CAIXA SEPARADORA ÁGUA_ÓLEO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO Memória de Cálculo

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a COMPATIBILIDADE COM O GEDOC 
REV FEITO VISTO DATA APROV ALTERAÇÕES 
 
 
Companhia Energética de Minas Gerais 
PROJ. 
IPGC/AAR 
VISTO 
 
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DES. 
 
APROV. 
MERP 39737 
 
22000-ER/SE-5258
 Rev.”a" 
 
 
 
 
 
 CONF. 
 
DATA 
16/02/2004 
 
CAIXA SEPARADORA ÁGUA/ÓLEO – 
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO 
Memória de Cálculo FOLHA 
1 / 15 
A
R
Q 
 
 22.000ER/SE-5258 - 2 / 15- 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. OBJETIVO 
 
2. FINALIDADE DO SISTEMA 
 
3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA 
 
4. PREMISSAS DE CÁLCULO 
 
5. CÁLCULOS 
 
5.1 DADOS BÁSICOS 
5.2 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO 
5.3 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA 
5.4 CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR 
5.5 CÁLCULO DO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO 
5.6 RESUMO DIMENSIONAL 
5.7 DESENHO ESQUEMÁTICO 
 
6. EXEMPLO 
 
6.1 DADOS BÁSICOS 
6.2 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO 
6.3 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA 
6.4 CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR 
6.5 CÁLCULO DO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO 
6.6 RESUMO DIMENSIONAL 
 
 
 
 
 22.000ER/SE-5258 - 3 / 15- 
 
1. OBJETIVO 
 
Esta Memória de Cálculo tem o objetivo de dimensionar o Tanque Separador Água/Óleo 
Isolante para os equipamentos de grande volume de óleo instalados em Subestações da CEMIG. 
 
2. FINALIDADE DO SISTEMA 
 
O sistema de separação tem por finalidade fazer a separação da água e do óleo isolante, 
derramado nas “bacias de contenção” existentes abaixo dos equipamentos, no caso de acidente, ou 
manutenção. 
 
3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA 
 
O óleo isolante derramado de um dos equipamentos será drenado para um tanque Separador 
de Água/Óleo Isolante. 
 
O tanque separador de água/óleo isolante será construído em concreto, com revestimento de 
material impermeável ao óleo. Terá capacidade suficiente para conter todo o volume de óleo do 
maior equipamento e capacidade para separar o óleo que vazar, misturado à água de chuva 
drenada e SPCI. 
 
4. PREMISSAS DE CÁLCULO 
 
Para o cálculo do Sistema Separador Água/Óleo Isolante foram considerados os seguintes 
dados: 
 
• Número de equipamentos 
• Área total das bacias coletoras 
• Volume de Óleo Isolante do maior equipamento 
• Densidade do Óleo: 860 kg/m³ 
• Tempo de Escoamento do Óleo do Transformador: 0,25 h (15 min) 
• Índice Pluviométrico: 
1. precipitação com duração de 5 min. e período de retorno de 10 anos 
2. precipitação com duração de 24 h e período de retorno de 100 anos 
 
 22.000ER/SE-5258 - 4 / 15- 
Para realização dos cálculos foram utilizadas as definições dos seguintes documentos e 
normas: 
 
• API – 421: Monographs on Refinery Environmental Control – Management Of Water 
Discharge (Design and Operation of Oil-Water Separators) 
• Critérios Básicos de Projeto para Resíduos de Óleo – CEMIG 
• Legislação: Deliberação Normativa Nº 010, de 16/12/1986 – Qualidade das águas - 
Lançamento de Efluentes 
• Política Interna da CEMIG – Diretrizes para a Adequação Ambiental 
 
Para o cálculo final, a vazão total será considerada como a vazão de óleo somada com a vazão 
de água devido à chuva e ao SPCI. 
 
