Quale diametro e altezza si adattano a un serbatoio da 20.000 m3: un metodo di dimensionamento per serbatoi bullonati
Creato il 09.09
Quale diametro e altezza si adattano a un serbatoio da 20.000 m3: un metodo di dimensionamento per serbatoi bullonati
Un serbatoio da 20.000 m³ è un cilindro, quindi diametro e altezza derivano dalla stessa equazione del volume: V è uguale a π su quattro per il diametro al quadrato per l'altezza. Un serbatoio da 20.000 m³ ha un diametro di circa 48 m con un'altezza del liquido di 11 m, oppure un diametro di circa 40 m con un'altezza del liquido di 16 m, e la risposta pratica è l'opzione che si adatta al lotto e mantiene i sollevamenti con gru entro i limiti del cantiere. I pannelli bullonati sono larghi circa 1,2 m, quindi le dimensioni finali cadono su multipli dei pannelli, e 300–500 mm di bordo libero più una copertura e i carichi di vento e neve devono essere sopportati al di sopra dell'altezza del liquido.
Un ingegnere di progetto a cui viene chiesto di collocare 20.000 m³ su un'area di terreno parte solitamente da un foglio di calcolo e da un diagramma di portata della gru, e questo è l'istinto giusto. Il volume è fissato dal processo, ma il diametro e l'altezza sono variabili libere, e la ripartizione tra di essi determina il costo delle fondazioni, l'area del tetto, il comportamento nei confronti del vento e del sisma, il sollevamento con la gru in cantiere e la possibilità di ampliare il serbatoio in seguito. Un serbatoio bullonato rende tutto questo più semplice rispetto a uno saldato, perché il mantello è assemblato a partire da pannelli prefabbricati in fabbrica; ma allo stesso tempo lo vincola, perché il diametro e l'altezza finali devono corrispondere a multipli dei pannelli e non a qualunque numero prodotto dal foglio di calcolo. Quale diametro e quale altezza si adattino a un serbatoio da 20000 m3 è quindi una questione di area di terreno e di gru prima ancora che una questione di volume, e la ripartizione tra le due variabili determina il costo delle fondazioni, l'area del tetto e la possibilità di ampliare il serbatoio in seguito.
La geometria: un'equazione, due variabili
Parti dal volume del cilindro e poi lascia che il sito scelga la suddivisione. Per un serbatoio cilindrico verticale, la capacità è pari a π diviso quattro, moltiplicato per il diametro al quadrato, moltiplicato per l'altezza del liquido, quindi l'altezza del liquido è pari a quattro volte il volume diviso per π moltiplicato per il diametro al quadrato. Un servizio da 20.000 m³ si calcola quindi all'incirca come segue: con un diametro di 40 m l'altezza del liquido è di circa 16 m; con un diametro di 36 m è di circa 20 m; con un diametro di 32 m è di circa 25 m; e con un diametro di 48 m è di circa 11 m. Il diagramma su cui si orientano la maggior parte dei progetti è quindi un serbatoio largo con un diametro di 36–48 m e un'altezza del liquido di 11–20 m, non uno snello. Le due cose da aggiungere sopra l'altezza del liquido sono il franco di sicurezza, tipicamente 300–500 mm o più affinché il livello non possa traboccare in caso di sovratensione, e la struttura del tetto, che per un serbatoio bullonato è un cono poco profondo o una cupola geodetica in alluminio riferita ad AWWA D108 e API 650 con carichi di vento e neve presi da ADM 2015 o ASCE 7-10. In altre parole, quale diametro e altezza si adattino a un serbatoio da 20000 m3 si stabilisce con questa unica equazione, e la risposta geometrica è un cilindro largo con un diametro di 36–48 m e un'altezza del liquido di 11–20 m sopra il franco di sicurezza.
