Tanque atmosférico vs. tanque de pressão: comparação detalhada para engenheiros

Os líquidos armazenados em tanques atmosféricos e tanques pressurizados operam em condições muito diferentes. Compradores e engenheiros industriais devem selecionar o tanque com base nos requisitos do processo e nas normas de segurança. A seleção incorreta aumenta os custos do ciclo de vida e o tempo de inatividade. Este artigo compara os dois tipos de tanques em relação aos requisitos práticos de engenharia.

O que é um tanque atmosférico?

Os líquidos são mantidos à pressão atmosférica em um tanque atmosférico. Opera em pressão atmosférica ou próxima a ela, tipicamente abaixo de 1 psi, e até 2,5 psi quando projetado de acordo com o Apêndice F da API 650. Os sistemas de ventilação são aplicados pelos projetistas para evitar sobrepressão ou variações de temperatura. Os engenheiros utilizam tanques atmosféricos para armazenar água, combustíveis e Produtos químicos que não requerem armazenamento pressurizado.

O que é um tanque de pressão?

Os fluidos são mantidos em um tanque de pressão a pressões muito mais altas do que a pressão atmosférica. Em condições normais de serviço, opera a pressões superiores a 15 psi. Os engenheiros projetam tanques de pressão com revestimentos reforçados para suportar com segurança as tensões internas. Esses tanques transportam gases, vapor e líquidos voláteis de acordo com as normas ASME para vasos de pressão.

Principais diferenças entre tanque atmosférico e tanque de pressão

1. Pressão de operação

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos operam a uma pressão próxima da pressão ambiente, e a pressão de projeto é mantida abaixo de 1 psi. A estrutura é reforçada apenas para resistir a cargas hidrostáticas. Os códigos de projeto não precisam submeter tanques atmosféricos a alta pressão interna sustentada, uma vez que esses tanques são projetados para conter líquidos de baixa volatilidade.

•   Tanque de pressão:

Tanques de pressão operam a pressões acima da atmosférica e possuem uma Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) definida. As tensões circunferenciais e longitudinais são causadas pela pressão interna e devem ser calculadas com base na espessura da parede do tanque e na eficiência das juntas. As normas estabelecem que o tanque deve ser projetado para uma PMTA fixa que seja mantida em condições normais de operação.

2. Normas de projeto e construção

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos são projetados de acordo com API 650. O código pressupõe pressão interna desprezível durante a operação normal. Os cálculos da espessura da camada externa são baseados na densidade do líquido e na altura de enchimento. As estruturas do telhado suportam apenas a força de elevação causada pela ação do vento e pela dilatação térmica. São necessários cálculos de tensão para cargas de vento e sísmicas, mas as fórmulas de tensão de pressão interna não são aplicáveis.

•   Tanque de pressão:

Os tanques de pressão são construídos de acordo com o Código de Construção de Caldeiras e Vasos de Pressão da ASME. A principal carga de projeto considerada no código é a pressão interna. Os valores de tensão admissível e os fatores de eficiência das juntas são utilizados no cálculo da espessura do casco. A fabricação exige procedimentos de soldagem qualificados e testes hidrostáticos obrigatórios.

3. Ventilação versus Vedação

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos são equipados com válvulas de ventilação normais e de emergência para evitar que a pressão interna exceda os limites de projeto. A ventilação de emergência é considerada como fonte de calor para combate a incêndio, conforme indicado pela norma API 2000. A obstrução dessas válvulas pode causar o levantamento do teto, mesmo com baixa pressão diferencial.

•   Tanque de pressão:

Os tanques de pressão possuem sistemas fechados e válvulas de alívio que não operam abaixo da Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA). Os dispositivos de alívio abrem somente em casos de sobrepressão que ultrapassem os limites de projeto. As normas da ASME exigem o dimensionamento certificado das válvulas para evitar o aumento da pressão em caso de falhas e incêndios.

4. Requisitos de materiais e estrutura

•   Tanque atmosférico:

Chapas de aço carbono com limite de escoamento adequado (por exemplo, ≥250 MPa) são comumente utilizadas. O projeto estrutural é resistente à força hidrostática do vento e às cargas sísmicas. A espessura das placas é aumentada elevando-se a altura do líquido, e não por meio de cálculos de tensão de pressão.

