Estratégia Computacional para Projeto de Vasos de Pressão

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecnica

    DEM/POLI/UFRJ

    ESTRATGIA COMPUTACIONAL PARA PROJETO DE VASOS DE PRESSO

    Bernardo Fonseca Nogueira

    PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO

    DE ENGENHARIA MECNICA DA ESCOLA POLITCNICA DA

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

    REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE

    ENGENHEIRO MECNICO.

    Aprovado por:

    ________________________________________________

    Prof. Sylvio Jos Ribeiro de Oliveira

    ________________________________________________

    Prof. Lavinia Maria Sanabio Alves Borges

    ________________________________________________

    Prof. Nsio de Carvalho Lobo Brum

    RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

    http://www.mecanica.ufrj.br/ufrj-em/index.php?option=com_content&view=article&id=74%3Alavinia-maria-sanabio-alves-borges&catid=36%3Acorpo-docente-tempo-integral&Itemid=117&lang=pt

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    NOGUEIRA, B. F. Estratgia Computacional para Projeto de Vasos de Presso.

    2013. Projeto Final (Trabalho de Concluso do Curso de Engenharia Mecnica)

    Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de

    Janeiro, 2013.

    RESUMO

    Vasos de presso so recipientes projetados para resistir a diferenas entre a presso

    interna e externa. Por serem equipamentos de grande periculosidade, sua construo

    deve ser regida por normas internacionalmente reconhecidas. Neste trabalho so

    apresentados algoritmos de dimensionamento de vasos de presso de acordo com a

    norma ASME Seo VIII Diviso 1, que posteriormente foram implementados em

    arquivos de peas do SolidWorks 2010 com ajuda do editor de Visual Basic. O objetivo

    final do trabalho foi criar macros que facilitassem o dimensionamento de vasos de

    presso com o uso da referida norma.

    PALAVRAS-CHAVE: ASME, Excel, Norma, SolidWorks, Tabela de Projeto, Vaso de

    Presso, Visual Basic.

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    NOGUEIRA, B. F. Computational Strategy for Pressure Vessel Design. 2013. Final

    Project (Work of Completion of the Course of Mechanical Engineering) - Department

    of Mechanical Engineering, Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.

    ABSTRACT

    Pressure vessels are containers designed to resist differences between internal and

    external pressure. By being very hazardous equipment, its construction should be

    governed by international standards. This work presents algorithms for dimensioning

    pressure vessels in accordance with ASME Section VIII Division 1, which were later

    implemented in SolidWorks 2010 parts files with assistance of the Visual Basic editor.

    The final objective of this work was to create macros which facilitate the dimensioning

    of pressure vessels using this standard.

    KEYWORDS: ASME, Design Table, Excel, Pressure Vessel, SolidWorks, Standard,

    Visual Basic.

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    AGRADECIMENTOS

    Gostaria de agradecer ao meu pai, Gelson Gonalves Nogueira, por ter me ajudado a

    datilografar alguns textos, por ter corrigido erros ortogrficos, e principalmente, pelo

    incentivo que me deu para concluir este trabalho.

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    NDICE

    1 INTRODUO ........................................................................................................ 1

    1.1 Objetivos ............................................................................................................ 3

    1.2 Estrutura do Trabalho ........................................................................................ 3

    2 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................. 4

    3 FUNDAMENTOS TERICOS BSICOS DO PROJETO DE VASOS DE

    PRESSO ......................................................................................................................... 6

    3.1 Tenso ................................................................................................................ 6

    3.2 Frmulas de Tenses.......................................................................................... 6

    3.2.1 Trao Transversal ..................................................................................... 6

    3.2.2 Trao Axial ............................................................................................. 17

    3.2.3 Flexo ....................................................................................................... 19

    3.3 Frmulas de Mohr ............................................................................................ 21

    3.4 Tenses Principais ........................................................................................... 22

    3.5 Critrios de Falha ............................................................................................. 25

    3.5.1 Critrio da Tenso Principal Mxima (Critrio de Rankine) ................... 26

    3.5.2 Critrio da Tenso Cisalhante Mxima (Critrio de Tresca) .................... 27

    3.5.3 Critrio da Mxima Energia de Distoro (Critrio de Von Mises-Hencky)

    28

    3.6 Filosofia de Projeto da Norma ASME Seo VIII Diviso 1 .......................... 29

    3.7 Curvatura de Linhas ......................................................................................... 30

    3.8 Curvatura de Superfcies .................................................................................. 32

    3.9 Curvaturas Principais e Direes Principais de Curvatura .............................. 34

    3.10 Teoria de Cascas........................................................................................... 34

    3.10.1 Teoria de Membrana de Cascas ................................................................ 35

    3.11 Fabricao de Vasos de Presso ................................................................... 43

    4 NORMA ASME ..................................................................................................... 55

    4.1 Norma ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) ............................... 55

    4.1.1 Norma ASME Seo VIII......................................................................... 55

    5 NORMA ASME SEO VIII DIVISO 1 ........................................................... 58

    5.1 Escopo .............................................................................................................. 58

    5.2 Definies Gerais ............................................................................................. 59

    5.2.1 Margem Para Corroso ( ) .................................................................... 59

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    5.2.2 Espessura Mnima Requerida ................................................................... 60

    5.2.3 Espessuras Padronizadas .......................................................................... 60

    5.2.4 Tenso Mxima Admissvel do Material ( ) ............................................ 62

    5.2.5 Eficincia da Juno ( ) ........................................................................... 62

    5.2.6 Presso de Projeto ( )............................................................................... 68

    5.2.7 Presso Total ( ) ...................................................................................... 69

    5.2.8 Temperatura de Projeto ( ) ...................................................................... 69

    5.2.9 Presso Mxima de Trabalho Admissvel ( )................................ 70

    5.2.10 Teste Hidrosttico ..................................................................................... 70

    5.2.11 Teste Pneumtico ...................................................................................... 73

    6 FRMULAS DE PROJETO DE VASOS DE PRESSO ..................................... 75

    6.1 Casca Cilndrica ASME ................................................................................... 78

    6.2 Tampo Hemisfrico ASME ............................................................................. 81

    6.3 Tampo Cncavo ............................................................................................... 82

    6.4 Tampo Torisfrico ........................................................................................... 83

    6.5 Tampo Cnico .................................................................................................. 85

    6.6 Tampo Toricnico ASME................................................................................ 95

    6.7 Tampo Flangeado............................................................................................. 99

    7 TUTORIAL DA TABELA DE PROJETO PARA VASOS DE PRESSO........ 100

    7.1 Tutorial: Vaso para Servio Letal (Contendo Fluido Txico) ....................... 100

    7.1.1 Resoluo................................................................................................ 101

    8 ALGUMAS MACROS DA TABELA DE PROJETO PARA VASOS DE

    PRESSO ..................................................................................................................... 117

    8.1 Procedimentos_Pblicos ................................................................................ 117

    8.1.1 Escolher_Diretrio.................................................................................. 117

    8.1.2 MNIMO ................................................................................................. 118

    8.1.3 Log10 ............................................................