Calibración en tanques de petróleo

Enviado por nestor

Resumen
Importancia de las
calibraciones
Métodos de
calibración
Especificaciones para tanques
especiales
Recalibración
Conclusiones y
Recomendaciones
Bibliografía
Anexos

RESUMEN

El objetivo de
este trabajo es
brindar una síntesis
de los principales métodos
para el cálculo de
las Tablas de Capacidad de los Tanques (TCT) destinados al
almacenaje y trasiego de combustibles, haciendo énfasis en
la importancia que tienen las mediciones que se realizan para
conformar dicha tabla. También se presentan
fenómenos que afectan las dimensiones del tanque
realizándose una recalibración.

Se hace un resumen de los principales métodos de
aforo de tanques de almacenamiento,
proceso donde
se obtienen las capacidades de operación de cada uno y que
resulta la mayor fuente de incertidumbre en el inventariado de
tanques.

Palabras claves:

Calibración

Inventariado

Tanques

Petróleo

Medición

Rolo

TCT

Capacidad

CALIBRACION DE TANQUES

Terminología

Calibración (aforo): Proceso para
determinar la capacidad total del tanque, o las
correspondientes capacidades parciales a diferentes
alturas.
Rolo: Anillo circular formado por las planchas
del tanque.
Capacidad: Volumen total
del tanque.
TCT (Tabla de Capacidad del Tanque): Muestra las
capacidades de los volúmenes en un tanque
correspondiente a diferentes niveles del líquido medidos
desde un punto de referencia.

Altura de referencia: Altura medida desde el
punto de referencia hasta la placa del fondo del tanque, la
cual establece el nivel cero del mismo.
Mediciones críticas: Mediciones que se
realizan con instrumentos patrones para garantizar la mejor
precisión posible.

API (American Petroleum Institute): Instituto
Americano del Petróleo.
ISO (International Organization for
Standardization): Organización Internacional de Normalización.
ONN: Oficina
Nacional de Normalización.
INIMET: Instituto Nacional de Investigaciones
Metrológicas.

1.1) Importancia
de las calibraciones
(B1)

La exactitud en la determinación de las dimensiones de
un tanque es un factor muy importante para la
determinación del volumen del líquido si tenemos en
cuenta las consecuencias que tienen las mediciones incorrectas en
una Tabla de Capacidad errónea, la cual puede permanecer
en uso durante un largo periodo de tiempo antes
de que sea advertido el error. Los errores en la Tabla de
Capacidad originan errores en la contabilización de los
contenidos del tanque, y por tanto, que las transacciones
comerciales y pagos están sujetos a litigios y
discusiones. Los problemas que
se plantean por estos errores son muy difíciles, y a
veces, imposibles de resolver sin pérdidas por una de las
partes involucradas. Como resulta tan importante el método y
el grado de exactitud empleados al tomar las dimensiones de un
tanque, deben ser presenciadas por todas las partes interesadas
en determinar las existencias en un tanque calibrado.

A pesar de que muchos tanques en un mismo parque puedan
parecer idénticos, si aplicamos mediciones con elevada
precisión notaremos que cada uno tiene dimensiones
únicas. Por lo tanto no es aceptable realizar las tablas
de calibración de tanques basados en los planos
ingenieriles utilizados en su construcción, especialmente si estas
medidas van a ser utilizadas para crear una base de datos
para el posterior cálculo de masa y volumen.

Un pequeño error en las mediciones conlleva a serias
discrepancias en el registro de
calibración. Esto introduce errores sistemáticos en
el cálculo de las cantidades, ya sean de entradas o
salidas del tanque en el tiempo en que esté en servicio, o
hasta que se le realice una nueva calibración.

1.2) Métodos
de Calibración (B2)

La calibración de un tanque puede ejecutarse por uno de
los métodos siguientes:

Geométrico.
Volumétrico.
Gravimétrico.

La selección
del método o del procedimiento
está relacionada con la capacidad nominal del tanque, su
forma, su ubicación, las condiciones de uso, etc.

