Apresentação Tanques de Armazenamento - rev 0

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TANQUES DE ARMAZENAMENTO 
 
 
 
Roberto Soares de Carvalho12 
 
Introdução 
 
O objetivo desta breve apresentação é demonstrar o nosso conhecimento a 
respeito de tanques de armazenamento atmosféricos, cilindros, verticais, não 
enterrados, de fabricação soldada e construídos com chapas de aço carbono, 
normalmente utilizados em refinarias, terminais, oleodutos, bases de distribuição, 
parques industriais, etc. 
Os tanques de armazenamento são equipamentos estáticos de caldeiraria 
pesada, que trabalham sujeitos à pressão bem próxima da pressão atmosférica e 
são de fundamental importância para o funcionamento de uma planta de processo, 
tal como uma refinaria de petróleo, exercendo a função de armazenamento de 
petróleo e seus derivados. 
O projeto e construção de um tanque de armazenamento, na maioria das 
vezes é regida pela norma americana API 650 “Welded Steel Tanks for Oil Storage” 
do American Petroleum Institute (API), norma difundida e reconhecida 
mundialmente. No Brasil, além da API 650, utiliza-se também, a norma NBR 7821 
“Tanques Soldados para Armazenamento de Petróleo e Derivados”, editada pela 
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Além dessas normas, a 
Petrobras possui uma norma própria, que é a N-270 “Projeto de Tanque de 
Armazenamento Atmosférico”, que complementa a norma API 650, padroniza seus 
equipamentos e que também deve ser considerada pelos seus fornecedores. 
Como a principal função dos tanques é o armazenamento de um determinado 
líquido, dependendo da demanda e aplicação, eles podem ser projetados e 
construídos numa ampla faixa de capacidades que varia desde 100 barris (16 m3) 
até aproximadamente 600.000 barris (95.400 m3). 
 
1 Graduado em Engenharia Mecânica pela PUC/MG, Especialista em Estrutura Metálica pela UFMG, 
pós-graduado MBA Gestão de Projetos pela ESTÁCIO. Experiência na área de Projetos Mecânicos e 
Orçamentos de Caldeiraria e Estruturas Metálicas. 
2 E-mail: robsoaress369@gmail.com. 
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O custo do barril armazenado é inversamente proporcional à capacidade do 
tanque, ou seja, quanto maior a capacidade do tanque, menor será o custo de 
armazenamento. Contudo, fatores como a espessura requerida para o costado, 
influenciada pela pressão hidrostática do líquido armazenado e a disponibilidade de 
espaço na planta, limitam a dimensão do tanque. Construções especiais, com 
grandes capacidades, superiores a 1.000.000 de barris (159.000 m3), demandam 
projetos mais elaborados, material de alta resistência mecânica e de elevada 
tenacidade. 
 
Figura 1 – Construção de um tanque de armazenamento com 550.000 barris de capacidade 
nominal. (Petrobras – RLAM). 
A construção de um tanque de armazenamento de grande porte exige uma 
atenção especial, desde sua concepção até a sua implantação, principalmente 
devido ao elevado investimento de capital envolvido e sua importância operacional 
para a planta. 
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Figura 2 – Principais componentes de um tanque de armazenamento. 
 
Figura 3 – Planta típica de um terminal marítimo 
 
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Figura 4 – Tanque de área de produção 
 
 
Figura 5 – Tanque de Refinaria 
 
 
 
 
 
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1. Classificação dos Tanques de Armazenamento 
 
Os tanques de armazenamento são classificados conforme a natureza do 
teto: 
 Tanques de Teto Fixo 
 Tanques de Teto Móvel 
 Tanques de Teto Flutuante 
 
 
1.1. Tanques de Teto Fixo (Fixed Roof) 
 
Nesses tanques, o teto é fixado diretamente ao topo do costado. Podem ser 
autoportantes, quando se apoiam somente no topo do costado, ou suportados 
quando há necessidade de serem sustentados por uma estrutura interna de perfis 
metálicos. 
Para esse tipo de teto existem algumas variações construtivas, podendo se 
usar Teto Cônico (Cone Roof), o Teto Curvo (Dome Roof) que normalmente é 
autoportante e Teto em Gomos (Umbrela Roof) que é uma modificação do Curvo. 
 
