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