1.2.1 Método Geométrico

Los métodos geométricos consisten en una
medición directa o indirecta de las
dimensiones exteriores o interiores del tanque, de las obras
muertas positivas y negativas y del techo o pantalla flotante, si
son acoplados.

Para la calibración geométrica se emplean los
siguientes métodos:

Método de Encintado para tanques
cilíndricos verticales (NC-ISO 7507-1
[T]).
Método de la Línea Óptica de
Referencia para tanques cilíndricos verticales (ISO
7507-2) (ver Anexo [A 3.1]).
Método de Triangulación Óptica, para
tanques cilíndricos verticales (ISO 7507-3).
Método electro-óptico de distancias
ordenadas mediante mediciones internas (ISO 7507-4).
Método electro-óptico de distancias
ordenadas mediante mediciones externas (ISO 7507-5).

Notas:

El procedimiento de medición interna por medio de
una cinta con un dispositivo para tensar, generalmente no se
admite para la calibración de tanques que contienen
líquidos involucrados en el comercio
internacional, excepto cuando otro método mejor no
pueda ser aplicado (por ejemplo, en el caso de tanques aislados
térmicamente) (B2).
En cada uno de estos métodos es necesario una
corrección por temperatura
[A 3.3], debido a que en el momento de la
calibración del tanque es común que exista
producto en
su interior, por lo que se ve afectada su estructura
debido a la deformación que este provoca en el
casco.

Los métodos geométricos pueden ser usados en
tanques con una capacidad nominal de alrededor de 50
m3 y más, que posean forma geométrica
regular y que no presenten deformaciones (B2).

1.2.2 Método Volumétrico (B2).

En general se usa para cualquier tipo de tanque aunque se
recomienda según la norma API 2555 [T] para
capacidades [T] entre 8 y 80 m3 (como
restricción volumétrica).

Las mediciones se realizan con ayuda de una instalación
patrón que cuenta con un caudalímetro que garantice
la exactitud requerida y una cinta metálica patrón
(clase 1) con
plomada, ambos calibradas y certificadas por el organismo
metrológico estatal, preferentemente acreditado.

La calibración puede realizarse con combustible o
agua,
prefiriéndose este último como líquido de
trabajo debido a que garantiza mayor seguridad
(líquido poco volátil y no inflamable).

El método volumétrico es generalmente usado para
la calibración de tanques de las siguientes
categorías:

Tanques soterrados, de cualquier tipo.
Tanques a nivel del suelo o
elevados sobre el suelo, con capacidad nominal hasta 100
m3.
Tanques, de forma no adecuada para la utilización
de un método geométrico.

Condiciones para el aforo:

Durante el aforo deben observarse todas las reglas de
seguridad y contra incendios,
necesario para la prevención de accidentes
de cualquier tipo.
Se prefiere que el recipiente se encuentre totalmente
vacío y limpio antes de comenzar el
trabajo.
Se establecen exigencias para el control de
la temperatura tanto ambiental como del líquido de
trabajo (agua o combustible).
El recipiente deberá ser hermético.

La TCT [T] resultante puede emplearse, como en los
otros métodos, como referencia para la instalación
de equipos de sondeo apropiados para la determinación de
la capacidad del tanque de manera automatizada (B2).

La calibración volumétrica puede hacerse
mediante dos procedimientos:

Por llenado
Por vaciado

El primero es aconsejable para tanques soterrados debido a su
posición con respecto al suelo, la cual sería poco
práctica en el procedimiento de vaciado. En ambos casos se
utiliza un caudalímetro o tanque patrón, ya sea
este último portátil o estacionario.

Consiste en llenar (o vaciar) por etapas el tanque a calibrar
y empleando una cinta con plomada se van midiendo los niveles de
llenado, conformándose una tabla de volumen contra nivel
(TCT) [A 3.2]. Estas etapas estarán en
correspondencia con la capacidad y forma del tanque (ver
especificaciones para esferas y esferoides).

El diámetro del tanque patrón de prueba
deberá ser menor que el del tanque a calibrar con el
objetivo de obtener una buena precisión en las mediciones.
En el caso específico de tanques de prueba estacionarios
estos deberán ser calibrados mediante mediciones
críticas [T] o a través de un
caudalímetro master.

