Trabalho de MecSol

5/8/2018 Trabalho de MecSol - slidepdf.com

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................... 2

2 CONCEITO, APLICAÇÕES E USOS DE VASOS DEPRESSÃO........................................................................................................... 3

3 CARGAS DE PROJETO E TENSÕES AGENTES ................................. 5

3.1 Generalidades........................................................................................... 5

3.2 Critérios de Escoamento.......................................................................... 6

3.2.1 Teoria de Tensão Máxima ou Critério de Rankine.................................. 7

3.2.2 Teoria de Tensão Cisalhante Máxima ou Critério de Tresca ................. 7

3.2.3 Teoria da Energia de Distorção ou Critério de Von Mises ..................... 73.3 Tensões Agentes.................................................................................... 8

4 CRITÉRIOS DE PROJETO E CONCEPÇÃO DE DETALHES

ESTRUTURAIS................................................................................................. 10

4.1 Componentes ........................................................................................ 10

4.2 Dimensões Características ................................................................... 11

4.3 Aberturas e Reforços ............................................................................ 11

4.5 Peças Internas dos Vasos de Pressão ................................................. 124.5 Acessórios Externos dos Vasos de Pressão ........................................ 12

4.6 Suportes ............................................................................................... 13

5 SELEÇÃO DE MATERIAIS, CONSTRUÇÃO DE FABRICAÇÃO DE

VASOS............................................................................................................. 14

5.1 Seleção de Materiais............................................................................. 14

5.2 Aspectos Gerais da Fabricação de Vasos De Pressão ....................... 15

5.2.1 Materiais .............................................................................................. 15

5.2.3 Traçagem e Corte ............................................................................... 16

5.2.3 Conformacão ....................................................................................... 16

5.2.4 Soldagem ............................................................................................ 17

6 CÓDIGO ASME.................................................................................... 18

6.1 Histórico…............................................................................................ 18

6.2 Código ASME (American Society of Mechanical Engineers)…............. 21

6.2.1 ASME Seção VIII - Divisão1 ................................................................ 22

6.2.2 ASME Seção VIII – Divisão 2 .............................................................. 23

7 REFERÊNCIAS..................................................................................... 24



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1. INTRODUÇÃO

Esta monografia tem o objetivo de, através de um trabalho de pesquisa

bibliográfica, abranger os diversos tópicos a respeito do assunto Vasos de Pressão.

Serão apresentados, a cada capitulo, desde os conceitos básicos para a

compreensão do tema a assuntos mais específicos, sendo abordados de forma

coerente, ordenada e “fluida”.

O primeiro capítulo tem o propósito de apresentar o conceito de vasos de

pressão, suas aplicações e usos em nossa sociedade, bem como mostrar sua

importância nos diversos processos onde é utilizado.

O capítulo segundo vai mais a fundo, com assuntos relativos à base teórica

para a concepção de um vaso de pressão, mostrando os estudos utilizados para se

determinar as cargas de projeto e as tensões agentes.

O terceiro e o quarto capítulos tratam de temas voltados à construção de umvaso de pressão, relatando os diversos detalhes necessários para fazê-lo com

segurança. Sendo apresentados os critérios de projeto, os detalhes estruturais, a

seleção dos materiais e o processo de construção em si.

Por fim, no quinto capítulo e apresentado o código ASME, o qual se trata de

regras que devem ser seguidas na confecção e utilização dos vasos de pressão que

foram criadas a partir da analise de dados históricos.



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2. CONCEITO, APLICAÇÕES E USOS DE VASOS DE PRESSÃO

Vasos de pressão são todos os reservatórios, de qualquer tipo, dimensões ou

finalidades, não sujeitos à chama, fundamentais nos processos industriais, que

contenham fluidos e sejam projetados para resistir com segurança a pressões

internas diferentes da pressão atmosférica, ou submetidos à pressão externa,

cumprindo assim a função básica de armazenamento.

O código ASME define vasos de pressão como sendo todos os reservatórios,

de qualquer tipo, dimensões ou finalidade, não sujeitos a chama, que contenhamqualquer fluído em pressão manométrica igual ou superior a 1,02 kgf/cm 2 ou

submetidos à pressão externa.

