Introdução
Tanques de armazenamento estão presentes em qualquer indústria química; servem para estocar matéria prima ou produto, e certamente você já viu um ao pegar a estrada.
Entretanto, já pensou em como é o projeto de um tanque que pode ter dimensões tão grandes quanto 50 metros apenas de diâmetro? A norma API 650 nos dá a resposta para essa pergunta.
O American Petroleum Institute é uma referência internacional quando o assunto é projeto, construção e inspeção de equipamentos, e aqui vamos discutir alguns pontos importantes sobre o que diz a API 650.
Tabela de Conteúdo
Resumo dos Tanques de Armazenamento
Como é possível ver na imagem abaixo, cada parte do tanque de armazenamento possui um jargão próprio (algumas partes de suma importância descritas em seguida não estão representadas na figura):
A lista a seguir – além de outras informações valiosas – retirei de (Lima Amaral, J.R.,2021), com algumas modificações, pois está bem clara:
- Costado: É a estrutura lateral do tanque, composto por anéis de chapas soldadas. Possui formato cilíndrico;
- Fundo: É a estrutura inferior do tanque, composto por chapas dispostas de forma plana (em tanques com pequeno diâmetro) ou com decaimento para facilitar a
retirada de líquido; - Teto: É a estrutura superior do tanque. Deve possuir rigidez suficiente para circulação de trabalhadores e instalação de instrumentos;
- Bocais: São aberturas no tanque que permitem sua operação (enchimento e esvaziamento), assim como a instalação de instrumentos. Podem ser flangeados ou rosqueados;
- Boca de visita: É um bocal com dimensões normalizadas que permite a inspeção visual do interior do tanque, como também a entrada de pessoal autorizado em caso de necessidade;
- Porta de limpeza: É uma abertura no costado com dimensões normalizadas destinada à limpeza interna do tanque (retirada de borra). Comumente presente em tanques de grandes dimensões destinado ao armazenamento de produtos viscosos (óleo cru e asfalto, por exemplo);
- Fundação: É o local sobre o qual o tanque será construído. Pode ser feita de diferentes maneiras: a mais simples é o aterro compactado (apenas em tanques de pequenas dimensões). Em tanques de maiores diâmetros, fundações de concreto podem ser feitas (porém necessitam de proteção com pintura betuminosa a fim de evitar o contato entre concreto e as chapas do fundo do tanque) como também fundações consistindo em um anel de concreto estaqueado. O tipo de fundação a ser feito depende de um estudo prévio do solo onde o tanque será construído;
- Respiro (vent): É um dispositivo que equaliza a pressão no interior do tanque com a atmosférica, protegendo o tanque contra sobre-pressão ou vácuo;
- Válvula de alívio de pressão e vácuo: É uma válvula de segurança que protege o tanque contra sobre-pressão e vácuo. a válvula de alívio de pressão e vácuo consiste em um mecanismo que, nos casos mais simples é uma mola calibrada de forma a só permitir a saída de vapor de combustível ou a entrada de ar atmosférico no tanque quando a pressão atingir os valores de referência; é regulamentada pelas API 520 e 521.
Norma API 650
A Norma API STD 650 – Welded Tanks for Oil Storage estabelece requisitos mínimos para o material, o projeto, a fabricação, a montagem e a inspeção de tanques de armazenamento soldados verticais, cilíndricos, acima do solo, de topo fechado e aberto.
Para tanques de armazenamento atmosféricos, a pressão externa de projeto deve ser de, no mínimo, 0,25 kPa (API 650 5.2.1b).
A pressão interna de projeto é limitada pelo peso das chapas do teto por unidade de área (significando que a pressão interna não deve exceder o peso das chapas de teto, ou ainda não pode exceder 17,2 kPa, qual for menor. Pressões maiores são permitidas quando o parágrafo 1.1.13 é observado).
Aplica-se apenas a tanques cujo fundo inteiro é uniformemente suportado e a tanques em serviço não refrigerado que tenham uma temperatura máxima de projeto de 93 ° C (200 ° F) ou menos.
Segundo API 650 5.10.2.2, a espessura mínima permitida para chapas de aço do teto é de 3/16″, de forma que o metro quadrado de chapa nos dá uma pressão interna mínima de 0,363 kPa para o projeto de qualquer tanque de armazenamento.
Anexos da API 650
A norma API 650 possui 26 anexos, dos quais o engenheiro escolhe alguns dependendo da característica do problema. Por exemplo: se houver incidência de ventos no corpo do tanque, o engenheiro mecânico deverá utilizar o anexo V que cobre cálculos de engenharia para tanques sob pressões externas.
Os anexos desta norma fornecem várias opções de projeto que requerem decisões do comprador, requisitos, recomendações e informações da norma que complementam a norma básica.
O conteúdo dos anexos é normativo ou informativo. A designação normativa é de caráter obrigatório, enquanto a designação informativa é de caráter não obrigatório.
Os anexos normativos se dividem em:
- Sempre necessário (L).
- Necessário se especificado pelo comprador (A, E, J, Y, U, W).
- Necessário se materiais especiais forem especificados pelo comprador (AL, N, S, SC, X).
- Necessário se pressão, vácuo e alta temperatura forem especificados pelo comprador (F, V, M).
- Necessário se componentes ou métodos especiais de projeto ou construção forem especificados pelo comprador (C, G, H, I, O, P).
Todos os outros anexos são informativos (B, D, CE, K, R, T).
Considerações para o projeto do tanque de armazenamento
A Tabela 4 apresenta as espessuras padronizadas (ABNT) para chapas grossas laminadas pelas siderúrgicas brasileiras:
As dimensões comerciais de chapas fabricadas no Brasil são:
Chapas finas laminadas a quente: 1 500 mm x 6 000 mm ou 1 800 mm x 6 000 mm com bordas aparadas;
Chapas grossas laminadas a quente: 2 440 mm x 12 000 mm com bordas aparadas.
Estas dimensões se referem à área de cada chapa; a espessura deve ser calculada seguindo as recomendações da API 650, conforme falarei a seguir.
Cálculos para o costado do tanque de armazenamento segundo a API 650
Para tanques com diâmetro inferior a 15m, a espessura mínima de chapas para o costado é de 5 mm (API 650 5.6.1.1). Os anéis do costado podem ser alinhados pela face interna, externa ou pela linha de centro. A prática comum da indústria é alinhar as faces internas.
Como a pressão a que o costado está submetido aumenta conforme descemos do teto para o fundo, a espessura utilizada para cada anel é diferente. A API 650 nos dá duas metodologias de cálculo: one-foot e ponto variável (variable-design-point).
Para o método one-foot, que é mais conservador, se calcula uma espessura mínima do costado para condição de operação, e outra espessura mínima para teste hidrostático. O valor a ser utilizado para construção do tanque é o maior obtido. Este método é aplicável até um diâmetro de 200 ft.
Onde:
t = espessura (in)
G = densidade (specific gravity)
D = diâmetro (ft)
H = altura (ft)
Sd = tensão admissível do material adotado, condição de design (psi)
St = tensão admissível do material adotado, condição de teste hidro. (psi)
CA = sobrespessura de corrosão (corrosion allowance) (in)
Se quiser maiores explicações, além de exemplos e os infindáveis parâmetros de dimensionamento de um tanque de armazenamento, sugiro que leia
Conclusão
Neste artigo pude compartilhar com vocês o que diz a API 650, quais são as principais partes de um tanque de armazenamento, e como é feito o projeto de um tanque de armazenamento. Espero que dessa forma seus estudos possam ser melhor direcionados. Até a próxima!