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MEMORIA DE CÁLCULO DE TK DE 2400m3
TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE ACEITE
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1 de 6
h
2 DISEÑO DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE ACEITE
2.1 DATOS DE ENTRADA
Hd
H
α
γ
D
Seleccionar Acero ASTM
Diámetro Interior
Altura Total
Nivel del líquido
A-36
D=
H=
Hd=
Densidad del fluido
Tolerancia por corrosión
Dimensiones de plancha
920 Kg/m
γ 
c=
1.6
. mm
h1=
1.5 m
b=
6.0 m
v=
130 Km/h
h=
0.477 m
°
.
α 3.8167341
7850
Kg/m3
s =
y  160.00 MPa
Fby =
250 MPa
γ 0.92
3
VT=
2409 m
3
Velocidad del viento
Altura de Techo
Angulo de techo
Densidad del material
I
Esfuerzo de Fluencia para diseño
Mínimo Esfuerzo de Fluencia
Gravedad especifica fluido
Volumen de Tanque
II
Volumen del fluido
Número de anillos
Zona Sísmica
III
------
Grado
14.30 m
15.00 m
14.25 m
(API 650 - Table 3-2)
2289 m3
V=
N=
10
ZONA III
2.2 CALCULO DEL ESPESOR DE PLANCHA DE PARED DEL TANQUE
Método Recipientes de Paredes
Delgadas - Resistencia de Materiales
Tensión Normal circunferencial en
el fondo
Tensión Normal meridional
constante
t d 
4.9.D( H d 0.3
. γ
c
y
Según Norma API 650 - 3.6.3
793.68 / (t-c) (kg/cm)
m 
431.35 / (t-c) (kg/cm)
2
t = max / y + c
Entonces, se tiene
Método 1-feet (D < 60 m.)
2
t 
td=
7.21
t
Para el uso de este método, se debe cumplir que:
Siendo L =
Donde
(500 D*t1)
0.5
6.46
mm
mm
Método Variable-Design-Point
Según Norma API 650 - 3.6.4
=
L
1000
≤
Hd
6
en mm
0.0696. Hd * γ 4.9 * Hd Dγ
t1 1.06
. 
) c
)(
Hd
y
y
t1=
7.709
.
> 1000 / 6 (=166.67)
Calculando, se tiene que: L / H d =
368
Dado que no cumple la condición, no se realizara el cálculo por este método
y se uniformiza el espesor de todos los anillos a:
Pulg.
6.35
.
t=
mm
= 1/4
t2= t 1
Ahora, calculamos el factor:
p = h 1 / (r*(t 1-c))
0.5
, p <= 1.375
h1
)
t2 t2a c (t1 t2a )( 2.1
0 5.
1.25( r (*
t1 c))
t2= t 2a
, p > 2.625
Calculando, se tiene, p =
Entonces
t2=
0.806
.
mm
7.94
mm
, 1.375 < p <= 2.625
mm
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Para el cálculo del espesor de plancha de los anillos superiores
Seleccionamos el menor valor de x, en:
0.5
x1 = 0.61 (r*t u) + 320*C*Hd
(m)
x2= 1000 * C*H d
(m)
t 1 : Espesor plancha de anillo primario
t 2 : Espesor plancha de anillo secundario
tx :
2 de 6
Espesor plancha de anillos superiores
0.5
x3= 1.22 (r*t u)
Siendo:
0.5
1.5
C = [K (K - 1)]/(1 + K )
K = tL/ t u
(m)
tu= espesor preliminar del anillo superior a la junta circunferencial (mm), (= td)
tL= Espesor del anillo inferior a la junta circunferencial (mm)
x
Luego
4 . 9 D ( H d 
)γ
1000
t x 
 c
y
API 650 recomienda:
Espesor Mínimo Plancha
4.76 mm
6.35 mm
7.94 mm
9.53 mm
Diam. Cilindro
< 15 m
15 - 36 m
36 - 60 m
> 60 m
Tabla 2.2
Estandarizando se tiene que
t 1=
t =
t 23 =
t4 =
t5 =
t6 – t10 =
mm, se usará
mm, se usará
mm, se usará
mm, se usará
5/16
5/16
5/16
1/4
Pulg.
Pulg.
Pulg.
