Selo com 99% de cobertura da interface líquida

Com um selo capaz de cobrir 99% da área da interface líquida o fator F tem o seguinte valor:

𝐹 = 𝐴𝐸𝑥𝑝𝑜𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑜 𝑆𝑒𝑙𝑜 𝐴𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒

= 0,01 (129)

Portanto, é possível, se utilizando deste fator, gerar as curvas de variação da pressão e da fração molar no tanque. Portanto, para o uso etanol, se obtém a Figura 37, que em seu primeiro gráfico denota a variação da fração molar do fluido evaporando e

61 seu segundo gráfico mostra a variação da pressão com o tempo, ambos logo abaixo do teto do tanque. Também é possível gerar a Figura 38, que mostra a variação da fração molar em três posições: logo acima do fluido, logo abaixo do teto do tanque e em uma posição média entre ambos.

Figura 37 – Gráficos comparativos entre as curvas obtida para o caso do etanol logo abaixo do teto do tanque. O primeiro gráfico compara a evolução da concentração de etanol na fase gasosa em (porcentagem) e o segundo gráfico representa a pressurização

dentro do tanque conforme a evaporação do fluido acontece

Também é possível se obter o resultado para o n-pentano com as figuras 39, que que em seu primeiro gráfico denota a variação da fração molar do fluido evaporando e seu segundo gráfico mostra a variação da pressão com o tempo, ambos logo abaixo do teto do tanque. Também é possível gerar a figura 40, que mostra a variação da fração molar em três posições: logo acima do fluido, logo abaixo do teto do tanque e em uma posição média entre ambos.

62 Figura 38 – Gráfico comparativo entre as curvas de transferência de massa de etanol por

tempo. Na figura, as curvas pretas representam o tanque sem selo e as curvas cinzas representam o tanque com selo para três partes do tanque. A curva contínua representa a

posição logo acima do fluido; a curva pontilhada e tracejada representa a posição logo abaixo do teto e a linha puramente tracejada representa uma posição média entre o teto e

a interface líquida

Figura 39 – Gráficos comparativos entre as curvas obtida para o caso do n-pentano logo abaixo do teto do tanque. O primeiro gráfico compara a evolução da concentração de etanol na fase gasosa em (porcentagem) e o segundo gráfico representa a pressurização

63 Figura 40 – Gráfico comparativo entre as curvas de transferência de massa de n-pentano por tempo. Na figura, as curvas pretas representam o tanque sem selo e as curvas cinzas representam o tanque com selo para três partes do tanque. A curva contínua representa a

posição logo acima do fluido; a curva pontilhada e tracejada representa a posição logo abaixo do teto e a linha puramente tracejada representa uma posição média entre o teto e

a interface líquida

Com um selo capaz de cobrir 99% da área da interface líquida fica evidente a ação do selo flutuante na difusão do composto pelo ar para ambos os compostos, alterando significaticamente o perfil difusional dos compostos pelo ar.

Para uma análise mais detalhada dos perfis para cada caso, levando-se em consideração as operatividades das janelas de inspeção, foram obtidos resultados para os seguintes casos: a) as janelas cumprem exatamente seu papel segundo a norma API 650 e b) as janelas não cumprem perfeitamente seu papel segundo a norma API 650.

Primeiramente analisando o caso de que as janelas cumpram o seu papel de que ventilem a fase gasosa do tanque totalmente uma vez a cada 12 minutos. Neste caso, pode- se considerar a taxa de evaporação como constante e máxima, dado que 12 minutos é um tempo muito baixo para o fenômeno difusivo e, portanto, o tanque com selo esteja sempre o mais longe possível do equilíbrio, ou seja, maior taxa de evaporação, pois o ar estaria sempre limpo de fluido.

Portanto a equação discretizada de transferência de massa para esse caso fica: 𝑁𝑎 = 𝐷𝑎𝑏 𝐹(𝐶𝑒𝑞 − 0)

2∆𝑧

64 Onde é possível uma intercambiação da concentração para fração molar, uma vez que se é sabido que o ar é estagnado e o volume de cada nó discretizado.

