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PIAS
a COMPATIBILIDADE COM O GEDOC
REV FEITO VISTO DATA APROV ALTERAÇÕES
Companhia Energética de Minas Gerais
PROJ.
IPGC/AAR
VISTO
DIS
TR.
QTD
E/TI
PO
ÓR
GÃO
DES.
APROV.
MERP 39737
22000-ER/SE-5258 Rev.”a"
CONF.
DATA
16/02/2004
CAIXA SEPARADORA ÁGUA/ÓLEO – DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
Memória de Cálculo FOLHA 1 / 15
ARQ
22.000ER/SE-5258 - 2 / 15-
SUMÁRIO
1. OBJETIVO
2. FINALIDADE DO SISTEMA
3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA
4. PREMISSAS DE CÁLCULO
5. CÁLCULOS
5.1 DADOS BÁSICOS
5.2 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO
5.3 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA
5.4 CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR
5.5 CÁLCULO DO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO
5.6 RESUMO DIMENSIONAL
5.7 DESENHO ESQUEMÁTICO
6. EXEMPLO
6.1 DADOS BÁSICOS
6.2 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO
6.3 CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA
6.4 CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR
6.5 CÁLCULO DO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO
6.6 RESUMO DIMENSIONAL
22.000ER/SE-5258 - 3 / 15-
1. OBJETIVO
Esta Memória de Cálculo tem o objetivo de dimensionar o Tanque Separador Água/Óleo
Isolante para os equipamentos de grande volume de óleo instalados em Subestações da CEMIG.
2. FINALIDADE DO SISTEMA
O sistema de separação tem por finalidade fazer a separação da água e do óleo isolante,
derramado nas “bacias de contenção” existentes abaixo dos equipamentos, no caso de acidente, ou
manutenção.
3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA
O óleo isolante derramado de um dos equipamentos será drenado para um tanque Separador
de Água/Óleo Isolante.
O tanque separador de água/óleo isolante será construído em concreto, com revestimento de
material impermeável ao óleo. Terá capacidade suficiente para conter todo o volume de óleo do
maior equipamento e capacidade para separar o óleo que vazar, misturado à água de chuva
drenada e SPCI.
4. PREMISSAS DE CÁLCULO
Para o cálculo do Sistema Separador Água/Óleo Isolante foram considerados os seguintes
dados:
• Número de equipamentos
• Área total das bacias coletoras
• Volume de Óleo Isolante do maior equipamento
• Densidade do Óleo: 860 kg/m³
• Tempo de Escoamento do Óleo do Transformador: 0,25 h (15 min)
• Índice Pluviométrico:
1. precipitação com duração de 5 min. e período de retorno de 10 anos
2. precipitação com duração de 24 h e período de retorno de 100 anos
22.000ER/SE-5258 - 4 / 15-
Para realização dos cálculos foram utilizadas as definições dos seguintes documentos e
normas:
• API – 421: Monographs on Refinery Environmental Control – Management Of Water
Discharge (Design and Operation of Oil-Water Separators)
• Critérios Básicos de Projeto para Resíduos de Óleo – CEMIG
• Legislação: Deliberação Normativa Nº 010, de 16/12/1986 – Qualidade das águas -
Lançamento de Efluentes
• Política Interna da CEMIG – Diretrizes para a Adequação Ambiental
Para o cálculo final, a vazão total será considerada como a vazão de óleo somada com a vazão
de água devido à chuva e ao SPCI.
