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1
Manual para dimensionamento de tanques metálicos.
Luis Dias Pereira – [email protected]
Resumo: Este manual demonstra com dimensionar um tanque 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, ABNT NBR 7821 – Tanques soldados para
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.
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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.
4.4 – Dimensionamento do Anel de Contraventamento 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 do Dimensionamento de um Tanque
1 - Introdução. Tanque é um 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 dos tanques.
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3
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 Monitoramento e Controle
de 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: são apoiados exclusivamente à periferia
dos costados.
2.1.2 - Suportados: são apoiados numa estrutura em perfis
metálicos soldados com o intuito de dar-lhe estabilidade.
Figura 2 – Teto Auto Suportado – Fonte: [ Apostila CM-Engenheiro
de Tubulação – Engº.Palmerino Macedo S.Filho]
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4
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 de uma
calota esférica)
Figura 4 – Teto Esférico ou Curvo – [Apostila de Aplicação e
Inspeção de Tanques Combustível – PUC –Rio, pág.131]
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5
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.]
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6
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 Espessuras
Utilização em Construção
Grossas A quente >5,0 mm Estruturas metálicas em geral Finas
A quente 1,2-5,0 mm Perfis de chapas dobabras Finas A frio 0,3-2,65
mm Acessórios de construção com calhas,
rufos etc..
3.1.1 – Classificação 3.1.1.1 – Quanto as bordas
-
7
• 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 co m 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 est ão 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.
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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 u ma 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
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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 u ma 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 u ma 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]
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10
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° an el.
e1 = [mm] Calculo da espessura de projeto do 1° anel.
ep1 = [mm] Conforme a norma NBR 7821/1983, e1=ep1 (deve-se uti
lizar o menor valor entre e1 e ep1) 4.2.1.1 - Espessura de teste
Calculo da espessura preliminar de teste hidrostáti co do 1°
anel.
e150 D H 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
ep1 1 06,( )0 222 D⋅,( )
H−
H G⋅Tp E⋅
−
x
50HD G⋅Tp E⋅
⋅=
et50 D H 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
-
11
et = [mm] Calculo da espessura de teste hidrostático do 1° an
el.
et1 = [mm] Conforme a norma NBR 7821/1983, et=ept1 (deve-se ut
ilizar 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 :
Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y ≥
2,625
Adotar uma dessas condições quando Y estiver entre esses valor.
e2-espessura mínima do segundo anel ( excluindo-se a sobre
espessura para corrosão).
et1 1 06,( )0 222 D⋅,
H−
H G⋅Tt E⋅
−
x
50HD G⋅Tt E⋅
⋅=
y44 721 h1⋅,
D e1⋅
−
III e2− e2a e1 e2a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
12
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° an el.
e2 = [mm] Calculo da espessura preliminar de teste hidrostáti co
do 2° anel.
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 obtido s das três seguintes expressões:
e2 ( espessura preliminar de projeto) = [mm] e1 ( espessura de
projeto do anel inferior ) = [mm] D = diâmetro nominal [m]
Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros.
Calculo da espessura de projeto do 2° anel no 1° ci clo.
e250 D H2 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
e2t50 D H2 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
Ke1
e2
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e2⋅( ) 0+, 32 C⋅ H2⋅,
x2 C H2⋅−
x3 0− 02728 D e2⋅( )⋅,
ep2 1°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
-
13
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]
Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. x =
[m]
ep2(2°) = [mm] 3° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar,
e2(3°)=ep2(2°) e2(3°) ( espessura preliminar de projeto do 3°
ciclo) = [mm] e2(2°) ( espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) =
[mm] e1 ( espessura de projeto do 1° anel ) = [mm]
Ke1
ep2 1°( )
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e2⋅( ) 0+, 32 C⋅ H2⋅,
x2 C H2⋅−
x3 0− 02728 D e2⋅( )⋅,
ep2 2°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
Ke1
ep2 2°( )
-
14
x1 0− 61. R ep2⋅( ) 320.C H2⋅+, x2 1000.C H2⋅− x3 1− 22 R ep2⋅(
)⋅, x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = [m]
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 :
Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y ≥
2,625
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.
