Navios-Tanque Petroleiros

Navios-Tanque Petroleiros
ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MARÍTIMA
Navios-Tanque
Navios-Tanque Petroleiros
Jorge Trindade
Abril 2012
Navios-Tanque
Índice
1 Aspectos Construtivos
1
1.1
Classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2
Navios Combinados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.3
Estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 Sistema de Carga e Descarga
4
2.1
Descrição Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2
Accionamento das Bombas de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2.1
Hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2.2
Eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2.3
Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Comparação dos Sistemas de Accionamento das Bombas de Carga . . . . . . .
8
2.3
3 Equipamentos
3.1
Sistemas de Encanamentos
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.1.1
Linhas de Fundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.1.2
Linhas de Queda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
3.1.3
Encanamentos na Casa das Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.1.4
Linhas no Convés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3.1.5
Linhas de Lavagem de Tanques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3.1.6
Linhas de Gás Inerte no Convés
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
3.2
Válvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
3.3
Bombas de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.3.1
Bombas Centrı́fugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.3.2
Curvas de Funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3.3.3
Cavitação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3.3.4
Associação de Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
3.3.5
Instalação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
3.4
Drenagem dos Tanques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
3.5
Aquecimento da Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
3.6
Descarga e Ventilação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
3.7
Instrumentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
3.7.1
26
Sondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
i
Navios-Tanque
1
1.1
Aspectos Construtivos
Classificação
Os navios petroleiros constituem cerca de 50% do porte da frota mundial. A classificação dos
navios pelo porte é a seguinte:
- Handysize (15 000 - 50 000 dwt);
- Panamax(60 000 - 80 000 dwt);
- Aframax(80 000 - 120 000 dwt);
- Suezmax (120 000 - 170 000 dwt);
- VLCC (200 000 - 300 000 dwt);
- ULCC (> 300 000 dwt).
Para além do porte, o tipo de carga transportada também permite distinguir vários tipos
de navios petroleiros. Assim, temos navios que transportam:
- petróleo bruto (“crude”);
- produtos brancos (“clean products”);
- produtos pretos (“dirty products”).
Os navios de produtos brancos transportam produtos refinados que exigem adequado revestimento dos tanques de carga para evitar contaminações. Os navios de transporte de produtos
pretos dispõem usualmente de aquecimento dos tanques, necessário para o transporte de fuel
e outros produtos relativamente viscosos.
1.2
Navios Combinados
OBO o OO são designações de navios combinados, também chamados combo ou combi, i.e.
navios que combinam a capacidade de transporte de graneis sólidos e lı́quidos - Ore/Bulk/Oil
e Ore/Oil, respectivamente. São navios com capacidade para o transporte a granel de cargas
secas ou lı́quidas. Nas Fig. 1 e 2 estão representadas secções transversais de navios combinados
OO e OBO.
Figura 1: Navio combinado OO.
1
Navios-Tanque
Figura 2: Navio combinado OBO.
Na concepção dete tipo de navios esteve sempre presente a redução das viagens em lastro.
Em particular, visavam o tráfego de petróleo-bruto desde o médio oriente, minério de ferro e
carvão da Austrália, Africa do Sul e Brasil. Para a descarga do granel sólido, os seus tanques
de carga dispõem de escotilhas de grande dimensão, ver Fig. 3.
Figura 3: Escotilhas dos tanques de carga num navio combinado OBO.
A flexibilidade de operação destes navios foi-se perdendo com a adequação das novas
construções a rotas especı́ficas e, actualmente, este conceito é já pouco popular. Desde 1980,
poucos navios deste tipo foram construı́dos.
1.3
Estrutura
Os projectos dos petroleiros produzidos por estaleiros de hoje, apesar de aprovados por todos
as principais sociedades de classificação, são baseados no pressuposto de que o armador irá
realizar todos as reparações que se venham a revelar necessárias durante toda a sua vida útil
do navio. O projecto, embora importante, não é portanto o único factor para determinar a
integridade da estrutura a longo prazo. A história do projecto estrutural dos navios mostra um
trajecto de evolução e não de revolução. Os projectistas aprendem com experiências passadas
e cada novo navio tende a ser o desenvolvimento de um projeto anterior de sucesso. Isto é
sobretudo uma consequência do facto das tensões na estrutura de um navio no mar resultarem
da complexa interação de muitas variáveis.
A necessidade de casco duplo, para prevenir ou reduzir os derrames de petróleo, levou a
fossem padronizados para outros tipos de navios, incluindo petroleiros pela Convenção Internacional para a Prevenção da Poluição por Navios, ou Convenção MARPOL. Apesar de este
ser o motivo pelo qual o casco duplo foi introduzido na regulamentação internacional (IMO) e
2
Navios-Tanque
regulamentação interna de alguns paı́ses (Estados Unidos), o casco duplo não protege contra
os grandes acidentes, colisões ou encalhes de alta energia, que causam a maioria da poluição
por petróleo.
Figura 4: Elementos estruturais de um navio de casco duplo.
Os navios tanque petroleiros são divididos nas seguintes secções:
- secção da proa;
- secção dos tanques;
- secção da popa;
Por norma, os alojamentos, casa de controlo da carga e restantes áreas de serviço devem estar
a ré da secção dos tanques de carga. Devem estar previstos meios para prevenir a entrada nos
alojamentos de produtos em resultado de derrames no convés. As entradas para os alojamentos
e áreas de serviço, bem como a aspiração da ventilação para estas áreas não pode estar voltada
para a zona dos tanques de carga. De igual forma, as vigias viradas para os tanques de carga,
bem como as laterais mais próximas, não podem abrir.
Os navios tanque petroleiros têm, geralmente, 8 a 12 tanques de carga. Cada um destes
tanques é dividido por anteparas na direcção vante-ré para reduzir o efeito do espelho liquı́do
na estabilidade do navio. Os tanques são numerados de vante para ré e designados por BB,
central e EB de acordo com a sua posição (Fig. 5).
Figura 5: Navio tanque petroleiro.
A separação da secção dos tanques de carga e das secções da proa e da popa é feita por
cofferdam’s. Os cofferdam’s são espaços vazios entre duas anteparas, para dar proteção contra
3
Navios-Tanque
o calor, propagação de incêndio ou colisão. Os navios tanques dispõem de cofferdam’s a vante
e a ré dos tanques de carga e, por vezes, também entre os tanques de carga.
