MC Tanques API 650

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TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA POTABLE

2 DISEÑO DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA CONTRAINCENDIOS A 2832.1 DATOS DE ENTRADA A 285

h A 131a A 36

Seleccionar Acero ASTM A 36 Grado - SS316Diametro Interior D = 6 m A 573Altura Total H = 7 m A 516

H Nivel del liquido 6.5 m A 662

Hd Densidad del fluido 1000 A 537

Tolerancia por corrosion c = 1.6 mm A 633

Dimensiones de plancha 1.5 m A 678b = 6.0 m A 737

D Velocidad del viento v = 130 km/h A 841Altura de Techo h = 0.6 mAngulo de techo a = 11.30993 º Rango (9.5º - 37º)

Densidad del material 7850 kg/m3Esfuerzo de Fluencia para diseño 160.00 MPa (API 650 - Table 3-2)

Mínimo Esfuerzo de Fluencia 250 MPaGravedad especifica fluido g 1

Volumen de Tanque 197.9

Volumen de Agua V = 183.8Número de anillos N = 5 ZONA IIIZona Sísmica ZONA III area(m2)

shell

2.2 CALCULO DEL ESPESOR DE PLANCHA DE PARED DEL TANQUE piso

Método Recipientes de Paredes Delgadas 195.00 techo

Delgadas - Resistencia de Materiales 97.50

Entonces, se tiene t = t = 2.80 mm VACIOLLENO

Método 1-foot (D < 60 m.) 2.74 mmSegun Norma API 650 - 3.6.3 ###

Método Variable-Design-PointSegun Norma API 650 - 3.6.4 Para el uso de este método, se debe cumplir que:

Siendo L = en mm

Donde

2.86 mm

93 <= 1000 / 6 (=166.67)

, p <= 1.375

Ahora, calculamos el factor: , 1.375 < p <= 2.625

, p > 2.625###

calculando, se tiene, p = 24.36 mm

Entonces 1.30 mm

Hd =

g l = Kg/m3

g l

h1 =

rs =sy =

Fby =

VT = m3

m3

Tensión Normal circunferencial en el fondo s t = / (t-c) (kg/cm2)Tensión Normal meridional constante s m= / (t-c) (kg/cm2)

s max / s y + c

td =

(500 D*t1)0.5

t1 =

Calculando, se tiene que: L / Hd =

t2 = t1

p = h1 / (r*(t1-c))0.5

t2 = t2a

t2 =

I

II

III

td=4 .9D (H d−0 .3 )γ

σ y+c

LHd

≤10006

t1=(1 .06−0 .0696Hd √ Hd∗γσ y )( 4 .9∗Hd Dγσ y )+c

t2=t2 a−c+(t1−t2a )(2.1− h11 .25 (r∗(t1−c ))

0.5 )

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Espesor plancha de anillo primario Para el cálculo del espesor de plancha de los anillos superiores Espesor plancha de anillo secundario seleccionamos el menor valor de x, en:

Espesor plancha de anillos superiores (m)

(m)

(m)Siendo:

C =

K =

espesor del anillo inferior a la junta cirunferencial (mm)Luego

Entonces, se tiene que:Tabla 2.1

ANILLO K C1 2.86 ###2 2.86 2.74 1.05 0.02 48.36 145.66 3.50 2.79 ###3 2.79 2.74 1.02 0.01 22.33 64.32 3.50 2.79 ###4 2.79 2.74 1.02 0.01 22.33 64.32 3.50 2.79 ###5 2.79 2.74 1.02 0.01 22.33 64.32 3.50 2.79 ###

###

API 650 recomienda: Diam. Cilindro Espesor Minimo Plancha < 15 m 4.76 mm

15 - 36 m 6.35 mm36 - 60 m 7.94 mm

> 60 m 9.53 mmTabla 2.2

Estandarizando se tiene que 4.76 mm , se usará 3/16 pulg. ###

4.76 mm , se usará 3/16 pulg. ###

4.76 mm , se usará 3/16 pulg. t = 3/16 mm ###

4.76 mm , se usará 3/16 pulg. ###

4.76 mm , se usará 3/16 pulg. ###

2.3 CALCULO DE ESPESOR DE PLANCHA DE FONDO DEL TANQUE (API 650 - 3.6.1.1)API 650 nos entrega la siguiente tabla:respecto a espesores mínimos de Nominal Plate Hydrostatic Test Stress in first Shell Course

planchas de fondo excluyendo cualquier Thickness of first (Mpa)tolerancia por corrosion. shell course (in) <=190 <=210 <=230 <=250