Pulg.
mm, se usará
mm, se usará
1/4
pulg.
1/4
pulg.
t=
(API 650 - 3.6.1.1)
2.3 CALCULO DE ESPESOR DE PLANCHA DE FONDO DEL TANQUE
API 650 nos entrega la siguiente tabla:
Nominal Plate
Hydrostatic Test Stress in first Shell Course
respecto a espesores mínimos de
Thickness of first
(Mpa)
planchas de fondo excluyendo cualquier
Shell course (in)
<=190
<=210
<=230
tolerancia por corrosión.
## < t <=
3/8
1 /4
1 /4
5 /16
Este cálculo se hace en relación a la
3/8 < t <=
1
1 /4
5 /16
3 /8
plancha del primer anillo y del esfuerzo
1
< t <=
1 1/4
1 /4
3 /8
1 /2
de prueba hidrostática en el mismo.
6.35
.
mm
<=250
3 /8
7 /16
9 /16
1 1/4 < t <=
1 1/2
5 /16
7 /16
9 /16
1 1 /16
1 1/2 < t <=
1 3/4
3 /8
1 /2
5 /8
3 /4
Tabla 2.3
Del API 650 - 3.6.3.2, se obtiene el esfuerzo de prueba hidrostática (St ):
Dónde:
S t 
4.9.D( Hd ) [Mpa]
t1
y de la Tabla 2.3 se obtiene que:
tf =
1/4
/
+ c Entonces: t f = 7.95
.
St =
126.79
Por lo tanto se usará:
tf =
, reemplazando datos, se tiene:
mm
Mpa
5/16
/
(API 650 - 3.10.5)
2.4 CALCULO DE ESPESOR DE PLANCHA DE TECHO DEL TANQUE
Debido a que el tanque tiene un diámetro no muy considerable, el techo que se le colocara será cónico
Techos Cónicos
Tipo de Techo:
Espesor mínimo:
Tr 
D
[mm]
4 . 8 * Sen α
, el cual debe ser como mínimo 5 mm. y máximo 12.5 mm
Tr =
Calculando se tiene:
3.58
mm
Dado que el Tf calculado es menor a 5.0, asumimos: Tr = 5.0 mm
W
Pulg
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
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Cargas muertas:
Calculamos:
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Normalizando, se tiene que:
Peso de plancha de techo
Peso de barandas
Peso de plataformas
Otros
Tr =
=
=
=
=
3/16
6,022.74
790.68
.
600.00
90.00
Cmr = Suma de cargas / Área proyectada del techo
3 de 6
Pulg.
kg
kg
kg
kg
Cmr =
46.89
.
2
kg/m
Cargas vivas
2
Carga del viento = 73*(v / 130)
Carga de nieve
Peso de personas
Calculamos:
=
=
=
15.21
.
0
90
Cvr = Suma de cargas
Luego, el valor de Tr , aumentará en:
Dado que: C vr + Cmr =
<
152.11
.
(API 650 - 3.11.1)
Cvr =
C v  C m
220
105.21
2
kg/m
2
en el caso de que Cvr + Cmr > 220 kg/m
tr
tr
220
Se tiene que:
Por lo tanto se usará:
2.5 CALCULO DEL ANILLO DE CORONAMIENTO
=
=
4.76
3/16
mm
pulg
(API 650 - 3.10.5.2)
2
Área transversal del perfil
2
kg/m
2
kg/m
2
kg/m
2
A = D / (43.2*sen α cm 
A=
A=
71.13
.
11.03
2
cm
2
in
Según Norma API 650, el perfil mínimo a usar en tanques es el 3" x 3" x 1/4"
2
el cual posee una sección de
A' =
1.19
.
in
Luego, el valor de A, aumentará en
Dado que: C vr + Cmr =
Comparando: Aac >
152.11 <
C vr 
C mr
2
[cm ]
220
2
en el caso de que Cvr+ Cmr > 220 kg/m
Aac =
220
11.03
.
2
in
A'
Comparamos en tablas y asignamos el anillo de Coronamiento L 4” x 4” x 3/8 pulg
2.6 ANALISIS DE ESFUERZOS
2.6.1- Esfuerzo de Tensión resultado de la Presión Interna del Tanque
a. La Tensión Normal circunferencial
γ* D* Hd

t 0 1.