•   Tanque de pressão:

Os tanques de pressão são fabricados com aços carbono ou aços-liga com classificação de pressão e características de tração e impacto regulamentadas. A escolha dos materiais baseia-se nos níveis de tensão admissíveis, que são determinados pela temperatura de projeto. A espessura da casca é determinada pela pressão interna, pela tensão admissível e pela eficiência da junta. A pressão hidrostática é uma consideração secundária.

5. Perfil de segurança e risco

•   Tanque atmosférico:

Tanques na atmosfera são menos vulneráveis ao aspecto da pressão interna, mas mais vulneráveis à liberação de vapores. Esses são incêndios que causam levantamento do telhado, deformação da estrutura e danos na vedação da borda. A baixa pressão de operação resulta em um projeto que minimiza o consumo de energia.

•   Tanque de pressão:

Devido às altas pressões de operação, os tanques pressurizados armazenam uma quantidade significativa de energia interna. Falhas podem envolver decomposição rápida, fragmentação e explosão. As normas exigem a previsão de fatores de segurança, sistemas de alívio de pressão, bem como inspeções regulares para gerenciar rupturas catastróficas e riscos de fadiga.

6. Sistemas de Instalação e Suporte

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos são suportados por fundações de anel ou laje projetadas para cargas hidrostáticas. O projeto da fundação é determinado pelos grandes diâmetros dos tanques através da utilização dos limites de recalque diferencial. As vigas de sustentação resistem às forças laterais do vento, uma vez que a pressão interna não oferece rigidez estrutural.

•   Tanque de pressão:

Os tanques de pressão são montados em saias, selas ou olhais que suportam cargas de pressão axial e cargas térmicas. Os sistemas de suporte resistem às acelerações sísmicas e às forças de pressão axial. Parafusos de ancoragem impedem a elevação causada pela pressão interna em condições normais e de operação adversas.

7. Forma e Estrutura

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos consistem em um casco cilíndrico de paredes finas e grande diâmetro, com cobertura plana em forma de cone ou cúpula. Projetos com altura limitada são permitidos pela baixa pressão interna. A estabilidade dos cascos não se baseia na distribuição de tensão da pressão, mas sim nas relações entre diâmetro e espessura e na pressão hidrostática.

•   Tanque de pressão:

Tanques de pressão utilizam geometria cilíndrica ou esférica para conter a pressão interna de forma eficiente. Formas esféricas proporcionam distribuição uniforme de tensão; cascas cilíndricas requerem tampas abauladas para minimizar a concentração de tensão nas extremidades. As cabeças abauladas eliminam a concentração de tensões nas junções do casco. Com relações reduzidas entre diâmetro e espessura, a alta pressão interna pode ser contida com segurança, apresentando um comportamento de deformação previsível.

8. Requisitos regulamentares e de inspeção

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos são inspecionados de acordo com a norma API 653. As inspeções podem incluir corrosão da carcaça, afinamento do fundo e recalque. As inspeções internas são realizadas em intervalos maiores, visto que a pressão de operação é inferior a 1 psi e os níveis de energia armazenada são baixos.

•   Tanque de pressão:

A inspeção dos tanques de pressão é conforme Código ASME para Caldeiras e Vasos de Pressão requisitos e regulamentações jurisdicionais. A inspeção abrange a avaliação dos limites de pressão e o teste das válvulas de alívio. Pressões operacionais mais elevadas exigem intervalos de inspeção mais curtos e avaliações de integridade mais rigorosas.

9. Considerações de custo

•   Tanque atmosférico:

Os tanques atmosféricos são mais baratos devido à baixa pressão de projeto e à menor espessura das chapas do casco. A espessura comum das chapas varia entre 6 e 25 mm. A soldagem é feita sem radiografia completa. Inspeções menos frequentes minimizam os custos de manutenção e conformidade a longo prazo.

•   Tanque de pressão:

O uso de paredes mais espessas, que podem ultrapassar 30 mm sob alta pressão, encarece os tanques de pressão. Materiais de alta qualidade e as exigências de eficiência combinada são outros fatores que tornam a fabricação mais complexa. O custo da radiografia, dos testes hidrostáticos e dos sistemas de alívio é obrigatório e aumenta o custo inicial e os custos de inspeção a longo prazo.

