Manual Para Dimensionamento de Tanques Metalicos

Manual para dimensionamento de tanques metálicos. Luis Dias Pereira – [email protected] Resumo: Este manual demonstra demonstra com dimensionar dimensionar um tanque metálico metálico e também o detalhamento desse tanque, como o costado, teto, fundo, bocais e escadas. Para desenvolver esse manual, foi consultado a norma API 650 do American Petroliun Institute, ABNT NBR 6123 – forças devido ao vento em edificações, edificações, ABNT NBR NBR 7821 – Tanques soldados para armazenamento armazenamento de petróleo e derivados. Estas normas especificam quanto ao dimensionamento do teto, fundo e costado, classsificação, materiais utilizados, além de servir como fonte de consulta quando o projeto já vem especificado pelo cliente.

SUMÁRIO. 1 - Introdução. 2 – Classificação dos tanques. 2.1 – Teto Fixo. 2.1.1 – Auto portantes. 2.1.2 – Suportados. 2.1.3 – Quanto a Forma. 2.1.3.1 – Teto cônico. 2.1.3.2 - Teto esférico ou curvo 2.1.3.3 - Teto em gomo 2.2 – Teto móvel. 2.3 – Teto flutuante. 3- Materiais de Fabricação 3.1 – Chapas. 3.1.1 - Classificação 3.1.1.1 – Quanto as bordas. 3.1.1.2 – Quanto a espessura. 3.2 – Perfis Estruturais. 3.3 – Tubos e forjados.

1

3.4 – Flanges. 3.5 – Parafusos e porcas. 3.6 – Eletrodos. 4 - Desenvolvimento. 4.1 – Determinação do material adequado a aplicação 4.2 – Dimensionamento do Costado. 4.3 – Verificação da Necessidade de Anel de Contraventamento Intermediário. Intermediário. 4.4 – Dimensionamento Dimensionam ento do Anel de Contraventamento Contravent amento Superior. 4.5 – Dimensionamento do Teto. 4.6 – Dimensionamento do Fundo. 5 – Acessórios do Tanque. 6 – Acabamento. 6.1 – Revestimento Interno. 6.2 – Revestimento Externo. 7 – Exemplo Ilustrativo Ilustrativo do Dimensionamento Dimensionamento de um Tanque Tanque

1 - Introdução. Tanque é um equipamento equipamento tipicamente encontrado em refinarias, terminais, oleodutos, bases de distribuição e indústrias. São equipamentos de caldeiraria destinados a armazenamento de líquidos nas industrias, recebem este nome por operarem em pressão próxima a pressão atmosférica. A construção destes equipamentos é regida pela norma API 650 do American Petrolium Institute e a norma brasileira NBR 7821. Este manual irá se deter aos Tanques de Armazenamento cilíndricos, verticais, atmosféricos e não enterrados, fabricados com chapas de Aço Carbono, unidas por meio de soldagem.

2 – Classificação dos Tanques. Existe uma grande variedade quanto a classificação classificação dos tanques. 2

Tais equipamentos são classificados didaticamente quanto a natureza de seu teto como: 2.1 - Teto Fixo ( fixed roof ): São tanques cilíndricos verticais cujos tetos são fixos a parte superior do seu costado.

Figura 1 – Teto fixo – Fonte: [Revista [Revista Monitoramento e Controle de Processo. Processo. Gonçalves, Marcelo Giglio – Rio de Janeiro; Petrobras: SENAI/DN,2003.- pág.86]

Podendo estes, ser classificados em: auto-portantes ou suportados. 2.1.1 - Auto-portantes: Auto-portantes: são apoiados exclusivamente exclusivamente à periferia dos costados. costados. 2.1.2 - Suportados: são apoiados numa estrutura em perfis metálicos soldados com o intuito de dar-lhe estabilidade. estabilidade.

Figura 2 – Teto Auto Suportado – Fonte: [ Apostila CM-Engenheiro CM-Engenheiro de Tubulação Tubulação – Engº.Palmerino Engº.Palmerino Macedo S.Filho]

3

2.1.3 - Quanto a forma: 2.1.3.1 - Teto cônico ( cone roof ): apresenta a forma de um cone reto.

Figura 3 – Teto Auto Suportado – [Apostila de Aplicação e Inspeção de Tanques Combustível – PUC –Rio, pág.131]

2.1.3.2 - Teto esférico ou curvo ( forma aproximada aproximada de uma calota esférica) esférica)

Figura 4 – Teto Esférico ou Curvo – [Apostila de Aplicação e Inspeção de Tanques Combustível – PUC –Rio, pág.131]

4

2.1.3.3 - Teto em gomos ( constituído de tal forma que qualquer seção horizontal seja um polígono regular).

Figura 5 – Teto em Gomos – [Apostila de Aplicação e Inspeção de Tanques Combustível – PUC –Rio, pág.132] 2.2 - Tanque de teto móvel: no seu interior existe uma câmara de vapor cuja pressão é responsável pela movimentação do teto, o qual possui uma selagem entre o costado e o teto. São os chamados gasômetros.

Figura 6 – Teto Móvel – Fonte: [Revista Monitoramento e Controle de Processo. Gonçalves, Marcelo Giglio – Rio de Janeiro; Petrobras: SENAI/DN,2003.] 5

2.3 - Tanque de teto flutuante: teto flutua sobre a superfície do líquido, acompanhando sua movimentação. A perda por evaporação nesse tipo de tanque é bem menor do que no teto fixo, no entanto seu custo é maior do que o tanque de teto fixo.

Figura 7 – Teto Flutuante – Fonte: [ Apostila CM-Engenheiro de Tubulação – Engº.Palmerino Macedo S.Filho]

3

– Materiais de fabricação

3.1 – Chapas As chapas são produtos laminados, nos quais duas dimensões (a espessura ) é muito menor que as outras duas (largura e comprimento).

As chapas se dividem nas duas categorias: Chapas grossas: de espessura superior a 5,0 mm. Chapas finas: fabricadas a frio e a quente conforme tabela 1. Tabela 1. Chapas grosas e chapas finas Chapas

Fabricação

Grossas A quente Finas A quente Finas A frio

Espessuras

Utilização em Construção

>5,0 mm 1,2-5,0 mm 0,3-2,65 mm

Estruturas metálicas em geral Perfis de chapas dobabras Acessórios de construção com calhas, rufos etc..

3.1.1 – Classificação 3.1.1.1 – Quanto as bordas 6

•

Com bordas universais: apresentam bordas provenientes do processo de laminação.

•

Com bordas aparadas: as bordas provenientes do processo de laminação são eliminadas por meio de um processo de aparamento lateral. São normalmente utilizadas em fundo e tetos pois as chapas do costado devem sofrer esquadrejamento em virtude das tolerâncias de montagem .

3.1.1.2 – Quanto a espessura •

Chapas finas: com espessura inferior a ¼”. São fabricadas com 1.500mm de largura e 6.000mm de comprimento.

•

Chapas grossas: com espessura igual ou maior a ¼”. São fabricadas com 2.440mm de largura e 12.000mm de comprimento.

Obs : Todas as chapa devem estar em conformidade com o item 2.2 da norma API 650. 3.2

– Perfis estruturais

3.2.1 – Alguns materiais para perfis estruturais Os aços carbono estruturais são os mais amplamente utilizados dentre todos os aços estruturais. Eles dependem do teor de Carbono para desenvolver sua resistência, e tem limite de escoamento entre 170 e 275 MPa. O ASTM A36 é um aço típico deste grupo. Os aços microligados (aços de alta resistência mecânica e baixa liga) utilizam vários elementos de liga em adição ao carbono para que possam atingir resistências mecânicas superiores; o limite de escoamento para estes aços está situado entre 290 e 450 MPa. Como exemplos temos o ASTM A572 Grau 50 e o A588 Grau K, produzidos pela Açominas. O aço ASTM A588 possui elevada resistência à corrosão atmosférica (é um aço “patinável”), superior a dos aços carbono comuns.

Obs. Mas para seleção do material, verificar se estão de acordo com a última edição de uma das especificações listadas no item 2.4 do API 650. 3.2.2 – Perfis laminado Os perfis laminados produzem perfis de grande eficiência estrutural, em forma de H, I, C, L, os quais são denominados corretamente de perfis laminados. Os perfis H,I e C são produzidos em grupos, sendo os elementos de cada grupo de altura h constante e largura das abas b variável. A variação da largura se obtém aumentando o espaçamento entre os rolos laminadores de maneira que a espessura da alma tem variação igual à da largura das abas. 7

Os perfis C são corretamente denominados perfis U. Os perfis L (cantoneiras) são também fabricados com diversas espessuras para cada tamanho de abas. Existem cantoneiras com abas iguais ou desiguais.

3.3

– Tubos e forjados.

Tubo é um conduto fechado, oco, geralmente circular destinado ao transporte de fluidos. Tubulação é um conjunto de tubos, conexões, válvulas e acessórios formando uma linha para a condução de fluidos .

Obs. Devem estar de acordo com a ultima edição de uma das especificações listadas no item 2.5 do API 650.

3.4

– Flanges.

Flanges são peças especiais que se destinam a fazer a ligação entre tubos, conexões, válvulas, acessórios e equipamentos e entre tubos, onde se deseja uma montagem/desmontagem rápida ou freqüente. Cada ligação flangeada necessita de um jogo de parafusos e uma junta de vedação. São ligações empregadas em todos os diâmetros para tubos de ferro fundido, aço carbono, aço liga, aço inox, plásticos e também em válvulas e acessórios de materiais não ferrosos. A norma DIN e a norma ASME / ANSI padronizam diversos tipos de flanges, para aço carbono, para aço inox, ferro fundido e materiais metálicos não ferrosos. Os flanges mais comuns são o flange sobreposto, o flange de pescoço, o flange roscado, o flange de encaixe, o flange solto e o flange cego.

Obs. Devem estar de acordo com a ultima edição de uma das especificações listadas no item 2.6 do API 650. 3.5

– Parafuso e porcas

Os parafusos comuns são, em geral, forjados com aço-carbono de teor de carbono moderado. Eles têm numa extremidade uma cabeça quadrada ou sextavada e na outra uma rosca com porca. No Brasil utiliza-se com mais freqüência a rosca do tipo americano, embora o tipo padronizado seja a rosca métrica. Os parafusos de alta resistência são feitos com aços tratados termicamente. O tipo mais usual é o ASTM A325, de aço-carbono temperado. Eles podem ser instalado com esforços de tração mínimo garantidos, os quais podem ser levados em conta nos cálculos. Nos casos em que se deseja impedir qualquer movimento entre as chapas de conexão, dimensionam-se os parafusos com um coeficiente de segurança contra o deslizamento, obtendo-se uma ligação do tipo atrito. Quando pequenos deslizamentos 8

são tolerados, os parafusos de alta resistência podem ser usados em uma ligação do tipo apoio.

