memoria de calculo de tanque de 151000 galones
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Cálculos para fabricar tanquesde almacenamientoTRANSCRIPT
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PROYECTO
TANQUE DE AGUA POTABLE DE 151,000 Glns
TAG
TAG N° N° 7300-TK-001
1.1
Rev. Por Emitido para Fecha A J.F Aprobación del cliente 12-09-14
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1. ALCANCE
La presente memoria se refiere al cálculo de un tanque de almacenamiento de agua
potable de 151,000 Glns de capacidad, correspondiente al TAG N° 7300-TK-001, del
proyecto Mejora Tecnológica en el Sistema de Transporte de Mineral ala
Concentradora Toquepala, de la Mina-Toquepala.
2. REFERENCIAS PARA EL DISEÑO
Plano N°PMT-293700-05-LY-003 Rev. C, Tanque de 151,000 Glns-Distribucion
accesorios.
Bases de diseño, Doc. N° MTST-DA-299300-10-PC-001 Rev. 0.
Especificación técnica Tanques de Acero al Carbono N°SPCC: PMT-DA-293700-
14-TS-001.
3. BASES DE CALCULO
El cálculo del tanque se realiza según lo establecido por el Código API 650, 12 th
Edition-2013.
4. DATOS DE DISEÑO DEL TANQUE
Contenido Agua
Capacidad útil 151,000 Glns
Diámetro Nominal 10.50 m
Altura del cilindro 7.512 m
Tipo de techo Cónico auto soportado
Corrosión permitida 1.80 mm
Código de diseño API 650
Presión de diseño Atmosférica
Peso especifico 1,000 Kg/m3
Zona sísmica, PGA 0.47
velocidad de viento 75 Km/hr
Sobrecarga diseño en techo 100 Kg/m2
Temp. Máxima de diseño 24 ° C
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Temp. Mínima de diseño -4 ° C
Material de planchas ASTM A-36
Niples ASTM A-53 Gr B-Sch 40
Brida ASTM 105, ANSI B16.5, S-O
5. CALCULO DE ESPESORES DEL CASCO.
Módulo 14 CÁLCULO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
CÁLCULO SEGÚN API 650 - METODO PIE POR PIE
ENTRADAS
DATOS GENERALES
Pd Presión de Diseño en pca=Altura del tanque (lleno de agua) + 12 pca 307.68
Td Temperatura de Diseño, ºC 24.00
D Diámetro del Tanque, pies 34.45
H Altura del Tanque (Límite de Cálculo = 80 ft), pies 24.64
G Gravedad específica del Fluido Almacenado (Agua=1) 1.00
Sd Esfuerzo admisible para la Condición de Diseño, Psi 23,200.00
C.A. Espesor de Corrosión, pulg 0.0709
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Angulo de Inclinación del Techo respecto a la horizontal, grados 16.00
CAPt Capacidad requerida del Tanque, metros cúbicos
SALIDAS
Espesores: Láminas de Pared
Anillos= Número de Anillos con Láminas Estándar 5
Tpared-A1 = Espesor mínimo de lámina en Anillo 1, mm 4.1180
Tpared-A1n = Espesor de Lámina Anillo 1 Nominal, mm 8.0
Tpared-A2 = Espesor mínimo de lámina en Anillo 2, mm 3.6354
Tpared-A2n = Espesor de Lámina Anillo 2 Nominal, mm 6.00
Tpared-A3 = Espesor mínimo de lámina en Anillo 3, mm 3.1528
Tpared-A3n = Espesor de Lámina Anillo 3 Nominal, mm 6.00
Tpared-A4 = Espesor mínimo de lámina en Anillo 4, mm 2.6703
Tpared-A4n = Espesor de Lámina Anillo 4 Nominal, mm 6.00
Tpared-A5 = Espesor mínimo de lámina en Anillo 5, mm 2.1877
Tpared-A5n = Espesor de Lámina Anillo 5 Nominal, mm 6.00
Resumen de Espesores del Casco:
Espesor del 1 er al 2 do anillo : 8 y 6 mm.
