ARZE, RECINÉ Y ASOCIADOS INGENIEROS CONSULTORES

P R Á C T I C A S

PLANILLA DE CÁLCULO DE ESTANQUESSEGÚN API 650

N° GP–CPA-013

REV. 1

Marzo de 2000

ARZE, RECINÉ Y ASOCIADOS INGENIEROS CONSULTORES

PLANILLA DE CÁLCULO DE ESTANQUESSEGÚN API 650

N° GP–CPA-013

REV. 1

Por : R.Valenzuela/R.ValledorRevisor : J. Cassis Aprobación : A. Santolaya Fecha : 30.11.1999

REV. D E S C R I P C I Ó N POR REVISOR FECHA APROBADO

A PRELIMINAR R.V.P. 01.09.99

0 PARA APROBACIÓN REVS 30.11.99

1 PARA DIFUSIÓN REVS J.C. 16.03.00 A.S.P.

I N D I C E

0.0 INTRODUCCIÓN............................................................1

1.0 ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN...............................1

2.0 REFERENCIAS...............................................................1

3.0 DEFINICIONES..............................................................1

4.0 DESCRIPCIÓN DE API650.XLS........................................2

4.1 GENERAL.....................................................................2

4.2 LIMITACIONES..............................................................2

ANEXO I

EJEMPLO DE APLICACIÓN ....................................................................3

0.0 INTRODUCCIÓN

El presente documento se ha elaborado para presentar la planilla de cálculo api650.xls. api650.xls es una planilla de cálculo desarrollada para entregar a los ingenieros de Arze, Reciné y Asociados una herramienta que facilite el cálculo de estanques de acero y sus anclajes, de acuerdo a las disposiciones de Welded Steel Tanks for Oil Storage, API Standard 650. La planilla descrita en esta guía es de propiedad de Arze, Reciné y Asociados, Ingenieros Consultores S.A.

1.0ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN

La planilla api650.xls contiene toda la información necesaria para ser utilizada sin necesidad de recurrir a este documento, y se encuentra disponible en la red, en la carpeta de programas de estructuras. Las actualizaciones debido a modificaciones del código, u otras razones, se realizarán directamente en la planilla api650.xls, modificando el número de revisión del archivo, sin necesidad de reemitir el presente documento. La primera versión es el archivo api650r1.xls, desarrollada en Excel 97. Su duración es de carácter indefinido y su uso recomendado para los ingenieros de la especialidad Civil - Estructural.

2.0REFERENCIAS

• • Welded Steel Tanks for Oil Storage, API Standard 650.

• • L. E. Brownell, E. H. YoungProcess Equipment DesignJ. Wiley & Sons.

3.0DEFINICIONES

No hay.

4.0DESCRIPCIÓN DE api650.xls 4.1 GENERAL

El archivo electrónico api650.xls es una planilla de cálculo Excel, que se encuentra disponible en la red, para el uso de los ingenieros de Arze y Reciné. Ha sido desarrollada de manera que las futuras modificaciones sean realizadas mediante la emisión de nuevas revisiones de la planilla, sin necesidad de modificar el presente documento. La planilla se ha dividido en diferentes hojas de cálculo con funciones específicas para cada una, como es el de señalar las bases de cálculo, definir la nomenclatura, ingreso de datos, cálculo de espesores del manto o calculo de pernos de anclaje. Las bases de cálculo y la forma de operar la planilla, están indicadas en la primera hoja, denominada bases de cálculo.

4.2LIMITACIONES Las limitaciones de la planilla api650.xls son las siguientes:

• • Diseño de estanques de acuerdo a API 650.

• • Aplicable sólo a estanques con techos cónicos autosoportados.

• • No verifica singularidades tales como boquillas o entradas de hombre.

• • No verifica sillas de anclaje.

• • No verifica el efecto combinado de tracción por presión hidrostática con el esfuerzo de la silla al traccionarse los pernos de anclaje.

• • No calcula anclajes al corte.

