Memoria de Calculo de Tanque de 151000 Galones

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PROYECTO TANQUE DE AGUA POTABLE DE 151,000 Glns TAG TAG N° N° 7300-TK-001 Rev. Por Emitido para Fecha A J.F Aprobación del cliente 12-09-14

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Cálculos para fabricar tanquesde almacenamiento

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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))

Page 10: Memoria de Calculo de Tanque de 151000 Galones

= 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