Obs. Devem estar de acordo com a ultima edição de uma das especificações listadas no item 2.7 do API 650.

3.6 – Eletrodos. Os eletrodos devem atender a norma AWS 5.5. Obs. Devem estar de acordo com a ultima edição de uma das especificações listadas no item 2.8 do API 650. 4 - Desenvolvimento. 4.1 – Determinação do material adequado a aplicação Para determinar o material adequado para a aplicação, devemos obter primeiro as características do material a ser estocado determinamos. Sendo assim determinaremos o material a ser usado na construção do tanque, para tal utilizamos a norma API 650 sub-item 2.2.2. Vide Anexo A.

4.2 – Dimensionamento do costado a) A espessura das chapas de cada um dos anéis do costado deve ser, em qualquer caso, o maior dos três valores seguintes: •

espessura calculada pela fórmula apresentada, em função da densidade do líquido a ser estocado, acrescida da sobreespessura para corrosão, definida para cada anel, nos casos em que essa sobreespessura for indicada;

•

espessura calculada pela mesma fórmula apresentada considerando-se a densidade do produto igual a um, sem o acréscimo da sobreespessura para corrosão;

•

espessura mínima dada a seguir, em função do diâmetro do tanque;

Tabela 1 - Espessura nominal mínima para espessura do costado – Fonte: [ NBR 7821/1983 – pág.10]

9

4.2.1 - Calcular a espessura do primeiro anel Material = especificado conforme capítulo 4.1 desse manual. Tensão admissível de Projeto (Tp) = [Kgf/cm²] Tensão admissível de Teste (Tt) = [Kgf/cm²] Altura H = [m] Eficiência da solda (E) Densidade do liquido (G) Sobreespessura de Corrosão (C)

4.2.1.1 - Espessura de Projeto Calculo da espessura preliminar de projeto do 1° anel.  50 ⋅D (H − 0 , 3) G  e1 − Tp ⋅E  e1 = [mm]

Calculo da espessura de projeto do 1° anel. ep1

=

 ( 1 , 06 ) 

−

( 0 , 222 ⋅D) H

−

 H⋅G    50HD⋅G   x⋅  Tp ⋅E    Tp ⋅E 

ep1 = [mm]

Conforme a norma NBR 7821/1983, e1=ep1 (deve-se utilizar o menor valor entre e1 e ep1) 4.2.1.1 - Espessura de teste Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 1° anel. et −

 50 ⋅D (H − 0 , 3) G  Tt ⋅E   10

et = [mm] Calculo da espessura de teste hidrostático do 1° anel. et1

=

 ( 1 , 06 ) 

−

0 , 222 ⋅D H

−

 H⋅G    50HD ⋅G   x⋅  Tt ⋅ E    Tt ⋅ E 

et1 = [mm]

Conforme a norma NBR 7821/1983, et=ept1 (deve-se utilizar o menor valor entre et e ept1) Dados do 1° anel : Espessura de projeto (selecionado entre e1 ou ep1)= [mm] Espessura para corrosão (ec1) = [mm] Espessura mínima (e1 ou ep1+ec) = [mm] Espessura comercial (ecom1.) = [mm]

4.2.2 - Calcular a espessura do segundo anel Material = especificado conforme capítulo 4.1 desse manual. Tensão admissível de Projeto (Tp) = [Kgf/cm²] Tensão admissível de Teste (Tt) = [Kgf/cm²] Altura H2 = [m] Eficiência da solda (E) Densidade do liquido (G) e1(espessura de projeto calculada do 1° anel) = [mm] h1 (largura da chapa do costado do 2° anel) = [mm] R (raio do tanque) = [mm] Calcular separadamente para o 2° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e1 

y − 

Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y ≥ 2,625 III − e2

=

e2a

+

( e1 + e2a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y  se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25 

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. e2-espessura mínima do segundo anel ( excluindo-se a sobre espessura para corrosão). 11

ep2a-espessura mínima do segundo anel, em mm; calculada de acordo com o processo de cálculo de um anel superior.

Calculo da espessura preliminar de projeto do 2° anel.  50 ⋅ D ( H2 − 0 , 3) G  Tp ⋅E 

e2 −

e2 = [mm]

Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 2° anel. e2t −

 50 ⋅ D ( H2 − 0 , 3) G  Tt ⋅ E  

et2 = [mm]

1° ciclo 4.2.2.3 - Calcular a Distância x, do ponto variável de projeto, de extremidade inferior do anel, usando o menor dos valores obtidos das três seguintes expressões: K

C

 e1   e2   K + ( k − 1)  1, 5

 1+K  e2 ( espessura preliminar de projeto) = [mm] e1 ( espessura de projeto do anel inferior ) = [mm] D = diâmetro nominal [m] x1 − 0 , 01364 ( D ⋅ e2) + 0 , 32 ⋅C ⋅ H2

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e2)

Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros.

Calculo da espessura de projeto do 2° anel no 1° ciclo. ep2 ( 1°)

−

 50 ⋅ D ( H2 − x) G  Tp ⋅E   12

ep2(1°) = [mm]

2° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar, e2(2°)=ep2(1°) e2(2°) ( espessura preliminar de projeto do 2° ciclo) = [mm] e2(1°) ( espessura de projeto do anel no 1° ciclo ) = [mm] e1 ( espessura de projeto do 1° anel ) = [mm] K

C

 e1   ep2 ( 1°)   K + ( k − 1)  

1 +

K1 , 5 

x1 − 0 , 01364 ( D ⋅ e2) + 0 , 32 ⋅C ⋅ H2

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e2)

Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. x = [m]

 50 ⋅ D ( H2 − x) G  ep2 ( 2°) − Tp ⋅E   ep2(2°) = [mm]


 e1   ep2 ( 2°)  13

C

 K + ( k − 1)  

1 +

K1 , 5 

x1 − 0 , 61.

( R ⋅ ep2 )

+ 320.

C ⋅H

x2 − 1000.C ⋅H2 x3 − 1 , 22 ⋅ ( R ⋅ ep2 )

x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = [m]

 50 ⋅ D ( H2 − x) G  ep2 ( 3°) − Tp ⋅E   ep2(3°) = [mm] ep2(3°) será utilizado como e2a no calculo logo abaixo.

Determinação de e2. Calcular separadamente para o 2° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e1 

y − 

Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y ≥ 2,625 III − e2

=

e2a

+

( e1 + e2a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y  se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25 

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. E necessário repetir os passos descritos nos ciclos, tanto para condição de projeto quanto para a condição de teste hidrostático até que haja uma diferença pequena entre os valores calculados em sequencia (normalmente três tentativas adicionais são suficientes). Passos repetitivos darão idéia mais exata da localização do ponto variável de projeto, para o anel em consideração e, consequentemente resultarão em uma espessura de costado mais precisa.

14

4.2.2 - Calcular a espessura do terceiro anel Material = especificado conforme capítulo 4.1 desse manual. Tensão admissível de Projeto (Tp) = [Mpa] Tensão admissível de Teste (Tt) = [Mpa] Altura H3 = [m] Eficiência da solda (E) Densidade do liquido (G) e2(espessura de projeto calculada do 2° anel) = [mm] h1 (largura da chapa do costado do 3° anel) = [mm] R (raio do tanque) = [mm] Calcular separadamente para o 3° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e2 

y − 

Portanto: I – e3 = e2 se Y ≤ 1,375 II – e3 = e3a se Y ≥ 2,625 III − e3

=

e3a

+

( e2 + e3a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. e2-espessura mínima do segundo anel ( excluindo-se a sobre espessura para corrosão). e3a-espessura mínima do segundo anel, em mm; calculada de acordo com o processo de cálculo de um anel superior.

Calculo da espessura preliminar de projeto do 3° anel.  50 ⋅ D ( H3 − 0 , 3) G  e3 − Tp ⋅E  e3 = [mm]

Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 3° anel.  50 ⋅ D ( H3 − 0 , 3) G  et3 − Tt ⋅ E   et3 = [mm] 15


C

 e2   e3   K + ( k − 1)  1, 5

 1+K  e3 ( espessura preliminar de projeto) = [mm] e2 ( espessura de projeto do anel inferior ) = [mm] D = diâmetro nominal [m] x1 − 0 , 01364 ( D ⋅ e3) + 0 , 32 ⋅ C ⋅ H3

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e3)



−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tp ⋅E  

Ep3(1°) = [mm]


C

 e2   ep3 ( 1°)   K + ( k − 1)  

1 +

K1 , 5  16

x1 − 0 , 01364

D ⋅ e3( 1°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H3

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e3 ( 1°) )


 50 ⋅ D ( H3 − x) G  ep3 ( 2°) − Tp ⋅E   ep3(2°) = [mm]


C

 e2   ep3 ( 2°)   K + ( k − 1)  

1 +

K1 , 5 

x1 − 0 , 01364

D ⋅ e3( 2°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H3

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e3 ( 2°) )

x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = [m] ep3 ( 3°)

−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tp ⋅E  

ep3(3°) = [mm] 17

ep3(3°) será utilizado como e3a no calculo logo abaixo.

Determinação de e3. Calcular separadamente para o 3° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e3a 

y − 


=

e3a

+

( e2 + e3a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25


4.2.3 - Calcular a espessura do quarto anel Material = especificado conforme capítulo 4.1 desse manual. Tensão admissível de Projeto (Tp) = [Kgf/cm²] Tensão admissível de Teste (Tt) = [Kgf/cm²] Altura H4 = [m] Eficiência da solda (E) Densidade do liquido (G) e3(espessura calculada do 3° anel) = [mm] h3 (largura da chapa do costado do 4° anel) = [mm] R (raio do tanque) = [mm] Calcular separadamente para o 3° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅ h1   D ⋅ e3 

y − 

18


=

e4a

+

( e3 + e4a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y  se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. e3-espessura mínima do terceiro anel ( excluindo-se a sobre espessura para corrosão). ep4a-espessura mínima do quarto anel, em mm; calculada de acordo com o processo de cálculo de um anel superior.