5. CÁLCULOS 
 
5.1. DADOS BÁSICOS 
 
Área total das bacias (Ab) 
 
5.2. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO 
 
Vazão Média de Óleo do equipamento: 
 
Q1 = Vol / Te (l/s) 
 
Onde: Q1 = Vazão média de óleo do equipamento 
Vol = Volume de óleo do equipamento maior equipamento 
 Te = Tempo de Drenagem = 0,25 h = 900 s 
 
5.3. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA 
 
Vazão Água de Chuva 
 
Qc = Ip1 x Ab (l/s) 
 
Onde: Ip1 = Precipitação com Tp = 5 min e TR=10 anos (mm) 
 22.000ER/SE-5258 - 5 / 15- 
 Tp = Duração da precipitação 
 Ab = Área total das bacias coletoras (m²) 
 
5.4. CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR 
 
a) Vazão Total do Sistema Separador 
 
 A vazão total afluente para o Tanque Separador Água/ Óleo Isolante será: 
 
 Qt = Q1 + Qc 
 
Onde: Qt = Vazão Total 
 Q1 = Vazão de Óleo 
 Qc = Vazão de Água de Chuva 
 
b) Diâmetro do Coletor de Drenagem 
 
Diâmetro calculado do Tubo de Esgotamento 
 
D = ((n x Qt)/(0,312 x (i)1/2 ))3/8 
 
Onde: n = 0,013 para MBV 
 Qt = Vazão de Água e Óleo 
 i = Declividade = 1,0% = 0,01m/m 
 
O diâmetro interno do tubo será aquele com diâmetro comercial imediatamente superior ao 
definido pela fórmula acima. 
 
5.5. CÁLCULO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO 
 
a) Cálculo do Tanque Separador 
 
 A água e o óleo terão as seguintes características: 
 
 Viscosidade da Água a 30ºC (µa): 0,0008 poises 
 Densidade da Água a 30ºC (ρa): 996 kg/m³ 
 22.000ER/SE-5258 - 6 / 15- 
 Densidade do Óleo (ρo): 860 kg/m³ 
 Diâmetro da Menor Partícula de Óleo a Ser Removida (d): 0,015 cm 
 
b) Cálculo da Velocidade de Ascenção 
 
 Vo = (g / (18 x µa)) x (ρa – ρo) x d² 
 
 g = Gravidade 
 
c) Cálculo da Velocidade Horizontal 
 
 A velocidade horizontal deverá ser : 
 
 Vh = 15 x Vo e menor que 0,01524 m/s 
 
d) Cálculo da Seção Transversal do Tanque será: 
 
 Qe = Qt 
 
 AT = Qe / Vh e menor que 14,4 m² 
 
 B = 0,4) / (AT com Largura Máxima de 6,0 m 
 
 h = 0,41 x B 
 
 Onde: AT = Área Transversal 
 B = Largura do Modulo de Separação 
 h = Altura do vertedouro 
 
e) Cálculo do Comprimento da Caixa Separadora 
 
 Nova velocidade de acordo com a largura e profundidade da caixa. 
 
 Vhc = Qe / B x h e menor que 0,01524 
 
 LCSP = Ft x (Vhc / Vo) x h 
 22.000ER/SE-5258 - 7 / 15- 
 
 Ft = tabelado (Ref. API – 421) 
 
 Onde: Ft = Fator de Turbulência e curto circuito 
 Vhc = Velocidade de Escoamento na Câmara Corrigido (m/s) 
 Vo = Velocidade ascensional do óleo (m/s) 
 
f) Cálculo do comprimento Mínimo da Câmara de Entrada 
 
tD = 60s = Tempo de detenção 
 
LCE = tD x Vhc 
 
g) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara de Entrada para a Câmara Separadora 
 
VCSP = Vhc x 3 
 
 a = Qe / (VCSP x B) 
 
 Onde: VCSP = Velocidade de Escoamento na Câmara de Entrada 
 a = Altura do Flange de Passagem para a Câmara Separadora 
 
h) Cálculo do Comprimento da Caixa de Saída 
 
 A caixa de saída deverá ter o mesmo comprimento da caixa de entrada. 
 
 LCS = LCE 
 
i) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara Separadora para a Câmara de Saída 
 
VSCS = Vhc x 3,5 
 
 f = Qe / (VSCS x B) 
 
 Onde: VSCS = Velocidade de Escoamento na Câmara de Saída 
 f = Altura do Flange de Passagem para a Câmara de Saída e do Septo Interno 
 22.000ER/SE-5258 - 8 / 15- 
 
j) Cálculo da Distância Mínima do Septo Interno à Câmara Separadora 
 
LSEPT = 20 x VCSP 
 
k) Cálculo do Vertedouro de Saída da Câmara de Saída 
 
 Para Vertedouro Retangular de Parede Delgada 
 
 ya = 
3 2
e B)) x (1,838 / (Q 
 
 ya = Altura de Liquido na Saída do Vertedouro 
 
l) Determinação da Altura do Tubo de Entrada 
 
 C = a + (h – f + ya) / (ρo / ρa) 
 
m) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime de Escoamento à Vazão 
Máxima 
 
