Apostila Vasos de Pressão

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  • PROJETO MECNICO

    VASOS de PRESSO

    e

    TROCADORES DE CALOR CASCO e TUBOS

    Carlos Falco

  • Apresentao

    A finalidade deste texto fornecer orientao bsica e interpretao dos tpicos que mais causam dvidas, alm de incluir os assuntos que no so apresentados nos principais cdigos de projeto de vasos de presso e trocadores de calor casco e tubos, necessrios ao correto dimensionamento mecnico destes equipamentos. A apresentao est feita em dezesseis sees, cada uma tratando de um assunto especfico. Para evitar que se tornasse demasiadamente extenso e repetitivo, no foram incorporados, a no ser quando absolutamente necessrios compreenso, os grficos, frmulas, figuras e tabelas constantes dos cdigos de projeto e de artigos de emprego consagrado e universal, tais como, os critrios de avaliao de tenses localizadas em bocais, publicados pelo WRC Boletins 107 e 297. claro que, devido dinmica das normas e cdigos de projeto, incorporando periodicamente alteraes e complementaes, necessrio consult-los nas suas ltimas edies. Maio de 2002

    Texto registrado sob o nmero 65030 no Escritrio de Direitos Autorais do Ministrio da Cultura

    i

  • Sumrio

    1. Critrios e Cdigos de Projeto ................................................................................... 1 1.1 ASME Section VIII, Division 1 Rules for Construction of Pressure Vessels........... 1 1.2 ASME Section VIII, Division 2 Rules for Construction of Pressure Vessels

    Alternative Rules ...................................................................................................... 3 1.3 ASME Section VIII, Division 3 Rules for Construction of Pressure Vessels

    Alternative Rules for High Pressure Vessels ............................................................ 4 1.4 Critrios para escolha entre Diviso 1 e Diviso 2.................................................... 5 1.5 BS-5500 British Standard Specifications for Unfired fusion welded

    pressure vessels....................................................................................................... 6 1.6 AD-Merkbltter ......................................................................................................... 6 1.7 Comparao de dimensionamento entre ASME Seo VIII, Divises 1 e 2,

    BS-5500 e AD-Merkbltter........................................................................................ 7 2. Categorias, Combinao e Limites de Tenses ..................................................... 9

    2.1 Tenses primrias.(Pm, Pb e PL) ............................................................................... 9 2.2 Tenses secundrias (Q) ......................................................................................... 10 2.3 Tenses de pico (F) ................................................................................................. 10 2.4 Combinao e limites de intensidade de tenses .................................................... 11

    3. Tenses em Vasos de Presso ................................................................................ 14 3.1 Cilindro ..................................................................................................................... 14 3.2 Esfera e semi-esfera ................................................................................................ 15 3.3 Cone ......................................................................................................................... 15 3.4 Torisfricos ............................................................................................................... 16 3.5 Semi-elpticos ........................................................................................................... 18 3.6 Toricnico ................................................................................................................. 18

    4. Materiais e Corroso ................................................................................................... 20 4.1 Corroso por perda de espessura e vida til ........................................................... 20 4.2 Resistncia para condies de temperatura ........................................................... 21 4.3 Custo ........................................................................................................................ 22 4.4 Facilidade de fabricao .......................................................................................... 22 4.5 Disponibilidade no mercado ..................................................................................... 23 4.6 Servios especiais e corroso sob tenso ............................................................... 23

    5. Vasos Verticais ............................................................................................................ 26 5.1 Tenses circunferenciais devidas presso ........................................................... 26 5.2 Tenses longitudinais .............................................................................................. 26 5.3 Deflexo esttica ..................................................................................................... 29 5.4 Vibraes induzidas pelo vento ............................................................................... 29

    6. Vasos Horizontais ....................................................................................................... 34 6.1 Anlise de tenses .................................................................................................. 35 6.2 Notas e consideraes gerais ................................................................................. 44

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  • 7. Suportes de Vasos de Presso ........................................................................ 45

    7.1 Suportes de vasos verticais ................................................................................... 45 7.2 Suportes de vasos horizontais ............................................................................... 62

    8. Bocais e Reforos ............................................................................................ 65 8.1 Teoria das aberturas reforadas ............................................................................ 66 8.2 Critrios para reforos conforme ASME Seo VIII, Diviso 1 .............................. 67

    9. Flanges ............................................................................................................ 75 9.1 Tenses atuantes ................................................................................................... 77 9.2 Tipos de flanges ..................................................................................................... 78 9.3 Dimensionamento de flanges ................................................................................. 79 9.4 Parmetros adicionais para dimensionamento ...................................................... 81 9.5 Flanges padronizados ............................................................................................ 82

    10. Juntas de Vedao ........................................................................................... 83 10.1 Mecnica da selagem ........................................................................................... 83 10.2 Fatores de seleo ............................................................................................... 84 10.3 Materiais das juntas .............................................................................................. 84 10.4 Tipos e faces de flanges ....................................................................................... 84 10.5 Tipos de juntas ..................................................................................................... 86 10.6 Dureza mxima das juntas metlicas ................................................................... 87 10.7 Problemas de vedao ......................................................................................... 88

    11. Tenses Localizadas em Bocais e Suportes ................................................... 91 11.1 Procedimentos de avaliao das tenses localizadas ......................................... 95 11.2 Escopo de aplicao, limites e vantagens do Boletim 197, Boletim 297

    e BS-5500 Apndice G........................................................................................... 96 11.3 Procedimento simplificado para clculo das tenses localizadas em bocais ...... 97 11.4 Procedimento simplificado para clculo das tenses localizadas em suportes estruturais ............................................................................................................... 100 11.5. Clculo por elementos finitos ............................................................................... 102 .

    12. Presso Mxima de Trabalho Admissvel (PMTA) ........................................... 104 12.1 Determinao da PMTA ................................................................................ 104 12.2 PMTA dos componentes principais ....................................................................... 105 12.3 PMTA dos componentes secundrios ................................................................... 105 12.4 PMTA considerando cargas localizadas ............................................................... 110

    13. Dimensionamento Mecnico de Trocadores de Calor Casco e

    Tubos Tipo TEMA ........................................................................................... 111 13.1 Condies de projeto ............................................................................................. 116 13.2 Dimensionamento mecnico .........................................................................