5. CÁLCULOS
5.1. DADOS BÁSICOS
Área total das bacias (Ab)
5.2. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO
Vazão Média de Óleo do equipamento:
Q1 = Vol / Te (l/s)
Onde: Q1 = Vazão média de óleo do equipamento
Vol = Volume de óleo do equipamento maior equipamento
Te = Tempo de Drenagem = 0,25 h = 900 s
5.3. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA
Vazão Água de Chuva
Qc = Ip1 x Ab (l/s)
Onde: Ip1 = Precipitação com Tp = 5 min e TR=10 anos (mm)
22.000ER/SE-5258 - 5 / 15-
Tp = Duração da precipitação
Ab = Área total das bacias coletoras (m²)
5.4. CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR
a) Vazão Total do Sistema Separador
A vazão total afluente para o Tanque Separador Água/ Óleo Isolante será:
Qt = Q1 + Qc
Onde: Qt = Vazão Total
Q1 = Vazão de Óleo
Qc = Vazão de Água de Chuva
b) Diâmetro do Coletor de Drenagem
Diâmetro calculado do Tubo de Esgotamento
D = ((n x Qt)/(0,312 x (i)1/2 ))3/8
Onde: n = 0,013 para MBV
Qt = Vazão de Água e Óleo
i = Declividade = 1,0% = 0,01m/m
O diâmetro interno do tubo será aquele com diâmetro comercial imediatamente superior ao
definido pela fórmula acima.
5.5. CÁLCULO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO
a) Cálculo do Tanque Separador
A água e o óleo terão as seguintes características:
Viscosidade da Água a 30ºC (µa): 0,0008 poises
Densidade da Água a 30ºC (ρa): 996 kg/m³
22.000ER/SE-5258 - 6 / 15-
Densidade do Óleo (ρo): 860 kg/m³
Diâmetro da Menor Partícula de Óleo a Ser Removida (d): 0,015 cm
b) Cálculo da Velocidade de Ascenção
Vo = (g / (18 x µa)) x (ρa – ρo) x d²
g = Gravidade
c) Cálculo da Velocidade Horizontal
A velocidade horizontal deverá ser :
Vh = 15 x Vo e menor que 0,01524 m/s
d) Cálculo da Seção Transversal do Tanque será:
Qe = Qt
AT = Qe / Vh e menor que 14,4 m²
B = 0,4) / (AT com Largura Máxima de 6,0 m
h = 0,41 x B
Onde: AT = Área Transversal
B = Largura do Modulo de Separação
h = Altura do vertedouro
e) Cálculo do Comprimento da Caixa Separadora
Nova velocidade de acordo com a largura e profundidade da caixa.
Vhc = Qe / B x h e menor que 0,01524
LCSP = Ft x (Vhc / Vo) x h
22.000ER/SE-5258 - 7 / 15-
Ft = tabelado (Ref. API – 421)
Onde: Ft = Fator de Turbulência e curto circuito
Vhc = Velocidade de Escoamento na Câmara Corrigido (m/s)
Vo = Velocidade ascensional do óleo (m/s)
f) Cálculo do comprimento Mínimo da Câmara de Entrada
tD = 60s = Tempo de detenção
LCE = tD x Vhc
g) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara de Entrada para a Câmara Separadora
VCSP = Vhc x 3
a = Qe / (VCSP x B)
Onde: VCSP = Velocidade de Escoamento na Câmara de Entrada
a = Altura do Flange de Passagem para a Câmara Separadora
h) Cálculo do Comprimento da Caixa de Saída
A caixa de saída deverá ter o mesmo comprimento da caixa de entrada.