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
ep2 3°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
y44 721 h1⋅,
D e1⋅
−
III e2− e2a e1 e2a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
15
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 :
Portanto: I – e3 = e2 se Y ≤ 1,375 II – e3 = e3a se Y ≥
2,625
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° an
el.
e3 = [mm] Calculo da espessura preliminar de teste hidrostáti co
do 3° anel.
et3 = [mm]
y44 721 h1⋅,
D e2⋅
−
III e3− e3a e2 e3a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
e350 D H3 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
et350 D H3 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
-
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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 obtido s das três seguintes expressões:
e3 ( espessura preliminar de projeto) = [mm] e2 ( espessura de
projeto do anel inferior ) = [mm] D = diâmetro nominal [m]
Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros.
Calculo da espessura de projeto do 3° anel no 1° ci clo.
Ep3(1°) = [mm] 2° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar,
e3(2°)=ep3(1°) e3(2°) ( espessura preliminar de projeto do 3°
ciclo) = [mm] e3(1°) ( espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) =
[mm] e2 ( espessura de projeto do 2° anel ) = [mm]
Ke2
e3
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e3⋅( ) 0+, 32 C⋅ H3⋅,
x2 C H3⋅−
x3 0− 02728 D e3⋅( )⋅,
ep3 1°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
Ke2
ep3 1°( )
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
-
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Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. x =
[m]
ep3(2°) = [mm] 3° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar,
e3(3°)=ep3(2°) e3(3°) ( espessura preliminar de projeto do 3°
ciclo) = [mm] e3(2°) ( espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) =
[mm] e2 ( espessura de projeto do 2° anel ) = [mm]
x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = [m]
ep3(3°) = [mm]
x1 0− 01364 D e3⋅ 1°( ) 0+, 32 C⋅ H3⋅,
x2 C H3⋅−
x3 0− 02728 D e3 1°( )⋅( )⋅,
ep3 2°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
Ke2
ep3 2°( )
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e3⋅ 2°( ) 0+, 32 C⋅ H3⋅,
x2 C H3⋅−
x3 0− 02728 D e3 2°( )⋅( )⋅,
ep3 3°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
-
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ep3(3°) será utilizado como e3a no calculo logo abaixo.
Determinação de e3. Calcular separadamente para o 3° anel o valor
de y :
Portanto: I – e3 = e2 se Y ≤ 1,375 II – e3 = e3a se Y ≥
2,625
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. 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 :
y44 721 h1⋅,
D e3a⋅
−
III e3− e3a e2 e3a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
y44 721 h1⋅,
D e3⋅
−
-
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Portanto: I – e4 = e3 se Y ≤ 1,375 II – e4 = e4a se Y ≥
2,625
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° an
el.
e4 = [mm] Calculo da espessura preliminar de teste hidrostáti co
do 4° anel.
et4 = [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 obtido s das três seguintes expressões:
e4 ( espessura preliminar de projeto) = [mm] e3 ( espessura de
projeto do anel inferior ) = [mm] D = diâmetro nominal [m]
III e4− e4a e3 e4a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
e450 D H4 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
et450 D H4 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
Ke3
e4
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e4⋅ 1°( ) 0+, 32 C⋅ H4⋅,
x2 C H4⋅−
-
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Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros.
Calculo da espessura de projeto do 4° anel no 1° ci clo.
Ep4(1°) = [mm] 2° ciclo Ao começar o 2° ciclo utilizar,
e4(2°)=ep4(1°) e4(2°) ( espessura preliminar de projeto do 2°
ciclo) = [mm] e4(1°) ( espessura de projeto do anel no 1° ciclo ) =
[mm] e3 ( espessura de projeto do 3° anel ) = [mm]
Deve utilizar o menor valor entre [x1, x2 e x3] em metros. x =
[m]
Ep4(2°) = [mm]
x3 0− 02728 D e4 1°( )⋅( )⋅,
ep4 1°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
Ke3
e4 2°( )
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e4⋅ 2°( ) 0+, 32 C⋅ H4⋅,
x2 C H4⋅−
x3 0− 02728 D e4 2°( )⋅( )⋅,
ep4 2°( )50 D H4 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
-
21
3° ciclo Ao começar o 3° ciclo utilizar, e4(3°)=ep4(2°) e4(3°) (
espessura preliminar de projeto do 3° ciclo) = [mm] e4(2°) (
espessura de projeto do anel no 2° ciclo ) = [mm] e3 ( espessura de
projeto do 3° anel ) = [mm]
x - o menor valor de x1, x2 e x3, em metros. x = [m]
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 :
Portanto: I – e4 = e3 se Y ≤ 1,375 II – e4 = e4a se Y ≥
2,625
Ke3
e4 3°( )
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e4⋅ 3°( ) 0+, 32 C⋅ H4⋅,
x2 C H4⋅−
x3 0− 02728 D e4 3°( )⋅( )⋅,
ep4 3°( )50 D H4 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
y44 721 h1⋅,
D e4a⋅
−
III e4− e4a e3 e4a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
22
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. 4.3 – Verificação da Necessidade de Anel de Contrav
entamento 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]
-
23
4.3.2 - Verificação da necessidade de contraventam ento
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
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
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 costad o –
Fonte [ BS 2654- parágrafo 7.3.2 ]
Diâmetro do Tanque (m) Anel de Reforço
Di ≤ 20 100 x 65 x 8 mm
20 < D ≤ 36 125 x 75 x 8 mm
36 < D ≤ 48 150 x 90 x 10 mm
48 < D 250 x 100 x 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]
H1 9− 465 em⋅162
V
2 em
D
3⋅
⋅,
Z 58 D2⋅ H1⋅V
161
2
⋅−
-
24
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
Wr = [cm³] A tabela 3 apresenta os valores mínimos para o anel
superior do costado. Tabela 3 – Reforço da borda superior do
costado – F onte [ 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 estruturas de apoio devem ser
projetados 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 mínima de 4,7 mm;
uma espessura maior pode ser necessária para tanques de teto
autoportantes; a sobre-espessura para corrosão para chapas de
tanques com tetos autoportantes deve ser adicionado à espessura
calculada;
c) Coluna para o teto poderão ser utilizados perfis estruturais
ou tubo de 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.
Wr 58 D2⋅ H1⋅V
161
2
⋅−
-
25
d) As vigas radiais devem ser espaçadas de forma que, o anel
mais 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, todas as emendas das chapas do
teto 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 dos tetos cônicos suportados deverá ser de
1:15, a menos que um valor seja especificado pelo comprador;
g) Nos tetos com declividade superior a 1:6, ou em que a ligação
das 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]
Carga morta (CC) = [Kg/m²] Carga devido ao vácuo = [Kgf/m²] Carga
devido a isolamento = [Kgf/m²] Carga Total (CT) = [Kpa] 4.5.1.2 –
Cálculo da espessura do teto
e = [mm] Diâmetro interno = [m]
eD
4 8 sinθ⋅,( )CT
2 2,
−
-
26
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 = [cm²] Área da junção disponível (conf.F-1, apêndice F) Wh =
[mm] – (adotado) Wh = [mm] – (calculado) th = Wc = [mm] – (adotado)
Wc = [mm] – (calculado) Perfil = (adotado) Ad = (do perfil
adotado)[cm²]
Figura - Área da junção disponível – Fonte – [ API 650/2004 –
apêndice F ]
ArD³
0 432sinθ⋅,CT
2 2,
−
-
27
Wc = [mm] Raio interno do tanque (RC) = [m] Espessura do costado
(tc) = [mm]
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 650/2004,
seção 3.10.6 4.5.2.1 – Cargas Carga viva (CV) = [Kgf/m²] Carga
morta (CC) = [Kgf/m²] Carga devido ao vácuo = [Kgf/m²] Carga devido
a isolamento = [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]
emáx. = 12,7 mm 4.5.1.3 – Geometria da junção costado-teto
Wc 0− 6 Rc tc⋅⋅,
Wh Rh th⋅−
eminR
2 4,CT
2 2,− = 4,5 [mm]
-
28
Ar = [cm²] Área da junção disponível (conf.F-1, apêndice F) Wh =
[mm] – (adotado) Wh = [mm] – (calculado) th = Wc = [mm] – (adotado)
Wc = [mm] – (calculado) Perfil = (adotado) Ad = (do perfil
adotado)[cm²]
Figura - Área da junção disponível – Fonte – [ API 650/2004 –
apêndice F ]
Wc = [mm] Raio interno do tanque (RC) = [m] Espessura do costado
(tc) = [mm]
Wh =[mm] – máximo 304,8 mm (12”)
ArD R⋅
0 216,CT
2 2,−
Wc 0− 6 Rc tc⋅⋅,
Wh Rh th⋅−
-
29
Raio interno do teto (Rh) = [m] Espessura do teto (th) = [mm] Ad
≥ Ar (estará OK) 4.5.3 – Tensões admissíveis no teto com estrutura
d e suportes e auto-suportadas 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.....
• para (L/r) maior do que 120 ou menor ou igual a 131,7...
• para (L/r) maior do que 131,7...
1
L
r
2
34700−
33000 Y⋅14 22 FS⋅,
⋅
1
L
r
2
34700−
33000 Y⋅FS
⋅
1
L
r
2
34700−
33000 Y⋅FS
⋅
14 22 1 6L
200 r⋅−,
⋅,
-
30
Onde: L = comprimento da coluna entre apoios laterais (m) r =
menor raio de giração da coluna (m) FS = fator de segurança =
Y = 1,0 (para seções de perfis laminados ou seções tubulares com
(e/R) igual ou maior que 0,015)
( 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:
Onde: σc = tensão de compressão σt = tensão de tração
FS5
3
L
r
350⋅
L
r
3
18300000⋅−
y := 200
3
e
R⋅ 2
200
3−
e
R⋅
⋅
σcM
Wc−
σtM
Wt−
-
31
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.
h = altura do perfil (cm) e = espessura da alma (cm) V = força
total de cizalhamento (Kgf)
V
A
1370
1h2
7200 e2⋅+
−
-
32
A = área total do perfil (cm²)
c) Cálculo de vigas com cargas uniformemente distri buídas:
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.
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(w.x), produz um
momento negativo e anti-horário igual a – w.x(x/2):
Para obter a localização do momento de flexão máxima
Substituindo x = ½ teremos uma equação para os momentos
Para flecha máxima, quando x=1/2 será.
R1w L⋅2
Mw L⋅ x⋅
2
w x2⋅2
−
dM
dx
dw x⋅2
w x2⋅2
−
⋅
dx( )
Mw l2⋅
8
y5w l4⋅
384 E⋅ I⋅
-
33
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).
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).
q = carga por unidade de comprimento (Kg)
M = momento fletor
W = módulo de resistência S = tensão admissível = 1350 Kg/m²
Nπ D⋅1 9,
>
q
98π4
⋅ D2 A2−( )⋅N L⋅
Mq L2⋅
8
WM
S
-
34
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⋅ sin360
2 N⋅
⋅
l
q = carga por unidade de comprimento (Kg)
M = momento fletor
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.
M – momento fleto (Kgf.cm)
Mq L2⋅
8
WM
S
fM c⋅
l
P
a
+
-
35
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 ]
-
36
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 ]
-
37
Figura 7 – Disposição das Chapas do Fundo do Tanqu e – Fonte: [
Apostila CM-Engenheiro de Tubulação – Engº.Palmerino Macedo S.F
ilho]
-
38
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.
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.
Sh0 0005 D⋅ H 30− 48,( )⋅ G⋅,
t
-
39
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]
-
40
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]
-
41
Tabela 9 - Distribuição das pressões externas em edificações
cilíndricas de seção circular – Fonte – [ NBR 6123/1988]
β
Coeficiente de pressão externa (Cpe) Superfície Rugosa ou
com
Saliências Superfície Lisa
h/d=10 h/d≤2,5 h/d=10 h/d≤2,5 0° +1,0 +1,0 +1,0 +1,0 10° +0,9
+0,9 +0,9 +0,9 20° +0,7 +0,7 +0,7 +0,7 30° +0,4 +0,4 +0,35 +0,35
40° 0 0 0 0 50° -0,5 -0,4 -0,7 -0,5 60° -0,95 -0,8 -1,2 -1,05 70°
-1,25 -1,1 -1,4 -1,25 80° -1,2 -1,05 -1,45 -1,3 90° -1,0 -0,85 -1,4
-1,2 100° -0,6 -0,65 -1,1 -0,85 120° -0,5 -0,35 -0,6 -0,4 140° -0,4
-0,3 -0,35 -0,25 160° -0,4 -0,3 -0,35 -0,25 180° -0,4 -0,3 -0,35
-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]
Momento Mw = Momento de tombamento [Kgf.m] Momento Mdl = Momento
contrário ao tombamento [Kgf.m] w = peso do tanque vazio [Kgf]
Mw FaH
2⋅
-
42
Verificação: Mw
-
43
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 A B C D E F G
1 1.3/4 3 2.1/2 1/2 3/4 1.1/4 1.1/2
1.1/8 1.7/8 3 2.1/2 1/2 3/4 1.3/8 1.5/8 1.1/4 2 3 2.1/2 1/2 1
1.1/2 1.3/4 1.3/8 2.1/8 4 3 5/8 1 1.5/8 1.7/8 1.1/2 2.1/4 4 3 5/8
1.1/4 1.3/4 2 1.5/8 2.3/8 4 3 5/8 1.1/4 1.7/8 2.1/8 1.3/4 2.1/2 5
3.1/2 3/4 1.1/2 2 2.1/4 1.7/8 2.5/8 5 3.1/2 3/4 1.1/2 2.1/8
2.3/8
2 2.3/4 5 3.1/2 3/4 1.3/4 2.1/4 2.1/2 2.1/4 3 6 4 1 1.3/4 2.1/2
2.3/4 2.1/2 3.1/4 6 4 1 2 2.3/4 3 2.3/4 3.1/2 7 5 1.1/4 2.1/2 3
3.1/4
3 3.3/4 7 5 1.1/4 2.1/2 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]
-
44
5 – Acessórios do Tanque.
Figura – Tanque Acessórios de Terminologia – Fonte [NBR 7821/83
– pág.4]
5.1 – Porta de limpeza
-
45
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 :
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:
Onde: b = largura horizontal livre da abertura (mm) H = altura
do tanque (m) h = altura livre da abertura (mm)
K1 h⋅ e⋅2
ebh2
355.600
b
171
H⋅+
-
46
Figura – Porta de limpeza para costado – Tipo Nivel ada – Fonte
[NBR 7821/83 –
pág.28]
-
47
Figura – Coeficiente K1 e K2 – Fonte [NBR 7821/83 – pág.29]
-
48
Figura – Rebaixo para portas de limpeza – Fonte [NB R 7821/83 –
pág.36]
-
49
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]
-
50
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]
-
51
Tabela – Bocas de visita do costado (610mm) – Fonte [NBR 7821/83
– pág.21]
-
52
Tabela – Bocas de visita do costado (762mm) – Fonte [NBR 7821/83
– pág.21]
-
53
Tabela – Bocas de visita do costado (914mm) – Fonte [NBR 7821/83
– pág.21]
-
54
Figura – Boca de visita do costado – Fonte [NBR 782 1/83 –
pág.14]
-
55
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 – p ág.26]
-
56
Figura – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – p ág.27]
Tabela – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – p ág.30]
-
57
Tabela – Bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 – p ág.31]
Tabela – Flange dos bocais do costado – Fonte [NBR 7821/83 –
pág.32]
-
58
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.
-
59
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 construçã o de escadas
– Fonte [ Estruturas Metálicas – Projetos e Detalhes para Con
strução – Santos, Arthur
Ferreira – MCGraw Hill ]
-
60
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
-
61
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.
-
62
Figura – Construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas –
Projetos e
Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill
]
-
63
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.
Figura – Construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas –
Projetos e
Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill
]
-
64
Figura – Construção de escadas – Fonte [ Estruturas Metálicas –
Projetos e
Detalhes para Construção – Santos, Arthur Ferreira – MCGraw Hill
]
-
65
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]
-
66
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.
-
67
Foto – Solda descontinua possibilitam a presença d e corrosão em
frestas – Fonte [ Corrosão – Vicenti Gentil – pag.235]
Foto – Inicio de corrosão em soldas descontinuas – Fonte [
Corrosão – Vicenti Gentil – pag.235]
-
68
Foto – Detalhes construtivos causadores de erosão por
impingimento. – Fonte [ Corrosão – Vicenti Gentil – pag.235]
Foto – Frestas e retenção de água – Fonte [ Aprese ntação 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.
-
69
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 [ Ap resentação de
preparação de superfície – Celso Gnecco-Sherwin Williams]
-
70
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 SIS Petrobras NACE BS ISSO 8501
Limpeza com Solvente SP-1 N-5 Tratamento Mecânico SP-2 St-2 St-2
St-2 Tratamento Mecânico SP-3 St-3 St-3 St-3 Jateamento Ligeiro
SP-7 Sa-1 Sa-1 NACE-4 Sa-1 Jateamento Comercial SP-6 Sa-2 Sa-2
NACE-3 3rd Quality Sa-2
Jateamento ao metal quase branco
SP-10 Sa-2.1/2 Sa-2.1/2 NACE-2 2nd Quality Sa-2.1/2
Jateamento ao metal branco
SP-5 Sa-3 Sa-3 NACE-1 1st Quality Sa-3
Limpeza a fogo SP-4 Decapagem quimica SP-8
-
71
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 t anque
7.1 – Dados do tanque
Diâmetro interno do tanque (D) 16 m Altura (H) 7,2 m Fluído Água
Densidade Fluído (G) 1
-
72
Temperatura do Projeto (Tp) 60 °C Corrosão Admissíveis Teto
(Cat) 0 Costado (Cac) 0 Fundo (Caf) 0 Radiografias Teto (Rt)
Costado (Rc) Fundo (Rf) Eficiência da Junta Teto (Eft) 0,70 Costado
(Efc) 0,70 Fundo (Eff) 0,70 Material – ASTM A 283 Grau C Teto
Kgf/cm² Costado Kgf/cm² Fundo Kgf/cm² Chumbadores - ASTM A 325
Nível do Líquido 7,2 m Ângulo do teto Velocidade Básica do Vento
m/s Tensão de Projeto 1410 Kgf/cm² Tensão do Teste Hidrostático
1580 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]
-
73
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.
e1 = 5,59 [mm]
b) Calculo da espessura de projeto do 1° anel.
ep1 = 5,94 [mm]
Conforme a norma NBR 7821/1983, e1=ep1 (deve-se uti lizar o
menor valor entre e1 e ep1)
c) Espessura do teste hidrostático Calculo da espessura
preliminar de teste hidrostáti co do 1° anel.
et = 4,99 [mm]
d) Calculo da espessura de teste hidrostático do 1° anel.
e150 D H1 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
e150 16. 7 2 0−, 3,( )⋅ 1
1410 0⋅ 7,
−
ep1 1 06,( )0 222 D⋅,
H1−
H1 G⋅Tp E⋅
−
x
50H1D G⋅Tp E⋅
⋅=
ep1 1 06,( )0 222 16⋅,
7 2,−
7 2 1⋅,1410 0⋅ 7,
−
x
50 7× 2 16× 1⋅,1410 0⋅ 7,
⋅=
et50 D H1 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
et50 16. 7 2 0−, 3,( )⋅ 1
1580 0⋅ 7,
−
-
74
et1 = 5,31 [mm] Conforme a noram NBR 7821/1983, et=ept1 (deve-se
ut ilizar 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 :
y = 11,35 Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y
≥ 2,625
et1 1 06,( )0 222 D⋅,
H−
H G⋅Tt E⋅
−
x
50HD G⋅Tt E⋅
⋅=
et1 1 06,( )0 222 16⋅,
7 2,−
7 2 1⋅,1580 0⋅ 7,
−
x
50 7× 2 16× 1⋅,1580 0⋅ 7,
⋅=
y44 721 h1⋅,
D e1⋅
−
y44 721 2⋅, 4,
16 5⋅ 59,
−
III e2− e2a e1 e2a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
75
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 = 3,65 [mm]
b) Calculo da espessura preliminar de teste hidrost ático do 2°
anel.
et2 = 3,25 [mm]
c) 1° ciclo Calcular a Distância x, do ponto variável de projet
o, de extremidade inferior do anel, usando o menor dos valores
obtidos das três s eguintes expressões:
K = 1,5
e250 D H2 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
e250 16. 4 8 0−, 3,( )⋅ 1
1410 0⋅ 7,
−
e2t50 D H2 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
e2t50 16 4 8 0−, 3,( )⋅ 1
1410 0⋅ 7,
−
Ke1
e2
K5 59,3 65,
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
C1 53, k 1− 53,( )+
1 1 53,( )1 5,+
-
76
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 = 0,45
X2 = 1,1
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.
ep2(1°) = 3,8 [mm]
e) Calculo da espessura de teste hidrostático do 2° anel no 1°
ciclo.
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]
x1 0− 01364 D e2⋅( ) 0+, 32 C⋅ H2⋅,
x2 C H2⋅−
x3 0− 02728 D e2⋅( )⋅,
ep2 1°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
ep2 1°( )50 16 4 8 0−, 11,( )⋅ 1
1410 0⋅ 7,
−
e2t50 D H2 x−( )⋅ G
Tt E⋅
−
e2t 1°( )50 16 4 8 0−, 11,( )⋅ 1
1580 0⋅ 7,
−
-
77
e1 ( espessura de projeto do 1° anel ) = 5,59 [mm]
K = 1,47
C = 0,205
X1 = 0,42
X2= 1,0
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.
ep2(2°) = 3,72 [mm]
h) Calculo da espessura de teste hidrostático do 2° anel no 2°
ciclo.
Ke1
ep2 1°( )
K5 59,3 8,
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e2⋅( ) 0+, 32 C⋅ H2⋅,
x2 C H2⋅−
x3 0− 02728 D e2⋅( )⋅,
ep2 2°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
ep2 2°( )50 16 4 8 0−, 21,( )⋅ 1
1410 0⋅ 7,
−
e2t 2°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tt E⋅
−
-
78
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 = 1,50
C = 0,217 x1 0− 61. R ep2⋅( ) 320.C H2⋅+, 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°) = 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 2°( )50 16 4 8 0−, 21,( )⋅ 1
1580 0⋅ 7,
−
Ke1
ep2 2°( )
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
ep2 3°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
e2t 3°( )50 D H2 x−( )⋅ G
Tt E⋅
−
-
79
E2t(3°) = 3,3 [mm]
l) Determinação de e2. Calcular separadamente para o 2° anel o
valor de y :
Y = 11,35 Portanto: I - e2 = e1 se Y ≤ 1,375 II - e2 = e2a se Y
≥ 2,625
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. Tabela 1 - Espessura nominal mínima para
espessura do costado – Fonte: [ NBR 7821/1983 – pág.10]
Espessura de projeto (selecionado entre e2a)= 3,72 [mm]
Espessura para corrosão (ec1) = 0 [mm]
y44 721 h1⋅,
D e1⋅
−
III e2− e2a e1 e2a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
80
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 :
Y = 3,91 Portanto: I – e3 = e2 se Y ≤ 1,375 II – e3 = e3a se Y ≥
2,625
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.
y44 721 h1⋅,
D e2⋅
−
y44 721 2⋅, 4,
16 3⋅ 72,
−
III e3− e3a e2 e3a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
81
e3 = 1,7 [mm]
b) Calculo da espessura preliminar de teste hidrost ático do 3°
anel.
et3 = 1,52 [mm]
c) 1° ciclo Calcular a Distância x, do ponto variável de projet
o, de extremidade inferior do anel, usando o menor dos valores
obtidos das três s eguintes expressões:
K = 2,19
C = 0,414 e3 ( espessura preliminar de projeto) = 1,7 [mm] e2 (
espessura de projeto do anel inferior ) = 3,72 [mm] D = diâmetro
nominal = 16 [m]
X1 = 0,39
e350 D H3 0− 3,( )⋅ G
Tp E⋅
−
e350 16. 2 4 0−, 3,( )⋅ 1
1410 0⋅ 7,
−
et350 D H3 0− 3,( )⋅ G
Tt E⋅
−
e3t50 16. 2 4 0−, 3,( )⋅ 1
1580 0⋅ 7,
−
Ke2
e3
K3 72,1 7,
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
C2 19, k 2− 19,( )+
1 2 19,( )1 5,+
x1 0− 01364 D e3⋅( ) 0+, 32 C⋅ H3⋅,
x2 C H3⋅−
-
82
X2 = 1,0
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°) =1,83 [mm]
e) Calculo da espessura de teste hidrostático do 3° anel no 1°
ciclo.
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 = 2,03
x3 0− 02728 D e3⋅( )⋅,
ep3 1°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
ep3 1°( ) 50 16. 2 4 0−, 14,( )⋅ 11410 0⋅ 17,
−
et3 1°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tt E⋅
−
et3 1°( )50 16. 2 4 0−, 14,( )⋅ 1
1580 0⋅ 7,
−
Ke2
ep3 1°( )
-
83
C = 0,377
X1 = 0,36
X2 = 0,9
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°) =1,82 [mm]
h) Calculo da espessura de teste hidrostático do 3° anel no 2°
ciclo.
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 = 2,04
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e3⋅ 1°( ) 0+, 32 C⋅ H3⋅,
x2 C H3⋅−
x3 0− 02728 D e3 1°( )⋅( )⋅,
ep3 2°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
et3 2°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tt E⋅
−
Ke2
ep3 2°( )
-
84
C = 0,380
X1 = 0,29
X2 = 0,9
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°) = 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°) =1,63 [mm]
l) Determinação de e3. Calcular separadamente para o 3° anel o
valor de y :
CK k 1−( )+
1 K1 5,+
x1 0− 01364 D e3⋅ 2°( ) 0+, 32 C⋅ H3⋅,
x2 C H3⋅−
x3 0− 02728 D e3 2°( )⋅( )⋅,
ep3 3°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tp E⋅
−
et3 3°( )50 D H3 x−( )⋅ G
Tt E⋅
−
-
85
Portanto: I – e3 = e2 se Y ≤ 1,375 II – e3 = e3a se Y ≥
2,625
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. Tabela 1 - Espessura
nominal mínima para espessura do costado – Fonte: [ NBR 7821/1983 –
pág.10]
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 Contra ventamento
Intermediário. Conforme Norma NBR 7821 7.3.1 - Mapa do ventos –
Conforme NBR 6123
y44 721 h1⋅,
D e3a⋅
−
III e3− e3a e2 e3a+( ) 2 1y
1 25,⋅,
⋅+= se 1,375 < Y < 2,625
-
86
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 contraventam ento 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
-
87
H1 = 150 [mm] 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
Z ( módulo de resistência) – [mm³] D (diâmetro do tanque) –16
[m] Tabela 2 – Reforço da borda intermediária do costad o – Fonte [
BS 2654- parágrafo 7.3.2 ]
Diâmetro do Tanque (m) Anel de Reforço
Di ≤ 20 100 x 65 x 8 mm
20 < D ≤ 36 125 x 75 x 8 mm
36 < D ≤ 48 150 x 90 x 10 mm
48 < D 250 x 100 x 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]
H1 9− 465 em⋅162
V
2 em
D
3⋅
⋅,
H1 9 465 5⋅, 29161
12 5,
2⋅
5 29,16
3⋅,
Z 58 D2⋅ H1⋅V
161
2
⋅−
-
88
7.4.1 - Módulo de resistência requerida do anel de reforço
superior
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 – F onte [ 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.
Wr 58 D2⋅ H1⋅V
161
2
⋅−
Wr 58 162⋅ 7⋅− 212 5,161
2
⋅,
-
89
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 ]
Adotaremos para chapa de fundo espessura de ¼” – 6,35 mm. 7.5.1
- Tensão nas chapas do fundo do tanque. D – diâmetro do tanque –
1600 (cm) H – altura do tanque – 720 (cm) t – espessura do fundo do
tanque - 0,635 (cm) G – densidade do fluido – 1 ( Kg/cm³) Sh –
tensão - 868,7 Kgf/cm²
Sh = 868,7 [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. Material do fundo do tanque – ASTM A
283 Grau C Tensão de projeto – Sc = 1410 Kgf/cm² Então: Sh