Uma Breve Monografia Sobre Vasos de Presso

So Paulo2014

PNV2333 - Mecnica dos Slidos I

Autor: Rafael Grillo IlliprontiNUSP: 8040563Docente responsvel: Claudio Ruggieri, PhD.

Ao expandirmos o campo do conhecimento apenas aumentamos o horizonte da ignorncia- Miller, Henry

ndice:Relao de Figuras........................................................................... 4Relao de Tabelas.......................................................................... 51.Introduo.................................................................................... 62.Objetivos...................................................................................... 73.Vasos de Presso: Uma Viso Geral............................................. 83.2 Conceitos, Usos e Aplicaes..................................8 3.2 Cargas de Projeto e Tenses Agentes....................11 3.3 Seleo de Materiais, Construo e Fabricao:...264. O Cdigo ASME...........................................................................315. Projeto de Um Vaso de Presso.................................................366.Referncias Bibliogrficas...........................................................42

Relao de Figuras:

1

Figura 1 : Refinaria de petrleo....8Figura 2: Uma panela de presso tambm um vaso de presso.........................................8Figura 3 - Reservatrio de Gs Liquefeito de Petrleo (GLP)............................................9Figura 4: Navio LPG..............................................9Figura 5: Reator Nuclear de uso Naval.........................................10 Figura 6: Estado tri axial de Tenses.....................................11Figura 7: Representao do Critrio de Tresca.......................................12Figura 8 - Representao Grfica do critrio de Von Mises.......................................14Figura 9 Comparao Grfica entre o critriode Von Mises e o de Tresca.....................................15Figura 10: Tenses em vasos de presso...................................16Figura 11: Ilustrao de uma caldeira..................................17Figura 12 - Tipos de Corpos de Vasos de Presso - Cilndrico horizontal, inclinado e vertical...............................19Figura 13 - Corpo Esfrico.................................19Figura 14 - Corpo Composto.............................20Figura 15 - Tampo Semi-elpico..................................20Figura 16 - Tampo Toriesfrico.........................20Figura 17 - Tampo Cnico..................................21Figura 18 - Tampo hemisfrico..........................21Figura 19 - Exemplos de Reforadores.......................23Figura 20 Exemplos de Suportes...............................24Figura 21 Exemplos de Acessrios Externos...............................25Figura 22 (a) : Materiais para Vasos de Presso................................27Figura 22 (b) : Materiais para Vasos de Presso...............................27Figura 23: Fbrica de sapatos de Brockton.............................30Figura 24: Fbrica aps a exploso.............................30Figura 25 Tambor de Coqueamento a ser projetado..............................36Figura 26: Regio 7 Ampliada...........................40

Relao de Tabelas:

Tabela 1 Limites mnimos de espessura requeridos.................................22Tabela 2 : Presso de Projeto em cada Regio...........................................38Tabela 3: Presso de Projeto (Corrigida) em cada Regio..........................39

1. Introduo:Vasos de presso, em geral, podem ser definidos como reservatrios que contenham fluidos a uma presso diferente das presses externas as quais eles esto sujeitos. Para uma correta armazenagem do fluido de trabalho necessrio que eles sejam projetados para serem capazes de resistir, com segurana, a tal gradiente de presso e seus consequentes esforos. A essa definio geral, alia-se definio da ASME - Sociedade Americana de Engenheiros Mecnicos -segundo a qual os vasos de presso seriam reservatrios de qualquer tipo, dimenses ou finalidade, no sujeitos a chama, que contenham qualquer fluido em presso manomtrica igual ou superior a 1,02 kgf/cm2 ou submetidos presso externa. Dentro de uma definio to abrangente, incluem-se uma variedade de equipamentos: desde uma simples panela de presso, passando por reservatrios de gs em navios gaseiros, ou cilindros de armazenagem em refinariasdepetrleo, usinas de acar e etanol, indstrias qumicas e petroqumicas, at os mais sofisticados reatores nucleares, e mesmo avies e veculos espaciais.

2. Objetivos:

O objetivo do trabalho final da disciplina PNV2333 Introduo mecnica dos slidos- consiste, de forma geral, na formulao do projeto de um vaso de presso, um componente amplamente difundido no ramo da engenharia, por meio da utilizao de conceitos bsicos absorvidos ao longo do curso, tais como os de esforos solicitantes, anlise de tenses e deformaes, critrios de escoamento, entre outros. Desse modo, esperado que o aluno possa integrar a teoria e a prtica, de modo a ambientar-se com os desafios e dificuldades tpicos de um projeto de engenharia. Alm disso, exigida a busca e compreenso de uma norma importante: o cdigo ASME referente aos vasos de presso (Seo VIII).