Multipli dei pannelli: perché il numero cambia a scatti
Un serbatoio bullonato non finisce con un diametro arbitrario. I pannelli sono larghi circa 1,2 m e il mantello è costruito con pannelli interi disposti lungo una circonferenza, quindi il diametro realizzato è un multiplo della larghezza del pannello e l'altezza realizzata è un numero intero di corsi. Per un diametro di 40 m, la circonferenza richiede circa 105 pannelli da 1,2 m; per un diametro di 36 m, circa 95 pannelli; e l'altezza viene poi divisa per l'altezza del corso, quindi un livello del liquido di 16 m su pannelli da 1,2 m corrisponde a circa 13 corsi e un livello di 24 m a circa 20 corsi. La verifica della capacità viene eseguita nuovamente sulle dimensioni corrette per confermare che il serbatoio soddisfi ancora i 20.000 m³, e il piccolo surplus di capacità viene mantenuto come margine di progetto anziché essere ridotto tagliando nuovamente i pannelli. Questo è anche il motivo per cui un serbatoio bullonato è facile da estendere: aggiungendo un corso di pannelli si aumenta l'altezza di un'altezza di pannello, e aggiungere pannelli alla circonferenza è possibile nello stesso sistema, quindi il progetto dovrebbe essere redatto tenendo conto del corso di estensione anche se non viene acquistato oggi. Quale diametro e altezza si adattano a un serbatoio da 20000 m3 in termini di pannelli è il diametro elencato e il numero intero di corsi che rimane entro il limite della gru, e la verifica della capacità viene poi rieseguita su quei numeri corretti.
Fondazione, tetto e vento: i limiti che contano davvero
L'opzione snella e alta è di solito quella che si scontra con le opere civili, non quella che si scontra con il volume. Un serbatoio di 32 m di diametro che contiene 20.000 m³ si erge per circa 25 m di liquido, il che impone una grande area di esposizione al vento sulla parete, richiede un ponteggio più alto e un sollevamento con gru, e moltiplica l'altezza di uscita della pompa e del pipe rack. Un serbatoio di 40–48 m di diametro che contiene lo stesso volume ha 11–16 m di liquido, il che riduce l'altezza della parete e il carico del vento sulla parete ma aumenta l'area del tetto, quindi il carico neve e il drenaggio del tetto diventano le verifiche dominanti, e il serbatoio copre una porzione maggiore del lotto. Dove il sito non è pianeggiante, un diametro maggiore è più semplice, perché la fondazione può essere un singolo anello o platea in calcestruzzo gettato in un'unica colata; dove il sito presenta una limitazione geotecnica, il serbatoio alto e stretto può richiedere palificazioni, il che di solito cambia la risposta più di qualsiasi discussione sul rivestimento.
Specifica Tecnica
Parametro | Valore tipico / Intervallo | Nota |
Volume di progetto | 20.000 m³ | Più bordo libero e pendenza del fondo |
Diametro tipico | 36–48 m | Determinato dal sito; si basa su multipli dei pannelli |
Altezza tipica del liquido | 11–20 m | Largo e basso o più alto e stretto |
Larghezza del pannello | ~1,2 m | Pannello bullonato prefabbricato |
Spessore del pannello | 3–12 mm a seconda del progetto | La corrosione è gestita con il rivestimento, non con lo spessore |
Bordo libero | 300–500 mm e oltre | Margine per sovratensione e schiuma |
Tetto | Cono, o cupola in alluminio AWWA D108 / API 650 | Carichi secondo ADM 2015 / ASCE 7-10 |
Rivestimento in smalto | Fuso a 820–930 °C, 0,25–0,45 mm | Prova di scintillamento 1500 V CC, pH 1–14 |
Finitura interna | Ra < 0,8 µm | Superficie pulibile |
Fondazione | Anello in cemento o base piatta con cedimento controllato | Dettaglio di ancoraggio secondo il carico del vento |
Trasformare i numeri in un progetto
Una volta definita la geometria, sono i dettagli a determinare quanto sia semplice possedere il serbatoio. Un servizio da 20.000 m³ in acqua è comunemente un serbatoio in vetro-smaltato-acciaio: smalto fuso a 820–930 °C, spessore 0,25–0,45 mm, classificato oltre 3.450 N/cm², testato a scintilla a 1500 V CC, tollerante a pH 1–14 e classificato per 30 anni e oltre, con una superficie con Ra inferiore a 0,8 µm. I giunti sono flangiati con guarnizioni EPDM e bulloni di grado 8.8, così il mantello può essere serrato nuovamente e successivamente sollevato o esteso, il che è il vantaggio pratico rispetto a un serbatoio saldato di questa dimensione. Dove l'acqua è aggressiva o il sito è costiero, un rivestimento epossidico applicato per fusione a 180–280 µm secondo AWWA C550 con nebbia salina superiore a 4000 ore è l'alternativa, e dove la certificazione per acqua potabile guida la scelta, la documentazione NSF/ANSI 61 e WRAS si applica alle superfici a contatto con l'acqua.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Serbatoio di acqua grezza di grande diametro | Namibia | Serbatoio GFS | 44.900 m³ | fornitura e supervisione della costruzione |
Stoccaggio acqua antincendio, due serbatoi | Sichuan, Cina | Serbatoio antincendio GFS | 8.930 m³ | fornitura e supervisione della costruzione |
Serbatoio di acqua potabile | Indonesia | Serbatoio di acqua potabile GFS | 21.099 m³ | fornitura e supervisione della costruzione |
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre d'acciaio smaltate all'anno, ha completato oltre 30.000 progetti installati e fornisce i propri serbatoi in oltre 100 paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i singoli serbatoi vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione è gestita secondo le norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e progettazione conforme a AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove richiesto dall'applicazione.
