Tanques atmosfericos
Como en el caso de los recipientes a presión, existen una serie de normas que estudian los tanques atmosfericos. Entre dichas normas, además de las ya citadas, las más usuales son:
- Norma API Std 650 (American Petroleum Institute).
- Norma B. S. 2654 (British Standard).
En este post se verán algunos de los requisitos indicados en la norma API Std 650 y sus anexos.
En los tanques atmosfericos el dato más relevante es su capacidad. La capacidad puede ser expresada como: geométrica o nominal, o bien, como útil o extraíble, siendo la diferencia entre ambas aproximadamente el volumen correspondiente a 700 + 900 mm de altura del tanque.
A partir de la capacidad se determinan el diámetro y la altura, entendiendo ésta como la altura de la parte cilíndrica.
Para definir la altura se deben tener en cuenta dos conceptos:
- Compresión máxima que puede soportar el terreno, lo que limita la altura máxima del tanque, si no se desea mejorar el terreno o realizar una losa para la cimentación bajo el tanque y de mayores dimensiones que la planta de éste.
- Dimensiones de las virolas disponibles, ya que el tanque debe estar formado por virolas de igual altura. La altura de virolas más comerciales, y por tanto que deben utilizarse de forma prioritaria, son:
1.800 mm (72"). 2 000 mm (80"). 2.200 mm (88"). 2.440 mm (96").
El fondo está formado por chapas planas soldadas en la forma indicada en la figura, existiendo las dos variantes mostradas en el citado dibujo:
A) Sin anillo periférico, para tanques de diámetro menor de 15 m.
B) Con anillo periférico, para tanques de diámetro mayor a 15 m.
La soldadura entre las diferentes chapas del fondo se realiza normalmente por solape, en algunas ocasiones se utiliza la soldadura a tope, con o sin chapa de respaldo (cubrejuntas).
El espesor mínimo del fondo (excluido el anillo periférico) deberá ser = 6,35 mm. El espesor mínimo del anillo periférico del fondo es función del espesor de la primera virola, de acuerdo al siguiente cuadro:
Los espesores mínimos indicados no incluyen el margen de corrosión.
La anchura mínima del anillo periférico del fondo deberá ser de 610 mm y su material, en general, será el mismo que el de la primera virola de la envolvente cilíndrica.
Resulta habitual en los tanques no incluir este margen de corrosión en el fondo, y sí en las paredes e incluso sobre el techo; por esta razón, cuando se especifica el margen de corrosión se debe indicar sobre qué elementos se debe aplicarse, así como su valor sobre cada uno de ellos.
El vuelo o la parte sobresaliente del fondo sobre la envolvente, tendrá un valor mínimo de 50 mm a partir de la soldadura de unión del fondo con la primera virola de la envolvente cilíndrica.
La carcasa o envolvente cilindrica, está formada por una serie de virolas iguales soldadas entre sí de tal manera que se alinean sus caras interiores o sus ejes, de acuerdo a las necesidades específicas. En los tanques con techo flotante se alinean interiormente, para facilitar el deslizamiento del techo.
En la parte superior de la última virola se coloca a modo de zuncho circular un perfil en L, de lados iguales, soldado a la virola superior, denominado anillo de coronación, que deberá soportar las cargas debidas al viento, que tienden a abollar la carcasa. La forma constructiva de colocación del citado anillo de coronación puede ser una de las indicadas en la figura siguiente.
Este anillo de coronación, independientemente de la velocidad del viento, no podrá tener unas dimensiones inferiores a las que se indican a continuación (en perfil europeo equivalente):
La citada norma API Std. 650 establece unos espesores mínimos de envolvente en función del diámetro del tanque que han de respetarse, y que son:
El espesor de pared del tanque, además de ser igual o superior a los espesores mínimos indicados, debe asimismo ser igual o superior al mayor de los determinados por las dos fórmulas que seguidamente se indican y que calculan el espesor debido a:
La presión interna (sólo presión debida a la columna del líquido almacenable).
La presión a que se somete durante la prueba hidráulica (solamente presión creada por la columna de agua durante la prueba).
Siendo:
e = Espesor de carcasa en mm.
D = Diámetro nominal del tanque en metros.
ρ = Peso específico del líquido contenido, en kg/dm3.
σ = Solicitación máxima admisible del material para las condiciones de proyecto, en Kg/mm2.
σ H = Solicitación máxima admisible del material para la prueba hidráulica, en Kg/mm2.
H = Altura máxima que puede alcanzar el liquido desde el fondo del tanque, en metros. c = Sobreespesor de corrosión, en mm, (se recomienda 4 mm por cada cara corroible).
