I serbatoi cilindrici ad asse orizzontale sono utilizzati nell'industria chimica e nelle raffinerie petrolifere. La presenza di una superficie libera nei serbatoi riempiti solo parzialmente permette, sotto un'azione orizzontale, lo svilupparsi di un moto relativo tra il liquido e il serbatoio, il moto di sloshing.

Gli effetti di questo moto sono stati studiati ad esempio in (Patkas & Karamanos, 2007], dove, ai fini della valutazione della risposta ad un'azione sismica diretta ortogonalmente all'asse, il serbatoio viene ricondotto ad uno schema bidimensionale di spessore unitario. La metodologia proposta permette di ricavare le frequenze di sloshing relative ai diversi modi di vibrare della superficie libera del fluido, le masse di fluido partecipanti ai modi di sloshing e l'azione prodotta sulle pareti del serbatoio e sugli appoggi.

Nell'articolo, i risultati analitici sono confrontati con quelli ottenuti dal'analisi di modelli agli elementi finiti, che tengono conto dell'interazione fluido-struttura; in particolare, sono implementati un modello bidimensionale e un modello tridimensionale completo del serbatoio.

Si rileva che: le frequenze di sloshing calcolate con i tre modelli sono simili, con differenze inferiori all'1.50 %; in tutti e tre i modelli il primo modo di sloshing ha una massa partecipante nettamente superiore a quella degli altri modi di vibrare; nei tre modelli si hanno differenze sensibili nelle reazioni agli appoggi.

Si è quindi verificata l'efficienza di un sistema d'isolamento alla base ai fini della riduzione degli effetti dell'azione sismica, limitando anche quelli indotti dallo sloshing. L'isolamento alla base, realizzato con isolatori elastomerici, è stato applicato sia al modello bidimensionale che a quello tridimensionale. Si è rilevato che l'isolamento alla base: agisce principalmente sulla componente impulsiva delle forze agenti sulle pareti e delle reazioni agli appoggi, riducendola; influenza poco gli spostamenti della superficie libera del fluido; influenza i periodi dei modi di sloshing, aumentandoli.

Bibliografia

L.A. Patkas, S.A. Karamanos, Variational Solutions for Externally Induced Sloshing in Horizontal-Cylindrical and Spherical Vessels, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 133, No. 6, June 2007, pp. 641-655, (doi  http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2007)133:6(641))