n como de esfuerzos internos.

�        Se confirma que la aplicaci�n del m�todo de elementos finitos, en conjunto con principios de dise�o mec�nico, permite generar un modelo estructural optimizado. El uso del enfoque tipo Shell contribuy� significativamente a mejorar la calidad de mallado, permitiendo representar con alta precisi�n componentes delgados y captar concentraciones de esfuerzos en regiones sensibles.

�        El estudio demostr� adem�s la importancia de un conocimiento profundo de los fundamentos del an�lisis por elementos finitos para explotar correctamente las capacidades del software ANSYS y obtener resultados f�sicamente confiables.

�        Finalmente, se identificaron y aplicaron de manera diferenciada las cargas relevantes sobre cada uno de los componentes estructurales del tanque. El cilindro principal y la base de soporte se reconocen como las regiones de mayor solicitaci�n estructural, justificando el enfoque detallado adoptado para su validaci�n.

 

Recomendaciones

�        Para modelos estructurales complejos compuestos por m�ltiples componentes, se recomienda evitar en la medida de lo posible el uso de an�lisis con elementos s�lidos, debido al alto costo computacional y al incremento potencial de errores num�ricos. En su lugar, resulta m�s eficiente y confiable emplear enfoques simplificados como el an�lisis lineal, de tensi�n plana, deformaci�n plana o elementos tipo Shell, siempre que las condiciones geom�tricas y de carga lo permitan. Estas estrategias permiten garantizar resultados consistentes, optimizando la relaci�n entre precisi�n y rendimiento computacional.

�        Es fundamental realizar una correcta definici�n de los soportes y restricciones de movimiento, dado que estos influyen significativamente en la respuesta estructural del sistema. La ubicaci�n precisa de estas condiciones de frontera �ya sea sobre l�neas, caras o nodos� debe reflejar fielmente las condiciones reales de sujeci�n del tanque, a fin de obtener predicciones representativas de la realidad f�sica.

�        Asimismo, se recomienda una cuidadosa caracterizaci�n de las direcciones y magnitudes de las cargas aplicadas. La orientaci�n de las fuerzas externas debe corresponder a las condiciones operativas reales, ya que esta determinar� la distribuci�n de esfuerzos y deformaciones en los elementos estructurales.

 

 

 

Referencias

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      7.            ERP Safla, SMA Arroba, GGN Andrade, EAC Guevara �Simulaci�n de esfuerzos mec�nicos sobre las f�rulas para miembros superiores�. ConcienciaDigital. (2020)

      8.            M Aquino, I Caicedo, J Bu�ay, E Pozo �Estudio de dise�o �ptimo de una f�rula de miembro inferior con patrones de distintas geometr�as� Polo del Conocimiento. (2022)

      9.            ERP Safla, SMA Arroba, MAO Vi��n, �Ampliaci�n de la realidad virtual en el mecanizado mediante torno CNC de un pe�n de ajedrez� Polo del Conocimiento: Revista cient�ficoprofesional. (2021)

  10.            LPT P�rez, SMA Arroba, ERP Safla, ESC Rivera, �Modelaci�n matem�tica para el dise�o mec�nico de una plataforma autocargable�. Ciencia Digital. (2019)

  11.            M P�rez Bayas, G Novillo Andrade, SM Aquino Arroba, �Kinetic Analysis Of An Ankle Rehabilitator Composed Of Two Parallel Delta Robots�. Universidad Tecnol�gica de Panam�. (2018)

  12.            E Granizo, F Escudero, R Pachacama, M Aquino, E Lozano, �Optoacoustic effect analysis by FEM� AIP Conference Proceedings. (2018)

  13.            MAO Vi��n, SMA Arroba, LSO Cantos, ERP Safla, EAJ Dominguez, �Modelizaci�n CFD para determinar el comportamiento del fluido en tuber�as de PVC�. Dominio de las Ciencias. (2018)

  14.            S Choto, M Aquino, E Pozo, M Ord��ez, G Novillo, G Mi�o, M Escobar �Modelaci�n y simulaci�n por vol�menes finitos de un impulsor de una bomba centr�fuga�. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo. (2017)

  15.            CIP Tubon, ERP Safla, SMA Arroba �An�lisis de lesiones en el conductor para impactos frontales por simulaci�n computacional� Polo del Conocimiento. (2022)

  16.            MH Freire-Quintanilla, SM Aquino-Arroba, SM Yupangui-Yupangui "Simulaci�n del Impacto Frontal para una Carrocer�a de Autob�s�. Polo del Conocimiento para Determinar los Niveles de Seguridad. (2022)

  17.            MH Freire-Quintanilla, SM Aquino-Arroba, SF Mart�nez-Flores �An�lisis de Impacto Frontal, Lateral y Posterior de un Chasis Tubular Tipo Formula Sae, para Determinar los Niveles de Seguridad� Polo del Conocimiento. (2022)

  18.            OF Balseca-Sampedro, SM Aquino-Arroba, SW Chela-Hinojosa, �Dise�o de un prototipo de reactor de pir�lisis t�rmica para la descomposici�n y aprovechamiento de residuos pl�sticos fabricados a partir de: PP, PE, Y PS� Polo del Conocimiento. (2021)

  19.            CZ Oliva, ET Tamayo, AO Pazmi�o, ER Pozo, MA Ordo�ez, SM Aquino, �Mathematical modeling of the coal activation process in rotary cylindrical kiln� (2019)

  20.            P Tierra, M Aquino, E Pozo, J Jaramillo, �Simulaci�n matem�tica de pruebas de impacto entre diferentes materiales, por medio de software para an�lisis no lineales� Dominio de las Ciencias. (2020)

  21.            JIC Reyes, JSB Guam�n, SMA Arroba, �An�lisis del comportamiento pl�stico del acero 1020 mediante ensayos de tracci�n� Polo del Conocimiento: Revista cient�fico-profesional. (2020)

  22.            SM Aquino-Arroba, MH Freire-Quintanilla, MA Ordo�ez-Vi�an, �Dise�o y manufactura asistida por computadora en la fabricaci�n de la� Kaplan Turbine Blade� Polo del Conocimiento. (2019)

  23.            M�E Guachambala, SMA Arroba, ERP Safla, LSC Chariguaman, �Tecnolog�a CAD CAM aplicada al dise�o de robots de batalla� Ciencia Digital. (2019)

  24.            M�E Guachambala, SMA Arroba, ERP Safla, LSC Chariguaman, �Determinaci�n de los par�metros de dise�o, manufactura y producci�n de sellos en pl�stico�. Ciencia Digital. (2019)

  25.            SMA Arroba, LPT P�rez, ERP Safla, ESC Rivera, �Modelaci�n Matem�tica para la Din�mica de Mecanismos Hidr�ulicos Tipo Tijera�. Ciencia Digital. (2019)

 

 

 

 

 

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