Questo strumento per il calcolo del volume e della capacità del serbatoio determina la capienza totale, la quantità di liquido a un determinato livello di riempimento e il volume libero residuo. Il calcolo si basa sulle dimensioni geometriche e tiene conto della forma del serbatoio, compresi gli elementi cilindrici, rettangolari, ellittici, sferici e conici.
Il calcolatore è adatto a serbatoi d'acqua, serbatoi di carburante, contenitori di accumulo e altri recipienti con geometria nota. I risultati sono espressi in litri o metri cubi.
Capacità geometrica. Il volume totale si determina dalle dimensioni interne del serbatoio. Lunghezza, larghezza, altezza e diametri si inseriscono in centimetri. Le misure vengono convertite in metri usando il fattore 0,01. Il volume calcolato è espresso in m3 e, se necessario, convertito in litri secondo 1 m3 = 1000 l.
Livello di riempimento. L'altezza del liquido si misura verticalmente dal punto più basso della cavità interna del serbatoio fino alla superficie del liquido. Si considera solo la parte del volume geometrico al di sotto di questo livello. Se l'altezza inserita supera l'altezza totale del serbatoio, per il calcolo si usa l'altezza massima consentita.
Ipotesi geometriche. Tutte le superfici sono considerate figure geometriche ideali con le dimensioni costanti specificate. I serbatoi a capsula hanno estremità emisferiche, quelli ellittici mantengono una sezione ellittica costante lungo la lunghezza e negli elementi conici il diametro cambia linearmente con l'altezza. Non si applicano coefficienti correttivi per materiale, temperatura o deformazione.
Cilindro verticale. L'area della base circolare viene moltiplicata per l'altezza del serbatoio. Il raggio è pari alla metà del diametro interno. Per il riempimento parziale si usa l'altezza del liquido al posto dell'altezza totale.
V = π × R2 × H
R è il raggio interno in metri, H l'altezza in metri e π ≈ 3,14159265. Per esempio, un serbatoio con diametro di 100 cm e altezza di 200 cm ha una capacità totale di circa 1570,8 l.
Cilindro orizzontale. Il volume totale si ottiene moltiplicando l'area della sezione circolare per la lunghezza. Per il riempimento parziale si determina l'area del segmento circolare sotto la superficie del liquido e la si moltiplica per la lunghezza del cilindro. Il volume del liquido, quindi, non cresce linearmente con l'altezza di riempimento.
Serbatoio rettangolare. La capacità totale è il prodotto della lunghezza, della larghezza e dell'altezza interne. Il volume del liquido si calcola allo stesso modo, utilizzando però il livello effettivo di riempimento al posto dell'altezza totale.
V = L × W × H
Nella formula L indica la lunghezza, W la larghezza e H l'altezza, tutte in metri. Per esempio, un serbatoio di 200 × 100 × 120 cm ha una capacità di 2,4 m3, pari a 2400 l.
Capsula. Questo recipiente è formato da una parte cilindrica e da due estremità emisferiche. Le due semisfere formano insieme una sfera completa. Il volume totale equivale quindi alla somma del volume del cilindro e di quello di una sfera con lo stesso raggio.
V = π × R2 × L + 4 × π × R3 / 3
L rappresenta soltanto la lunghezza della parte cilindrica in metri, escluse le estremità sferiche. In posizione verticale, il riempimento si calcola per fasi: prima la parte sferica inferiore, poi quella cilindrica e infine quella sferica superiore. In posizione orizzontale si sommano il volume del segmento circolare del cilindro e il volume corrispondente delle estremità sferiche.
Serbatoio ellittico. La sezione trasversale viene considerata un'ellisse. I suoi semiassi corrispondono a metà della larghezza interna e a metà dell'altezza interna. Il volume totale si ottiene moltiplicando l'area dell'ellisse per la lunghezza del serbatoio.
V = π × a × b × L
a è metà della larghezza, b metà dell'altezza e L la lunghezza, tutte in metri. Per il riempimento parziale si considera solo l'area dell'ellisse sotto la superficie del liquido. In questo modo si tiene conto dell'aumento non lineare del volume al crescere del livello.
Tronco di cono. La capacità totale si determina dai raggi superiore e inferiore e dall'altezza. L'area della sezione orizzontale varia con l'altezza, poiché il diametro aumenta o diminuisce uniformemente.
