Proteção de tanques de armazenamento de combustíveis contra os efeitos das descargas atmosféricas – Desenvolvimentos experimentais e análise de risco

ago, 2016

Este artigo apresenta um estudo referente à proteção de tanques de combustíveis contra descargas atmosféricas diretas. Também inclui experimentos em laboratório para verificar os pontos quentes na parte interna de chapas utilizadas nos tanques, uma análise dos valores de temperaturas obtidas comparados com as temperaturas de autoignição de alguns tipos de combustíveis, o desenvolvimento de uma planilha para análise de risco específica para este tipo de instalação e algumas recomendações para a proteção de tanques de armazenamento de combustíveis contra as descargas atmosféricas.

 

As descargas atmosféricas podem ser danosas às estruturas, pessoas e também aos serviços, tais como o fornecimento de energia, telecomunicações, redes de informação, tubulações metálicas, atividades industriais e comerciais e processos que envolvem petróleo e outros tipos de combustíveis, entre muitos outros. Especificamente em relação a tanques de combustíveis, se uma descarga atmosférica atingir diretamente o tanque, explosões podem acontecer e, consequentemente, incêndios de grandes proporções acontecem gerando enormes problemas ambientais, além da possibilidade de vítimas fatais. Como exemplo, em janeiro de 2013, dois tanques de armazenamento de etanol explodiram após serem atingidos por descargas atmosféricas: um em Ourinhos no estado de São Paulo e outro no estado de Goiás (Usina Rio Claro).

 

Este artigo apresenta uma análise de risco para estes tipos de tanques e mostra os resultados de ensaios de pulsos de corrente contínua simulando componentes da corrente de continuidade das descargas em chapas metálicas utilizadas neste tipo de tanques, analisando o desenvolvimento de pontos quentes na face internas destas chapas.

 

Considerações gerais

 

Tipos de proteções para tanques de combustíveis

 

Devemos estudar os efeitos das descargas atmosféricas em tanques de combustíveis sob três aspectos: as descargas atmosféricas que atingem diretamente os tanques; as descargas atmosféricas que atingem áreas próximas ao tanque e as que atingem os sensores e/ou suas fiações de alimentação e/ou sinal ou próximas a estas alimentações.

 

Quando uma descarga atmosférica atinge diretamente um tanque, podem acontecer:

  • A condução da corrente da descarga atmosférica por partes metálicas do tanque (inclusive partes do SPDA) sem causar nenhum problema;
  • Perfurações e consequentemente incêndio e/ou explosões;
  • A geração de pontos quentes sem perfuração, mas com consequentemente incêndio e/ou explosões;
  • Descargas disruptivas em pontos críticos do tanque (partes isolantes, sensores, fiações, etc.) de forma a dar início a incêndios e/ou explosões, devido à diferença de potenciais oriunda pela passagem da corrente da descarga ou por efeitos de indução desta corrente;
  • Ao passar por ambiente explosivo (por exemplo, zona 0), iniciar um incêndio e/ou explosões, devido à temperatura do canal da descarga ou efeito corona.

 

As descargas atmosféricas que atingem áreas próximas ao tanque e as que atingem os sensores e/ou suas fiações de alimentação e/ou sinal ou próximas a estas alimentações podem não ocasionar falhas e/ou perigo nos mesmos, porém, podem também iniciar incêndios e/ou explosões principalmente por causa de descargas disruptivas em pontos críticos dos tanques. No caso de estas descargas passarem por áreas explosivas (zona 0, por exemplo), podem também dar início a incêndios ou explosões que fatalmente irão atingir os tanques das redondezas.

 

Para a proteção contra os efeitos indiretos das descargas atmosféricas, principalmente contra as descargas disruptivas em pontos críticos, as medidas de proteção contra surtos (MPS) devem ser tomadas, principalmente a equipotencialização, o aterramento e a instalação de DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos) adequados e coordenados.

 

Para evitar os problemas oriundos das descargas atmosféricas diretas, os principais tipos de proteção são descritos a seguir.

