Vent de tanques atmosféricos

Prévia do material em texto

Universidade Estácio de Sá
SUMÁRIO
• Introdução
• Objetivos
• Pontos Críticos
• Metodologia de Cálculo
• Exemplo
• Bibliografias
1. Introdução
É de conhecimento geral que os tanques de estocagem de teto fixo “respiram”. Durante o
decorrer do dia, à medida que a temperatura ambiente aumenta, o espaço - vapor do tanque
sofre expansão térmica, que pode ser percebida pelo aumento da pressão interna do tanque.
Contribui também para o aumento da pressão interna o aumento da pressão parcial do vapor
do líquido estocado no espaço-vapor do tanque, à medida que a temperatura ambiente
aumenta. Como os tanques atmosféricos podem suportar pressões positivas muito baixas, são
providos de sistemas de alívio, de forma a manter sua pressão interna dentro dos limites de
projeto.
Durante a noite, quando a temperatura ambiente diminui, o espaço-vapor do tanque se
contrai, diminuindo a pressão interna do mesmo e provocando a entrada de ar ou gás de
inertização pelo sistema de alívio, de forma a manter a integridade mecânica do tanque e
evitando assim o colapso do mesmo.
A norma mais conhecida e utilizada internacionalmente para o cálculo das vazões de emissões
gasosas produzidas é a API Standard 2000, editada pelo American Petroleum Institute.
2. Objetivo
Especificação e dimensionamento de linhas de ventilação para tanques atmosféricos.
Proporcionar ao aluno conhecimentos técnicos para a especificação e habilitá-los ao
dimensionamento do sistema de alívio de tanques atmosféricos, centralizados na metodologia
de cálculo, conforme diretrizes normativas da API STD 2000, ISO 28300 e API RP 14E,
através da determinação das vazões normais de aspiração e expiração do fluxo de ar do
equipamento para os critérios térmico, volumétrico e crítico (exposição ao fogo).
3. Pontos Críticos
4. Metodologia de Cálculo – API STD 2000
A metodologia de cálculo é balizada em modelos matemáticos, conforme diretrizes da API
STD 2000 e ISO 28300, que apresenta como foco o cálculo das vazões normais de aspiração e
expiração do tanque para diferentes condições operacionais pelo qual o equipamento está
exposto. A maior vazão entre as de ventilação (Qv) e aspiração (Qa) será a dimensionante.
4.1. Critério Volumétrico 
Capacidade requerida de fluxo devido enchimento e esvaziamento do equipamento.
Expiração (Out-breathing) 
Nestes cálculos, o vapor / gás a ser deslocado será nas condições reais de pressão e temperatura
do espaço de vapor do tanque. Os fluxos expiratórios devem ser convertidos para fluxo
equivalente de ar em condições normais ou padrão para tanques operando acima de 49 °C (120
°F) para as distintas condições sinalizadas abaixo.
• Líquidos não voláteis (pressão de vapor menor ou igual 5 kPa)
• Líquidos voláteis (pressão de vapor superior a 5 kPa)
• Líquidos flashing* (pressão de vapor do fluxo de entrada seja maior que a Pop do tanque)
*Recomenda-se realizar um cálculo de flash de equilíbrio e elevar os requisitos de ventilação
expiratória.
Aspiração (In-breathing)
Equivalente a capacidade máxima de descarga de líquido especificada para o tanque em
estudo.
4.1.1. Critério Volumétrico – Expiração 
A. Líquidos não voláteis 
Líquidos não voláteis são produtos com pressão de vapor igual ou inferior a 5,0 Kpa.
 Vop é o fluxo volumétrico de expiração de vapor/gás nas condições de pressão e
temperatura no espaço de vapor do tanque, m³/h
 Vpf é a vazão volumétrica máxima de enchimento de líquidos não voláteis, m³/h
B. Líquidos não voláteis
Líquidos voláteis são produtos com pressão de vapor superior a 5,0 KPa. O fluxo de líquidos
voláteis em um tanque resultará em um maior fluxo expiratório (comparado ao mesmo influxo
com um líquido não volátil) devido a mudanças no equilíbrio líquido-vapor.
Vpf é a vazão volumétrica máxima de enchimento de líquidos voláteis, m³/h
4.1.2. Critério Volumétrico – Aspiração 
Os requisitos de ventilação de aspiração (Vip), expresso em unidade SI (Nm³/h de ar), será
equivalente a capacidade máxima de descarga de líquido especificada para o tanque em estudo,
conforme equação abaixo. A aspiração calculada pressupõe um fluxo de ar ambiente através da
ventilação do tanque.