• • Los pernos de anclaje se calculan a tracción, sin considerar interacción con corte.

e fondoff

yyy

D c pcc

nivel de l厲 uidou

DDD

H tHH

rrr

h rhh

θθθtramo 1tttramo 2tt

tramo 8tt

tramo 3tt

tramo 7tt

tramo 10tt

tramo 6tttramo 5tt

GGGHHHH sHH

ANEXO I

Ejemplo de aplicación. A continuación se presenta un ejemplo de aplicación de la planilla api650r0.xls.

Nomenclatura

e fondoff

yyy

D c pcc

nivel de l厲 uidou

DDD

H tHH

rrr

h rhh

θθθtramo 1tttramo 2tt

tramo 8tt

tramo 3tt

tramo 7tt

tramo 10tt

tramo 6tttramo 5tt

GGGHHHH sHH

D : Diámetro del estanque Dc p : diámetro del círculo de pernos de anclaje H : altura del nivel de líquido de diseño, según API 650

-3.6.3.2 Hs : altura del manto h r : altura del techo H t : altura total del estanque (Hs + h r) r : revancha efondo : espesor plancha de fondo θ : ángulo de inclinación del techo G : gravedad específica del líquido Wr : peso del techo Ws : peso del manto WT : peso del líquido Wtotal : peso total

Estanque: Estanque de Ácido

Datos del estanque

Diámetro D = 16 m

e fondoff

yyy

D c pcc

nivel de l厲 uidou

DDD

H tHH

rrr

h rhh

θθθtramo 1tttramo 2tt

tramo 8tt

tramo 3tt

tramo 7tt

tramo 10tt

tramo 6tttramo 5tt

GGGHHHH sHH

Altura de líquido H = 11.2 Revancha (valor estimado a corregir según altura de ola)

r = 0.8 m

Altura manto (H + r) H s = 12 m Altura techo h r = 3.00 m Ángulo techo ( 9.5° < θ < 37°; según API 650 - 3.10.5.1)

θ = 20.56 °

Espesor fondo bajo el manto (mín. 6 mm, API 650 - 3.4.1)

e fondo = 6 mm

Gravedad específica G = 1 Tensión de fluencia del acero fy = 36 ksi Tensión de rotura del acero fu = 58 ksi

Sobrecargas Sobrecarga de techo mínima según API 650 - 3.10.2.1 (122 kg/m2 )

= 24.5 t

Sobrecarga de techo especificada (boquillas, otros) = 24.5 t Sobrecarga de techo de cálculo (máximo entre los valores anteriores)

= 24.5 t

Porcentaje sobrecarga de techo para sismo (normalmente cero)

= 0 %

Sobrecarga manto (boquillas, otros) = 4 t

Espesores de corrosión Corrosión techo = 2 mm Corrosión manto = 2 mm Corrosión fondo = 2 mm

Parámetros sísmicos Coeficiente de zona Z = 0.40 Coeficiente de importancia I = 1.00 Factor de amplificación del sitio S = 1.20 Coeficiente C1 C1 = 0.6 Factor de amplificación sobre coeficientes sísmicos C1 y C2

= 1.00

(opcional)

Espesores Espesor mínimo techo según API650 - 3.10.5 (5 mm < e < 12 mm)

= 11.5 mm

Espesor elegido = 12 mm

Pesos calculados con los datos ingresados: Peso planchas techo W r = 20.23 t Peso techo para cargas sísmicas W r = 20.23 t Cálculo espesores del

manto

Espesores mínimos según API 650 - 3.6.1

Diámetro estanque espesor ft (m) inch (mm) D < 50 (15.24 ) 3/16 (5 ) 50 < D < 120 (36.5 ) 1/4 (6 ) 120 < D < 200 (61.0 ) 5/16 (8 ) D < 200 3/8 (10 )

Espesores calculados según API 650 - 3.6.3 Espesores (mm) peso del

manto tramo y API 650 comercial W s m td tt mínimo de

cálculoelegido t

1 2.00 2.4 0.4 2.4 6 5.40 2 4.00 3.4 1.3 3.4 6 10.80 3 6.00 4.4 2.2 4.4 6 16.21 4 8.00 5.4 3.2 5.4 6 21.61 5 10.00 6.4 4.1 6.4 8 28.59 6 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 7 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 8 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 9 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 10 12.00 7.3 5.0 7.3 8 35.57 Nota: el espesor elegido debe ser mayor o igual que el espesor

mínimo de cálculo y el mínimo de API 650 - 3.6.1

Cálculo sísmico

Datos del estanque

Peso del techo W r = 20.2 t

Peso del manto W s = 35.57 t Peso del líquido W T = 2251.9 t Peso total Wtotal = 2307.7 Altura total del estanque H t = 15.00 m Centro gravedad del manto X s = 5.64 m