A casa das bombas alberga todas as bombas ligadas às linhas de carga de um navio deste
tipo. Geralmente, a casa das bombas abrange a largura total do navio. Embora seja raro,
alguns navios têm duas casas das bombas. Na Fig. 6 representa-se a localização e o arranjo
tı́pico da casa das bombas de um navio tanque petroleiro.
Figura 6: Localização e arranjo da casa das bombas.
A água de lastro é colocada a bordo para manter a estabilidade do navio quando este está
a navegar sem, ou com pouca, carga. Os tanques de água de lastro num navio tanque estão
completamente separados (segregados) do sistema de carga e de e óleo combustı́vel. Estes
tanques estão permanentemente afectados ao transporte de lastro. Este arranjo, normalmente
designado por SBT (Segregated Ballast Tanks) em que a água de lastro contida nos tanques
de lastro segregado nunca entra em contacto com um óleo, reduz o risco de poluição aquando
de deslastro do navio.
Os navios petroleiros com 70.000 DW T e acima devem ser equipados com pelo menos dois
tanques de resı́duos (slop-tank’s). Os slop-tank’s são usados nos navios tanque para recolher
as misturas de óleo e água resultantes da lavagem dos tanques de carga. Estes tanques devem
ter a capacidade necessária para reter os resı́duos gerados na lavagem de tanques, resı́duos de
óleo e de resı́duos de lastro sujo. Em regra, a capacidade total destes tanques não deve ser
menor que 3% da capacidade de carga do navio.
2
Sistema de Carga e Descarga
Existem actualmente mais de 1200 navios tanque petroleiros em todo o mundo que transportam petróleo bruto a longas distâncias. Destes, cerca de 98% usam na propulsão grandes
motores diesel. Os restantes, envolvidos num tráfego mais especializado, desde o Alasca até
a costa oeste dos Estados Unidos, usam propulsão diesel-eléctrica. Depois do sistema de propulsão, o sistema mais importante num navio tanque petroleiro é o de descarga do navio. O
sistema de descarga de carga é constituı́do por um conjunto de bombas, dispositivos de accionamento, encanamentos e ecassórios, cuidadosamente concebidos para permitir a descarga dos
tanques de uma forma eficiente e segura. Estes sistemas de bombagem são geralmente accionados por vapor, graças à boa compatibilidade destes sistemas com a propulsão por motores
diesel de grande porte.
4
Navios-Tanque
2.1
Descrição Geral
Nos navios tanque, as bombas de carga são normalmente instaladas num espaço localizado
na extremidade posterior dos tanques de carga, a casa das bombas. As bombas estão ligadas
aos tanques de carga através de uma rede de encanamentos que percorre os tanques de carga
a pequena distância de do fundo dos tanques. Para evitar derrames no caso de encalhe, as
normas internacionais proibem a passagem de tubagem por baixo dos tanques de carga.
Os produtos transportados são em geral uma mistura de hidrocarbonetos lı́quidos, com
componentes muito voláteis que facilmente formam vapores quando a pressão é reduzida.
Quando um navio tanque inicia a bombagem da carga, a pressão do lı́quido na aspiração
da bomba é relativamente elevada, porque o nı́vel de lı́quido está bem acima da bomba.
Existe uma perda de pressão, devida ao atrito, aproximadamente proporcional ao quadrado
da velocidade de escoamento. Conforme o lı́quido vai sendo descarregado para terra, o nı́vel
nos tanques baixa, reduzindo assim a pressão na aspiração da bomba. Quando as perdas por
atrito igualarem a pressão originada pela altura do lı́quido, a pressão na aspiração da bomba é
aproximadamente igual à pressão atmosférica. A continuação da bombagem vai reduzir ainda
mais a pressão e provocar a formação de vapores na aspiração da bomba de carga. Se o corpo
da bomba ficar cheio de vapores provoca uma redução muito grande na capacidade de aspiração
da bomba. A fim de retardar esta perda de aspiração, e permitir optimizar a drenagem dos
tanques de carga, a velocidade das bombas de carga deve ser variável, conseguindo a baixa
velocidade reduzir as perdas por atrito.
Para prevenir explosões na casa das bombas, os regulamentos proı́bem a localização nesse
espaço de motores eléctricos e equipamentos similares. O equipamento deve estar localizado
na casa das máquinas do navio e movimentar as bombas através de veios que passam da casa
das máquinas para a casa das bombas através de bucins estanques.
De acordo com as normas internacionais, enquanto um navio-tanque está a descarregar
a sua carga, o espaço no interior dos tanques deve ser preenchido com gás inerte, a fim de
proporcionar uma atmosfera segura, não-explosiva. O gás inerte pode ser qualquer mistura
de gás não-corrosivo, com menos de 5% de oxigénio. As fontes mais comuns deste gás são os
gases de combustão, lavados e arrefecidos, das caldeiras do navio ou de um gerador de gás
inerte. Um gerador de gás inerte é um equipamento, integrando um queimador, uma torre
de lavagem, ventiladores e um sistema de controlo, que queima óleo diesel. Em seguida, os
produtos de combustão passam através de uma torre de lavagem onde para além de lavados são
também arrefecidos por água do mar. O resultado é uma mistura gasosa predominantemente
constituı́da por azoto e dióxido de carbono, e com menos de 5% de oxigénio.
2.2
Accionamento das Bombas de Carga
Existem três tipos de accionamento para as bombas de carga que podem ser usados em navios
tanque: hidráulico, eléctrico, e vapor. Para todos eles, a sua localização deverá ser a casa das
máquinas do navio.
2.2.1
Hidráulico
Os sistemas hidráulicos de accionamento consistem de bombas hidráulicas que fornecem óleo
hidráulico a alta pressão (200 a 300 bar) para os actuadores/motores na casa das bombas ou
para uma rede de distribuição e alimentação no convés, no caso das bombas do tipo “deepweel ”
distribuı́das pelos tanques de carga. O óleo hidráulico retorna posteriormente à a bomba de
5
Navios-Tanque
alimentação. As bombas hidráulicas podem ser accionadas por motores diesel ou por motores
eléctricos. Se o sistema for accionado directamente por um motor diesel, a eficiência do sistema
de accionamento é de cerca de 27%. Se o sistema for accionado por motores eléctricos com
potência fornecida a partir de geradores diesel, a eficiência ronda os 25%.
Os gases de combustão dos motores diesel que accionam os sistemas hidráulicos não são
apropriados para a utilização como gás inerte devido ao elevado teor de oxigénio neles existente.