3. Vasos de Presso: Uma viso geral

3.1 Conceitos, usos e aplicaes

O nome vasos de presso designa genericamente qualquer tipo de recipiente estanque (no importando suas dimenses, formato ou finalidade) capaz de conter um fluido pressurizado. Dentro desse contexto, possvel vislumbrar a utilizao de tais estruturas no armazenamento, transporte e acumulo de gases sob presso, bem como no processamento de tais fluidos.Desse modo, no de se espantar a utilizao dos vasos de presso para o transporte de fluidos perigosos. Devido universalidade do emprego do termo vasos de presso anteriormente citada, a utilizao dos mesmos encontrada em diversos ramos, indo desde panelas de presso at os mais complexos reatores nucleares. Figura 1: Refinaria de petrleo

Figura 2: Uma panela de presso tambm um vaso de presso

Entre as principais indstrias esto a petroqumica, na qual so utilizados vasos de presso pra armazenagem, transporte e processamento do petrleo e do gs natural; na parte trmica das centrais termoeltricas e ainda nas indstrias alimentcias e farmacuticas.

Figura 3 - Reservatrio de Gs Liquefeito de Petrleo (GLP)

Figura 4: Navio LPG

Numa abordagem histrica, possvel encontra a utilizao de vasos de presso na forma de caldeiras nas primeiras mquinas a vapor. Vale ressaltar ainda a utilizao de vasos na propulso nuclear em estruturas navais.

Figura 5: Reator Nuclear de uso Naval

3.2 Cargas de Projeto e Tenses Agentes As cargas mximas utilizadas num projeto de engenharia, tal como o projeto de um vaso de presso, so as mximas cargas. Dentre os principais modos de falha podem ressaltar a fluncia, a flambagem, a fadiga e o escoamento. Para uma melhor compreenso das tenses agentes faz-se necessria uma breve recapitulao do estudo de tenses, e a diviso das tenses agentes em trs tipos de tenses: primria, secundria e de pico.

A) Introduo ao estudo de tenses:

No estudo de tenses que ser apresentado adiante utiliza-se como critrio de falha o escoamento. No escoamento o material possui comportamento plstico, havendo deformaes definitivas, o que implica que a partir de um limite de escoamento, o estudo das deformaes do material no mais regido pela Lei de Hooke. Em um vaso de presso, geralmente o estado de tenses associado o tri axial. Quando a tenso agente uniaxial h uma definio mais simples do escoamento. Entretanto, para o estudo de uma configurao mais complexa das tenses deve-se observar no somente a magnitude das tenses como a direo de atuao.

Figura 6: Estado tri axial de Tenses

Desse modo, no caso tri axial, mais comumente visto em vasos de presso h que se definir algum parmetro limitador das tenses, de modo que se evite o escoamento. Assim, h a definio dos critrios por meio de uma funo tal que:

Onde definida pelo critrio de interesse utilizado, as tenses axiais e uma constante do material. Os critrios mais largamente utilizados so os Critrios de Tresca e o Critrio de Von Mises.

Critrio de Tresca:

O critrio de Tresca, tambm conhecido como o critrio da mxima tenso de cisalhamento, estabelecido em 1864 (por Henri Tresca, um famoso engenheiro francs ) toma como parmetro o estabelecimento de um valor crtico da tenso de cisalhamento, a partir do qual h o escoamento do material. Matematicamente pode-se definir de modo anlogo ao formulado para um critrio geral:

Fazendo o estudo para um estado uniaxial de tenses, onde , temos .J em um estado plano de tenses, onde , temos:

O que implica em:

Ou:

Ou:

Tais equaes podem ser representadas conjuntamente por meio de um grfico do tipo:

Figura 7: Representao do Critrio de Tresca

Critrio de Von Mises:

O critrio de Von Misses e H. Hencky (embora formulado porJames Clerk Maxwellem 1865, o critrio atribudo aRichard von Mises(1913),Tito Maximilian Huber(1904), em um artigo em polons, elaborou uma forma inicial deste critrio) em tambm conhecido como Critrio de Energia de deformao mxima um critrio de falha pautado nas distores provocadas pela energia de deformao. Um material sujeito a um carregamento externo tende a armazenar energia em todo o seu volume interno. Von Mises enfocou suas proposies para materiais que exibiam escoamento independente das tenses hidrostticas assim como independente da mudana volumtrica (forma) do slido, o que faz com que a deformao plstica dependa somente da componente distorcional da energia de deformao.Por meio de tais hipteses e de conceitos bsicos de deformao, Von Misses chegou a uma tenso mxima de cisalhamento octadrica tal que:

Fazendo o estudo para um estado uniaxial de tenses, onde , temos, .