Este calculo se hace en relacion a la ### t <= 3/8 1/4 1/4 5/16 3/8

plancha del primer anillo y del esfuerzo 3/8 < t <= 1 1/4 5/16 3/8 7/16

de prueba hidrostatica en el mismo. 1 < t <= 1 1/4 1/4 3/8 1/2 9/16

1 1/4 < t <= 1 1/2 5/16 7/16 9/16 11/16

1 1/2 < t <= 1 3/4 3/8 1/2 5/8 3/4

Tabla 2.3

Donde: [Mpa] , reemplazando datos, se tiene: 38.27 Mpa

y de la Tabla 2.3 se obtiene que:

1/4 + c 7.95 mm Por lo tanto se usará: 3/8 pulg

2.4 CALCULO DE ESPESOR DE PLANCHA DE TECHO DEL TANQUE (API 650 - 3.10.5)

Tipo de Techo: Techo Cónico Autosoportado (D < 18.3 m)

Espesor mínimo: [mm] , el cual debe ser como mínimo 5 mm. y máximo 12.5 mm

t1 :

t2 :

tx : x1 = 0.61 (r*tu)0.5+ 320*C*Hd

x2 = 1000 * C*Hd

x3 = 1.22 (r*tu)0.5

[K0.5 (K - 1)]/(1 + K1.5)

tL / tu

tu = espesor preliminar del anillo superior a la junta cirunferencial (mm), (= td)

tL =

tL (mm) tu (mm) x1 (m) x2 (m) x3 (m) tx (mm)

t1 =

t2 =

t3 =

t4 =

t5 =

Del API 650 - 3.6.3.2, se obtiene el esfuerzo de prueba hidrostática (St):

St =

tf = Entonces: tf = tf = Tech

Tech

t x=4 .9D(Hd−

x1000

)γ

σ y+c

T r=D

4 .8∗sen α

St=4 .9D(H d−0 .3 )

t1

Mostrar Tablas

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Calculando se tiene: 6.37 mmTr =

T r=D

4 .8∗sen α

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Normalizando, se tiene que: 5/16 pulg.Cargas muertas: Peso de plancha de techo = 1796.65 kg

Peso de barandas = 305.36 kg ###Peso de plataformas = 0.00 kg ###Peso Manway = 112.00 kg ###Otros = 70.00 kg ###

Calculamos: suma de cargas / Area proyectada del techo 80.780277

Cargas vivas

= 48.19 (API 650 - 3.11.1) ###

Carga de nieve = 60.00 ###

Peso de personas = 40 ###

Calculamos: suma de cargas 148.19

228.97 > ### Se tiene que: = 7.39 mm

Por lo tanto se usará: = 5/16 pulg

2.5 CALCULO DEL ANILLO DE CORONAMIENTO (API 650 - 3.10.5.2)

Area transversal del perfil A = A = 4.25

A = 0.66Según Norma API 650, el perfil mínimo a usar en tanques es el 2 1/2" x 2 1/2" x 1/4"

el cual posee una sección de A' = 1.19

Luego, el valor de A, aumentará en

228.97 > ### = 0.820

Comparando: < A'Se usará como anillo de Coronamiento: 2 1/2 x 2 1/2 x 1/4 pulg.

2.6 ANALISIS DE ESFUERZOS

2.6.1- Esfuerzo de Tensión resultado de la Presión Interna del Tanque

a. La Tensión Normal circunferencial Donde:t, c [mm]

-1380.53

b. La Tensión Normal meridional

Donde:t, c [mm]

-690.27

2.6.2- Esfuerzo de Compresión causado por las cargas muertas

a. Carga de la pared sobre los puntos de carga 5.495

b. Carga muerta del líquido

, Diámetro medio

-690.24c. Cargas adicionales

Tr =

Cmr = Cmr = kg/m2

Carga del viento = 73*(v / 160)2 kg/m2

kg/m2

kg/m2

Cvr = Cvr = kg/m2

Luego, el valor de Tr, aumentará en: en el caso de que Cvr + Cmr > 220 kg/m2

Dado que: Cvr + Cmr = tr

tr

D2 / (43.2*sen a) [cm2] cm2

in2

in2

[cm2] en el caso de que Cvr + Cmr > 220 kg/m2

Dado que: Cvr + Cmr = Aac in2

Aac

[kg/cm2] D, Hd [m]

s t = kg/cm2

[kg/cm2] D, Hd [m]

sm= kg/cm2

s 2.1 = rs * H s 2.1 = kg/cm2

, Donde: Dm = D + t

s 2.2 = kg/cm2

σ t=0 .1γ∗D∗Hd2∗( t−c )

