2.2.5 Nivel alto alto (High High Liquid Level “HHLL”)
Es el máximo nivel de líquido que el tanque puede alcanzar durante su operación normal.
2.2.6 Nivel crítico (Critical Height “CH”)
También conocido como altura crítica o nivel de diseño de líquido, es el nivel máximo absoluto que el producto puede alcanzar sin provocar desbordamientos o daños estructurales en el tanque. Se utiliza para el cálculo estructural del tanque, específicamente para determinar los espesores de las planchas de pared.
2.2.7 Francobordo (Freeboard “FB”)
Es la sección de la pared del tanque que se encuentra por encima del nivel crítico (CH). Su altura depende de varios factores: la ubicación de las ranuras o boquillas de rebose (si existen), la altura de ubicación de las cámaras de espuma, la altura del techo flotante (si es instalado) y el tamaño de las vigas o clips del techo fijo.
2.2.8 Francobordo Sísmico (Seismic Freeboard “SFB”)
Es la altura adicional de la pared del tanque sobre el nivel normal de operación (NOL), diseñada para contener el movimiento del líquido inducido por sismos (ola sísmica).
Factores que influyen en su cálculo:
Ubicación y altura de los accesorios, como cámaras de espuma.
Altura de ola sísmica
Tipo de techo del tanque:
Techo fijo
Techo flotante
Techo fijo con flotante interno
El diseñador del tanque es responsable de calcular esta altura en función de la normativa sísmica aplicable.
2.2.9 Protección de sobrellenado (Overfill Protection)
Es la altura entre el nivel normal de operación (NOL) y el nivel crítico (CH), que asegura un margen de seguridad para evitar derrames y sobrellenado.
2.3 Capacidades (Ver Figura No. 2)
2.3.1 Capacidad nominal (NC)
Es el volumen del tanque calculado con el producto del área de sección transversal del tanque y al altura total de pared (CN = CSA x H).
2.3.2 Capacidad máxima (MC)
Es volumen resultante de la multiplicación del área de sección transversal del tanque y el nivel crítico del producto (CM = CSA x CH).
2.3.3 Capacidad mínima de operación (MOC)
Es el volumen por debajo del nivel bajo de operación (LLL) el cual no puede ser bombeado y es el resultado del producto de área de sección transversal del tanque y el nivel bajo de líquido (MOC = CSA x LLL).
2.3.4 Capacidad neta de trabajo (NWC)
Es el volumen de líquido comprendido entre el nivel normal de operación (NOL) y el nivel bajo (LLL) y se calcula multiplicando el área de sección transversal del tanque con la diferencia de niveles antes indicados [NWC = CSA x (NOL-LLL)].
3 Cálculo de Niveles y Capacidades.
Datos Iniciales para el Diseño del Tanque
Al diseñar un tanque, se recibe la hoja de datos del tanque, la cual contiene información clave, incluyendo:
Diámetro del tanque
Altura total de la pared
Nivel máximo de diseño del líquido
Caudal de llenado
Caudal de vaciado
Lista de boquillas
Con estos datos, se pueden determinar inicialmente la capacidad nominal y la capacidad máxima de trabajo del tanque.
Importante:
El cliente debe definir con claridad la capacidad base requerida (¿Nominal, Máxima o Neta de Trabajo?), ya que a partir de esta capacidad se calcularán y verificarán los siguientes niveles y parámetros del tanque:
Nivel mínimo (LLLL)
Nivel bajo (LLL)
Nivel normal de operación (NOL)
Nivel alto (HLL)
Nivel crítico o altura crítica (CH)
Altura de ola sísmica (SWH)
Altura total de la pared del tanque (H)
Después de verificar estos parámetros, los mismos deben ser validados con el cliente y se informará si es necesario ajustar la altura de la pared del tanque para garantizar el cumplimiento de los requisitos operativos y las normativas API 650 y API 2350.
3.1 Niveles y Alturas
3.1.1 Nivel mínimo o nivel muy bajo (Low Low Liquid Level “LLLL”)
El cálculo de este nivel depende de varios factores, como:
Elevación de la boquilla de succión
Tipo de rompe vórtice
A continuación, se presentan los cuatro (4) casos más comunes.
