DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MAR´ITIMA
Navios-Tanque
Navios-Tanque Petroleiros
Jorge Trindade
´
Indice
1 Aspectos Construtivos 1
1.1 Classifica¸c˜ao . . . 1
1.2 Navios Combinados . . . 1
1.3 Estrutura . . . 2
2 Sistema de Carga e Descarga 4 2.1 Descri¸c˜ao Geral . . . 5
2.2 Accionamento das Bombas de Carga . . . 5
2.2.1 Hidr´aulico . . . 5
2.2.2 El´ectrico . . . 6
2.2.3 Vapor . . . 6
2.3 Compara¸c˜ao dos Sistemas de Accionamento das Bombas de Carga . . . 8
3 Equipamentos 9 3.1 Sistemas de Encanamentos . . . 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 Conv´es . . . 12
3.1.5 Linhas de Lavagem de Tanques . . . 12
3.1.6 Linhas de G´as Inerte no Conv´es . . . 13
3.2 V´alvulas . . . 13 3.3 Bombas de Carga . . . 14 3.3.1 Bombas Centr´ıfugas . . . 14 3.3.2 Curvas de Funcionamento . . . 17 3.3.3 Cavita¸c˜ao . . . 19 3.3.4 Associa¸c˜ao de Bombas . . . 20 3.3.5 Instala¸c˜ao . . . 22
3.4 Drenagem dos Tanques . . . 24
3.5 Aquecimento da Carga . . . 25
3.6 Descarga e Ventila¸c˜ao . . . 25
3.7 Instrumenta¸c˜ao . . . 26
1
Aspectos Construtivos
1.1 Classifica¸c˜aoOs navios petroleiros constituem cerca de 50% do porte da frota mundial. A classifica¸c˜ao dos navios pelo porte ´e 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 al´em do porte, o tipo de carga transportada tamb´em permite distinguir v´arios tipos de navios petroleiros. Assim, temos navios que transportam:
- petr´oleo bruto (“crude”);
- produtos brancos (“clean products”); - produtos pretos (“dirty products”).
Os navios de produtos brancos transportam produtos refinados que exigem adequado reves-timento dos tanques de carga para evitar contamina¸c˜oes. Os navios de transporte de produtos pretos disp˜oem usualmente de aquecimento dos tanques, necess´ario para o transporte de fuel e outros produtos relativamente viscosos.
1.2 Navios Combinados
OBO o OO s˜ao designa¸c˜oes de navios combinados, tamb´em chamados combo ou combi, i.e. navios que combinam a capacidade de transporte de graneis s´olidos e l´ıquidos - Ore/Bulk/Oil e Ore/Oil, respectivamente. S˜ao navios com capacidade para o transporte a granel de cargas secas ou l´ıquidas. Nas Fig. 1 e 2 est˜ao representadas sec¸c˜oes transversais de navios combinados OO e OBO.
Figura 2: Navio combinado OBO.
Na concep¸c˜ao dete tipo de navios esteve sempre presente a redu¸c˜ao das viagens em lastro. Em particular, visavam o tr´afego de petr´oleo-bruto desde o m´edio oriente, min´erio de ferro e carv˜ao da Austr´alia, Africa do Sul e Brasil. Para a descarga do granel s´olido, os seus tanques de carga disp˜oem de escotilhas de grande dimens˜ao, ver Fig. 3.
Figura 3: Escotilhas dos tanques de carga num navio combinado OBO.
A flexibilidade de opera¸c˜ao destes navios foi-se perdendo com a adequa¸c˜ao das novas constru¸c˜oes a rotas espec´ıficas e, actualmente, este conceito ´e j´a pouco popular. Desde 1980, poucos navios deste tipo foram constru´ıdos.
1.3 Estrutura
Os projectos dos petroleiros produzidos por estaleiros de hoje, apesar de aprovados por todos as principais sociedades de classifica¸c˜ao, s˜ao baseados no pressuposto de que o armador ir´a realizar todos as repara¸c˜oes que se venham a revelar necess´arias durante toda a sua vida ´util do navio. O projecto, embora importante, n˜ao ´e portanto o ´unico factor para determinar a integridade da estrutura a longo prazo. A hist´oria do projecto estrutural dos navios mostra um trajecto de evolu¸c˜ao e n˜ao de revolu¸c˜ao. Os projectistas aprendem com experiˆencias passadas e cada novo navio tende a ser o desenvolvimento de um projeto anterior de sucesso. Isto ´e sobretudo uma consequˆencia do facto das tens˜oes na estrutura de um navio no mar resultarem da complexa intera¸c˜ao de muitas vari´aveis.
A necessidade de casco duplo, para prevenir ou reduzir os derrames de petr´oleo, levou a fossem padronizados para outros tipos de navios, incluindo petroleiros pela Conven¸c˜ao Inter-nacional para a Preven¸c˜ao da Polui¸c˜ao por Navios, ou Conven¸c˜ao MARPOL. Apesar de este ser o motivo pelo qual o casco duplo foi introduzido na regulamenta¸c˜ao internacional (IMO) e
regulamenta¸c˜ao interna de alguns pa´ıses (Estados Unidos), o casco duplo n˜ao protege contra os grandes acidentes, colis˜oes ou encalhes de alta energia, que causam a maioria da polui¸c˜ao por petr´oleo.
Figura 4: Elementos estruturais de um navio de casco duplo. Os navios tanque petroleiros s˜ao divididos nas seguintes sec¸c˜oes:
- sec¸c˜ao da proa; - sec¸c˜ao dos tanques; - sec¸c˜ao da popa;
Por norma, os alojamentos, casa de controlo da carga e restantes ´areas de servi¸co devem estar a r´e da sec¸c˜ao dos tanques de carga. Devem estar previstos meios para prevenir a entrada nos alojamentos de produtos em resultado de derrames no conv´es. As entradas para os alojamentos e ´areas de servi¸co, bem como a aspira¸c˜ao da ventila¸c˜ao para estas ´areas n˜ao 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 pr´oximas, n˜ao podem abrir.
Os navios tanque petroleiros tˆem, geralmente, 8 a 12 tanques de carga. Cada um destes tanques ´e dividido por anteparas na direc¸c˜ao vante-r´e para reduzir o efeito do espelho liqu´ıdo na estabilidade do navio. Os tanques s˜ao numerados de vante para r´e e designados por BB, central e EB de acordo com a sua posi¸c˜ao (Fig. 5).
Figura 5: Navio tanque petroleiro.
A separa¸c˜ao da sec¸c˜ao dos tanques de carga e das sec¸c˜oes da proa e da popa ´e feita por cofferdam’s. Os cofferdam’s s˜ao espa¸cos vazios entre duas anteparas, para dar prote¸c˜ao contra
o calor, propaga¸c˜ao de incˆendio ou colis˜ao. Os navios tanques disp˜oem de cofferdam’s a vante e a r´e dos tanques de carga e, por vezes, tamb´em entre os tanques de carga.