J em um estado plano de tenses, onde , temos:

De onde sai:

Trata-se de uma equao elipsoidal de eixos sendo representada graficamente por:

Figura 8 - Representao Grfica do critrio de Von Mises

Se compararmos os grficos de superfcies de escoamento obtidos em cada critrio, teremos:

Figura 9 Comparao Grfica entre o critrio de Von Mises e o de Tresca Conclumos, dessa forma, que o critrio de Tresca um critrio mais conservador que o de Von Mises, trabalhando, assim, com um coeficiente de segurana mais elevado.B) Tenses Agentes:O cdigo ASME para facilita o entendimento das tenses agentes, separou-as em trs tipos: Primrias, Secundrias e tercirias.

i) Tenses Primrias:Tenses Primrias so aquelas que equilibram mecanicamente as foras externas e internas desenvolvidas pelos carregamentos. Esto associadas a manuteno de um gradiente de presso entre os meios internos e externos, de modo que so proporcionais a tal diferena. Elas no so auto limitantes, o que significa que a sua magnitude independe do formato e da deformao sofrida pelo corpo. Geram um estresse constante na estrutura que pode resultar em falhas.

So exemplos de tenses primrias as tenses circunferncias e longitudinais dos vasos de presso cilndricos. Como estudado as tenses circunferenciais so de maior magnitude que as longitudinais, sendo que em cilindros de paredes finas > 10) as circunferenciais so o dobro das longitudinais.

Figura 10: Tenses em vasos de presso

ii) Tenses Secundrias:So tenses oriundas de carregamento mecnico ou gradiente de temperatura e desenvolvidas por restries a em pontos de descontinuidades. So exemplos de tenses secundrias as tenses devidas a dilatao trmica e residual aps soldagem. A caracterstica marcante delas a auto-limitao pela deformao. Em funo da restrio a deslocamentos e rotaes, as tenses geradas so bastante superiores as tenses primrias em regies afastadas. Explicando sucintamente como ocorrem as falhas oriundas de tenses secundrias, inicialmente h um grande aumento presso interna, o que faz necessria a compatibilizao de deslocamentos e rotaes nas regies de mudana geomtrica. Tal fato gera um aumento das deformaes locais e no grau de plasticidade da estrutura. Desse modo, so geradas tenses de flexo e de membrana superiores as existentes em regies de tenses generalizadas, mas que so continuamente aliviadas pelas deformaes permanentes.

iii) Tenses de Pico:As tenses de picos so as tenses de maior magnitude que surgem em uma regio devido descontinuidade ou diferenas trmicas. Por estar associada a fenmenos cclicos, sem deformaes previsveis, a ocorrncia de falha est ligada fadiga. Sendo assim, os vasos de presso devem ser previamente ensaiados em carregamentos cclicos. Caldeiras so exemplos de Vaso de Presso sujeitos a constantes carregamentos cclicos.

Figura 11: Ilustrao de uma caldeira

3.3 Critrios de Projeto e Concepo de Detalhes Estruturais:

A) Critrios de Projeto:Os vasos de presso so equipamentos que, em geral, so feitos sobre encomenda sendo usado para uma finalidade especfica. Desse modo, os critrios variveis so em maior nmero que um produto em srie. Desse modo, faz-se necessria a definio de dados gerais que informam as condies locais e a preferncia do usurio. Assim faz-se necessria a definio de alguns parmetros, tais como:-Norma a ser seguida.-Vida til do vaso.-Preferncia de construo ou tipo de vaso.-Preferncia quanto aos materiais utilizados.-Condies climticas locais. -Limitaes de rea.-Limitaes de peso e dimenses para transporte.-Altitude do local.-Nveis mximos de rudo e emisses permitidos.-Caracterstica do subsolo.- Disponibilidade de recursos do local tais como gua, luz, etc.-Facilidades locais de montagem.

