Libro 3, La planta completa · Parte VII, capítulo 32. Índice del libro. Antes: acero al carbono o inoxidable.
Al terminar este capítulo vas a poder:
- Calcular el diámetro y la altura de un tanque a partir de los litros útiles que necesitás.
- Distinguir la capacidad geométrica de la capacidad útil, y saber cuál te están cotizando.
- Estimar el peso vacío del tanque desde la chapa, y el peso lleno que carga sobre el piso.
- Revisar antes de comprar si el tanque entra en el lugar, si el suelo lo aguanta y si llega hasta ahí.
El caso: Lácteos La Cumbre
Pablo es el jefe de mantenimiento de Lácteos La Cumbre, una planta chica cerca de Villa María. La nueva línea de lavado necesita una reserva de 40.000 litros de agua, y en la planta hay un solo lugar libre: un patio de 6 × 6 metros al fondo, al que se entra por un portón de 3,80 m de ancho.
Pablo buscó "tanque de 40.000 litros", encontró una ficha con Ø3.500 × 4.200 mm y se quedó tranquilo. Susana, la dueña, le hizo tres preguntas que no supo contestar: si esos 40.000 litros son los que se pueden usar o los que entran hasta el borde; cuánto pesa eso lleno, porque el patio tiene un contrapiso viejo de 10 cm; y si el tanque pasa por el portón o hay que voltear la pared.
Las tres se contestan con una calculadora y una hoja. Este capítulo es esa hoja.
De los litros al diámetro y la altura
Un tanque vertical es un cilindro. Su volumen es el área del círculo por la altura:
volumen (m³) = 0,785 × diámetro² (m) × altura (m)
Un metro cúbico son 1.000 litros. La tabla 1 ahorra la cuenta: dice cuántos litros entran por cada metro de altura, según el diámetro.
| Diámetro | Litros por metro de altura |
|---|---|
| 2,5 m | 4.910 |
| 3,0 m | 7.070 |
| 3,5 m | 9.620 |
| 4,0 m | 12.570 |
| 4,5 m | 15.900 |
Tabla 1. Volumen por metro de altura de un cilindro vertical (0,785 × D² × 1.000).
Para un tanque de 25.000 litros de Ø3,2 m, por ejemplo: 0,785 × 3,2² = 8,04 m² de piso, y 25 ÷ 8,04 = 3,1 m de altura. Son exactamente las medidas de la ficha de ese tanque.
Capacidad geométrica y capacidad útil
Acá está la primera trampa. La capacidad geométrica es lo que entra en el cilindro hasta el borde. La capacidad útil es lo que realmente podés sacar, y siempre es menos, por dos motivos:
- Arriba: el rebose está por debajo del borde, y hay que dejar un margen para que el líquido no salga por el venteo al cargar. Según el líquido y el llenado se pierde del 5 al 10 %.
- Abajo: la salida está unos centímetros por encima del fondo, para no arrastrar los sedimentos. Ese fondo muerto no se usa nunca.
Como regla práctica, contá con un 90 % de capacidad útil sobre la geométrica. Entonces:
capacidad geométrica = litros útiles ÷ 0,90
Cuando te coticen un tanque, preguntá de cuál de las dos hablan, porque el número del nombre no siempre dice lo mismo. Hacé la cuenta con las medidas, también en nuestro catálogo. El tanque de 130.000 litros, de Ø4,5 × 8,2 m, tiene 130.400 litros hasta el borde y unos 117.000 útiles. El tanque de aceite de 6.000 litros, de Ø2,25 × 2 m, tiene 7.950 litros hasta el borde, así que sus 6.000 entran con margen.
Un tanque de "40.000 litros" de Ø3.500 × 4.200 mm tiene 40.400 litros hasta el borde, y unos 36.400 útiles. Si tu proceso necesita 40.000 de verdad, hay que pedirlo un poco más alto.
Cuánto diámetro y cuánta altura
Los mismos litros se pueden lograr con un tanque ancho y bajo o con uno angosto y alto. Cuatro cosas ayudan a decidir:
- El piso disponible. Hay que dejar al menos 1 m libre alrededor para pintar, inspeccionar y maniobrar, y sumar la escalera y las conexiones.
- La altura disponible. Cuentan el techo cónico (el 10 % del diámetro, más o menos) y la base. Mirá si hay cables, techos o conos de aproximación.
- La presión sobre el suelo. Un tanque más alto carga más por metro cuadrado. Lo vemos más abajo.
- El transporte. Un tanque entero viaja acostado: su diámetro es el ancho de la carga, como vemos en la sección de transporte.