En muchas ocasiones es necesario calibrar los fondos de los
tanques cilíndricos verticales utilizando este
método debido a las deformaciones irregulares que suelen
sufrir estos debido a la presión
del líquido durante el servicio.

1.2.3 Método gravimétrico.

Consiste en determinar la masa del tanque a calibrar
primeramente lleno de agua y después de vaciado con
básculas de elevada precisión. La diferencia entre
ambas mediciones permite calcular el volumen del tanque mediante
la densidad del
producto utilizado en la calibración (agua)
(B4).

Para confeccionar la TCT se procede de igual manera que el
método volumétrico, o sea, mediante etapas de
llenado o de vaciado se obtienen las capacidades parciales a
diferentes niveles utilizando la masa como parámetro
intermedio.

Se realizan las correcciones correspondientes por efecto de la
temperatura sobre la densidad del agua así como las
propias debido al proceso de pesada.

1.3) Especificaciones
para tanques especiales (B3).

1.3.1 Tanques Esféricos

Método Geométrico

Debido a la propia forma esférica del tanque la
medición externa usando el procedimiento descrito en el
Método de Encintado se torna extremadamente difícil
de ejecutar. Es por ello que se procede a calcular el volumen
total de la esfera tomándose fundamentalmente tres
medidas. La primera consistirá en medir con una cinta
métrica el ecuador de la
esfera y las siguientes dos mediciones pasando verticalmente por
los polos y formando en este punto un ángulo de 90º.
El cálculo de volúmenes parciales a diferentes
alturas de medición se hará mediante
fórmulas o una tabla de Volumen parcial vs. Nivel de
líquido medido en el interior de la esfera
(B3).

En este tipo de tanque se establecen dos líneas de
capacidad principales. Una de ellas se denomina línea
de capacidad de fondo situada en el punto inferior interno
del tanque que pasaría tangencialmente y otra en el punto
superior del interior del tanque denominada línea tope
de capacidad. En estos tanques no existe agua libre en el
fondo (B3).

Para ver como queda conformada la T.C.T. por este
método ver Anexo [A 3.1].

Método
Volumétrico.

Como primer paso el tanque debe llenarse con agua hasta
alcanzar su capacidad total. Posteriormente se irá
descargando esta agua en tanques patrones ya calibrados
utilizados con este fin y luego efectuar las mediciones de
volumen en el mismo por cada pulgada que baje el nivel en el
interior del tanque esférico en las zonas que comprenden
el 1/4 inferior y el 1/4 superior de su línea central y
cada 2¨ (5.08 cm.) en la zona intermedia quedando establecida
de esta forma la T.C.T. (B3).

1.3.2 Tanques Esferoidales

Método Volumétrico.

Son un caso bastante semejante a los esféricos a la
hora de construir la T.C.T aplicando el método
volumétrico con la diferencia de que estos poseen las
líneas de capacidad superior e inferior de manera
diferente por lo que las etapas de llenado o vaciado se
establecen de la manera siguiente:

Se debe introducir agua hasta alcanzar la línea de
capacidad superior e ir descargándola en los tanques
patrones, de manera que queden registrados los volúmenes
drenados por cada pulgada comprendida entre el 1/4 inferior y el
1/4 superior de la distancia entre las líneas de capacidad
superior y de fondo, y cada 2¨ (5.08 cm.) en el tramo
intermedio. Como paso final construir la TCT mostrando los
volúmenes parciales contra altura de llenado.

Método Geométrico

Debido a que estos tanques en Cuba no
existen, si se desea conocer la calibración por este
método referirse a la norma API 2552.

1.3.3 Caso específico de tanques horizontales para
almacenar gas licuado
(sistema de
circuito cerrado o tanque presurizado).

La TCT en este caso quedará conformada según el
método volumétrico pero con la especificidad de
trabajar ya no con mediciones de altura basada en unidades de
longitud contra volumen parcial, sino con el tanto por ciento de
las etapas de llenado vs. volumen parcial debido a que el
equipo encargado de realizar el inventario de
nivel indica la proporción de líquido en el
interior del tanque con relación a la altura total del
mismo, por lo que al introducir la lectura del
equipo en la TCT, esta nos dará el volumen correspondiente
al tanto por ciento ocupado por el producto en el tanque.