LCS = LCE
i) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara Separadora para a Câmara de Saída
VSCS = Vhc x 3,5
f = Qe / (VSCS x B)
Onde: VSCS = Velocidade de Escoamento na Câmara de Saída
f = Altura do Flange de Passagem para a Câmara de Saída e do Septo Interno
22.000ER/SE-5258 - 8 / 15-
j) Cálculo da Distância Mínima do Septo Interno à Câmara Separadora
LSEPT = 20 x VCSP
k) Cálculo do Vertedouro de Saída da Câmara de Saída
Para Vertedouro Retangular de Parede Delgada
ya = 3 2
e B)) x (1,838 / (Q
ya = Altura de Liquido na Saída do Vertedouro
l) Determinação da Altura do Tubo de Entrada
C = a + (h – f + ya) / (ρo / ρa)
m) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime de Escoamento à Vazão
Máxima
ρa x g (h + ya) = ρo x g x ho + ρa x g x ha
ha = (ρa x (h + ya) - ρo x ho)/ ρa
ha = (h + ya) - δ x ho
ho = Vo / AH
AH = B x (L + LSEPT)
Onde: ha = Altura de Água na Câmara de Separação
ho = Altura de Óleo na Câmara de Separação
22.000ER/SE-5258 - 9 / 15-
n) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime Estático
ha = h - δ x ho
ho = Vol / AH
o) Verificação da Altura da Passagem de Água entre a Câmara de Entrada e a Câmara de
Separação e entre a Câmara de Separação e a Câmara de Saída
Para Regime de Vazão Máxima a < ha / 2
Para Regime Estático f < ha / 2
p) Cálculo da Altura total da caixa
C + D + 0,10
Ht >
ha + ho + 0,10
10cm de folga
q) Verificação do tempo de detenção
td = (Lcsp x ha x B)/ Q1,100 ≥ 24 horas
Onde: Q1,100 = Vazão para chuva com 1 dia de duração e período de retorno de 100 anos
r) Comprimento total da caixa
Lt = Lce + Lsept + Lcsp + Lcs
22.000ER/SE-5258 - 10 / 15-
5.6. RESUMO DIMENSIONAL DA CAIXA SEPARADORA
5.7. DESENHO ESQUEMÁTICO:
Resumo dimensional da caixa separadoraDescrição SímboloLargura da caixa BAltura do vertedouro hAltura total da caixa HtComprimento da câmara de entrada LceComprimento da câmara de saída LcsDistância do septo interno à câmara separadora LseptComprimento da câmara separadora LcspComprimento total da caixa LtDiâmetro do tubo de entrada eAltura da geratriz inferior do tubo de entrada CPassagem para câmara separadora aPassagem para câmara de saída f
22.000ER/SE-5258 - 11 / 15-
6. EXEMPLO
6.1. DADOS BÁSICOS
Ab = 100 (m²)
6.2. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÓLEO
Vol = 17,9 (m³)
Q1 = 17,9 / 900 = 0,01989 (m³/s)
6.3. CÁLCULO DA VAZÃO DE ÁGUA
Ip1 = 21 (mm)
Tp = 300 (s)
Qc = 21 x 100 / 300 / 1000 = 0,007 (m³/s)
6.4. CÁLCULO DA VAZÃO DO SISTEMA SEPARADOR
a) Vazão Total do Sistema Separador
Qt = 0,01989 + 0,007 = 0,02689 (m³/s)
b) Diâmetro do Coletor de Drenagem
D = ((0,013 x 0,02689)/(0,312 x (0,01)1/2 ))3/8 = 0,186 m
Dadotado = 0,20 m
22.000ER/SE-5258 - 12 / 15-
6.5. CÁLCULO TANQUE SEPARADOR ÁGUA/ÓLEO
a) Cálculo do Tanque Separador
µa = 0,0008 poises
ρa = 996 kg/m³
ρo = 860 kg/m³
d = 0,00015 cm
b) Cálculo da Velocidade de Ascenção
Vo = (9,8/(18 x 0,0008)) x (996 – 860) x (0,00015)2 = 0,00208 (m/s)