Torna-se portanto necessária a utilização de um gerador de gás inerte dedicado durante as
operações de descarga. Se considerarmos o combustı́vel necessário para o funcionamento do
gerador de gás inerte, o rendimento térmico do sistema hidráulico de descarga baixa para
cerca de 16% no caso do accionamento directo por motores diesel e cerca de 15% no caso do
accionamento diesel-eléctrico.
Para este tipo de accionamento das bombas de carga, o navio deve dispor de elevada
potência instalada quanto a diesel geradores ou motores diesel para o accionamento dos sistemas hidráulicos. A tı́tulo de exemplo, um VLCC precisaria de um acréscimo de cerca de
12 MW, para além dos normais requisitos de potência do navio, dedicado ao accionamento do
sistema de descarga.
2.2.2
Eléctrico
Tecnologia relativamente recente permite o uso de motores eléctricos AC de velocidade variável
no accionamento das bombas de carga. Neste sistema, a potência eléctrica oriunda dos geradores eléctricos do navio é fornecida a dispositivos de controle de velocidade através de grandes
transformadores. Estes dispositivos permitem variar a frequência da energia eléctrica e, consequentemente, a velocidade de rotação dos motores eléctricos de accionamento das bombas. O
rendimento global neste sistema de accionamento das bombas de carga, desde o motor diesel
que acciona o alternador até à bomba, ronda os 38%.
Tal como acontece nos sistemas hidráulicos anteriormente referidos, os gases de combustão
produzidos pelos motores diesel não são apropriados para serem utilizados como gás inerte.
Também neste caso, o recurso a geradores dedicados de gás inerte durante as operações de
descarga provoca a redução do rendimento térmico global da instalação durante aquele perı́odo.
Se somarmos o combustı́vel consumido pelo gerador de gás inerte ao combustı́vel consumido
pelos diesel-geradores, o rendimento térmico global, até às bombas, ronda os 20%. Esta forma
de accionamento das bombas de carga exige a instalação de grandes unidades diesel-geradoras
para satisfação dos requisitos de potência dos sistema.
2.2.3
Vapor
O sistema de accionamento a vapor das bombas de carga consiste em uma ou duas caldeiras
a produzir vapor sobreaquecido, para alimentar turbinas que accionam as bombas e descarregam o vapor para um condensador circulado por água do mar. Os condensados voltam
posteriormrnte às caldeiras como água de alimentação. A velocidade das bombas é regulada
ajustando o caudal de vapor de água que é admitido nas turbinas. O rendimento global destes sistemas é de forma geral baixo e dependente do sobreaquecimento do vapor conseguido
na caldeira e do vácuo no condensador, rondando os 15 a 20%. Os gases de combustão das
caldeiras constituem uma excelente fonte para a produção de gás inerte, facilmente contendo
menos de 5% de oxigénio conforme exigido pela regulamentação. Assim, não é necessário
qualquer consumo adicional de combustı́vel para a produção de gás inerte durante a descarga
do navio. Também não é necessária potência eléctrica adicional uma vez que aquela que é
6
Navios-Tanque
Figura 7: Sistema de lastro e carga com accionamento por motores eléctricos e turbinas a
vapor.
exigida pela alimentação de água à caldeira e pela circulação do condensador estão dentro da
disponibilidade dos geradores existentes.
Figura 8: Turbo-Bomba de carga accionada por uma turbina a vapor.
7
Navios-Tanque
2.3
Comparação dos Sistemas de Accionamento das Bombas de Carga
A escolha do sistema de accionamento das bombas de carga dos navios tanque petroleiros
depende do sistema de propulsão. Menos de 10% dos sistemas são actualmente hidráulicos ou
eléctricos. A oportunidade de efectuar o “retrofitting” dos sistemas é reduzida se não mesmo
nula. O equipamento, bem como a sua disposição na casa da máquina do navio, é parte
integrante do projecto da instalação de máquinas do navio. Os sistemas de accionamento
eléctrico e hidráulico requerem mais espaço em pisos superiores da casa da máquina que uma
instalação a vapor dificultando a sua instalação numa casa da máquina já existente.
Na perspectiva da operação e manutenção, o sistema de vapor é o mais simples. Também
o investimento de capital exigido é muito mais reduzido quando comparado com aquele que
é requerido pela opção do accionamento eléctrico ou hidráulico. O único ponto fraco do
accionamento das bombas de carga por turbinas a vapor é o consumo de combustı́vel. No
entanto, este problema esbate-se quando consideramos o consumo de combustı́vel associado
ao funcionamento do gerador de gás inerte nos outros sistemas. A diferença no rendimento
global fica então muito reduzida.
A utilização de sistemas hidráulicos de accionamento das bombas de carga é mais vulgar
em pequenos navios-tanque que carregam simultaneamente um grande número de produtos.
Para este tipo de aplicação o navio, tipicamente com cerca de 40.000 DW T mas podendo ir
até às 70.000 DW T , tem uma bomba em cada tanque, com encanamentos de carga e descarga
dedicados, prevenindo qualquer tipo de contaminação dos produtos transportados. Alguns navios de maior dimensão equipados com este sistema foram projectados para tráfegos comerciais
especı́ficos.
O accionamento por motor eléctico, sendo o que apresenta melhor rendimento, é aquele que
requer maior investimento inicial na aquisição e instalação. Exige uma grande disponibilidade
instalada de produção de energia eléctrica apenas necessária para as operações de bombagem.
Durante o restante perı́odo de operação do navio, as necessidades de energia eléctrica rondam
os 10% da potência exigida pelas bombas de carga. Quando consideramos o consumo de
combustı́vel pelo gerador de gás inerte, a vantagem relativamente ao sistema de vapor revelase marginal face aos elevado investimento inicial. Existem alguns navios novos a operar em
tráfegos muito especı́ficos equipados com sistemas de descarga com accionamento eléctrico.
Em particular, devem dedicar-se a viagens curtas, passando uma fracção importante do seu
tempo de operação em porto, de tal forma que os ganhos conseguidos no sistema de descarga
consigam compensar o maior investimento inicial e os custos de manutenção.
A maior parte dos navios tanque petroleiros são projectados para operar carregando
petróleo bruto no golfo Pérsico e transportá-lo para a Europa, Japão ou para as costas leste
ou oeste dos Estados-Unidos. Estas são tipicamente viagens com duração superior a 30 dias.