En chapa casi no hay diferencia mientras el diámetro y la altura sean parecidos: el mínimo de superficie está cerca de altura igual a diámetro, y alrededor de ese punto la curva es muy plana. No vale la pena forzar las medidas para ahorrar chapa: conviene elegirlas por el lugar.
Cuánto pesa vacío
El peso del acero se calcula con la superficie de chapa y su espesor. Un metro cuadrado de chapa de 1 mm pesa 7,85 kg en acero al carbono y 7,93 kg en inoxidable. Entonces:
peso de chapa (kg) = superficie (m²) × espesor (mm) × 7,85
La superficie del cilindro es 3,14 × diámetro × altura, y el fondo y el techo son casi el área del círculo. A eso se le suma lo que no es chapa: silletas, escalera, conexiones, boca de hombre y orejas de izaje. En tanques como estos, cerca de un 10 % más.
Comprobémoslo con un tanque real, el de 25.000 litros de la tabla 2.
| Parte | Superficie | Acero al carbono | Inoxidable AISI 304 |
|---|---|---|---|
| Envolvente | 31,2 m² | 5 mm: 1.223 kg | 4 mm: 988 kg |
| Fondo | 8,0 m² | 6 mm: 379 kg | 4 mm: 255 kg |
| Techo cónico | 8,2 m² | 4,76 mm: 306 kg | 3 mm: 195 kg |
| Chapa total | 1.908 kg | 1.438 kg | |
| Accesorios | 192 kg | 152 kg | |
| Peso de la ficha | 2.100 kg | 1.590 kg |
Tabla 2. Peso de un tanque de 25.000 L, Ø3.200 × 3.100 mm. Espesores y pesos de las fichas; superficies calculadas.
Este número sirve para elegir la grúa y el camión. Para el piso, casi no importa.
Cuánto pesa lleno
Lo que carga el suelo es el líquido. Se calcula con la densidad: el agua, 1 kg por litro; los aceites, unos 0,9; el gasoil, unos 0,85. Y se calcula con el tanque lleno hasta el borde, porque alguna vez va a pasar.
Lleno de agua, el tanque de 25.000 litros pesa 25.000 + 2.100 = 27.100 kg. Repartidos en sus 8,04 m² son 3.370 kg/m², es decir 3,4 t/m². El de 130.000 litros pesa 130.000 + 7.520 = 137.520 kg sobre 15,9 m²: 8.650 kg/m², es decir 8,7 t/m². El mismo tipo de tanque, más de dos veces y media la presión, porque es más alto.
Para tener una idea, un suelo firme aguanta del orden de 10 a 20 t/m² (1 a 2 kg/cm²), y un relleno o un suelo blando bastante menos. Eso no reemplaza a un estudio de suelos, pero alcanza para saber cuándo hay que pedirlo: con 3 t/m² sobre terreno natural firme alcanza una platea común bien hecha; con 8 t/m² o con un relleno, se calcula.
Un contrapiso de 10 cm no es una fundación. Se fisura con el primer asentamiento, y el fondo plano del tanque queda trabajando sobre un apoyo desparejo. Tampoco alcanza con que aguante el centro: el perímetro carga además el peso de la envolvente y los anclajes.
En los tanques sobre patas, la cuenta es por pata. El tanque de aceite de 6.000 litros tiene 7.950 litros hasta el borde: con densidad 0,9 son 7.155 kg de aceite, más 970 kg de tanque, 8.125 kg entre cuatro patas. Son más de 2.000 kg en cada placa chica. Cada pata va sobre un dado de hormigón o una platea, nunca sobre tierra.
Cómo llega hasta ahí
Un tanque armado y probado en taller viaja en una sola pieza, acostado sobre un camión. Eso tiene mucha ventaja: las soldaduras se hacen y se ensayan bajo techo, y en obra solo hay que apoyarlo y conectarlo. Pero impone tres controles:
- Ancho. En Argentina, arriba de 2,60 m de ancho la carga viaja con permiso especial. Un tanque de Ø3 a 4,5 m viaja como carga ancha, con su permiso y su recorrido.
- Alto y largo. Sobre el carretón, un tanque de Ø4,5 m pasa por debajo de pocos puentes: el recorrido se revisa antes. Un tanque alto es además una carga larga.
- La última cuadra. Es la que más sorprende. Portones, cables, árboles y radios de giro del camión y de la grúa. Medilos antes de pedir la cotización.
Por encima de unos 4,5 m de diámetro ya no conviene transportarlo entero, y el tanque se arma en obra con otro costo y otros plazos. Por eso los tanques de mucha capacidad del catálogo crecen en altura con Ø4,5 m.
Ejemplo resuelto: el tanque de Pablo
Datos. 40.000 litros útiles de agua. Patio de 6 × 6 m, portón de 3,80 m, sin cables por encima de 6 m. Chapa de referencia: envolvente de 5 mm, fondo de 6 mm, techo de 4,76 mm.