c) Cálculo da Velocidade Horizontal
Vh = 15 x 0,00208 = 0,03127 (m/s) > 0,01524 (m/s)
Assim:
Vh adotado = 0,01524 (m/s)
d) Cálculo da Seção Transversal do Tanque será:
Qe = 0,02689 (m/s)
AT = 0,02689 / 0,01524 = 1,76 (m²) < 14,4 (m²) OK
AT adotado = 2,00 (m²)
B = 0,4) / (1,76 = 2,24 (m) < 6,0 (m) OK
Badotado = 3,10 (m)
h = 0,41 x 3,10 = 1,27 (m)
22.000ER/SE-5258 - 13 / 15-
e) Cálculo do Comprimento da Caixa Separadora
Vhc = 0,02689 / 3,10 x 1,27 = 0,00682 (m/s) < 0,01524 (m/s) OK
Ft = 1,53
LCSP = 1,53 x (0,00682 / 0,00208) x 1,27 = 6,37 (m)
LCSP adotado = 7,10 (m)
f) Cálculo do comprimento Mínimo da Câmara de Entrada
tD = 60 (s)
LCE = 60 x 0,00682 = 0,41 (m)
LCE adotado = 0,50 (m)
g) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara de Entrada para a Câmara Separadora
VCSP = 0,00682 x 3 = 0,02047 (m/s)
a = 0,02689 / (0,02047 x 3,1) = 0,42 (m)
aadotado = 0,30 (m)
h) Cálculo do Comprimento da Caixa de Saída
LCS = 0,50 (m)
22.000ER/SE-5258 - 14 / 15-
i) Cálculo da Seção de Transferência da Câmara Separadora para a Câmara de Saída
VSCS = 0,00682 x 3,5 = 0,02389 (m/s)
f = 0,02689 / (0,02389 x 3,10) = 0,36 (m)
fadotado = 0,30 (m)
j) Cálculo da Distância Mínima do Septo Interno à Câmara Separadora
LSEPT = 20 x 0,02047 = 0,41 (m)
LSEPT adotado = 0,50 (m)
k) Cálculo do Vertedouro de Saída da Câmara de Saída
ya = 3 23,10)) x (1,838 / (0,02689 = 0,03 (m)
l) Determinação da Altura do Tubo de Entrada
C = 0,30 + (1,27 – 0,30 + 0,03) / (860 / 996) = 1,46 (m)
Cadotado = 1,46 (m)
m) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime de Escoamento à Vazão
Máxima
AH = 3,10 x (7,00 + 0,45) = 23,10 (m²)
ho = 17,9 / 23,10 = 0,78 (m)
ha = (1,27 + 0,02813) – 860 / 1000 x 0,78 = 0,63 (m)
n) Cálculo da Altura de Água na Câmara de Separação em Regime Estático
ha = 1,27 – 860 / 1000 x 0,78 = 0,60 (m)
22.000ER/SE-5258 - 15 / 15-
o) Verificação da Altura da Passagem de Água entre a Câmara de Entrada e a Câmara de
Separação e entre a Câmara de Separação e a Câmara de Saída
a = 0,30 < 0,63 / 2 = 0,32 OK
f = 0,30 < 0,60 / 2 = 0,30 OK
p) Cálculo da Altura total da caixa
0,63 + 0,78 + 0,10 = 1,51 (m)
Ht >
1,46 + 0,20 + 0,10 = 1,76 (m)
Ht adotado = 1,76 (m)
q) Verificação do tempo de detenção
Q1,100 = 160 x 100 / 24 / 1000 = 0,667 m3/h
td = (8,60 x 0,60 x 3,10) / 0,667 = 24 h ≥ 24 h OK
r) Comprimento total da caixa
Lt = 0,50 + 0,50 + 7,10 + 0,50 = 8,60
6.6. RESUMO DIMENSIONAL DA CAIXA SEPARADORA
Resumo dimensional da caixa separadoraDescrição Símbolo Dimensão (m)Largura da caixa B 3,10Altura do vertedouro h 1,27Altura total da caixa Ht 1,76Comprimento da câmara de entrada Lce 0,50Comprimento da câmara de saída Lcs 0,50Distância do septo interno à câmara separadora Lsept 0,50Comprimento da câmara separadora Lcsp 7,10Comprimento total da caixa Lt 8,60Diâmetro do tubo de entrada e 0,20Altura da geratriz inferior do tubo de entrada C 1,46Passagem para câmara separadora a 0,30Passagem para câmara de saída f 0,30