3.1.1.1 Caso 1. Rompe vórtice con planchas en cruz (Ver Figura No. 3)
En este caso, el nivel mínimo (LLLL) depende de:
Elevación de la boquilla (hn)
Diámetro nominal de la boquilla (d)
Se determina mediante la siguiente ecuación:
LLLL = hn + d
La altura o elevación de la boquilla de succión puede estar especificada en la hoja de datos del tanque. Si no está definida, se puede utilizar la elevación indicada en la tabla 5.6b del API 650 (columna 8 o 9), que proporciona valores para boquillas de tipo regular y de tipo bajo.
Si la tabla 5.6b no está disponible, se puede asumir que la altura de la boquilla equivale a su diámetro nominal (d) más 127 mm.
La distancia “cl” es el espacio libre entre la plancha del rompe vórtice y el techo flotante, mientras que “dr” es el calado del techo flotante, determinado por el diseñador del tanque. La altura del techo altura en posición baja se debe establecer considerando el nivel mínimo (LLLL), el calado del techo flotante (dr) y una distancia libre (cl) de al menos 150 mm. El diseñador del tanque es el responsable de determinar la altura del techo flotante en posición baja verificando todas las interferencias internas.
Figura No. 3
Boquilla de Succión con Rompe Vórtice en Cruz.
3.1.1.2 Caso 2. Rompe vórtice con planchas en cruz alternativa (Ver Figura No. 4)
En este caso, el nivel mínimo (LLLL) depende de:
Elevación de la boquilla (hn)
La distancia libre (cl)
Diámetro nominal medio de la boquilla (d/2)
Se determina mediante la siguiente ecuación:
LLLL = hn + cl +d/2
Si el cliente no indica lo contrario:
Para tanques sin techo flotante, se asume cl = 0.
Para tanques con techo flotante, se recomienda un cl entre 0 y 150 mm, según el criterio del diseñador del techo flotante.
La distancia "dr" corresponde al calado del techo flotante, es decir, la profundidad que se hunde el techo en el líquido.
El diseñador del tanque debe establecer la altura del techo en posición baja, considerando el LLLL, el calado del techo (dr) y una distancia libre (cl) mínima de 150 mm y cualquier otra interferencia interna
3.1.2 Nivel bajo o nivel bajo de operación (Low Liquid Level “LLL”)
El cálculo del nivel bajo (LLL) depende de:
Nivel mínimo (LLLL)
Caudal máximo de vaciado (MER)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
Tiempo de respuesta (TR1)
Se determina con la siguiente ecuación:
LLL = LLLL + Max[(MER x TR1)/CSA,100]
Donde:
TR1 es el tiempo de respuesta para detener la bomba de descarga, definido por el operador o por el cliente.
Como referencia, el TR1 suele estar entre 5 y 10 minutos.
La diferencia entre LLLL y LLL no debe ser menor a 100 mm.
3.1.3 Nivel normal de operación (Normal Operation Level “NOL”). Ver Figura No. 7
El cálculo del nivel normal de operación (NOL) depende de la capacidad base definida en el proyecto. Esta capacidad puede ser:
Capacidad Nominal (NC)
Capacidad Máxima (MC)
Capacidad Neta de Trabajo (NWC)
La secuencia de cálculo de los niveles dependiendo de la capacidad base requerida se muestra a continuación:
Capacidad Nominal (Caso 1)
Francobordo (F)
Nivel crítico (CH)
Nivel alto alto (HHLL)
Nivel normal de operación (NOL)
o Nivel alto (HLL)
Francobordo sísmico (SFB).
Altura total del tanque (H)
Capacidad Máxima (Caso 2)
Nivel crítico (CH)
Nivel alto alto (HHLL)
Nivel normal de operación (NOL)
o Nivel alto (HLL)
Francobordo (F)
Francobordo sísmico (SFB).
Altura total del tanque (H)
Nivel normal de operación (NOL)
o Nivel alto (HLL)
Nivel alto alto (HHLL)
Nivel crítico (CH)
Francobordo (F)
Francobordo sísmico (SFB).
Altura total del tanque (H)
Capacidad Neta de Trabajo (Caso 3)
Según el tipo de capacidad base establecida, el NOL se determinará utilizando el método del caso correspondiente.
3.1.3.1 Caso 1. Con la capacidad nominal (NC).
Si el cálculo se basa en la capacidad nominal (NC), el NOL dependerá de:
Nivel crítico (CH).