(kg/cm )
2
Dónde:
D, Hd (m)
t, c (mm)
2
Dónde:
D, Hd (m)
t, c (mm)
2* (t c)
2
t  1973.40 kg/cm
b. La Tensión Normal meridional
γ* D * H d
m  0 1.
4 * (t c )

m 
(kg/cm )
2
986.70 kg/cm
2.6.2- Esfuerzo de Compresión causado por las cargas muertas
2.1 s * H
a. Carga de la pared sobre los puntos de carga
b. Carga muerta del líquido
D
13.80
2
kg/cm
2
* Hd
4

2 . 2 
D m * ( t  c )
γ *
2.1 
, Donde: D m = D + t
2.2 
c. Cargas adicionales
Techo
Soporte de agitador
Plataformas o pisos elevados
Agitador
Escaleras y pasadizos
Otros
=
=
=
=
=
=
6022.74
0.00
0.00
0.00
1003.71
600.00
kg
kg
kg
kg
kg
kg
, Diámetro medio
2
987.14 kg/cm
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2.3 
(Suma cargas muertas) /* Dm * (t - c)
dx 
2.1 + 2.2
+ 2.3
4 de 6
2.3 
dx 
35.89
.
2
1036.83 kg/cm
2.6.3- Esfuerzos de Tensión y Compresión causados por las cargas de viento
El Momento de Volteo:
Entonces:

w 
Mv =
(API 650 - 3.11.2)
2
La presión del viento sobre la pared del tanque:
Pw = 88*(v / 160) + 73*(v / 160)
2
pw * Dmax*H
2
2
=
Mv =
Mv
w 

2
* rm * (t c )
2
Kg/cm
2
48.19
kg/m
69966.25
kg.m
2
9.17 Kg/cm
Ahora analizaremos la necesidad de anclaje de tanque:
2 W *D )
Mv <= Mr , Donde: M r  
Para que un tanque no necesite anclaje, el momento de volteo debe cumplir que:
3
2
Siendo W = Peso muerto del tanque disponible para resistir el levantamiento (Kg.), en condición de vacío
2
W= W Shell + Cmr**D /4 + cargas adicionales
W=
99510.02 kg
474331.09
.
Mr =
Entonces, al reemplazar se tiene que:
kg.m
Al comparar notamos que, Mv <= Mr, por lo que cumple la condición y no requiere de anclaje, según este análisis
(API 650 - E.3.1)
2.6.4- Esfuerzos debido a la Carga Sísmica
El momento de volteo deberá determinarse mediante la siguiente expresión
M = Z I (C1W sX s+ C 1Wr H t+ C 1 W1 X1+ C2 W 2 X2)
Dónde:
M = Momento de volteo (N.m)
Z = Coeficiente sísmico
I=
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, C 2= Coeficiente de fuerza lateral sísmica.
W s= Peso total del cuerpo del tanque (N).
Xs= Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centro de gravedad de este (m.).
W r= Peso total del techo del tanque más una carga viva especificada por el usuario (N)
Ht = Altura total del cuerpo del tanque (m.)
W 1= Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve al unísono con el cuerpo del tanque (N)
X1= Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centroide de la fuerza
lateral sísmica aplicada a W1 (m.).
W 2= Peso efectivo de la masa contenida por el tanque que se mueve en el primer oleaje (N)
X2= Altura desde el fondo del tanque al centroide de la fuerza sísmica lateral aplicada a W2 (m.).
De donde se tiene que:
Graf. 2.1
Z=
I=
C1=
0.4
1
0.6 (API 650 - 3.3.1)
para el cálculo de C2= 0.75 *(S / T), siendo:
S = 1.2 (para nuestro territorio)
0.5
T = 1.81*k*(D )
donde k, se calcula en base a la relación: D / H d =
y del grafico 2.1 se obtiene:
k=
0.58
.
Entonces,
T = 4.1063 s
Luego reemplazando, se tiene: C2 =
0.219175
W s = 9.81*s**Dm*H*t = 669298.3 N
Xs =
H/2
Wr =
425578.07 N
Ht =
Graf. 2.2
=
m
7.50
.