Vpe é a vazão máxima de descarga de líquido, m³/h
4.2. Critério Térmico
Capacidade de fluxo necessária devido à expiração e inspiração térmica 
A expiração e aspiração térmica ocorre devido ao aquecimento ou resfriamento atmosférico
das superfícies do tanque. O cálculo da aspiração e expiração térmica é uma função do vapor
do volume do tanque. Para tanques cilíndricos verticais, o uso de volume com base na altura da
carcaça do tanque é aceitável. Os cálculos de respiração ou aspiração são expressas em fluxo
equivalente de ar normal/padrão, conforme definido nas diretrizes do anexo D.2 da API STD
2000. Classificações:
4.2.1. Expiração térmica (Thermal Out-breathing)
4.2.2. Aspiração térmica (Thermal In-breathing)
4.2.1. Critério Térmico – Expiração Térmica
 VOT é o máximo fluxo térmico de expiração devido ao aquecimento, Nm³/h de ar
 Y é o fator para latitude (ver tabela 1 do anexo A)
 Vtk é o volume do tanque, m³
 Ri é o fator de redução do isolamento, onde:
 Ri = 1 se nenhum isolamento for utilizado;
 Ri = Rinp para tanque parcialmente isolado (ver equação 12 - API STD 2000
[3.2])
 Ri = Rin para tanque totalmente isolado (ver equação 11 - API STD 2000
[3.2])
4.2.2. Critério Térmico – Aspiração Térmica
 VIT é o máximo fluxo térmico de aspiração devido ao resfriamento, Nm³/h de ar
 C é o fator que depende da pressão de vapor, temperatura média de armazenamento e latitude 
(ver tabela 2 do anexo A)
 Vtk é o volume do tanque, m³
 Ri é o fator de redução do isolamento, onde:
 Ri = 1 se nenhum isolamento for utilizado;
 Ri = Rinp para tanque parcialmente isolado (ver equação 12 - API STD 2000)
 Ri = Rin para tanque totalmente isolado (ver equação 11 - API STD 2000)
4.3. Critério Fogo
Esta condição calcula a vazão na situação na qual o tanque de armazenamento está exposto ao
fogo. O cálculo da vazão crítica de ar na linha do vent é baseado no cálculo da área molhada do
equipamento entre outras variáveis, como a seguir:
• Calor absorvido pelo tanque devido à exposição ao fogo;
• Fator ambiental (coeficiente de transferência de calor e espessura do isolamento do tanque, 
caso exista);
• Temperatura de ebulição do líquido armazenado no tanque;
• Calor latente do líquido armazenado no tanque;
• Peso molecular do vapor do líquido armazenado.
Geralmente a condição de exposição ao fogo não é a situação dimensionante, visto que o
dimensionamento de sistema de dilúvio verifica se a vazão calculada de água para proteger um
determinado equipamento é suficiente para que o fluido não atinja a temperatura de ebulição.
Logo, no cálculo do sistema de dilúvio, para que essa condição seja descartada, a carga térmica
gerada pela água de dilúvio deve ser maior ou igual à carga térmica resultante da exposição ao
fogo.
4.3. Critério Fogo
A vazão de ar no vent na condição de exposição ao fogo pode ser obtida pela equação abaixo ou 
pela interpolação da tabela 6 do anexo A através da área de superfície molhada do tanque. 
a) Cálculo da capacidade requerida de fluxo de ar:
q = Capacidade de fluxo de ar requerido no vent (nas condições de P = 1,014 bar abs. e T = 
0°C, Nm3/h);
F = Fator ambiental conforme tabela 3 da API STD 2000; 
L = Calor latente de vaporização do líquido armazenado no tanque na temperatura e pressão 
de alívio (J/kg);
T = Temperatura de ebulição do liquido armazenado no tanque, (K);
M = Peso molecular do vapor do líquido armazenado no tanque, (kg/kgmol).
Q = Calor absorvido devido à exposição ao fogo (Watts = J/s).
4.3. Critério Fogo
b) Cálculo da Área MolhadaTambém denominada de área superficial de um tanque, exposta a um liquido no seu interior e
ao calor oriundo de fogo no exterior. Exemplo tanque com geometria cilíndrica:
A = π.D.H + 2. (π.D²)/4
A = Área Molhada do Tanque, m2;
H = Altura do equipamento, m;
D = Diâmetro interno do equipamento, m;
4.3. Critério Fogo
c) Cálculo da Carga Térmica do Dilúvio
4.4. DP fluxo gasoso
4.4. DP fluxo gasoso
4.4. DP fluxo gasoso
4.4. DP fluxo gasoso
4.5. Exemplo
4.5. Exemplo
4.5. Exemplo
Bibliografias
 API-RP 14E, Recommended Practice for Design and Installation of Offshore Production
Platform Piping – Fifth Edition, October 1991- Reaffirmed March 2007
 API STANDARD 2000, Seventh Edition, March 2014: Venting Atmospheric and Low-
Pressure Storage Tanks.
 ISO 28300, International Standard, First Edition, Petroleum, Petrochemical and Natural
Gas Industries – Venting of Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks
 ANSI / API Standard 521, Fifth Edition, January 2007: Pressure-Relieving and
Depressuring Systems.