Nivel alto alto (HHLL)
Caudal máximo de llenado (MFR)
Tiempo de respuesta entre CH y HHLL (RT2)
Tiempo de respuesta entre HHLL y NOL (RT3)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
La ecuación es:
NOL = CH - Max[(CH – HHLL),100] – Max[(MFR x RT3/CSA),100]
Donde:
CH = H - FB, y
HHLL = CH - MFR x RT2/CSA
Consideraciones adicionales:
H - FB representa el nivel crítico (CH). Siendo H la altura de la pared del tanque y FB el francobordo (ver aparte 3.1.7).
API 2350 recomienda que la diferencia entre CH y HHLL sea mínimo 75 mm, pero se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
Se recomienda que la diferencia entre HHLL y NOL sea mínimo 100 mm.
TR2 es el tiempo de llenado entre CH y HHLL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
TR3 es el tiempo de llenado entre HHLL y NOL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
3.1.3.2 Caso 2. Con la capacidad máxima (MC).
Si el cálculo se basa en la capacidad máxima (MC), el NOL dependerá de:
Caudal máximo de llenado (MFR)
Tiempo de respuesta entre CH y HHLL (RT2)
Tiempo de respuesta entre HHLL y NOL (RT3)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
La ecuación es:
NOL = CH - Max[(CH – HHLL),100] – Max[(MFR x RT3/CSA),100]
Donde:
CH = MC/CSA, y
HHLL = CH - MFR x RT2/CSA
Consideraciones adicionales:
MC/CSA representa el nivel crítico (CH).
API 2350 recomienda que la diferencia entre CH y HHLL sea mínimo 75 mm, pero se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
Se recomienda que la diferencia entre HHLL y NOL sea mínimo 100 mm.
TR2 es el tiempo de llenado entre CH y HHLL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
TR3 es el tiempo de llenado entre HHLL y NOL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
3.1.3.3 Caso 3. Con la capacidad neta de trabajo (NWC).
En este caso, el NOL se calcula considerando:
Nivel bajo de operación (LLL)
Capacidad neta de operación (NWC)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
La ecuación es:
NOL = LLL + NWC/CSA
3.1.4 Nivel alto (High Liquid Level “HLL”)
El nivel alto (HLL) es un nivel opcional que puede configurarse como alarma para alertar cuando el tanque supera el nivel normal de operación (NOL). Se calcula con la siguiente ecuación:
HLL = NOL + Max[(MFR x RT4)/CSA,75]
Consideraciones:
TR4 es el tiempo de respuesta entre NOL y HLL, recomendado en 5 minutos.
La diferencia entre HLL y NOL no debe ser menor de 75 mm para garantizar un margen de seguridad adecuado.
3.1.5 Nivel alto alto (High High Liquid Level “HHLL”)
El cálculo del nivel alto alto (HHLL) se puede calcular de tres maneras, dependiendo de la capacidad base utilizada:
3.1.5.1 Caso 1. Con la capacidad nominal (NC).
En este caso, el HHLL se determina en función de:
Capacidad nominal (NC)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
Caudal máximo de llenado (MFR)
Tiempo de respuesta entre CH y HHLL (RT2)
La ecuación es:
HHLL = CH – MFR x TR2,
Donde:
CH = H – FB, y H = NC/CSA
Consideraciones adicionales:
CH representa el nivel crítico. H la altura de la pared del tanque y FB el francobordo (ver aparte 3.1.7).
API 2350 recomienda que la diferencia entre CH y HHLL sea mínimo 75 mm, aunque se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
3.1.5.2 Caso 2. Con la capacidad máxima (MC).
En este caso, el HHLL se determina en función de:
Capacidad máxima (MC)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
Caudal máximo de llenado (MFR)
Tiempo de respuesta entre CH y HHLL (RT2)
La ecuación es:
HHLL = CM/CSA – Max[(MFR x TR2),100]
Consideraciones adicionales:
MC/CSA representa el nivel crítico (CH).
API 2350 recomienda que la diferencia entre CH y HHLL sea mínimo 75 mm, pero se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
3.1.5.3 Caso 3. Con capacidad neta de trabajo (NWC).
Aquí, el HHLL se calcula considerando:
Capacidad neta de trabajo (NWC).
Nivel normal de operación (NOL)
Caudal máximo de llenado (MFR)
Tiempo de respuesta (RT3)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
La ecuación es:
HHLL = NOL + Max[(MFR x RT3)/CSA,100]
Donde:
NOL = LLL + NWC/CSA
Consideraciones adicionales:
La norma API 2350 recomienda que la diferencia entre HHLL y NOL sea mínimo 75 mm, pero se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
TR3 es el tiempo de respuesta para completar acciones de llenado entre NOL y HHLL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
3.1.6 Nivel crítico o altura critica (Critical Height “CH”)
El cálculo del nivel crítico (CH) se puede calcular de tres maneras:
3.1.6.1 Caso 1. Con la capacidad nominal (NC).
En este caso, el CH se determina en función de:
Capacidad nominal (NC)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
Francobordo (FB), ver aparte 3.1.7.