 

Tanques autoprotegidos e auto-aterrados

Os tanques considerados autoprotegidos e auto-aterrados (Figura 1) são aqueles que possuem chapas metálicas na cobertura e nos costados, com espessura igual ou superior aos valores que, ao serem atingidos por uma descarga atmosférica, não ocorram à perfuração e nem a geração de pontos quentes de forma a evitar incêndio e/ou explosões. Além disso, possuem diâmetros com um determinado valor considerado suficiente para manter um bom aterramento, considerando apenas o contato entre o tanque e o solo (este diâmetro mínimo varia em função do tipo de solo). Este conceito de auto-aterrado era permitido na antiga ABNT NBR 5419 na versão 2005, mas na atual revisão desta norma (ABNT NBR 5419-3: 2015), este conceito não existe. A malha de aterramento é requerida nesse caso.

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Figura 1 – Tanque autoprotegido e auto-aterrado.

 

Tanques autoprotegidos com aterramento

Os tanques considerados autoprotegidos com aterramento (Figura 2) são aqueles que possuem chapas metálicas na cobertura e nos costados com espessura igual ou superior aos valores com os quais ao serem atingidos por uma descarga atmosférica não ocorra perfuração e nem geração de pontos quentes de forma a não ocorrer incêndio e/ou explosões. Para o aterramento destes tanques, são utilizadas as técnicas de aterramento descritas nas normas, tais como a instalação de um anel de aterramento interligado ao tanque e/ou malha de aterramento interligada ao parque de tanques.

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Figura 2 – Tanque autoprotegido com aterramento.

 

Proteção externa não isolada

A proteção externa não isolada (Figura 3) é uma proteção em que são instalados componentes do sistema de captores conectados ao tanque de forma a evitar que a descarga atmosférica atinja o tanque, podendo a corrente da descarga atmosférica percorrer partes metálicas do tanque. Partes metálicas existentes e permanentes do tanque podem eventualmente ser utilizadas como parte integrante do sistema de proteção contra descargas atmosféricas, tais como guarda-corpos metálicos soldados convenientemente no tanque e com dimensões adequadas. O(s) mastro(s) captor(es) deve(em) ser fixado(s) de forma que tenha(m) uma boa área de contato com a chapa do teto do tanque, e que com a passagem da corrente da descarga atmosférica, não ocorra geração de pontos quentes, danos na chapa ou qualquer tipo de corrosão. Para o dimensionamento da haste captora e sua localização, deve-se utilizar o método Eletrogeométrico.

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Figura 3 – Proteção externa não isolada.

 

Proteção externa isolada

A proteção externa isolada (Figura 4) é aquela onde se deseja que a descarga atmosférica não atinja o tanque e nem que a corrente desta descarga percorra nenhuma parte do mesmo. Este tipo de proteção é composto por torres afastadas do costado do tanque (distâncias calculadas conforme item 6.3 da norma parte 3), sendo que estas torres devem ser dimensionadas conforme o método Eletrogeométrico. Estas torres podem ser interligadas na parte superior por cabos metálicos adequadamente dimensionados (conforme norma) e devem ser interligadas ao sistema de aterramento na parte inferior. Esta proteção deve ser adotada quando as espessuras das chapas do tanque não garantam a não perfuração e nem a geração de pontos quentes perigosos quando uma descarga atmosférica atingir diretamente o tanque. Ou quando a condução da corrente da descarga atmosférica possa ocasionar elevações de temperatura perigosas e/ou descargas disruptivas em pontos que possam dar início a incêndio ou explosões.

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Figura 4 – Proteção externa isolada.

 

Desenvolvimentos experimentais

 

Em sua parte experimental, este artigo foca um dos tipos de danos possíveis quando a descarga atmosférica atinge diretamente um tanque de armazenamento de combustível gerando pontos quentes no local de impacto da descarga.

 

O principal objetivo dos ensaios realizados foi verificar pontos de temperatura críticos, já que perfurações nas chapas metálicas foram objeto de investigações anteriores e, geralmente, os tanques utilizados para armazenamento de combustíveis possuem chapas com espessuras suficientes a ponto de evitarem tais perfurações. Estes valores de temperatura podem ser comparados aos valores de limites de autoignição dos diversos tipos de combustíveis, tipicamente armazenados nesses tanques. Para verificação destes efeitos térmicos, acredita-se que a corrente de continuidade da descarga atmosférica seja mais significativa.