Paso 1. Capacidad geométrica. 40.000 ÷ 0,90 = 44.400 litros, 44,4 m³.
Paso 2. Límite de diámetro por el lugar. Patio de 6 m, con 1 m libre a cada lado: Ø máximo 4 m.
Paso 3. Dos opciones. Con la tabla 1:
| Opción | Altura de envolvente | Superficie de chapa | Peso vacío | Lleno de agua | Presión sobre el piso |
|---|---|---|---|---|---|
| Ø4,0 m | 44,4 ÷ 12,57 = 3,53 m | 44,4 + 12,6 + 12,8 m² | 3.100 kg | 47.500 kg | 3,8 t/m² |
| Ø3,5 m | 44,4 ÷ 9,62 = 4,62 m | 50,8 + 9,6 + 9,8 m² | 3.100 kg | 47.500 kg | 4,9 t/m² |
La cuenta de peso del de Ø4,0 m: 44,4 × 5 × 7,85 = 1.743 kg de envolvente; 12,6 × 6 × 7,85 = 592 kg de fondo; 12,8 × 4,76 × 7,85 = 478 kg de techo; suman 2.813 kg y, con un 10 % de accesorios, 3.100 kg. El de Ø3,5 m da lo mismo: como se dijo, cerca de altura igual a diámetro la chapa casi no cambia.
Paso 4. El portón. El tanque viaja acostado, así que su ancho es el diámetro. El de Ø4,0 m no pasa por un portón de 3,80 m. El de Ø3,5 m pasa, con 15 cm de cada lado. Eso decide, y además le deja 1,25 m libres por lado en el patio.
Paso 5. La altura total. 4,62 m de envolvente, 0,35 m de techo y 0,20 m de platea: 5,2 m, por debajo de los 6 m disponibles. Lleva escalera marinera para llegar al techo.
Paso 6. El piso. 4,9 t/m² no se apoyan sobre un contrapiso de 10 cm. Hay que hacer una platea de hormigón armado calculada para el suelo del lugar, y conviene un estudio de suelos simple, porque es un patio con relleno viejo.
La respuesta para Susana: 40.000 litros útiles son un tanque de Ø3,5 × 4,6 m, que pesa unos 3.100 kg vacío y casi 48 toneladas lleno. Pasa por el portón, y el contrapiso se reemplaza por una platea antes de que llegue el camión.
Ejercicios
Ejercicio 1 (cálculo): un tanque de 15.000 litros
Una planta necesita 15.000 litros útiles de agua y tiene lugar para Ø3,0 m. Calculá la altura de envolvente, el peso vacío con chapa de 4,76 mm en todas las partes y 10 % de accesorios, y la presión sobre el piso con el tanque lleno.
Solución
Geométrica: 15.000 ÷ 0,90 = 16.670 L. Altura: 16,67 ÷ 7,07 = 2,36 m; redondeamos a 2,4 m, con lo que entran 7,07 × 2,4 = 17,0 m³. Superficie: 3,14 × 3,0 × 2,4 = 22,6 m² de envolvente, más 7,07 de fondo y 7,2 de techo, 36,9 m². Chapa: 36,9 × 4,76 × 7,85 = 1.379 kg; con accesorios, unos 1.520 kg. Lleno: 17.000 + 1.520 = 18.520 kg; sobre 7,07 m², 2.620 kg/m², es decir 2,6 t/m².
Ejercicio 2 (decisión): el apoyo de las patas
Un tanque acumulador de 10.000 litros, Ø2,3 × 2,4 m, pesa 1.120 kg y va sobre cuatro patas. Supongamos placas de 200 × 200 mm. Lo quieren apoyar sobre el terreno natural compactado, que aguanta 1 kg/cm². ¿Se puede? Si no, ¿qué hace falta?
Solución
Lleno: 0,785 × 2,3² × 2,4 = 9,97 m³, 9.970 kg de agua, más 1.120 kg: 11.090 kg. Por pata: 2.773 kg. Sobre una placa de 400 cm²: 6,9 kg/cm², casi siete veces lo que aguanta el terreno: se hunde. Hace falta repartir la carga. Para 1 kg/cm², cada pata necesita 2.773 cm², un dado de hormigón de unos 55 × 55 cm, o mejor una platea común a las cuatro patas, que además evita que se asienten distinto.
Ejercicio 3: Para tu planta
Con una cinta métrica, recorré el camino del tanque:
- Anotá los litros útiles que necesitás y pasalos a geométricos.
- Medí el lugar: largo, ancho y altura libre, y restá 1 m por lado.