 
Figura 6 – Teto Fixo Curvo 
 
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Figura 7 – Teto Fixo Curvo 
 
1.2. Tanques de Teto Móvel (Lifting Roof) 
 
São tanques cujos tetos se movimentam externamente ao costado, em função 
da pressão de seu espaço vapor. 
 
Figura 8 – Teto Móvel Sistema de Selagem. a) Selagem Líquida. B) Selagem Seca. 
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1.3. Tanques de Teto Flutuante (Floating-Roof) 
 
São tanques nos quais os tetos se apoiam diretamente na superfície do 
líquido armazenado, ou seja, literalmente flutuam, acompanhando o movimento de 
enchimento e esvaziamento dos tanques. Esse sistema minimiza as perdas por 
evaporação devido à movimentação do produto. Para fazer a vedação entre o 
costado e o teto, durante a movimentação, internamente ao costado utiliza-se um 
sistema de selagem. 
O teto flutuante pode ser: 
 externo; 
 interno a um tanque de teto fixo. 
 
O teto flutuante externo apresenta os seguintes tipos construtivos: 
 
a) Teto Flutuante Simples (Single Deck or Pan-Type Floating-Roof) 
Basicamente consiste de um lençol de chapas, enrijecido por uma 
estrutura metálica, na parte superior, para dar mais estabilidade. 
 
 
Figura 9 – Teto Flutuante Simples. 
 
 
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b) Teto Flutuante com Flutuador na Periferia – Pontão Convencional 
(Pontoon Floating-Roof) 
Na construção convencional, possui um disco central e um flutuador na 
periferia do teto. Apresenta maior flutuabilidade, menor perda por 
evaporação e maior custo do que o tipo anterior. 
 
 
Figura 10 – Teto Flutuante com Flutuado na Periferia – Pontão Convencional 
 
c) Teto Flutuante Duplo (Double-Deck Floating-Roof) 
Possui dois lençóis de chapas ligados, internamente, por uma estrutura 
metálica, formando compartimentos estanques. Estrutura robusta e de excelente 
flutuabilidade. É o tipo de teto com custo mais elevado, porém apresenta menor 
perda por evaporação. 
 
Figura 11 – Teto Flutuante Duplo. 
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A Tabela 2.1, recomenda o tipo de teto flutuante externo a ser adotado. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12 – Teto Fixo com flutuante interno. Componentes típicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Seleção do Tipo de Tanque de Armazenamento em Função do Produto 
Armazenado. 
 
Para a escolha do tipo de tanque de armazenamento em função do produto 
armazenado, os seguintes pontos devem ser levados em consideração: as 
condições ambientais, a segurança operacional, o custo do equipamento e as 
perdas operacionais. A tabela A-1 da Norma Petrobras N-270 ilustra tal seleção. 
 
 
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A capacidade de armazenamento ou tancagem de uma unidade operacional 
dependerá de diversos fatores, como os citados a seguir: 
 
 tipo da unidade operacional: refinaria, base de distribuição, etc; 
 produto armazenado; 
 produção ou demanda da unidade operacional; 
 consumo da região; 
 tipo de transporte utilizado para o suprimento da unidade operacional. 
 
 
 
Figura 13 - Capacidade de armazenamento de uma unidade operacional 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Projeto de um Tanque de Armazenagem 
 
3.1 Determinação das Dimensões do Tanque de Armazenamento 
 
Após a definição do número de tanques e suas respectivas capacidades 
nominais de forma a atender os requisitos operacionais da planta, é necessário 
estabelecer as dimensões principais de cada equipamento – diâmetro e altura – de 
forma a conceber um projeto mais econômico, ou seja, com menor custo global. 
Para isso encontramos na literatura algumas relações que nos indicam a 
direção a seguir. 
 Tanques de peque e média capacidade: D ≈ H 
 Tanques de grande capacidade: D ≈ 8/3 H 
 