Per una capacità di 20.000 m³ ciò significa normalmente un serbatoio GFS bullonato con diametro e altezza impostati in base al lotto, pannelli a quarto di giro sequenziati per la suddivisione della spedizione, un disegno del tetto e delle fondazioni che corrisponda ai carichi di vento e neve, e un pacchetto di supervisione per il montaggio a bulloni e la prova di tenuta per il cantiere.
Domande frequenti
D1: Quali diametro e altezza danno esattamente 20.000 m³?
A1: Molte combinazioni lo fanno. Circa 48 m di diametro con 11 m di liquido, 40 m di diametro con 16 m, 36 m di diametro con 20 m e 32 m di diametro con 25 m danno tutti quasi 20.000 m³; la scelta dipende dal lotto, dalla gru e dalle fondazioni, e il numero finale cade su un multiplo della larghezza del pannello.
D2: Dovrei optare per una forma larga e bassa o alta e stretta?
R2: Larga e bassa riduce l'altezza della parete e il carico del vento sul guscio ma aumenta l'area del tetto, il carico neve e l'impronta a terra. Alta e stretta riduce l'area del lotto e l'area del tetto ma aumenta il carico del vento sul guscio e l'altezza del sollevamento con la gru. Di solito è la geotecnica delle fondazioni a decidere.
D3: Di quanto bordo libero ho bisogno?
R3: Un margine per sovratensione e schiuma di 300–500 mm è un punto di partenza comune per il servizio idrico, aumentato dove si forma schiuma, dove il livello oscilla a causa del ciclismo della pompa o dove il serbatoio sarà portato a un servizio più gravoso in seguito.
D4: Posso essere preciso con un serbatoio bullonato?
R4: L'altezza del liquido è un numero intero di corsi e il diametro è un numero intero di pannelli lungo una circonferenza, quindi la capacità fornita è vicina ma raramente identica a quella target. Progettare per il volume minimo richiesto e lasciare che i pannelli forniscano il resto.
D5: Un serbatoio da 20.000 m³ può essere ingrandito in seguito?
R5: Sì, su un serbatoio bullonato. Corsi aggiuntivi innalzano il mantello, pannelli aggiuntivi estendono l'impronta o si può aggiungere un serbatoio in parallelo, il che evita la sostituzione civile completa che sarebbe necessaria per un serbatoio saldato della stessa dimensione.
D6: Un diametro maggiore cambia il progetto della copertura?
A6: Sì. L'area del tetto determina il carico neve, la capacità di drenaggio e la struttura del tetto, e per un tetto a cupola riferito a AWWA D108 e API 650 i casi di carico provengono da ADM 2015 o ASCE 7-10, quindi un serbatoio largo e basso e un serbatoio alto e stretto non hanno lo stesso design del tetto.
Un serbatoio da 20.000 m³ è un problema geometrico lineare con una risposta su misura per il sito: il volume fissa il prodotto diametro-altezza, la larghezza dei pannelli determina le dimensioni finali, il lotto e la gru definiscono la suddivisione, e i casi di carico della fondazione e della copertura lo confermano. Nel servizio idrico e delle acque reflue, il mantello è normalmente un serbatoio in acciaio vetrificato bullonato o in epossidica, scelto per un giunto serrabile nuovamente e un rivestimento classificato per decenni anziché per un ciclo di riverniciatura. Inviate la capacità, i limiti del lotto e i carichi del sito e vi restituiremo il diametro, l'altezza e il numero di corsi con la copertura, la fondazione e l'ambito della prova di tenuta.
Parla con un ingegnere
Inviaci la capacità richiesta, le dimensioni del lotto e il limite di altezza, i dati su vento e neve, le condizioni sismiche e della fondazione, la capacità della gru in cantiere e la chimica del liquido. Ti restituiremo una raccomandazione su diametro e altezza con il numero di corsi e pannelli, la verifica dei carichi sul tetto e sulla fondazione, e il pacchetto di disegni e specifiche per il tuo archivio.
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