Calculo da espessura preliminar de projeto do 4° anel.  50 ⋅ D ( H4 − 0 , 3) G  e4 − Tp ⋅E  e4 = [mm]

Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 4° anel.  50 ⋅ D ( H4 − 0 , 3) G  et4 − Tt ⋅ E   et4 = [mm]


C

 e3   e4   K + ( k − 1)  1, 5

 1+K  e4 ( espessura preliminar de projeto) = [mm] e3 ( espessura de projeto do anel inferior ) = [mm] D = diâmetro nominal [m] x1 − 0 , 01364

D ⋅ e4( 1°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H4

x2 − C ⋅H 19

x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e4 ( 1°) )



−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tp ⋅E  

Ep4(1°) = [mm]


C

 e3   e4 ( 2°)   K + ( k − 1)  

1 +

K1 , 5 

x1 − 0 , 01364

D ⋅ e4( 2°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H4

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e4 ( 2°) )


 50 ⋅ D ( H4 − x) G  ep4 ( 2°) − Tp ⋅E   Ep4(2°) = [mm]

20


C

 e3   e4 ( 3°)   K + ( k − 1)  

1 +

K1 , 5 

x1 − 0 , 01364

D ⋅ e4( 3°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H4

x2 − C ⋅H x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e4 ( 3°) )

x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = [m]

 50 ⋅ D ( H4 − x) G  ep4 ( 3°) − Tp ⋅E   ep4(3°) = [mm] ep4(3°) será utilizado como e4a no calculo logo abaixo.

Determinação de e3. Calcular separadamente para o 4° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e4a 

y − 


=

e4a

+

y se 1,375 < Y < 2,625 ( e3 + e4a ) ⋅  2 , 1 ⋅ 1 , 25 

21


4.3 – Verificação da Necessidade de Anel de Contraventamento Intermediário. Conforme Norma NBR 7821 4.3.1 - Mapa do ventos – Conforme NBR 6123

Figura - Apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica, no Brasil, com intervalos de 5 m/s. Fonte – [ NBR 6123/88 – Autor Ivo José Padaratz ] Diâmetro nominal do tanque (Ø) – [m] Velocidade do vento, conforme norma NBR 6120 (Vo) - [Km/h] Distância Vertical entre o anel intermediário de contraventamento e a cantoneira de topo do costado, ou entre o anel de contraventamento intermediário e o de contraventamento superior nos tanques sem teto (H) - [m]

22

4.3.2 - Verificação da necessidade de contraventamento intermediário. (Ø) – [m] (Vo) - [Km/h] (H1) - [m] (W) – [m] (largura do 1° anel) (em) – [mm] (espessura media na altura H)

Máxima altura sem anel de contraventamento  162 2 em  3    H1 − 9 , 465 ⋅em⋅ ⋅  V  D   H1 = [mm] Obs.Quando H1 for maior que W, não a necessidade de anel intermediário. Caso contrário será necessário calcular o anel intermediário. Conforme calculo logo abaixo.

4.3.3 - Módulo de resistência requerida do anel de reforço intermediária  V  2 Z − 58 ⋅ D ⋅ H1⋅  161   2

Z ( módulo de resistência) – [mm³] D (diâmetro do tanque) – [m] A tabela 2 apresenta os valores mínimos para o anel intermediário do costado.

Tabela 2 – Reforço da borda intermediária do costado – Fonte [ BS 2654parágrafo 7.3.2 ] Diâmetro do Tanque (m) Anel de Reor!o Di " 20

100 # 65 # 8 mm

20 $ D " 36

125 # 75 # 8 mm

36 $ D " 48

150 # 90 # 10 mm

48 $ D

250 # 100 # 12 mm

4.4 – Dimensionamento do anel de contraventamento superior. Diâmetro nominal do tanque (Ø) – [m] Velocidade do vento, conforme norma NBR 6120 (Vo) - [Km/h] 23

Altura do tanque, incluindo qualquer projeção acima da altura máxima de enchimento como, por exemplo, chapas guias para tetos flutuantes (H2) = [m]

4.4.1 - Módulo de resistência requerida do anel de reforço superior  V  2 Wr − 58 ⋅D ⋅ H1⋅  161   2

Wr = [cm³] A tabela 3 apresenta os valores mínimos para o anel superior do costado.

Tabela 3 – Reforço da borda superior do costado – Fonte [ NBR 7821/1983 – pág.11]

4.5 – Dimensionamento dos tetos O dimensionamento do teto deve ser levar em consideração algumas informações importantes. a) Todos os tetos e suas suas estruturas de apoio apoio devem ser ser projetados para para suportar sua carga morta mais a carga viva uniforme não inferior a 60 Kg/m² de área projetada; b) A chapas do teto devem ter uma espessura espessura mínima de de 4,7 mm; uma espessura espessura maior pode ser necessária para tanques de teto autoportantes; a sobreespessura para corrosão para chapas de tanques com tetos autoportantes deve ser adicionado à espessura calculada; c) Coluna para para o teto poderão ser utilizados utilizados perfis perfis estruturais ou tubo de aço. aço. Devem-se instalar guia de fixação no fundo do tanque para evitar qualquer movimento lateral da base das colunas. Todos os membros estruturais devem tem uma medida de espessura igual ou superior a 4,4 mm. As chapas do teto devem ser unidas à cantoneira superior do tanque com uma solda de ângulo contínua no lado superior. A solda contínua entre as chapas do teto e a cantoneira não pode exceder 5 mm.

24

d) As vigas radiais devem devem ser espaçadas de forma que, o anel mais externo, externo, seus centros não estejam espaçados de mais do 2,5 m, medidos ao longo da circunferência do tanque, o espaçamento nos anéis internos não deve ser maior do que 2,2 m; e) Teto cônico auto suportados, suportados, todas as emendas das das chapas do teto devem devem ser feitas por intermédio de cordões contínuos de soldas em ângulo, feitos apenas pela face superior e com dimensão igual à espessura das chapas que estão sendo soldadas; f) A declividade declividade dos tetos cônicos suportados suportados deverá deverá ser de 1:15, a menos menos que um valor seja especificado pelo comprador; g) Nos tetos com declividade declividade superior superior a 1:6, ou em que a ligação ligação das chapas chapas do teto com a cantoneira de topo seja feita com solda com dimensão maior do que 5 mm, devem ser colocados respiros de emergência apropriados;

4.5.1 – Dimensionamento dos tetos auto-suportados ( cônico autoportante ) Conforme API 650, seção 3.10.5 Os tetos cônicos auto-suportados devem satisfazer os seguintes requisitos, correspondente a uma sobrecarga de 60 Kgf/m². O ângulo θ da geratriz do cone com a horizontal será: O ângulo θ mínimo = 10° O ângulo θ máximo = 37°

4.5.1.1 – Cargas Carga viva (CV) = [Kgf/m²] [ Kgf/m²] Carga morta (CC) = [Kg/m²] [ Kg/m²] Carga devido ao vácuo = [Kgf/m²] Carga devido a isolamento = [Kgf/m²] [ Kgf/m²] Carga Total (CT) = [Kpa]

4.5.1.2 – Cálculo da espessura do teto e

D  ( 4 , 8 ⋅sinθ)

−

 CT   2 , 2 

e = [mm] Diâmetro interno = [m] 25

Carga total (CT) = [Kpa] A espessura (e) nunca poderá ser inferior a 4,75 mm e a espessura (e) máxima será 12,7 mm.

4.5.1.3 – Geometria da junção costado-teto

Ar

D³  0 , 432 ⋅sinθ

−

 CT   2 , 2 

Ar = [cm²]

Área da junção disponível (conf.F-1, apêndice F) Wh = [mm] – (adotado) th = Wc = [mm] – (adotado) Perfil = (adotado) Ad = (do perfil adotado)[cm²]

Wh = [mm] – (calculado) Wc = [mm] – (calculado)

Figura - Área da junção disponível – Fonte – [ API 650/2004 – apêndice F ]

26

Wc − 0 , 6 ⋅ Rc ⋅ tc tc

Wc = [mm] Raio interno do tanque (RC) = [m] Espessura do costado (tc) = [mm] W h − Rh ⋅ th

Wh =[mm] – máximo 304,8 mm (12”) Raio interno do teto (Rh) = [m] Espessura do teto (th) = [mm] Ad ≥ Ar (estará OK)

4.5.2 – Dimensionamento dos tetos domo e umbrela, conforme API API 650/2004, seção 3.10.6 4.5.2.1 – Cargas Carga viva (CV) = [Kgf/m²] [ Kgf/m²] Carga morta (CC) = [Kgf/m²] [ Kgf/m²] Carga devido ao vácuo = [Kgf/m²] Carga devido a isolamento = [Kgf/m²] [ Kgf/m²] Carga Total (CT) = [Kpa]

4.5.2.2 – Cálculo da espessura do teto Os tetos autoportantes abobadados e em gomos devem satisfazer aos seguintes requisitos, correspondentes a uma sobrecarga de 60 Kgf/m². Rmín. = 0,8 D Rmáxi. = 1,2 D Raio de curvatura do teto (R) = [m] Diâmetro nominal do tanque (D) = [mm] Espessura nominal da chapa (e) = [mm] emin −

R 2,4

CT = 4,5 [mm] 2,2

emáx. = 12,7 mm

4.5.1.3 – Geometria da junção costado-teto

27

Ar −

D ⋅R 0 , 216

CT 2,2

Ar = [cm²]

Área da junção disponível (conf.F-1, apêndice F) Wh = [mm] – (adotado) th = Wc = [mm] – (adotado) Perfil = (adotado) Ad = (do perfil adotado)[cm²]

Wh = [mm] – (calculado) Wc = [mm] – (calculado)

Figura - Área da junção disponível – Fonte – [ API 650/2004 – apêndice F ] Wc − 0 , 6 ⋅ Rc ⋅ tc

Wc = [mm] Raio interno do tanque (RC) = [m] Espessura do costado (tc) = [mm] Wh − Rh ⋅ th

Wh =[mm] – máximo 304,8 mm (12”) 28

Raio interno do teto (Rh) = [m] Espessura do teto (th) = [mm] Ad ≥ Ar (estará OK) 4.5.3 – Tensões admissíveis no teto com estrutura de suportes e autosuportadas Conforme NBR 7821/1983, apêndice 6.5.3. Todos os membros da estrutura devem ser dimensionado de forma que as tensões estáticas máximas não excedam:

a) Tração: • •

Perfis laminados, área líquida – 1400 Kgf/cm² Solda de penetração total em áreas de chapa mais finas – 1260 Kgf/cm²

b) Compressão:

•

Perfis laminados, com deflexão lateral restrita – 1400 Kgf/cm² Colunas, sobre a área da seção – Kgf/cm²,

•

para (L/r) menor ou igual a 120.....

•

  L  2    r   1 −  ⋅ 33000 ⋅Y   34700  14 , 22 ⋅FS

•

para (L/r) maior do que 120 ou menor ou igual a 131,7...

  L  2    r   1 −  ⋅ 33000 ⋅Y   34700  FS •

para (L/r) maior do que 131,7...