Resumen de los métodos de calibración
según el tipo de tanque

Tabla 3.1 Método de Calibración
más usado según tipo de tanque.

Tipo de tanque	Método de Calibración
Cilíndricos Verticales	Geométrico*
Cilíndricos Horizontales	Volumétrico
Esferas	Volumétrico**
Esferoides	Volumétrico***
Carros Cisternas	Volumétrico
Ferro Cisternas	Volumétrico

* También podrá usarse el Método
Volumétrico cuando la capacidad del tanque sea
pequeña.

** En casos específicos se utilizará el
método geométrico (ver Anexo [A
3.1])

*** Si se desea calibrar mediante el método
geométrico ver norma API 2552.

1.4)
Recalibración.

Las Normas Cubanas
establecidas por las ONN [T] y por el INIMET [T]
plantean que cada 5 años como máximo se le debe
realizar una nueva calibración a los tanques, ya sea
debido a la deformación sustancial que sufren sus planchas
causado por la presión del producto o a la
incorporación de nuevos elementos en la pared interior del
tanque. También se recalibrará cuando el tanque se
haya reparado total o parcialmente, según programas de
mantenimiento,
por daños físicos (deformaciones por golpes), o
cuando vaya a almacenar un producto que difiera en densidad del
que fue concebido en los cálculos de la TCT.

1.4.1 Fenómeno de dilatación debido a la
presión del líquido (B1).

Conocida la densidad del líquido contenido en el tanque
a la temperatura de almacenamiento, el diámetro nominal
del tanque, el módulo de elasticidad del
acero de sus
paredes, así como la altura y espesor de cada rolo
[T] que conforman la estructura del tanque, podrá
ser calculada la dilatación del casco del tanque
(cilíndrico vertical) debido a la carga a
presión.

La manera en que se modifican los registros de
calibración con el objetivo de tener en cuenta la
expansión debido al empuje horizontal del líquido
sobre las paredes del tanque suele traer cierta confusión.
Para explicar este principio se considera un tanque donde la cota
del nivel del producto se localice a la altura del primer rolo.
En este ocurre una pequeña dilatación debido a los
efectos de la carga a presión pero sin afectar a los
anillos o rolos superiores.

Si se vierte más producto en el interior del tanque
hasta que este alcance la cota superior del segundo rolo las
planchas que lo conforman sufren una ligera dilatación,
pero en este caso, las que conforman la estructura del primer
rolo sufren una mayor deformación debido al incremento de
la carga a presión.

Si se continúa este proceso hasta haber llenado
totalmente el tanque podemos llegar a la conclusión de que
la deformación de las planchas que conforman los rolos
disminuye gradualmente a medida que se aumenta el nivel del
líquido en el mismo.

De cualquier forma, la máxima deformación en
dirección al fondo del tanque ocurre cuando
el líquido toma su máximo nivel. La
dilatación del casco en dicho nivel será
mínima.

Si en un principio se consideró que las paredes del
tanque eran paralelas analizando puntos diametralmente opuestos
de su sección transversal, después que se realiza
el llenado del mismo, el área de esta sección se
incrementará en dirección de la base del
tanque.

Para disminuir este efecto expansivo y con el objetivo de
resistir los mayores valores de
presión que se originan en el fondo del tanque se
determinó dar mayor espesor a aquellas planchas que
conforman el rolo de la base e ir disminuyendo dicho espesor a
medida que va aumentando la altura del tanque. (B1)

1.4.2 Fenómeno de la caída del techo

Desde el preciso instante que el tanque entra en
funcionamiento comienza a producirse el fenómeno de la
deformación ya sea de las paredes como del fondo debido a
la carga a presión del líquido almacenado.

La presión que actúa sobre las paredes del
tanque, la cual se incrementa a medida que aumenta la
profundidad, causa un efecto de expansión. Debido a que el
casco y el fondo están rígidamente empotrados se
originan deformaciones locales, las cuales causan que el plato
del fondo tienda a curvarse en la zona de unión con la
pared y provoque un levantamiento del cimiento.

