Cap 18 Tanques e Vasos de Pressao

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PROCESSOS INDUSTRIAIS TANQUES E VASOS DE PRESSÃO 
 
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1. Conceitos Básicos 
 
Os processos industriais em geral utilizam recipientes, submetidos ou não a pressão, 
para efetuar diversos serviços essenciais à sua continuidade. Estes recipientes 
recebem o nome de Tanques quando armazenam produtos em pressões inferiores a 
1,05Kgf/cm² (15psi) e de Vasos quando operam acima desta pressão. 
A seleção do equipamento é feita através das condições de processo e das 
características do produto. Dentre as principais características, temos: 
 
 Pressão de vapor; 
 Flamabilidade; 
 Densidade; 
 Corrosividade; 
 Toxidez; 
 Reatividade química. 
 
Recomenda-se que com o aumento da periculosidade do material armazenado sejam 
utilizados vasos. 
Por razão de segurança, todos estes recipientes, sejam tanques ou vasos, devem 
dispor de respiros ou “vents”. Quando se opera com produtos tóxicos, estes vents 
devem estar interligados a sistemas de captação e inertização dos vapores gerados e, 
quando se tratar de produtos voláteis ou semivoláteis, estes vents devem estar 
interligados a sistemas apropriados para efetuar a queima dos vapores gerados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Tanques de Armazenagem 
 
O serviço de armazenagem à pressão atmosférica é realizado por tanques que 
normalmente são verticais porém, quando se tratar de pequenos volumes os mesmos 
podem ser verticais. Possuem volumes operacionais bastante diversificados podendo 
armazenar acima de 10.000m³. 
 
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3. Tipos de Tanques de Armazenamento 
 
Considerando especialmente as condições de flamabilidade do material, os tanques de 
armazenamento podem ser classificados de acordo com os seus detalhes construtivos: 
 
3.1. Tanques de Teto Fixo 
 
Os tanques de teto fixo são os mais comuns nos 
processos industriais. Estes equipamentos podem ser 
autoportantes (sustentados pelos seus costados 
exclusivamente) ou suportados por uma estrutura 
interna de perfis metálicos. 
Para este tipo de tanque, são encontrados os 
seguintes tetos: 
 
 cônico: 
o o teto possui forma de um cone reto (mais 
comum) 
 curvo: 
o o teto possui forma de uma calota 
esférica (abóboda), sendo normalmente 
auto-portante. 
 
3.2. Tanques de Teto Móvel (Lifting Roof) 
 
Em tanques de teto móvel, a pressão da 
câmara de vapor é responsável pela 
movimentação do teto. Na posição superior 
do teto, abre-se um respiro, impedindo que o 
mesmo continue a subir. 
Devido aos seus detalhes construtivos e 
uso, há necessidade de um sistema de 
selagem entre o costado e o teto, podendo 
ser líquida ou seca. Um exemplo típico de 
tanques de teto móvel é o gasômetro. 
Uma variante dos tanques de teto móvel é o 
de diafragma flexível. Neste tipo de tanque, 
o teto, apesar de fixo, é passível de 
deformação em função do seu teto possuir 
um diafragma flexível em neoprene. 
 
3.3. Tanques de Teto Flutuante (Floating-Roof) 
 
Nos tanques de teto flutuante, o teto se movimenta sobre a superfície do líquido 
armazenando, acompanhando o nível de produto desde o esvaziamento total até o seu 
enchimento. Sendo assim, o diâmetro do teto flutuante deverá ser menor do que o 
diâmetro interno do costado, de tal forma a permitir sua movimentação. 
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São utilizados com o objetivo de minimizar 
as perdas por evaporação devido a 
movimentação de produto. Os tetos 
flutuantes podem ser simples, duplos ou 
com flutuador, sendo que, para impedir a 
fuga de vapor, entre o teto e o costado do 
tanque, há necessidade de um selo de 
vedação. Devido às suas características 
construtivas, é muito utilizado para 
produtos inflamáveis. 
 