  L  2     r    33000⋅ Y  1− ⋅  34700  FS  L   14 , 22 ⋅ 1 , 6− 200⋅ r 

29

Onde: L = comprimento da coluna entre apoios laterais (m) r = menor raio de giração da coluna (m) FS = fator de segurança = L r

 L   r 

3

5 ⋅ ⋅ 3 350 18300000

FS −

Y = 1,0 (para seções de perfis laminados ou seções tubulares com (e/R) igual ou maior que 0,015)

y :=

200 e  200  e  ⋅ ⋅ 2− ⋅ 3 R  3  R

( para seções tubulares com (e/R) menor que 0,015) e = espessura da seção tubular, mm; 6 mm, mínimo para elementos principais em compressão e 4,7 mm, mínimo, para elementos secundários em compressão. R = raio externo de seção tubular, mm Nota 1 : Para elementos principais em compressão a razão (L/r) não deve exceder 180. Nota 2: Para elementos secundários em compressão a razão (L/r) não deve exceder 200.

a) Flexão: Peças solicitadas por flexão simples e tensões nas bordas da seção transversal serão calculadas de acordo com as fórmulas seguintes: σc −

M Wc

σt −

M Wt

Onde: σc = tensão de compressão σt = tensão de tração 30

Wc = Módulo de resistência útil a compressão Wz = Módulo de resistência útil a tração M = Momento fletor atuante - Nenhuma das tensões σc ou σt poderá ultrapassar 1350 Kgf/cm². - As vigas de alma cheia com perfil I solicitadas por flexão no plano da alma devem ter sua segurança verificada a flambagem lateral. Prescinde-se dessa verificação quando a distância entre pontos de apoio lateral for igual ou menor que 40 vezes o raio de giração Iy da secção transversal da mesa em relação ao eixo principal de inércia vertical ou quando a tensão máxima de compressão não ultrapassar o valor de 1540/W, onde W é o coeficiente de segurança à flambagem para λ = c/Iy. - Permite-se o dimensionamento adotando-se coeficiente de segurança igual a 2. - As flechas máximas admissíveis serão ( L= vão teórico da viga ) vigas radiais com vão teórico menor que 5 m : (L/200) vigas radiais com vão teórico maior que 5 m : (L/300) outras vigas: (L/300) vigas em balanço: (L/250)

b) Cizalhamento: - Para soldagem em ângulo, bujão, em rasgo, solda de penetração parcial em junta chanfrada, todas computadas na área da garganta em 950 Kgf/cm². - Sobre a área total de almas de vigas e longarinas, onde h (altura do perfil, em cm) não é maior do que 60 vezes e (espessura da alma, em cm), ou quando a alma está adequadamente reforçada , não deve exceder 910 Kgf/cm².

- Sobre a área total de almas de vigas e longarinas, quando a alma não é reforçada, ocasionando que h é maior do que 60 vezes e, a maior tensão média de cisalhamento, V/A não deve esceder, em Kgf/cm². V A

1370

−

1+

h

2

7200 ⋅e 2

h = altura do perfil (cm) e = espessura da alma (cm) V = força total de cizalhamento (Kgf) 31

A = área total do perfil (cm²)

c) Cálculo de vigas com cargas uniformemente distribuídas: Referindo-se a figura logo abaixo, considerando-se qualquer ponto x , entre os suportes R1 e R2 em uma viga com carga uniforme (w). As forças calculadas na viga do lado oposto do ponto. Produz um momento de flexão M, no qual os valores e a soma dos momentos em x. Para uma carga simplesmente apoiada, R1=R2.

R1

 w⋅ L   2

A força da reação R1 produz um momento positivo no sentido horário igual a (R1.x) e resulta de uma carga uniforme a esquerda de x(.x)! produz um momento negativo e anti"horário igual a # .x(x$%)&

M

2  w⋅ L ⋅ x  −  w⋅ x   2   2 

Para obter a localização do momento de flexão máxima

dM dx

 w⋅x   w⋅x2  d⋅ −  2   2  ( dx)

Substituindo x = ½ teremos uma equação para os momentos M

 w⋅l2  8

Para flecha máxima, quando x=1/2 será. y

 5w⋅l4   384 ⋅E ⋅I  32

d) Dimensionamento de vigas radiais e transversais Vigas Radiais A espessura da alma das vigas radiais não deve ser menor que 4,3 mm, e os espaçamentos entre as vigas radiais não deve ser maior que 1,65 m exceto quando um dos lados do polígono for suportado pela cantoneira de apoio do teto ou outro elemento transversal de apoio da chapa do teto. Q = carga total uniformemente distribuída sobre o teto. Sobrecarga + peso próprio das chapas no teto. Considerando que usaremos no teto sempre chapa 3/16”. Sendo chapa no mínimo 3/16” e o seu peso é de 38 Kg/m² e como a sobrecarga nos EUA é considerada 120 Kg/m², temos: Q = 120 Kg/m² + 38 Kg/m² = 158 Kg/m². A sobrecarga no Brasil é considerada 60 Kg/m². n = número de vigas radiais. l = espaços máximos entre as vigas (cm). N = número de lado do polígono. D = diâmetro do tanque (cm). π⋅D N >   1 , 9

q = carga por unidade de comprimento em Kg. L = comprimento da viga radial em m ou cm. A = diâmetro do polígono superior em m ou cm (conf.desenho abaixo).

98 ⋅ π ⋅(D2 − A2) q

4



N⋅L



q = carga por unidade de comprimento (Kg) M

 q ⋅L2   8 

M = momento fletor W

 M   S

W = módulo de resistência S = tensão admissível = 1350 Kg/m²

33

Obs. Para selecionar um perfil com módulo de resistência maior que o encontrado W dado ≥ do W encontrado.

Vigas transversais R – reação de cada viga radial que se apóia na viga transversal com o peso em Kg. L – comprimento da viga transversal em cm ou m. N – número de lados do polígono formado pelas vigas transversais. q = peso da estrutura + carga viva + carga morta + R n = número de vigas radiais. l = espaços máximos entre as vigas (cm). N = número de lado do polígono. D = diâmetro do tanque (cm).

n

 N⋅D ⋅ sin  360    2 ⋅ N  l  

q = carga por unidade de comprimento (Kg) M

 q ⋅L2   8 

M = momento fletor W

 M  S

W = módulo de resistência S = tensão admissível = 1350 Kg/m² Obs. Para selecionar um perfil com módulo de resistência maior que o encontrado W dado ≥ do W encontrado.

e) Calculo de coluna com cargas axiais Os membros estruturais sob compressão axial tendem a uma deformação causada pela força axial (p) no comprimento da coluna (l), o momento de flexão M, igual a P pelo braço de alavanca (e), induzido a um esforço para flexão igual a Mc / I, que é somado pela tensão de compressão, P / a. f

 M⋅ c  +  P   l  a 

M – momento fleto (Kgf.cm) 34

c – distância do centro da viga até o final.(cm) I – momento de inércia da viga (cm4) a – área do perfil (cm²) f – tensão

4.6 – Dimensionamento do Fundo. Conforme NBR 7821/1983 não há um método de cálculo para dimensionamento da chapa do fundo. O que se define no parágrafo 6.2.1 é a espessura mínima de ¼” (6,35 mm) a ser adotada. Excluída qualquer corrosão admissível, quando especificada. Todas as chapas de fundo, inclusive as recortadas para a periferia (exceto quando se usam chapas anulares), devem ter largura mínima de 1200 mm, recomenda-se que para tanques grandes diâmetros (maiores que 25 m) as chapas periféricas do fundo sejam ligadas entre si por soldas radiais de modo a formar um anel conforme mostra a figura. E também recomenda-se como deve ser distribuídas as demais chapas do fundo conforme figura. Quando assim dispostas chamam-se chapas anulares, devendo-se ser ligadas por soldas de topo com penetração total. As chapas anulares devem ter o comprimento maior possível e sua largura não deve exceder 500 mm. As chapas da periferia do fundo devem obrigatoriamente exceder a borda externa da solda que une o fundo ao costado de, no mínimo, 25 mm. Os tanques para armazenamento, principalmente os de grande diâmetros, transmitem cargas de apoio apreciáveis às bases dos mesmo, por isso, devem-se garantir as fundações adequadas. A tabela abaixo recomenda chapas em relação ao diâmetro do tanque.

Tabela – Espessura da chapas anulares – Fonte [ NBR 7821/1983 – pag.8 ]

35

Tabela – Distribuição das chapas anulares – Fonte [ NBR 7821/1983 – pag.8 ]

Tabela – Rebaixo nas juntas sobrepostas das chapas do fundo sob o costado do tanque – Fonte [ NBR 7821/1983 – pag.8 ]

36

Figura 7 – Disposição das Chapas do Fundo do Tanque – Fonte: [ Apostila CMEngenheiro de Tubulação – Engº.Palmerino Macedo S.Filho]

37

Figura 7 – Solda das Chapas do Costado – Fonte: [ Apostila CM-Engenheiro de Tubulação – Engº.Palmerino Macedo S.Filho]

Tensão nas chapas do fundo do tanque.

Sh

0 , 0005 ⋅D ⋅ ( H − 30 , 48 ) ⋅ G t

D – diâmetro do tanque (cm) H – altura do tanque (cm) t – espessura do fundo do tanque (cm) G – densidade do fluido ( Kg/cm³) Sh – tensão Kgf/cm² Obs. Compara Sh com a tensão do material do fundo do tanque. Sh terá que ser sempre menor que a tensão do material do fundo do tanque.

38

4.7– Dimensionamento dos chumbadores e base para os chumbadores. 4.7.1 - Velocidade básica do Vento

De acordo com o mapa de isopletas, de autoria do professor Ivo José Padaratz, publicada na NBR6123/88, o vento com velocidade básica na região do projeto deverá ser selecionado conforme mapa abaixo. E os passos para obtenção da pressão de projeto são prescritos na NBR 6123/88. Mapa do ventos – Conforme NBR 6123/1988

Figura - Apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica, no Brasil, com intervalos de 5 m/s. Fonte – [ NBR 6123/88 – Autor Ivo José Padaratz ] Vo = ( Velocidade Básica do vento ) – [m/s] Vk = (Velocidade característica do vento ) – [m/s] Vk = Vo.S1.S2.S3 [m/s] S1 = Fator Topográfico S2 = Fator rugosidade de terreno S3 = Fator Estatístico Hb = Altura da Base Cpe = Coeficiente de pressão externa Classe – Categoria – F - Força [Kgf] Mt - Momento Total na Base [Kgf.m]

39

Fator topográfico O fator topográfico é determinado conforme as variações do relevo onde a edificação está localizada. Observando-se as características da região e considerando-se a topografia plana, sendo então, o fator S1.