Se considerarmos uma viagem de lastro com igual duração, cada um destes navios fará uma
média anual de 6 viagens. Isto significa que o sistema de descarga irá operar 6 vezes, um a
dois dias em cada operação, por ano. Trata-se de um incentivo à manutenção dos sistemas de
descarga com turbinas de vapor cuja fiabilidade tem sido provada ao longo dos anos. Os sistemas hidráulicos não proporcionam redução significativa de combustı́vel quando se considera
aquele que é consumido no gerador de gás inerte e os sistema eléctricos têm os já referidos
maiores encargos quanto ao investimento inicial. Muitos dos navios em que foi feita esta opção
por bombas eléctricas, a propulsão é diesel-eléctrica. Quando a propulsão do navio é do tipo
diesel-eléctrica, o encargo associado às bombas eléctricas é reduzido. No entanto, estes navios
não são competitivos com aqueles cuja propulsão é realizada por motores diesel lentos em
viagens longas, devido ao reduzido rendimento da propulsão diesel-eléctrica.
8
Navios-Tanque
3
Equipamentos
3.1
Sistemas de Encanamentos
O tratamento e movimentação da carga inclui todas as operações de transporte de carga,
bem como as operações de carga e descarga, lavagem de tanques, com carga ou com água,
aquecimento da carga, movimentação de lastro, etc. O principal elemento do sistema de
tratamento e movimentação da carga num navio tanque petroleiro é o sistema das linhas de
carga.
Um navio tanque para o transporte de petróleo bruto está equipado com um conjunto de
linhas que permitem eficientes operações de carga e descarga do navio. Na descarga do navio,
a carga passa pela casa das bombas do navio onde é bombeada para terra. O objectivo final
passa por manter a carga em segurança desde que entra nos tanques, durante o transporte
e, finalmente, durante toda a operação de descarga. Trata-se sempre de operações em que a
carga não se encontra visı́vel. A instrumentação instalada evidenciará onde e como a carga
escoa. A segurança das operações resulta de checklists.
Embora o princı́pio de operação e a constituição dos navios seja semelhante, cada navio
tem as suas especificidades. Os esquemas das linhas de carga são muito úteis no planeamento
das operações. Para ter a certeza que o óleo escoa da forma pretendida, um método fiável é
a inspecção visual das linhas. As válvulas devem estar numeradas e marcadas de acordo com
os desenhos e as linhas devem ser verificadas em toda a sua extensão disponı́vel.
A ligação entre troços de encanamento é feita por flanges. Flanges são anéis de aço soldados
nas extremidades do encanamento. As superfı́cies das flanges são planas, permitindo a vedação
do fluido com a interposição de uma junta. O número de orifı́cios para passagem dos parafusos
de aperto das flanges corresponde frequentemente ao diâmetro do encanamento em polegadas
permitindo mais fácil identificação e selecção das reduções exigidas para ligação dos braçoes
de carga/descarga.
As linhas de carga repousam sobre suportes, soldados no fundo dos tanques, anteparas e
fundo da casa das bombas. Para reduzir o desgaste e a deformação onde ocorre contacto é
interposto um calço de material macio entre os suportes e a tubagem.
3.1.1
Linhas de Fundo
A tı́tulo de exemplo, consideremos um navio tanque petroleiro com 4 tanques centrais e 5
pares de tanques laterais para transporte de carga. O sistema das linhas de fundo (bottom
lines) está representado na Fig. 9. As linhas de carga estão localizadas nos tanques centrais
do navio, suportadas a cerca de um metro do fundo do tanque. Válvulas de crossover, duas
válvulas em cada crossover permitem comunicar as as linhas de fundo. Quando é feito o
transporte de mais de um produto, os regulamentos obrigam à segregação dos produtos por
duas válvulas.
Para permitir que estas linhas acompanhem os movimentos do navio, originados pelas
condições de mar e pelas variações térmicas, as linhas de carga devem dispor de uniões flexı́veis
e juntas de dilatação.
Junto à entrada da linha no tanque, uma ramificação da linha de fundo acaba na zona à
ré do tanque de carga. É por aqui que o óleo entra no tanque durante a carga do navio e sai
durante a descarga. Nos tanques centrais as aspirações principais estão situadas aproximadamente a meio e as duas aspirações de stripping situam-se nas extremidades do tanque, uma
9
Navios-Tanque
Figura 9: Linhas de fundo.
bombordo e outra a estibordo.
A aspiração tem a forma de um funil invertido e é habitualmente designada como “pata de
elefante”. A área da secção tranversal inferior da “pata de elefante” deve ser uma vez e meia
a da secção de passagem da linha de carga. Por baixo da “pata de elefante” estão soldadas
algumas barras para orientação e controle do escoamento permitindo reduzir a cavitação nas
bombas.
3.1.2
Linhas de Queda
Desde a área dos manifold no convés, as linhas de queda (drop lines) comunicam as linhas
do convés com as linhas de fundo, conforme representado na Fig. 10. Estas linhas são usadas
na operação de carga do navio, permitindo isolar a casa das bombas durante esta operação.
Não obstante a casa das bombas se encontrar isolada da carga, deve ser mantida uma rotina
de inspecção e de verificação da atmosfera prévia à entrada na casa das bombas. Durante a
operação de descarga do navio, as válvulas nas linhas de queda devem ser mantidas fechadas.
Figura 10: Linhas de queda.
10
Navios-Tanque
3.1.3
Encanamentos na Casa das Bombas
Num navio tanque petroleiro, a casa das bombas é a zona de comunicação entre os tanques de
carga e os manifold onde as linhas do navio são ligadas às linhas de terra. As linhas de fundo
encaminham o óleo até às bombas de carga.
Podemos considerar a casa das bombas dividida em duas partes: uma zona de aspiração
e uma zona de descarga, ou de pressão. As linhas de fundo terminam nas bombas de carga
podendo comunicar pelos crossover existentes. O primeiro crossover depois da zona dos
tanques está identificado na Fig. 11 como “Crude oil suction -x-over line”. É designado
prequentemente como “stripping crossover”, atravessa tranversalmente as linhas de fundo
permitindo descarregar com qualquer bomba de carga principal a partir de qualquer linha de
fundo.
Figura 11: Encanamentos na casa das bombas.
Continuando no sentido das bombas de carga, encontramos uma válvula em cada linha,
habitualmente designada por válvula da antepara porque regra geral se encontra junto da
antepara de separação entre a zona de carga e a casa das bombas.