Em seguida, faz-se necessrio levantar os dados relativos operao vaso, dentre as quais se destacam:-Tipo dos vasos.-Natureza, propriedades, vazo, presso e temperatura dos fluidos que saem do equipamento.-Temperatura e presso do prprio equipamento.-Volume armazenado

B) Concepo de Detalhes Estruturais:

Componentes:a) Casco:O casco composto pelo corpo e pelos tamposa.1) Corpo:O corpo pode ser cilndrico, podendo ser cilndrico vertical, horizontal ou inclinado:

Figura 12 - Tipos de Corpos de Vasos de Presso - Cilndrico horizontal, inclinado e vertical

O corpo tambm pode ser esfrico:

Figura 13 - Corpo Esfrico

Ou ainda uma mistura dos dois, denominando-se composto:

Figura 14 - Corpo Composto

a.2) Tampos:Os tampos so as peas de fechamentos dos vasos de presso. A definio do tipo de tampo a ser usado dependente de vrios fatores como a exigncia de servio, presso de operao e dimetro. Os principais tipos de tampo so:

-Semi-elptico:

Figura 15 - Tampo Semi-elpico

-Toro-esfrico:

Figura 16 - Tampo Toriesfrico

-Cnico:

Figura 17 - Tampo Cnico

-Hemisfrico:

Figura 18 - Tampo hemisfrico

-E a calota esfrica.

Vale a ressalva de que a utilizao de tampos chatos ou mais adequada para vasos de presso de pequeno porte e a baixas presses. importante notar que existem de limitaes para o emprego de cada tipo de tanque, mostrada pela tabela abaixo:

Tabela 1 Limites mnimos de espessura requeridos

b) Bocas de visita:So aberturas flangeadas que permitem o acesso ao interior do vaso para inspeo, manuteno ou instalao de algum equipamento.c) Reforos:So componentes colocados nas aberturas de maior dimetro para reforarem a perda de massa resistente dessas aberturas. Exemplo de alguns reforadores:

Figura 19 - Exemplos de Reforadores

d) Conexes:So as entradas e sadas de produtos, ventilao, drenos, conexes para acessrios, etc.e) Distribuidores e tubos pescadores:So extenses nos bocais que se projetam para dentro dos vasos. Os distribuidores reduzem a agitao com a entrada de lquido. J os tubos pescadores evitam o escoamento de fluido pesado pela tubulao dos bocais.f) Eliminador de nvoa:Blocos de materiais que tem como finalidade evitar a passagem de gotas de liquido em suspenso. A importncia dessa atribuio consiste que, dessa forma, mitiga-se a eroso e a corroso de vasos.g) Bota:Seo vertical de menor dimetro soldada em vasos horizontais, que so muito importantes no acumulo de fluido pesado quando a vazo desses muito maior em relao aos leves.h) Suporte:Existem vrios tipos de suporte, definidos pelo tipo e posio do corpo a ser utilizado. De modo geral, vasos horizontais so suportados por dois beros que permitem a dilatao dos mesmos, verticais por um e torres por saias, o que pode ser visto na figura abaixo:

Figura 20 Exemplos de Suportes

i) Acessrios externos:Dentre os diversos tipos de acessrios externos pode-se destacar os reforos de vcuo, anis de suporte de isolamento trmico externo, chapas de ligao, orelhas, cantoneiras, plataformas, escadas, e suporte turcos para elevao de carga. Alguns deles podem ser vistos na figura abaixo:

Figura 21 Exemplos de Acessrios Externos

3.3 Seleo de Materiais, Construo e Fabricao:

A) Seleo de MateriaisA seleo de materiais para a construo de vasos de presso deve ser feita de acordo com especificaes impostas pelo Cdigo. Geralmente, esta uma das partes mais complexas e mais exigentes da projeo de vasos de presso. Logo, ao selecionar o material a ser utilizado, o projetista deve levar em conta os seguintes fatores: Fluido(s) Contido(s): deve ser levada em conta a natureza e concentrao do(s) fluido(s) contido(s), impurezas e contaminantes possivelmente presentes, o pH, o carter oxidante ou redutor, flamabilidade, toxicidade, explosividade ou outros efeitos deletrios do(s) fluido(s), ataque corrosivo aos materiais, possibilidade de contaminao do(s) fluido(s) por resduos de corroso e como isso possa afetar o(s) fluido(s). Nvel de Tenses do Material: o material deve resistir aos esforos solicitantes e, portanto, sua resistncia mecnica deve ser compatvel com o nvel de tenses que se tenha a ordem de grandeza dos esforos presentes. Em qualquer vaso, existem frequentemente numerosos esforos alm da presso interna. Natureza dos Esforos Mecnicos: A natureza dos esforos existentes, sejam eles de trao, compresso, flexo, esforos estticos ou dinmicos, choques, vibraes, entre outros, tambm condiciona a escolha do material. Por exemplo, materiais frgeis no devem ser utilizados em casos onde ocorrem esforos dinmicos, choques ou altas concentraes de tenses. Presso e Temperatura de Operao (Condies de Servio): esse fator exige que o material seja capaz de resistir presso em toda faixa possvel de variao de temperatura. importante enfatizar que os fatores relativos no servio so, em geral, variveis ao longo do tempo. Logo, interessa conhecer os valores de regime e os extremos, e ainda conhecer, em alguns casos, a probabilidade e a durao desses extremos. Custo do Material: para cada aplicao prtica, existem vrios materiais possveis, onde, logicamente, o melhor ser o que for mais econmico. Para decidir qual o material mais econmico, no s deve se levar em conta o custo direto do material, como tambm deve-se ficar atento ao custo de fabricao, durabilidade, manuteno, custo de paralisao e reposio, entre outros. Facilidade de Obteno, Fabricao e Montagem: a necessidade de importao, prazo de entrega, existncia de estoque, facilidade de conformao, soldabilidade e limitaes do material na fabricao e montagem. Segurana: Quando o risco potencial do vaso ou do local onde o mesmo se encontra for grande, ou se o equipamento for essencial ao funcionamento da instalao, o material a ser empregado deve oferecer o mximo de segurana, de forma a evitar rupturas, vazamentos ou outros acidentes. Tolerncia de Forma ou Dimenso da Pea: Para a maioria dos vasos de presso, podem ser toleradas variaes relativamente grandes, mas dimenses, com essas variaes sendo da ordem de 1% ou mais at., sem que haja prejuzo no funcionamento.Existe uma grande variedade de materiais que podem ser empregados na construo de vasos de presso e seus componentes. A seguir, veremos as principais classes desses materiais:

Figura 22 (a) : Materiais para Vasos de Presso

Figura 22 (b) : Materiais para Vasos de Presso

B) Construo e Fabricao de Vasos de Presso:

Primeiramente, vejamos as etapas do processo de construo e fabricao de um vaso de presso: 1. Traagem sobre as chapas; 2. Corte das chapas e preparao dos chanfros para a solda; 3. Conformao das chapas e de outros componentes; 4. Fabricao dos bocais, flanges, reforos, suportes, e demais acessrios soldados ao vaso; 5. Usinagem de flanges, espelhos, faces de assentamento de junta de vedao; 6. Preparao para soldagem (estudo da sequncia de montagem das peas); 7. Soldagem de anis completos e dos tampos; 8. Soldagem do vaso completo; 9. Soldagem dos bocais, de flanges, de reforos, e de outros acessrios; 10. Fabricao e instalao de acessrios no soldados ao vaso.

Agora, daremos um pouco de nfase a algumas etapas da construo do vaso de presso: Traagem e Corte: A traagem consiste em marcar as chapas nos locais onde se dever cortar ou furar. s vezes se traa a chapa com o molde por cima, em caso de formas complexas ou de difcil marcao. A marcao pode ser feita com um marcador de ponta dura (geralmente um diamante sinttico), giz ou tinta (estes ltimos dois so aconselhveis em muitos casos, pois no fragilizam a chapa, ao contrrio do marcador de ponta dura). Entretanto, com a criao de mquinas tipo CNC junto com o aperfeioamento da automao e fabricao, a traagem est se tornando uma atividade cada vez menos importante. Os cortes da chapa podem ser feitos com guilhotinas (chapas finas), oxi-corte (comumente usados em chapas de ao carbono e de baixa liga) ou plasma (aconselhvel para aos inoxidveis e de alta liga). Conformao:Existem vrios processos que fazem parte da conformao. Dentre eles, podemos citar:a - Calandragem : conformao de corpos cilndricos ou cnicos.

b - Rebordeamento : fabricao de tampos em geral.

c - Dobramento e Estampagem : so aplicados na conformao de chapas finas para a confeco de painis de bandeja, de borbulhadores, e outros acessrios internos ao vaso de presso.

d - Curvamento : aplicado principalmente na confeco de tubos curvos.