La deformación de las planchas conlleva a una
caída del techo localizada cerca del espaldón del
tanque alterando de esta forma las mediciones de aforo que se le
realizarán posteriormente. Tanto el fenómeno de la
deformación del fondo, como el de la caída del
techo, tienden a aumentar cuando el tanque se encuentra a su
máxima capacidad. Si en el fondo existe una mayor
deformación que en el techo, la altura de referencia
[T] de aforo se incrementará dando datos
erróneos de medición y en caso contrario esta
disminuirá (B1).

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones.

Es importante que no se viole ningún paso en el
algoritmo
establecido del inventariado en tanques por muy insignificante
que pueda parecer. Un ejemplo lo constituye la omisión
de la corrección por temperatura mediante el factor Fo
del volumen obtenido de la tabla de capacidad del tanque (TCT)
para obtener el volumen bruto (GOV). Esto representa una
repercusión directa en el resultado que se obtiene del
volumen estándar a 15oC (GSV).
La incertidumbre que aporta la Tabla de Capacidad del
Tanque (TCT) es la determinante en la evaluación de la incertidumbre
estándar combinada del sistema de medición de
nivel. Por lo tanto, los equipos modernos de medición de
nivel no deben mejorar la calidad del
resultado de la incertidumbre, ya que el mismo está
limitado por el error de la TCT. Para realizar un estudio
más detallado sobre este aspecto deberán
evaluarse los modelos
matemáticos que caracterizan el funcionamiento de los
equipos Servo y Radar.
Destacar que un completo inventariado de tanques se logra
combinando las medidas estáticas y dinámicas para
un resultado más preciso. Por ejemplo, con los
flujómetros que realizan mediciones dinámicas,
equipos modernos de tele medición para medir nivel en
los tanques, instalados en el lateral del mismo, y procesan la
información en una sala de control, y por
último, los carros cisternas se calibran a medidas
"reales" para hacerles una marca que
comúnmente se le llama flecha. Con estas tres formas de
medidas se crea un mayor control en la venta del
combustible y en caso de rotura de algún equipo
rápidamente resalta el que está cometiendo el
error. En países que han establecido Servo, Radar y HIMS
como medidas oficiales para trasiego de combustibles
están respaldadas por caudalímetros que dan el
error de un litro en grandes volúmenes.

Recomendaciones

Las empresas
encargadas de la calibración de los tanques deben tener
una estrecha vinculación con los encargados de las
mediciones en las refinerías con el objetivo de crear un
lenguaje
común entre estas instituciones.
Impulsar la capacitación de personal especializado en
el inventario de tanques en los temas relacionados con los
cálculos de incertidumbre como herramienta valiosa a la
hora de escoger los equipos o sistemas con
los que se realizarán las mediciones.

BIBLIOGRAFÍA

Abacus Internacional. Curso Manual de
Cubapetróleo (CUPET).12-16 de julio, 1999.
NC – OIML R71. Tanques fijos de almacenamiento.
Requisitos generales. Norma Cubana, 2000.
Norma Internacional API 2552. Calibración de
Tanques Esféricos y Esferoidales. American Petroleum
Institute,1992.
MINBAS. Procedimientos e instrucciones técnicas
para la ejecución de las operaciones
vinculadas a la actividad de distribución de las unidades de CUPET
.Junio, 2000.

ANEXOS

ANEXO 3.1

EJEMPLO DE CÓMO EMPLEAR EL
MÉTODO GEOMÉTRICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
TCT DE LOS TANQUES ESFÉRICOS.

(Según la norma API 2552)

Mediciones en el campo

Medición de la longitud de la circunferencia del
ecuador

Debido a que las columnas que conforman la estructura de
soporte del tanque se extienden unas pulgadas por encima de la
línea del ecuador, esta medición se deberá
efectuar por encima de dicha línea con el objetivo de
evitar los obstáculos estructurales que se presentan. A
esta medición le nombraremos C y a la altura a la que hubo
de colocarse la cinta por encima del ecuador tomando a este como
referencia; h.