Los valores de las solicitaciones máximas admisibles para los materiales de los tanques, según la norma API Std 650, son los indicados en la tabla siguiente:
Una vez determinados los espesores de la carcasa, en los tanques de gran tamaño, o cuando el viento es importante, se debe verificar si la carcasa está suficientemente rigidizada con el anillo de coronamiento o es necesario instalar algún otro anillo intermedio, para lo cual se calcula la máxima distancia permisible sin rigidizar, que viene dada por la fórmula:
Siendo:
V = Velocidad del viento, en Km/h. e = Espesor medio de la carcasa, en mm. D = Diámetro nominal del tanque, en m. L = longitud máxima sin rigidizar, en m.
Si la longitud L es superior a la altura del tanque no es preciso rigídizar; en caso contrario, se coloca un nuevo anillo en la mitad de la altura del tanque y se comprueba si la distancia H/2 es inferior a la distancia mínima sin rigídizar, calculada con el nuevo espesor medio, y así sucesivamente, hasta determinar los anillos de rigidización que sean necesarios.
En caso que sea preciso rigídizar deberá ser realizado con un anillo cuyo módulo resistente sea como mínimo, de:
Siendo:
Z = Módulo resistente, en cm3.
e = Velocidad del viento, en km/h.
D = Diámetro nominal del tanque, en m.
L = longitud máxima sin rigídizar o distancia entre anillos, en m.
Como se ha indicado anteriormente, existen dos tipos de techo en los tanques, los fijos y los flotantes. Cada uno de los dos tipos de esta división genérica puede ser adoptar diversas formas, pudiendo concretarse en los siguientes tipos:
Techos fijos; estos pueden ser:
1. Autoportantes:
- Con techos de bóveda o cúpula.
- Con techos cónicos:
- Sin estructura.
- Soportado por vigas.
- Soportado por cerchas.
2. Soportados por columnas, o pilares, que transmiten la carga del techo al fondo.
El campo de aplicación de cada tipo es función del diámetro del tanque, como se recoge en el siguiente cuadro:
El espesor mínimo de todos estos tipos de techos será de 4,76 ~ 5,0 mm, siendo necesario sumarle el margen de corrosión si es necesario. El espesor máximo será de 12,7 ~ 13,0 mm. En los techos cónicos los valores máximo y mínimo del ángulo de la pendiente son, respectivamente, 3/4 (26,9°) y 1/6 (9,5°) debiéndose adoptar en cada caso la pendiente más conveniente entre estos dos límites.
Techos flotantes; las soluciones constructivas para los techos flotantes son de muy diverso tipo y se diferencian, tanto en lo concerniente al techo propiamente dicho, como al sistema de deslizamiento y estanqueidad entre el techo y la carcasa.
Los tipos de tanques con techos flotantes que se contemplan en la norma API y por ello los más utilizados, son:
- Techo a simple pontón; en el que el techo esta formado por una simple chapa central, soldada a una corona circular formada por cajones de chapa, que proporciona la flotabilidad de todo el techo. Los cajones son independientes entre sí, de forma que si se crean fugas en alguno de ellos su inundación no pone en peligro la flotabilidad del techo. La superficie superior de los cajones se diseña con pendiente hacia el centro con el fin de facilitar el drenaje del agua de lluvia, cuya arqueta de recogida se sitúa en el mismo centro del techo.
- Techo de doble cubierta (Double deck type); formados por dos chapas, separadas entre sí, de forma que quede entre ellas un espacio hueco, cubriendo la totalidad de la superficie del líquido. Las chapas se dispondrán separadas por anillos circulares concéntricos de chapa y tabiques radiales en la zona periférica, creando de este modo compartimentos estancos mediante los separadores en los en que queda dividido el techo, impidiendo el hundimiento de este en el caso de inundación de alguno/s de estos compartimentos.
El techo de doble cubierta es más seguro en el caso de grandes lluvias o nevadas por ser más rígido en toda su superficie, que el de simple pontón, cuya parte débil se encuentra en la chapa central.
Para climas muy cálidos o para fluidos muy volátiles, se debe utilizar el techo flotante de doble cubierta, ya que la doble chapa aísla al líquido e impide que los rayos de sol lleguen hasta la chapa que se encuentra en contacto con el líquido, con lo cual se reduce la posible evaporación, otra solución es el tanque de pantalla flotante.
Respecto al campo de utilización de cada tipo, en función del diámetro y como guía práctica, se pueden establecer en:
- Simple pontón: diámetros entré 20-70 m.
- Doble cubierta: diámetros entre 60-100 m.
El sistema de sellado puede realizarse de muy diversas formas, no entrando la norma API en estos aspectos, siendo habitual que cada fabricante de tanques tenga su propio sistema.