Os vasos de pressão são empregados em três condições distintas:

- Armazenamento de gases sob pressão - Os gases são armazenados sob

pressão para que se possa ter um grande peso num volume relativamente pequeno.

- Acumulação intermediária de líquidos e gases - Isto ocorre em sistemas

onde é necessária a armazenagem de líquidos ou gases entre etapas de um mesmo

processo ou entre processos diversos.

- Processamento de gases e líquidos - Inúmeros processos de transformação

em líquidos e gases precisam ser efetuados sob pressão.

Vasos de pressão são utilizados em diversos ramos da indústria, podendo-secitar as indústrias químicas, petroquímicas, de petróleo, alimentícia, siderúrgica, etc.

Estes equipamentos são empregados para conter e transportar fluidos, muitas vezes

perigosos, ou em estado termodinâmico perigoso.

Exemplos de aplicação:

- Indústrias químicas e petroquímicas

- Indústrias alimentares e farmacêuticas

- Refinarias

- Terminais de armazenagem e distribuição de petróleo e derivados.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido



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- Estações de produção de petróleo em terra e no mar.

Os vasos de pressão podem ser classificados em dois grupos:

• Vasos não sujeitos a chama:

- Vasos de armazenamento e acumulação;

- Torres de destilação fracionada, retificação, absorção, etc.,...

- Reatores diversos;

- Esferas de armazenamento de gases;

- Permutadores de calor;

- Aquecedores;

- Resfriadores;

- Condensadores;

- Refervedores;

- Resfriadores a ar

• Vasos sujeitos a chama:

- Caldeiras;- Fornos.



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3. CARGAS DE PROJETO E TENSÕES AGENTES

3.1 Generalidades

Denominam-se cargas de projeto às tensões máximas adotadas no

dimensionamento de um vaso de pressão.

As cargas de projeto para temperaturas abaixo da temperatura de fluência

estão relacionados com o limite de escoamento ou com o limite de resistência do

material de construção do equipamento. Para temperaturas elevadas, a definição do

valor da carga de projeto depende do comportamento à fluência, sendo

determinante a taxa de deformação na temperatura e o tempo para a falha.

Dentre os vários fatores que afetam a fixação dos valores das cargas de

projeto de um código podem-se citar:

- Tipo de material: Para materiais frágeis adota-se um fator de segurança

mais elevado que os adotados para materiais dúcteis;

- Critério de cálculo: Uma carga de projeto só deverá ser aplicada em

combinação com o critério de cálculo para o qual foi estabelecida. Cálculos

grosseiros e grandes aproximações exigem fatores de segurança maiores;

- Tipo de carregamento: A consideração de esforços cíclicos e alternados,

choques e vibrações exigem uma redução no valor da carga de projeto determinada

para esforços normais;

- Segurança: Equipamentos de grande periculosidade envolvendo sério risco

humano e material exigem elevados fatores de segurança;

- Temperatura: A resistência mecânica de um material diminui com o aumento

de temperatura e consequentemente a carga de projeto também cairá. Em

temperaturas baixas o comportamento de vários materiais se altera, peças que

sofreriam uma fratura dúctil em temperatura ambiente passam a sofrer fratura frágil

com o abaixamento dessa temperatura.

Observa-se que as cargas de projeto definidas por alguns códigos são mais

restritivas que outras, o que transforma os equipamentos projetados e fabricados por

este código conservativos para a condição de trabalho. Evidentemente que as

cargas de projeto mais elevadas são possíveis de serem utilizadas em função de



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uma melhor qualidade exigida para os materiais construtivos e o maior rigor nas

fases de execução e inspeção de solda.

3.2 Critérios de Escoamento

Em um ensaio de tração simples existe um ponto determinado no diagrama

tensão x deformação em que o material inicia a se deformar plasticamente. Nesse

caso a tensão é uniaxial.

A ocorrência de um estado triaxial de tensões acarreta um comportamento de

material diferente do obtido anteriormente. Existe, portanto a necessidade de

traduzir um estado de tensões complexo em um valor “equivalente” que poderia ser

comparado com as propriedades do material determinadas no ensaio de tração. A

essa equivalência denomina-se “Critério de Escoamento”.