A casa das bombas alberga todas as bombas ligadas `as linhas de carga de um navio deste tipo. Geralmente, a casa das bombas abrange a largura total do navio. Embora seja raro, alguns navios tˆem duas casas das bombas. Na Fig. 6 representa-se a localiza¸c˜ao e o arranjo t´ıpico da casa das bombas de um navio tanque petroleiro.
Figura 6: Localiza¸c˜ao e arranjo da casa das bombas.
A ´agua de lastro ´e colocada a bordo para manter a estabilidade do navio quando este est´a a navegar sem, ou com pouca, carga. Os tanques de ´agua de lastro num navio tanque est˜ao completamente separados (segregados) do sistema de carga e de e ´oleo combust´ıvel. Estes tanques est˜ao permanentemente afectados ao transporte de lastro. Este arranjo, normalmente designado por SBT (Segregated Ballast Tanks) em que a ´agua de lastro contida nos tanques de lastro segregado nunca entra em contacto com um ´oleo, reduz o risco de polui¸c˜ao aquando de deslastro do navio.
Os navios petroleiros com 70.000 DW T e acima devem ser equipados com pelo menos dois tanques de res´ıduos (slop-tank’s). Os slop-tank’s s˜ao usados nos navios tanque para recolher as misturas de ´oleo e ´agua resultantes da lavagem dos tanques de carga. Estes tanques devem ter a capacidade necess´aria para reter os res´ıduos gerados na lavagem de tanques, res´ıduos de ´
oleo e de res´ıduos de lastro sujo. Em regra, a capacidade total destes tanques n˜ao 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 trans-portam petr´oleo bruto a longas distˆancias. Destes, cerca de 98% usam na propuls˜ao grandes motores diesel. Os restantes, envolvidos num tr´afego mais especializado, desde o Alasca at´e a costa oeste dos Estados Unidos, usam propuls˜ao diesel-el´ectrica. Depois do sistema de pro-puls˜ao, o sistema mais importante num navio tanque petroleiro ´e o de descarga do navio. O sistema de descarga de carga ´e constitu´ıdo por um conjunto de bombas, dispositivos de accio-namento, encanamentos e ecass´orios, cuidadosamente concebidos para permitir a descarga dos tanques de uma forma eficiente e segura. Estes sistemas de bombagem s˜ao geralmente accio-nados por vapor, gra¸cas `a boa compatibilidade destes sistemas com a propuls˜ao por motores diesel de grande porte.
2.1 Descri¸c˜ao Geral
Nos navios tanque, as bombas de carga s˜ao normalmente instaladas num espa¸co localizado na extremidade posterior dos tanques de carga, a casa das bombas. As bombas est˜ao ligadas aos tanques de carga atrav´es de uma rede de encanamentos que percorre os tanques de carga a pequena distˆancia 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 s˜ao em geral uma mistura de hidrocarbonetos l´ıquidos, com componentes muito vol´ateis que facilmente formam vapores quando a press˜ao ´e reduzida. Quando um navio tanque inicia a bombagem da carga, a press˜ao do l´ıquido na aspira¸c˜ao da bomba ´e relativamente elevada, porque o n´ıvel de l´ıquido est´a bem acima da bomba. Existe uma perda de press˜ao, devida ao atrito, aproximadamente proporcional ao quadrado da velocidade de escoamento. Conforme o l´ıquido vai sendo descarregado para terra, o n´ıvel nos tanques baixa, reduzindo assim a press˜ao na aspira¸c˜ao da bomba. Quando as perdas por atrito igualarem a press˜ao originada pela altura do l´ıquido, a press˜ao na aspira¸c˜ao da bomba ´e aproximadamente igual `a press˜ao atmosf´erica. A continua¸c˜ao da bombagem vai reduzir ainda mais a press˜ao e provocar a forma¸c˜ao de vapores na aspira¸c˜ao da bomba de carga. Se o corpo da bomba ficar cheio de vapores provoca uma redu¸c˜ao muito grande na capacidade de aspira¸c˜ao da bomba. A fim de retardar esta perda de aspira¸c˜ao, e permitir optimizar a drenagem dos tanques de carga, a velocidade das bombas de carga deve ser vari´avel, conseguindo a baixa velocidade reduzir as perdas por atrito.
Para prevenir explos˜oes na casa das bombas, os regulamentos pro´ıbem a localiza¸c˜ao nesse espa¸co de motores el´ectricos e equipamentos similares. O equipamento deve estar localizado na casa das m´aquinas do navio e movimentar as bombas atrav´es de veios que passam da casa das m´aquinas para a casa das bombas atrav´es de bucins estanques.
De acordo com as normas internacionais, enquanto um navio-tanque est´a a descarregar a sua carga, o espa¸co no interior dos tanques deve ser preenchido com g´as inerte, a fim de proporcionar uma atmosfera segura, n˜ao-explosiva. O g´as inerte pode ser qualquer mistura de g´as n˜ao-corrosivo, com menos de 5% de oxig´enio. As fontes mais comuns deste g´as s˜ao os gases de combust˜ao, lavados e arrefecidos, das caldeiras do navio ou de um gerador de g´as inerte. Um gerador de g´as inerte ´e um equipamento, integrando um queimador, uma torre de lavagem, ventiladores e um sistema de controlo, que queima ´oleo diesel. Em seguida, os produtos de combust˜ao passam atrav´es de uma torre de lavagem onde para al´em de lavados s˜ao tamb´em arrefecidos por ´agua do mar. O resultado ´e uma mistura gasosa predominantemente constitu´ıda por azoto e di´oxido de carbono, e com menos de 5% de oxig´enio.
2.2 Accionamento das Bombas de Carga
Existem trˆes tipos de accionamento para as bombas de carga que podem ser usados em navios tanque: hidr´aulico, el´ectrico, e vapor. Para todos eles, a sua localiza¸c˜ao dever´a ser a casa das m´aquinas do navio.
2.2.1 Hidr´aulico
Os sistemas hidr´aulicos de accionamento consistem de bombas hidr´aulicas que fornecem ´oleo hidr´aulico a alta press˜ao (200 a 300 bar) para os actuadores/motores na casa das bombas ou para uma rede de distribui¸c˜ao e alimenta¸c˜ao no conv´es, no caso das bombas do tipo “deepweel ” distribu´ıdas pelos tanques de carga. O ´oleo hidr´aulico retorna posteriormente `a a bomba de
alimenta¸c˜ao. As bombas hidr´aulicas podem ser accionadas por motores diesel ou por motores el´ectricos. Se o sistema for accionado directamente por um motor diesel, a eficiˆencia do sistema de accionamento ´e de cerca de 27%. Se o sistema for accionado por motores el´ectricos com potˆencia fornecida a partir de geradores diesel, a eficiˆencia ronda os 25%.