Do lado de pressão das bombas encontra-se uma válvula, válvula de descarga, de regulação
de pressão ou de regulação do caudal. A designação mais própria será como válvula de descarga
mas as outras são também populares. É com esta válvula que é ajustada a contra-pressão e o
caudal na bomba. É recomendado que o arranque da bomba seja realizado com esta válvula
fechada.
Depois destas válvulas as rise lines conduzem o óleo para o convés.
A casa das bombas aloja ainda outro equipamento para manobra da carga e do lastro. A
bomba de lastro é exclusivamente dedicada ao lastro segregado. O sistema de lastro segregado
é completamente segregado do sistema de carga. A bomba de lastro comunica com o pique
de vante e com os tanques laterais no 3, bombordo e estibordo. A bomba de lastro dispõe da
sua própria caixa de fundo para aspiração e descarga para o mar.
11
Navios-Tanque
A bomba de stripping tem as suas linhas dedicadas, através das quais, via stripping cross
over, se drenam as últimas fracções de carga nos tanques, nas bombas principais e nas linhas,
para terra através da linha de menor diâmetro no convés (linha MARPOL).
3.1.4
Linhas no Convés
Quando as rise lines chegam ao convés, as suas extensões passam a ser designadas por linhas
do convés (deck lines). É frequente numerar e marcar as linhas de carga no convés a partir de
um dos bordos do navio. Em cada uma das linhas de carga existe uma válvula que permite
isolar a linha da casa das bombas, a deck master valve ou cargo master valve (Fig. 12).
Figura 12: Encanamentos no convés.
As linhas de carga no convés terminam nos manifold crossovers. É por estes manifolds
que o navio se liga ao terminal por mangueiras ou braços de carga. A numeração dos manifold
está de acordo com a linha do convés a que pertence. Os manifold crossovers permitem operar
trocando linhas de queda, linhas de convés ou manifolds, de acordo com que manifolds o navio
está ligado a terra.
Também encontramos no convés uma linha de carga de menor diâmetro, a linha MARPOL.
Esta linha está ligada a um manifold já depois (no exterior) da válvula de manifold. Fica
ligada à “presentation flange”. O objectivo desta linha é permitir a drenagem dos tanques,
linhas e bombas. É importante manter fechada a válvula de manifold para prevenir o retorno
de produto ao navio.
Nos navios tanque deve estar disponı́vel, nos dois bordos do navio, ligação para envio de
lastro sujo ou de água contaminada com óleo em instalações de recepção em terra.
3.1.5
Linhas de Lavagem de Tanques
Situam-se também no convés as linhas do sistema de lavagem de tanques (Crude Oil Washing).
A partir destas linhas principais, estendem-se derivações para cada uma das máquinas de
lavagem instaladas nos tanques. Esta linha tem origem no crossover do COW existente na
casa das bombas. Este crossover permite usar qualquer uma das bombas de carga na lavagem
de tanques contribuindo assim para a obtenção de várias alternativas na operação do sistema
COW.
12
Navios-Tanque
Figura 13: Linhas de lavagem dos tanques.
3.1.6
Linhas de Gás Inerte no Convés
A partir do selo hidráulico no convés, as linhas de gás inerte fazem a distribuição de gás
inerte nos tanques do navio. É frequente encontrarmos no final da linhas principal de gás
inerte, junto ao castelo da proa, um mastro de descarga (vent ou master raiser ) para permitir
inertizar a linha. A este mastro poderão estar ainda ligadas as descargas das válvulas P/V
das linhas de gás inerte.
Figura 14: Encanamentos de gás inerte.
3.2
Válvulas
Nos sistemas de tratamento e manobra da carga dos navios tanque petroleiros são predominantemente utilizadas válvulas:
- de cunha;
- de globo;
- de borboleta.
13
Navios-Tanque
Figura 15: Válvulas de borboleta, cunha e globo (da esquerda para a direita).
As válvulas de cunha proporcionam uma boa e fiável vedação tornam-se no entanto de
operação lenta. São, por exemplo, utilizadas frequentemente como válvulas de costado ou
fundo.
As válvulas de globo são tanbém muito utilizadas. Este tipo de válvula é habitualmente
usado no sistema de pressão/vácuo em que fica e seu cargo o controlo da pressão nos tanques. A
válvula abre quando a pressão atinge um certo valor (pressure set-point) bem como quando um
determinado vácuo (vacuum set-point) acontece. São válvulas usadas no sistema no sistema
de distribuição de gás inerte. Este tipo de válvula pode ser concebida como válvula de nãoretorno, caracterı́stica vantajosa em algumas aplicações.
Tanto as válvulas de cunha como as de globo são normalmente manobradas manualmente.
As válvulas de borboleta podem ser operadas manualmente ou hidraulicamente. A facilidade
na sua operação hidráulica torna as válvulas deste tipo como as mais utilizadas a bordo
dos navios-tanque. Outras vantagens decorrentes do seu uso são a construção simples, fácil
desmontagem e montagem para manutenção, operação rápida e segura. Deficiente vedação
resulta normalmente do mau estado dos vedantes circulares ou do actuador hidráulico não
fechar completamente a válvula.
3.3
Bombas de Carga
De acordo com o seu princı́pio de funcionamento, as bombas podem ser classificadas como:
- de deslocamento positivo, quando o aumento de pressão é conseguido à custa de uma
redução de volume disponı́vel para o lı́quido:
- alternativas de êmbolo, rotativas, parafuso, etc.
- dinâmicas, quando o aumento de pressão é obtido pela aceleração do fluido:
- com diferentes tipos de rotor (fluxo radial, misto ou axial), dentro de um corpo em
forma de espiral, caracol ou voluta.
3.3.1
Bombas Centrı́fugas
A utilização de bombas centrı́fugas como bombas de carga é muito frequente nos navios tanque
petroleiros. Os principais elementos constituintes de uma bomba centrı́fuga são:
- a carcaça, corpo ou voluta, normalmente construı́do em ferro fundido, onde estão alojadas as ligações de aspiração e descarga;
14
Navios-Tanque
- o veio, em aço;
- o impulsor ou rotor, cujo projecto depende das condições de funcionamento pretendidas
e é obtido normalmente por fundição;
- os rolamentos ou chumaceiras que suportam as cargas axiais e radiais originadas pelo
movimento do rotor;
- retentores de vedação, ou bucins mecânicos, para vedação do veio onde este atravessa o
corpo da bomba.
Figura 16: Elementos constituintes de uma bomba centrı́fuga.