Considere como exemplo o cilindro de parede fina que está submetido a um

esforço de tração P, um momento de torção T e uma pressão interna p (Figura 1).

Figura 1

Pela variação de pressão, força axial e momento de torção é possível obtervárias combinações de tensões, que resultam em diferentes direções principais.

Como determinar se uma combinação de carregamentos qualquer gera plastificação

no cilindro?

Os critérios de escoamento são representações desses estados de tensões

de acordo com diversas teorias de plastificação. Serão apresentados alguns critérios

de escoamento: Teoria da Tensão Máxima ou Critério de Rankine, Teoria da Tensão

Cisalhante Máxima ou Critério de Tresca e a Teoria de Energia de Distorção ouCritério de Von Mises.



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3.2.1 - Teoria de Tensão Máxima ou Critério de Rankine

Esta teoria assume que o escoamento vai ocorrer quando a máxima tensão

atuante em um material atingir a tensão de escoamento do material. Para um

material que possua os mesmos valores para o escoamento à tração e à

compressão, temos:

3.2.2 - Teoria de Tensão Cisalhante Máxima ou Critério de Tresca

Esta teoria assume que o escoamento vai ocorrer quando a máxima tensão

cisalhante em um material, submetido a uma combinação qualquer de cargas, atingir

a metade da tensão de escoamento do material: τmáx = σy /2

Utilizando-se o Círculo de Mohr verifica-se que τmáx pode ser dado por

, para um estado biaxial de tensões. Generalizando temos que:

3.2.3 - Teoria da Energia de Distorção ou Critério de Von Mises

Segundo este critério o estado limite para o escoamento ocorre quando a

energia de distorção se iguala à energia de distorção quando do escoamento do

material em um ensaio de tração uniaxial. A energia de distorção é dada pela

equação abaixo.



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Para um estado biaxial de tensões:

3.3 Tensões Agentes

As tensões agentes, geralmente, são classificadas em 3(três) categorias com

características diferentes.

I - Tensões primárias: São as tensões necessárias para satisfazer as leis deequilíbrio da estrutura, desenvolvidas pela ação de carregamentos impostos. Sua

principal característica é de que não é auto-limitante, ou seja, enquanto o

carregamento estiver sendo aplicado à tensão continua atuando não sendo aliviada

por deformações da estrutura. Como exemplo tem-se as tensões de membrana

circunferenciais e longitudinais em vasos cilíndricos submetidos ao carregamento de

pressão interna.

As tensões primárias podem ser de membrana ou de flexão. A tensão de

membrana é a componente da tensão primária constante através de toda a

espessura da parede do vaso. As tensões de flexão são resultantes da flexão das

paredes do equipamento, e são variáveis através da espessura, sendo proporcionais

à distância do ponto em que estão sendo analisadas ao centróide da seção

considerada.

Exemplos de tensões primárias são a tensão geral de membrana num cascocilíndrico sob a ação de pressão interna ou as tensões de flexão no centro de um



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tampo plano também causadas pela pressão interna. As tensões primárias de

membrana são classificadas em tensões generalizadas de membrana, caso estejam

atuando em todo o equipamento, e em tensões localizadas de membrana, caso

estejam atuando em uma região limitada do equipamento.

II - Tensões secundárias: São as tensões desenvolvidas por restrições a

deformações e compatibilidade de deslocamentos em pontos de descontinuidades.

A característica básica desse tipo de tensão é sua capacidade de autolimitação pela

deformação. Como exemplo tem-se tensões devido à dilatação térmica restrita ou

tensões residuais de soldagem.

III - Tensões de pico: São tensões extremamente localizadas que causam

deformações e distorções reduzidas podendo contribuir exclusivamente para

fenômenos cíclicos e para intensificação de tensões para efeitos de fratura frágil.

A classificação acima descrita permite a separação entre tensões que podem

estar atuando em um determinado ponto da estrutura, mas que possuem efeitos

diferentes sobre a mesma. Com esta separação é possível estabelecer cargas de

projeto diferentes para cada parcela projetando o componente de forma adequada.