Parámetros API 650 - Apéndice E D/H = 1.43 Figura E-2 W1/WT = 0.683 Figura E-2 W2/WT = 0.321 Figura E-3 X1/H = 0.375 Figura E-3 X2/H = 0.667 Figura E-4 k = 0.581 Peso masa impulsiva W1 = 1537.4 t Peso masa convectiva W2 = 723.5 t Centro de gravedad peso W1 X1 = 4.20 m Centro de gravedad peso W2 X2 = 7.47 m Período de la masa convectiva - API 650 - E.3.3.2 T = 4.21 s Coeficiente C2 C2 = 0.21 Coeficiente C1 C1 = 0.60 Altura ola (debe ser 30 cm menor que revancha) = 0.50 m

Solicitaciones sísmicas en la base Momento volcante M = 2133.1 t m Corte V = 444.3 t m

Resistencia al volcamiento API 650 - E5.1 wt = 1.110 t/m API 650 - E4.1 wL = 3.194 t/m API 650 - E5.1 M/(D2(wt+wL))

= 1.9 anclar

Resistencia al deslizamiento

Factor de seguridad (coeficiente de roce 0.5) FS = 2.6

Tensiones en el manto API 650 - E5.1(anclados), API 650 - E5.2 (sin anclajes)

b = 11.72

fa = 0.20 API 650 - E5.3 GHD2/t2 = 1.9E+06 Fa = 0.32 t/cm2

fa/Fa = 0.62

Cálculo de pernos de anclaje según API 650

Datos del estanque

Diámetro D = 16 m Diámetro círculo de pernos Dcp = 16100 mm

Peso del manto Ws = 35.57 t Peso del techo Wr = 20.23 t Peso manto + techo W = 55.79 t

Materiales Tensión de fluencia del acero Fy = 2.53 t/cm2

Cantidad mínima de pernos N° mínimo = 17 Cantidad de pernos a usar N° pernos = 30

Solicitaciones Momento sísmico M = 2133.1 t m

Tensiones según API 650 Anclaje necesario por unidad de circunsferencia (API 650 - E6.1)

= 9.50 t/m

Capacidad mínima necesaria por perno = 15.91 t Área de tracción requerida por perno Aperno = 7.86 cm2

(diámetro mínimo 1") usar 30 pernos de 1 1/2 "

Cálculo de pernos de anclaje

Datos del estanque

Diámetro D = 16 m Ancho anillo basal = 200 mm Diámetro de pernos sugerido Dcp = 16100 mm Diámetro círculo de pernos Dcp = 16100 mm Peso del manto Ws = 35.57 t

Peso del techo Wr = 20.23 t Peso manto + techo W = 55.79 t

Materiales n = Es/Ec n = 10 Tensión de fluencia del acero Fy = 2.53 t/cm2

Cantidad mínima de pernos N° mínimo = 17 Cantidad de pernos a usar N° pernos = 24

Solicitaciones Momento sísmico M = 2133.1 t m

Tensiones Área de cada perno para primera iteración Aperno = 4.96 cm2

Área de pernos distribuida en el anillo ts = 0.024 cm2/cm fibra neutra inicial (iteración) k = 0.062 alfa = 0.503 Cc = 0.668 Ct = 2.978 z = 0.488 j = 0.761 Fibra neutra final k = 0.062 Tensión de tracción en los pernos fs = 2451 kg/cm2

Tensión de compresión en el hormigón fc = 16.17 kg/cm2

Capacidad mínima necesaria por perno = 12.16 t Area de tracción requerida por perno Aperno = 6.01 cm2

(diámetro mínimo 1") usar 24 pernos de 1 1/4 "