σm=0 .1γ∗D∗Hd4∗( t−c )

σ 2.2=γ∗D2∗Hd4

Dm∗( t−c )

√Cv+Cm220

Cvr+Cmr220

O141

relacion de tres simple en funcion al diametro, relativo a un tanque de diametro 3.5 m

O143

modificar de acuerdo a accesorios

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TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA POTABLETecho = 6474.02 kg ###Soporte de agitador = 0.00 kg ###Plataformas o pisos elevados = 0.00 kg ###Agitador = 200.00 kg ###Escaleras y pasadizos = 14137.17 kg ###Otros = 342.86 kg ###

P194

según condicion Bechtel, carga minima del techo 100 kg/m2

P196

según condicion Bechtel, carga minima = 500 kg/m2

P198

según condicion Bechtel, carga minima = 500 kg/m2

P199

correlativo a un tanque de diametro de 3.5 m

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35.46

Entonces: + + -649.29

2.6.3- Esfuerzos de Tensión y Compresión causado por las cargas de viento (API 650 - 3.11.2)

La presión del viento sobre la pared del tanque: = 106.29

El Momento de Volteo: 15673.52 kg.m2

Entonces: 17.50

Ahora analizaremos la necesidad de anclaje de tanque:

Para que un tanque no necesite anclaje, el momento de volteo debe cumplir que: , Donde:Siendo W = Peso muerto del tanque disponible para resistir el levantamiento (Kg.), en condicion de vacío

W=W = 17061.14 kg

Entonces, al reemplazar se tiene que: 34122.3 kg.m

Al comparar notamos que, Mv <= Mr, por lo que cumple la condicion y no requiere de anclaje, según este analisis

2.6.4- Esfuerzos debido a la Carga Sísmica (API 650 - E.3.1)El momento de volteo deberá determinarse mediante la siguiente expresión

Donde:M = Momento de volteo (N.m)Z = Coeficiente sísmico

I =

Coeficiente de fuerza lateral sísmica.

Peso total del cuerpo del tanque (N).

Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centro de gravedad de este (m.).

Peso total del techo del tanque más una carga viva especificada por el usuario (N)

Altura total del cuerpo del tanque (m.)

Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve al unísono con el cuerpo del tanque (N)

Peso efectivo de la masa contenida por el tanque que se mueve enel primer oleaje (N)

Altura desde el fondo del tanque al centroide de la fuerza sísmica lateral aplicada a W2 (m.).

De donde se tiene que: Z = 0.4

I = 1

0.6 (API 650 - 3.3.1)

S = 1.2 (para nuestro territorio)

T =

0.92y del grafico 2.1 se obtiene: k = 0.58

Graf. 2.1 Entonces, T = 2.571474 s

0.349994

= 48430.3 N

s 2.3 = (suma cargas muertas) / p * Dm * (t - c) s 2.3 = kg/cm2

s dx = s 2.1 s 2.2 s 2.3 s dx = kg/cm2

pw = 88*(v / 160)2 + 73*(v / 160)2 kg/m2

Mv = pw*Dmax*H2 Mv =

sw = kg/cm2

Mv <= Mr

Wshell + Cmr*p*D2/4 + cargas adicionales

Mr =

M = Z I (C1WsXs + C1WrHt + C1W1X1 + C2W2X2)

Factor de importancia = 1 para todos los tanques excepto cuando un incremento en este factor es especificado por el usuario. Se recomienda que este factor no exceda de 1.25 que es el máximo valor que se puede aplicar.

C1, C2 =

Ws=

Xs =

Wr=

Ht =

W1=

X1 = Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centroide de la fuerzalateral sísmica aplicada a W1 (m.).

W2=

X2=

C1=

para el calculo de C2 = 0.75 *(S / T), siendo:

1.81*k*(D0.5)

donde k, se calcula en base a la relacion: D/Hd=

Luego reemplazando, se tiene: C2 =

Ws= 9.81*rs*p*Dm*H*t

σw=M v

π∗rm2∗( t−c )

M r=23 (W∗D

2 )

K241

dependiente de la zona

K242

1 - 1.25

L245

(1.0) Terrenos firmes; como tepetate, arenisca medianamente cementada, arcilla muy compacta o suelo con características similares. (1.2) Suelo de baja rigidez; como arenas no cementadas o limos de mediana o alta compacidad, arcillas de mediana compacidad o suelos de características similares. (1.5) Arcillas blandas muy compresibles.