Fator de rugosidade Para a determinação deste fator, a rugosidade do terreno foi dividida em cinco categorias e as dimensões da edificação em três classes. Para selecionar esse valor devemos verificar a altura do tanque, tipo de categoria e a classe, fator S2.

Fator estatístico Este fator considera o grau de segurança e a vida útil.Fator S3.

4.7.2 - Velocidade Característica do Vento Vk = Vo.S1.S2.S3 [m/s]

4.7.3 - Pressão Dinâmica do Vento q = 0,613 Vk² [Kgf/m²]

4.7.4 - Força de Arrasto Fa = Cpe.q.Ae [Kgf] Cpe – coeficiente de pressão externa q – pressão dinâmica do vento Ae – Altura x Diâmetro do tanque [m²]

40

Tabela 9 - Distribuição das pressões externas em edificações cilíndricas de seção circular – Fonte – [ NBR 6123/1988] Coeficiente de pressão externa (Cpe) Superfície Rugosa ou com Superfície Lisa Saliências h/d=10 h/d≤2,5 h/d=10 h/d ≤2,5

β

0° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° 100° 120° 140° 160° 180°

+1,0 +0,9 +0,7 +0,4 0 -0,5 -0,95 -1,25 -1,2 -1,0 -0,6 -0,5 -0,4 -0,4 -0,4

+1,0 +0,9 +0,7 +0,4 0 -0,4 -0,8 -1,1 -1,05 -0,85 -0,65 -0,35 -0,3 -0,3 -0,3

+1,0 +0,9 +0,7 +0,35 0 -0,7 -1,2 -1,4 -1,45 -1,4 -1,1 -0,6 -0,35 -0,35 -0,35

+1,0 +0,9 +0,7 +0,35 0 -0,5 -1,05 -1,25 -1,3 -1,2 -0,85 -0,4 -0,25 -0,25 -0,25

4.7.5 - Dimensionamento dos Chumbadores. Material ASTM A Sadm = ( Tensão admissível ) – [Kgf/cm²] Sadm = ( Tensão de teste ) – [Kgf/cm²] N = número de chumbadores adotado H= altura do tanque [m] Mw

Fa ⋅

H 2

Momento Mw = Momento de tombamento [Kgf.m] Momento Mdl = Momento contrário ao tombamento [Kgf.m] w = peso do tanque vazio [Kgf] 41

Mdl

w⋅

H 2

Verificação: Mw
4.7.6 - Força de Tração nos Chumbadores Fch

 4 ⋅ Mw  −  W   d ⋅ N   N 

Fch = força de tração nos chumbadores [Kgf] Momento Mw = Momento de tombamento [Kgf.m] d = diâmetro do circulo dos chumbadores [m] N = número de chumbadores adotado w = peso do tanque vazio [Kgf] Ab

Fch Sadm

Ab – área do chumbador que será selecionado [cm²] Sadm – tensão admissível do material do chumbador [Kgf/cm²] Obs. Valor positivo de Ab precisa de chumbador.

42

4.7.7 - Base para os Chumbadores

Figura – Base para chumbadores – Fonte [ Steel Plate Engineering Data (1992 revised edition), volume 2, Part VIII – Anchor Bolt Chairs]

Dimensão em polegadas

Diâmetro dos Chumbadores

1 1.1/8 1.1/4 1.3/8 1.1/2 1.5/8 1.3/4 1.7/8 2 2.1/4 2.1/2 2.3/4 3

A

B

1.3/4 1.7/8 2 2.1/8 2.1/4 2.3/8 2.1/2 2.5/8 2.3/4 3 3.1/4 3.1/2 3.3/4

3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7

C

D

E

2.1/2 1/2 3/4 2.1/2 1/2 3/4 2.1/2 1/2 1 3 5/8 1 3 5/8 1.1/4 3 5/8 1.1/4 3.1/2 3/4 1.1/2 3.1/2 3/4 1.1/2 3.1/2 3/4 1.3/4 4 1 1.3/4 4 1 2 5 1.1/4 2.1/2 5 1.1/4 2.1/2

F

G

1.1/4 1.3/8 1.1/2 1.5/8 1.3/4 1.7/8 2 2.1/8 2.1/4 2.1/2 2.3/4 3 3.1/4

1.1/2 1.5/8 1.3/4 1.7/8 2 2.1/8 2.1/4 2.3/8 2.1/2 2.3/4 3 3.1/4 3.1/2

Tabela – Base para chumbadores – Fonte [ Steel Plate Engineering Data (1992 revised edition), volume 2, Part VIII – Anchor Bolt Chairs]

43

5 – Acessórios do Tanque.

Figura – Tanque Acessórios de Terminologia – Fonte [NBR 7821/83 – pág.4]

5.1 – Porta de limpeza

44

As portas de limpeza devem satisfazer os seguintes requisitos (ver figura abaixo). A abertura deve se retangular com os cantos superiores arredondados com um raio mínimo igual a 1/3 da maior altura livre; a altura ou a largura da abertura livre não devem exceder de 1220 mm. O conjunto completo, inclusive a chapa de reforço deve estar contido em uma chapa do primeiro anel do tanque. Caso alguma chapa tenha espessura superior a 16 mm, o conjunto completo, inclusive a chapa do costado, deve sofrer tratamento térmico de alívio de tensões, a uma temperatura de 600°C a 650°C, durante uma hora para cada 25 mm de espessura total. A área de seção transversal do reforço no costado, em mm², acima do topo da abertura, não deve ser menor do que : K1 ⋅ h ⋅e 2

Onde: K1 = coeficiente de área (figura abaixo, detalhe A) h = maior altura livre vertical da abertura, em mm e = espessura, em mm, exigida para a chapa do costado A espessura da chapa de reforço deve ter o valor mínimo de K2 e, em que K2 é o coeficiente dado na figura abaixo. Detalhe B. O reforço no plano do costado, deverá ser obtido dentre uma altura L acima do fundo da abertura, a altura L do reforço do costado acima do fundo da abertura não deve ser maior que 1,5.h e no caso de pequenas aberturas L-h não deve ser menor h/2.K2 ou 150 mm, quando tivermos L maior que 1,5h como conseqüência desse ultimo caso, só será considerada efetiva a altura da chapa L=1,5.h. A largura da chapa de reforço do fundo, medida na linha de centro da boca de limpeza, deve ser de 250 mm mais a soma das espessuras da chapa do costado e da chapa de reforço do costado, espessura mínima da chapa de reforço do fundo eb em mm, será determinada pela seguinte formula: 2

eb

h 355.600

+

 b  ⋅ H  171 

Onde: b = largura horizontal livre da abertura (mm) H = altura do tanque (m) h = altura livre da abertura (mm)

45

Figura – Porta de limpeza para costado – Tipo Nivelada – Fonte [NBR 7821/83 – pág.28]

46

Figura – Coeficiente K1 e K2 – Fonte [NBR 7821/83 – pág.29]

47

Figura – Rebaixo para portas de limpeza – Fonte [NBR 7821/83 – pág.36]

48

5.2 – Bocas de visita no costado As bocas de visita no costado devem estar de acordo com a Figura e tabela abaixo, as chapas de reforço, ou cada um dos seus segmentos, devem ter um pequeno furo com rosca de 6,0 mm para detecção de vazamento das soldas internas; este furo deve estar localizado próximo à linha de centro horizontal, deve abrir para a atmosfera, e permanecer aberto após o teste hidrostático do tanque.

Tabela – Espessura da tampa e dos flanges das bocas de visita do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.21]

49

Tabela – Bocas de visita do costado (508mm) – Fonte [NBR 7821/83 – pág.21]

Tabela – Bocas de visita do costado (508mm) – Fonte [NBR 7821/83 – pág.21] 50


51


52


53

Figura – Boca de visita do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.14]

54

5.2 – Bocais do costado Os bocais do costado devem estar de acordo com a figura e tabela abaixo. As chapas de reforço ou cada um de seus segmentos, devem ter um pequeno furo com rosca de 6,0 mm, para detecção de vazamento das soldas internas; este furo deve estar localizado próximo à linha de centro horizontal, deve abrir para a atmosfera, e permanecer aberto após o teste hidrostático do tanque. Os detalhes e dimensões especificado aqui refere-se aos bocais instalados com eixo perpendicular à chapa do costado; os bocais podem ser instalados também como o eixo no plano horizontal formando um ângulo diferente de 90° com o costado, neste caso, entretanto, a largura da chapa de reforço deverá ser aumentada de uma distância igual ao aumento sofrido pela corda horizontal do corte na chapa, quando referido corte passar de circular para elíptico, em conseqüência do ângulo de inclinação, os bocais até 76 mm de diâmetro nominal, não ligado a tubulações, destinados a termômetros, tomadas de amostras e outras finalidade, podem ser instalados em ângulos até 15° com a perpendicular ao costão, no plano vertical, sem modificações na chapa de reforço;

Figura – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.26] 55

Figura – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.27]

Tabela – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.30]

56

Tabela – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.31]

Tabela – Flange dos bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.32]

57

Tabela – Flange dos bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – pág.32] 5.2 – Plataforma e passadiços As plataformas e passadiços devem obedece aos seguintes requisitos: - Ser totalmente metálicas; - Largura mínima do piso: 610 mm; - O piso deve ser feito de material não derrapante, tipo chapa xadrez, metal expandido, grelha, etc..; a espessura mínima do piso deve ser de 4,5 mm; - A altura mínima do corrimão acima do piso: 1000 mm; - A altura mínima do rodapé do guarda-corpo: 76 mm; - Distância máxima entre os suportes do corrimão: 2500 mm; - A estrutura completa deve ser capaz de suportar uma carga concentrada móvel de 450 Kgf, e o guarda-corpo deve ser capaz de suportar um esforço de 90 Kgf, aplicado em qualquer direção e em qualquer ponto do corrimão; - Corrimão devem ser colocados nos dois lados de qualquer plataforma sendo interrompidos, onde necessário, para acesso; - Nas interrupções dos corrimãos qualquer espaço maior de 150 mm entre o tanque a plataforma deve ser fechada com piso antiderrapante; - Os passadiços entre dois tanques ou entre um tanque e a outra estrutura, devem ser suportados de forma a permitir movimentos relativos das estruturas ligadas por tais passadiços, a finalidade deste procedimento é evitar que haja transmissão de esforço para outra estrutura à qual o passadiço esteja ligado, no caso de ocorrência de recalque, deslocamento ou mesmo a explosão do tanque.

58

5.3 – Escada de lance Para se detalhar um escada o projetista deve, sempre que possível, trabalhar dentro das dimensões normalizadas. Quando a estrutura é baseada em projeto arquitetônico, as dimensões, locação, largura de piso e altura dos degraus já vêm determinadas. Quando este procedimento não PE seguido o projetista deve basear-se ao iniciar o projeto nos seguintes pontos básico: a) As portas devem ser colocadas de tal modo que não possam girar sobre o degrau ou sobre a abertura de entrada da escada e devem ser impedidas de abrir diretamente sobre as escadas ou sobre a entrada de escadas. Devem sempre abrir sobre uma área (patamar) que seja pelo menor igual à largura da porta. b) O comprimento mínimo do patamar não deve ser menor que 900 m. c) Os ângulos crítico para execução de uma escada são: máximo 50°, mínimo 20° e o ângulo ideal e de 30°. A figura abaixo mostra o gabaritos mínimos usuais.

Figura – Gabarito dos ângulos usuais para construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas – Projetos e Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill ]

59

5.3.1 - Degraus São vários os tipo de degraus. Sua escolha está mais ligada com a finalidade da estrutura do que com a sua função estrutural. Os tipos variam desde perfis voltados para cima conforme figura 11.2, e os cheios de concreto, chapa xadrez, conforme figura 11.3 e 11.4 e grelhas conforme figura 11.5.

Figura – Construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas – Projetos e Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill ] Em quaisquer dos casos a fixação do degrau nas vigas laterais da escada pode ser diretamente através de solda, conforme Fig.11.4 ou por cantoneiras suportes as quais, nesse caso, poderiam ser soldadas às vigas ou aparafusadas. Quando a solução de parafusos for utilizada, furos alongados deverão ser adotados por permitirem ajustes (fig.11.3).

Figura – Construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas – Projetos e Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill ] Independente da forma de degrau, as extremidades destes não devem ultrapassar a linha de trabalho e todos devem começar a terminar numa mesma linha vertical. As 60

figuras seguintes dão uma idéia geral sobre conexões de apoio, cotas de detalhes das escadas, etc.. (figs.11.6 e 11.13) e a fig.11.14 mostra uma escada totalmente detalhada para fabricação.

61

Figura – Construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas – Projetos e Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill ]

62

5.3.4 - Escada do tipo marinheiro Sua aplicação prende-se mais a acesso nos locais onde a área não permite a instalação de escadas de lance, como poço de visita, construções subterrâneas em industriais, plataforma de processo, torres de resfriamento, etc... Para lances pequenos até aproximadamente 4 metros de altura, não há necessidade de proteção. A fig.11.15 mostra o detalhe de uma escada desse tipo. Para lances acima de 4 metros há necessidade da proteção e as dimensões normais e materiais mais empregados são mostrados na fig.11.16 e a fig.11.17 mostra os gabaritos usuais.


63


64

Dimensionado conforme norma N-279 Rev.D – Ago/98

Figura – Construção de escadas marinheiro – Fonte [ Projeto Teórico – Vaso de Pressão – CSII – Professora Adilson – FATEC-SP] 65

6 - Acabamento. O acabamento em tanques para armazenamento e muito importante para que tenha uma vida útil maior. Além de seguir a norma N-1201 da Petrobras devemos tomar alguns cuidados na hora de projetá-los. O projetista e engenheiro projetista, quando for especificar os detalhes de um projeto e determinar os materiais, os métodos de fabricação e de montagem de estruturas ou equipamentos, necessita aplicar inteligentemente seus conhecimentos sobre corrosão, para não incidir em erros que poderão significar grandes perdas futuras. Algumas medidas úteis devem ser tomadas: - superdimensionar adequadamente as espessuras das diferentes partes dos materiais, tendo conhecimento prévio do tipo e intensidade de corrosão que devem se esperados durante a utilização do equipamento. - usar soldas bem acabadas e contínuas e aliviada de tensões, em lugares onde seria possível usar esse tipo de junção, exemplo foto 1. - não formar ângulos fechados e estrangulamentos desnecessários nas tubulações, a fim de evitar turbulência e ação erosiva do meio, como impingimento e cavitação, exemplo foto 3. - evitar contatos diretos de materiais metálicos de potenciais diversos. Quando for inevitável a existência de grande diferença de potencial, deverá ser sempre especificada a colocação, nos pontos de conexão, de gaxetas, de niples ou de arruelas não-metálicas, que agirão como isolantes. - evitar cantos vivos onde películas protetoras de tintas possam romper-se mais facilmente. - evitar aparecimento de tensões nas estruturas devido a possíveis expansões térmicas e a aplicação de esforços, que são perigosos, sobretudo quando localizados. - facilitar a completa drenagem de líquidos, evitando áreas de estagnação de água ou de soluções corrosivas. - manter lisas e livres de reentrâncias e frestas as superfícies por onde passam líquidos, para evitas gradientes de concentração de oxigênio e de íons metálicos nos lugares de líquidos, exemplo foto 4. - bases de tanques de armazenamento que impeçam a presença de frestas, daí, quando possível, usar tanques suspensos.

66

Foto – Solda descontinua possibilitam a presença de corrosão em frestas – Fonte [ Corrosão – Vicenti Gentil – pag.235]

Foto – Inicio de corrosão em soldas descontinuas – Fonte [ Corrosão – Vicenti Gentil – pag.235]

67

Foto – Detalhes construtivos causadores de erosão por impingimento. – Fonte [ Corrosão – Vicenti Gentil – pag.235]

Foto – Frestas e retenção de água – Fonte [ Apresentação de preparação de superfície – Celso Gnecco-Sherwin Williams]

a) Limpeza e preparo de superfícies A causa básica da corrosão é conhecida. Os metais apresentam uma condição termodinâmica instável e tendem a mudar para uma condição estável pela formação de óxidos, hidróxidos, sais, etc. Dessa maneira, a corrosão é um processo natural, indesejável. Para combater, ou melhor, atenuar essa tendência termodinâmica dos metais, dispõe-se de vários métodos. A maioria dos métodos de controle de corrosão consiste em intercalar uma camada protetora entre o metal e o meio corrosivo. Essas camadas protetoras são de formação natural ou artificial e, em alguns casos, simultâneas. A limpeza e a preparação da superfície é, sem dúvida alguma, uma das etapas mais importantes para que um revestimento apresente o desempenho esperado. Esta etapa visa, basicamente, remover os contaminantes da superfície ( carepa de laminação, produtos de corrosão, sais, óleos, graxas, tintas velhas, etc...) e criar condições que proporcionem aderência satisfatória aos revestimentos.

b) Impurezas Os objetivos da limpeza e preparo de superfícies, para aplicação de revestimento, são remover da superfícies impurezas que possam provocar falha no revestimento aplicado e promover aderência do revestimento ao substrato. As impurezas podem ser definidas como: Oleosas, semi-sólidas, sólidas e óxidos e produtos de corrosão.

68

As normas SIS 05 5900 e ISSO 8501 estabelecem quatro graus de enferrujamento a que uma chapa laminada a quente pode chegar, durante a eliminação da carepa de laminação por intemperismo, isto é, exposição ao ambiente:

Grau A: superfície de aço com a carepa de laminação intacta e praticamente sem corrosão; Grau B: superfície de aço com princípios de corrosão, onde a carepa de laminação começa a desagregar; Grau C: superfícies de aço onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão ou que possa ser removida por meio de raspagem, podendo apresentar formação de leves alvéolos; Grau D: superfície de ao onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão com formação de severa corrosão alveolar.

Foto – Padrões de grau de superfícies – Fonte [ Apresentação de preparação de superfície – Celso Gnecco-Sherwin Williams]

69

c) Meios de remoção Existem normas que padronizam alguns os processos para preparo de superfícies metálicas para pintura. Internacionalmente as mais conhecidas são, as normas americana SSPC (“Steel Structure Painting Council”), a sueca SIS 05 5900-67 (“Pictorial Surface Preparation”) entre outras.

Tabela – Graus de limpezas de superfícies metálicas Tipo de limpeza

SSPC

Limpeza com Solvente Tratamento Mecânico Tratamento Mecânico Jateamento Ligeiro Jateamento Comercial Jateamento ao metal quase branco Jateamento ao metal branco Limpeza a fogo Decapagem quimica

SP-1 SP-2 SP-3 SP-7 SP-6

SIS

SP-10

St-2 St-3 Sa-1 Sa-2 Sa2.1/2

SP-5

Sa-3

Petrobras NACE N-5 St-2 St-3 Sa-1 Sa-2

BS

NACE-4 NACE-3 3rd Quality

ISSO 8501

St-2 St-3 Sa-1 Sa-2

Sa-2.1/2 NACE-2 2nd Quality Sa-2.1/2 Sa-3

NACE-1 1st Quality

Sa-3

SP-4 SP-8

70

Foto – Padrões de limpeza de superfícies – Fonte [ Apresentação de preparação de superfície – Celso Gnecco-Sherwin Williams] Revestimentos metálicos Segundo a norma N-1201 para esta aplicação o procedimento a ser adotado é o seguinte:

6.1 - Revestimento Interno: Aplicação de Jato de Areia Metal Quase Branco ( SA 2.1/2 ), aplicação de uma demão de Primer Epóxi N-2630 com 100 micras película seca, aplicação de uma demão de tinta Epóxi N2629 na cor verde pastel com 150micras de película seca e por fim aplicação de uma demão de acabamento em tinta Epóxi N-2629 com 100 micras na cor branca.

6.2 - Revestimento Externo: Aplicação de Jato de Areia Metal Quase Branco ( SA 2.1/2 ), aplicação de uma demão de tinta Epóxi N-2630 com 100 micras de película seca. Aplicação de 2 demão de acabamento em Alquidico Brilhante N 2492 com 30 micras cada na cor Branca.

7 – Exemplo ilustrativo do dimensionamento de um tanque 7.1 – Dados do tanque Diâmetro interno do tanque (D) Altura (H) Fluído Água Densidade Fluído (G)

16 7,2

m m

1 71

Temperatura do Projeto (Tp) Corrosão Admissíveis Teto (Cat) Costado (Cac) Fundo (Caf) Radiografias Teto (Rt) Costado (Rc) Fundo (Rf) Eficiência da Junta Teto (Eft) Costado (Efc) Fundo (Eff) Material – ASTM A 283 Grau C Teto Costado Fundo Chumbadores - ASTM A 325 Nível do Líquido Ângulo do teto Velocidade Básica do Vento Tensão de Projeto Tensão do Teste Hidrostático

60

°C

0 0 0

0,70 0,70 0,70 Kgf/cm² Kgf/cm² Kgf/cm² 7,2

m

1410 1580

m/s Kgf/cm² Kgf/cm²

O tanque foi divido em 3 anéis de 2400 mm cada. Foi divido dessa forma por essa medida de chapa ser comercial, mas não nos impede de fazer um estudo para utilizar outras larguras de chapas em que fizesse o valor final de fabricação ser menor.

Desenho de disposição das chapas do costado.

7.2 – Dimensionamento da espessura do costado 7.2.1 – Primeiro Anel Material = ASTM A 283 Grau C Tensão admissível de Projeto (Tp) = 1410 [Kgf/cm²] Tensão admissível de Teste (Tt) = 1580 [Kgf/cm²] 72

Altura H1 = 7,2 [m] Eficiência da solda (E) = 0,7 Densidade do liquido (G) = 1 h1 (largura da chapa do costado do 1° anel) = 2,4 [mm] R (raio do tanque) =8000 [mm] Foi adotado a largura da chapa de 2400 mm, para todos os anéis.

a) Calculo da espessura preliminar de projeto do 1° anel.  50 ⋅ D ( H1 − 0 , 3) G e1 − Tp ⋅E  50 ⋅ 16. ( 7 , 2 − 0 , 3) 1  1410 ⋅0 , 7  

e1 − 

e1 = 5,59 [mm]

b) Calculo da espessura de projeto do 1° anel. ep1

=

 ( 1 , 06 ) 

−

0 , 222 ⋅D H1

ep1

=

 ( 1 , 06 ) 

−

0 , 222 ⋅16 7,2

−

 H1⋅G    50H1D ⋅G   x⋅  Tp ⋅E    Tp ⋅E  

−

 7 , 2 ⋅1    50 × 7 , 2 × 16 ⋅1   x⋅  1410 ⋅0 , 7    1410 ⋅0 , 7  

ep1 = 5,94 [mm]

Conforme a norma NBR 7821/1983, e1=ep1 (deve-se utilizar o menor valor entre e1 e ep1) c) Espessura do teste hidrostático Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 1° anel. et −

 50 ⋅ D ( H1 − 0 , 3) G  Tt ⋅E   50 ⋅16. ( 7 , 2 − 0 , 3) 1  1580 ⋅0 , 7  

et − 

et = 4,99 [mm]

d) Calculo da espessura de teste hidrostático do 1° anel. 73

et1

=

 ( 1 , 06 ) 

−

0 , 222 ⋅D H

et1

=

 ( 1 , 06 ) 

−

0 , 222 ⋅16 7,2

−

 H⋅G    50HD ⋅G   x⋅  Tt ⋅ E    Tt ⋅ E 

−

 7 , 2 ⋅1    50 × 7 , 2 × 16 ⋅1   x⋅  1580 ⋅0 , 7    1580 ⋅0 , 7  

et1 = 5,31 [mm]

Conforme a noram NBR 7821/1983, et=ept1 (deve-se utilizar o menor valor entre et e ept1) Espessura de projeto (selecionado entre e1 ou ep1)= 5,94 [mm] Espessura para corrosão (ec1) = 0 [mm] Espessura mínima (e1 ou ep1+ec) = 5,94 [mm] Espessura comercial (ecom1.) = 6,35 [mm] (1/4”)

7.2.2 - Calcular a espessura do segundo anel Material = ASTM A 283 Grau C Tensão admissível de Projeto (Tp) = 1410 [Kgf/cm²] Tensão admissível de Teste (Tt) = 1580 [Kgf/cm²] Altura H2 = 4,8 [m] Eficiência da solda (E) = 0,7 Densidade do liquido (G) = 1 e1(espessura de projeto calculada do 1° anel) = 5,59 [mm] h1 (largura da chapa do costado do 2° anel) = 2,4 [m] R (raio do tanque) =8000 [mm] D (diâmetro do tanque) = 16 [m] Calcular separadamente para o 2° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e1 

y − 

44 , 721 ⋅2 , 4   16 ⋅5 , 59 

y − 

y = 11,35 Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y ≥ 2,625 III − e2

=

e2a

+

( e1 + e2a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y  se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25  74

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. e2-espessura mínima do segundo anel ( excluindo-se a sobre espessura para corrosão). ep2a-espessura mínima do segundo anel, em mm; calculada de acordo com o processo de cálculo de um anel superior.

a) Calculo da espessura preliminar de projeto do 2° anel. e2 −

 50 ⋅ D ( H2 − 0 , 3) G  Tp ⋅E  50 ⋅ 16. ( 4 , 8 − 0 , 3) 1  1410 ⋅0 , 7  

e2 − 

e2 = 3,65 [mm]

b) Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 2° anel.  50 ⋅ D ( H2 − 0 , 3) G  e2t − Tt ⋅ E   50 ⋅ 16 ( 4 , 8 − 0 , 3) 1  1410 ⋅0 , 7  

e2t − 

et2 = 3,25 [mm]

c) 1° ciclo Calcular a Distância x, do ponto variável de projeto, de extremidade inferior do anel, usando o menor dos valores obtidos das três seguintes expressões: K

 e1   e2 

K

 5 , 59  3 , 65

K = 1,5 C

 K + ( k − 1)  

C

1 +

K1 , 5 

 1 , 53 + ( k − 1 , 53)  

1 + ( 1 , 53 ) 1 , 5

 75

C = 0,228 e2 ( espessura preliminar de projeto) = 3,65 [mm] e1 ( espessura de projeto do anel inferior ) = 5,59 [mm] D = 16 [m] - diâmetro nominal x1 − 0 , 01364 ( D ⋅ e2) + 0 , 32 ⋅C ⋅ H2

X1 = 0,45 x2 − C ⋅H

X2 = 1,1 x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e2)

X3 = 0,11 Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. X3 = 0,11

d) Calculo da espessura de projeto do 2° anel no 1° ciclo.  50 ⋅ D ( H2 − x) G  ep2 ( 1°) − Tp ⋅E   ep2 ( 1°)

−

 50 ⋅ 16 ( 4 , 8 − 0 , 11 ) 1  1410 ⋅ 0 , 7  

ep2(1°) = 3,8 [mm]

e) Calculo da espessura de teste hidrostático do 2°anel no 1° ciclo.  50 ⋅ D ( H2 − x) G  e2t − Tt ⋅ E   e2t ( 1°)

−

 50 ⋅ 16 ( 4 , 8 − 0 , 11 ) 1  1580 ⋅ 0 , 7  

e2t(1°) = 3,4 [mm]

f) 2° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar, e2(2°)=ep2(1°) e2(2°) ( espessura preliminar de projeto do 2° ciclo) = 3,8 [mm] e2(1°) ( espessura de projeto do anel no 1° ciclo ) = 3,8 [mm] 76

e1 ( espessura de projeto do 1° anel ) = 5,59 [mm] K

 e1   ep2 ( 1°) 

K

 5 , 59  3 , 8

K = 1,47 C

 K + ( k − 1)  1, 5

 1+K C = 0,205



x1 − 0 , 01364 ( D ⋅ e2) + 0 , 32 ⋅C ⋅ H2

X1 = 0,42 x2 − C ⋅H X2= 1,0 x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e2)

X3 = 0,21 Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. x = 0,21 [m]

g) Calculo da espessura de projeto do 2° anel no 2° ciclo.  50 ⋅ D ( H2 − x) G  ep2 ( 2°) − Tp ⋅E   ep2 ( 2°)

−

 50 ⋅ 16 ( 4 , 8 − 0 , 21) 1  1410 ⋅0 , 7  

ep2(2°) = 3,72 [mm]

h) Calculo da espessura de teste hidrostático do 2° anel no 2° ciclo. e2t ( 2°) −

 50 ⋅ D ( H2 − x) G  Tt ⋅ E  

77

e2t ( 2°)

 50 ⋅ 16 ( 4 , 8 − 0 , 21 ) 1  1580 ⋅ 0 , 7  

−

e2t(1°) = 3,3 [mm]

i) 3° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar, e2(3°)=ep2(2°) e2(3°) ( espessura preliminar de projeto do 3° ciclo) = 3,72 [mm] e2(2°) ( espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) =3,72 [mm] e1 ( espessura de projeto do 1° anel ) =5,59[mm] K

 e1   ep2 ( 2°) 

K = 1,50  K + ( k − 1)  C 1, 5  1+K  C = 0,217 x1 − 0 , 61.

( R ⋅ ep2 )

+ 320.

C ⋅H

X1 = 0,44 x2 − 1000.C ⋅H2 X2 = 1,0 x3 − 1 , 22 ⋅ ( R ⋅ ep2 ) X3 = 0,21 x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros.

x = 0,21 [m]

j) Calculo da espessura de projeto do 2° anel no 3°ciclo. ep2 ( 3°)

−

 50 ⋅ D ( H2 − x) G  Tp ⋅E  

ep2(3°) = 3,72 [mm] ep2(3°) será utilizado como e2a no calculo logo abaixo.

k) Calculo da espessura de teste hidrostático do 2°anel no 2° ciclo. e2t ( 3°) −

 50 ⋅ D ( H2 − x) G  Tt ⋅ E   78

E2t(3°) = 3,3 [mm]

l) Determinação de e2. Calcular separadamente para o 2° anel o valor de y : 44 , 721 ⋅h1   D ⋅e1 

y − 

Y = 11,35 Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y ≥ 2,625 III − e2

=

e2a

+

( e1 + e2a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y  se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25 

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. Adotaremos a equação: II - e2 = e2a se Y ≥ 2,625, então sendo assim a espessura calculada será: e2 = 3,72 E necessário repetir os passos descritos nos ciclos, tanto para condição de projeto quanto para a condição de teste hidrostático até que haja uma diferença pequena entre os valores calculados em sequencia (normalmente três tentativas adicionais são suficientes). Passos repetitivos darão idéia mais exata da localização do ponto variável de projeto, para o anel em consideração e, consequentemente resultarão em uma espessura de costado mais precisa. O valor calculado ficou abaixo da espessura mínima, por isso devemos adotar a espessura mínima. Conforme tabela abaixo.