3.3.1. Teto Flutuante Simples (Pan-Type Floating-Roof) 
 
Consiste essencialmente se um lençol de 
chapas. O teto é enrijecido por uma 
estrutura metálica na sua parte superior 
para lhe conferir a necessária estabilidade. 
É o tipo mais simples e de construção 
mais barata. A flutuabilidade é precária. 
Dos tipos de teto flutuante é o que 
apresenta maior perdas por evaporação 
pois o teto está em contato direto com o 
produto armazenado e transmite mais 
facilmente a energia solar incidente. 
 
3.3.2. Teto Flutuante Duplo (Double-Deck Floating-Roof) 
 
Possui dois lençóis de chapas ligados, internamente, por uma estrutura metálica 
formando compartimentos estanques. É uma estrutura robusta e de excelente 
flutuabilidade. É o tipo de teto flutuante mais caro, porém apresenta a menor perda por 
evaporação, pois os dois lençóis de chapas formam um colchão de ar que funciona 
como isolamento térmico entre a superfície do líquido armazenado e a superfície 
externa do teto. 
Os tetos flutuantes duplos apresentam, principalmente, os seguintes problemas: 
 
 Maior custo de fabricação e montagem; 
 Fundações mais caras devido à exigência de menores recalques; 
 Possibilidade de graves danos (trincas nas soldas das anteparas) em tanques 
com movimentação muito freqüente; 
 Considerável volume de produto imobilizado por causa da necessidade de 
manter sempre o teto flutuando. O apoio desigual das pernas de sustentação do 
teto sobre o fundo pode provocar trincas por fadiga junto aos reforços das 
pernas de sustentação e nas junções das anteparas dos flutuadores com o 
lençol inferior do teto. Tais trincas podem provocar o alagamento do teto e até o 
seu afundamento. 
 
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3.3.3. Teto Flutuante com Flutuador (Pontoon Flooting-Roof) 
 
Possui na construção convencional, um disco central e um flutuador na periferia do 
teto. Apresenta maior flutuabilidade, menor perda por evaporação e maior custo do que 
o tanque de Teto Flutuante Simples. 
 
 
Os tetos flutuantes com flutuador apresentam, principalmente, os seguintes problemas: 
 
 Dificuldade de drenagem do teto; 
 Possibilidade de colapso do teto devido a excessiva pressão de vapor do 
produto armazenado. 
 
 
3.4. Tanques sem Teto 
 
 
Tanques utilizados para tratamento ou 
armazenamento de água, geralmente construído 
em concreto. 
 
 
 
 
4. Vasos de pressão 
 
Os vasos de pressão são todos os reservatórios destinados ao armazenamento e 
processamento de líquidos e gases sob pressão ou sujeitos ao vácuo total ou parcial. 
Pode-se ainda defini-los como sendo todos os reservatórios de qualquer tipo, dimensão 
ou finalidade, não sujeitos a chama, que contenham quaisquer fluidos sob pressão 
manométrica igual ou superior a 1,05Kgf/cm², ou submetidos à pressão externa. 
Os vasos de pressão são utilizados em três condições distintas: 
 
 Armazenamento de gases sob pressão: 
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o Os gases são armazenados sob pressão, para que se tenha uma grande 
massa num volume relativamente pequeno; 
 Acumulação intermediária de líquidos e gases: 
o Ocorre em sistemas nos quais é necessária a armazenagem de líquidos 
ou gases entre etapas de um processo; 
 Processamento de gases e líquidos: 
o Inúmeros processos de transformação em líquidos e gases precisam ser 
efetuados sob pressão. 
 
4.1. Construção de um vaso de pressão 
 
A construção de um vaso de pressão envolve uma série de cuidados especiais 
relacionados ao seu desenho, fabricação, montagem e testes. Isto ocorre porque um 
vaso de pressão representa: 
 
 Grande risco: 
o Os vasos operam, normalmente, com grandes pressões e temperaturas 
elevadas. Esse fato eleva significativamente a possibilidade de acidentes; 
 Alto investimento: 
o É um tipo de equipamento de custo unitário razoavelmente elevado; 
 Continuidade operacional: 
o Tem um papel importante na continuidade operacional do processo de 
produção. 
 