Soldagem do Vaso de Presso:

Para que a solda possa ser feita, necessrio que antes se faa a qualificao de todos os materiais de soldagem, alm da qualificao do soldador, dos supervisores e dos inspetores.As soldas de emenda das chapas de cascos e tampos devem ser feitas por soldas de topo de penetrao total, visando evitar vazamentos e penetrao de outras substncias no vaso. Sempre que possvel, a solda feita em ambos os lados. A soldagem em vasos de presso pode ser das seguintes maneiras: Soldagem Manual: processos de soldagem a arco metlico com eletrodo revestido e a arco tungstnio com proteo de gs inerte (TIG). Soldagem Semi Automtica: processos de soldagem a arco metlico com gs inerte (nesse caso, solda MIG) e a arco metlico com hidrognio atmico. Soldagem Automtica: constitudo pelos processos de soldagem a arco submerso (de uso geral) e a eletro-escria (utilizados em regies muitos espessas) .

4. O Cdigo ASME:Uma norma de projeto representa um conjunto de regras e premissas para a realizao do projeto. As caractersticas da norma so critrios de clculo, coeficientes de segurana, padronizao e especificao de materiais a serem utilizados, detalhes de fabricao e inspeo.A) Um Breve Histrico:Durante vrios anos, principalmente no fim do sculo XIX e incio do sculo XX, quando caldeiras passaram as ser largamente utilizadas, as pessoas acreditavam que as exploses eram algo inevitvel, uma ao de Figura 24: Fbrica aps a exploso

Figura 23: Fbrica de sapatos de Brockton

Deus. Entretanto, no dia 20 de maro de 1905, houve uma catastrfica exploso de uma caldeira em uma fbrica de sapatos na cidade de Brockton, no estado americano de Massachussetts. Com 117 machucados e 58 mortos, foram causados mais de $250 000 em danos. Vendo esse acidente catastrfico, os habitantes de Massachussets perceberam que era necessria a legislao de regras e regulamentos para a construo de caldeiras de modo a promover a segurana. Aps muita discusso, foi elaborado o primeiro cdigo legal de regras para a construo de caldeiras em 1907. Aps isso, vrios estados americanos passaram a emular o cdigo de Massachussets. Logo, buscando a uniformidade, em 1911, a ASME criou um comit para formular normas para a construo de caldeiras e outros vasos de presso. Assim, aps anos de estudos e experimentos, lanaram, em 1914, o primeiro Cdigo ASME, que foi adotado em 1915.Em 1924 foi publicada a Seo VIII, que se refere a vasos de presso no sujeitos a chama, j que, na Europa, j existiam normas regulatrias. Com a inveno de reatores nucleares, tecnologias para a determinao de tenses mxima suportadas por um material passaram a ser desenvolvidas, j que eram necessrios maiores conhecimentos sobre mecanismos e modos de falha devido ao perigo do vazamento do fluido. Assim, com o desenvolvimento dessas tecnologias, elas passaram a ser aplicadas a caldeiras comuns.Aps isso, a fim de deixar os vasos muito robustos e para que os projetos de vasos de presso tivessem uma diminuio nos custos, passou a ser necessrio que os cdigos deixassem de serem to conservadores. Assim, em 1963, na edio do ASME Seo III, o cdigo passou a apresentar tais mudanas, definindo dois diferentes critrios de projeto:1. Projeto convencional (design by rules): empregando solues analticas consagradas para o dimensionamento de vasos de presso com detalhes padronizados para a geometria dos componentes (casco, tampo, bocais, bandejas, etc).1. Projeto alternativo (design by analysis): incluindo componentes com geometrias e/ou carregamentos no convencionais, onde o dimensionamento depende de uma anlise e classificao das tenses atuantes e comparao com valores admissveis.A primeira edio do Cdigo ASME Seo VIII Diviso 2 apareceu em 1968, incorporando os critrios descritos acima. Tambm foram definidos os modos de falha: Deformao elstica excessiva incluindo instabilidade elstica Deformao elstica excessiva Fratura frgil Deformao e tenses a altas temperaturas (creep) Instabilidade plstica (colapso incremental) Fadiga de baixo ciclo Corroso sob tenso Corroso-fadiga

Os modos de falha identificados pela ASME so evitados adotando tenses admissveis e critrios de dimensionamento, substanciados por fatores de segurana adequados. B) As Sees do Cdigo ASME:

O Cdigo ASME divido em 11 sees. So elas: Seo I Caldeiras de Energia Seo II Especificaes de Materiais Seo III Diviso 1 Componentes de Usinas Nucleares Diviso 2 Vasos de Reatores de Concreto Seo IV Caldeiras de Aquecimento Seo V Exames No-destrutivos Seo VI Regras para o uso de Caldeiras de Aquecimento Seo VII Regras para o uso de Caldeiras de Energia Seo VIII Diviso 1 Vasos de Presso Diviso 2 Vasos de Presso (Regras Alternativas) Seo IX Qualificaes de Soldagem e Brasagem Seo X Vasos de Presso de Plstico Reforados com Fibra de Vidro Seo XI Regras para a inspeo de componentes de Usinas NuclearesB.1) Seo VIII Diviso 1:

a norma de vasos de presso mais difundida aqui no Brasil e em grande parte do mundo. Esto includos no escopo vasos de presso de qualquer classe, com algumas excees, incluindo vasos sujeitos a chama e vasos para ocupao humana. Tambm esto includos nessa Diviso os evaporadores e trocadores de calor onde h gerao de vapor.Essa norma abrange exigncias e recomendaes sobre materiais, projeto, clculo, fabricao e inspeo de vasos de presso. Desta forma, o critrio de clculo adotado o seguinte:As espessuras de parede devem ser calculadas de forma que a tenso de membrana mxima circunferencial devido presso no ultrapasse os limites a seguir: Para temperaturas abaixo da faixa de fluncia, o menor destes dois valores: LR/3,5 e LE/1,5. Para temperaturas dentro da faixa de fluncia, i menor dos seguintes valores: LR/3,5 LE/1,5 Tenso mdia que causa uma deformao por fluncia de 0,01% em 1000 horas 2/3 da tenso mdia de ruptura por fluncia em 100 000 horas 80% da tenso mnima de ruptura por fluncia em 100 000 horasOnde LR o valor mnimo do limite de resistncia do material na temperatura considerada, e LE o valor mnimo do limite de elasticidade, ou a tenso que causa uma deformao de 0,2%, ambos na temperatura considerada.Essa norma apresenta uma srie de frmulas simples para calcular a espessura necessria nos cascos e tampos, em funo da presso interna ou externa, desprezando os efeitos de flexo devido espessura da parede. Embora a norma estabelea que o vaso de presso deva resistir a todos os esforos atuantes, as frmulas apresentadas consideram somente presso interna e externa, cabendo ao projetista dimensionar as demais cargas.

B.2) Seo VIII Diviso 2

So as chamadas regras alternativas de projeto, contendo tecnologia mais avanada e adotando um novo critrio de projeto. Incluem-se aqui, todos os vasos de presso sem limitaes de presso mxima, alm de incluir os vasos instalados em embarcaes e os vasos sujeitos a chama.Essa norma permite tenses mais elevadas dos que as da Diviso 1, mas em compensao exigida uma srie de normas adicionais de projeto, clculo, materiais, fabricao e inspeo, resultando num aumento significativo do custo, o que nem sempre compensa a economia feita se no adotar as normas da Diviso 1.As exigncias adicionais norma so as seguintes: Uma anlise matemtica rigorosa de todas as tenses e condies de carregamento de acordo com a teoria da elasticidade mxima, aplicando-se o critrio de ruptura por cisalhamento mximo. Maior rigor em exigncias quanto aos materiais, pois nem todos os materiais permitidos pela Diviso 1 so aceitos pela Diviso 2, alm de serem requisitados pedidos adicionais para muitos outros materiais. Soma-se a isso uma maior severidade na inspeo e fabricao de materiais, assim como para servios em baixas temperaturas. Maiores limitaes e exigncias mais rigorosas no que tange a detalhes de projeto e de solda. Definio e funo do que um usurio, um fabricante e um inspetor de um vaso de presso. Obrigatoriedade da execuo de uma anlise de fadiga, sendo tambm necessrio o clculo analtico das tenses. O fabricante deve apresentar um relatrio de projeto com os clculos completos, sendo assinado por um profissional habilitado.De modo geral, a maior parte dos projetos de vaso de presso que utilizam o cdigo ASME acaba utilizando a Diviso 1, por ser mais fcil de ser atendida. Em alguns casos, necessrio utilizar a Diviso 2, a qual possui exigncias mais severas. recomendvel, portanto, que caso o projetista no esteja familiarizado com a Diviso 2, que avalie a possibilidade de seguir a Diviso 1.