Os impulsores das bombas centrı́fugas podem ser do tipo aberto, semi-aberto ou fechado.
Figura 17: Impulsor fechado (à esquerda), semi-aberto (ao centro) e aberto (à direita).
O princı́pio de funcionamento das bombas centrı́fugas pode ser descrito da seguinte forma:
- O impulsor transmite energia cinética ao lı́quido;
- Cerca de 50 % desta energia é convertida na voluta em energia potencial (pressão, altura
de coluna de lı́quido);
- Quando o fluido percorre as pás do rotor cria-se uma zona de pressão reduzida na entrada;
- A pressão atmosférica ou a pressão do sistema e a pressão estática de lı́quido actuam na
aspiração da bomba obrigando o lı́quido a entrar no seu corpo;
- Esta pressão de admissão, acrescida da pressão criada pelo movimento do impulsor na
voluta, produz o fluxo de lı́quido.
15
Navios-Tanque
Figura 18: Princı́pio de funcionamento das bombas centrı́fugas.
As principais vantagens na utilização de bombas centrı́fugas resultam do facto de este tipo
de bombas proporcionar um caudal contı́nuo de lı́quido, exigir pequeno binário de arranque e
potência uniforme durante o funcionamento.
De uma forma geral, pode-se referir que as bombas centrı́fugas apresentam:
- simplicidade de construção, compacta e leve;
- poucas peças móveis, ausência de válvulas e de componentes com movimento alternativo;
- ausência de tolerâncias muito rigorosas;
- pequenas perdas de potência na transmissão;
- caudal constante;
- funcionamento em vazio sem aumento significativo de pressão;
- ausência de contacto do lubrificante com o fluido;
- vida prolongada e custo razoável;
- poucas avarias e fácil manutenção.
Figura 19: Bombas com aspiração simples ou dupla.
Um tipo particular de bomba centrı́fuga, mais frequente em navios tanque quı́micos e
de transporte de gases liquefeitos, mas que também podemos encontrar em navios tanque
petroleiros é a bomba deepwell. Estas bombas, também centrı́fugas (ver Fig. 20), funcionam
imersas no tanque de carga. Neste caso o accionamento da bomba é normalmente do tipo
hidráulico e feito a partir do convés, Fig. 21.
16
Navios-Tanque
Figura 20: Representação em corte de uma bomba centrı́fuga do tipo deepwell.
Figura 21: Accionamento de uma bomba do tipo deepwell.
3.3.2
Curvas de Funcionamento
Os principais dados caracterı́sticos relativos a uma bomba centrı́fuga são:
- a sua capacidade (ou seja, o seu caudal nominal, normalmente expresso em m3 /h);
- a pressão correspondente a um dado caudal, expresso em MPa, kPa, bar, metros de
coluna de lı́quido ;
- a potência exigida ao seu accionamento, W, kW.
As curvas caracterı́sticas são curvas que relacionam a altura manométrica e o caudal de
uma bomba a velocidade constante, como as representadas na Fig. 22. A altura manométrica
é a energia fornecida à unidade de peso de fluido em escoamento. Desprezando as variações
de energia cinética e de energia potencial gravı́tica, temos:
H=
p2 − p1
γ
(1)
17
Navios-Tanque
designando por p2 e p1 a pressão na descarga e na aspiração da bomba, respectivamente, e γ
o peso especı́fico do fluido.
Figura 22: Curva caracterı́stica altura/caudal.
Dependendo da geometria das pás do rotor esta relação pode apresentar diversas formas.
Evoluções quase planas ou caindo abruptamente como nas linhas a tracejado não são regra
geral desejáveis excepto para aplicações especiais. A situação normal é a de uma redução
suave da altura de elevação com o caudal conforme representado pela linha a cheio. As
curvas caracterı́sticas completas incluem ainda as curvas do rendimento da bomba, da potência
absorvida e a indicação do N P SHr .
A viscosidade do lı́quido provoca uma alteração na curva caracterı́stica da bomba. A
tendência resultante de um aumento da viscosidade do lı́quido pode ser visto qualitativamente
na Fig. 23.
Figura 23: Influência da viscosidade.
Para além da relação altura-caudal, as curvas de desempenho da bomba permitem relacionar o caudal com a potência, o rendimento e com o N P SHr , conforme representado na
Fig. 24.
A potência útil corresponde à energia absorvida pelo fluido ao escoar-se através da bomba:
Nu = γ V̇ H
(2)
18
Navios-Tanque
Figura 24: Curvas de desempenho de uma bomba.
em que V̇ é o caudal volúmico do escoamento. Designando por rendimento global η, o rendimento que considera as perdas volumétricas, hidráulicas e mecânicas, a potência de accionamento exigida pela bomba é dada por:
N =
3.3.3
Nu
γ V̇ H
=
η
η
(3)
Cavitação
A sigla N P SH resulta do inglês “Net Positive Suction Head” que, traduzido literalmente
para português significa altura lı́quida positiva na aspiração. Esta variável é extremamente
importante para o desempenho de uma bomba centrı́fuga.
Deve ser considerado o N P SH da bomba, N P SHr (r de requerido), e o N P SH da
instalação, N P SHd (d de disponı́vel). Então:
- o N P SHr é uma caracterı́stica da bomba, determinada pelo seu projecto e através de
ensaios. É a altura manométrica necessária para fazer chegar o lı́quido a toda a parte
de aspiração e vencer as perdas por atrito desde a boca de aspiração da bomba até às
pás do rotor e para aumentar a velocidade do lı́quido. Este é um dado do fabricante que
deve ser obrigatoriamente fornecido com as curvas caracterı́sticas.
- o N P SHd é uma caracterı́stica da instalação hidráulica. É a altura manométrica que o
19
Navios-Tanque
lı́quido tem na boca de aspiração da bomba acima da sua pressão de vapor:
N P SHd = Ha − Hv + Hs − Hf
(4)
em que,
- Ha é a pressão atmosférica/absoluta, em m de coluna de lı́quido;
- Hv : pressão de vapor do lı́quido à temperatura de bombagem, em m de coluna de
lı́quido;
- Hs : altura geométrica ou hidrostática acima ou abaixo do eixo da bomba, em m;
- Hf : perdas na aspiração, tubagem e acessórios à velocidade de projecto, em m de
coluna de lı́quido.