 

A corrente de continuidade foi simulada a partir de pulsos de corrente contínua obtida através de uma ponte retificadora ajustada para obter um pulso de 600A e duração variável de até 500 ms, obtendo, assim, pulsos de 100 C, 200 C e 300 C. A Figura 5 mostra um exemplo de oscilograma obtido nos ensaios.

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Figura 5 – Oscilograma do pulso de corrente contínua.

 

Os pulsos de corrente foram aplicados no lado superior das chapas metálicas novas de diferentes espessuras (Figura 6).

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Figura 6 – Chapa sob ensaio instalada no dispositivo.

 

Na face inferior das chapas metálicas (Figura 7), as temperaturas do ponto quente foram medidas com dois métodos diferentes: termopares e imagem térmica.

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Figura 7 – Vista da chapa na parte inferior (termopar fixado com fita).

 

Os resultados dos testes estão descritos a seguir.

 

Simulações realizadas

Devido à impossibilidade de se obter dados do fenômeno real (raio) controlados em laboratório, deve-se fazer simulações a fim de se obter resultados para comparação com observações obtidas em campo. Neste caso, é imperativo obter o valor da elevação de temperatura no ponto interno da chapa. A partir das premissas deduzidas anteriormente, podemos fixar as condições iniciais. Com isso podemos elaborar uma planilha para auxiliar na avaliação dos resultados.

 

O ensaio deve ser feito com pulsos de corrente contínua para simular a componente da descarga atmosférica conhecida como “corrente de continuidade”.

 

Devido à tensão utilizada no laboratório, entre a ponta do eletrodo (Haste central) e a chapa (eletrodo negativo) foi instalado um fio de cobre para dar início ao arco elétrico (Figura 8).

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Figura 8 – Fio de cobre para iniciar o arco.

 

Na primeira série de ensaios, o eletrodo positivo ficou sendo na haste central e o negativo na placa.

 

Fixando a corrente em um valor e variando o tempo de exposição ao arco se procura estimar a influência da variável “tempo” no fenômeno. Definimos a corrente I como 600 A (300 C em 0,5 s).

 

As cargas Q foram definidas como 100 C, 200 C e 300C (valores tabelados na norma NBR 5419: 2015).

O aparelho utilizado para obter as imagens térmicas foi ajustado para filmar as aplicações e desta maneira obter o valor instantâneo máximo observado.

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Figura 9 – Imagem térmica da aplicação pelo lado posterior da chapa.

 

Algumas aplicações preliminares foram realizadas para ajustes do sistema de medição. No caso da temperatura, foram utilizados inicialmente dois sistemas distintos: o primeiro utilizando termopares e o segundo utilizando imagens térmicas. Neste processo se constatou que o tempo para a ocorrência desse evento é muito curto, ficando abaixo do tempo de resposta do conjunto termopar tipo K / multímetro YEW TY530, cuja constante de tempo é aproximadamente 300 ms. Para atingir a condição de estabilidade o tempo de resposta do termopar seria aproximadamente 900 ms.

 

As imagens térmicas revelaram maiores valores para a temperatura máxima comparativamente ao sistema com termopares. A Tabela I a seguir mostra os resultados dos testes na chapa de 2,75 mm de espessura com os valores de temperatura obtidos por meio da termografia.

Tabela I – Ensaios na chapa com espessura de 2,75 mm

 

U [V]

Tensão de arco

I [A] Q [C] P [W] t [ms] Tmáx [ºC]
98 716 111 69839 155 254
94 731 210 68767 288 465
92 742 335 68416 452 >670(*)

(*) Nota: Superou a escala do instrumento.

 

As tabelas II e III a seguir mostram os resultados para as chapas de 4,8 mm e 6,35 mm.