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H / 2 = 3.5 m

63510.15 N

7 m

Graf. 2.2 y del grafico 2.2 se tiene que:

Xs =

Wr=

Ht =

Para calcular W1 y W2, se calcula en base a la relacion: D/Hd

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0.82

0.22

1802913 N

Entonces: 1472841.154 N

402188.2623 N

y del grafico 2.3 se tiene que: 0.42

0.75

Entonces: 2.715 m

4.865 mGraf. 2.3 Al reemplazar todos estos valores, se obtiene:

M = 1381007.38 N.m

2.6.4.1 Analisis de Resistencia al Volteo (API E.4.1)

Siendo:

[N/m] - Peso lineal maximo del liquido contenido en el tanque

Por lo que: 6 mm

Reemplazando datos, se tiene: ### N/m

Comparando: 23944.91 > 7644

El sistema NO cumple el analisis de resistencia al volteo y debe ser anclado

2.6.4.2 Analisis de Anclaje del Tanque (API E.5.1)

Para que un tanque no necesite anclaje, debe cumplirse que:

ó

Siendo: Graf. 2.4

b = maximo esfuerzo de compresion longitudinal en el fondo del tanque (N/m)

Para: para

b, se calcula de acuerdo al grafico 2.4 para

para

Es el peso lineal de la pared del tanque mas la porcion del techo soportada por la pared del tanque

Entonces: = ### N/m ###

Calculando se tiene que: = 0.467 < 0.785 , Cumple primera condicion

Entonces: Según condición dada, calculamos: b = 107092 N/m

Fa = Maximo esfuerzo de compresion longitudinal disponible en la pared del tanque (MPa)

Para:

Por lo que, al calcular: 23.397 < 44

Obtenemos: Fa= 43.7479 MPa

y al comparar en segunda condicion: 33.86 < Fa , Cumple segunda condicion

Según analisis sismico concluimos que el tanque no necesita de anclaje

W1 / WT =

W2 / WT =

Siendo WT = Peso total del fluido del liquido =

W1=

W2=

Para calcular X1 y X2, se calcula en base a la relacion: D/Hd

X1 / Hd =

X2 / Hd =

X1 =

X2 =

Se debe cumplir que: WL <= 196*g*Hd*D

WL = 99*tb*(Fby*g*Hd)0.5

Donde: tb = espesor de plancha base (mm), tb <= max (t1-c, 6mm) y tb <= (tf-c)

tb =

Fby = minimo esfuerzo de fluencia de plancha de fondo del tanque (Mpa)

Hd = Maximo nivel del liquido (m)

WL =

WL = 196*g*Hd*D =

M /[D2 (Wt +WL)] < 1.57

b/(1000*(t1-c)) < Fa

b = Wt + 1.273*M/D2 , M /[D2 (Wt +WL)] <= 0.785

, 0.785 < M /[D2 (Wt +WL)] < 1.5

(b + WL)/(Wt+WL) = 1.49 /[1-(0.637*M/(D2*(Wt+WL))]0.5 , 1.5 < M /[D2 (Wt +WL)] < 1.57

Wt =

Wt = 9.81*(Wr + Ws)/p*D

M /[D2 (Wt+WL)]

g*Hd*D2/(t1-c)2 > 44 , Fa = 83*(t1-c)/ D

g*Hd*D2/(t1-c)2 < 44 , Fa = 83*(t1-c)/(2.5*D) + 7.5(g*Hd)0.5

g*Hd*D2/(t1-c)2 =

b/1000(t1-c)=

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TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA POTABLE2.6.5 Máximo Esfuerzo de Tensión

+ - = 116.46

Donde: 157.44

Recordar que: 1631.55

Notamos que < OK

2.6.6 Máximo Esfuerzo de Compresión

- + = 198.41

Notamos que < OK

2.6.7 Esfuerzo de Compresión para la estabilidad elástica

(psi) 167.42

Notamos que: < OK

s t. max = ssis sm s dx kg/cm2

ssis = kg/cm2

s y= kg/cm2

s t. max s y

s c. max = ssis sm s dx kg/cm2

sc. max s y

s c.allow = 1.5x106*t/r s c.allow = kg/cm2

s c.allow s y / 3

σ sis=M

9 .81∗π∗r2∗( t−c )

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