A identificação, classificação e separação das tensões atuantes é dependente

do tipo de carregamento e geometria do componente. As tensões na parede do

equipamento podem ser analisadas a partir de um método de separação. As

parcelas de membrana, flexão e tensões de pico devem ser estimadas pela

linearização da distribuição de tensões no componente.



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4. CRITÉRIOS DE PROJETO E CONCEPÇÃO DE DETALHES

ESTRUTURAIS

4.1 Componentes

Num vaso de pressão podemos distinguir os seguintes componentes:

- Corpo (casco ou costado): Normalmente cilíndrico, cônico, esférico ou

combinação dessas formas.

- Tampos: Normalmente nos tipos semielípticos, toro-esféricos, semiesféricos.

cônicos, toro-cônicos, toro-esféricos e planos.

Os tampos elipsoidais que tem a relação entre semieixos de 2:1 são

denominados tampos elipsoidais „padrão‟. Os tampos toroesféricos com relação de

semieixos 2:1 devem ser preferencialmente do tipo conhecido como “falsa elipse”.

A tabela abaixo exemplifica as espessuras mínimas requeridas (aproximadas)

em função da geometria do tampo.

A escolha do tipo de tampo é função de determinados fatores, como por

exemplo: Exigência de Serviço, Diâmetro e Pressão de Operação. Algumas

características de tampos são descritas a seguir.



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4.2 Dimensões Características

As dimensões características de um vaso de pressão são as seguintes:

- Diâmetro Interno

- Diâmetro Externo

- Comprimento entre tangentes

O comprimento entre tangentes é o comprimento total do corpo cilíndrico, ou

a soma dos comprimentos dos corpos cilíndricos e cônicos sucessivos. As linhas de

tangência, que limitam o comprimento entre tangentes, são linhas traçadas próximo

a ambos os extremos do casco, na tangência entre o corpo cilíndrico e os tampos de

fechamento.

4.3 Aberturas e Reforços

Todos os vasos de pressão têm sempre várias aberturas com diversas

finalidades. Bocais são as aberturas feitas nos vasos para:

- Ligação com tubulações de entrada e saída de produto.

- Instalação de válvulas de segurança.



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- Instalação de instrumentos, drenos e respiros.

Podem ainda existir aberturas feitas para permitir a ligação entre o corpo do

vaso e outras partes do mesmo vaso; por exemplo, ligação a potes de drenagem.Uma abertura num vaso de pressão, embora necessária ao seu funcionamento, é

um ponto de concentração de tensões. Para combater este efeito é necessária a

colocação de reforços junto às aberturas feitas num vaso de pressão. Os reforços

normalmente utilizados são:

- Disco de chapa soldado ao redor da abertura.

- Utilização de maior espessura de parede para o vaso ou bocal.

- Peças forjadas integrais.

- Pescoço tubular com maior espessura

4.4 Peças Internas dos Vasos de Pressão

A variedade de tipos e detalhes de peças internas em vasos de pressão e

muito grande, dependendo essencialmente do serviço para o qual o vaso se destina.

Todas as peças internas que devam ser desmontáveis, (grades, bandejas,distribuidores, defletores, extratores de névoa, etc...) devem ser obrigatoriamente

subdivididas em seções, de tal maneira que cada seção possa passar com facilidade

através das bocas de visita dos vasos.

4.5 Acessórios Externos dos Vasos de Pressão

Os vasos de pressão podem ter diversos tipos de acessórios externos, dentre

os quais podemos citar como exemplo:

- Reforços de vácuo.

- Anéis de suporte de isolamento térmico externo.

- Chapas de ligação, orelhas ou cantoneiras para suportes de tubulação,

plataformas, escadas ou outras estruturas.

- Suportes para turcos de elevação de carga.

- Turcos para as tampas de bocas de visita e outros flanges cegos.



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4.6 Suportes

Existem vários tipos de estruturas de suporte, tanto para vasos verticais como

para vasos horizontais.

Vasos verticais são usualmente sustentados por uma “saia” de chapa, embora

vasos verticais de pequenas dimensões possam também ser sustentados em

sapatas ou colunas.