 

Tabela II – Ensaios na chapa com espessura de 4,8 mm

 

U [V]

Tensão de arco

I [A] Q [C] P [W] t [ms] Tmáx [ºC]
81 731 114 59254 155 156
85 764 218 65248 286 251
85 773 305 65903 394 424

 

Tabela III – Ensaios na chapa com espessura de 6,35 mm

 

U [V]

Tensão de arco

I [A] Q [C] P [W] t [ms] Tmáx [ºC]
85 729 100 61719 137 111
86 759 235 65040 310 201
77 778 430 59779 553 316

 

Nestas aplicações, o valor da temperatura máxima foi coerente com o esperado sendo proporcional à carga aplicada. O valor da tensão de arco considerado foi particularmente importante e variou em função da espessura da chapa. Compreende-se a importância desse parâmetro, pois ele determina a energia que foi transferida ou dissipada no processo. Dessa forma, se deduz que nem toda energia térmica do arco foi utilizada no fenômeno de interesse que determina o risco de elevação excessiva da temperatura. A partir dos dados empíricos, obteve-se uma expressão aproximada para a tensão de arco que foi introduzida em uma planilha de cálculos.

 

Com esses números foi possível refinar o modelo de forma a criar uma planilha que permitisse obter mais dados para avaliação. Neste caso, a extrapolação é fundamental, pois é necessário determinar um perfil crítico da carga em função da temperatura de autoignição dos materiais envolvidos. Um resumo dos valores medidos comparados aos calculados se encontra na tabela IV a seguir.

 

Tabela IV – Comparação entre valores medidos e calculados

 

Espessura da chapa [mm] Corrente [A] Tempo de condução [ms] Carga [C] Máxima temp.[°C] Máxima temp. calculada [°C] Diferença[°C]
2,75 716,19 155 111 254 257 -3
2,75 730,91 287,5 210 465 493 -28
2,75 741,57 452,1 335 >670 782 ????
4,8 731,53 155,2 114 156 155 1
4,8 763,64 285,8 218 251 276 -25
4,8 773,43 393,8 305 424 373 51
6,35 728,81 136,6 100 111 114 -3
6,35 758,83 309,8 235 201 243 -42
6,35 777,8 553,2 430 316 424 -108

 

No campo da tabela correspondente à diferença, valores negativos indicam que a planilha calculou valores maiores do que o observado na prática, o que é favorável à segurança. Na maioria das avaliações, esse caso predomina.

 

O objetivo final foi obter o valor da carga máxima que uma chapa de determinada espessura pode absorver para que a sua temperatura alcance o valor crítico, dependendo do combustível armazenado.

 

A Tabela V apresenta estes valores para espessura de chapa de 1 mm a 10 mm para os principais tipos de combustíveis: gasolina, diesel e etanol.

 

Tabela V – Carga máxima em função da espessura da chapa e do combustível

 

PRODUTO GASOLINA DIESEL ETANOL
Temperatura de autoignição [°C] 246 210 363
Espessura da chapa Carga [C] Carga [C] Carga [C]
1 6 5 9
2 50 40 80
3 120 100 180
4 170 140 250
5 200 170 300
6 230 200 350
7 260 220 380
8 280 240 430
9 310 260 470
10 330 280 510

 

 

Devido ao trabalho de avaliação dos resultados em função de sua aplicação, constatou-se que a meta final para os testes de laboratório é obter um modelo coerente para descrever um perfil crítico de carga de uma descarga atmosférica em função da espessura da chapa utilizada em um tanque de armazenamento de combustível. Tal modelo precisaria ser mais bem elaborado, porém, para o propósito imediato temos que utilizar muita simplificação.

 

Por outro lado, mesmo esse modelo simplificado apontou as variáveis e suas relações salientando a importância do desenvolvimento posterior visando sedimentar os conceitos através da aplicação mais rigorosa e detalhada da teoria eletro e termodinâmica.

 

A análise dos dados a fim de aplicá-los na prática revelou que a experiência poderia ter obtido melhores resultados com diferentes materiais e métodos. No caso dos materiais poderiam ser testadas amostras de chapas com maior variação na espessura, já que foram testadas somente algumas espessuras definidas em função daquilo que se utiliza nos tanques. Para a obtenção de um perfil de temperatura, o ideal seria testar de 1 mm em 1mm, por exemplo. No caso dos métodos deveria ser feito um maior número de amostras por chapa a fim de obter uma avaliação estatística da dispersão das medidas.