Os gases de combust˜ao dos motores diesel que accionam os sistemas hidr´aulicos n˜ao s˜ao apropriados para a utiliza¸c˜ao como g´as inerte devido ao elevado teor de oxig´enio neles existente. Torna-se portanto necess´aria a utiliza¸c˜ao de um gerador de g´as inerte dedicado durante as opera¸c˜oes de descarga. Se considerarmos o combust´ıvel necess´ario para o funcionamento do gerador de g´as inerte, o rendimento t´ermico do sistema hidr´aulico de descarga baixa para cerca de 16% no caso do accionamento directo por motores diesel e cerca de 15% no caso do accionamento diesel-el´ectrico.
Para este tipo de accionamento das bombas de carga, o navio deve dispor de elevada potˆencia instalada quanto a diesel geradores ou motores diesel para o accionamento dos sis-temas hidr´aulicos. A t´ıtulo de exemplo, um VLCC precisaria de um acr´escimo de cerca de 12 MW, para al´em dos normais requisitos de potˆencia do navio, dedicado ao accionamento do sistema de descarga.
2.2.2 El´ectrico
Tecnologia relativamente recente permite o uso de motores el´ectricos AC de velocidade vari´avel no accionamento das bombas de carga. Neste sistema, a potˆencia el´ectrica oriunda dos gerado-res el´ectricos do navio ´e fornecida a dispositivos de controle de velocidade atrav´es de grandes transformadores. Estes dispositivos permitem variar a frequˆencia da energia el´ectrica e, conse-quentemente, a velocidade de rota¸c˜ao dos motores el´ectricos de accionamento das bombas. O rendimento global neste sistema de accionamento das bombas de carga, desde o motor diesel que acciona o alternador at´e `a bomba, ronda os 38%.
Tal como acontece nos sistemas hidr´aulicos anteriormente referidos, os gases de combust˜ao produzidos pelos motores diesel n˜ao s˜ao apropriados para serem utilizados como g´as inerte. Tamb´em neste caso, o recurso a geradores dedicados de g´as inerte durante as opera¸c˜oes de descarga provoca a redu¸c˜ao do rendimento t´ermico global da instala¸c˜ao durante aquele per´ıodo. Se somarmos o combust´ıvel consumido pelo gerador de g´as inerte ao combust´ıvel consumido pelos diesel-geradores, o rendimento t´ermico global, at´e `as bombas, ronda os 20%. Esta forma de accionamento das bombas de carga exige a instala¸c˜ao de grandes unidades diesel-geradoras para satisfa¸c˜ao dos requisitos de potˆencia 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 descar-regam o vapor para um condensador circulado por ´agua do mar. Os condensados voltam posteriormrnte `as caldeiras como ´agua de alimenta¸c˜ao. A velocidade das bombas ´e regulada ajustando o caudal de vapor de ´agua que ´e admitido nas turbinas. O rendimento global des-tes sistemas ´e de forma geral baixo e dependente do sobreaquecimento do vapor conseguido na caldeira e do v´acuo no condensador, rondando os 15 a 20%. Os gases de combust˜ao das caldeiras constituem uma excelente fonte para a produ¸c˜ao de g´as inerte, facilmente contendo menos de 5% de oxig´enio conforme exigido pela regulamenta¸c˜ao. Assim, n˜ao ´e necess´ario qualquer consumo adicional de combust´ıvel para a produ¸c˜ao de g´as inerte durante a descarga do navio. Tamb´em n˜ao ´e necess´aria potˆencia el´ectrica adicional uma vez que aquela que ´e
Figura 7: Sistema de lastro e carga com accionamento por motores el´ectricos e turbinas a vapor.
exigida pela alimenta¸c˜ao de ´agua `a caldeira e pela circula¸c˜ao do condensador est˜ao dentro da disponibilidade dos geradores existentes.
2.3 Compara¸c˜ao 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 propuls˜ao. Menos de 10% dos sistemas s˜ao actualmente hidr´aulicos ou el´ectricos. A oportunidade de efectuar o “retrofitting” dos sistemas ´e reduzida se n˜ao mesmo nula. O equipamento, bem como a sua disposi¸c˜ao na casa da m´aquina do navio, ´e parte integrante do projecto da instala¸c˜ao de m´aquinas do navio. Os sistemas de accionamento el´ectrico e hidr´aulico requerem mais espa¸co em pisos superiores da casa da m´aquina que uma instala¸c˜ao a vapor dificultando a sua instala¸c˜ao numa casa da m´aquina j´a existente.
Na perspectiva da opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao, o sistema de vapor ´e o mais simples. Tamb´em o investimento de capital exigido ´e muito mais reduzido quando comparado com aquele que ´
e requerido pela op¸c˜ao do accionamento el´ectrico ou hidr´aulico. O ´unico ponto fraco do accionamento das bombas de carga por turbinas a vapor ´e o consumo de combust´ıvel. No entanto, este problema esbate-se quando consideramos o consumo de combust´ıvel associado ao funcionamento do gerador de g´as inerte nos outros sistemas. A diferen¸ca no rendimento global fica ent˜ao muito reduzida.
A utiliza¸c˜ao de sistemas hidr´aulicos de accionamento das bombas de carga ´e mais vulgar em pequenos navios-tanque que carregam simultaneamente um grande n´umero de produtos. Para este tipo de aplica¸c˜ao o navio, tipicamente com cerca de 40.000 DW T mas podendo ir at´e `as 70.000 DW T , tem uma bomba em cada tanque, com encanamentos de carga e descarga dedicados, prevenindo qualquer tipo de contamina¸c˜ao dos produtos transportados. Alguns na-vios de maior dimens˜ao equipados com este sistema foram projectados para tr´afegos comerciais espec´ıficos.
O accionamento por motor el´ectico, sendo o que apresenta melhor rendimento, ´e aquele que requer maior investimento inicial na aquisi¸c˜ao e instala¸c˜ao. Exige uma grande disponibilidade instalada de produ¸c˜ao de energia el´ectrica apenas necess´aria para as opera¸c˜oes de bombagem. Durante o restante per´ıodo de opera¸c˜ao do navio, as necessidades de energia el´ectrica rondam os 10% da potˆencia exigida pelas bombas de carga. Quando consideramos o consumo de combust´ıvel pelo gerador de g´as inerte, a vantagem relativamente ao sistema de vapor revela-se marginal face aos elevado investimento inicial. Existem alguns navios novos a operar em tr´afegos muito espec´ıficos equipados com sistemas de descarga com accionamento el´ectrico. Em particular, devem dedicar-se a viagens curtas, passando uma frac¸c˜ao importante do seu tempo de opera¸c˜ao em porto, de tal forma que os ganhos conseguidos no sistema de descarga consigam compensar o maior investimento inicial e os custos de manuten¸c˜ao.