6.- CALCULO DEL TECHO (API 650-5.10.5)
DISEÑO DE TECHO AUTOSOPORTADO
Angulo de inclinación θ= 16
Diámetro del tanque D= 10.5 m
Corrosión permitida CA= 1.8 mm
Peso de techo( estimado) PL= 7597 Kg
Peso accesorios + baranda Pa= 500 Kg
Sobrecarga en techo Lr= 100 Kg/m2
Área del techo A= 86.59 m2
Carga muerta, DL= 100.0
0 Kg/m2
Velocidad de viento V= 135 Km/r
Presión del viento sobre techo W= 0.727 Kpa API 650- 2007 - 5.2.1 (f)
74.13 Kg/m
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1 2
Carga combinada 1 DL+W=
174.131
Kg/m2
Carga combinada2 DL+Lr=
200.00
Kg/m2
Carga de diseño T= 200.0
0 Kg/m2
API 650-2007- 5.10.5.1
1.961 Kpa
Mínimo espesor de techo, calculado tmin= 7.493 mm
Debe ser mayor que 5 mm
Espesor, mínimo calculado t 7.493 mm
Espesor de diseño t+C.A 9.3 mm
Espesor comercial t com 9.5 mm Material : Acero ASTM A-36
7.0– ESPESOR DE LA PLANCHA DEL FONDO (según API 650-5.4)
Espesor de fondo = 6 + CA
Espesor de fondo, tb= 6.0 mm + 1.8 mm =7.8 mm
Espesor comercial de fondo, tb= 8.0 mm de espesor, Acero al carbono ASTM A-36
8.0– ANALISIS SISMICO (API 650 12 va Edición 2013- Apéndice E)
Mínimo esfuerzo de fluencia de plancha de fondo..... (KPa) 0.20500E+06
Mínimo esfuerzo de fluencia de soldadura……….... (KPa) 0.20500E+06
Espesor nominal del fondo………………………….. (Tb) (Mm) 8.0000
Seismic Use Group (SUG)................................ …………………. 3.0000
Friction Factor ............................................................................ 0.30000
Factor de importancia…………………...................................... 1.5000
Clase del sitio………………….. ................................................. E
Coeficiente de aceleración espectral (K)……………………...... 1.5000
Factor de escala (Q)................................................................ 0.66700
Factor transistal (TL)............................................................... 4.0000
Aceleración máx. Horizontal Non-ASCE (Sp= GPA)................ 0.47000.
EVALUACION SISMICA
Site-Specific Ground Motion
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Design Fluid Weight (N.) 0.63692E+07
Sp - design level peak accel for nonASCE 0.47000
Ss. -MCE a periodo de 0.2 segundos 1.1750
S0 -MCE a periodo de 0.0 segundos 0.47000
S1 -MCD a periodo de 1.0 segundos 0.58750
SDS-Parámetro de diseño espectral 0.70535
FA –Coeficiente de aceleración basada en el sitio 0.90000
FV –Coeficiente de velocidad basada en el sitio 2.4000
TS - FvS1 / Fass 1.3333
TC –Periodo convective de “sloshing” (sec) 3.4100
Ac –Aceleración convectiva 0.26451
Ai –Aceleración impulsiva 0.26451
Wc –Masa convectiva del líquido (N. ) 0.20263E+07
Wi –Masa impulsiva del líquido (N. ) 0.44032E+07
Vc –Cortante en la base debido masa convectiva (N. ) 0.53596E+06
Vi –Cortante en la base debido masa impulsiva (N. ) 0.12286E+07
V -Carga cortante en la base total (N. ) 0.13404E+07
VS –Resistencia al cortante (N. ) 0.17203E+07
Xc –Brazo del momento convectivo en el cilindro (m. ) 5.0372
Xi –Brazo del momento impulsivo en el cilindro (m. ) 2.8170
XCS-Brazo de momento convectivo en la cimentación (m. ) 5.4274
XIS-Brazo de momento impulsivo en la cimentación (m. ) 4.4937
WS –Peso del cilindro y accesorios (N. ) 0.10821E+06
Mrw-Momento de volteo del tanque (N.m. ) 0.44390E+07
Ms –Momento de volteo en la cimentación (N.m. ) 0.62011E+07
AV –Parámetro de aceleración 0.33152
Ge –Gravedad especifica efectiva = G (1-0.4*Av) 0.86739
wa Fuerza resistencia unitaria del cilindro (N./cm. ) 137.56
wt –Carga unitaria del casco y techo sobre la base (N./cm. ) 32.806
J -Relación de anclaje 2.4253
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L -Requerimiento mínimo de placa anular (m. ) 0.00000
Como J= 2.4253 > 1.54, requiere pernos de anclaje, según E.6.2
Wab-Resistencia mínima del anclaje (N./cm. ) 484.10
N -Números de pernos requeridos 12
Pab-Carga sísmica de diseño del perno anclaje (N. ) 0.13307E+06
Sc –Esfuerzo de compresión del casco (KPa) 13743.
Sa –esfuerzo permisible del casco (KPa) 31518.