 

Isso ficou evidente na medida em que se necessitava de obter relações funcionais entre espessura de chapa e temperatura crítica, o que foi conseguido em última instância através de um modelo matemático rudimentar que foi aplicado em uma planilha.

 

A fim de se tornarem práticos para aplicação, os resultados deste experimento precisam de uma correlação estatística adicional que relaciona a carga crítica à probabilidade desse valor ser superado. Isso pode ser obtido em pesquisas sobre parâmetros das descargas atmosféricas. Em função destes resultados e das simulações simplificadas realizadas, foi possível customizar a planilha de análise de risco para o caso específico de tanques de armazenamento de combustíveis.

 

Desenvolvimento de um programa de análise de risco aplicado a tanques de combustíveis

 

Para a realização de uma análise de risco específica para tanques de combustíveis, foi desenvolvida uma planilha baseada nas recomendações da ABNT NBR 5419-2: 2015 com diversas modificações para adaptar a análise para tanques de combustíveis.

 

A planilha desenvolvida foi batizada de “Tupã (versão para tanques)”. Para facilitar o uso da mesma, muitos parâmetros específicos para tanques que são fixos não aparecem na planilha, ou seja, seus valores são utilizados, porém, somente os parâmetros que podem variar de tanque para tanque estão na mesma.

 

Com esta planilha, pode-se estimar como está cada tanque de uma determinada planta em relação aos riscos e quais as principais medidas de proteção a serem tomadas para que estes riscos fiquem dentro de valores toleráveis por norma. Além disto, poderemos comparar os riscos dos diversos tanques e ordená-los em ordem de prioridade para fins de manutenção e reforma.

 

Neste trabalho, verificamos a relação entre os diversos parâmetros indicados na norma de gerenciamento de riscos e detalhamos algumas das modificações realizadas na customização. Apresentamos também a planilha customizada que ficou bastante simplificada, uma vez que, apenas os parâmetros específicos para tanques e com possibilidade de variação são apresentados para facilitar o entendimento e manuseio da planilha.

 

A norma ABNT NBR 5419-2:2015 apresenta um método para avaliação do risco que inclui áreas com risco de explosão. Por ser um método genérico e abrangente, e considerando que nessas áreas o risco de perda de valor econômico, pessoal e ambiental é elevado, seria prudente que algum método para guiar a análise de risco fosse estabelecido. Tal método deveria levar em conta as particularidades dessas áreas de risco, bem como as premissas de cálculo preconizadas pela norma, harmonizando esses dois pontos de vista. Por exemplo, na norma, o fator de redução do risco rf de uma área com risco de explosão (zona 0, 20) é mil vezes maior do que o de uma área com menor risco de explosão (zona 2, 22). Além disso, geralmente, a área de armazenamento de combustível em tanques é muito grande, o que faz a zona de captação ter um valor muito elevado. Esses fatores associados podem levar a um valor de risco para o qual nenhuma medida de proteção seria suficiente para garantir a segurança do local. Devido ao fato de a norma ser um método genérico para avaliação do risco, a análise das variáveis pode levar a valores absurdos por não contemplar adequadamente os detalhes da instalação. Por exemplo, a espessura da chapa do costado e do teto do tanque define se ele pode ser considerado como autoprotegido, mas não é considerada na avaliação da norma.

 

A componente de risco devido à presença de atmosfera explosiva não deve aumentar o risco, desde que o projeto da instalação contenha as medidas de proteção adequadas. A avaliação do risco se prende a essa premissa, ou seja, se houver uma falha no método de proteção, aumentará o risco. Baseado nessa premissa, o método de estudo da norma pode ser utilizado acrescentando o efeito da presença de mistura explosiva, ou melhor, a probabilidade de que isso ocorra em função do tempo de exposição.

 

As outras variáveis determinam se os sistemas de proteção atuam adequadamente e, por isso, podem ser utilizadas na avaliação. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é adaptar o método da norma para a aplicação em tanques de armazenagem de combustível.