ρa x g (h + ya) = ρo x g x ho + ρa x g x ha 
 
 ha = (ρa x (h + ya) - ρo x ho)/ ρa 
 
 ha = (h + ya) - δ x ho 
 
 ho = Vo / AH 
 
 AH = B x (L + LSEPT) 
 
 Onde: ha = Altura de Água na Câmara de Separação 
 ho = Altura de Óleo na Câmara de Separação 
 22.000ER/SE-5258 - 9 / 15- 
n) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime Estático 
 
 ha = h - δ x ho 
 
 ho = Vol / AH 
 
o) Verificação da Altura da Passagem de Água entre a Câmara de Entrada e a Câmara de 
Separação e entre a Câmara de Separação e a Câmara de Saída 
 
Para Regime de Vazão Máxima a < ha / 2 
 
Para Regime Estático f < ha / 2 
 
p) Cálculo daAltura total da caixa 
 
 C + D + 0,10 
Ht > 
 ha + ho + 0,10 
 
10cm de folga 
 
q) Verificação do tempo de detenção 
 
td = (Lcsp x ha x B)/ Q1,100 ≥ 24 horas 
 
Onde: Q1,100 = Vazão para chuva com 1 dia de duração e período de retorno de 100 anos 
 
r) Comprimento total da caixa 
 
Lt = Lce + Lsept + Lcsp + Lcs 
 
 22.000ER/SE-5258 - 10 / 15- 
5.6. RESUMO DIMENSIONAL DA CAIXA SEPARADORA 
 
 
 
5.7. DESENHO ESQUEMÁTICO: 
 
 
 
 
 
Resumo dimensional da caixa separadora
Descrição Símbolo
Largura da caixa B
Altura do vertedouro h
Altura total da caixa Ht
Comprimento da câmara de entrada Lce
Comprimento da câmara de saída Lcs
Distância do septo interno à câmara separadora Lsept
Comprimento da câmara separadora Lcsp
Comprimento total da caixa Lt
Diâmetro do tubo de entrada e
Altura da geratriz inferior do tubo de entrada C
Passagem para câmara separadora a
Passagem para câmara de saída f
 22.000ER/SE-5258 - 11 / 15- 
6. EXEMPLO 
 
 
6.1. DADOS BÁSICOS 
 
Ab = 100 (m²) 
 
6.2. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO 
 
Vol = 17,9 (m³) 
 
Q1 = 17,9 / 900 = 0,01989 (m³/s) 
 
6.3. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA 
 
Ip1 = 21 (mm) 
 
Tp = 300 (s) 
Qc = 21 x 100 / 300 / 1000 = 0,007 (m³/s) 
 
6.4. CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR 
 
a) Vazão Total do Sistema Separador 
 
Qt = 0,01989 + 0,007 = 0,02689 (m³/s) 
 
b) Diâmetro do Coletor de Drenagem 
 
D = ((0,013 x 0,02689)/(0,312 x (0,01)1/2 ))3/8 = 0,186 m 
 
Dadotado = 0,20 m 
 
 22.000ER/SE-5258 - 12 / 15- 
6.5. CÁLCULO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO 
 
a) Cálculo do Tanque Separador 
 
µa = 0,0008 poises 
ρa = 996 kg/m³ 
ρo = 860 kg/m³ 
d = 0,00015 cm 
 
b) Cálculo da Velocidade de Ascenção 
 
Vo = (9,8/(18 x 0,0008)) x (996 – 860) x (0,00015)2 = 0,00208 (m/s) 
 
c) Cálculo da Velocidade Horizontal 
 
Vh = 15 x 0,00208 = 0,03127 (m/s) > 0,01524 (m/s) 
 
Assim: 
 
Vh adotado = 0,01524 (m/s) 
 
d) Cálculo da Seção Transversal do Tanque será: 
 
Qe = 0,02689 (m/s) 
 
AT = 0,02689 / 0,01524 = 1,76 (m²) < 14,4 (m²) OK 
 
AT adotado = 2,00 (m²) 
 