A maior parte dos navios tanque petroleiros s˜ao projectados para operar carregando petr´oleo bruto no golfo P´ersico e transport´a-lo para a Europa, Jap˜ao ou para as costas leste ou oeste dos Estados-Unidos. Estas s˜ao tipicamente viagens com dura¸c˜ao superior a 30 dias. Se considerarmos uma viagem de lastro com igual dura¸c˜ao, cada um destes navios far´a uma m´edia anual de 6 viagens. Isto significa que o sistema de descarga ir´a operar 6 vezes, um a dois dias em cada opera¸c˜ao, por ano. Trata-se de um incentivo `a manuten¸c˜ao dos sistemas de descarga com turbinas de vapor cuja fiabilidade tem sido provada ao longo dos anos. Os sis-temas hidr´aulicos n˜ao proporcionam redu¸c˜ao significativa de combust´ıvel quando se considera aquele que ´e consumido no gerador de g´as inerte e os sistema el´ectricos tˆem os j´a referidos maiores encargos quanto ao investimento inicial. Muitos dos navios em que foi feita esta op¸c˜ao por bombas el´ectricas, a propuls˜ao ´e diesel-el´ectrica. Quando a propuls˜ao do navio ´e do tipo diesel-el´ectrica, o encargo associado `as bombas el´ectricas ´e reduzido. No entanto, estes navios n˜ao s˜ao competitivos com aqueles cuja propuls˜ao ´e realizada por motores diesel lentos em viagens longas, devido ao reduzido rendimento da propuls˜ao diesel-el´ectrica.
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Equipamentos
3.1 Sistemas de Encanamentos
O tratamento e movimenta¸c˜ao da carga inclui todas as opera¸c˜oes de transporte de carga, bem como as opera¸c˜oes de carga e descarga, lavagem de tanques, com carga ou com ´agua, aquecimento da carga, movimenta¸c˜ao de lastro, etc. O principal elemento do sistema de tratamento e movimenta¸c˜ao da carga num navio tanque petroleiro ´e o sistema das linhas de carga.
Um navio tanque para o transporte de petr´oleo bruto est´a equipado com um conjunto de linhas que permitem eficientes opera¸c˜oes de carga e descarga do navio. Na descarga do navio, a carga passa pela casa das bombas do navio onde ´e bombeada para terra. O objectivo final passa por manter a carga em seguran¸ca desde que entra nos tanques, durante o transporte e, finalmente, durante toda a opera¸c˜ao de descarga. Trata-se sempre de opera¸c˜oes em que a carga n˜ao se encontra vis´ıvel. A instrumenta¸c˜ao instalada evidenciar´a onde e como a carga escoa. A seguran¸ca das opera¸c˜oes resulta de checklists.
Embora o princ´ıpio de opera¸c˜ao e a constitui¸c˜ao dos navios seja semelhante, cada navio tem as suas especificidades. Os esquemas das linhas de carga s˜ao muito ´uteis no planeamento das opera¸c˜oes. Para ter a certeza que o ´oleo escoa da forma pretendida, um m´etodo fi´avel ´e a inspec¸c˜ao visual das linhas. As v´alvulas devem estar numeradas e marcadas de acordo com os desenhos e as linhas devem ser verificadas em toda a sua extens˜ao dispon´ıvel.
A liga¸c˜ao entre tro¸cos de encanamento ´e feita por flanges. Flanges s˜ao an´eis de a¸co soldados nas extremidades do encanamento. As superf´ıcies das flanges s˜ao planas, permitindo a veda¸c˜ao do fluido com a interposi¸c˜ao de uma junta. O n´umero de orif´ıcios para passagem dos parafusos de aperto das flanges corresponde frequentemente ao diˆametro do encanamento em polegadas permitindo mais f´acil identifica¸c˜ao e selec¸c˜ao das redu¸c˜oes exigidas para liga¸c˜ao dos bra¸coes 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 deforma¸c˜ao onde ocorre contacto ´e interposto um cal¸co de material macio entre os suportes e a tubagem.
3.1.1 Linhas de Fundo
A t´ıtulo 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) est´a representado na Fig. 9. As linhas de carga est˜ao localizadas nos tanques centrais do navio, suportadas a cerca de um metro do fundo do tanque. V´alvulas de crossover, duas v´alvulas em cada crossover permitem comunicar as as linhas de fundo. Quando ´e feito o transporte de mais de um produto, os regulamentos obrigam `a segrega¸c˜ao dos produtos por duas v´alvulas.
Para permitir que estas linhas acompanhem os movimentos do navio, originados pelas condi¸c˜oes de mar e pelas varia¸c˜oes t´ermicas, as linhas de carga devem dispor de uni˜oes flex´ıveis e juntas de dilata¸c˜ao.
Junto `a entrada da linha no tanque, uma ramifica¸c˜ao da linha de fundo acaba na zona `a r´e do tanque de carga. ´E por aqui que o ´oleo entra no tanque durante a carga do navio e sai durante a descarga. Nos tanques centrais as aspira¸c˜oes principais est˜ao situadas aproximada-mente a meio e as duas aspira¸c˜oes de stripping situam-se nas extremidades do tanque, uma
Figura 9: Linhas de fundo.
bombordo e outra a estibordo.
A aspira¸c˜ao tem a forma de um funil invertido e ´e habitualmente designada como “pata de elefante”. A ´area da sec¸c˜ao tranversal inferior da “pata de elefante” deve ser uma vez e meia a da sec¸c˜ao de passagem da linha de carga. Por baixo da “pata de elefante” est˜ao soldadas algumas barras para orienta¸c˜ao e controle do escoamento permitindo reduzir a cavita¸c˜ao nas bombas.
3.1.2 Linhas de Queda
Desde a ´area dos manifold no conv´es, as linhas de queda (drop lines) comunicam as linhas do conv´es com as linhas de fundo, conforme representado na Fig. 10. Estas linhas s˜ao usadas na opera¸c˜ao de carga do navio, permitindo isolar a casa das bombas durante esta opera¸c˜ao. N˜ao obstante a casa das bombas se encontrar isolada da carga, deve ser mantida uma rotina de inspec¸c˜ao e de verifica¸c˜ao da atmosfera pr´evia `a entrada na casa das bombas. Durante a opera¸c˜ao de descarga do navio, as v´alvulas nas linhas de queda devem ser mantidas fechadas.
3.1.3 Encanamentos na Casa das Bombas
Num navio tanque petroleiro, a casa das bombas ´e a zona de comunica¸c˜ao entre os tanques de carga e os manifold onde as linhas do navio s˜ao ligadas `as linhas de terra. As linhas de fundo encaminham o ´oleo at´e `as bombas de carga.
Podemos considerar a casa das bombas dividida em duas partes: uma zona de aspira¸c˜ao e uma zona de descarga, ou de press˜ao. As linhas de fundo terminam nas bombas de carga podendo comunicar pelos crossover existentes. O primeiro crossover depois da zona dos tanques est´a identificado na Fig. 11 como “Crude oil suction -x-over line”. E 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 v´alvula em cada linha, habitualmente designada por v´alvula da antepara porque regra geral se encontra junto da antepara de separa¸c˜ao entre a zona de carga e a casa das bombas.