4.2. Dimensões características 
 
As dimensões características de um vaso de pressão são as seguintes: 
 
 Diâmetro interno (DI); 
 Diâmetro externo (DE); 
 Comprimentoentre tangentes (CET). 
 
O comprimento entre tangentes é o comprimento total do corpo cilíndrico ou a soma 
dos comprimentos dos corpos cilíndricos e cônicos sucessivos. As linhas de tangência 
são linhas traçadas próximas a ambos os extremos do casco, na tangência entre o 
corpo cilíndrico e os tampos de fechamento. 
 
4.3. Componentes de um vaso de pressão 
 
Em um vaso de pressão, são observados os seguintes componentes: 
 
 Corpo (casco ou costado): 
o É a estrutura normalmente cilíndrica, cônica, esférica ou uma combinação 
dessas formas; 
 
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Principais tipos de cascos: 
 
 
Cilindro Cônico Esférico Cilindrico Vertical 
 
 Tampos: 
o Em geral, semi-elípticos, toroesféricos, semi-esféricos, cônicos, 
torocônicos e planos. A escolha do tipo de tampo ocorre em função de 
determinados fatores, como por exemplo: 
 
 Exigência do serviço; 
 Diâmetro; 
 Pressão de operação. 
 
Principais tipos de tampos: 
 
 
Hemisférico Cônico Torocônico 
 
 
 
Elipsoidal Toro esférico 
 
4.4. Classificação dos vasos de pressão 
 
Os vasos podem ser classificados quanto a sua posição de instalação em: 
 
 Verticais; 
 Horizontais; 
 Inclinados. 
 
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Cilíndrico Vertical Cilíndrico Inclinado Cilíndrico Horizontal 
 
O formato e a posição de instalação de um vaso dependem, essencialmente, do 
serviço para o qual se destina. 
 
4.5. Aberturas 
 
Todos os vasos de pressão têm várias aberturas, com diferentes finalidades. 
 
 Bocais 
o São aberturas feitas nos vasos para: 
 Ligação com tubulações de entrada e saída de produto; 
 Instalação de válvulas de segurança; 
 Instalação de instrumentos, drenos e respiros. 
 Bocas de visita 
o São as portas de acesso ao interior dos vasos. Geralmente são 
construídas de modo similar a um bocal flangeado, sendo a tampa um 
flange cego. Podem ainda existir aberturas feitas para permitir a ligação 
entre o corpo do vaso e outras partes do mesmo vaso; por exemplo, 
ligação a potes de drenagem. Uma abertura num vaso de pressão, 
embora necessária ao seu funcionamento, é um ponto de concentração 
de tensões. Para combater esse efeito, é necessária a colocação de 
reforços junto às aberturas. 
 
4.6. Peças internas dos vasos de pressão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A variedade de tipos e detalhes de peças internas em vasos de pressão é enorme, e 
variam conforme o tipo de serviço para o qual o vaso se destina. Todas as peças 
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internas devem ser desmontáveis (grades, bandejas, distribuidores, defletores, 
extratores de névoa etc.) e obrigatoriamente subdivisíveis em seções, de tal forma que 
cada seção possa passar com facilidade através das bocas de visita dos vasos. 
 
5. Diques de Contenção 
 
 
Diques apropriados são normalmente construídos em torno de cada tanque, ou 
conjunto de tanques, limitando uma região que se denomina bacia de contenção. 
Os diques e a bacia de contenção objetivam a segurança da instalação de 
armazenamento apresentando basicamente as seguintes finalidades: 
 
 Conter o produto armazenado em caso de rompimento do tanque de 
armazenamento ou tubulação de interligação; 
 Conter o produto armazenado em caso de falha de operação ou qualquer outro 
eventual vazamento proveniente do tanque de armazenamento ou de suas 
tubulações; 
 Limitar um incêndio a uma pequena área. 
 