 

Entre estas adaptações incluímos a determinação automática da “área de exposição equivalente” para tanques com a introdução dos diâmetros e altura do tanque; ou com a inclusão de torres externas, no caso de proteção externa e isolada; a inclusão do tipo de combustível armazenado e da espessura da chapa do teto dos tanques. Estes novos dados influenciam os riscos, levando em conta a geração de pontos quentes perigosos em função das características do tanque e dos combustíveis armazenados.

 

A seguir, apresentamos um exemplo da tela da planilha em duas partes (Figura 10).

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Figura 10 – Planilhas adaptadas de análise de risco para tanques.

 

 

Principais recomendações para proteção de tanques

 

 

As principais recomendações para a proteção de tanques de armazenamento de combustíveis serão apresentadas da seguinte forma: inicialmente iremos apresentar as recomendações gerais válidas tanto para tanques novos como os existentes; em seguida apresentaremos as recomendações específicas para tanques em funcionamento; e, finalmente, as recomendações específicas para novos tanques a serem aplicadas ainda na fase de projeto e implantação.

 

É muito importante citar que o fenômeno das descargas atmosféricas é bastante complexo e não existe uma proteção 100% segura. Dessa forma, mesmo atendendo a 100% das recomendações descritas a seguir, não é possível assegurar, com absoluta certeza, de que uma descarga, ao atingir um tanque ou suas redondezas, não possa trazer nenhum tipo de dano.

 

Recomendações gerais

  • A norma de proteção contra descargas atmosféricas no Brasil é a ABNT NBR 5419, publicada em 2015 em 4 partes. Desta forma, recomenda-se que todos os tanques de armazenamento de combustíveis atendam, no mínimo, a esta norma, podendo ainda atender a algumas recomendações adicionais descritas em normas internacionais, tais como as normas específicas para estas estruturas como as americanas;
  • Recomendamos que todos os sensores e/ou demais dispositivos existentes no tanque (ou a serem ainda instalados no mesmo), que possuam cabos de alimentação elétrica e/ou cabos de sinais, sejam protegidos contra surtos através das medidas de proteção contra surtos (MPS), principalmente através de DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos) adequados e coordenados, e, quando necessário, específicos para áreas classificadas;
  • Recomendamos que todos os tanques sejam verificados no sentido de constatar a continuidade elétrica entre a cobertura (seja fixa ou móvel), o costado e o sistema de aterramento, evitando partes isolantes suscetíveis às descargas disruptivas que possam provocar ignições. No caso de tanques novos, definir esta continuidade no projeto e constatar na implantação;
  • O subsistema de aterramento, segundo as normas indicadas, é composto por uma malha de aterramento e o número de interligações entre os tanques e a malha é definida conforme as dimensões do mesmo;
  • No item D.5.5.2 da norma brasileira, a ABNT NBR 5419-3: 2015 descreve pontos importantes sobre a proteção de tanques de armazenamento de combustíveis. Neste item, a norma declara, para certos tipos de estruturas utilizadas para armazenamento de líquidos que podem produzir vapor inflamável ou para armazenamento de gases, que são normalmente considerados autoprotegidos (contidos totalmente dentro de recipientes metálicos, contínuos, com uma espessura de parede superior a 5 mm de aço ou 7 mm de alumínio, sem espaços que permitam centelhamento) e não requerem proteção adicional. A norma indica também que, tanques em contato direto com o solo e linhas de encaminhamento de tubulação não necessitam da instalação do subsistema de captação. Componentes elétricos e de instrumentação utilizados dentro desses equipamentos devem ser certificados para esse tipo de aplicação. Medidas para proteção contra descargas atmosféricas devem ser tomadas conforme o tipo de construção;

 

Tanques ou contêineres individuais, metálicos, devem ser ligados ao eletrodo de aterramento conforme a Seção 5 da norma, dependendo de suas dimensões horizontais (diâmetro ou comprimento):

  1. a) até 20 m: duas interligações no mínimo, dispostas equidistantemente no perímetro;
  2. b) superior a 20 m: duas interligações mais uma interligação adicional a cada 10 m de perímetro, dispostas equidistantemente.