Espessura de projeto (selecionado entre e2a)= 3,72 [mm] Espessura para corrosão (ec1) = 0 [mm] 79

Espessura mínima (e2a+ec) = 3,72 [mm] Espessura comercial (ecom1.) = 4,76 [mm] (3/16”)

7.2.3 - Calcular a espessura do terceiro anel Material = ASTM A 283 Grau C Tensão admissível de Projeto (Tp) = 1410 [Kgf/cm²] Tensão admissível de Teste (Tt) = 1580 [Kgf/cm²] Altura H3 = 2,4 [m] Eficiência da solda (E) = 0,7 Densidade do liquido (G) = 1 e2(espessura de projeto calculada do 2° anel) = 3,72 [mm] h1 (largura da chapa do costado do 3° anel) = 2,4 [m] R (raio do tanque) =8000 [mm] D (diâmetro do tanque) = 16 [m] Calcular separadamente para o 3° anel o valor de y :

44 , 721 ⋅h1   D ⋅e2 

y − 

44 , 721 ⋅2 , 4   16 ⋅3 , 72 

y − 

Y = 3,91 Portanto: I – e3 = e2 se Y ≤ 1,375

II – e3 = e3a se Y ≥ 2,625 III − e3

=

e3a

+

( e2 + e3a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor. e2-espessura mínima do segundo anel ( excluindo-se a sobre espessura para corrosão). e3a-espessura mínima do segundo anel, em mm; calculada de acordo com o processo de cálculo de um anel superior.

a) Calculo da espessura preliminar de projeto do 3° anel.

80

e3 −

 50 ⋅ D ( H3 − 0 , 3) G  Tp ⋅E  50 ⋅ 16. ( 2 , 4 − 0 , 3) 1  1410 ⋅0 , 7  

e3 − 

e3 = 1,7 [mm]

b) Calculo da espessura preliminar de teste hidrostático do 3° anel.  50 ⋅ D ( H3 − 0 , 3) G  et3 − Tt ⋅ E   50 ⋅16. ( 2 , 4 − 0 , 3) 1  1580 ⋅ 0 , 7  

e3t − 

et3 = 1,52 [mm]

c) 1° ciclo Calcular a Distância x, do ponto variável de projeto, de extremidade inferior do anel, usando o menor dos valores obtidos das três seguintes expressões: K

 e2   e3 

K

 3 , 72   1 , 7

K = 2,19 C

 K + ( k − 1)  

C

1 +

K1 , 5 

 2 , 19 + ( k − 2 , 19) 

 1 + ( 2 , 19 ) C = 0,414

1, 5



e3 ( espessura preliminar de projeto) = 1,7 [mm] e2 ( espessura de projeto do anel inferior ) = 3,72 [mm] D = diâmetro nominal = 16 [m] x1 − 0 , 01364 ( D ⋅ e3) + 0 , 32 ⋅ C ⋅ H3

X1 = 0,39 x2 − C ⋅H 81

X2 = 1,0 x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e3)

X3 = 0,14 Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. X3 = 0,14

d) Calculo da espessura de projeto do 3° anel no 1° ciclo. ep3 ( 1°)

−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tp ⋅E   50 ⋅16. ( 2 , 4 − 0 , 14) 1  1410 ⋅ 0 , 17  

ep3 ( 1° ) − 

Ep3(1°) =1,83 [mm]

e) Calculo da espessura de teste hidrostático do 3°anel no 1° ciclo.  50 ⋅ D ( H3 − x) G  et3 ( 1°) − Tt ⋅ E   et3 ( 1°)

−

 50 ⋅16. ( 2 , 4 − 0 , 14 ) 1  1580 ⋅ 0 , 7  

et3(1°) =1,63 [mm]

f) 2° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar, e3(2°)=ep3(1°) e3(2°) ( espessura preliminar de projeto do 3° ciclo) = 1,83 [mm] e3(1°) ( espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) =1,83 [mm] e2 ( espessura de projeto do 2° anel ) = 3,72 [mm]

K

 e2   ep3 ( 1°) 

K = 2,03 82

C

 K + ( k − 1)  1, 5

 1+K C = 0,377

x1 − 0 , 01364



D ⋅ e3( 1°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H3

X1 = 0,36 x2 − C ⋅H X2 = 0,9 x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e3 ( 1°) )

X3 =0,15 Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. x = 0,15

g) Calculo da espessura de projeto do 3° anel no 2° ciclo. ep3 ( 2°)

−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tp ⋅E  

ep3(2°) =1,82 [mm]

h) Calculo da espessura de teste hidrostático do 3° anel no 2° ciclo. et3 ( 2°)

−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tt ⋅ E  

et3(2°) =1,63 [mm]

i) 3° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar, e3(3°)=ep3(2°) e3(3°) ( espessura preliminar de projeto do 3° ciclo) =1,82 [mm] e3(2°) ( espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) = 1,82 [mm] e2 ( espessura de projeto do 2° anel ) = 3,72 [mm] K

 e2   ep3 ( 2°) 

K = 2,04

83

C

 K + ( k − 1)  1, 5

 1+K C = 0,380

x1 − 0 , 01364



D ⋅ e3( 2°)

+

0 , 32 ⋅ C ⋅ H3

X1 = 0,29 x2 − C ⋅H X2 = 0,9 x3 − 0 , 02728 ⋅ ( D ⋅ e3 ( 2°) )

X3 = 0,15 x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = 0,15

j) Calculo da espessura de projeto do 3° anel no 3°ciclo. ep3 ( 3°)

−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tp ⋅E  

ep3(3°) = 1,82 [mm] ep3(3°) será utilizado como e3a no calculo logo abaixo.

k) Calculo da espessura de teste hidrostático do 3°anel no 3° ciclo.

et3 ( 3°)

−

 50 ⋅ D ( H3 − x) G  Tt ⋅ E  

et3(3°) =1,63 [mm]

l) Determinação de e3. Calcular separadamente para o 3° anel o valor de y : 84

44 , 721 ⋅h1   D ⋅e3a 

y − 


=

e3a

+

( e2 + e3a ) ⋅  2 , 1 ⋅



y se 1,375 < Y < 2,625 1 , 25

Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor.

II – e3 = e3a se Y ≥ 2,625 Então e3a = 1,82 [mm] E necessário repetir os passos descritos nos ciclos, tanto para condição de projeto quanto para a condição de teste hidrostático até que haja uma diferença pequena entre os valores calculados em sequencia (normalmente três tentativas adicionais são suficientes). Passos repetitivos darão idéia mais exata da localização do ponto variável de projeto, para o anel em consideração e, consequentemente resultarão em uma espessura de costado mais precisa. O valor calculado ficou abaixo da espessura mínima, por isso devemos adotar a espessura mínima. Conforme tabela abaixo.


Espessura de projeto (selecionado entre e2a)= 1,82 [mm] Espessura para corrosão (ec1) = 0 [mm] Espessura mínima (e2a+ec) = 1,82 [mm] Espessura comercial (ecom1.) = 4,76 [mm] (3/16”)

7.3 - Verificação da Necessidade de Anel de Contraventamento Intermediário. Conforme Norma NBR 7821 7.3.1 - Mapa do ventos – Conforme NBR 6123 85

Figura - Apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica, no Brasil, com intervalos de 5 m/s. Fonte – [ NBR 6123/88 – Autor Ivo José Padaratz ] Região de instalação do tanque – São Paulo - SP Diâmetro nominal do tanque (Ø) – 16 [m] Velocidade do vento, conforme norma NBR 6120 (Vo) – 45 [m/s] Distância Vertical entre o anel intermediário de contraventamento e a cantoneira de topo do costado, ou entre o anel de contraventamento intermediário e o de contraventamento superior nos tanques sem teto (H) - [m]

7.3.2 - Verificação da necessidade de contraventamento intermediário. (Ø) – 16 [m] (Vo) – 12,5 [Km/h] (H1) - [m] (H) – 7,2 [m] (altura do tanque) (em) – 5,29 [mm] (espessura media na altura H)

Máxima altura sem anel de contraventamento

86

 162 2 em  3    H1 − 9 , 465 ⋅em⋅ ⋅  V  D   161  H1 9 , 465 ⋅5 , 29 ⋅   12 , 5  H1 = 150 [mm]

2 ⋅

 5 , 29   16

3

Obs.Quando H1 for maior que H, não a necessidade de anel intermediário. Caso contrário será necessário calcular o anel intermediário. Conforme calculo logo abaixo. A tabela 2 apresenta os valores mínimos para o anel intermediário do costado.

7.3.3 - Módulo de resistência requerida do anel de reforço intermediária  V  2 Z − 58 ⋅ D ⋅ H1⋅  161   2

Z ( módulo de resistência) – [mm³] D (diâmetro do tanque) –16 [m]

Tabela 2 – Reforço da borda intermediária do costado – Fonte [ BS 2654parágrafo 7.3.2 ] Diâmetro do Tanque (m) Anel de Reor!o Di " 20

100 # 65 # 8 mm

20 $ D " 36

125 # 75 # 8 mm

36 $ D " 48

150 # 90 # 10 mm

48 $ D

250 # 100 # 12 mm

7.4 – Dimensionamento do anel de contraventamento superior. Diâmetro nominal do tanque (Ø) – 16 [m] Velocidade do vento, conforme norma NBR 6120 (Vo) – 12,5 [Km/h] Altura do tanque, incluindo qualquer projeção acima da altura máxima de enchimento como, por exemplo, chapas guias para tetos flutuantes (H1) = 7,2 [m]

87

7.4.1 - Módulo de resistência requerida do anel de reforço superior  V  2 Wr − 58 ⋅D ⋅ H1⋅  161   2

 12 , 5  2 Wr − 58 ⋅ 16 ⋅7 , 2 ⋅  161   2

Wr = 644,41 [mm³] Wr = 0,644 [cm³] Conforme tabela abaixo adotaremos cantoneira de - ¼” x 2.1/2” x 2.1/2” A tabela 3 apresenta os valores mínimos para o anel superior do costado.

Tabela 3 – Reforço da borda superior do costado – Fonte [ NBR 7821/1983 – pág.11]

7.5 – Dimensionamento do Fundo. Conforme NBR 7821/1983 não há um método de cálculo para dimensionamento da chapa do fundo. O que se define no parágrafo 6.2.1 é a espessura mínima de ¼” (6,35 mm) a ser adotada. Excluída qualquer corrosão admissível, quando especificada. Todas as chapas de fundo, inclusive as recortadas para a periferia (exceto quando se usam chapas anulares), devem ter largura mínima de 1200 mm, recomenda-se que para tanques grandes diâmetros (maiores que 25 m) as chapas periféricas do fundo sejam ligadas entre si por soldas radiais de modo a formar um anel conforme mostra a figura. E também recomenda-se como deve ser distribuídas as demais chapas do fundo conforme figura. Quando assim dispostas chamam-se chapas anulares, devendo-se ser ligadas por soldas de topo com penetração total. As chapas anulares devem ter o comprimento maior possível e sua largura não deve exceder 500 mm. As chapas da periferia do fundo devem obrigatoriamente exceder a borda externa da solda que une o fundo ao costado de, no mínimo, 25 mm.

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Manual Para Dimensionamento de Tanques Metalicos

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