V = π × H × (R12 + R1 × R2 + R22) / 3
R1 è il raggio inferiore, R2 quello superiore e H l'altezza, tutti in metri. Per il riempimento parziale si determina prima il raggio alla quota del liquido. Poi si utilizza la stessa formula per calcolare il volume della parte inferiore riempita.
Serbatoio con fondo conico. La capacità totale è la somma del volume del tronco di cono inferiore e del cilindro sovrastante. Finché il liquido rimane nel fondo conico, si calcola solo la parte riempita del cono. Quando raggiunge la parte cilindrica, al volume dell'intero cono si aggiunge il volume del liquido nel cilindro.
Serbatoio con sommità conica. Si calcola prima il volume del cilindro inferiore e poi quello del tronco di cono superiore. Finché il liquido si trova nel cilindro, il suo volume è proporzionale all'altezza di riempimento. A livelli superiori si aggiunge il volume della parte riempita del cono, tenendo conto della variazione del diametro.
Volume del liquido. Per ogni forma si calcola il volume geometrico sotto il livello indicato. Con altezza di riempimento pari a 0, il volume del liquido è 0. Quando il livello raggiunge l'altezza totale del serbatoio, coincide con la capacità complessiva.
Volume libero. È la differenza tra capacità totale e volume attuale del liquido. Per esempio, se un serbatoio contiene al massimo 2000 l e al momento ne contiene 750 l, rimangono disponibili 1250 l.
Percentuale di riempimento. Il volume del liquido viene diviso per la capacità totale e moltiplicato per 100. Nell'esempio il serbatoio è pieno al 37,5 %. La percentuale si basa sul volume e non sul rapporto tra l'altezza del liquido e l'altezza totale del serbatoio.
Tra le norme europee pertinenti ai serbatoi industriali in acciaio figurano EN 12285-1 (serbatoi orizzontali in acciaio fabbricati in officina per lo stoccaggio interrato di liquidi potenzialmente inquinanti per l'acqua), EN 12285-2 (serbatoi analoghi per lo stoccaggio fuori terra) ed EN 14015 (progettazione e fabbricazione in sito di serbatoi verticali cilindrici saldati in acciaio, con fondo piano).
Queste norme stabiliscono requisiti per le rispettive strutture e la loro fabbricazione. La capacità geometrica si calcola dalle dimensioni del serbatoio senza applicare automaticamente coefficienti di progettazione strutturale previsti dalle norme.
Dipende dalla forma del serbatoio. In un recipiente rettangolare o in un cilindro con sezione orizzontale costante, il volume è proporzionale all'altezza del liquido. In un tronco di cono o in un serbatoio con fondo conico, l'area della sezione orizzontale varia con l'altezza, quindi metà altezza può corrispondere a molto meno o molto più della metà del volume. In un cilindro orizzontale a sezione circolare, invece, un livello pari a metà diametro rappresenta esattamente metà della capacità.
Si utilizzano il diametro interno, la lunghezza del serbatoio e l'altezza verticale del liquido misurata dal fondo. Il calcolatore determina l'area del segmento circolare riempito e la moltiplica per la lunghezza del cilindro. In questo modo considera la curvatura delle pareti e calcola il volume del liquido per qualsiasi livello ammissibile.
Alla parte cilindrica della capsula si aggiunge il volume di due estremità emisferiche. A parità di diametro e lunghezza della parte cilindrica, la capacità totale della capsula è maggiore. Anche la sua lunghezza complessiva è maggiore di un diametro, perché le estremità vengono conteggiate separatamente.
A parità di dimensioni, i serbatoi con fondo conico e con sommità conica possono avere la stessa capacità totale, ma volumi di liquido diversi alla stessa altezza di riempimento. Questo dipende dalle diverse aree delle sezioni orizzontali alle rispettive quote. Il calcolatore tiene conto della posizione del cono e della variazione del diametro con l'altezza.
Il calcolo geometrico presuppone una forma interna idealizzata. Un serbatoio reale può avere raccordi arrotondati, elementi sporgenti, componenti aggiuntivi o dimensioni interne diverse da quelle nominali. Pertanto, la capacità geometrica calcolata può differire dal valore dichiarato. Per una stima accurata del volume di un serbatoio esistente è preferibile utilizzare le sue dimensioni interne effettive.