Altura de la onda debido a sloshing (m. ) 1.8244
Requerimiento altura libre (m. ) 1.8244
9.0– DISEÑO DE PERNO DE ANCLAJE (Según API 650- sección 5.12)
Uplift case Uplift Allowable Load/Bolt
(N.) Bolt Stress (N.)
(KPa)
Design Pressure : 0.00000 103419. 0.00000
Test Pressure : 0.00000 137892. 0.00000
Failure Pressure : 0.00000 248206. 0.00000
Wind Loading : 0.00000 198564. 0.00000
Seismic OPE : 0.16183E+07 198564. 0.13486E+06
Design Press + Wind Load : 0.00000 137892. 0.00000
Design Press + Seismic OPE: 0.00000 198564. 0.00000
Frangibility Pressure : 0.00000 248206. 0.00000
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RESULTADOS DE CARGAS EN PERNOS DE ANCLAJE
Case Number Bolt Bolt Stress
Of Bolts Diameter (KPa)
(mm. )
Design Pressure : 12 34.925 0.
Test Pressure : 12 34.925 0.
Failure Pressure : 12 34.925 0.
Wind Loading : 12 34.925 0.
Seismic OPE : 12 34.925 180987.
Design Press + Wind Load : 12 34.925 0.
Design Press + Seismic OPE: 12 34.925 0.
Frangibility Pressure : 12 34. 0.
Final Anchor Bolt Spacing.............. (m.) 2.80
10.0– DISEÑO DE SILLETA DE ANCLAJE (Según AISI)
b a
cg
c
t
h j J
g
tw dt
Thickness of Gusset Plates j 16.000 mm.
Width of Gussets at Top Plate twdt 225.00 mm.
Width of Gussets at Base Plate bwdt 50.000 mm.
Height of Gussets hg 350.000 mm.
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Height of Gussets plus top Plate thickness h 375.000 mm.
Distance between Gussets g 200.000 mm.
Dist. from Bolt Center to Gusset (Rg/2) cg 100.000 mm.
External Corrosion Allowance Ca 1.8000 mm.
Top Plate allowable stress S 380000.0 KPa
Number of Gussets per bolt ng 2
Bottom Shell Course Thickness 8.000 mm.
Shell Course Corrosion Allowance 1.8000 mm.
Thickness of Tank Baseplate m 8.000 mm.
Thickness of Top Plate c 25.000 mm.
Radial Width of the Top Plate b 225.00 mm.
Circumferential Width of the Top Plate a 250.000 mm.
Anchor Bolt Diameter d 34.925 mm.
Analisis de la silleta
Required Thickness of Top Chair Cap Plate per AISI:
P Bolt Load
e Bolt eccentricity (center of bolt to shell OD)
Sb Allowable Bending Stress (1.5 * S)
g Distance between Gussets
d Bolt Diameter
Top Chair Cap Plate Required Thickness per AISI [Tc]:
= (P / (Sb * e) * (0.375 * g - 0.22 * d)) ½ + c
= (134860/ (570000*95.974)*(0.375*180.00-0.22*34.925)) ½+2.000
= 14.1435 mm.
Stress in the Top Plate at given Thickness [Stpl]:
= P( 0.375 * b - 0.22 * d ) / e / ( c - Ca )²
= 134860 (0.375*180.000 - 0.22*34.925)/95.974 / (25.000 -2.000)²
= 158894.0 KPa, must be less than 570000 KPa
Required Gusset Thickness per AISI:
Gusset Plate Thickness is the greater of (0.5 in (12mm), 0.04(hg))
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= max (12.700, 0.04(400.000)) + Ca
= 18.000 mm.
For gusset plates the following must also be true:
Gusset Thickness * Average Gusset Width >= (P/1000)/25
= (19.000 - 2.000) * 137.900 > (134.861 / 25) Passed
= 2344.300 > 5.394 Passed
Local Stress at the Top Plate per AISI, including axial Stress [S]:
= P*e/t² [1.32*Z/ (1.43*a*h²/(R*t) + (4(a) (h) ²).333 + 0.031 /(R*t) ½
= 134860*95.97/6.00² [1.32*0.87/ (1.43*260.00*(425.00)²/ (5252.00*6.00)
+ (4*260.00 (425.00)²)0.333 + 0.031/ (5252.00 *6.00)½
= 216065.3 KPa < 570000 Kpa, Passed
Intermediate Value [Z]:
= 1/ [(0.177*a*m/(R*t) ½)*(m/t) ² + 1]
= 1/ [(0.177*260.000*8.000/ (5252.000*6.000)½)*(8.000/6.000)²+1]
= 0.873