B = 0,4) / (1,76 = 2,24 (m) < 6,0 (m) OK 
 
Badotado = 3,10 (m) 
 
h = 0,41 x 3,10 = 1,27 (m) 
 
 22.000ER/SE-5258 - 13 / 15- 
e) Cálculo do Comprimento da Caixa Separadora 
 
Vhc = 0,02689 / 3,10 x 1,27 = 0,00682 (m/s) < 0,01524 (m/s) OK 
 
Ft = 1,53 
 
LCSP = 1,53 x (0,00682 / 0,00208) x 1,27 = 6,37 (m) 
 
LCSP adotado = 7,10 (m) 
 
f) Cálculo do comprimento Mínimo da Câmara de Entrada 
 
tD = 60 (s) 
 
LCE = 60 x 0,00682 = 0,41 (m) 
 
LCE adotado = 0,50 (m) 
 
g) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara de Entrada para a Câmara Separadora 
 
VCSP = 0,00682 x 3 = 0,02047 (m/s) 
 
a = 0,02689 / (0,02047 x 3,1) = 0,42 (m) 
 
aadotado = 0,30 (m) 
 
h) Cálculo do Comprimento da Caixa de Saída 
 
LCS = 0,50 (m) 
 
 22.000ER/SE-5258 - 14 / 15- 
i) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara Separadora para a Câmara de Saída 
 
VSCS = 0,00682 x 3,5 = 0,02389 (m/s) 
 
f = 0,02689 / (0,02389 x 3,10) = 0,36 (m) 
 
fadotado = 0,30 (m) 
 
j) Cálculo da Distância Mínima do Septo Interno à Câmara Separadora 
 
LSEPT = 20 x 0,02047 = 0,41 (m) 
 
LSEPT adotado = 0,50 (m) 
 
k) Cálculo do Vertedouro de Saída da Câmara de Saída 
 
ya = 
3 23,10)) x (1,838 / (0,02689 = 0,03 (m) 
 
l) Determinação da Altura do Tubo de Entrada 
 
C = 0,30 + (1,27 – 0,30 + 0,03) / (860 / 996) = 1,46 (m) 
 
Cadotado = 1,46 (m) 
 
m) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime de Escoamento à Vazão 
Máxima 
AH = 3,10 x (7,00 + 0,45) = 23,10 (m²) 
 
ho = 17,9 / 23,10 = 0,78 (m) 
 
ha = (1,27 + 0,02813) – 860 / 1000 x 0,78 = 0,63 (m) 
 
n) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime Estático 
 
ha = 1,27 – 860 / 1000 x 0,78 = 0,60 (m) 
 
 22.000ER/SE-5258 - 15 / 15- 
o) Verificação da Altura da Passagem de Água entre a Câmara de Entrada e a Câmara de 
Separação e entre a Câmara de Separação e a Câmara de Saída 
 
a = 0,30 < 0,63 / 2 = 0,32 OK 
 
f = 0,30 < 0,60 / 2 = 0,30 OK 
 
p) Cálculo da Altura total da caixa 
 
 0,63 + 0,78 + 0,10 = 1,51 (m) 
Ht > 
 1,46 + 0,20 + 0,10 = 1,76 (m) 
 
Ht adotado = 1,76 (m) 
 
q) Verificação do tempo de detenção 
 
Q1,100 = 160 x 100 / 24 / 1000 = 0,667 m3/h 
td = (8,60 x 0,60 x 3,10) / 0,667 = 24 h ≥ 24 h OK 
 
r) Comprimento total da caixa 
 
Lt = 0,50 + 0,50 + 7,10 + 0,50 = 8,60 
 
6.6. RESUMO DIMENSIONAL DA CAIXA SEPARADORA 
 
 
Resumo dimensional da caixa separadora
Descrição Símbolo Dimensão (m)
Largura da caixa B 3,10
Altura do vertedouro h 1,27
Altura total da caixa Ht 1,76
Comprimento da câmara de entrada Lce 0,50
Comprimento da câmara de saída Lcs 0,50
Distância do septo interno à câmara separadora Lsept 0,50
Comprimento da câmara separadora Lcsp 7,10
Comprimento total da caixa Lt 8,60
Diâmetro do tubo de entrada e 0,20
Altura da geratriz inferior do tubo de entrada C 1,46
Passagem para câmara separadora a 0,30
Passagem para câmara de saída f 0,30