2. Medición de las dos circunferencias
verticales que pasan por los polos de manera que en este punto
formen un ángulo de 90º entre si.

3. Medición de la altura total D situada en la
línea central de la esfera.

Es muy frecuente que en el extremo superior de la esfera se
coloque una escotilla de acceso a su interior. Por esta
razón el valor de D
será de difícil determinación debido a que
se torna engorroso ubicar la línea central de al esfera.
Esto trae como consecuencia que la medición se tome a
partir del borde de la escotilla, cambiando así la
terminología usada (D) siendo ahora Dm la altura medida a
partir de la escotilla y m la distancia entre la cinta y la
línea central (Ver figura 3.5.1).

Informe de las mediciones de
campo

Circunferencia horizontal C1= 36.479 m
Circunferencia tomada en un plano vertical C2 =
36.503 m
Circunferencia tomada a 90º de
C2, C3 = 36.497 m
Dm = 11.58 m
m = 0.864 m
Distancia sobre el ecuador h = 0.25 m

Corrección de la circunferencia horizontal.

= 36.5128 m

Donde:

Co es la circunferencia horizontal corregida.

Circunferencias internas

t = promedio de n mediciones de espesor de plancha en todo el
perímetro C1

Ej.: 1.8828 cm

Para expresar C1 en metros:

Diámetro según la línea central
vertical

Volumen de la Esfera

Volúmenes parciales en función de
valores de incremento

V = 814.002 m3

G = 1.0 cm = 0.01m

Donde:

G = Altura del incremento

D = Diámetro según la línea central
vertical.

Volumen inicial tomando 0.01m de altura de incremento
(G).

= 2.2
litros

Volumen parcial obtenido por cada
incremento.

Donde: H = altura resultante de los incrementos de cada
volumen parcial.

Construcción de la TCT.

H (cm)	M	ΣMK2 (litros)	Volumen parcial (litros)
1.0	–	2.2	2.2
2.0	578.61	2.2036	4.4036
3.0	577.61	4.4072	8.8108
4.0	576.61	8.8144	17.6252
…	…	…	…

Nota:

Para realizar la corrección al volumen debido a
la expansión o contracción térmica del
tanque, ver reseña en la norma API 2552.

Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior

Fig. 3.5.1 Tanque
esférico.

ANEXO 3.2

Establecimiento de la cantidad de
etapas de llenado.

(SEGÚN NC
90-04-01:88)

En los recipientes verticales (cilíndricos,
cuadrados o rectangulares) se realizan como mínimo 5
etapas de llenado. Se recomienda que la variación de la
altura de llenado en cada etapa no exceda de 20 cm., pero en
ningún caso será mayor que la altura del rolo.
Además el volumen de cada etapa no excederá el
20% del volumen del recipiente.
En los recipientes que tienen forma cilíndrica
horizontal, la cantidad de etapas de llenado se
establecerá según la siguiente tabla:

Etapas de llenado para recipientes cilíndrico
horizontales.

Volumen de llenado del recipiente en % del volumen total.	Volumen de cada etapa de llenado en % del volumen total	Cantidad de etapas de llenado.
Hasta 1%	0.5	2
De 1% hasta 5%.	1.0	4
De 5% hasta 25%	2.0	10
De 25% hasta 75%	5.0	10
De 75% hasta 95%	2.0	10
De 95% hasta 99%	1.0	4
De 99% hasta 100%	0.5	2

En los recipientes que tengan forma esférica o
semiesférica el volumen de cada etapa de llenado
será aproximadamente 0.7 veces el valor establecido para
los cilindros horizontales

Volumen de llenado del recipiente en % del volumen total.	Volumen de cada etapa de llenado en % del volumen total	Cantidad de etapas de llenado.
Hasta 1%	0.35	3
De 1% hasta 5%.	0.7	7
De 5% hasta 25%	1.4	14
De 25% hasta 75%	3.5	14
De 75% hasta 95%	1.4	14
De 95% hasta 99%	0.7	7
De 99% hasta 100%	0.35	3

ETAPAS DE LLENADO PARA TANQUES
HORIZONTALES DE 100 000 L