 

Para tanques agrupados em pátios, por exemplo, refinarias e pátios de armazenamento, o aterramento de cada tanque em um ponto é suficiente, independentemente da maior dimensão horizontal. Quando dispostos em pátios, os tanques devem estar interconectados. Além das conexões conforme as Tabelas 7 e 8 da ABNT NBR 5419-3, tubulações que estão eletricamente conectadas, conforme 5.3.5 da norma, também podem ser consideradas como interligação. No caso de tanques com teto flutuante, o teto flutuante deve ser interligado à carcaça principal do tanque de forma eficaz. O projeto dos selos e derivadores e suas relativas localizações necessitam ser cuidadosamente considerados de forma que o risco de qualquer eventual ignição da mistura explosiva por um centelhamento seja reduzido ao menor nível possível. Quando uma escada móvel for instalada, condutores de equipotencialização, flexíveis de 35 mm2, devem ser conectados nas dobradiças da escada, entre a escada e o topo do tanque e entre a escada e o teto flutuante. Quando uma escada móvel não é montada no tanque de teto flutuante, um ou mais (dependendo das dimensões do tanque) condutores flexíveis de equipotencialização de 35 mm2 devem ser conectados entre a estrutura principal do tanque e o teto flutuante. Os condutores de equipotencialização devem seguir o teto ou serem instalados de forma que não formem laços (loops) decorrentes da movimentação deste. Em tanques de teto flutuante, devem existir ligações múltiplas, em intervalos de 1,5 m, entre a periferia do teto flutuante e a parede do tanque. A seleção do material é dada pelo produto armazenado no tanque e/ou requisitos ambientais. Alternativas para prover uma adequada conexão entre o teto flutuante e a parede do tanque com relação à condução das correntes de impulso associadas a descargas atmosféricas somente serão permitidas se demonstradas com sucesso em ensaios e se esses procedimentos forem utilizados para assegurar a confiabilidade da conexão;

 

  • Fazer uma análise de risco referente à proteção contra descargas atmosféricas na fase de projeto, após a instalação do tanque, durante as manutenções mais críticas e sempre que houver alguma modificação no projeto original do tanque.

 

Recomendações específicas para tanques existentes e em funcionamento

  • Jamais realizar operações de abastecimento ou esvaziamento de combustíveis durante períodos com tempestades;
  • Jamais realizar operações de manutenção e/ou medição no tanque ou nas suas proximidades durante períodos de tempestades;
  • Verificar as espessuras das chapas dos tanques e comparar os valores encontrados com os valores de projeto e normalizados;
  • Verificar o estado das interligações entre os tanques e o sistema de aterramento, comparar a quantidade de interligações com os valores normalizados e verificar a continuidade elétrica entre todos os condutores que compõe este sistema;
  • Para fins de Proteção do tanque contra as descargas atmosféricas, considera-se que todas as eventuais saídas para alívio de pressão de gases explosivos, sejam dotadas de válvulas especiais de forma que jamais alguma fagulha externa possa penetrar ao interior do tanque;
  • Constar no Plano de Manutenção dos tanques as verificações específicas referentes ao SPDA incluindo a verificação da continuidade da malha de aterramento, a abrangência do subsistema de captores, a verificação da espessura das chapas (principalmente teto dos tanques), a continuidade elétrica entre o subsistema de captores e o subsistema de aterramento, a funcionalidade dos Dispositivos de Proteção contra Surtos instalados, a funcionalidade dos sistemas de alívio de pressão, entre outros.

 

Recomendações específicas para novos tanques a serem aplicadas ainda na fase de projeto e implantação

  • Verificar se as espessuras das chapas especificadas no projeto estão de acordo com as espessuras indicadas na norma (superiores a 5 mm no caso de aço);
  • Para o projeto do sistema de aterramento, realizar antes uma estratificação do solo no local da implantação dos tanques para verificação da resistividade do mesmo e calcular a malha necessária para o aterramento. Devem ser indicadas no projeto todas as interligações ao tanque e detalhes das mesmas;
  • Prover todos os sistemas de sensores e medição com as Medidas de Proteção contra Surtos (MPS) adequadas para ambiente em áreas classificadas.