Os diques podem ser construídos 
utilizando-se diversos materiais 
porém os mais comuns são os 
diques de concreto que, embora 
sejam mais caros, o seu gasto com 
manutenção é praticamente 
desprezível. 
A bacia de contenção deve possuir 
um adequado sistema de drenagem, 
constituído de drenos de bacia e 
drenos pluviais. Os drenos de bacia 
devem possuir válvulas de bloqueio, 
externamente à bacia de contenção, 
que devem permanecer fechadas 
por motivo de segurança. 
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As normas brasileiras determinam alguns requisitos para construção de diques e 
bacias de contenção tais como: 
 
 Dimensões do dique; 
 Agrupamento de tanques; 
 Instalação de diques intermediários; 
 Volume da bacia de contenção; 
 Espaçamento entre tanques; 
 Distanciamento de outras instalações (rodovias, ferrovias, limites de propriedade 
e outros). 
 
6. Operação 
 
As operações que ocorrem em um tanque de armazenamento são: 
 
 Medição de nível (volume armazenado); 
 Medição de temperatura do produto armazenado; 
 Retirada de amostras para análises laboratoriais; 
 Movimentação do produto armazenado; 
 
6.1. Medição de nível 
 
A medição de nível de produtos químicos em tanques é definida como a apuração do 
volume de líquido, nas condições atmosféricas, em tanques, vasos, ou tanques 
marítimos em navios. 
Estas medições devem ser feitas com trena manual ou com sistemas automáticos de 
medição de nível. Nessas medições, o ponto de medição da produção deve estar 
localizado, por convenção, imediatamente a jusante dos tanques de medição. Assim, 
podemos perceber que, na medição de volumes líquidos, alguns conceitos importantes 
devem ser conhecidos para que possamos atender às determinações da Portaria 
Conjunta nº 1, de 19 de junho de 2000, da ANP/INMETRO. Alguns dos principais 
termos são: 
 
 Nível zero (mesa de medição) 
o do plano horizontal correspondente ao ponto de contato da extremidade 
da trena com o fundo do tanque; em relação a ele, são medidas as 
alturas; 
 Tabela volumétrica 
o tabela que indica as capacidades ou os volumes de um tanque, em 
função da altura do produto medida a partir do nível zero; 
 Altura do produto 
o distância entre o plano da superfície livre do produto e o plano horizontal 
de nível zero; 
 Referência 
o traço, marca, ou plano horizontal fixado na boca de medição, na vertical 
do nível zero; 
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 Boca de medição 
o existente no teto do tanque e pela qual se introduz a trena de medição; 
 Altura de referência 
o distância entre a referência e o nível zero; 
 Espaço vazio 
o distância entre a referência e a superfície livre do produto existente no 
tanque; 
 Corte 
o linha de demarcação deixada pelo produto na trena. 
 
6.1.1. Arqueação 
 
A arqueação é um procedimento realizado pelo INMETRO com a finalidade de obter a 
tabela volumétrica do tanque. Esse procedimento é realizado uma vez a cada 10 anos 
ou sempre que houver sido realizado algum reparo na estrutura do tanque. 
A tabela volumétrica é uma tabela que relaciona o volume contido em cada nível de 
enchimento ou “anel”, obtido com medições das respectivas alturas e perímetros. Ela é 
obtida com medições das respectivas alturas e perímetros segundo os métodos da 
norma ISO 75731-1 (norma utilizada pelo INMETRO). Além da tabela citada, o nível, a 
temperatura, a massa específica do líquido e o teor de água e sedimentos devem ser 
medidos com o objetivo de corrigir o volume. 
 
6.1.2. Medição manual do volume 
 
Para a determinação do volume medido, devem ser adotados os seguintes dados: 
 
 Volume referente a medição obtida durante a medição; 
o Valor obtido na respectiva tabela volumétrica do tanque; 
 Fator de correção 
o Valor da dilatação térmica por grau, entre temperatura obtida na medição 
e a temperatura de referência (20°c). 
 Densidade do produto químico na temperatura de referência (20ºc); 
 Volume de água e sedimentos (se houver). 
 
 
Trena Manual com sistema de 
Aterramento 
Prumos (Pinguelos) 
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A medição manual é realizada através do uso de uma trena manual. Este instrumento 
consiste de uma fita metálica com escala graduada que possui um dispositivo de 
enrolamento tipo molinete, e um prumo, também graduado,em sua extremidade. É 
importante que a trena possua um sistema de aterramento devido a formação de 
eletricidade estática durante a operação de medição. 
Outro cuidado que se deve ter é quanto a limpeza de todo o equipamento utilizado 
após o termino de cada operação, tanto para preservar os mesmos, quanto para evitar 
possíveis contaminações durante a execução de operação em outros tanques. 
A Portaria INPM n.º 33/67, que estabelece os procedimentos de medição de altura de 
petróleo e seus derivados líquidos em tanques, define que o método de medição da 
altura dos produtos líquidos armazenados em tanques pode ser diferenciado em: 
 
 Medição em espaço cheio 
o consiste em medir diretamente a altura do produto a partir do nível zero. 
Nesse tipo de medição, pode-se medir também a água e os sedimentos, 
usando uma pasta higroscópica (conhecida vulgarmente como pasta 
d’água) que é passada na trena para indicar o corte de água (marca). 
 Medição em espaço vazio 
o consiste em determinar a altura do nível do produto subtraindo-se a 
medida do espaço vazio da altura de referência do tanque. 
 
 
 
Medição em espaço cheio Medição em espaço vazio 
 
 
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A determinação da altura do produto só deve ser feita após cessarem todos os 
movimentos ondulatórios do líquido e estar decantada ou estabilizada a água 
porventura existente no fundo do tanque. 
A Portaria INPM nº 15 de 02/05/67 estabelece que a medição da temperatura do 
líquido deve ser feita em uma área não exposta à radiação solar, distando pelo menos 
1 metro do solo e longe de qualquer acidente de tubulação. Se medirmos mais de um 
ponto, devemos admitir uma média das leituras. O período de tempo de contato do 
termômetro com o líquido deve ser suficiente a fim de permitir a estabilização da 
temperatura. 
 
6.1.3. Medição automática por radar 
 
O sistema do tipo radar é o mais utilizado atualmente e consiste basicamente de uma 
antena que emite pulsos de micro-ondas diretamente na superfície do líquido. Um 
sensor detecta o tempo que os pulsos levam para ser refletidos dessa superfície. A 
distância (ou o nível) é proporcional ao tempo de reflexão. As medições são feitas pelo 
método de espaço vazio. 
 
 
Sistema automático de medição de nível 
 
Relação entre frequência e largura do 
feixe 
 
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São fornecidos diversos modelos com diferentes frequências de operação. Quanto 
mais estreito for o feixe projetado sobre a superfície do líquido, mais insensível ele será 
às ondulações dele. 
 
7. Limpeza interna. 
 
A limpeza interna consiste na remoção da borra depositada no fundo do equipamento. 
A frequência de limpeza interna depende do produto armazenado e das impurezas 
contidas. A limpeza interna de um tanque é uma tarefa demorada, porém relativamente 
simples. 
 
Esta operação apresenta basicamente as seguintes fases de execução: 
 
 Bloqueio do tanque; 
 Drenagem do produto remanescente; 
 Abertura das bocas de visita e da boca de inspeção; 
 Instalação de exaustores para desgaseificação; 
 Limpeza do tanque com auxílio de jatos de água; 
 Limpeza da respectiva tubulação e equipamentos. 
 
Ainda, dependendo do produto estocado, pode haver a necessidade de utilização de 
soluções químicas e aquecimento com vapor. 
 
8. Estimativa de Perdas por Evaporação 
 
As perdas por evaporação são influenciadas por diversos fatores: 
 
 Pressão de vapor do líquido armazenado; 
 Grau de saturação do espaço vapor; 
 Modificações de temperatura na superfície do líquido; 
 
Abaixo é apresentada uma tabela com os tipos de tanques de armazenagem e vasos 
de pressão, suas respectivas perdas por evaporação e outras características. 
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