15.00
.
m
Para calcular W1 y W 2, se calcula en base a la relación: D/Hd
y del grafico 2.2 se tiene que:
1.004
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5 de 6
W1 / W T =
0.77
.7
W2 / W T =
0.26
.
Siendo WT = Peso total del fluido del líquido =
W1 =
Entonces:
21638400 N
16661568.0
. N
5625984.0 N
W2 =
Para calcular X1 y X2 , se calcula en base a la relación: D/Hd
y del grafico 2.3 se tiene que:
Entonces:
X1/ H d=
0.40
X2/ H d=
0.71
X1 =
5.44
. m
X2 =
9.62
.
m
Al reemplazar todos estos valores, se obtiene:
Graf. 2.3
29235033.94 N.m
M=
2.6.4.1 Análisis de Resistencia al Volteo
(API E.4.1)
Se debe cumplir que: WL <= 196*γ*Hd*D
Siendo:
0.5
WL =
99*tb*(F by* γ*Hd)
[N/m] - Peso lineal máximo del líquido contenido en el tanque
Dónde: tb = espesor de plancha base (mm), tb<= max (t1-c, 6mm) y
tb=
Por lo que:
tb<= (t f -c)
6.35 mm
Fby = mínimo esfuerzo de fluencia de plancha de fondo del tanque (Mpa)
Hd= Máximo nivel del líquido (m)
WL =
35989.58
.
N/m
35989.584 <= 196*γ*Hd*D =
36744.708
Reemplazando datos, se tiene:
Comparando: W L=
El sistema cumple el análisis de resistencia al volteo
2.6.4.2 Análisis de Anclaje del Tanque
(API E.5.1)
Para que un tanque no necesite anclaje, debe cumplirse que:
2
M /[D (W t+ W L) ] < 1.57
Ó
b/(1000*(t 1-c)) < Fa
Graf. 2.4
Siendo:
b = Máximo esfuerzo de compresión longitudinal en el fondo del tanque (N/m)
2
2
b = W t + 1.273*M/D
Para:
para , M /[D (W t +WL )] <= 0.785
2
para , 0.785 < M /[D (W t +W )]
L < 1.5
b, se calcula de acuerdo al grafico 2.4
2
(b + W L)/(W t+W L) = 1.49 /[1-(0.637*M/(D *(W t +W L))]
0.5
2
para , 1.5 < M /[D (W t+W )]
L < 1.57
Es el peso lineal de la pared del tanque más la porción del techo soportada por la pared del tanque
W t = 9.81*(W r+ Ws)/ *D =
Entonces:
239086.16 N/m
2
<
, Cumple primera condición
Calculando se tiene que: M /[D (W t +W L )]
=
0.519
.
0.785
.
W t=
Entonces:
Según condición dada, calculamos:
421081.35 N/m
Fa = Máximo esfuerzo de compresión longitudinal disponible en la pared del tanque (MPa)
2
2
, Fa = 83*(t1-c)/ D
Para:
γ*Hd*D /(t 1-c) > 44
2
b=
2
0.5
, Fa = 83*(t1-c)/(2.5*D) + 7.5(γ*Hd)
γ*Hd*D /(t 1-c) < 44
2
2
>
*
H
*D
/(t
=
Por lo que, al calcular:
γ d
66.46
44
1-c)
Obtenemos:
Fa= 36.850
.
MPa
y al comparar en segunda condición: B/1000(t 1 -c)= 66.31
Según análisis sísmico, concluimos que el tanque si necesita de anclaje
2.6.5 Máximo Esfuerzo de Tensión
t. max  sis
Dónde:
+
m
-
dx =
M
2
9.8 **r *(t c)
sis 
242.37
sis 
Kg/cm
2
292.50
2
Kg/cm
<
Fa
, No cumple segunda condición
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2
y= 1631.55 Kg/cm
t. max <
y
Recordar que:
Notamos que
OK
2.6.6 Máximo Esfuerzo de Compresión
c. max sis
-
m
+ dx =
c. max
Notamos que
<
2
342.63 Kg/cm
y
OK
2.6.7 Esfuerzo de Compresión para la estabilidad elástica
6
c.allow  1.5x10 *t/r
Notamos que:
c.allow 
(psi)
c.allow <
y / 3
OK
166.51
2
kg/cm
6 de 6