- Calculá dos opciones de diámetro y altura con la tabla 1.
- Medí el camino desde la calle: portones, cables, árboles y lugar para la grúa.
- Averiguá qué hay debajo del lugar elegido: contrapiso, relleno o terreno natural.
Si no tenés claro el suelo, pedí un estudio antes de comprar. Sale mucho menos que un tanque inclinado.
Errores comunes
- Confundir litros geométricos con litros útiles. Es perder cerca de un 10 % de la reserva que se pensaba tener.
- Apoyar el tanque sobre el contrapiso que hay. El piso se calcula con el tanque lleno, y un fondo plano apoyado sobre un piso que se fisura trabaja mal desde el primer día.
- No medir la última cuadra. El tanque llega, está probado y no pasa por el portón.
- Olvidar el techo y la base en la altura. El límite se mide con el tanque terminado, no con la envolvente.
- Pegar el tanque a la pared. Sin un metro libre no se puede inspeccionar ni repintar ese lado, y justo ahí aparece la corrosión.
Qué máquina corresponde
Las medidas del catálogo son de referencia y se ajustan a tu lugar. Estos son puntos de partida, con los datos de cada ficha.
- La escala de Pablo: tanque de acero de 40.000 litros, Ø3.500 × 4.200 mm de referencia. Para 40.000 litros útiles se pide más alto, como en el ejemplo. Si el agua lo pide, también en acero inoxidable.
- Reserva chica sobre patas: tanque acumulador de 10.000 litros, Ø2.300 × 2.400 mm, 1.120 kg.
- Gran volumen: tanque de agua de 130.000 litros, Ø4.500 × 8.200 mm, 7.520 kg, entregado en una pieza como carga ancha.
Resumen en cinco líneas
- Los litros por metro de altura salen de 0,785 × D² × 1.000, y con eso se eligen el diámetro y la altura.
- La capacidad útil es cerca del 90 % de la geométrica, y hay que preguntar de cuál te hablan.
- El peso vacío sale de la superficie de chapa por el espesor por 7,85, más un 10 % de accesorios.
- El piso se calcula con el tanque lleno, y un tanque más alto carga más por metro cuadrado.
- Un tanque entero viaja acostado: su diámetro tiene que pasar por todo el camino, hasta el último portón.
Preguntas de repaso
1. ¿Por qué un tanque de 40.000 litros geométricos no te da 40.000 litros? Porque arriba hay un margen hasta el rebose y abajo un fondo muerto que no se saca. Contá con cerca del 90 % útil.
2. ¿Qué pasa con la chapa si cambiás un tanque ancho y bajo por uno angosto y alto del mismo volumen? Mientras diámetro y altura sean parecidos, casi nada: el mínimo de superficie está cerca de altura igual a diámetro, y alrededor de ese punto cambia muy poco. Por eso las medidas se eligen por el lugar.
3. ¿Por qué el peso del tanque casi no importa para la fundación? Porque el líquido pesa mucho más: 25.000 kg de agua contra 2.100 kg de tanque. El peso vacío importa para la grúa y el camión.
4. ¿Por qué el tanque de 130.000 litros carga más de dos veces y media por metro cuadrado que el de 25.000? Porque es más alto, y la presión sobre el piso depende sobre todo de la altura de líquido: 8,2 m contra 3,1 m.
5. ¿Por qué los tanques grandes del catálogo crecen en altura y no en diámetro? Porque con Ø4,5 m todavía se pueden fabricar y entregar en una pieza. Más anchos se arman en obra, con otro costo y otros plazos.
Conceptos clave
- Capacidad geométrica: lo que entra en el tanque hasta el borde.
- Capacidad útil: lo que se puede sacar, descontados el margen superior y el fondo muerto.
- Envolvente: la parte cilíndrica del tanque, formada por virolas de chapa rolada y soldada.
- Virola: cada anillo de chapa de la envolvente.
- Fondo muerto: el líquido que queda por debajo de la conexión de salida.
- Platea: losa de hormigón armado que reparte la carga del tanque sobre el suelo.
- Tensión admisible del suelo: la carga por superficie que el terreno soporta sin asentarse de más; se expresa en t/m² o kg/cm².
- Carga ancha: transporte de una pieza que supera el ancho permitido y viaja con permiso especial.
Referencias
- American Petroleum Institute. API Standard 650: Welded Tanks for Oil Storage. 13.ª edición. 2020.
Lo que sigue
En el capítulo 33 aplicamos todo esto al líquido más común en el campo y en la obra: el gasoil, con sus cuentas de autonomía y su dique de contención. Si ya mediste el lugar, mandanos las medidas y revisamos con vos las opciones de diámetro y altura.