Do lado de press˜ao das bombas encontra-se uma v´alvula, v´alvula de descarga, de regula¸c˜ao de press˜ao ou de regula¸c˜ao do caudal. A designa¸c˜ao mais pr´opria ser´a como v´alvula de descarga mas as outras s˜ao tamb´em populares. ´E com esta v´alvula que ´e ajustada a contra-press˜ao e o caudal na bomba. ´E recomendado que o arranque da bomba seja realizado com esta v´alvula fechada.
Depois destas v´alvulas as rise lines conduzem o ´oleo para o conv´es.
A casa das bombas aloja ainda outro equipamento para manobra da carga e do lastro. A bomba de lastro ´e exclusivamente dedicada ao lastro segregado. O sistema de lastro segregado ´
e 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 disp˜oe da sua pr´opria caixa de fundo para aspira¸c˜ao e descarga para o mar.
A bomba de stripping tem as suas linhas dedicadas, atrav´es das quais, via stripping cross over, se drenam as ´ultimas frac¸c˜oes de carga nos tanques, nas bombas principais e nas linhas, para terra atrav´es da linha de menor diˆametro no conv´es (linha MARPOL).
3.1.4 Linhas no Conv´es
Quando as rise lines chegam ao conv´es, as suas extens˜oes passam a ser designadas por linhas do conv´es (deck lines). ´E frequente numerar e marcar as linhas de carga no conv´es a partir de um dos bordos do navio. Em cada uma das linhas de carga existe uma v´alvula que permite isolar a linha da casa das bombas, a deck master valve ou cargo master valve (Fig. 12).
Figura 12: Encanamentos no conv´es.
As linhas de carga no conv´es terminam nos manifold crossovers. ´E por estes manifolds que o navio se liga ao terminal por mangueiras ou bra¸cos de carga. A numera¸c˜ao dos manifold est´a de acordo com a linha do conv´es a que pertence. Os manifold crossovers permitem operar trocando linhas de queda, linhas de conv´es ou manifolds, de acordo com que manifolds o navio est´a ligado a terra.
Tamb´em encontramos no conv´es uma linha de carga de menor diˆametro, a linha MARPOL. Esta linha est´a ligada a um manifold j´a depois (no exterior) da v´alvula de manifold. Fica ligada `a “presentation flange”. O objectivo desta linha ´e permitir a drenagem dos tanques, linhas e bombas. ´E importante manter fechada a v´alvula de manifold para prevenir o retorno de produto ao navio.
Nos navios tanque deve estar dispon´ıvel, nos dois bordos do navio, liga¸c˜ao para envio de lastro sujo ou de ´agua contaminada com ´oleo em instala¸c˜oes de recep¸c˜ao em terra.
3.1.5 Linhas de Lavagem de Tanques
Situam-se tamb´em no conv´es as linhas do sistema de lavagem de tanques (Crude Oil Washing). A partir destas linhas principais, estendem-se deriva¸c˜oes para cada uma das m´aquinas 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 obten¸c˜ao de v´arias alternativas na opera¸c˜ao do sistema COW.
Figura 13: Linhas de lavagem dos tanques.
3.1.6 Linhas de G´as Inerte no Conv´es
A partir do selo hidr´aulico no conv´es, as linhas de g´as inerte fazem a distribui¸c˜ao de g´as inerte nos tanques do navio. ´E frequente encontrarmos no final da linhas principal de g´as inerte, junto ao castelo da proa, um mastro de descarga (vent ou master raiser ) para permitir inertizar a linha. A este mastro poder˜ao estar ainda ligadas as descargas das v´alvulas P/V das linhas de g´as inerte.
Figura 14: Encanamentos de g´as inerte.
3.2 V´alvulas
Nos sistemas de tratamento e manobra da carga dos navios tanque petroleiros s˜ao predomi-nantemente utilizadas v´alvulas:
- de cunha; - de globo; - de borboleta.
Figura 15: V´alvulas de borboleta, cunha e globo (da esquerda para a direita).
As v´alvulas de cunha proporcionam uma boa e fi´avel veda¸c˜ao tornam-se no entanto de opera¸c˜ao lenta. S˜ao, por exemplo, utilizadas frequentemente como v´alvulas de costado ou fundo.
As v´alvulas de globo s˜ao tanb´em muito utilizadas. Este tipo de v´alvula ´e habitualmente usado no sistema de press˜ao/v´acuo em que fica e seu cargo o controlo da press˜ao nos tanques. A v´alvula abre quando a press˜ao atinge um certo valor (pressure set-point ) bem como quando um determinado v´acuo (vacuum set-point ) acontece. S˜ao v´alvulas usadas no sistema no sistema de distribui¸c˜ao de g´as inerte. Este tipo de v´alvula pode ser concebida como v´alvula de n˜ ao-retorno, caracter´ıstica vantajosa em algumas aplica¸c˜oes.
Tanto as v´alvulas de cunha como as de globo s˜ao normalmente manobradas manualmente. As v´alvulas de borboleta podem ser operadas manualmente ou hidraulicamente. A facilidade na sua opera¸c˜ao hidr´aulica torna as v´alvulas deste tipo como as mais utilizadas a bordo dos navios-tanque. Outras vantagens decorrentes do seu uso s˜ao a constru¸c˜ao simples, f´acil desmontagem e montagem para manuten¸c˜ao, opera¸c˜ao r´apida e segura. Deficiente veda¸c˜ao resulta normalmente do mau estado dos vedantes circulares ou do actuador hidr´aulico n˜ao fechar completamente a v´alvula.
3.3 Bombas de Carga
De acordo com o seu princ´ıpio de funcionamento, as bombas podem ser classificadas como: - de deslocamento positivo, quando o aumento de press˜ao ´e conseguido `a custa de uma
redu¸c˜ao de volume dispon´ıvel para o l´ıquido:
- alternativas de ˆembolo, rotativas, parafuso, etc.
- dinˆamicas, quando o aumento de press˜ao ´e obtido pela acelera¸c˜ao 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 Centr´ıfugas
A utiliza¸c˜ao de bombas centr´ıfugas como bombas de carga ´e muito frequente nos navios tanque petroleiros. Os principais elementos constituintes de uma bomba centr´ıfuga s˜ao:
- a carca¸ca, corpo ou voluta, normalmente constru´ıdo em ferro fundido, onde est˜ao aloja-das as liga¸c˜oes de aspira¸c˜ao e descarga;
- o veio, em a¸co;
- o impulsor ou rotor, cujo projecto depende das condi¸c˜oes de funcionamento pretendidas e ´e obtido normalmente por fundi¸c˜ao;
- os rolamentos ou chumaceiras que suportam as cargas axiais e radiais originadas pelo movimento do rotor;
- retentores de veda¸c˜ao, ou bucins mecˆanicos, para veda¸c˜ao do veio onde este atravessa o corpo da bomba.
Figura 16: Elementos constituintes de uma bomba centr´ıfuga.