Essa é somente uma aproximação após uma análise simplificada, a 
determinação definitiva das dimensões levará em conta outros aspectos, tais como, 
larguras comerciais das chapas encontradas, usar chapas com o máximo 
comprimento e a máxima largura possível otimizando corte de chapas, soldas e 
horas de mão de obra, evitar tanques com grande altura e pequeno diâmetro 
levando em consideração a ação do vento, na escolha dodiâmetro deve-se 
considerar a qualidade do solo onde o tanque será instalado onde a distribuição da 
carga tem grande influência, o diâmetro tem implicação no layout da planta e no 
delineamento da tubulação. Outro fator muito importante são as dimensões para 
transporte, que determinam se o tanque poderá ser montado na fábrica ou no 
campo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3.2 Materiais de Construção 
 
As chapas a serem utilizadas nos tanques, são fabricadas nas siderúrgicas 
brasileiras. 
 
Elas podem ser classificadas em função de sua espessura como abaixo: 
 chapas grossas: com espessura igual ou superior a ¼ polegadas 
(6,35mm); 
 chapas finas: com espessura inferior a ¼ polegadas (6,35mm). 
 
As bordas das chapas, podem ser fornecidas como abaixo: 
 com bordas universais (naturais): apresentam as bordas naturais de 
laminação; 
 com bordas aparadas: as bordas de laminação foram trabalhadas por 
meio de aparamento lateral. 
 
As dimensões comerciais de chapas de aço carbono no Brasil, adotadas para 
o projeto são conforme abaixo: 
 
 espessura até 4,75[mm] (chapas finas laminadas à quente): 1500[mm] 
x 6000[mm] ou 1800[mm] x 6000[mm] com bordas aparadas; 
 espessura 6,35[mm], 8,00[mm], 9,50[mm], 12,50[mm], 16,00[mm], 
19,00[mm], 22,40[mm] ou acima (chapas grossas laminadas a quente): 
2440mm x 12000mm, com bordas aparadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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As chapas grossas, de aço-carbono, utilizadas em tanques de 
armazenamento, devem estar de acordo com a última edição de uma das seguintes 
especificações relacionadas na Seção 4 do API 650, respeitando-se as modificações 
e os limites de espessura indicados (Itens 4.2.2 a 4.2.5 e Tabela 4-2 do API 650). 
 
 
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Os materiais são classificados pelo API 650 em 8 grupos, conforme indicado 
nas Tabelas 4.3a e 4.3b do API 650. 
 
 
 
 
 
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3.3 Projeto do Fundo 
 
Os tanques de armazenamento devem ter o fundo cônico, com um caimento 
mínimo de 1:120 do centro para a periferia no caso de grandes diâmetros, pois o 
bocal de saída do produto se encontra no costado do equipamento. Os tanques com 
até 6m de diâmetro podem ter o fundo plano. 
O contorno do fundo de um tanque de armazenamento pode ser feito através 
de dois tipos de disposição de chapas: 
 
 chapas anulares (anular plates); 
 chapas recortadas (sketch plates). 
 
 
Figura 14 – Disposição típica do fundo com chapas anulares 
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Figura 15 – Disposição típica do fundo com chapas recortadas 
 
 
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As chapas do fundo devem apresentar as bordas aparadas e espessura 
mínima de 1/4 in (6 mm), excluída qualquer sobre-espessura de corrosão. 
A sobre-espessura para corrosão só deve ser adotada quando o produto 
armazenado provocar corrosão uniforme no fundo do equipamento. Caso a 
corrosão seja localizada, a proteção do fundo normalmente é realizada por pintura 
ou outro tipo de revestimento anticorrosivo adequado. Caso haja necessidade, 
complementa-se com proteção catódica. 
 
As Tabelas abaixo resumem as exigências e recomendações, do API 650 e 
da N-270, a respeito das dimensões e da disposição das chapas do fundo de um 
tanque de armazenamento. 
 
 
Tabela: Dimensões e disposição das chapas do fundo. 
 
 
 
 
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Tabela: Item 5.5.3, tabela 5-1a e tabela 5-1b do API 654. Tabela A-3 da N-270. Espessura 
mínima das chapas anulares. 
 
 
 
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3.4 Projeto do Costado 
 
O dimensionamento do costado depende da norma de projeto adotada. 
Podendo ser a NBR 7821, o API 650, ou a BSI BS EN 14015. Por ser a norma mais 
utilizada, nesta apresentação vamos dar ênfase ao cálculo pela API 650. 
 
