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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
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
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
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
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
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
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
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.
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))
= 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