Os impulsores das bombas centr´ıfugas podem ser do tipo aberto, semi-aberto ou fechado.
Figura 17: Impulsor fechado (`a esquerda), semi-aberto (ao centro) e aberto (`a direita). O princ´ıpio de funcionamento das bombas centr´ıfugas pode ser descrito da seguinte forma:
- O impulsor transmite energia cin´etica ao l´ıquido;
- Cerca de 50 % desta energia ´e convertida na voluta em energia potencial (press˜ao, altura de coluna de l´ıquido);
- Quando o fluido percorre as p´as do rotor cria-se uma zona de press˜ao reduzida na entrada; - A press˜ao atmosf´erica ou a press˜ao do sistema e a press˜ao est´atica de l´ıquido actuam na
aspira¸c˜ao da bomba obrigando o l´ıquido a entrar no seu corpo;
- Esta press˜ao de admiss˜ao, acrescida da press˜ao criada pelo movimento do impulsor na voluta, produz o fluxo de l´ıquido.
Figura 18: Princ´ıpio de funcionamento das bombas centr´ıfugas.
As principais vantagens na utiliza¸c˜ao de bombas centr´ıfugas resultam do facto de este tipo de bombas proporcionar um caudal cont´ınuo de l´ıquido, exigir pequeno bin´ario de arranque e potˆencia uniforme durante o funcionamento.
De uma forma geral, pode-se referir que as bombas centr´ıfugas apresentam: - simplicidade de constru¸c˜ao, compacta e leve;
- poucas pe¸cas m´oveis, ausˆencia de v´alvulas e de componentes com movimento alternativo; - ausˆencia de tolerˆancias muito rigorosas;
- pequenas perdas de potˆencia na transmiss˜ao; - caudal constante;
- funcionamento em vazio sem aumento significativo de press˜ao; - ausˆencia de contacto do lubrificante com o fluido;
- vida prolongada e custo razo´avel; - poucas avarias e f´acil manuten¸c˜ao.
Figura 19: Bombas com aspira¸c˜ao simples ou dupla.
Um tipo particular de bomba centr´ıfuga, mais frequente em navios tanque qu´ımicos e de transporte de gases liquefeitos, mas que tamb´em podemos encontrar em navios tanque petroleiros ´e a bomba deepwell. Estas bombas, tamb´em centr´ıfugas (ver Fig. 20), funcionam imersas no tanque de carga. Neste caso o accionamento da bomba ´e normalmente do tipo hidr´aulico e feito a partir do conv´es, Fig. 21.
Figura 20: Representa¸c˜ao em corte de uma bomba centr´ıfuga do tipo deepwell.
Figura 21: Accionamento de uma bomba do tipo deepwell.
3.3.2 Curvas de Funcionamento
Os principais dados caracter´ısticos relativos a uma bomba centr´ıfuga s˜ao:
- a sua capacidade (ou seja, o seu caudal nominal, normalmente expresso em m3/h); - a press˜ao correspondente a um dado caudal, expresso em MPa, kPa, bar, metros de
coluna de l´ıquido ;
- a potˆencia exigida ao seu accionamento, W, kW.
As curvas caracter´ısticas s˜ao curvas que relacionam a altura manom´etrica e o caudal de uma bomba a velocidade constante, como as representadas na Fig. 22. A altura manom´etrica ´
e a energia fornecida `a unidade de peso de fluido em escoamento. Desprezando as varia¸c˜oes de energia cin´etica e de energia potencial grav´ıtica, temos:
H = p2− p1
designando por p2 e p1 a press˜ao na descarga e na aspira¸c˜ao da bomba, respectivamente, e γ
o peso espec´ıfico do fluido.
Figura 22: Curva caracter´ıstica altura/caudal.
Dependendo da geometria das p´as do rotor esta rela¸c˜ao pode apresentar diversas formas. Evolu¸c˜oes quase planas ou caindo abruptamente como nas linhas a tracejado n˜ao s˜ao regra geral desej´aveis excepto para aplica¸c˜oes especiais. A situa¸c˜ao normal ´e a de uma redu¸c˜ao suave da altura de eleva¸c˜ao com o caudal conforme representado pela linha a cheio. As curvas caracter´ısticas completas incluem ainda as curvas do rendimento da bomba, da potˆencia absorvida e a indica¸c˜ao do N P SHr.
A viscosidade do l´ıquido provoca uma altera¸c˜ao na curva caracter´ıstica da bomba. A tendˆencia resultante de um aumento da viscosidade do l´ıquido pode ser visto qualitativamente na Fig. 23.
Figura 23: Influˆencia da viscosidade.
Para al´em da rela¸c˜ao altura-caudal, as curvas de desempenho da bomba permitem rela-cionar o caudal com a potˆencia, o rendimento e com o N P SHr, conforme representado na
Fig. 24.
A potˆencia ´util corresponde `a energia absorvida pelo fluido ao escoar-se atrav´es da bomba:
Figura 24: Curvas de desempenho de uma bomba.
em que ˙V ´e o caudal vol´umico do escoamento. Designando por rendimento global η, o rendi-mento que considera as perdas volum´etricas, hidr´aulicas e mecˆanicas, a potˆencia de acciona-mento exigida pela bomba ´e dada por:
N = Nu η =
γ ˙V H
η (3)
3.3.3 Cavita¸c˜ao
A sigla N P SH resulta do inglˆes “Net Positive Suction Head” que, traduzido literalmente para portuguˆes significa altura l´ıquida positiva na aspira¸c˜ao. Esta vari´avel ´e extremamente importante para o desempenho de uma bomba centr´ıfuga.
Deve ser considerado o N P SH da bomba, N P SHr (r de requerido), e o N P SH da
instala¸c˜ao, N P SHd (d de dispon´ıvel). Ent˜ao:
- o N P SHr ´e uma caracter´ıstica da bomba, determinada pelo seu projecto e atrav´es de
ensaios. ´E a altura manom´etrica necess´aria para fazer chegar o l´ıquido a toda a parte de aspira¸c˜ao e vencer as perdas por atrito desde a boca de aspira¸c˜ao da bomba at´e `as p´as do rotor e para aumentar a velocidade do l´ıquido. Este ´e um dado do fabricante que deve ser obrigatoriamente fornecido com as curvas caracter´ısticas.
l´ıquido tem na boca de aspira¸c˜ao da bomba acima da sua press˜ao de vapor:
N P SHd= Ha− Hv+ Hs− Hf (4)
em que,
- Ha ´e a press˜ao atmosf´erica/absoluta, em m de coluna de l´ıquido;
- Hv: press˜ao de vapor do l´ıquido `a temperatura de bombagem, em m de coluna de
l´ıquido;
- Hs: altura geom´etrica ou hidrost´atica acima ou abaixo do eixo da bomba, em m;
- Hf: perdas na aspira¸c˜ao, tubagem e acess´orios `a velocidade de projecto, em m de
coluna de l´ıquido.