Portanto, se analisando a taxa de evaporação para cada caso, é possível montar a seguinte tabela:

Tabela 9 – Tabela comparativa entre as emissões brutas de cada caso

Sem selo 90% 95% 99% Etanol 36.792 Kg 3.679,2 Kg 1.839,6 Kg 367,92 Kg

n-Pentano 123.897,60 Kg 12.389,76 Kg 6.194,9 Kg 1.238,97 Kg Ou seja, é possível observar que o selo elimina a emissão proporcionalmente a sua área exposta. Quanto mais próxima sua área exposta de zero, mais tende a zero sua emissão.

Para o segundo caso, analisa-se o tempo necessário para se atingir o limite inferior de explosividade, ou seja, o tempo necessário para formar uma atmosfera explosiva. Também pode-se calcular o tempo necessário para atingir o limite superior de explosividade, ou seja, o tempo necessário para que a mistura de fluido vaporizado com o ar fique rica o suficiente para que não seja inflamável.

Para tal analise, dispõe-se dos limites de explosividade dos compostos etanol e n- pentano, como segue a Tabela 10.

Tabela 10 – Limites de explosividade do etanol e do n-pentano (% v/v) segundo CROWL et al. (2011) e FISPQ USP

Compostos Limite Inferior Limite Superior Referência Etanol 4,3 19,0 CROWL et al.

(2011)

n-Pentano 1,4 7,8 FISPQ USP Como comprovado nas Figuras 14 e 17, existe, nas condições apresentadas, uma equivalência entre os modelos de gás ideal e Peng-Robinson. Portanto, é possível analisar, segundo as Figuras 30, 32, 34, 36, 38, 40 e 42, o tempo necessário para o nó logo acima do fluido atingir o limite inferior de explosividade, pois, devido a sua proximidade com o fluido, será o primeiro ponto que formará atmosfera explosiva. Também possível estimar o tempo necessário para o nó logo abaixo do teto do tanque atingir o limite

65 superior de explosividade, pois, devido a sua distância do fluido, será o último ponto que ficará rico o suficiente para formar uma atmosfera explosiva. Os resultados da análise estão apresentados na Tabela 11.

Tabela 11 – Tabela comparativa com os tempos para atingir os limites superior e inferior de explosividade para cada caso em horas

Sem Selo 90% 95% 99% Etanol Limite Superior - - - - Limite Inferior 0,072 2,646 9,326 223,9 Tempo Total - - - - n-Pentano Limite Superior 57,64 63,1 67,49 107,1 Limite Inferior 0,0008 0,0008 0,017 0,1628 Tempo Total 57,6392 63,0992 67,473 106,94

Como fica evidente, a presença do selo flututante para o caso do n-pentano aumenta o tempo no qual o tanque fica dentro de uma atmosfera explosiva. O etanol nas condições de temperatura e pressão ambientes, chega a apenas cerca de 10% de fração molar, muito abaixo dos 19% do limite superior de explosividade, ou seja, permanecendo dentro do limite de explosividade. Portanto, tudo o que o selo faz é aumentar o tempo que este leva para chegar na atmosfera explosiva.

Portanto, fica evidente que no caso do etanol, a aplicação das janelas de inspeção seguindo a norma API 650 faz sentido contanto que as janelas cumpram sua função. Isto porque o etanol não atinge o limite superior de explosividade, e, como seria de interesse manter o etanol longe da faixa de explosividade , a única possibilidade de não criar atmosfera explosiva é mantendo o fluido abaixo do limite de explosividade.

Para o n-pentano, porém, para qualidades de selo que não forneçam vedações de 99%, mas que sejam maiores do que 90%, a aplicação da norma pode se mostrar arriscada, uma vez que o limite inferior de explosividade é rapidamente atingido, mas o limite superior de explosividade leva mais tempo para ser alcançado conforme melhor é a vedação do selo. Portanto, existem riscos associados com a aplicação das janelas de inspeção segundo a norma API 650 para o n-pentano mostram, uma vez que é possível que as janelas de inspeção não conveccionem o sistema interno do tanque em uma frequência suficiente para evitar a formação de atmosferas explosivas.

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