Wysoki zbiornik może mieć stosunkowo niewielką powierzchnię podstawy, a jednocześnie mieścić dużą objętość cieczy. Taka geometria pozwala oszczędzić miejsce w hali, ale stawia większe wymagania konstrukcji. Im wyższy słup cieczy, tym większe ciśnienie działa na dolną część ścian. Dlatego wysokości zbiornika nie można traktować wyłącznie jako wymiaru wynikającego z dostępnej przestrzeni.
Ciśnienie rośnie wraz z wysokością słupa cieczy
Ciśnienie hydrostatyczne zależy od wysokości słupa cieczy oraz jej gęstości. Przy powierzchni cieczy ciśnienie wywołane jej ciężarem wynosi praktycznie zero, natomiast przy dnie osiąga najwyższą wartość. W przypadku wody słup o wysokości 5 m wywołuje przy dnie ciśnienie około 49 kPa, czyli blisko 0,5 bara.
W zbiorniku wypełnionym cieczą o większej gęstości obciążenie będzie jeszcze większe. Z tego powodu projektant musi znać nie tylko pojemność zbiornika, lecz także rodzaj medium, jego gęstość oraz maksymalny poziom napełnienia.
Dolna część ścian przenosi największe obciążenia
Wysokiego zbiornika nie powinno się projektować tak, jakby cała jego ściana pracowała w jednakowych warunkach. Największe naprężenia pojawiają się w dolnej strefie, ponieważ działa tam największe ciśnienie cieczy.
Właśnie dlatego zbiorniki z tworzywa sztucznego mogą wymagać zróżnicowanej grubości ścian albo odpowiednio rozmieszczonych wzmocnień. Duże znaczenie ma również kształt konstrukcji. Ściana zbiornika cylindrycznego przenosi obciążenia inaczej niż płaska ściana zbiornika prostopadłościennego, która ma większą skłonność do ugięcia.
Wzmocnienia ograniczają odkształcenia wysokiego zbiornika
W zbiornikach prostopadłościennych stosuje się między innymi żebra i profile wzmacniające. Ich rozstaw oraz przekrój dobiera się do wysokości konstrukcji, wymiarów ścian i parametrów medium. Wzmocnienia ograniczają wybrzuszanie płyt pod naporem cieczy.
Samo zwiększanie grubości materiału nie zawsze stanowi najlepszą odpowiedź. Projekt powinien rozłożyć obciążenia w taki sposób, aby ściany zachowały wymaganą geometrię również podczas długotrwałego napełnienia.
Temperatura zmienia zachowanie tworzywa
PP, PE czy PVC nie zachowują stałej sztywności niezależnie od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury materiał może stać się bardziej podatny na odkształcenia. Tworzywa pod stałym obciążeniem wykazują też pełzanie, czyli stopniową zmianę odkształcenia w czasie.
Zbiornik przeznaczony do gorącego medium wymaga więc innych założeń niż konstrukcja o tej samej wysokości i pojemności pracująca z cieczą w temperaturze pokojowej. Projektant powinien znać temperaturę roboczą oraz możliwe jej wahania.
Króćce i otwory wymagają uwagi szczególnie przy dnie
Króćce, rewizje i inne otwory zmieniają sposób przenoszenia naprężeń przez ścianę. Ma to szczególne znaczenie w dolnej części wysokiego zbiornika, gdzie napór cieczy jest największy. Lokalizacja przyłączy powinna więc wynikać zarówno z przebiegu instalacji, jak i z obliczeń konstrukcyjnych.
Wysokość zbiornika trzeba uwzględnić już na etapie projektu
Pojemność sama nie mówi, jak powinna wyglądać konstrukcja zbiornika. Dwa zbiorniki mieszczące taką samą ilość cieczy mogą wymagać innych grubości ścian i innego układu wzmocnień, jeśli różnią się wysokością, szerokością lub kształtem.
Dlatego przed wykonaniem wysokiego zbiornika trzeba określić jego geometrię, poziom napełnienia, właściwości medium, temperaturę pracy oraz rozmieszczenie przyłączy. Dopiero zestaw tych danych pozwala dobrać konstrukcję, która zachowa odpowiednią sztywność podczas eksploatacji.