10. Usos e aplicações típicos

•   Tanque atmosférico:

Tanques atmosféricos são ideais para armazenar grandes quantidades de líquidos pouco voláteis, como produtos químicos, petróleo bruto, água, etc., com pressão de operação inferior a 1 psi. São aplicáveis em armazenamento a granel com vazão constante e sem necessidade de contenção de pressão.

•   Tanque de pressão:

Os engenheiros encontrarão tanques de pressão em áreas e processos que requerem armazenamento pressurizado de gases, vapor e líquidos voláteis, onde o controle máximo é essencial. Frequentemente, operam sob pressão superior a 15 psi. Além disso, podem ser utilizados como reatores e vasos de compensação., Onde é necessário confinar a pressão. 

Parâmetro	Tanque atmosférico	Tanque de pressão
Pressão de operação	Próximo à pressão atmosférica (≤1–2,5 psig)	Acima de 15 psig
Carga de projeto determinante	cabeça de líquido hidrostático	tensão de pressão interna
Código de projeto	API 650	Seção VIII da ASME
Ventilação	Sistema aberto/ventilado	Sistema fechado com válvulas de alívio
Base da espessura da casca	Altura do líquido e gravidade específica	MAWP e tensão admissível
Forma estrutural	Diâmetro grande, paredes finas	Cilíndrico/esférico de parede espessa
Energia armazenada	Baixo	Alto
Padrão de Inspeção	API 653	API 510 / NBIC
Complexidade de fabricação	Moderado	Alto (Ensaios não destrutivos e teste hidrostático necessários)
Serviço típico	Armazenamento de líquidos a granel	contenção de gás/fluido volátil

Tanque atmosférico versus tanque de pressão – qual é o melhor?

Um tanque atmosférico apresenta melhor desempenho quando o armazenamento envolve líquidos de baixa volatilidade e pressão interna desprezível. Esses tanques são especificamente desenvolvidos para minimizar a pressão relacionada ao estresse e a energia de ruptura. O armazenamento de alto volume, utilizando construções de grande diâmetro, apresenta requisitos de fabricação menos complexos. Eles são amplamente utilizados em aplicações nas quais o controle de ventilação, a tolerância à corrosão e a tolerância à acomodação da pressão são os fatores que controlam o desempenho, e não a contenção da pressão.

O projeto de tanques de pressão é concebido para garantir o manuseio seguro da energia armazenada, através do cálculo da espessura da parede e dos sistemas de alívio de pressão. Isso permite um design compacto e alta precisão no controle. A seleção dos tanques será baseada nas margens de pressão suportada, nos requisitos de segurança e nas normas regulamentares.

Perguntas frequentes

Um tanque atmosférico pode ser considerado um vaso de pressão?

Os tanques atmosféricos devem ser construídos com pressões limitadas a 1 psi, embora possam atingir até 2,5 psi quando construídos de acordo com o Apêndice F da norma API 650.

Quais são os formatos comuns para vasos de pressão?

Na maioria das vezes, os vasos de pressão têm formato cilíndrico com extremidades abauladas ou esféricas. A razão para esses formatos é a distribuição uniforme das tensões internas de pressão.

Existem tanques atmosféricos controlados?

Sim. Na norma API 650, os tanques atmosféricos são regulamentados, e na norma API 653, são inspecionados.

Um tanque atmosférico pode exigir licenças especiais?

Sim. Tanques atmosféricos podem necessitar de licenças especiais, que dependem do tamanho, localização e tipo de líquido a ser armazenado. 

Por que os tanques de pressão precisam de dispositivos de alívio de pressão?

Os dispositivos de alívio ajudarão a evitar que a pressão interna exceda a Pressão Máxima de Trabalho Admissível (MAWP) durante a exposição ao fogo.

A temperatura pode afetar a pressão dentro de um tanque de armazenamento?

Particularmente em tanques pressurizados fechados, se você aumentar a temperatura, a pressão de vapor e a pressão interna aumentarão.

Com que frequência os tanques atmosféricos são inspecionados?

Os tanques atmosféricos devem ser inspecionados a cada 5 a 10 anos. Isso depende totalmente da taxa de corrosão e das condições de serviço.

Todos os tanques que não se enquadram na categoria de vasos de pressão podem ser usados com segurança em ambientes de alta pressão?

Não. Os tanques, que não conseguem suportar a pressão e que não possuem suporte estrutural, irão desabar quando a pressão exercida sobre eles ultrapassar os limites de projeto.

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