As torres devem ser suportadas por meio de saias. A saia de suporte deve ter

um trecho com 1000 mm de comprimento a partir da ligação com o vaso, com o

mesmo material do casco nos seguintes casos:

- Temperatura de projeto abaixo de -10oC.

- Temperatura de projeto acima de 250oC.

- Serviços com hidrogênio.

- Vasos de aços-liga, aços inoxidáveis e materiais não ferrosos.

As esferas para armazenagem de gases também são sustentadas por

colunas, soldadas ao casco aproximadamente na linha do equador da esfera.

A maioria dos vasos horizontais são suportados em dois berços (selas),

sendo que para permitir a dilatação do vaso, em um dos berços os furos para os

chumbadores são ovalados.

São comuns os vasos horizontais superpostos, principalmente em

permutadores de calor.



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5. SELEÇÃO DE MATERIAIS, CONSTRUÇÃO DE FABRICAÇÃO

DE VASOS

O objetivo de um projeto e fabricação adequada é assegurar que tais

equipamentos possam exercer suas funções, sem risco considerável, submetidos

aos carregamentos, temperaturas e pressões previstas.

A construção de um vaso de pressão envolve uma série de cuidados

especiais relacionados a seu projeto, seleção de materiais, fabricação, montagem e

testes. Isto porque um vaso de pressão representa:

- Grande risco: Normalmente opera com grandes pressões e temperaturas

elevadas.

- Alto investimento : É um equipamento de custo unitário elevado.

- Papel importante na continuidade operacional do processo.

5.1 Seleção de Materiais

A seleção dos materiais adequados a cada uma das partes de um vaso de

pressão é um dos problemas mais difíceis para o projetista do equipamento. Os

fatores gerais de influência na seleção de materiais são:

- Condições de serviço do equipamento;

- Nível e natureza das tensões atuantes;

- Fluídos em contato (Natureza e concentração, impurezas, etc...);

- Custo e Segurança;

- Facilidade de fabricação (Soldabilidade, conformação, etc...);

- Tempo de vida previsto para o equipamento;

- Disponibilidade;

- Experiência prévia.



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Para os cascos, tampos e todas as outras partes do vaso submetidas à

pressão exige-se que sejam especificados no projeto materiais qualificados. Como

regra geral só são admitidos materiais qualificados reconhecidos pelas normas

ASME Seção II e Seção VIII.

O material mais comumente utilizado na construção dos vasos de pressão é o

aço carbono ou aço de baixa liga. Os tipos de aço carbono mais utilizados, na faixa

de temperatura recomendável, que e de - 45oC a 450oC, são: SA-285 Gr C; SA-515

Gr 60 e Gr 70; SA-516 Gr 60 e 70.

Muitas vezes, quando além da resistência mecânica é necessário que o

material seja resistente à corrosão, torna-se necessário a utilização de chapas

revestidas. Neste caso a chapa base, que resistirá aos esforços mecânicos é

usualmente de aço carbono e a chapa de revestimento bem fina, de um material

nobre como aço inoxidável, níquel e ligas.

5.2 Aspectos Gerais da Fabricação de Vasos De Pressão

5.2.1 - Materiais

A fabricação de um vaso de pressão começa com o recebimento e

preparação da matéria prima, incluindo consumíveis utilizados na soldagem.

Para as partes pressurizadas e as partes de sustentação fabricadas de

chapas e de tubos deve-se verificar se os certificados de material estão de acordo

com as respectivas especificações.

Os materiais empregados devem estar perfeitamente identificados de acordo

com o desenho de fabricação do equipamento, de acordo com o certificado de

material e de acordo com as recomendações do Código.

Deve ser realizado exame visual de todos os materiais empregados, que não

deverão apresentar defeitos que causem uma transição aguda na superfície dapeça; defeitos que reduzam a espessura da peça a valores inferiores a espessura de



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projeto ou a espessura nominal menos a tolerância de fornecimento da chapa; graus

de corrosão incompatíveis com o material de fabricação do vaso.