Uma das consequˆencias de a instala¸c˜ao n˜ao garantir o suficiente N P SHd(superior, e com
margem de seguran¸ca, ao N P SHr) ´e a ocorrˆencia do fen´omeno da cavita¸c˜ao. A cavita¸c˜ao
´
e o fen´omeno associado `a forma¸c˜ao e colapso, por condensa¸c˜ao s´ubita, de bolhas de vapor num l´ıquido. As bolhas de vapor s˜ao formadas quando a press˜ao est´atica local do l´ıquido em movimento diminui at´e atingir um valor igual ou inferior ao da press˜ao do vapor desse l´ıquido a essa temperatura.
Quando a bolha se desloca, acompanhando o caudal de l´ıquido, para uma zona do es-coamento sujeita a uma press˜ao superior, o seu colapso ocorrer´a rapidamente. A implos˜ao causa uma onda de choque de grande intensidade que, ocorrendo repetidamente, vai originar a progressiva eros˜ao (ver Fig. 25) ou eventualmente at´e a fractura do rotor.
Figura 25: Forma¸c˜ao e colapso das bolhas de vapor e a eros˜ao do impulsor devida `a cavita¸c˜ao. O fen´omeno da cavita¸c˜ao, conforme j´a referido extremamente nocivo para o funcionamento das bombas centr´ıfugas, manifesta-se:
- um ru´ıdo caracter´ıstico, “como se estivesse a passar areia pela bomba”; - vibra¸c˜ao anormal;
- redu¸c˜ao da altura de eleva¸c˜ao e da capacidade.
3.3.4 Associa¸c˜ao de Bombas
Para satisfazer as necessidades de uma aplica¸c˜ao, quer em termos da altura de eleva¸c˜ao, quer em termos do caudal, ocorrem frequentemente nas instala¸c˜oes de climatiza¸c˜ao associa¸c˜oes de
bombas centr´ıfugas. Estas associa¸c˜oes de bombas, conforme o objectivo pretendido podem ocorrer em paralelo ou em s´erie.
Funcionamento em Paralelo
A associa¸c˜ao de bombas com a mesma capacidade em paralelo multiplica o caudal mantendo-se a mesma press˜ao (Fig. 26). Este tipo de aplica¸c˜ao ocorre quando ´e necess´ario um grande cau-dal com press˜ao relativamente baixa ou para sistemas que exigem caudais vari´aveis permitindo-se assim parar as unidades quando conveniente. As caracter´ısticas das bombas associadas em paralelo devem ser iguais.
Figura 26: Funcionamento em Paralelo.
Funcionamento em S´erie
A associa¸c˜ao de bombas em s´erie aumenta a press˜ao com o mesmo caudal (Fig. 27), cor-respondente a uma delas. Este tipo de associa¸c˜ao ´e apropriado para sistemas que requerem press˜oes elevadas com caudais relativamente baixos.
A circula¸c˜ao de um l´ıquido numa rede hidr´aulica, que compreende uni˜oes diversas, v´alvulas e permutadores de calor requer uma press˜ao capaz de vencer as perdas de carga devidas `a velocidade, ou a altura dinˆamica (geralmente pouco significativa), as perdas de press˜ao devidas ao atrito e superar a press˜ao est´atica. Assim, por toda a rede de tubagem, a altura do sistema ´
e soma alg´ebrica da press˜ao est´atica na aspira¸c˜ao 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 press˜ao do em fun¸c˜ao do caudal surge uma curva (curva caracter´ıstica do sistema) de forma parab´olica como se pode ver na Fig. 28.
Uma dada bomba centr´ıfuga funciona de acordo com a sua pr´opria caracter´ıstica altura-caudal. O caudal fornecido pela bomba ´e determinado pela intersec¸c˜ao das curvas carac-ter´ısticas da bomba e do sistema (ponto 1 da Fig.). Se, actuando numa v´alvula 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 circula¸c˜ao do l´ıquido reduzindo as perdas de carga. Em alternativa, o mesmo caudal poder´a ser obtido aumentando a velocidade de rota¸c˜ao da bomba ou aumentando o diˆametro do rotor da bomba tendo-se passado assim para a curva caracter´ıstica altura-caudal da bomba representada a tracejado que cruza a caracter´ıstica do sistema no ponto 4.
A selec¸c˜ao de uma bomba deve resultar de uma an´alise cuidada das condi¸c˜oes de funcio-namento pretendidas e baseando-se nas curvas caracter´ısticas fornecidas pelo fabricante. De uma forma geral, as bombas est˜ao projectadas para que funcionem com pleno rendimento na
Figura 27: Funcionamento em S´erie.
Figura 28: Curvas caracter´ısticas da bomba e do sistema.
zona m´edia da sua curva caracter´ıstica altura-caudal. A selec¸c˜ao no ponto de m´aximo rendi-mento ou ligeiramente deslocado para a esquerda contribui para reduzir o ru´ıdo e as vibra¸c˜oes produzidas. A selec¸c˜ao demasiado distanciado para a direita do ponto de m´aximo rendimento deve ser evitado para reduzir a possibilidade de ocorrˆencia de cavita¸c˜ao devida ao aumento do N P SHr.
3.3.5 Instala¸c˜ao
Na instala¸c˜ao de uma bomba centr´ıfuga devem ser tidos em considera¸c˜ao, entre outros, os seguintes aspectos:
Figura 29: Curvas caracter´ısticas de uma fam´ılia de bombas.
Figura 30: Instala¸c˜ao de bombas centr´ıfugas.
- o diˆametro da tubagem de aspira¸c˜ao pode ser superior ao da entrada na bomba mas a redu¸c˜ao na aspira¸c˜ao da bomba deve ser excˆentrica para que a superf´ıcie superior da tubagem permane¸ca alinhada;
- na tubagem de aspira¸c˜ao n˜ao deve ter pontos elevados onde o ar ou vapor se possa acumular;
- deve ser montada uma v´alvula de reten¸c˜ao na descarga da bomba;
- os suportes das liga¸c˜oes da tubagem de aspira¸c˜ao e descarga devem ser independentes e n˜ao devem exercer esfor¸cos sobre a bomba (Fig. 31).
Figura 31: Suportes na tubagem de uma bomba.
3.4 Drenagem dos Tanques
Para al´em de uma bomba de dreno e de um ou mais ejectores, os navios tanque est˜ao equi-pados com um sistema vacuum stripping que d´a `as bombas de carga a capacidade de manter a aspira¸c˜ao mesmo com uma pequena quantidade de carga nos tanques. Na Fig. 32 est´a representado de forma esquem´atica um exemplo de um destes sistemas.
3.5 Aquecimento da Carga
Para al´em dos sistemas de manobra j´a descritos, o navio tanque deve dispor dos sistemas de aquecimento necess´arios para o transporte de algumas cargas.
As frac¸c˜oes mais pesadas, como por exemplo o HFO, quando frias tornam-se demasiado viscosas. Por forma a que estes produtos possam ser carregados e descarregados atempada-mente, ´e necess´ario mantˆe-los aquecidos.