5. Projeto de Um Vaso de Presso

A estrutura a ser projetada consiste em um tambor de coqueamento tipicamente usado nas ltimas etapas do refino do petrleo. O tambor pode ser visualizado pela figura abaixo:

Figura 25 Tambor de Coqueamento a ser projetado

Tendo em vista o esquema simplificado, podemos dividir o vaso em trs partes. Um tampo superior elptico, identificado na Figura25 como Regio 1, um casco cilndrico (Regio 2 Regio 6), e, finalmente, um tampo inferior cnico, indicado pela Regio 7.A) Seleo do Material:

Para a seleo do material, deve-se fazer uma anlise das condies de servio do vaso em conjunto com vrias propriedades de materiais apresentadas no Cdigo ASME na Seo II Part D. Pesquisando-se a respeito da construo de vasos de presso com os mesmos fins que os propostos, notou-se que os aos-ligas de Cr-Mo so os usualmente utilizados em equipamentos para servio com hidro carbonetos. Isso ocorre pois o Molibdnio importante elemento de liga, conferindo maior resistncia fluncia do ao, alm de ajudar a fornecer maior resistncia corroso. Deste modo, utilizando-se a Seo II Part D do Cdigo ASME 2004, e observando a faixa de temperatura de operao, foi escolhido o material Ao-Liga da tabela 1A que cujas caractersticas so as seguintes: Nmero de Linha: 34 Composio Nominal: 1Cr - Mo Formato: Chapa Tipo/Srie: 12 Nmero Especfico: SA-387 Classe/Condio/Temperamento: 2 Designao da Liga: K11757 P-No: 4 No de Grupo: 1 Tenso Mxima Admissvel a 400oC: 123 MPa Tenso Mxima Admissvel a 500oC: 94,4 MPaPromovendo a segurana, ser utilizado o valor mais conservador de S = 94,4 MPa.

B) Clculos:

Em primeira estncia, devemos calcular a presso de referncia, , utilizando a seguinte frmula pr-estabelecida:

Como o NUSP = 8040563, obtemos uma presso de:

A presso de projeto para cada regio, por sua vez, dada pela frmula: , onde O ndice k refere-se regio do vaso de presso. Assim, obtemos as seguintes presses para cada regio do vaso:RegioPresso (Mpa)

10,28

20,30

30,32

40,34

50,36

60,38

70,40

Tabela 2 : Presso de Projeto em cada RegioDado os dados do projeto, observa-se que a Seo VIII Do cdigo ASME (2010) UG-34 orienta a utilizao de fator de segurana para a presso de projeto de no mnimo 4. Logo, . Consequentemente, a presso interna corrigida para cada regio fica:

RegioPresso (Mpa)

11,12

21,20

31,28

41,36

51,44

61,52

71,60

Tabela 3: Presso de Projeto (Corrigida) em cada RegioAgora, sero determinadas as espessuras de cada regio do vaso de presso, utilizando-se das frmulas fornecidas na Division 1 da Seo VIII do Cdigo ASME 2010. Para o Tampo Superior Elipsoidal (Regio 1), a espessura calculada de acordo com a forma dada em UG-32 (d):

Para o Casco Cilndrico (Regies 2 6), a frmula dada por UG-27 (2) (tenso longitudinal para o caso de juntas circunferenciais):

Para o Tampo Inferior Cnico (Regio 7), a espessura calculada de acordo com a frmula explicitada por UG-32 (g):

Entretanto, essa frmula s pode ser utilizada se o semingulo do vrtice no for maior do que 30. Logo, para descobrir , devemos olhar a Regio 7 de forma mais ampliada :Figura 26: Regio 7 AmpliadaPortanto, calcula-se da seguinte forma:

Nitidamente, menor que 30o, permitindo-nos a utilizar a frmula.

Da proposta de projeto, sabemos que E = 0,8.

Espessura da Regio 1:

Da figura 4.1, vemos que D = 6400 mm, posto isso, vemos que a espessura :

Espessura das Regies 2, 3, 4, 5 e 6:

Da Figura 4.1, vemos que o raio da regio cilndrica R = 3200 mm. Assim, temos que a espessura de cada regio :

Espessura da Regio 7:

6. Referncias Bibliogrficas:

-TIMOSHENKO, S.P.; Gere, J.E. - Mecnica dos Slidos, Vol. 1 e 2, - Livros Tcnicos e Cientficos Editora Ltda., 1984.-GERE, J. M., Mechanics of Materials. CL-Engineering; 7 edition, 2008.-TELLES, P. C. S. Vasos de Presso. 2. ed. Rio de Janeiro, RJ: Livros Tcnicos e Cientficos (LTC), 1993.-SANTIAGO, E. F. Vasos de Presso. 1. ed. Uberlndia, MG: Editora da Universidade Federal de Uberlndia, 2010.-BRANDO, P. M. C. Vasos de Presso - uma introduo. Rio de Janeiro, RJ: Livros Tcnicos e Cientficos, LTC, 2006.-ASME. ASME Code for Pressure Vessels. [S.l.]: [s.n.], 2004. Cap. VIII e II.-Notas de Aula