Para chapas de grande espessura pode ser exigido o exame por ultrassom,para detecção de defeitos internos. Deve ser feito um mapa dos defeitos reparados

em chapas.

5.2.2 - Traçagem e Corte

A traçagem consiste na marcação das linhas onde serão feitas as operações

de corte e furação das peças. Para a traçagem de formatos complicados, como é

por exemplo, o caso de tampos, seções cônicas, gomos de esferas, e normalmenteexecutado o desenho em tamanho natural para confecção do molde e a marcação e

feita com o molde sobre a chapa.

A marcação é feita sobre as chapas com uma ferramenta de ponta dura, tinta

ou giz. O corte de chapas e tubos pode ser feito através de guilhotinas; através de

oxi-corte ou plasma.

O corte com guilhotina é recomendável para chapas finas (t ≤ 1/4”), o corte a

plasma é executado para aços inoxidáveis ou de alta liga; o oxi-corte é bastante

empregado para os aços carbono e de baixa liga, principalmente porque, ao mesmo

tempo em que se realiza o corte podemos preparar o bordo da chapa para a solda.

5.2.3 - Conformação

As principais operações realizadas na conformação das chapas, tubos e

perfis utilizados nos vasos de pressão são: calandragem, prensagem, dobramento,

curvamento e estampagem.

A calandragem é utilizada na conformação de corpos cilíndricos ou mesmo

cônicos. Um cuidado que deve ser observado antes do início da operação de

calandragem é o prévio curvamento das extremidades das chapas, que pode ser

feito na própria calandra. A fabricação dos tampos pode ser feito de diversas

maneiras. Tampos elipsoidais devem ser conformados totalmente por prensagem,exigindo ferramentas individuais em função do diâmetro do tampo.



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A conformação de tampos toro esféricos de chapa inteira, ou com soldas em

posição de secante é feita normalmente pela prensagem da coroa central e depois e

feito o rebordeamento da extremidade do tampo. O furo guia deve ser fechado com

solda de topo, ou com disco de chapa soldado de topo.

Os tampos de qualquer perfil construídos em gomos com soldas radiais são

conformados por prensagem.

Os processos de dobramento e estampagem são empregados principalmente

para fabricação de bandejas, borbulhadores, outras peças internas e vários

elementos estruturais do vaso, como as vigas internas de sustentação de bandejas.

São empregados principalmente para operações com chapas finas.

Os tubos de qualquer diâmetro e espessura e os perfis estruturais são

conformados por curvamento, em máquinas viradeiras especiais.

5.2.4 - Soldagem

Antes do início da soldagem é imprescindível a qualificação de todos os

procedimentos de soldagem bem como a qualificação de todos os soldadores e

operadores de solda.

Para os equipamentos de caldeiraria os procedimentos de soldagem devem

ser elaborados e qualificados de acordo com o ASME Seção IX.

No procedimento de soldagem são exigidas, entre outras, as seguintes

informações: Identificação da junta soldada; dimensões da junta soldada;

características dos materiais a serem soldados; processos de soldagem; tipo e

dimensões dos eletrodos. É também muito importante a determinação da sequência

de soldagem que será utilizada bem como dos dispositivos auxiliares de montagem.

A sequência de soldagem, quando corretamente estabelecida, permitirá e facilitará o

acesso e execução de cada solda e minimizará os efeitos de contrações e

distorções de soldagem.



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6. CÓDIGO ASME

6.1 Histórico

Entre 1870 e 1910, pelo menos 10.000 explosões em caldeiras foram

registradas na América do Norte. Após 1910, a taxa se elevou para 1.300 a 1.400

falhas ao ano. Em 1905, ocorreu uma explosão de caldeira em uma fábrica de

sapatos em Brockton, Massachusetts (EUA), que motivou a criação de norma

regulatória, denominada Massachusetts Rules, sobre o projeto e construção de

caldeiras, emitida em 1907.

O Comitê de Caldeiras do ASME foi criado em 1911, com publicação da

primeira edição do código em 1914-1915, exclusivamente para Caldeiras

Estacionárias (Seção I). Em 1924, seria publicada a Seção VIII, referente a vasos de

pressão não sujeitos a chama. Nesta época já existiam normas europeias para

caldeiras e vasos de pressão.

Até a década de 60, os códigos eram baseados em critérios ditados pela

experiência, pouca base teórica e mecanismos de falha mais simples. Simplesmenteera exigido que a espessura do equipamento fosse capaz de suportar a tensão

máxima atuante, e que o material fosse suficientemente dúctil de forma a acomodar,

sem riscos imediatos, tensões de pico e tensões geradas em regiões de

descontinuidades geométricas.

Outro grupo, mais recentemente desenvolvido, teve por filosofia a adoção de

maiores tensões de projeto, associadas a uma rigorosa e criteriosa análise de

tensões, aplicação de teoria da plasticidade, conceitos de mecânica da fratura e da

avaliação da vida útil à fadiga dos equipamentos. A motivação para este

desenvolvimento decorreu do seguinte:

I - O advento e difusão da tecnologia com a construção de reatores nucleares,

que exigiam um maior conhecimento de mecanismos de falha, análise e a

classificação das tensões associadas a equipamentos, considerando a elevada

consequência de um vazamento do fluido;



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II - Necessidade de redução do conservadorismo no projeto convencional de

vasos de pressão e na identificação de critérios deficientes para a definição do

comportamento estrutural.

Com a redução do nível de insegurança na definição do comportamento

estrutural dos equipamentos, permitiu-se o estabelecimento de fatores de segurança

mais adequados. O ASME Seç. III, editado em 1963, foi o primeiro código a utilizar

tais desenvolvimentos. Como resultado da abordagem proposta foram identificados

dois diferentes critérios de projeto:

• Projeto convencional (design by rules): que emprega soluções analíticas

consagradas para o dimensionamento de vasos com detalhes padronizados para a

geometria dos componentes (casco, tampo, bocais, ...);

• Projeto alternativo (design by analysis): que inclui componentes com

geometrias e/ou carregamentos não convencionais, onde o dimensionamento

depende de uma análise e classificação das tensões atuantes e comparação com

valores admissíveis.

O ASME Seç.VIII – Divisão 2 incorporou este critério de projeto em sua

primeira edição em 1968.

Foram identificados, na época, 8 diferentes modos de falha, assim

denominados:

1. Deformação elástica excessiva incluindo instabilidade elástica;

2. Deformação plástica excessiva;3. Fratura frágil;

4. Deformação e tensões a altas temperaturas (creep);

5. Instabilidade plástica (colapso incremental);

6. Fadiga de baixo ciclo;

7. Corrosão sob tensão;

8. Corrosão-fadiga.

Nesta época, os cálculos eram basicamente analíticos e desenvolvidos

segundo teoria de cascas e placas. Isto explica a definição de tensões de projeto e



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mecanismos de falha com regras simples, baseadas em teorias de viga e cascas,

que prevalece até hoje, por exemplo no código ASME.

Os mecanismos de falha identificados pelo ASME são evitados, paraequipamentos novos, com adoção de tensões admissíveis e critérios de

dimensionamento, substanciados por fatores de segurança adequados.

Para o caso de deformação elástica excessiva e instabilidade elástica, não

apenas a tensão atuante no equipamento deve ser limitada, mas também

considerações sobre a rigidez do componente são fundamentais para que estes

mecanismos de falha não ocorram.

A fratura frágil é melhor evitada com a seleção e qualificação de materiais

com maior tenacidade, não susceptíveis a uma fratura brusca.

A fadiga de baixo ciclo, a corrosão sob tensão e a corrosão-fadiga estão

relacionadas à seleção adequada dos materiais base e junta soldada, requisitos de

fabricação, detalhes de projeto, etc.

A deformação plástica excessiva e o colapso plástico incremental são

evitados através do dimensionamento dos componentes, considerando os diversos

tipos de tensões e seus efeitos.

A filosofia do código é implementada para a seleção dos materiais, definição

dos testes de qualificação necessários, requisitos de fabricação, detalhes de projeto,

ensaios não-destrutivos e destrutivos certificando a fabricação do equipamento e

finalmente os ensaios e testes finais de aceitação do vaso de pressão ou datubulação.

As normas e códigos de projeto foram estabelecidos não só com a finalidade

de padronizar e simplificar o cálculo e projeto dos vasos de pressão, como

principalmente garantir condições mínimas de segurança para a sua operação. A

experiência comprovou que a observância dessas normas torna muito baixa a

probabilidade de ocorrência de acidentes graves. Por essa razão, embora muitas

vezes não sejam de uso legal obrigatório, nem eximam de qualquer



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responsabilidade o projetista, são em geral exigidas como requisito mínimo de

segurança por quase todos os projetistas e usuários de vasos de pressão.

Uma norma de projeto representa um conjunto coerente de premissas quesão características dessa norma, relacionando critérios de cálculo, coeficientes de

segurança utilizados, padronização e especificação de materiais, detalhes de

fabricação e inspeção, e isso não deve ser esquecido. Os principais códigos de

projeto, fabricação, montagem e testes de vasos de pressão são os seguintes:

6.2 Código ASME (American Society of Mechanical Engineers)

Este é o código tradicionalmente utilizado no Brasil, sendo responsável por

ditar os requisitos necessários para materiais, projeto, fabricação, montagem e

testes da maioria dos vasos de pressão, permutadores e caldeiras utilizadas na

indústria do petróleo. Possui diversas seções, abaixo citadas.



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6.2.1 - ASME Seção VIII - Divisão.1

É o projeto convencional dos vasos de pressão. A filosofia de projeto daDivisão 1 está bem explícita no parágrafo UG-23 (c), do código, onde se lê :

“A espessura de parede de um vaso de pressão dimensionado de acordo com as regras

estabelecidas nesta divisão deve ser tal que a tensão máxima primária geral de membrana, resultante

dos carregamentos a que esteja sujeito o equipamento durante sua operação normal não exceda os

limites de tensão admissível do material do vaso e que, excetuando-se alguns casos especiais os

carregamentos a que esteja sujeito o vaso não provoquem uma tensão primária de membrana mais

flexão superior a 1 ½ da tensão máxima admissível do material do vaso”.



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É sabido que podem ocorrer elevadas tensões nas descontinuidades nos

vasos de pressão, mas as regras de projeto e de fabricação desta divisão foram

estabelecidas de modo a limitar tais tensões a um nível seguro consistente com a

experiência adquirida.

Embora seja dito que os vasos de pressão devam resistir a todos os esforços

solicitantes (pressão interna ou externa, pesos, sobrecargas, reações de apoio, ação

de vento, impactos, esforços de dilatação, etc), o código só fornece fórmulas para o

cálculo em função da pressão interna ou externa, ficando o cálculo para os demais

esforços inteiramente a critério do projetista.

As regras da Divisão 1 foram formuladas a partir de considerações de projeto

e princípios de construção aplicáveis a vasos projetados para pressões não

superiores a 3.000 psig e vasos sujeitos a pressão externa.

6.2.2 - ASME Seção VIII – Divisão 2

O código ASME - Seção VIII - Divisão 2 se baseia em um projeto alternativo

de vasos de pressão. Na Divisão 2 as regras são mais restritivas quanto ao tipo dematerial a ser utilizado, mas permite-se a utilização de maiores valores de

intensificação de tensões de projeto na faixa de temperaturas na qual este valor é

limitado pelo limite de resistência ou escoamento : procedimentos mais precisos de

cálculo são necessários; os procedimentos permissíveis de fabricação são

especificamente delineados e mais completos métodos de inspeção e teste são

exigidos.



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7. REFERÊNCIAS

BRANDÃO, P. M. C. VASOS DE PRESSÃO Revisão 2006. Disponível em:

<http://www.4shared.com/document/2woc-bzE/APOSTILA_VASOS_DE_PRESSO.htm>

Acesso em: 06 jun 2011.

TELLES, P.C.S., 1993, Vasos de Pressão, 2ª ed, Rio de Janeiro, RJ, Livros técnicos

e científicos.

WIKIPEDIA: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Vasos_de_press%C3%A3o>Acesso em: 06 jun 2011.

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Trabalho de MecSol