A edição atual do API 650, de março de 2013, apresenta três alternativas para 
dimensionamento do costado de um tanque de armazenamento: 
 
 API 650 corpo de norma e método básico (One-Foot Method); 
 API 650 corpo de norma e método do ponto variável de projeto; 
 API 650 Anexo A (método básico). 
 
Os requisitos gerais e o critério para fixação dos valores das tensões 
admissíveis, adotados no projeto do costado de um tanque de armazenamento pelo 
API 650, estão descritos nos Itens: 5.6.1 e 5.6.2 e Tabelas: 5-2a e 5-2b do API 650, 
reproduzidos a seguir. 
A espessura máxima das chapas do costado dependerá da especificação de 
material utilizada, conforme Seção 4 do API 650. Quando for utilizado o 
dimensionamento do costado pelo Apêndice A do API 650, a espessura máxima das 
chapas do costado será de 0,5 in. 
As chapas do costado com espessura acima de 1,5 in devem ser 
normalizadas ou temperadas e revenidas, acalmadas, fabricadas com a técnica de 
grão fino e testadas, obrigatoriamente, ao impacto. 
 
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O método básico, ou método de projeto a 1 ft, utiliza um ponto fixo de 
projeto localizado a 1 ft acima da extremidade inferior de cada anel do costado. O 
dimensionamento das chapas do costado é realizado conforme Item 5.6.3 do API 
650. Este método de projeto está, atualmente, limitado a um diâmetro máximo de 
200 ft. 
 
 
 
 
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O método do ponto variável de projeto utiliza um ponto 
variável de projeto, para cada anel do costado, resultando em tensões 
circunferenciais no costado bem mais próximas da máxima tensão admissível de 
projeto do que as tensões resultantes calculadas pelo método básico. 
O procedimento é descrito no item 5.6.4 do API 650, reproduzido a seguir: 
 
 
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O Apêndice A do API 650, reproduzido a seguir, estabelece regras para 
construção de tanques de armazenamento de pequena capacidade, montados no 
canteiro e limitados a uma espessura máxima de costado de 0,5 in (12,5 mm). Seu 
campo de aplicação, materiais permissíveis, critério de dimensionamento do 
costado, tipos de junta e detalhes construtivos de bocais e acessórios estão 
descritos do Item A.1 ao Item A.9. 
 
 
 
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A espessura nominal das chapas do costado não deve ser inferior a um valor 
mínimo estrutural, fixado por norma, baseado em requisitos de montagem. 
Portanto, não é necessário acrescentar a sobre-espessura para corrosão a este 
valor mínimo. O Item 5.6.1.1, a Tabela 4 e a Tabela A-5, reproduzidos a seguir, 
apresentam, especificamente, as exigências do API 650, NBR 7821 e N-270. 
 
 
 
 
 
 
 
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3.5 Projeto do Teto 
 
O projeto do teto de tanques de armazenamento é analisado em função do 
tipo de teto considerado: 
 Teto Fixo Cônico Suportado 
 Teto Fixo Cônico Autoportante 
 Teto Fixo Curvo Autoportante 
 Teto Flutuante Externo 
 Teto Fixo com Flutuante Interno 
 
Todos os tipos de teto e estruturas de sustentação devem ser projetados para 
suportar sua carga morta (peso próprio das chapas do teto e da estrutura de 
sustentação) mais uma sobrecarga correspondente a uma carga viva 
uniformemente distribuída (homem, equipamento e carga de neve). Normalmente 
se considera, como sobrecarga, o valor de 120 kgf/m2 (25 lbf/ft2) de área projetada 
do teto. 
 
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A espessura nominal mínima das chapas do teto é de 4,75 mm (3/16 in), 
devendo essa espessura ser adotada sempre que possível7. Para tal espessura o 
material deve ser o aço carbono, de qualidade estrutural, ASTM A 1011 Gr 33 ou 
ASTM A 283 Gr C, com largura mínima de 1500 mm. Maiores espessuras podem ser 
requeridas aos tetos autoportantes. 
Havendo necessidade, para uma corrosão considerada uniforme, adicionar a 
sobre-espessura de corrosão ao valor calculado (teto fixo autoportante) ou ao valor 
nominal mínimo (teto fixo suportado ou teto flutuante). 
 
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Os tetos suportados são estruturados por perfis, laminados ou soldados. A 
estrutura de sustentação do teto é constituída basicamente de: 
 Vigas radiais 
 Vigas transversais 
 Colunas 
 
 
 
O teto flutuante externo e seus diversos acessórios devemser projetados 
conforme o API 650 Apêndice C e construídos de tal forma a permitir o 
extravasamento do produto armazenado, sem danificar qualquer componente do 
equipamento, no caso de um enchimento exagerado do tanque. O teto flutuante 
externo tipo simples (“pan-type”) não é mais permitido por norma. 
Os tetos tipo pontão devem ter uma declividade para a parte central de tal 
forma a permitir a drenagem eficiente das águas pluviais. O lençol superior do 
flutuador periférico deve apresentar uma declividade mínima de 1:64. Tal 
declividade mínima também é exigida para o lençol superior dos tetos duplos. 
Os tetos flutuantes externos, de qualquer tipo, devem apresentar 
flutuabilidade suficiente e permanecer flutuando sobre um líquido de densidade 
0,7, ou de densidade igual a do produto armazenado caso a sua densidade seja 
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inferior a 0,7, com seus drenos principais inoperantes, em ambas as seguintes 
condições analisadas separadamente: 
 
 Primeira condição (água de chuva): lençol superior com carga de 
água proveniente de uma altura pluviométrica de 250 mm, sobre toda a 
área do tanque, num período de 24 horas. Teto intacto. 
O teto duplo deve suportar a carga de água mencionada anteriormente 
ou permitir que a mesma escoe, em parte, por drenos de emergência 
(Fig.13.10). Tais drenos de emergência devem ser em igual quantidade 
e posicionados tão próximos quanto possível aos drenos principais. O 
dreno de emergência deve impedir que o produto armazenado passe 
para cima do teto. 
 Segunda condição (furo no teto): 
 Teto tipo Pontão: dois compartimentos contíguos e lençol 
central inundados, como se estivessem furados. 
 Teto Duplo: dois compartimentos contíguos, mais externos, 
inundados, como se estivessem furados. 
Para ambos os tipos de teto, nesta segunda condição, nenhuma sobrecarga 
adicional (água de chuva e carga viva uniforme) deve ser considerada. O projetista 
deve indicar, utilizando memória de cálculo, quais os dois compartimentos mais 
críticos. 
 
Figura 16 – Dreno de emergência em teto flutuante duplo. 
O teto flutuante deve ser projetado com resistência suficiente a evitar 
deformações permanentes em decorrência de qualquer uma das condições de 
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flutuabilidade descritas anteriormente. Isto é particularmente importante para o 
lençol central do teto tipo pontão. 
 
4. Conclusão 
 
Essa apresentação buscou demonstrar de uma forma bem resumida algumas 
informações importantes a serem consideradas no projeto e construção de tanques 
de armazenamento. Na prática todas as informações contidas nas principais normas 
são levadas em consideração, no detalhe, de forma a executar um trabalho seguro e 
confiável, dentro de padrões rígidos que a boa prática da Engenharia exige. 
 
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REFERÊNCIAS 
 
 
 
 
Barros, Stênio Monteiro de. Livro: Tanques de Armazenamento. Petrobras -
Recursos Humanos - Universidade Petrobras – Rio de Janeiro, março 2010. 
 
BROWNELL, Lloyd E. YOUNG, Edwing H. Process Equipment Design. New York. 
John Willey & Sons Inc. 1968. 
 
API 650: 2013. Welded Tanks for Oil Storage. 12th Edition. March 2013. 
 
AISC. Manual of Steel Construction, Allowable Stress Design. 9th Edition. New 
York. 1989. 
 
N-270: 2010. Norma Petrobras - Projeto de Tanque Atmosférico. Revisão E. 
Dezembro de 2010. 
 
NBR-7821: Tanques Soldados Para Armazenamento de Petróleo e Derivados. 
Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABR 1983. 1983.