O com´ercio de produtos petrol´ıferos ´e actualmente t˜ao diversificado que os navios tanque podem numa viagem estar a operar em ´aguas tropicais e, na viagem seguinte operar no ´Arctico. ´
E portanto necess´ario que os navios tanque disponham de um sistema de aquecimento de carga capaz de fazer face a condi¸c˜oes extremas.
Dado que um navio tanque carregado tem reduzido bordo livre, a temperatura da ´agua do mar em que singra o navio ´e da maior importˆancia. ´Aguas frias reduzem rapidamente a temperatura da carga tornando o processo de aquecimento da carga muito mais exigente. O aquecimento da carga nos tanques ´e feito com vapor. Cada tanque tem, para cada serpentina, v´alvulas 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 ´
e necess´ario aquecer a carga, ´e aberto vapor a cada um dos tanques de carga aquecendo o produto que se encontra na sua vizinhan¸ca. O ´oleo aquecido sobe no tanque gerando uma circula¸c˜ao 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 s˜ao facilmente transfeg´aveis. No caso dos ´
oleos lubrificantes, com grande diversidade quanto `a sua estabilidade, densidade e viscosidade, devem ser atendidas instru¸c˜oes espec´ıficas para o seu aquecimento.
3.6 Descarga e Ventila¸c˜ao
Para evitar a excessiva perda de carga por evapora¸c˜ao, e controlar a descarga para a atmosfera de vapores perigosos, os tanques devem dispor tamb´em de um sistema de descarga e ventila¸c˜ao apropriado. Os sistemas de descarga e ventila¸c˜ao dos tanques de carga s˜ao completamente segregados da ventila¸c˜ao dos outros compartimentos do navio. O arranjo e a posi¸c˜ao das aberturas dos tanques de carga no conv´es, das quais possam ocorrer descargas de vapores inflam´aveis, deve ser tal que previna a entrada em espa¸cos fechados, ou a sua acumula¸c˜ao junto de m´aquinas e equipamentos no conv´es que possam actuar como fonte de inflama¸c˜ao.
No cap´ıtulo II-2 da SOLAS, a regra 59 define normas a verificar quanto ao projecto dos sistemas de descarga de vapores e ventila¸c˜ao dos tanques de carga dos navios tanque petrolei-ros.
O sistema de descarga e ventila¸c˜ao dos tanques deve ser projectado e operado por forma a assegurar que n˜ao s˜ao atingidos os valores limite de press˜ao e de v´acuo no tanque:
- pelo escoamento de pequenas quantidades de vapores, ar ou g´as inerte em resultado de varia¸c˜ao das condi¸c˜oes t´ermicas atrav´es das v´alvulas P/V;
- pelo escoamento de grandes quantidades de vapores, ar ou g´as inerte durante as opera¸c˜oes de carga e lastro ou descarga.
O sistema de ventila¸c˜ao pode ser independente para cada tanque de carga ou combinado com outros tanques e pode ainda incorporar encanamentos do sistema de g´as inerte. Quando
Figura 33: V´alvula P/V num tanque de carga.
a ventila¸c˜ao ´e comum a v´arios tanques, v´alvulas, ou outros meios admiss´ıveis para o efeito, dever˜ao proporcionar condi¸c˜oes de isolamento em seguran¸ca (with locking devices) de qualquer um dos tanques. Em qualquer situa¸c˜ao, dever´a continuar a ser permitido o escoamento atrav´es das v´alvulas P/V causado pela varia¸c˜ao das condi¸c˜oes t´ermicas no tanque.
3.7 Instrumenta¸c˜ao
3.7.1 Sondas
Sondas de Flutuador
Neste tipo de equipamentos, o sensor de n´ıvel ´e um flutuador. Nas sondas mecˆanicas de flutuador, o movimento resulta da impuls˜ao da b´oia e de uma for¸ca originada por um meca-nismo de equil´ıbrio. A leitura do n´ıvel de l´ıquido no tanque ´e feita numa fita que acompanha o movimento do flutuador, conforme representado na Fig. 34.
Figura 34: Sonda mecˆanica de flutuador.
Sondas de Accionamento El´ectrico
Neste tipo de sondas, representado esquematicamente na Fig. 35, o elemento sensor detecta a superf´ıcie livre do l´ıquido e acompanha as varia¸c˜oes de n´ıvel por meio de um servomecanismo. A indica¸c˜ao de n´ıvel pode ser feita por diversos m´etodos mecˆanicos ou el´ectricos. A cabe¸ca
da sonda permite normalmente detectar a superf´ıcie livre e indicar `a unidade de controlo a distˆancia desde essa superf´ıcie. A unidade de controlo vai ent˜ao procurar manter constante esta distˆancia atrav´es do accionamento do motor el´ectrico de accionamento do tambor de armazenagem da fita.
Figura 35: Sonda de accionamento el´ectrico.
Sondas Capacitivas
Estas sondas avaliam o n´ıvel de l´ıquido por compara¸c˜ao da capacidade el´ectrica de um ele-mento parcialmente submerso com a capacidade de um eleele-mento semelhante, completamente submerso. Na Fig. 36 est´a representada esquematicamente uma sonda deste tipo. O detector compara o elemento “D” parcialmente submerso com o elemento totalmente submerso “C”. S˜ao tamb´em contados os elementos completamente submersos permitindo assim a avalia¸c˜ao do n´ıvel no tanque.
Figura 36: Sonda capacitiva.
Sondas Pneum´aticas ou Hidr´aulicas
do tanque. As altera¸c˜oes de press˜ao s˜ao transmitidas de forma electr´onica, pneum´atica ou hidr´aulica para uma localiza¸c˜ao remota. Um exemplo de uma sonda deste tipo, em que ´e usado um tubo capilar para a transmiss˜ao da informa¸c˜ao est´a representado esquematicamente na Fig. 37.
Figura 37: Sonda hidr´aulica.
Sondas Radar
Existem v´arios tipos de sondas que usam o mesmo pr´ıncipio de funcionamento. As mais vulgares (Saab Tank Radar na Fig. 38) medem o intervalo de tempo entre uma emiss˜ao de sinal e a recep¸c˜ao da sua reflec¸c˜ao na superf´ıcie livre. Os instrumentos montados no topo do tanque medem o espa¸co vazio do tanque e, quando colocados no fundo do tanque avaliam a altura de l´ıquido. Este princ´ıpio de funcionamento est´a representado na Fig. 39.
Figura 38: Sondas do tipo Saab Tank Radar.
Sondas Radioactivas
O princ´ıpio de funcionamento deste tipo de sondas baseia-se na atenua¸c˜ao da radia¸c˜ao provocada pelo l´ıquido. A Fig. 40 mostra trˆes possibilidades de utiliza¸c˜ao deste princ´ıpio de funcionamento.
Figura 39: Pr´ıncipio de funcionamento das sondas tipo radar.
