DISENO DE TANQUES

El diseño de tanques se basa en las normas del American Petroleum Institute (API Standard 650). El diseño esta contemplado en la Sección 3.

La norma distingue entre el comitente (quien adquiere el tanque) y el fabricante. El comitente debe definir los requerimientos siguientes: La densidad del fluido que se almacenara en el tanque. La velocidad de viento de diseño. La magnitud y dirección de las cargas para las que hay que diseñar la cáscara y sus

conexiones. La reducción esperada de espesores debido a la corrosión.El comitente debe asegurar que el tanque tendrá un soporte adecuado, incluyendo la selección del sitio donde se construye el tanque, el diseño y construcción de la fundación.

Para evaluar la potencial corrosión debe tomarse en cuenta el liquido que se almacenara en el tanque, los vapores que quedan encima del liquido y el ambiente exterior en el que se construye el tanque. Con esa información se deben especificar las reducciones por corrosión para cada nivel de la cáscara, para el fondo, el techo, los conductos y otros elementos estructurales del tanque.

De acuerdo al diámetro del tanque la norma especifica un espesor mínimo nominal

D[ft] t[in] D[m] t[mm]D<50 3/16 D<15 4.7650<D<120 ¼ 15<D<37 6.35120<D<200 5/16 37<D<61 7.94D>200 3/8 D>61 9.52

Los tanques están sujetos a presión de liquido variable en altura, por lo que el espesor cambia de acuerdo a los niveles de chapas con los que se construye. Típicamente cada chapa tiene una altura aproximada de 2.48 m (8ft), de manera que un tanque de 12.5 m de altura puede tener cinco espesores diferentes de pared. El espesor de diseño de cada nivel debe calcularse tomando en cuenta la altura H hasta la que se llenara el tanque con el fluido especificado.

Considerando L = √(6Dt) , donde L [in], D [ft] es el diámetro del tanque, t [in] es el espesor del nivel mas bajo de la pared, entonces, si L/H > 2 se debe llevar a cabo un análisis elástico que determine los espesores de manera que no se superen las tensiones admisibles del material. Las condiciones de borde para el análisis deber impedir desplazamientos radiales en la base.

Para casos en los que L/H < 2 la norma permite que se empleen procedimientos simplificados que se basan en formulas explicitas del espesor. La tensión de diseño σd debe ser la menor de

σd = 2/3 σy o bien σd = 2/5 σu

donde σy es la tensión de fluencia y σu es la tensión ultima.

La norma contiene detalles sobre aberturas de la cáscara y como reforzarlas para no debilitar la resistencia del conjunto. Además contiene detalles de cómo hacer las uniones soldadas entre chapas.

La estabilidad de la cáscara solamente aparece mencionada:

“The tank shell shall be checked for stability against buckling from the design wind velocity, as specified by the purchaser. If required for stability, intermediate girders, increased shell-plate thickness, or both shall be used. If the design wind velocity is not specified, the maximum allowable wind velocity shall be calculated, and the result shall be reported to the purchaser at the time of the bid.” [API Standard 650, pp. 3-6].

Las facilidades de tanques son estructuras costosas, del orden del millón de dólares, de acuerdo a las dimensiones del tanque. Pero de lo anterior se desprende que es posible diseñar y fabricar un tanque de acuerdo a las especificaciones API sin llevar a cabo un análisis detallado del comportamiento basado, por ejemplo, en modelos computacionales de elementos finitos. Se supone que el comitente provee al fabricante la información necesaria para el diseño del tanque, pero en ningún momento se requiere conocer en detalle como será la distribución de presiones debidas a viento sobre las paredes del tanque. Las normas de ASCE para viento sobre estructuras tampoco contemplan estructuras especiales como tanques. Tampoco se tiene en cuenta la presión debida a vaciado del tanque, y se supone que si el tanque fue diseñado para viento entonces deberá resistir adecuadamente las presiones de vaciado.

De lo anterior se explica que ocurran tantas fallas de tanques debidas a pandeo de la cáscara bajo viento.