Projeto Mecanico Fornos

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    C VilhenaCarlos J. . PROMCENPES/DI

    20/11 a 01112/~95C== ~_~

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    Projeto Mecanico de FornosCarlos Jose Carneiro de VilhenaCENPES / DIPROM / SETER - ramal: (812) 6226 - correia: EH02

    1 - INTRODUQAO2 - CODIGOS DE PROJETO3 - PROJETO DA SERPENTINA

    3.1 - Oondicoes de Projeto3.1.1 - Temperatura de Projeto3.1 .2 - Pressao de Projeto

    3.2 - Seleyao dos Materiais3.3 - Calculo da espessura de parede3.3.1 - API RP5303.3.2 - ASME 831.33.3.3 - ASME Seyao I3.3.4 - Sobrespessura de Corrosao3.3.5 - Espessura Comercial

    3.4 - Superf{cie Estendida3.5 - Flexibilidade3.6 - Recornendacoes sobre Arranjo e Acess6rios3.7 - Maxima Temperatura Admitida por uma Serpentina3.8 - Estimativa da Vida Remanescente de um Tubo

    4 - PROJETO DA SUPORTAQAO DA SERPENTINA4.1 - Formas Construtivas4.2 - Hecomendacoes sobre arranjo e detalhes construtivos4.3 - Temperatura de Projeto4.4 - Materiais4.5 - Calculo das Seyoes Resistentes

    4.5.1 - Casos de Carga4.5.2 - Tensoes Admissiveis4.5.3 - Sobrespessura de Corrosao

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    25 - PROJETO DA ESTRUTURA E ACESSORIOS

    5.1 - C6digos de Projeto5.2 - Oondicoes de Projeto5.3 - Materiais5.4 - Recomendayoes sobre Arranjo e Detalhes Construtivos5.5 - Caixas de Cabeyotes5.6 - Portas e Janelas

    6 - PROJETO DE CHAMINES, DUTOS E COIFAS6.1 - C6digos de Projeto6.2 - Detalhes Construtivos6.3 - Consideracoes de Projeto6.4 - Tensoes Admissfveis6.5 - Projeto Estatlco6.6 - Projeto Considerando Vibrayao Induzida pelo Vento

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    31. INTRODUQAO

    Segundo a N-2018, 0 projeto rnecanlco:" E 0 projeto do forno, baseado no projeto analltlco, onde sao definidas todas as

    espessuras, dlmensoes e especificacoes de materiais das pecas e acess6rios do fornoe seus componentes auxiliares, incluindo suportes, posicionamento de chumbadores,plataformas e escadas, bocas de visita, janelas de observacao, portas de acesso,suporte internos, bocais, revestimentos, tratamentos termicos, lsolacao terrnlca,ensaios nao-destrutlvos. testes e tudo 0mais referente ao equipamento que sejanecessarlo a execucao do projeto de fabrlcacao".

    Assim verificamos que 0 projeto mecanlco de um forno compreende uma vastagama de atividades. Estas atividades estao basicamente relacionadas com a definlcaodos materiais e dlmensces necessarlos para garantir a integridade estrutural e 0perfeito funcionamento do forno, dentro dos limites de seguranya e tempo de vida utilestabelecidos para 0equipamento e seus componentes.

    Nesse curso destacaremos apenas as atividades consideradas estrateqlcas ouimportantes para a performance dos fornos.

    2. CODIGOS DE PROJETONo projeto rnecanlco de um forno, os principais c6digos apticavels sao:

    N-1671 - Projeto de Forno Tubular Sujeito a ChamaAPI STD560 - Fired Heaters for General Refinery ServicesAPI RP530 - Calculation of Heater-Tube Thickness in Petroleum RefineriesASME 831.3 - Chemical Plant and Petroleum Refinery PipingASME Sec. I - Power Boiler

    3. PROJETO DASERPENTINA3.1 - Condicoes de Projeto3.1.1 - Temperatura de Projeto

    Para tubos em contato com os gases de cornbustao (tubos no interior daradlacao e conveccao), a temperatura de projeto e dada por:

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    4T proj = T par + (28C ou 50 O F )

    Onde: T proj - temperatura de projeto do tuboT par - maxima temperatura de parede, calculada considerando a transferencla

    de calor dos gases de cornbustao para 0 flufdoPara tubos sem contato com os gases de cornbustao (tubos fora das secoes de

    radlacao e conveccao) e isolados externamente, a temperatura de projeto e dada por:

    T proj = T proj flufdo = Tflufdo + (28C ou 50 O F )Onde: T proj fluldo - temperatura de projeto do flufdo contido no tube

    Tflufdo - maxima temperatura de operacao do flufdoPara tubos revestidos internamente, deve-se calcular a temperatura maxima de

    parede, considerando a perda de calor para 0meio e acrescentar a folga de projetoconforme acima.3.1.2 - Pressao de Projeto

    Em condicoes normais de operacao, a pressao de projeto e dada por:Pproj = 1,1 x Pop

    Onde: Pproj - pressao de projeto do tubePop - maxima pressao de operacao normalSituacoes de curta duracao, como abertura de valvulae de seguran~a e

    "shutdown" de bombas, onde a pressao pode ultrapassar 0 valor normal de operacao,devem tambern ser verificadas.3.2 - Selecao dos Materiais

    A selecao dos materiais empregados nos tubos e acess6rios que cornpoern umaserpentina, deve ser baseada numa serie de fatores, a saber:a) Temperatura limite de utlllzacao do material.

    Esse limite, ja leva em consideracao a influencla da temperatura na reslstencia aoxldacao, nas transforrncoes metalurqlcas e nas propriedades mecanicas do material.b) Corrosividade da carga na temperatura de parede dos tubos e/ou acess6rios.

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    C ) Corrosividade dos gases de cornbustao na temperatura de parede dos tubos e/ouacess6rios.

    d) Tempo de vida previstoPara serpentinas trabalhando a altas temperaturas a vida de seus componentes

    sera definida pelo tenorneno de flusncia. Ja para aplicacoes com temperaturas baixas,a vida sera funcao da corrosao ou erosao sofrida pelos tubos e acess6rios.e) Custo do material

    FreqOentemente esse e 0 fator decisivo na escolha do material. Para cadaapllcacao existem quase sempre varies materiais possfveis; 0melhor sera 0 que formais econornlco. Em geral um material mais resistente e tarnbern mais caro. Noentanto, ele pode ser 0mais economlco.f) Seguranya

    Quando 0 risco potencial do forno, ou do local onde 0 mesmo se encontra, forgrande, ou ainda, quando 0 forno for essencial ao funcionamento de uma instalacaoimportante, ha necessidade do emprego de materiais que ofereyam 0 maximo deseguranya, de forma a evitar a ocorrencia de rupturas, vazamentos ou outrosacidentes, que possam resultar em custosas paralisacoes ou mesmo desastres.g) Experiencla previa

    A declsao por um determinado material obriga sempre, que se investigue eanalise a experiencia previa que possa existir com esse material no mesmo service,Para a maioria dos services mais usuais, ja existem materiais consagrados pelaexperiencia operacional, pela pratlca dos projetistas ou pelas normas e c6digosexistentes. Seguir simplesmente a tradlcao, apesar de ser a solucao mais simples esegura, nem sempre conduz ao material melhor e mais econornlco, 0 projetista deveter 0 espfrito aberto para 0 exame e aceltacao de novas praticas. No entanto, emapllcacoes importantes e, em geral, muito arriscado decidir-se por um material para 0qual nao exista nenhuma experlencla anterior em service semelhante.3.3 - Calculo da espessura de parede

    A espessura de parede dos tubos de um forno pode ser calculada segundo trssdiferentes c6digos de projeto, dependendo da localizacao e do servico realizado pelaserpentina (flufdo sendo aquecido):

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    63.3.1 - API RP530

    Se aplica a todos os tubos que estao em contato com os gases de cornbustao(tubos da radlacao e convsccao), e que nao pertencarn a serpentinas de aquecimentode aqua, geracao ou superaquecimento de vapor d'aqua,

    Apresenta duas condicoes de projeto que devem ser verificadas:a) Projeto Elastico - e baseado na prevencao da falha por rompimento quando a

    pressao atinge seu maximo. E a condlcao rnandatorla para baixastemperaturas.

    1:s=---2Se + Pe ouPe x D ' i1:s=---2Se - P ,

    PexDo

    tm = ts+C Ab) Proj. por Ruptura - e baseado na prevencao da falha por rompimento devido a

    fluencla durante a vida utll de projeto. E a condlcao mandatorlapara altas temperaturas.

    ouP. x D' i1:s=---2Sr - P ,1:s=---2Sr + P .

    Pr xDo

    tm = ts+ f xC AOnde: ts - espessura calculada para resistir a pressao

    tm - espessura mfnima requeridaDo - diametro externoD': - dlarnetro interne descontadas as sobrespessuras aplicavelsP e - pressao de projeto elastlco, correspondente a maxima pressao a que a

    serpentina esta sujeita mesmo que em curta duracaoPr - pressao de projeto por ruptura, correspondente a maxima pressao de

    operacao contfnua (long a duracao) da serpentinaSe - tensao admissfvel elastica, que e igual a 2/3 do limite de escoamento atemperatura de projeto para materiais ferrfticos, e 90% do limite deescoamento a temperatura de projeto para materiais austenfticos

    Sr - tensao admissfvel de ruptura, que e igual a 100% da tensao mfnima deruptura a temperatura de projeto, para a vida de projeto especificada

    CA - sobrespessura de corrosaof - const. que depende do material e varia entre 0.5 e 0.9

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    7As expressoes anteriores estao sujeitas as seguintes limltacoes:

    a) Foram desenvo'ividas para tubos sem costura longitudinal que sao os unlcospermitidos para uso em fornos. No entanto, se aplicadas em tubos com soldalongitudinal, a tensao admissfvel deve ser multiplicada pelo fator de eflclencla dejunta apropriado.

    b) Sao aplicavels a tubos com fator de qualidade igual a 1. Para tubos fundidos commateriais nao listados no API RP530, a tensao admissfvel deve ser multiplicada pelofator de qualidade definido no ASME 831.3 item 302.3.3, em funyao do acabamentosuperficial e do nfvel de inspscao.

    c) Sao apllcavels a tubos fines, ou seja, tubos com a relacao espessura/dlametroexterno menor que 0,15. Outras conslderacoes devem ser aplicadas ao projeto detubos espessos.

    d)0carregamento considerado inclui apenas a pressao interna.Cabe notar que 0 criterlo de projeto por ruptura exige sempre a deflnlcao de

    uma vida util, ou vida de projeto, para os tubos da serpentina. Isso se deve ao fato deque os danos sofridos pelo material do tubo, devidos ao tenorneno da fluencia,crescem com 0 tempo mesmo que a tensao e temperatura atuantes perrnanecarnconstantes. 0valor usual de projeto para a vida utll de urn tube e de 100000 horas,que corresponde a aproximadamente 11 anos de operacao contfnua nas condlcoes detemperatura e pressao de projeto.

    Para os materiais mais usuais, 0 API RP530 apresenta as curvas de tensaoadmissfvel elastica e de ruptura em funcao da temperatura, alern do limite de projetopara a temperatura de parede do tubo (ver Tab. 1). Esse limite representa 0maximovalor contiavel em termos da reslstencla a ruptura do material, e pode ser ultrapassadoem determinadas condlcoes de curta duracao, como por ex. durante operacao dedescoqueamento. No item 3.7 0 API RP530 estabelece as condicoes e limites quedevem ser observados durante operacao com temperaturas acima dos valoresestabelecidos na Tab. 1.

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    8Tabela 1 - Temperatura de Projeto Maxima segundo API RP530

    , Temp. Max Temp. Max.Material Tipo ou Grau em of emoeAr;o Carbono B 1000 5401*Cr - Y2Mo T11 ou P11 1100 595

    2*Cr -1Mo T22 ou P22 1200 650

    5Cr - Y2Mo T5 ou P5 1200 650

    9Cr -1Mo T9 ou P9 1300 705

    18Cr - 8Ni 304 ou 304H 1500 815

    18Cr - 10Ni - Cb 347 ou 347H 1500 815

    Ni - Fe - Cr alloy 800H 1800 985

    25Cr - 20Ni HK-40 1850 1010

    3.3.2 - ASME 831.3Se aplica a todos os tubos da serpentina de processo que nao estao em contato

    com os gases de combustao (tubos fora das carnaras de radlacao e conveccao),Para tubos retos, sujeitos a pressao interna, 0 calculo da espessura de parede e

    dado por:PxDt=-------

    2(S xE+ Px Y)ou

    P(d+2c)t=-------2[S xE - P(l- Y)]

    tm = t + cPara tubos curvados, sujeitos a pressao interna, utilizamos 0 fator de afinamento

    de parede definido no ASME 831.1, para corrigir a espessura calculada para 0 tuboreto, ficando com:

    tm = Bf(t + c)Onde: t - espessura calculada para resistir a pressao

    tm - espessura minima requerida

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    9D - diarnetro externod - d ia rne tro Jn te rnoP - pressao de projetoS-tensao admissfvel a temperatura de projeto conforme Tab. A-1E- fator de qualidade do tubo que depende do processo de tabricacaoV - coeficiente de temperatura conforme Tab. 304.1.1C - sobrespessura de corrosao8f - fator de afinamento de parede conforme ASME 831.1, Tab. 102.4.5As express5es acima estao sujeitas as seguintes limltacoes:

    a) Sao aplicavels somente se: Dt

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    10causar vazamentos ou mau funcionamento, como por ex. em liga

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    113.3.4 - Sobrespessura de Oorrosao

    Segundo 0ApI STDS60 item 3.1.2, 0 valor mlnlmo para a sobrespessura decorrosao e erosao e :

    - aco carbono ate C-1/2Mo: 3 mm ( 0,12S" )- aco baixa liga ate SCr-1/2Mo: 2,S mm ( 0,1" )- 7Cr-1/2Mo ate acos austenltlcos: 1,3 mm ( o,OS" )

    3.3.S - Espessura ComercialA espessura comercial a ser especificada para urn tubo depende do processo

    de tabrlcacao do mesmo:a) Tubos padronizados ( "piping" )

    A espessura media requerida, tmed, e dada por:tmtm ed = I-M t

    Onde: Mt - "Mills Tolerance" ou tolerancla de tabrlcacao conforme norma ASTM domaterial do tubo. Na grande maioria dos casos e igual a 12,S%.

    tm - espessura minima requeridaDevera ser especificado 0 "schedule" corresponde a espessura media

    imediatamente superior ao valor requerido.b) Tubos nao padronizados ( "tubing")

    Nesse caso deve ser especificado 0 "Minimum Sound Wall" ou minimaespessura de parede sem defeitos, que corresponde exatamente a espessura minimarequerida. As toleranclas e sobrespessuras inerentes ao processo de fabricacao ficampor conta do fabricante do tubo.

    No caso de tubo fundido por centrlfuqacao, a sobrespessura deve compensar,entre outras coisas, a porosidade superficial. E usual especificar-se a usinageminterna dos tubos centrifugados, 0 que elimina a porosidade superficial e dispensasobrespessuras nessa face.

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    123.4 - Superffcie Estendida

    Superffcies estendidas sao empregadas apenas nos tubos da conveccao com 0objetivo de aumentar a taxa de transterencia de calor. Essa superffcie estendida econstitufda por pinos, aletas lisas ou aletas serrilhadas, continuamente soldadas aparede dos tubos, de forma a garantir a transferencla do calor.

    o material empregado na superffcie estendida pode ser diferente do material dotubo a que esta ligada, e deve ser selecionado em funcao da maxima temperaturacalculada para a ponta do pino oe aleta (''tip temperature"), conforme Tab. 2.

    Tabela 2 - Maxima Temperatura para Superffcie Estendida conf. API STD560

    Material Maxima Temperatura Maxima Temperaturapara Pinos para AletasAco Carbono 510C (950 O F ) 454 C (850 O F )

    1

    2%Cr - 1Mo a 4Cr - Y2Mo 593C (1100 O F ) --------11Cr a 13Cr 649C (1200 O F ) 593C (1100 O F )Inox 18Cr - 8Ni 815C (1500 O F ) 815 C (1500 of)

    Em funcao desse limite de temperatura, 0 trecho inicial da conveccao, ondeestao os tubos de protscao ("shield section") deve ter no mfnimo tres fileiras de tuboslisos.

    Em tuncao do combustfvel queimado no forno, as dimens6es da superffcieestendida sao limitadas conforme Tab. 3.

    Tabela 3 - Dimens6es de Superffcie Estendida conf. API STD560

    Combustlvel Diam. Mlnimo Altura Maxima Esp. Minima Altura Maxima Densidadedo Pino do Pino da Aleta da Aleta Max. de Aletas

    Gas 12,7 mm 25,4 mm 1,3mm 25,4 mm 197/mOleo 12,7 mm 25,4 mm 2,5mm 19,1 mm 1181 m

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    13o emprego de supertlcle estendida em fornos queimando oleo combustlvel

    exige tarnbern a utillzacao de sopradores de fuligem, necessaries na rnanutencao daeflciencla termlca da conveccao,3.5 - Flexibilidade

    Como qualquer outra tubulacao trabalhando acima da temperatura ambiente, aserpentina de urn forno tam bam sofre dllatacoes termicas devidas a varlacao detemperatura entre as condicoes de montagem e de operacao.

    No caso de urn forno, essas dilatacoes termlcas tern que ser absorvidas pelapropria serpentina, ja que nao a permitido 0 uso de juntas de expansao ou dispositivossimilares. Assim sendo, 0encaminhamento dos tubos e as folgas nos suportes e guiasdevem garantir a flexibilidade necessaria para que todas as dllatacces sejamabsorvidas pela propria serpentina, mesmo em condlcoes de ernerqencla ou outras emque a temperatura dos tubos ultrapassa 0 valor normal (por ex. durantedescoqueamento) .

    Para os tipos mais comuns de fornos, 0 encaminhamento definido apenas emfunc;ao da treca termlca, ja da a serpentina flexibilidade suficiente, sendo dispensavelqualquer verlftcacao das tensoes atuantes. 0 projeto deve se concentrar apenas emgarantir as folgas necessarlas, principalmente nas caixas de cabecote, suportes eguias, de forma a evitar qualquer restricao a livre dllatacao dos tubos.

    Ja em alguns fomos especiais, 0 arranjo definido para a serpentina da radlacaoalern das condlcoes operacionais e exigencias de processo, impoem aos sistemas deentrada e salda de carga condicoes severas em termosde flexibilidade. Eo caso dosfornos reformadores e de plrollse onde sao adotados recursos como suportes de molae "pigtails" para absorcao das dllatacoes termicas, Nesses casos, a flexibilidade dossistemas de entrada e salda de carga deve ser verificada, atraves do calculo dastensoes devidas as dilatacoes termlcas e deslocamentos impostos. 0calculo dessastensoes a feito atraves de programas de computador especfficos como 0 TRIFLEX ,0CAEPIPE ou 0 CAESAR II, sendo entao comparadas com os valores admissfveisprevisto no ASME 831.3 item 302.3.5.

    Durante as paradas para rnanutencao dos tornos, a importante que sejamverificadas as folgas e demais dispositivos previstos para absorcao das dllatacoes

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    14termlcas. As irregularidades devem ser prontamente corrigidas de modo a se evitarseveros danos a serpentina.3.6 - Recomendagoes sobre Arranjo e Acess6rios

    A norma CONTEC N-1671 e 0 API STD560 apresentam uma serte derecomendacoes com relacao a serpentina de urn forno, das quais destacamos asseguintes:a) Todos os tubos devem ser sem costura e de preterencla sem emendas ao longo docomprimento.

    b) A projecao dos tubos para dentro das caixas de cabecote, medida a partir da faceexterna dos suportes terminais, deve ser no mlnimo de 150 mm, na condlcao a frio,da qual 100 mm deve ser liso. Para tubos com cabecotes, esta projeyao deve serigual a 2 vezes a dlrnensao do comprimento a ser mandrilado mais 50 mm (ver APISTD560 Tabela 1).

    c) 0material dos cabecotes e curvas de retorno deve ser compatfvel com 0 materialdos tubos.

    d) Curvas de retorno soldadas sao aceltavels nos seguintes casos:- servico Iimpo (sem coqueamento ou tncrustacoes no interior dos tubos);- onde a perigoso qualquer vazamento;- onde a previsto sistema de descoqueamento usando vapor ear.

    Caso contrarlo devem ser usados cabecotes de retorno. Em tubos horizontais comcomprimento igual ou superior a 18 m deve-se usar cabecotes em am bas asextremidades dos tubos.

    e) Cabecotes exigem lnstalacao em caixas de cabecotes isoladas da camara decombustao. As curvas podem ser instaladas no interior da radlacao ou conveccao,

    f) Todos os flanges devem ser do tipo de pescoco com classe de pressao minima de300 Ib, sendo proibido 0 usc de conexoes roscadas.

    g) Os drenos em pontos baixos ou respiros em pontos altos, quando necessarlos,devem ser acesslveis pelo lado externo da carcaca.

    h) As cargas atuando nos bocais do forno, devidas as linhas de entrada e salda decarga, devem estar de acordo com os maxlrncs admisslveis previstos no APISTD560 Tabela 7.

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    153.7 - Maxima Temperatura Admitida por uma Serpentina

    As condicoes de projeto da serpentina, que determinam a espessura minimarequerida para 0 tubo, sao obtidas a partir das condicoes rnaxirnas de operacao sobreas quais se adicionam tolgas de projeto (contorme visto no item 3.1). Alem disso, nadeflnlcao da espessura comercial do tubo, normalmente adota-se 0 valor padronizadoimediatamente superior, 0que acrescenta mais uma tolga a espessura do mesmo.

    Essas tolgas devem ser encaradas como margens de seguranya adotadas peloprojeto, com 0 objetivo de compensar as diversas incertezas e lmpreclsoes embutidasnos metodos e valores de calculo, No entanto, se mantidas as condicoes de operacaooriginalmente previstas e nao ocorrendo acidentes ou problemas operacionais, essastolgas resultarao num aumento na vida util real dos tubos.

    Em algumas sltuacoes especiais como "revamps" e operacoss de curta duracao,essas tolgas podem ser utilizadas para urn aumento nas condlcoes operacionais daserpentina de urn torno, desde que nao se tenha atingido ainda 0 tinal de sua vida util.Assim, podemos utilizar essa tolgas para calcular, por exemplo, a maxima temperaturade parede admitida por urn tubo existente, atendendo a uma das mais frequentessollcitacoes dos operadores de tornos.

    o procedimento, que sera descrito a seguir baseado no API RP530, e idmticopara qualquer urn dos tres c6digos de projeto, a menos de particularidades nadeflnicao das varlavels. Esse procedimento consiste numa sistematica de calculobastante simpliticada baseada apenas na ettmlnacao das tolgas de projeto, semqualquer consideracao a cerca da vida remanescente dos tubos. Ele supoern, entao,que a vida prevista originalmente no projeto nao toi total mente consumida e seramantida nos calculos. Caso haja duvidas com relacao a vida remanescente daserpentina, em tuncao de condlcoes operacionais reais superiores aos valoresprevistos no projeto, deve-se adotar 0 procedimento descrito no item 3.8.

    o procedimento consiste nas seguintes etapas:a) Oalculo da espessura resistente a pressao.

    Da espessura comercial adota, desconta-se as toleranclas de tabrlcacao e asobrespessura decorrosao. Para urn tubo padronizado temos:

    tres = tnom (1 - Mt) - CA

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    16Onde: tres - espessura do tubo resistente a pressao

    ,tnom - espessura nominal do tubob) Calculo da tsnsao atuante:

    s= P(Do- tres)2Ex tres ou

    s= P(D'i + tres)2Ex tres

    Onde: P -maxima pressao de operacao atuante na serpentinaS-tensao atuante devida a pressaoE - fator de eflclencla de junta para tubos com solda longitudinal ou fator de

    qualidade para tubos fundidosc) Determinacao da temperatura de parede maxima:

    Com a tensao atuante calculada e a vida original de projeto, entra-se no graficode tens ao admissfvel do material do tubo, determinando-se a temperaturacorrespondente. Essa sera a maxima temperatura de parede admitida pelo tubo.

    Cabe enfatizar que a temperatura de parede conforme calculada acima e umasituacao extrema onde todas as folgas normais de projeto foram consumidas. Alemdisso, qualquer aumento na temperatura de parede de urn tubo vai diminuir a vida utilremanescente do mesmo. Assim sendo, a adocao dessa temperatura de paredemaxima exige uma operacao bastante cautelosa do forno. Recomendamos entao queessa temperatura s6 seja adotada em casos especiais.

    Se 0 tubo possuir superffcie estendida, deve ser verificada ainda a temperaturade ponta do pi no ou aleta para a nova condicao de operacao, que nao podeultrapassar 0 valor definido na Tab. 2. Deve ser verificado tam bern a condlcao deoxidacao a que 0 tubo estara sujeito.3.8 - Estimativa da Vida Remanescente de urn Tubo

    o procedimento de calculo definido pelo API RP530, a princfpio, se aplicaapenas na determlnacao da espessura de parede de tubos novos. No entanto, paratubos sujeitos a tluencla, as express6es e principalmente as curvas de tensaoadmissfvel podem ser utilizadas na estimativa da vida remanescente de urn tubo emoperacao, conforme procedimento do API RP530 APPENDIX E.

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    17Esse procedimento define como 0 dane causado pela fluencla e a vida

    remanescente de urn tubo podem ser estimados, auxiliando muito na declsao sobre anecessidade de substltuicao dos mesmos ao final de sua vida util de projeto.

    Na estimativa do dane sofrido pelo tubo, que corresponde a frayao de vidaconsumida, as lntorrnacoes mais importantes sao aquelas relacionadas com a hist6riaoperacional da serpentina, ou seja, os valores reais da pressao de operacao,temperatura de parede e taxa de corrosao ao longo de toda a vida da serpentina.

    Esse procedimento compreende as seguintes etapas:a} Definicao da hist6ria operacional.

    Num forno real, nem a pressao de operacao nem a temperatura de parede sernantern constantes ao longo do tempo. Assim sendo, 0 tempo de operacao do fornodeve ser dividido em perfodos ao longo dos quais essa pressao e temperatura podemser aproximadas por valores constantes. A curacao de cada perfodo pode serdiferente das demais, e deve ser definida em funcao da maneira como variam apressao e a temperatura ao longo da hist6ria do fomo.

    Uma aproxlrnacao para a varlacao na espessura de parede deve ser adotada apartir das medicoes de espessura feitas no tubo novo e a cada parada para lnspecao,b} Estimativa da frayao de vida consumida.

    Para cada perfodo operacional calcula-se a tensao atuante media, quecorresponde a media das tensoes atuando no infcio e fim do perfodo. Com esse valorde tensao e com a temperatura de parede e possfvel determinar-se 0 temponecessarto para a ruptura por flu encia correspondente.

    A tracao de vida consumida em cada perfodo sera a razao entre a duracao doperfodo e 0 tempo necessario para ruptura calculado. A frayao total de vida consumidasera 0 somat6rio das fracoes calculadas para cada perfodo.c} Estimativa da vida remanescente

    A frayao de vida remanescente e obtida subtraindo-se da unidade a tracao devida consumida. A partir das condicoes operacionais especificadas para 0 restante davida da serpentina, podemos entao transformar a frayao de vida remanescente numaestimativa da vida esperada para a mesma.

    Temos a seguir urn exemplo de estimativa de vida extrafdo do API RP530:

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    Dadas: - material: inax 18Cr-1 ONi-Nb (tipa 347)- dlametro extema: 168,3 mm- esp. minima inicial: 6,81 mm

    Tabela 4 - Historia Operacianal ApraximadaPeriodo Dura~ao, Pressao de Temperatura Esp. minima Esp, minima

    Operacional anos Opera~ao, MPa de Parede, c no inicio, mm no final, mm1 1,3 3,96 649 6,81 6,402 0,6 4,27 665 6,40 6,203 2,1 4,07 660 6,20 5,514 2,0 4,34 665 5,51 4,83

    Tabela 5 - Frayaa de Vida CansumidaPeriodo Tensao Tempo de Fra~ao de Tempo de Fra~ao de

    Operacional Media, MPa Ruptura (curva Vida Ruptura (curva Vidaminima), anos Consumida media), anos Consumida1 48,52 54,0 0,02 154,8 0,012 54,91 13,1 0,05 35,8 0,023 56,66 15,0 0,14 42,1 0,054 68,78 4,7 0,43 13,1 0,15

    Dana Acumulada = 0,64 Dana Acumulada = 0,23Condicoes aperacianais especificadas para a restante da vida:

    - pressao de operacao: 4,27 Mpa- temperatura de parede: 660C- taxa de corrosao: 0,33 mm/ana

    Tabela 6 - Estimativa de Vida 8aseada na Curva MinimaTempo, Espessura Tensao Media, Tempo de Fra~ao de Vida Fra~ao de Vidaanos minima, mm MPa Ruptura, anos consumida remanescente 4,83 - - - - - - - - - 0,361 4,50 74,99 4,1 0,24 0,121,5 4,34 79,19 3,1 0,16 -0,04

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    19Tabela 7 - Estimativa de Vida Baseada na Curva Media

    Tempo, Espessura Tensao Media, Tempo de Frac;aode Vida Frac;aode Vidaanos minima, mm MPa Ruptura, anos consumida remanescente 4,83 - - - - - - - - - 0,771 4,50 74,99 11,4 0,09 0,682 4,17 80,87 8,2 0,12 0,563 3,84 87,74 5,5 0,18 0,384 3,51 95,84 3,8 0,26 0,124,5 3,35 102,76 2,6 0,19 -0,07

    Apesar desse procedimento fornecer lntormacoes valiosas para a declsaosobre a troca ou nao de uma serpentina, as incertezas envolvidas nos calculos exigemque se recorra tarnbern a outros rnetodos de avaliacao dos danos causados pelafluencla, para a tomada de decisao final.

    Uma das principais fontes de incertezas do rnetodo, esta nos valores dascondicoes operacionais usadas para a definiyao do hist6rico operacional. As posslveislrnprecisoes nos valores adotados em relacao as condlcoes operacionais reais,principalmente na temperatura de parede, podem afetar muito a estimativa de vida. Noexemplo apresentado no API RP530 APPENDIX E, uma variacao de 5C natemperatura de parede provoca uma varlacao de 25% na vida estimada. Assim vemoscomo e importante 0 registro cuidadoso das condlcoes operacionais reais durante avida de um forno.

    Uma outra fonte de incertezas reside no fato de que nao se conhece compreclsao 0 valor real da tensao de ruptura do material do tubo. Os pr6prios graficos detensao admisslvel do API RP530, apresentam duas curvas de tensao de ruptura, umaminima e outra media, definindo uma faixa de variacao para essa propriedade. Noexemplo apresentado no API RP530 APPENDIX E, obteve-se uma variacao de cercade 200% entre a estimativa de vida baseada na curva de tensao minima e a baseadana curva de tensao media.

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    204 - PROJETO DA SUPORTAQAO DA SERPENTINA

    Para que a serpentlna de urn forno cumpra seu papel de conduzir 0 fluido a seraquecido, ela necessita de urn sistema de suportacao que garanta, entre outras coisas:

    - a transmlssao das cargas de peso da serpentina para a estrutura do forno,minimizando as tensoes impostas aos tubos e acessorlos:- a livre dilatacao termlca da serpentina;- a manutancao das dlstanclas e espacarnentos previstos pelo projetotermico,

    Esse sistema de suportacao e composto basicamente suportes e guias, quenormalmente estao em contato com os gases de cornbustao, e por isso, estao sujeitosa temperaturas de operacao mais elevadas que ados tubos, ja que nao saorefrigerados pelo flufdo sendo processado.4.1- Formas Construtivas

    Na pratica encontra-se uma variedade muito grande de formas e concepcoes desuportes e guias, variando com 0 tipo de forno, a empresa projetista ou a tecnologiaenvolvida.

    Para fornos com a serpentina da radlacao na poslcao horizontal e encostadanas paredes, recomendamos 0 usa de suportes simples do tipo viga em balance queapoiam apenas urn tubo por peca, Concepcoes mais antigas empregavam nesse tipode forno, pequenos espelhos apoiando dois ou mais tubos por peca, que apresentam 0grande inconveniente de exigi rem a retirada ou corte dos tubas para troca dossuportes.

    Para fornos com serpentina horizontal ao Iongo de paredes inclinadas ou teto daradlacao, empregam-se suportes do tipo gancho que apoiam urn tuba de cada lado.

    Nos fornos com a serpentina da radlacao na poslcao vertical, os tubos saoapoiados pelas curvas superiores por meio de suportes do tipo viga em balance, e saoguiados pelas curvas inferiores. Dependendo do comprimento dos tubos podemos terguias intermediarias montadas na parede do forno.

    Nos fornos com serpentina helicoidal, as espiras dos tubos sao ligadas acolunas suportes atraves de grampos em U. Essas colunas podem estar penduradaspelo teto ou apoiadas no fundo do fomo.

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    21Na secao de convsccao os suportes sao sempre do tipo espelho, que consiste

    basicamente numa placa retangular nervurada, com furos por onde passam e seapoiam os tubos. Urn espelho pode apoiar varias fileiras de tubos.

    Nos fornes com caixa de cabscotes temos os espelhos terminais, ou "endtubesheets", que consistem basicamente de chapas de aco estrutural enrijecidas pornervuras e revestidas com concreto retratarlo na face em contato com os gases decornbustao. Assim sendo, os espelhos terminais alern de apoiarem os tubos, isolam oscabecotes e curvas da radiacao direta dos gases de combustao.4.2 - Recomenda

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    e) A maxima varlacao na temperatura dos gases de cornbustao ao longo de ummesmo espelho intermediarlo da conveccao deve ser de no maximo 222C (400 O F ) .

    4.3 - Temperatura de ProjetoSegundo 0 API STD560 a temperatura de projeto para os suportes e guiasexpostos aos gases de cornbustao deve ser baseada nas condicoes de operacao do

    fomo.- Para os suportes da radlacao e "shield", sera 0maior entre:T proj = Tbrid + 111C (200 O F ) ou T proj = 871C (1600 O F )- Para os suportes da conveccao:

    T proj =T gases + 56C (100 O F )Onde: T proj - temperatura de projeto do suporte ou guia;

    Tbrid - temperatura de "bridgewall" ou temperatura dos gases de combustao notopo da radlacao:

    Tgases - maxima temperatura dos gases de cornbustao em contato com 0suporte.

    Nenhum credlto deve ser considerado por conta do efeito isolante derevestimentos refratarios aplicados em guias e suportes interrnediarios.4.4 - Materiais

    Os materiais empregados nas guias e suportes intermediarlos devem serselecionados em funcao da temperatura de projeto conforme Tab. 8.

    Se a temperatura de projeto exceder 649C (1200 O F ) e 0 cornbustfvel contiverum total de mais de 100 ppm de vanadio e sodio, os suportes tntermediarios devem serconforme uma das seguintes especificacoes:

    - revestidos com 50 mm (2") de concreto refratario com densidade mfnimade 2081 kg/m3;- construfdo com 0materiaI50Cr-50Ni-Nb sem revestimento.

    Os suportes terminais devem ser de aco carbono estrutural. Se a temperaturade projeto exceder 426C (800 O F ) deve ser empregado aco liga.

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    23Tabela 8 - Temperatura Maxima de Projeto para Materiais de Suportes

    Temperatura , Especificay30 Especificay30Maxima de Projeto Material ASTM do fundido ASTM da chapa-c (oF)427 (800) aco carbono A216 GrWCB A283 GrC649 (1200) 5Cr - 1/2Mo A217 Gr C5 A387 Gr 5649 (1200) ferro fundido ligado A319 CIIII Tp C - - - -

    18Cr - 8Ni A351 Gr CF8 ou A240 Tp 30416(1500) A297 Gr HF982 (1800) 25Cr - 12Ni A447 Tp II A240 Tp 309S1093 (2000) 25Cr - 20Ni A351 Gr HK40 ou A240 Tp 310SA297 Gr HK

    4.5 - Calculo das Se90es Resitenteso calculo das espessuras e demais dlrnensoes que formam as secoes

    resistentes de urn suporte ou guia, na realidade consiste na veriflcacao das tensoesatuantes para uma dada geometria proposta, e na posterior cornparacao com osvalores admissfveis.

    Nesse calculo, nao existe urn procedimento padronizado ou normalizado a serseguido. A sistematica de calculo adotada vai depender da complexidade da peea, do"know-how" do projetista e ate mesmo dos recursos computacionais disponfveis.Assim sendo podemos ter 0 calculo de urn suporte feito atraves de urn procedimentoanalftico manual, atraves do uso de urn programa proprietario ou mesmo empregando-se urn modele de elementos finitos.

    Qualquer que seja 0 procedimento adotado, no entanto, alguns princfpiosbaslcos definidos no API STD560 e na N-1671 devem ser seguidos.4.5.1 - Casos de Carga

    No calculo dos suportes devem ser sempre verificados dois casos de carga:- cargas estatlcas ou de peso- cargas estaticas + cargas de atrito

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    24As cargas atuantes nos suportes devidas ao peso dos tubos, deve ser

    determinada segundo 0 procedimento definido no "American Institute for SteelConstruction" para vigas contfnuas hlperestaticas,

    As cargas de atrito devem ser baseadas num coeficiente de atrito mfnimo de 0,3e devem considerar que todos os tubos estao expandindo ou contraindo na mesmadlrecao. As cargas de atrito nao podem ser diminufdas ou canceladas devido arnovlmentacao dos tubos em dire~oes opostas.4.5.2 - Tensoes Admissfveis

    Para 0 caso de carga estatica, a maxima tensao admissfvel do material dosuporte, a temperatura de projeto, sera 0menor valor entre:a) 1/3 do limite de resistencia a tracaob) 2/3 do Ifmite de escoamento (0,2% de alongamento)c) 50% da tensao media necessaria para produzir 1% de detormacao por fluencia em10000 horas

    d) 50% da tensao media necessaria para produzir ruptura em 10000 horasPara 0 caso de carga estatlca + atrito, a maxima tensao admissfvel do material

    do suporte, a temperatura de projeto, sera 0menor valor entre:a) 1/3 do Ifmite de reslstencla a tracaob) 2/3 do limite de escoamento (0,2% de alongamento)c) 100% da tensao media necessaria para produzir 1% de detormacao por fluencla em10000 horas

    d) 100% da tensao media necessaria para produzir ruptura em 10000 horasPara suportes fundidos, urn fator de quaJidade de 0,8 deve ser utilizado na

    determinacao das tensoes admissfveis.4.5.3 - Sobrespessura de Corrosao

    A mfnima sobrespessura de corrosao a ser aplicada em todas as faces expostasdos suportes e guias em contato com os gases de cornbustao e de 1,3 mm (0,05") paramateriais austenfticos e de 2,5 mm (0,1") para materiais ferrfticos.

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    5 - PROJETO DA ESTRUTURA E ACESSORIOS5.1 - C6digos de Projeto

    Segundo a N-1671, a estrutura de aco de urn forno deve ser projetada deacordo com a norma N-279.

    Segundo 0API STD560, a estrutura de aco de urn forno deve ser projetado deacordo com os seguintes c6digos e eepecificacoes:

    - UNIFORM BUILDING CODE of International Conference of BuildingsOfficials- SPECIFICATION FOR DESIGN, FABRICATION AND ERECTION OFSTRUCTURAL STEEL FOR BUILDINGS of American Institute for SteelConstruction (AISC)- American National Standards Institute publications- ANSI A58.1 - Minimum Design Loads for Buildings and other Structures

    5.2 - Condiyoes de ProjetoA estrutura de urn forno deve ser projetada para todas as condicoes de carga

    apllcavels, esperadas durante transporte, montagem e operacao. Condlcoes de climafrio devem ser consideradas, particularmente quando 0 forno estiver fora de operacao.Estas condicoes de carga devem incluir, mas nao estao limitadas a, peso morto,cargas de vento, cargas vivas e cargas tsrmlcas.

    A temperatura de projeto da estrutura e acess6rios deve ser a temperaturarnetallca calculada mais 50C, baseada na temperatura maxima dos gases decombustao esperada para todas as condlcoes de operacao com uma temperaturaambiente de 25C, considerando ar parado.

    Nenhum componente estrutural deve estar em contato direto com gasesquentes (ar pre-aquecido ou gases de combustao).5.3 - Materiais

    Os materiais empregados na estrutura e acess6rios de urn forno devem estar deacordo com as seguintes especiftcacoes:

    - perfis estruturais: ASTM A36

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    26- chapas: ASTM A36, A283 Gr C ou A285 Gr C- parafusos estruturais: ASTM A307- parafusos de alta reslstencla; ASTM A325 ou A490- tubos para colunas e turcos: ASTM A53 Gr B

    5.4- Recomendayoes sobre Arranjo e Detalhes ConstrutivosA norma CONTEC N-1671 e 0 API STD560 apresentam uma serie de

    recornendacoes com ralacao a estrutura de urn forno, das quais destacamos asseguintes:a) Todos os tubos, cabecotes e queimadores devem ser suportados pela estruturametalica, independentemente do refratarlo,

    b) A estrutura rnetalica deve ser projetada para permitir sxpansoes laterais e verticaisde todas as partes do forno.

    c) A carcaca do forno deve ser de chapa com espessura minima de 4.75 mm (3/16") eretorcada contra empeno. Quando usada como parte da estrutura principal doforno, a chaparia deve ter uma espessura minima de 6,3 mm (1/4") . Chapa do pisodevem ter uma espessura minima de 6,3 mm (1/4").

    d) A chaparia do fomo deve ser soldada com soldas contfnuas para evitar lntlltracao dear e aqua,

    e) 0empocamento ou retencao de agua de chuva deve ser evitado nao somente noteto como em todos os elementos estruturais, inclusive nas plataformas.

    f) As colunas estruturais principais ao nlvel do solo e as vigas de piso principais devempermitir a instalacao de revestimento a prova de fogo, conforme N-1756.

    5.5 - Caixas de CabeyotesNas caixas de oabecotes devem ser previstos:

    - acesso para rnanutencao dos tubos e acessortos:- estanqueidade para evitar entrada de ar;- espaco livre para dllatacao termlca dos tubos, devendo ser provida de umafolga minima de 75 mm entre 0 refratario da porta da caixa e os acessorlosna poslcao a quente;

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    27- portas com dobradlcas ou aparafusadas;- pontos de drenagem.

    5.6 - Portas e JanelasDevem ser previstas portas de acesso ao interior do forno na quantidade edlrnensoes estabelecidas na Tab. 9.

    Tabela 9 - Portas de AcessoLocallzaeao e Quantidade Mfnima Dimensoes MfnimasTipo do Forno

    radiacao de tornos caixa e 2 por camara 610 mm x 610 mmcabinepiso de fomo cilfndrico 1 460 mm x 460 mmverticalacesso ao abafador e 1 610 mm x 610 mmsecao de conveccao

    teto da radlacao de fomos 1 por carnara 460 mm x 610 mmcom tubos verticaisDevem ser previstas janelas de observacao para exame de todos os tubos da

    radlacao, dos suportes, da fila inferior do "shield" e da chama de todos osqueimadores.

    Devem ser previstas portas de alfvio de pressao cuja area mfnima deve sercalculada pela expressao:

    Onde: A - area total da porta de alfvio de pressao, r n "M - vazao maxima de gases de cornbustao, kg/hT9 - temperatura dos gases no local da porta de alfvio, c

    6 - PROJETO DE CHAMINES. DUTOS E COIFAS6.1 - C6digos de Projeto

    o projeto deve estar de acordo com os ftens aplicavels dos c6digos eespeclficacoes recomendados pelo API STD560 para 0 projeto de estruturas.

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    As cargas mlnimas de vento devem ser conforme os criterlo da NBR 6123 -Forcas Devidas ao Vento em Edificayoes.6.2 - Detalhes Construtivos

    As charnlnes devem ser auto-suportadas e aparafusadas na sua propriaestrutura.

    Charnlnes, coifas e dutos devem ser de construcao soldada com excecao dasligayoes entre dutos e chamtnes,

    Todas as aberturas e conexoes nas chamines, coifas e dutos devem ser seladasde maneira a evitar vazamento de ar ou gases de cornbustao.

    A minima espessura da chaparia das charnlnes, dutos e coifas deve ser de 4,8mm (3/16") apos subtralda a sobrespessura de corrosao. Para charnlnes, asobrespessura minima e de 1,5mm (1/16").

    As charnlnes deve ter no mlnimo oito parafusos de ancoragem.6.3 - Considerayoes de Projeto

    Ohamlnes, coifas e dutos devem ser projetadas para todas as condlcoesesperadas de carga apllcavels para transporte, montagem e operacao, incluindo emcada caso, as cargas mortas, cargas de vento, cargas vivas e cagas termlcas.Condicoes clirnaticas de baixa temperatura devem ser consideradas, particularmentequando 0 forno nao esta em operacao.

    A cornblnacao das cargas sirnultaneas que resultar na condicao de cargamaxima define a carga de projeto. No entanto, nenhum caso individual deve criartensoes que ultrapassem 0valor admlsslvel. Quando as velocidades crftlcas de ventoexcederem 97 km/h, as cargas dlnamlcas resultantes da acao do vento naonecessitam ser incluldas na carga de projeto.

    A temperatura de projeto da parede metalica das chamines, coifas e dutos deveser igual a temperatura calculada do metal mais 50C, baseada na maximatemperatura esperada dos gases de cornbustao considerando todos os casos deoperacao e temperatura ambiente de 25C com ar parado.

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    A temperatura da superffcie rnetallca, de qualquer parte do forno em contatodireto com os gases de cornbustao, nao deve, em qualquer condicao de operacao, serinferior a temperatura de condensacao dos gases de cornbustao acrescida de 25C.

    Coifas e dutos devem ser retorcados para evitar empeno e deflexao excessivos.A deflexao de coifas revestidas com retratarlos e dutos isolados deve ser limitada a1/360 do seu vao. Deflexoes de outras coifas e dutos devem ser limitados em 1/240do vao,6.4 - Tensoes Admissfveis

    A maxima tensao longitudinal atuando na chamlne nao deve exceder 0 menorvalor entre:

    O,56xEx tO,5xFy O,004xEnu. Fy )ouOnde: E - m6dulo de elasticidade do material a temperatura de projeto

    t - espessura de parede corrofdaD - diarnetro externo da chamlneF y - mfnima tensao de escoamento do material a temperatura de projetoA tensao combinada de membrana e de tlexao no costado da chamlne ou nos

    aneis de referee nao deve exceder a 90% da tensao de escoamento mfnima dorespectivo material a temperatura de projeto.

    A tensao de tracao nos parafusos de ancoragem, calculada conformeprocedimento do AISC, nao deve exceder 144 Mpa para 0 material ASTM A307 e227 Mpa para 0ASTM A320 L7.

    A tensao de tracao nos parafusos estruturais, calculada conforme procedimentodo AISC, nao deve exceder 179 Mpa para 0 material ASTM A325 e 227 Mpa para 0ASTM A193 87 ou ASTM A320 L7.

    o API STD560 estabelece no item 9.3.5 os valores mfnimos da tensao deescoamento e do m6dulo de elasticidade em funcao da temperatura, para os acosestruturais ASTM A36 e ASTM A242. No entanto, a N-1671 no item 11.3.5 recomendaque s6 seja usado 0ASTM A36.

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    306.5 - Projeto Estatico

    Todas as charnlnes devem ser projetadas como colunas engastadas em umadas extremidades.

    Hefratarlos e is0 1antes nao devem ser considerados como contribuintes para aresltencla de charnines, coifas e dutos.o minima fator de forma e dlametro efetivo para as cargas de vento devem ser

    conforme Tab. 10.Tabela 1 - Mfnimos Fatores de Forma e Diametros Efetivos para Cargas de VentoTrecho da chamlne ou Fator de Forma Diametro Efetivo

    dutoSegmento cilindrico 0,6 diametro ext. do casco

    Segmento com escada ou 1,0 largura da area totalplataforma projetadaSegmento com 1,0 dlarnetro circunscrito aoturbilhonador turbilhonador

    Duto com parede plana 1,0 largura

    Descontinuidades na chaparia da chamlne, tais como junyao cone/cilindro etranslcces nao circulares, devem ser projetadas de forma que as tensoes combinadasde membrana e flexao nao excedam as tensoes admissfveis. Mudancas no dlametrode charnines cilfndricasdevem ser feitas com cones tendo 0 anqulo do aplce menorque 60Q

    Aberturas em charnines, coifas e dutos devem ser reforcados para manter aspropriedades requeridas da secao, Para aberturas (micas em charnlnes cilfndricas acorda nao deve exceder ao raio da chamlne, Para duas aberturas, opostas uma daoutra, cada corda nao deve exceder a 0,75 do raio da charnlne.

    Anels de retorco sao necessarios quando:

    t

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    31e devem atender aos seguintes requisitos:

    L- limites de espacamento: 1sD ~ 3s. > LxM- modulo de resistsncia requerido da secao do anel:

    O,6x Fy rOnde: M - momenta circunferencial maximo por unidade de comprimento

    Fys - tensao minima de escoamento do material da chamlne a temperatura deprojetot - espessura corrolda da chamine

    L - sspacarnento entre aneis de refereeD - dlarnetro da chamlneS r - modulo de reeistencia do anelFyr - tensao minima de escoamento do material do anel a temperatura deprojeto da chamineDeflex6es da charnine devido a cargas estaticas de vento nao devem exceder a

    0,005 mm/mm de altura da chamlne, baseado na espessura do casco menos 50% desobrespessura de corrosao admisslvel,6.6 - Projeto Considerando Vibrac;:ao Induzida pelo Vento

    No projeto dlnarnlco da chamlne, 0 calculo da massa total deve considerar 0revestimento refratario interno.

    A velocidade crltica de vento para os dois primeiros modos de vlbracao dacharnlne deve ser calculada para as condlcoes nova e corrofda, de acordo com aseguinte expessao:

    r ,nVet=-- S e Ve2= 6,Ox VetOnde: Vc1 - velocidade crltica de vento para 0 primeiro modo de vibracao

    Vc2 - velocidade crltlca de vento para 0 segundo modo de vibracaoD - dlarnetro medic do casco da charnine no seu terce superiorS - nurnero de Strouhal ( S=0,2 )f - frequsncia de vibracao transversal da chamlneA deterrninacao da variavel f requer uma analise rigorosa da charnine e de sua

    estrutura de suportacao, Para uma charnine com distnbulcao uniforme de peso, secao

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    32transversal constante e base de flxacao rfgida temos a seguinte expressao para atrequencla em ciclos por segundo:

    Exlxgf = 0,5587 4WxH

    Onde: E - modulo de elasticidade a temperaura de projeto, Ibf/in 2 4I-omento de lnecia da seyao transversal da charnine, in9 - aceleracao da gravidade, 386 ln/s"W - peso por unidade de comprimento da chamlne, Ibf/inH - altura total da chamine, ino projeto da charnlne deve garantir que as velocidades crfticas dos dois

    primeiros modos de vibracao estao dentro das faixas aceitaveis, conforme defindo aseguir:

    1) O : S ; V c < 6,7 m/s (15 milhas/h): Aceitavel des de que considerada apossibilidade de falha por fadiga.

    2) 6,7 m/s :s ; V c < 13,4 mls (30 milhas/h) : Aceltavel desde que seja previstoturbilhonador.

    3) 13,4 m/s s v, < 26,8 m/s (60 milhas/h) : Nao aceltavel,4) 26,8 m/s s v, :Aceltavel,

    Os turbilhonadores, quando requeridos, devem ser usados pelo menos ao longodo terce superior da chamlns, Eles devem ser de urn dos dois tipos a seguir:a) Chapas alternadas verticais, com espessura mfnima de 6,3 mm (1/4") ecomprimento maximo de 1,5 m (5 ft). Quatro turbilhonadores devem ser espacadosde 90Q ao redor da charnlne e devem se projetar 0 equivalente a 10% do dlarnetroda charnine, a partir de sua superffcie externa. Nfveis adjacentes de turbilhonadoresdevem ter uma defasagem de 45Q entre si.

    b) Tres chapas em espiral com espessura de 6,3 mm (1/4"), espacadas de 120Q, passode 5 dlarnetros e uma projecao de 10 % do dlarnetro da chamlne, a partir de suasuperffcie extema.