 

Conclusões

 

Este estudo contemplou diversos aspectos referente à proteção de tanques de armazenamento de líquidos inflamáveis contra os efeitos nocivos das descargas atmosféricas. A partir das análises e estudos realizados, verificamos que o principal foco do estudo deveria ser feito para as descargas atmosféricas diretas ao tanque e o efeito do ponto quente na parte interna da chapa atingida. No estudo foi verificado ainda que as espessuras normalmente utilizadas nos tanques são superiores às espessuras que poderiam ser perfuradas pelas descargas atmosféricas. Outros tipos de danos possíveis como, por exemplo, as descargas disruptivas em sensores ou partes isolantes do tanque e os danos oriundos das passagens das descargas atmosféricas por áreas contaminadas por vapores explosivos foram também tratados e considerados na análise de riscos sendo que as medidas de proteção indicadas são as tradicionais e normatizadas, tais como as medidas de proteção contra surtos e recomendação de uso de válvulas especiais que evitem a penetração de eventuais chamas para o interior do tanque.

 

Já para o caso do impacto dos pontos quentes na parte interna das chapas, face a pouca literatura sobre o assunto e a diversidade de tipos de combustíveis, houve a necessidade de um estudo mais aprofundado. Desta forma, os ensaios realizados em laboratório foram direcionados para este tema e, a partir destes resultados, estudos e planilhas específicas foram desenvolvidos no sentido de verificar o impacto das temperaturas críticas em relação às cargas consideradas críticas das descargas atmosféricas. Os ensaios foram feitos para várias espessuras utilizadas nas chapas metálicas dos tanques e os cálculos das cargas críticas para cada tipo de combustível estudado.

 

Este estudo específico nos permitiu a criação da planilha de “Análise de Risco” para tanques de combustíveis, um dos subprodutos do estudo que adquiriu maior destaque ao longo do projeto. Esta planilha auxilia na organização de prioridades para proteção dos tanques existentes e em projeto, em relação aos efeitos nocivos das descargas atmosféricas. Neste aspecto cumpre salientar que a estimativa do risco não exclui a necessidade da análise criteriosa do projeto e execução baseado nas normas vigentes. A planilha não visa definir o sistema de proteção a ser utilizado, mas orienta através de dados razoavelmente aproximados, os resultados de uma avaliação de risco mostrando sistemas com uma melhor ou pior proteção.

 

Finalizando, apesar do fenômeno das descargas atmosféricas ser bastante complexo e abrangente, e não ser possível uma proteção 100% confiável, este estudo aborda os diversos tipos de danos e acidentes relativos às descargas atmosféricas em tanques de combustíveis, indicando algumas das principais medidas de proteção aos mesmos. É sempre importante ressaltar que as recomendações das normas e especificações devem sempre ser seguidas tendo em vista a proteção das instalações e pessoas nas Usinas e Terminais, além da proteção ao meio ambiente.

 

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer ao pessoal do Laboratório de Altas Correntes do IEE-USP em especial ao Ivan Raposo Bueno pelo desenvolvimento do dispositivo de ensaio e na realização dos ensaios nas chapas. Agradecemos também à Raizen Combustíveis S.A. por financiar parte do estudo e fornecer dados técnicos importantes para o mesmo, em especial aos engenheiros Paulo Sérgio Lopes Soares de Almeida e Giliard José Ansiero.

 

Referências

[1]   ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR 5419-3: 2015, Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigo à vida, 2015.

[2]   LIGHTNING AND INSULATOR SUBCOMMITEE OF THE T&D COMMITTEE – “Parameters of Lightning Strokes”. IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, pp 346-358, Jan. 2005.

[3]   ABNT- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR 5419-2: 2015, Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas – Parte 2: Gerenciamento de risco, 2015.

 

* Geraldo Burani é engenheiro eletricista com mestrado e doutorado em engenharia elétrica. Atualmente, é professor Doutor da Universidade de São Paulo e supervisor do serviço técnico de desempenho do IEE/USP.

* Hélio Eiji Sueta é doutor em Engenharia Elétrica e secretário da CE-003.064-10, do CB-3 da ABNT.

* Luis E. Caires é engenheiro, com mestrado em engenharia elétrica e supervisor do Serviço Técnico de Altas Potências do IEE/USP.

* Vinicius Marcus Paulo Teixeira é engenheiro e mestrando no Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (IEE/USP).

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