Uma das consequências de a instalação não garantir o suficiente N P SHd (superior, e com
margem de segurança, ao N P SHr ) é a ocorrência do fenómeno da cavitação. A cavitação
é o fenómeno associado à formação e colapso, por condensação súbita, de bolhas de vapor
num lı́quido. As bolhas de vapor são formadas quando a pressão estática local do lı́quido em
movimento diminui até atingir um valor igual ou inferior ao da pressão do vapor desse lı́quido
a essa temperatura.
Quando a bolha se desloca, acompanhando o caudal de lı́quido, para uma zona do escoamento sujeita a uma pressão superior, o seu colapso ocorrerá rapidamente. A implosão
causa uma onda de choque de grande intensidade que, ocorrendo repetidamente, vai originar
a progressiva erosão (ver Fig. 25) ou eventualmente até a fractura do rotor.
Figura 25: Formação e colapso das bolhas de vapor e a erosão do impulsor devida à cavitação.
O fenómeno da cavitação, conforme já referido extremamente nocivo para o funcionamento
das bombas centrı́fugas, manifesta-se:
- um ruı́do caracterı́stico, “como se estivesse a passar areia pela bomba”;
- vibração anormal;
- redução da altura de elevação e da capacidade.
3.3.4
Associação de Bombas
Para satisfazer as necessidades de uma aplicação, quer em termos da altura de elevação, quer
em termos do caudal, ocorrem frequentemente nas instalações de climatização associações de
20
Navios-Tanque
bombas centrı́fugas. Estas associações de bombas, conforme o objectivo pretendido podem
ocorrer em paralelo ou em série.
Funcionamento em Paralelo
A associação de bombas com a mesma capacidade em paralelo multiplica o caudal mantendose a mesma pressão (Fig. 26). Este tipo de aplicação ocorre quando é necessário um grande caudal com pressão relativamente baixa ou para sistemas que exigem caudais variáveis permitindose assim parar as unidades quando conveniente. As caracterı́sticas das bombas associadas em
paralelo devem ser iguais.
Figura 26: Funcionamento em Paralelo.
Funcionamento em Série
A associação de bombas em série aumenta a pressão com o mesmo caudal (Fig. 27), correspondente a uma delas. Este tipo de associação é apropriado para sistemas que requerem
pressões elevadas com caudais relativamente baixos.
A circulação de um lı́quido numa rede hidráulica, que compreende uniões diversas, válvulas
e permutadores de calor requer uma pressão capaz de vencer as perdas de carga devidas à
velocidade, ou a altura dinâmica (geralmente pouco significativa), as perdas de pressão devidas
ao atrito e superar a pressão estática. Assim, por toda a rede de tubagem, a altura do sistema
é soma algébrica da pressão estática na aspiração da bomba e das perdas de carga produzidas
em todo o sistema. Como estas perdas de carga aumentam aproximadamente com o quadrado
do caudal, quando se representa a altura ou pressão do em função do caudal surge uma curva
(curva caracterı́stica do sistema) de forma parabólica como se pode ver na Fig. 28.
Uma dada bomba centrı́fuga funciona de acordo com a sua própria caracterı́stica alturacaudal. O caudal fornecido pela bomba é determinado pela intersecção das curvas caracterı́sticas da bomba e do sistema (ponto 1 da Fig.). Se, actuando numa válvula reguladora,
se diminuir o caudal, o ponto de funcionamento vai-se deslocar para o ponto 2. Voltando
ao ponto 1, se fosse pretendido agora um caudal superior (ponto 3) ter-se-ia de por alguma
facilitar a circulação do lı́quido reduzindo as perdas de carga. Em alternativa, o mesmo caudal
poderá ser obtido aumentando a velocidade de rotação da bomba ou aumentando o diâmetro
do rotor da bomba tendo-se passado assim para a curva caracterı́stica altura-caudal da bomba
representada a tracejado que cruza a caracterı́stica do sistema no ponto 4.
A selecção de uma bomba deve resultar de uma análise cuidada das condições de funcionamento pretendidas e baseando-se nas curvas caracterı́sticas fornecidas pelo fabricante. De
uma forma geral, as bombas estão projectadas para que funcionem com pleno rendimento na
21
Navios-Tanque
Figura 27: Funcionamento em Série.
Figura 28: Curvas caracterı́sticas da bomba e do sistema.
zona média da sua curva caracterı́stica altura-caudal. A selecção no ponto de máximo rendimento ou ligeiramente deslocado para a esquerda contribui para reduzir o ruı́do e as vibrações
produzidas. A selecção demasiado distanciado para a direita do ponto de máximo rendimento
deve ser evitado para reduzir a possibilidade de ocorrência de cavitação devida ao aumento
do N P SHr .
3.3.5
Instalação
Na instalação de uma bomba centrı́fuga devem ser tidos em consideração, entre outros, os
seguintes aspectos:
- a tubagem de aspiração deve ser o mais rectilı́nea possı́vel na proximidade da bomba;
22
Navios-Tanque
Figura 29: Curvas caracterı́sticas de uma famı́lia de bombas.
Figura 30: Instalação de bombas centrı́fugas.
- o diâmetro da tubagem de aspiração pode ser superior ao da entrada na bomba mas a
redução na aspiração da bomba deve ser excêntrica para que a superfı́cie superior da
tubagem permaneça alinhada;
23
Navios-Tanque
- na tubagem de aspiração não deve ter pontos elevados onde o ar ou vapor se possa
acumular;
- deve ser montada uma válvula de retenção na descarga da bomba;
- os suportes das ligações da tubagem de aspiração e descarga devem ser independentes e
não devem exercer esforços sobre a bomba (Fig. 31).
Figura 31: Suportes na tubagem de uma bomba.
3.4
Drenagem dos Tanques
Para além de uma bomba de dreno e de um ou mais ejectores, os navios tanque estão equipados com um sistema vacuum stripping que dá às bombas de carga a capacidade de manter
a aspiração mesmo com uma pequena quantidade de carga nos tanques. Na Fig. 32 está
representado de forma esquemática um exemplo de um destes sistemas.
Figura 32: Representação esquemática do sistema de stripping.
24
Navios-Tanque
3.5
Aquecimento da Carga
Para além dos sistemas de manobra já descritos, o navio tanque deve dispor dos sistemas de
aquecimento necessários para o transporte de algumas cargas.
As fracções mais pesadas, como por exemplo o HFO, quando frias tornam-se demasiado
viscosas. Por forma a que estes produtos possam ser carregados e descarregados atempadamente, é necessário mantê-los aquecidos.