La ecuación es:
CH = NC/CSA - FB
3.1.6.2 Caso 2. Con la capacidad máxima (MC).
En este caso, el CH se determina en función de:
Capacidad máxima (MC)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
La ecuación es:
CH = CM/CSA
3.1.6.3 Caso 3. Con la capacidad neta de trabajo (NWC).
Aquí, el CH se calcula considerando:
Capacidad neta de trabajo (NWC)
Caudal máximo de llenado (MFR)
Tiempo de respuesta para llenado (RT2)
Tiempo de respuesta para llenado (RT3)
Área de sección transversal del tanque (CSA)
La ecuación es:
CH = HHLL + Max[(MFR x RT2)/CSA,100]
Donde:
HHLL = NOL + Max[(MFR x RT3)/CSA,100].
y NOL = LLL + NWC/CSA
Consideraciones adicionales:
La norma API 2350 recomienda que la diferencia entre CH y HHLL sea mínimo 75 mm, pero se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
Se recomienda que la diferencia entre HHLL y sea mínimo 75 mm, pero se sugiere 100 mm como margen de seguridad.
TR2 es el tiempo de respuesta entre CH y HHLL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
TR3 es el tiempo de respuesta entre HHLL y NOL, normalmente entre 5 y 15 minutos.
3.1.7 Francobordo (FB).
El francobordo (FB) varía según el tipo de tanque y los accesorios instalados, como cámaras de espuma y boquillas de rebose. A continuación, se presentan los diferentes casos:
3.1.7 1 Caso 1. Tanque Techo sin Cámara de Espuma (Ver Figura No. 8).
Este caso aplica a tanques de techo fijo y tanques abiertos (sin techo). El francobordo (FB) depende del diámetro nominal de la boquilla de rebose (dr) y se calcula con la siguiente ecuación:
FB = 3 x dr/2
Recomendación:
Si el tanque no tiene boquilla de rebose, se recomienda un francobordo mínimo de 300 a 450mm.
Figura No. 8
Tanque sin Cámara de Espuma
3.1.7.2 Caso 2. Tanque de techo fijo con cámara de espuma (Ver Figura No. 9).
En este caso, el FB depende de:
Diámetro nominal de la boquilla de rebose (dr)
Altura de la cámara de espuma (F)
Altura libre (cl1)
Se determina con la siguiente ecuación:
FB = Max(FB1,FB2)
Donde:
FB1 = 3 x dr/2, y FB2 = F + cl1
Definiciones:
dc = Diámetro de descarga de la cámara de espuma
cl1 = dc/2 + 150 mm (con dc en mm)
F = Altura de ubicación de la cámara de espuma (dc) según se indica en la tabla No. 1
Recomendación:
Si el tanque no tiene boquilla de rebose, se sugiere un FB1 mínimo de 300 a 450 mm.
Figura No. 9
Tanque de Techo Fijo con Cámara de Espuma
3.1.7.3 Caso 3. Tanque de Techo Fijo con Techo Flotante Interno (Ver Figura No. 10).
Este caso aplica a tanques de techo fijo cónico con estructura y techo domo geodésico de aluminio, que tienen una cubierta interna flotante.
El francobordo (FB) depende de:
Diámetro nominal de la boquilla de rebose (dr)
Altura de la cámara de espuma (F)
Altura libre (cl1)
Altura del techo flotante (frh)
Se determina con la siguiente ecuación:
FB = Max(FB1,FB2)
Donde:
FB1 = 3 x dr/2, y FB2 = F + cl1 + frh
Definiciones:
dc = Diámetro de descarga de la cámara de espuma (ver tabla No. 1)
cl1 = dc/2 +150 mm.
F = Altura de la cámara de espuma (según tabla anterior)
frh = Altura del techo flotante por encima del nivel de líquido (incluye la altura total del sello)
Recomendación:
Si el tanque no tiene boquilla de rebose, se sugiere un FB1 mínimo de 300 a 450 mm.
Figura No. 10
Tanque de Techo Fijo con Techo Flotante Interno