O comércio de produtos petrolı́feros é actualmente tão diversificado que os navios tanque
podem numa viagem estar a operar em águas tropicais e, na viagem seguinte operar no Árctico.
É portanto necessário que os navios tanque disponham de um sistema de aquecimento de carga
capaz de fazer face a condições extremas.
Dado que um navio tanque carregado tem reduzido bordo livre, a temperatura da água
do mar em que singra o navio é da maior importância. Águas frias reduzem rapidamente a
temperatura da carga tornando o processo de aquecimento da carga muito mais exigente. O
aquecimento da carga nos tanques é feito com vapor. Cada tanque tem, para cada serpentina,
válvulas de vapor e condensados que permitem controlar individualmente a temperatura da
carga em cada tanque. As serpentinas situam-se na zona inferior dos tanques de carga. Quando
é necessário aquecer a carga, é aberto vapor a cada um dos tanques de carga aquecendo o
produto que se encontra na sua vizinhança. O óleo aquecido sobe no tanque gerando uma
circulação convectiva da carga no tanque.
As cargas de HFO exigem ser mantidas a uma temteratura entre os 45◦ C e os 60◦ C. Nesta
gama de temperatura, a generalidade dos HFO são facilmente transfegáveis. No caso dos
óleos lubrificantes, com grande diversidade quanto à sua estabilidade, densidade e viscosidade,
devem ser atendidas instruções especı́ficas para o seu aquecimento.
3.6
Descarga e Ventilação
Para evitar a excessiva perda de carga por evaporação, e controlar a descarga para a atmosfera
de vapores perigosos, os tanques devem dispor também de um sistema de descarga e ventilação
apropriado. Os sistemas de descarga e ventilação dos tanques de carga são completamente
segregados da ventilação dos outros compartimentos do navio. O arranjo e a posição das
aberturas dos tanques de carga no convés, das quais possam ocorrer descargas de vapores
inflamáveis, deve ser tal que previna a entrada em espaços fechados, ou a sua acumulação
junto de máquinas e equipamentos no convés que possam actuar como fonte de inflamação.
No capı́tulo II-2 da SOLAS, a regra 59 define normas a verificar quanto ao projecto dos
sistemas de descarga de vapores e ventilação dos tanques de carga dos navios tanque petroleiros.
O sistema de descarga e ventilação dos tanques deve ser projectado e operado por forma
a assegurar que não são atingidos os valores limite de pressão e de vácuo no tanque:
- pelo escoamento de pequenas quantidades de vapores, ar ou gás inerte em resultado de
variação das condições térmicas através das válvulas P/V;
- pelo escoamento de grandes quantidades de vapores, ar ou gás inerte durante as operações
de carga e lastro ou descarga.
O sistema de ventilação pode ser independente para cada tanque de carga ou combinado
com outros tanques e pode ainda incorporar encanamentos do sistema de gás inerte. Quando
25
Navios-Tanque
Figura 33: Válvula P/V num tanque de carga.
a ventilação é comum a vários tanques, válvulas, ou outros meios admissı́veis para o efeito,
deverão proporcionar condições de isolamento em segurança (with locking devices) de qualquer
um dos tanques. Em qualquer situação, deverá continuar a ser permitido o escoamento através
das válvulas P/V causado pela variação das condições térmicas no tanque.
3.7
3.7.1
Instrumentação
Sondas
Sondas de Flutuador
Neste tipo de equipamentos, o sensor de nı́vel é um flutuador. Nas sondas mecânicas de
flutuador, o movimento resulta da impulsão da bóia e de uma força originada por um mecanismo de equilı́brio. A leitura do nı́vel de lı́quido no tanque é feita numa fita que acompanha
o movimento do flutuador, conforme representado na Fig. 34.
Figura 34: Sonda mecânica de flutuador.
Sondas de Accionamento Eléctrico
Neste tipo de sondas, representado esquematicamente na Fig. 35, o elemento sensor detecta
a superfı́cie livre do lı́quido e acompanha as variações de nı́vel por meio de um servomecanismo.
A indicação de nı́vel pode ser feita por diversos métodos mecânicos ou eléctricos. A cabeça
26
Navios-Tanque
da sonda permite normalmente detectar a superfı́cie livre e indicar à unidade de controlo a
distância desde essa superfı́cie. A unidade de controlo vai então procurar manter constante
esta distância através do accionamento do motor eléctrico de accionamento do tambor de
armazenagem da fita.
Figura 35: Sonda de accionamento eléctrico.
Sondas Capacitivas
Estas sondas avaliam o nı́vel de lı́quido por comparação da capacidade eléctrica de um elemento parcialmente submerso com a capacidade de um elemento semelhante, completamente
submerso. Na Fig. 36 está representada esquematicamente uma sonda deste tipo. O detector
compara o elemento “D” parcialmente submerso com o elemento totalmente submerso “C”.
São também contados os elementos completamente submersos permitindo assim a avaliação
do nı́vel no tanque.
Figura 36: Sonda capacitiva.
Sondas Pneumáticas ou Hidráulicas
Para o funcionamento deste tipo de sondas é instalado um sensor de pressão junto ao fundo
27
Navios-Tanque
do tanque. As alterações de pressão são transmitidas de forma electrónica, pneumática ou
hidráulica para uma localização remota. Um exemplo de uma sonda deste tipo, em que é
usado um tubo capilar para a transmissão da informação está representado esquematicamente
na Fig. 37.
Figura 37: Sonda hidráulica.
Sondas Radar
Existem vários tipos de sondas que usam o mesmo prı́ncipio de funcionamento. As mais
vulgares (Saab Tank Radar na Fig. 38) medem o intervalo de tempo entre uma emissão de
sinal e a recepção da sua reflecção na superfı́cie livre. Os instrumentos montados no topo do
tanque medem o espaço vazio do tanque e, quando colocados no fundo do tanque avaliam a
altura de lı́quido. Este princı́pio de funcionamento está representado na Fig. 39.
Figura 38: Sondas do tipo Saab Tank Radar.
Sondas Radioactivas
O princı́pio de funcionamento deste tipo de sondas baseia-se na atenuação da radiação
provocada pelo lı́quido. A Fig. 40 mostra três possibilidades de utilização deste princı́pio de
funcionamento.
28
Navios-Tanque
Figura 39: Prı́ncipio de funcionamento das sondas tipo radar.
Figura 40: Funcionamento das sondas do tipo radioactivo.
29
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement