TCC Vasos de Pressão Projeto e Inspeção-Revisado Final

 

UNIVERSIDADE PAULISTA

ALAN DOS REIS CAVALCANTE

VASOS DE PRESSÃO PROJETO, FABRICAÇÃO E INSPEÇÃO

RIBEIRÃO PRETO 2017

 

 ALAN DOS REIS CAV CAVALCANTE

Vasos de Pressão, Projeto, Fabricação e Inspeção.

Trabalho de conclusão de curso para a obtenção do titulo de pós-graduação em Engenharia de Manutenção, apresentado à Universidade Paulista

 APROVADO  APROV ADO EM:

 

______________________/_____/_____  Prof.Dr,, Marcelo Caetano Oliveira Alves Prof.Dr Universidade Paulista - UNIP

 

“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que  parecia impossível”. impossível”.

 

Charles Chaplin.

 

 AGRADECIMENTOS  AGRADECIMENT OS Especialmente aos meus pais.  Ao meu filho Nicolas que me me traz tanta alegria.  A minha minha esposa Adriana pelo grande apoio. apoio.

 

RESUMO O presente trabalho tem com objetivo demonstrar a importância dos equipamentos denominados vasos de pressão que são utilizados em praticamente todos os tipos de processos industriais, os procedimentos adotados para o seu projeto, fabricação e inspeção. Estes equipamentos além de representarem um alto custo nas plantas industriais representam elevado de grau de risco eminente para comcom os envolvidos também em sua utilização, por um se tratarem equipamentos que trabalham elevad ele vadas as temper temperatu aturas ras ou tem temper peratu aturas ras mui muito to bai baixas xas,, alt altas as press pressões ões ou vác vácuo uo absoluto, também operam com os mais diversos tipos de produtos que podem ser  desde água até ácidos dos mais corrosivos. Estes equipamentos devem seguir os mais ma is rigo rigoro roso soss pa padr drõe õess de pr proj ojet eto, o, fa fabr bric icaç ação ão e in insp speç eção ão,, po porr se trat tratar ar de equipa equ ipamen mentos tos que são são de uso ess essenc encial ial par para a a pla planta nta de pro proces cesso, so, po poden dendo do acarret aca rretar ar em ac acide idente ntess de gra grande ndess propor proporçõe ções, s, ass assim im ceifan ceifando do vid vidas as de seu seuss colaboradores, causando danos ao patrimônio e grandes impactos ambientais. Palavras-chave: vasos de pressão, projeto fabricação e inspeção, risco eminente.

 

ABSTRACT The present work aims to demonstrate the importance of equipment called pressure vessels that are used in practically all types of industrial processes, the procedures adopted for their design, manufacture and inspection. These equipment, besides representing a high cost in the industrial plants also represent a high degree of  eminent risk to those involved in its use, because they are equipment that work with high temperatures or very low temperatures, high pressures or absolute vacuum, also operate With the most diverse types of products that can be from water to acids of the most corrosive. These equipment must follow the most rigorous design, manufacturing and inspection standards, since they are essential equipment for the process plant, which can lead to large-scale accidents, thus killing employees' lives, causing damage to the assets And large environmental impacts. Keywords: pressure vessels, design, manufacturing and inspection, eminent risk.

 

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Planta de processo (REDDO, 2008)..........................................................14

Figura 2 – Principais tipos de vasos de pressão ........................................................17 Figura 3 – Principais Dimensões de um vaso de pressão ..........................................18 Figura 4 – Detalhe da ligação Corpo/Tampo ..............................................................19 Figura 5 – Principais tipos de tampos .........................................................................21 Figura 6 – Tampo Toriesférico .....................................................................................23 Figura 7– Tampo hemisférico......................................................................................24 Figura 8 – Vaso com Tampo Cônico ...........................................................................25 Figura Vasos de Pressão ..................................................................26 ......................................................................28 Figura 910––Bocais Bocaspara de visita e inspeção Figura 11 – Vasos suportados por Saias ....................................................................29 Figura 12 – Vasos suportados por Pernas ..................................................................30 Figura 13 – Vasos suportados por Selas ....................................................................31 Figura 14 – Vasos suportados por Sapatas ................................................................32 Figura 15 – Tipos de Flanges.....................................................................................33 Figura 16 – Parafusos e Estojos.................................................................................34 Figura 17 – Chapas de Reforço para aberturas.........................................................35 Figura 18 – Tipos de soldas........................................................................................39 Figura 19 – Eficiência das soldas...............................................................................40 Figura 20 – Seção transversal da parede a pressão interna. .....................................41 Figura 21 – Tensão circunferencial e longitudinal. ......................................................42 Figura 22 – Dimensões básicas do vaso....................................................................43 Figura 23 – Aços utilizados em vasos.........................................................................45 Figura 24 – Tensão dos aços em relação à temperatura...........................................46 Figura 25 – Tampo semi-elíptico 2:1 ...........................................................................48 Figura 26- Classes de materiais .................................................................................50 Figura 27- Critérios para Especificação dos Materiais dos Componentes de Vasos.52 Figura 28 - Aços-liga: tipos usuais, composição química, exigências do código  ASME, Seção VIII, Divisão 1.......................................................................................56 Figura 29 - Aços inoxidáveis: tipos, composição química, limites de temperatura ....57 Figura 30- Principais especificações de aço-carbon aço-carbono o (os números indicam especificações da ASTM, exceto onde indicado diferentemente)..............................58 Figura 31 - Especificações A ASTM STM de aços liga l iga...........................................................58 Figura 32 - Especificações ASTM de aços inoxidáveis..............................................59

 

Figura 33- Preparação da borda de uma chapa com dois maçaricos ........................64 Figura 34 - Plaina fresadora para a preparação de bordas de chapas......................65 Figura 35 - Operação de calandragem de uma chapa...............................................66 Figura 36- Tampos com Solda....................................................................................67 Figura 37 - Dispositivos auxiliares de soldagem.........................................................69 Figura 38 - Soldagem externa de um cilindro por arco submerso ..............................70 Figura 39 - Utilização do Yoke em ensaio de Partículas Magnéticas .........................74 Figura 40 - Chapa aplicada líquido penetrante...........................................................75 Figura 41 - Inspetor aplicando o revelador na solda..................................................75 Figura 42 - Trincas após a aplicação do revelador .....................................................76 .....................................................76 Figura 43 - Inspetores realizando ensaio por radiografia...........................................77 Figura 44 - Inspetor fazendo teste de ultrassom........................................................78 Figura 45 - Realizando Teste Hidrostático em um Evaporador ..................................82 Figura 46 - Categorias de inspeção, conforme NR-13...............................................84 Figura 47 - Exigências da Norma NR-13 para vasos de pressão..............................86

 

LISTA DE SIGLAS  ASME  ASTM END P MA PMTA UCS UG UW

American Society Mechanical Mechanical Engineer American Society for Testing and Materials Ensaios não destrutivos Pressão máxima admissível Pressão máxima de trabalho admissível Requerimentos para materiais Requerimentos para construção de vasos Requerimentos para soldagem

 

SUMÁRIO

1

2

DESENVOLVIMENTO 2.1

3

 

INTRODUÇÃO

  11

13

REVISÃ ISÃO D DE EL LIITERATURA............................................................................................13 PRINC RINCIP IPAI AIS SF FOR ORMA MAS SC CON ONST STRU RUTI TIV VAS D DE EV VAS ASOS OS D DE EP PR RES ESS SÃO

3.1

 

16

TAMPOS.............................................................................................................................20

3.1.1

TAMPO ELÍPTICO.....................................................................................................21

3.1 .1.2 .2

TAMPO TORIES IESFÉRICO ICO..........................................................................................22

3.1.3

TAMPO H HE EMISFÉRICO............................................................................................23

3.1.4

TAMPO CÔNICO.......................................................................................................24

3.2 3.2

ACES ACESSÓ SÓRI RIOS OS E DE DET TAL ALHE HES S CO CONS NSTR TRUT UTIV IVOS OS..........................................................25

3.2.1 .2.1

BOC OCA AIS PARA TU TUB BULA LAÇ ÇÕE ÕES S................................................................................26

3.2.2 .2.2

BOC OCA AS D DE EV VIS ISIT ITA A E IIN NSP SPE EÇÃ ÇÃO O...........................................................................27

3. 3.2 2.3

SU SUPO POR RTE TES SP PAR ARA A VAS ASOS OS DE P PRE RESS SSÃO ÃO............................................................28

3.2 .2.4 .4

FLANGES E PARAFUSOS.......................................................................................32

3.2. 3.2.5 5

CH CHAP APAS AS D DE ER REF EFOR ORÇO ÇO E AB ABER ERTU TURA RAS SN NO OC COS OST TAD ADO O...................................34

3.3 3.3

DADO DADOS S CO CONS NSID IDER ERAD ADOS OS P PAR ARA AOP PRO ROJE JETO TO D DE E UM V VAS ASO O..................................36

3. 3.3 3.1

PR PRES ESSÃ SÃO OET TEM EMPE PERA RATU TURA RA DE OP OPER ERAÇ AÇÃO ÃO...................................................36

3. 3.3 3.2

PR PRES ESSÃ SÃO OET TEM EMPE PERA RATU TURA RA DE PR PROJ OJET ETO O.......................................................37

3.3. 3.3.3 3

PR PRES ESSÃ SÃO O MÁX MÁXIM IMA A DE T TRA RABA BALH LHO OA ADM DMIS ISSÍ SÍVE VEL L-P PMT MTA A...............................38

3.3 .3.4 .4

EFICIÊNCIA DE SOLDA...........................................................................................38

3.4

TEN TENSÕE SÕES S DE MEM MEMBRA BRANA NA – T TEOR EORIA IA CL CLÁSS ÁSSICA ICA DAS CA CASCA SCAS S FI FINA NAS S...............40

3.5 3.5

EXEM EXEMPL PLO OD DE EC CÁL ÁLCU CULO LO D DE EU UM MC CAS ASCO CO CILÍ CILÍND NDRI RICO CO............................................42

3.6 3.6

EXEM EXEMPL PLO O DE C CÁL ÁLCU CULO LO D DE E UM TAM AMPO PO S SEM EMI-E I-ELÍ LÍPT PTIC ICO O 2: 2:1 1................................48

3.7 3.7

MATE MATERI RIAI AIS S UT UTIL ILIZ IZAD ADOS OS E EM MV VAS ASOS OS D DE EP PRE RESS SSÃO ÃO.................................................50

4

FABRICAÇÃO, MONTAGEM E INSPEÇÃO 4.1 4.2

 

60

PREPARAÇÃO...................................................................................................................61 TRAÇAGEM E CORTE.....................................................................................................63

 

5

4.3

CONFORMAÇÃO..............................................................................................................65

4.4

SOLDAGEM.......................................................................................................................68

4.5

ENSAIOS AIOS NÃO DEST STRU RUTI TIV VOS......................................................................................72

4.6

TRATAMENTO T TÉ ÉRMICO ICO................................................................................................79

4.7

TESTE H HIIDROSTÁTICO..................................................................................................80 RESULTADOS

REFERÊNCIAS

 

89

 

83

 

11

1

INTRODUÇÃO O termo vaso de pressão caracteriza como sendo todo recipiente estanque e

sujeito a uma pressão interna ou externa maior que a pressão atmosférica Os gran grande dess parq parque uess in indu dust stria riais is são são co cons nstit tituí uído doss de pl plan anta tass da dass ma mais is va varia riada dass comp co mple lexi xida dade dess send sendo o comp compos osta tass de eq equi uipa pame ment ntos os de pe pequ quen enas as e gran grande dess dimens dim ensões ões suj sujeit eitos os a pre pressõ ssões, es, es estes tes equ equipa ipamen mentos tos qua quase se sem sempre pre com compor portam tam fluidos agressivos sujeitos a pressões e altas temperaturas, que normalmente são de alto grau de risco à pessoas e ao meio ambiente em virtude da possibilidade destes fatores operacionais causarem degradações nestes equipamentos causando danos ás pessoas, ao meio ambiente e às instalações, por este motivo torna-se necess nec essári ário o que sejam sejam adotad adotadas as pra pratic ticas as de en engen genhar haria ia criter criterios iosas as no que diz respeito ao projeto, fabricação e inspeção destes equipamentos. Denominam-se equipamentos de processo os equipamentos que são utilizados na transformação de materiais sólidos ou fluidos que sofrem transformações físicas ou químicas ou que se dedicam a armazenagem, manuseio ou distribuição destes produt pro dutos. os. Dentre Dentre est estas as ind indúst ústria riass podemo podemoss des destac tacar ar as ref refina inarias rias de pet petról róleo, eo, indústrias farmacêuticas, petroquímicas, centrais termoelétricas, usinas de açúcar e etanol, entre outras (TELLES 2012).  A necessidade necessidade de regulamentar os projetos e fabricação de vasos de pressão se fez necessária já no inicio do século XIX, pelo fato de estarem ocorrendo muitas explosões ocasionadas por caldeiras a vapor, que nesta época com o advento da revolução industrial se fazia intenso uso de maquinas a vapor vapor.. Em 1817 na Filadélfia EUA, promulgou-se uma lei que regulamentava testes hidr hidros ostá tátic ticos os e ro rotitina nass de in insp speç eção ão em cald caldei eira ras, s, em 18 1852 52 um in inst stititut uto o no nort rte e americano consolidou toda uma norma regulamentando as caldeiras, mesmo assim no inicio do século XX os norte americanos estimaram que ocorressem de 300 a 400 explos exp losões ões anu anualm alment ente e no país país aca acarre rretan tando do em gra grande ndess pre prejuí juízos zos pe pesso ssoais ais e materiais.  Após um acidente em Brockton, Massachuse Massachusetts tts em 1905, onde ocorreu uma terrível explosão deixando 58 pessoas mortas e 117 feridos foi quando saiu a primeira norma americana de uso obrigatório e legal estabelecendo critérios de projeto, materiais, fabricação e inspeção de caldeiras estacionarias, essa norma foi publicada em 1907 chamada “Massachusetts Rulles”, também foi a norma que

 

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originou o código American Society of Mechanical Engineers (ASME) que em 1911 criou cri ou um com comitê itê especi especial al para para elabor elaboraçã ação o de uma nov nova a nor norma ma par para a cal caldei deiras ras estacionarias que foi publicada em 1914. Só foi em 1924 que o código ASME publicou a seção VIII do código que se designava ao projeto, cálculo, fabricação e inspeção de vasos de pressão (REDDO, 2008). O código ASME seção VIII divisão 1, é o código de maior aplicação no Brasil , servindo apenas para o dimensionamento das partes principais do vaso (corpo, tampos, reduções, bocais e reforços), sendo limitada a uma pressão máxima interna de 20685 KPa e mínima de 103 KPa ou pressão máxima externa de 103 KPa e tem como critério de projeto a teoria da máxima tensão de ruptura. Em 1969 foi criado o código ASME seção VIII divisão 2, como alternativa a divisão 1, adotando critérios e detalhes de projeto, fabricação e teste mais rigorosos e tensões admissíveis maiores, também não limita a pressão de projeto, nesta divisã div isão o é adotad adotado o como como métod método o de projeto projeto a máx máxima ima tens tensão ão de cis cisalh alhame amento nto (ruptura pelo cisalhamento Maximo) também conhecida como critério de Tresca (FALCÃO, 2008).  

 

13

2

DESENVOLVIMENTO Demonstrar as formas construtivas, critério de projeto, fabricação e inspeção

que são adotadas para fabricação de um vaso de pressão. Serão demonstrados às formas construtivas, cálculos, detalhes para fabricação e testes testes,, seg segui uind ndo o o códi código go A ASM SME E seç seção ão VIII VIII divi divisã são o 1,

qu que e são fei feito toss nos

equipamentos para que seu uso seja eficiente e seguro.  A construção construção de um vaso de pressão envolve inúmeros cuida cuidados, dos, especialmente os relacionados com o projeto, fabricação, montagem e testes, já que o vaso de pressão tem um papel muito importante em um processo industrial, devido que, sua parada não programada pode interromper o processo de uma unidade inteira. Este Es tess equi equipa pame ment ntos os qu quan ando do mal mal proj projet etad ados os,, ma mant ntid idos os e/ou e/ou oper operad ados os inadequadamente podem se tornar equipamentos perigosos capazes de provocar  acidentes de graves conseqüências. conseqüências.

2. 2.11 REVI REVISÃ SÃO O DE DE LIT LITER ERA ATURA TURA Vaso asoss de pre press ssão ão são rec recipi ipient entes es estanq estanques ues,, cap capaz azes es de co conte nterr um flu fluido ido pressurizado e são equipamentos que possuem vasta utilização industrial. Eles são utiliz uti lizado adoss em ind indúst ústria riass pe petro troquí químic micas, as, químic químicas, as, nuc nuclea leares res e tér térmic micas as (SI (SIL LVA TELLES, 2012). Os vasos de pressão são equipamentos caros, e em sua maioria, são fabricados sob encomenda, ou seja, de acordo com a necessidade do cliente. Por este motivo, não são equipamentos fabricados em produção seriada. Os vasos de pressão são inspecionados e monitorados constantemente para se evitar falhas e acidentes. A inspeção ocorre tanto na fase de construção do vaso como após a sua fabricação. Os vasos de pressão são compostos de casco, tampos, bocais e suportes, que podem ser saias, pernas ou selas, dependendo do tipo e dimensão do vaso (LIMA, 2009).  A figura 1 demonstra demonstra uma planta industrial industrial de processo.

 

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Figura 1 – Planta de processo (REDDO, 2008).

Segund Seg ndo o FALC LCÃO ÃO (2 (20 002 02), ), os vaso soss de press ressã ão são eq equ uip ipam ame entos tos principalmente utilizados nas indústrias de processo que são refinarias de petróleo, indústrias farmacêuticas, petroquímicas, centrais termoelétricas, usinas de açúcar e etanol entre outras. Estes equipamentos devem ser projetados e fabricados para suportarem os seus principais modos de falhas que são:     

Deformação elástica excessiva; Deformação plástica excessiva;  Fluência a alta temperatura; Fratura frágil a baixa temperatura Fadiga;

 

 Altas tensões localizadas; localizadas; Corrosão.

Este trabalho será realizado a partir de bibliografias e normas existentes, onde serão realizados os cálculos do casco e tampos de um vaso a partir da norma ASME seção VIII, divisão 1, a metodologia de trabalho utilizada baseia-se em análise de tensões usando usando diferentes métodos métodos de análises. análises.

 

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Serão descritos as principais formas construtivas de vasos empregados nas indústrias, os critérios mais importantes para o projeto, à fabricação e a inspeção. Também será utilizado o ANSYS Workbench 14,0 software de analise pelo método dos elementos finitos (MEF), para verificação e comparação dos cálculos. Vale ressaltar que o conteúdo desse trabalho não pretende produzir um estudo completo sobre o tema. Apenas apresentar e esclarecer os principais tópicos que são utilizados para a fabricação destes equipamentos.

3 PRINCIPAIS FORMAS CONSTRUTIVAS DE VASOS DE PRESSÃO  As paredes de pressão são compostas basicamente de casco e tampos. Os cascos do vaso têm sempre um formato de revolução, sendo praticamente todos os

 

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vasos compostos de uma das três formas básicas que são: cilíndricos, cônicos e esféricos. Também pode ser utilizada a combinação destes formatos compondo o vaso de uma forma cilíndrica e cônica, por exemplo. Quanto a posição de instalação, os vasos de pressão podem ser verticais, horizontais ou inclinados. Na maioria das vezes o formato e a posição são definidos pelo serviço a ser executado. Os vasos verticais são usados quando há necessidade da ação da gravidade para o seu funcionamento ou para o escoamento dos fluidos, de um modo geral os vasos verticais são mais caros que os horizontais principalmente quando de grande comprimento, em compensação ocupam menor área no terreno. Os vasos horizontais são muito comuns e são usados em alguns casos para trocadores de calor e para o armazenamento de fluidos pressurizados. Os vasos em posições inclinadas já são utilizados quando há necessidade do escoamento de fluidos por gravidade, sendo estes fluidos de difícil escoamento.

Figura 2 – Principais tipos de vasos de pressão

 

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FONTE: TELLES, 2012.

Teoricamente o formato ideal para um vaso de pressão é o formato esférico com o qual se chegamos á menor espessura de parede e a um menor peso, porem esses vasos além de servirem apenas para armazenamento, são muito caros, difíceis de fabricarem e quase nunca podem ser transportados inteiros. Por esses motivos esses tipos de vasos de pressão são apenas fabricados para grandes dimensões e para armazenamento de gases pressurizados (TELLES, 2012).  As dimensões características características de um vaso de pre pressão ssão são as seguinte seguintes: s: Diâmetro Interno (DI). Diâmetro externo (DE). Comprimento entre tangentes (CET). O comprimen comprimento to entre tangentes tangentes é o comp comprimen rimento to total do corp corpo o cilínd cilíndrico, rico, ou a soma a soma total dos corpos cilíndricos e cônicos sucessivos, ver figura 3. As linhas de tangência que limitam o comprimento entre tangentes, são linhas traçadas próxima próxi ma a ambos ambos os extremos do casco, na tangencia tangencia entre o casc casco o cilíndrico e os tampos de fechamento (BRANDÃO, 2006). Figura 3 – Principais Dimensões de um vaso de pressão

 

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FONTE: BRANDÃO, 2006.

Qual Qu alqu quer er tr tran ansi siçã ção o ge geom omét étri rica ca de fo form rma a ou espe espess ssur ura a resu resultlta a em um uma a distribuição irregular e concentração de tensões na região de transição, efeitos esses que serão tanto mais grave quanto mais forte for a mudança de forma ou de espessura. Por este motivo, os códigos de projeto fazem uma série de exigências de maneira a minorar este efeito. Na ligação de um corpo cilíndrico com um tampo hemisférico de mesmo diâmetro, a transição de formato é muito pequena, desde que haja tangência perfeita, pode-se admitir que a concentração de tensões e a flexão na parede do vaso estejam dentro de limites aceitáveis, não sendo necessário nem exigido pelas normas nenhum reforço ou outra precaução adicional.

 

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Para a ligação de um corpo cilíndrico com um tampo elíptico ou toriesférico, a transição de formato é mais forte, e por isso mesmo em geral existe uma pequena seção cilíndrica integral com o tampo, isto é, certa distância entre a linha de tangência e a linha de corte ou de solda. Na ligação de um corpo cilíndrico com um tampo esférico, por exemplo, é exigido que a diferença entre as bordas seja de 3y (diferença de espessura), ver  figura 4, de tal maneira a suavizar a transição de forma. Contudo, devemos nos lembrar que esta transição deve ser feita do lado do tampo esférico, de forma a garantir a continuidade de espessura do casco (REDDO,2008). Figura 4 – Detalhe da ligação Corpo/Tampo

FONTE: ASME Seção VIII Divisão 1, 2012.

 As cascas cilíndricas também são utilizadas para fabricação de trocadores de calo ca lorr tipo tipo casc casco o tu tubo bo.. Gera Geralm lmen ente te sã são o vaso vasoss fáce fáceis is de fabr fabric icar ar,, in inst stal alar ar e de manutenção barata. Os procedimentos de projeto nas normas existentes para vasos de pressã pressão o são basea baseados dos no compor comportam tament ento o elá elásti stico co lin linear ear,, oca ocasio sional nalmen mente te permitindo limitado comportamento não elástico ao longo de uma região localizada.

 

20

 A espessura da casca é o principal parâmetro de concepção do projeto, geralm ger alment ente e é contro controlad lada a por por pre pressã ssão o intern interna a e às vez vezes es por pre pressã ssão o ext extern erna a (vácuo), podendo assim produzir flambagem (CHATTOPADHYAY, 2005).

3.1  TAMPOS Os tampos são componentes de grande importância em vasos de pressão sendo sua função o fechamento das extremidades superior e inferior do casco. Os tampos são normalmente fabricados a partir do mesmo material que a casca cilíndrica eles podem soldados a casca cilíndrica ou podem ser parte integrante em vasos forjados ou fundidos. O desenho, ver figura 5, dos tampos é dependente da geom ge omet etri ria a do va vaso so,, be bem m co como mo de ou outr tros os parâ parâme metr tros os de proj projet eto, o, tais tais co como mo temperatura e pressão de operação (CHATTOPADHYAY, 2005). Os principais tipos de tampos são: Elíptico; Toriesférico; Hemisférico; Cônico; Plano.     

Figura 5 – Principais tipos de tampos

 

21

FONTE : ASME Seção VII Divisão 1, 2012.

3.1.1 TAMPO ELÍPTICO Os tampos elípticos têm, teoricamente, suas seções transversais como se fosse uma eli elipse pse geomét geométric rica a perfei perfeita. ta. Os tam tampos pos elípti elíptico coss de denom nomina inado doss nor normai mais, s, a relação de semi-eixos é 2:1, ou seja, sua altura é um quarto do seu diâmetro. Esse tampo a maior parte das vezes pode ser construído com chapas da mesma espessura que são utilizadas na casca cilíndrica do vaso, porque a sua resistência à pressão interna é praticamente igual à do cilindro de mesmo diâmetro (TELLES, 2012).

3.1.2

 TAMPO TORIESFÉRICO

 

22

Os tampos toriesféricos são compostos por uma calota central esférica, de raio “L”, e por uma seção toroidal (raio menor), de concordância, de raio “r”. Os tampos toriesféricos são mais fáceis de fabricar do que os elípticos, e essa facilidade são tanto maior quanto menor for o raio de abaulamento isto é o raio “r”.  Ao contrario, a sua resistência é maior quanto maior for o raio “r”, permitindo chap ch apas as de meno menorr espe espess ssur ura. a. Qu Qual alqu quer er tamp tampo o tori tories esfé féri rico co é se semp mpre re me meno noss resistente do que um elíptico de mesmo diâmetro e com mesma relação de semieixos. O código ASME exige para os tampos toriesféricos que o raio “r” seja de no mínimo 6% do diâmetro externo (de), ou 3 vezes a espessura da chapa, o que for  maior,, e que o raio ”L” seja no máximo igual ao diâmetro externo do tampo. maior Os tampos toriesféricos com esses valores limites, isto é, “r” = 0,06 de e L = d, são os menos resistentes de todos ao efeito da pressão interna, exigindo por isso maior espessura de chapa. Qualquer tampo toriesférico é tanto mais resistente quanto mais seu perfil se aproxima de uma elipse perfeita. de todos os perfis toriesféricos com relação de semi-eixos 2:1, o perfil em que se tem “r“ = 0,1727 de e “L”= 0,9045 de (ou seja, “r” / “L” = 0,1909) é o que mais se aproxima da elipse. Esse perfil é conhecido como falsa-elipse e é o mais empregado de todos os perfis toriesféricos, muitas vezes confundido com o tampo elíptico verdadeiro, este tampo de acordo com o código  ASME, pode ser utilizado como sendo um tampo elíptico verdadeiro (TELLES, 2012).

Figura 6 – Tampo Toriesférico

 

23

FONTE: EMPRESA FABRICANTE, 2017.

3. 3.1. 1.33 TAMPO AMPO H HEM EMIS ISFÉ FÉRI RICO CO Os tampos hemisféricos são proporcionalmente o mais resistente de todos, podendo ter cerca da metade da espessura de um casco cilíndrico de mesmo diâmetro. Por outro lado, é difícil de construir e ocupa mais espaço devido à sua maior altura. É empregado para os vasos horizontais em geral, vasos verticais de diâmetro muito grande 10 metros ou mais, quando as condições de processo permitir, e também para vasos pequenos e médios para altas pressões, caso em que o tampo é de construção forjada integral. Para Par a gra grande ndess diâ diâmet metros ros esses esses tam tampos pos são con constr struíd uídos os de div divers ersas as partes partes soldadas entre si, incluindo uma calota central e vários gomos em setores esféricos (REDDO, 2008).

Figura 7– Tampo hemisférico

 

24

FONTE: REDDO, 2008.

3. 3.1. 1.44 TAMPO AMPO CÔ CÔNI NICO CO Os tampos cônicos, embora fáceis de construir, são pouco usados por serem bem menos resistentes do que qualquer um dos anteriores. O seu emprego limita-se praticamente ao tampo inferior de vasos em que seja necessário o esvaziamento rápido completo, ou que trabalhem com fluidos difíceis de escoar fluidos viscosos ou com sólidos em suspensão, por exemplo. Em tampos cônicos podem ser feitas uma concordância toroidal na ligação com o cilindro, sendo Para tampos cônicos com o semi-ângulo no vértice, maior do que 30º, e no máximo 60º, o código ASME, exige a concordância toroidal, que pode ser  dispensada somente quando for feito um estudo especial de análise de tensões (REDDO, 2008). Figura 8 – Vaso com Tampo Cônico

 

25

FONTE: REDDO, 2008.

Segundo o código ASME SEÇÃO VIII DIVISÃO 1, referente a vasos fabricados com aços de alta resistência, é admite todos os tipos de tampos mencionados, exigindo entretanto que os tampos toriesféricos sejam calculados para uma tensão admissível de 1408 kgf/ cm² (138 mpa), quando à temperatura ambiente, devendose, para outras temperaturas, reduzir proporcionalmente esse valor de acordo com a redução da tensão admissível do material em função da temperatura.

3.2 ACESSÓ ACESSÓRIO RIOS S E DETALH DETALHES ES CON CONSTR STRUTI UTIVOS VOS Em todos os vasos de pressão faz-se necessário o uso de acessórios e detalhes construtivos que podem ou não ser recomendados na norma ASME, ou até mesmo em outras normas intern internacion acionais, ais, sendo sendo respo responsabi nsabilidad lidade e então então do profis profissiona sionall habilitado suas disposições construtivas (TELLES, 2012). Dentre estes acessórios e detalhes, podemos destacar: bocais para tubulações de processo, bocas de visita e inspeção, suportes para o vaso, flanges e parafusos, chapas de reforço para as aberturas no costado.

 

26

3.2.1 3.2 .1 BOCAIS BOCAIS PARA TUBULA TUBULAÇÕE ÇÕES S Segundo Ghanbari; et al, 2011, um bocal é um componente cilíndrico que penetra no costado ou nos tampos do vaso de pressão. As extremidades são gera ge ralm lmen ente te flflan ange gead adas as pa para ra perm permititir ir as liliga gaçõ ções es ne nece cess ssár ária iass e pa para ra a fáci fácill desmontagem para manutenção ou acesso. Os bocais são usados para as seguintes aplicações: Conectar a tubulação para entrada ou saída de fluxo. fl uxo. Ligar conexões de instrumentos (medidores de nível, termômetros, manômetros e etc.). Fornecer acesso ao interior do vaso em aberturas de inspeção. Fornecer conexão direta para outros equipamentos ou itens. Figura 9 – Bocais para Vasos de Pressão

FONTE: EMPRESA FABRICANTE, 2017.

3.2.2 3.2 .2 BOCAS BOCAS D DE E VISIT VISITA A E INSPEÇ INSPEÇÃO ÃO

 

27

 As bocas de vista são aberturas feitas no costado do vaso onde é soldado um pescoço de tubo ou chapa calandrada com um flange em sua extremidade onde é parafusada uma tampa removível, permitindo assim o acesso de pessoas para a inspeção, limpeza, manutenção, montagem e remoção de peças internas. As bocas de inspeção são praticamente semelhantes, porém são aberturas menores utilizadas apenas para observação visual do interior do vaso (TELLES, 2012). Segundo o código ASME Seção VIII Divisão 1, é obrigatório alguma abertura para entrada ou inspeção interna em vasos de pressão, para cada compartimento em vasos para ar comprimido ou qualquer outro serviço que possa proporcionar  corrosão ou abrasão na parede interna do vaso . As dimensões mínimas dessas aberturas são as seguintes. 

Vasos de diâmetro de 300 a 450 mm: duas aberturas de diâmetro nominal de

1/2" polegada. 



De 450 a 800 mm: duas aberturas de diâmetro nominal de 2” polegadas.  Acima de 900 mm: uma ou duas aberturas de diâme diâmetro tro mínimo de 6” polegadas. Para TELLES, 2012 é pratica corrente a instalação de uma boca de visita em

cada compartimento nos vasos de diâmetro acima de 600 mm, exceto quando for  geometricamente impossível, para vasos de pequeno diâmetro sem peças internas e para serviços limpos é necessário apenas uma boca de inspeção de diâmetro de 8” polegadas a 12” polegadas. Para entrada de pessoas o diâmetro mínimo é de 400 mm (16”), porem é de pratica usual a adoção das seguintes dimensões : Bocas de visita para entrada de eventual de pessoas; 450 mm (18”). 



Bocas para entrada mais freqüente; 500 mm (20”).



Bocas para montagem e desmontagem de peças; 600 mm (24).  A construção dessas bocas de visita e de inspeção é a mesma de um bocal

flangeado de grande diâmetro, sendo necessária uma tampa plana parafusada. Como a tampa é uma peça pesada é necessário um dispositivo de manuseio, esse dispositivo pode ser um braço giratório denominado “turco” ou um sistema de dobradiças. A figura a seguir mostra alguns exemplos de bocas de visita e inspeção.

 

28

Figura 10 – Bocas de visita e inspeção

FONTE: TELLES, 2012.

3.2.3 SUPORTES SUPORTES PARA VASOS DE P PRESSÃ RESSÃO O Os tipos de suportes utilizados em vasos de pressão dependem primeiramente das dimensões e a orientação do vaso. Todos os tipos de suportes de vasos devem ser projetados de tal forma que resistam o peso próprio do vaso, as cargas de pressão press ão do vento e em algumas algumas regiões regiões cargas sísmicas. sísmicas. Os princip principais ais suportes suportes são os seguintes: 

Saias (Skirt).



Pernas (Leg).



Selas (Saddle).



Sapatas (lug).



Saias (Skirt).

 

29

 As saias são utilizadas em vasos verticais de elevadas dimensões, sendo fabricadas por uma seção cilíndrica que é soldada na parte inferior do vaso, para vasos esféricos são soldadas próximas ao plano médio do recipiente. As saias são normal nor malmen mente te su sufic ficien ientes tes par para a fornec fornecer er fle flexib xibili ilidad dade, e, de mod modo o que a exp expans ansão ão térmica radial do vaso. Figura 11 – Vasos suportados por Saias

FONTE: GANBARI; ET AL, 2012. 

PERNAS (LEG)

 

30

Normalmente vasos verticais são suportados com pernas que são soldadas na parte inferior do costado. A taxa máxima em relação do diâmetro e o comprimento das pernas são de 2:1, o numero de pernas necessário depende do tamanho do vaso e das cargas a serem suportadas.  As pernas também muito utilizadas para vasos de armazenamento pressurizados esféricos, sendo construídos a partir de perfis estruturais ou seções tubulares, que prop propor orci cion onam am um me melh lhor or pr proj ojet eto. o. Ness Nessas as pern pernas as são são ge gera ralm lmen ente te util utiliz izad ados os contraventamentos para ajudar a absorver as cargas de vento e sismo. Figura 12 – Vasos suportados por Pernas

FONTE: GANBARI; ET AL, 2012.



SELAS (SADDLE) Vasos horizontais são normalmente suportados por duas ou mais selas. A sela

de suporte distribui as cargas do vaso ao longo de uma grande área do costado,

 

31

evitando assim o acumulo excessivo local de tensões nos pontos de apoio do costado.  As dimensões da sela, entre outros detalhes de concepção, são determinadas pelo tamanho especifico do vaso e pelas suas condições de concepção. A fixação da sela em sua base se faz por barras ou parafusos de ancoragem que são fixados sem deixar nenhum grau de liberdade em uma das selas, a outra sela deixa-se livre para que possa permitir uma desenfreada expansão térmica longitudinal do vaso. Figura 13 – Vasos suportados por Selas

FONTE: EMPRESA FABRICANTE, 2017.



SAPAT SAPA TAS (LUG (LUG))

 As sapatas são soldadas no vaso conforme mostrado na figura a seguir seguir,, é normal nor malmen mente te uti utiliz lizad ado o para para suport suportar ar vasos vasos ver vertic ticais ais.. A uti utiliza lização ção de sap sapata atass é

 

32

tipicamente limitada a vasos de pequeno e médio diâmetro de (até 3 m) e moderada nas razões de altura e diâmetro na ordem de 2:1 a 5:1. Os suportes tipo sapata são normalmente soldados em certa posição do vaso para que possa fornecer estabilidade contra o comportamento das cargas atuantes. Figura 14 – Vasos suportados por Sapatas

FONTE: GANBARI; ET AL, 2011.

3. 3.2. 2.44 FLAN FLANGE GES SEP PAR ARAF AFUS USOS OS Segundo Falcão, 2008 os flanges são elementos de ligação entre as partes removíveis de um equipamento e também são utilizados para conexão de bocais com as tubulações externas. Eles podem ter dimensões padronizadas conforme norma, normalmente utilizado para bocais, ou serem dimensionados especialmente para pa ra de dete term rmin inad ado o serv serviç iço, o, como como para para in inte terl rlig igaç ação ão do ca casc sco o co com m ca carr rret etéi éiss e cabeçotes de trocadores de calor casco tubo. Uma conexão flangeada consiste do flange propriamente dito, de uma junta de vedação e dos parafusos ou estojos. Os flanges padronizados estão representados na figura a seguir.

 

33

Figura 15 – Tipos de Flanges

FONTE: TELLES, TABELA DE ABACOS.

 

Para a ligação de um flange no outro empregam-se a dois tipos de parafusos. Parafusos de maquinas (machine bolts). Estojos (stud bolts). Os parafusos de máquinas são parafusos cilíndricos com a cabeça integral

sextavada ou quadrada. A parte parte roscada nunca abrange todo o corpo do parafuso.  As dimensões do parafuso são padronizadas na norma ASME B18.2, e as dime dimens nsõe õess do doss file filete tess de ro rosc sca a na no norm rma a AS ASME ME B.1. B.1.20 20.1 .1.. Os pa para rafu fuso soss de maquinas são designados pelo comprimento que é medido da extremidade até a base da cabeça e pelo diâmetro nominal da rosca.  A norma ASME B.31.3 permite o uso de parafusos de maquina de aço carbono, para pa ra flflan ange gess de clas classe se at até é 300# 300# (l (lib ibra ras) s),, co com m ju junt ntas as não não me metá tálilica cass e pa para ra temperatura de até 200º, na pratica esses p parafusos arafusos ssó ó costumam ser empregados para flanges de ferro fundido e as vezes para flanges de aço classe 150#. Os esto estojo joss são são ba barra rrass ci cilílínd ndri rica cass ro rosc scad adas as com com po porc rcas as e co cont ntra ra po porc rcas as independentes, a parte roscada pode ou não abranger todo o comprimento, os estojos permitem maior aperto do que os parafusos de maquinas, justamente porque a parte mais fraca dos parafusos são a junção da cabeça com o corpo, podendo ser  usado para quaisquer pressões e temperaturas. Os estojos são designados pelo comprimento total e pelo diâmetro nominal da rosca, suas dimensões também são padronizas conforme as mesmas normas que os parafusos (TELLES, MONTAGEM).

 

34

Figura 16 – Parafusos e Estojos

FONTE: TELLES, MONTAGEM.

3.2.5 CHAPAS CHAPAS DE REFOR REFORÇO ÇO E ABER ABERTURAS TURAS NO COST COSTADO Segundo BRANDÃO (2006), quando um furo é realizado em uma chapa infinita, sujeita a uma tensão uniaxial, uma elevada concentração de tensões ocorre próximo ao furo. Todos os vasos de pressão têm aberturas, para diversas finalidades, sem as quais os vasos seriam praticamente inúteis, essa aberturas são para interligações de tubulações, instalação de instrumentos, drenagem, bocas de visita e inspeção entre outras finalidades.  As aberturas tanto podem ser feitas no corpo do vaso com também nos tampos. Na grande maioria dos vasos as aberturas têm seção circular e eixo perpendicular à parede do vaso, em alguns casos pode encontrar também aberturas com seção transversal não circular que podem ser elíptica, oval e oval modificada. Qualqu Qua lquer er abertu abertura ra causa causa sempre sempre um enfraq enfraquec uecime imento nto local local da par pared ede e de pressão do vaso, daí faz-se necessário as chapas de reforço. Para atenuar e diminuir a concentração de tensões todas as normas de projeto exigem que as aberturas com diâmetros superiores a certos limites tenham uma chapa de reforço adequada (TELLES, 2012). Segundo o código ASME seção VIII, divisão 1 o reforço é ex exigido igido para aberturas de diâmetro nominal de 3 1/2” ou maior maior,, quando a espessura do vasos vasos é 10 mm ou

 

35

menor e para diâmetros de 2 3/8” ou maior para espessuras maiores que 10 mm, quand qua ndo o fei feito to o calcul calculo o usando usando os critér critérios ios da norma pode-s pode-se e ise isenta ntarr o uso do reforço. Segundo LIMA (2009), O cálculo de reforço do bocal foi desenvolvido há muitos anos atrás, baseado nas informações disponíveis na época. Porém este método é utilizado até os dias de hoje, pois os resultados apresentados são satisfatórios. O método de reposição de área, previsto no código ASME VIII SEÇÃO 1 recomenda que seja feito o provimento de material próximo ao furo, em excesso, tendo no mínimo a área do material retirado para a abertura do furo.  As chapas de reforço são basicamente anéis circulares que são soldados em volta da abertura feita no costado para a inserção do bocal, conforme figura a seguir seguir.. Figura 17 – Chapas de Reforço para aberturas

3.3

FONTE: LIMA, 2009. DAD DADOS OS CONSI CONSIDER DERADO ADOS SP PARA ARA O PRO PROJET JETO O DE UM V VASO ASO

Com referencia a vasos de pressão os termos pressão e temperatura podem estar associados a vários conceitos que devemos distinguir perfeitamente um do outro (TELLES, 2012). Com relação à pressão podemos ter os seguintes conceitos:    

Pressão de operação. Pressão de projeto. Pressão máxima de trabalho admissível (PMTA). Pressão de abertura da válvula de segurança.

 

36

Com relação à temperatura podemos ter:  

Temperatura de operação. Temperatura de projeto. Outro conceito importante que sempre devemos levar em consideração é a

ef efic iciê iênc ncia ia de sol olda da nas part partes es do vas aso, o, pois influ nfluii dir iret eta ame men nte no seu dimensionamento.

3.3.1 PRESSÃO PRESSÃO E TEMP TEMPERA ERATURA TURA DE OPERAÇÃO OPERAÇÃO  A pressão e temperatura de operação são as condições em que o vaso ira normalmente operar.  As pressões são sempre medidas no topo do vaso, devendo-se quando for o caso ser acrescentado à pressão correspondente divido a coluna hidrostática de líquido. Dificilmente um vaso opera durante toda sua vida útil em uma temperatura e pressão única, geralmente ocorrem variações para mais ou para menos. Portanto deve ser observado que a temperatura de operação do vaso é, em qualquer caso, a temperatura média real na parede do vaso. Essa temperatura é evidentemente função da temperatura do fluido contido, e na grande maioria dos casos é tomada como sendo essa própria temperatura. Fazem exceção, entretanto, os casos em que o vaso possua algum revestimento isolante interno (revestimento refratário) ou que haja troca de calor com o exterior, fazem exceção também às partes do vaso onde se efetuam trocas de calor (tubos de feixes tubulares e serpentinas, espelhos, etc.), cuja temperatura de operação será um valor intermediário entre as temperaturas dos dois fluidos (fluido quente e fluido frio). Vale também notar que existem meios de proteger um vaso contra uma sobre pressão anormal, com instrumentos que são as válvulas de segurança, e alivio e disco de ruptura, mas não existe um meio completamente seguro de protegê-lo contra uma subida anormal de temperatura, que pode ocorrer por vários motivos que são eles: falhas em sistemas de resfriamento, falhas em instrumentos ou sistemas

 

37

de controle, erros de operação, fluidos fora de especificação, princípio de incêndio, etc (REDDO, 2008).

3.3.2 PRESSÃO PRESSÃO E TEMPERA TEMPERATURA TURA DE PROJ PROJETO ETO  A pressão de projeto é a pressão utilizada no dimensionamento do vaso, devendo ser considerada como atuando no topo do equipamento. O código ASME, seção VIII divisão 1, estabelece que a pressão de projeto devera ser definida considerando-se a condição de pressão e temperatura mais severas que possam ocorrer em serviço normal. Quando aplicável, a altura estática do liqu liquid ido o ar arm mazen azenad ado o deve eve se serr acr cres esci cid da a pres pressã são o de pro proje jeto to para o dimensionamento da parte do vaso submetido a essa coluna de liquido (BRANDÃO, 2006). Segundo a Mixing consultoria em processos industriais (2011), recomenda-se utilizar a pressão de projeto dez por cento a cima da pressão de operação com o objetivo de evitar a abertura constante da válvula de segurança.  A temperatura de projeto é a temperatura na parede do vaso correspondente a pressão de operação, o código ASME estabelece que esta temperatura não deva ser  menor que a temperatura media da superfície do vaso nas condições de operação (BRANDÃO, 2006). Segundo a Mixing consultoria em processos industriais (2011), adota-se na prática uma temperatura de projeto de 30ºC a 50ºC acima da temperatura de operação.

3.3.3 PRESSÃO PRESSÃO MÁ MÁXIMA XIMA DE TRABALH TRABALHO O ADMISS ADMISSÍVEL ÍVEL - PMT PMTA A  A pressão máxima de trabalho admissível é um parâmetro importantíssimo para o projeto do vaso, pois determina a verdadeira capacidade do equipamento com relação a pressão.  A PMT PMTA A é determinada para todos os componentes principais do vaso, como casco, tampos e para todos os componentes secundários tais como flanges, bocais e reforços. Cada um destes componentes tem uma pressão máxima própria, sendo a PMTA do equipamento a menor destas pressões.

 

38

Também podemos entender a PMTA como sendo a pressão que leva a parte do vaso mais solicitada a ter uma tensão atuante igual à tensão admissível do material, na temperatura correspondente.  A PMTA PMTA é determ determinada inada para a pressão interna ou externa no vaso, descontandodescontandose a pressão de coluna de liquido correspondente a cada componente analisado e considerando-se duas condições distintas, que são: 

Equi Eq uipa pame ment nto o no novo vo e fr frio io,, co com m espe espess ssur ura a de corr corros osão ão ze zero ro e tens tensõe õess

admissíveis na temperatura ambiente. Esta PMTA serve para o calculo da pressão de teste hidrostático. Equipamento corroído e quente desconta-se a espessura de corrosão e com 

tensões admissíveis na temperatura de projeto. Esta PMTA determina as condições de segurança do equipamento (FALCÃO, 2008).

3. 3.3. 3.44

EFIC EFICIÊ IÊNC NCIA IA DE SOLD SOLDA A

O dimensionamento da espessura depende diretamente da eficiência da solda que é um dos parâmetros utilizados nas equações utilizadas para o calculo.  A eficiência de solda é um fator de minoração da tensão admissível do material que é soldado em função do nível e tipo do exame não destrutivo realizado na solda. Para vasos que executem serviços com hidrogênio ou acido, a eficiência de solda deve ser 100 % ou seja, deve ser realizada radiografia total nas soldas. Já para para ou outr tros os caso casoss a es esco colh lha a da efic eficiê iênc ncia ia da so sold lda a é uma uma qu ques estã tão o econômica, tendo em vista que quanto mais rigoroso o exame maior o seu custo, porem menor a espessura do equipamento. Para o código ASME seção VIII, divisão 1 as soldas devem ser totalmente radiografadas quando o trabalho for com fluido letal e quando a espessura for maior  que um determinado valor especifico para um grupo de materiais. Por exemplo, para aços carbono com espessuras iguais ou maiores que 38,1 mm é exigida a radiografia total. Exceto para esses casos o código permite radiografia parcial ou soldas sem radiografia. O exame radiográfico poderá ser substituído por exame de ultrassom quando atendidas algumas exigências do código. A seguir as figuras 18 e 19 com os tipos de solda e a eficiência “E” para as soldas, (FALCÃO, 2008).

 

39

Figura 18 – Tipos de soldas

FONTE: FALCÃO, 2008.

Figura 19 – Eficiência das soldas

FONTE: FALCÃO, 2008.

3.4

TENS TENSÕES ÕES DE MEMBRAN MEMBRANA A – TE TEORIA ORIA CLÁSSICA CLÁSSICA DAS CASCAS CASCAS FINAS FINAS

 

40

Os vasos de pressão são estruturas fechadas contendo líquidos ou gases sob pressão. Exemplos familiares incluem tanques, tubos e cabines pressurizadas em aeronaves e veículos espaciais. Quando os vasos de pressão têm paredes finas, comparadas com seus raios e comprimentos, eles são incluídos dentro de uma categoria geral conhecida como estruturas de cascas. Outros exemplos de estruturas de cascas são cúpulas de telhados, asas de aviõ av iões es e ca casc scos os de su subm bmar arin inos os.. Co Como mo re regr gra a ge gera ral,l, os va vaso soss de pres pressã são o sã são o considerados parede fina quando a razão do raio “r” em relação à espessura da parede “t” (figura 20) é maior que 10. Quando essa condição é atingida podemos determinar as tensões nas paredes com uma precisão razoável usando apenas a estática.

Figura 20 – Seção transversal da parede a pressão interna.

FONTE: GERE, 2003.

 

41

Para Par a os cál cálcul culos os das tensõe tensõess circun circunfer ferenc enciai iaiss e longit longitudi udinai naiss uti utiliz liza-s a-se e as seguin seg uintes tes for formul mulas, as, para para cascos cascos cil cilínd índric ricos os su sujei jeitos tos a pre pressã ssão o int intern erna a qua quando ndo atendido aos requisitos para cascas finas:

Fórmula para tensão circunferencial.

Fórmula para tensão circunferencial. Onde: σ = Tensão atuante. p = pressão interna. r = raio do cilindro. t = espessura da parede do vaso. Desta forma notamos que a tensão circunferencial é duas vezes maior que a longitudinal (GERE, 2003). Na figura 21 vemos como as tensões agem no cilindro. Figura 21 – Tensão circunferencial e longitudinal.

 

42

FONTE: GERE, 2003.

Com base neste conceito clássico o código ASME seção VII, divisão 1 adaptou essas formulas para os cálculos de vasos abrangidos por ela.

3.5

EXE EXEMPL MPLO O DE CÁL CÁLCUL CULO O DE UM CAS CASCO CO C CILÍ ILÍNDR NDRICO ICO Para o nosso exemplo utilizaremos os seguintes dados de projeto conforme a

figura 22: Pressão de projeto (P) = 2,5 Kgf/cm². Temperatura de projeto (T) = 150 °C. Eficiência de solda (E) = 0,7 (adimensional). Diâmetro interno (DI)= 2100 mm. Raio interno (R) = 1050 mm. Tensão admissível do material (S) = 1162 1162 Kgf/cm² a 150°C (Conforme figura 23 e 24). Material SA-36. Comprimento entre tangentes (CET) = 2900 mm Espessura de Corrosão = 1 mm Figura 22 – Dimensões básicas do vaso

 

43

FONTE: EMPRESA FABRICANTE, 2017.

Cálculo da espessura “t” para tensão circunferencial:

 ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (C)(1), 2012. Resolvendo:

 

44

Cálculo da espessura “t” para tensão longitudinal:

 ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (C)(2), 2012. Resolvendo.

Segu Se gund ndo o o có códi digo go ASME se seçã ção o VIII VIII,, di divi visã são o 1 de deve vera ra se serr us usad ado o a ma maio ior  r  espessura entre os cálculos: Portanto será utilizado o resultado de 2,26 mm, mais a espessura de corrosão de 1 mm, arredondamos para uma espessura de chapa comercial de 3/16” (4,7mm).

Figura 23 – Aços utilizados em vasos.

 

45

FONTE: ASME seção VIII divisão 1, 2012.

Figura 24 – Tensão dos aços em relação à temperatura.

 

46

FONTE: ASME seção VIII divisão 1, 2012.

Cálculo da pressão máxima admissível – PMA para tensão circunferencial.

 ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (C)(1), 2012. Resolvendo:

 

47

Cálculo da pressão máxima admissível – PMA para tensão longitudinal.

 ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (C)(2), 2012. Resolvendo:

Segundo o código ASME seção VIII, divisão 1 devera ser usado o menor valor  entre os cálculos: Portanto a PMA é igual a 3,63 Kgf/ cm². Cálculo da pressão máxima de trabalho admissível – PMTA. A PMTA é calculada para o vaso na condição de operação.

Onde: Pmax = PMA calculada descontado uma espessura de corrosão. Phs = pressão hidrostática.  ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (C)(1), 2012. Como não consideramos pressão hidrostática a PMTA pode ser igual a PMA. Cálculo da pressão de teste hidrostático.

 

48

 ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-99 (C), 2012.

3.6

EXE EXEMPL MPLO O DE CÁL CÁLCUL CULO O DE UM TAMPO AMPO SEMISEMI-ELÍ ELÍPTI PTICO CO 2:1 2:1 Os dados para o calculo serão os mesmos do corpo cilíndrico. Figura 25 – Tampo semi-elíptico 2:1

FONTE: EMPRESA FABRICANTE, 2017.

Cálculo da espessura mínima “t” para tampo semi-elíptico.

Onde: K = 1 para tampos 2:1 D = Diâmetro interno  ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (D), 2012.

 

49

Resolvendo.

Sendo assim adotaremos a mesma espessura do corpo 3/16” (4,7mm). Cálculo da pressão máxima admissível para tampo semi-elíptico.

 ASME seção VIII divisão 1, parágrafo parágrafo UG-27 (D), 2012. Resolvendo.

3.7

MA MATE TERIA RIAIS IS UT UTILI ILIZAD ZADOS OS E EM MV VASO ASOS S DE PRES PRESSÃO SÃO

 

50

Há uma uma gr gran ande de va vari ried edad ade e de ma mate teria riais is qu que e po pode dem m se serr em empr preg egad adas as na construção de vasos de pressão, as principais classes desses materiais são: Figura 26- Classes de materiais

FONTE: TELLES, 2012.

Para SILVA TELLES (2012), de todos esses materiais o aço carbono é o de maior uso e empregado na construção da grande maioria dos vasos de pressão. O aço carbono é o denominado material de uso geral, porque, ao contrário dos outros materiais, não tem casos específicos de emprego, sendo usado em todos os casos, exceto quando alguma circunstância não permitir o seu emprego. Todos os demais materiais são empregados justamente nesses casos em que, por qualquer motivo, não é possível o uso do aço carbono. A razão disso é que o aço carbono, além de ser um material de boa conformabilidade, boa soldabilidade, de fácil obtenção e

 

51

encontrável sob todas as formas de apresentação, é o material de menor preço em relação à sua resistência mecânica. Para exemplificar a enorme predominância do aço carbono, pode-se dizer que em uma refinaria de petróleo convencional o aço carbono corresponde a cerca de 95% do peso total dos equipamentos de processo. Conf Co nfo orme rme BRA RAND NDÃ ÃO (2 (200 006 6), os mate materi ria ais em empr preg ega ados dos deve vem m es esta tar  r  perfe erfeititam ame ent nte e id ide ent ntifific ica ados dos de acord cordo o com o de dese senh nho o de fabr fabric icaç açã ão do equipamento, de acordo com o certificado de material estão de acordo com as respectivas especificações. Os materiais mais utilizados em projetos de vasos de pressão são os aços carbono, aços-liga e aços inoxidáveis, abrangendo uma ampla faixa de temperatura entre –250 °C e 1100 °C. BRAN BR ANDÃ DÃO O (2 (200 006) 6) af afir irma ma qu que e o mate materi rial al ma mais is comu comume ment nte e util utiliz izad ado o 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 é de -45ºC a 450ºC, são: SA-285 Gr C; SA-515 Gr 60 e Gr 70; SA-516 Gr 60 e Gr 70. Em gera geral,l, as es espe peci cififica caçõ ções es de mate materia riall ab abra rang ngem em não não ap apen enas as um ún únic ico o material, mas um grupo de materiais, que se distinguem entre si por classes ou graus da especificação, por este motivo, para especificar um material, não basta citar a sigla, mas também, a classe ou grau do material, bem como as opções exigidas por norma.  As propriedades do aço carbono são grandemente influenciadas por sua composição química e pela temperatura TELLES (2012). Segundo (BRANDÃO, 2006), um aço carbono de qualidade estrutural, também bastante utilizado é o SA 283C Gr C. O código permite a utilização desse material, mesmo para partes pressurizadas, com as seguintes recomendações: 

Não se destina a fabricação de caldeiras;



 A temperatura de projeto estiver entre entre -29ºC e 343ºC;



 A espessura utilizada for inferior a 5/8”; 5/8”;



O aço for fabricado em forno elétrico, S.M., ou conversor L.D.;  A escolha do material é feita pela engenharia, que tem detém a tecnologia do

processo a que o vaso de pressão está submetido e têm conhecimento da natureza e concentração do fluido, PH, fatores de contaminação e taxas anuais de corrosão.

 

52

Conforme BRANDÃO (2006) é importante observar que todos os materiais, metálicos ou não, empregados na construção de vasos de pressão devem ter suas propriedades perfeitamente conhecidas e garantidas, e por isso, só são usualmente admitidos os materiais que obedeçam a alguma especificação de material. Na Petrobras N-253, a Figura 28 mostra os critérios básicos para especificação de materiais para as diversas partes dos vasos de pressão. Esses critérios devem ser obedecidos, exceto quando for especificado de outra forma para um determinado vaso. As classes das partes dos vasos citados na primeira coluna da Tabela são descritos abaixo: Figura 27- Critérios para Especificação dos Materiais dos Componentes de Vasos

FONTE: PETROBRAS N-253, 2010.



Classe I Partes da parede de pressão do vaso em contato com o fluido de processo

(cascos, tampos, pescoços de bocais, flanges, flanges cegos e outros) e outras partes pressurizadas em contato com o fluido de processo (por exemplo: espelhos). Esta classe inclui também as partes internas soldadas aos vasos e submetidas a esforços principais (anéis, chapas e outros elementos de suporte de bandejas,

 

53

grades, tampos internos, e outros). Esta classe inclui também os reforços (de qualquer tipo) das aberturas na parede de pressão do vaso. 

Classe II Partes da parede de pressão do vaso não em contato com o fluido de processo.

Exemplos: reforços externos, reforços de vácuo e outros. Excluem-se desta Classe II os reforços das aberturas, pois estão incluídos na Classe I. 

Classe III Partes internas soldadas ao vaso, mas não submetidas a esforços principais

(chicanas, defletores, quebra-vórtice, vertedores e outros). Partes externas soldadas ao vaso, submetidas a esforços em operação, como por exemplo: suporte de qualqu qua lquer er tipo tipo (saias (saias,, col coluna unas, s, berços berços e outro outros), s), ele elemen mentos tos de su suste stenta ntação ção de escadas, plataformas, tubulações externas, reforços externos, reforços de vácuo e outr ou tros os.. Para Para os su supo port rtes es,, esta esta cl clas asse se in incl clui ui so some ment nte e as pa part rtes es do doss su supo port rtes es diretamente soldadas ao vaso ou muito próxima do vaso. NOTA: a saia de suporte deve ter um trecho com pelo menos 1000 mm de comprimento a partir da ligação com o vaso, da mesma especificação de material do casco, nos seguintes casos: a) te temp mper erat atur ura a de pr proj ojet eto o ig igua uall ou in infe feri rior or a 15 °C °C,, in incl clui uind ndo o se seus us requ requis isititos os adicionais; b) temperatura de projeto superior a 340 °C; c) vasos de aços-liga, aços inoxidáveis e materiais não ferrosos; d) serviços com hidrogênio. 

Classe IV Partes Par tes int intern ernas as de desmo smontá ntáve veis is (nã (não o soldad soldadas as ao vas vaso), o), com como o por exe exempl mplo: o:

bande ban dejas jas,, bor borbul bulha hador dores, es, gra grades des,, vig vigas as de sus susten tentaç tação, ão, dis distrib tribuid uidore ores, s, fei feixes xes tubulares e outros. 

Classe V Partes de suportes de qualquer tipo não incluídos nas classes III e VI. Para

todas as partes desta classe a temperatura de projeto é sempre a temperatura ambiente. 

Classe VI

Partes externas, diretamente soldadas ao vaso, mas submetidas a esforços apenas em montagem, manutenção, desmontagem e outros, como por exemplo:

 

54

olha olhais is de susp suspen ensã são, o, tu turc rcos os,, e ou outr tros os.. Para Para toda todass as pa part rtes es de dest sta a cl clas asse se a temperatura do projeto é sempre a temperatura ambiente. 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. (BRANDÃO, 2006). Na PETR PETROB OBRA RAS S NN-25 253k 3k,, a espe especi cific ficaç ação ão de ma mate teria riais is pa para ra va vaso soss co com m condição de baixa temperatura deverá atender os requisitos do código ASME, não só nos cascos e tampos como também, obrigatoriamente, em todas as outras partes submetidas à pressão, tais como: flanges, pescoços, luvas, parafusos, porcas e outros. Para (BRANDÃO, 2006), a seleção dos materiais adequados a cada uma das partes do vaso de pressão é um dos problemas mais difíceis para o projetista do equipamento. Os fatores gerais de influência na seleção dos materiais são: Condições de serviço do equipamento (pressão e temperatura de operação); 



Nível e natureza das tensões atuantes;



Fluídos em contato (natureza e concentração, impureza, etc.);



Custo e segurança;



Facilidade de fabricação (soldabilidade, conformação, etc.);



Tempo de vida previsto para o equipamento;



Disponibilidade;



Experiência prévia. Pela grande utilização dos códigos ASME, no Brasil, todas as especificações de

materiais são iguais ou muito similares aos materiais ASTM (American Society for  Testing and Materials) que podem ser utilizados desde que sejam exatamente iguais aos materiais ASME, ou quando houver alguma diferença, o fabricante requalificálos conforme as exigências do ASME. Segundo TELLES (2012), em muitos vasos, algumas partes costumam ser feitas de material diferente e mais nobre do que o empregado para a construção do equipamento propriamente dito. Entre esses casos, podemos citar: 

Tubos de troca de calor de feixes tubulares, serpentina etc. Esses tubos devem

sempre ter paredes finas, não só para melhorar a troca de calor, como também por 

 

55

motivo de redução de peso do conjunto. Por esse motivo, são freqüentemente de material diferente e mais resistente à corrosão. 

Peças internas desmontáveis em vasos de pressão (bandejas, borbulhadores,

grades, recheios etc.) Essa peças são freqüentemente de material mais resistente à corrosão para permitir a ajustagem mecânica, a desmontagem e também para que possam ter pequenas espessuras, reduzindo assim o peso. 

Materiais de aparafusamento e de fixação (parafusos, estojos, orcas, arruelas,

grampos, clipes etc.): são peças pequenas sujeitas a grandes esforços, e que não podem sofrer alteração dimensional nem desgaste por corrosão, que prejudicam o aperto e dificultariam ou impossibilitariam a desmontagem. TELLES TEL LES (20 (2012) 12) den denomi ominam nam-se -se “aç “aços os lig liga” a” (al (alloy loy-st -steel eel)) tod todos os os aço açoss que possue pos suem m qua qualqu lquer er quanti quantidad dade e de outros outros elemen elementos tos,, alé além m dos que en entra tram m na composição doas aços carbono. Dependendo da quantidade total de elementos de liga, distinguem-se os aços de baixa liga (low alloy-steel), com até 5% de elementos de liga, aços de liga intermediária (intermediate alloy-steel), contendo entre 5% e 10%, e os aços de alta liga (high alloy-steel), com mais de 10%. Figura 28 - Aços-liga: tipos usuais, composição química, exigências do código  ASME, Seção VIII, Divisão 1

FONTE: TELLES, 2012.

 

56

BRANDÃO (2006) diz que, numa faixa de temperatura mais elevada seriam indicados os aços inoxidáveis, sendo que os austeníticos em temperaturas mais altas.



 Ainda BRANDÃO (2006), em baixas baixas temperaturas são utilizados: utilizados:  Aços liga ao níquel: SA-203 GrA/GrB (2 1/4 Ni); SA-203 GrD/GrE (3 1/2 Ni); SA-

353 (9 Ni); 



 Aços inoxidáveis austeníticos; austeníticos; Metais não ferrosos; 

Ligas de alumínio/magnésio: SB-209 (5083).



Ligas de alumínio/silício: SB-209 (6061).

Os aços inoxidáveis (stainless steeel) são os que contêm pelo menos 12% de cromo, o que lhes confere a propriedade de não enferrujarem mesmo em exposição prolongada a uma atmosfera normal TELLES (2012).

Figura 29 - Aços inoxidáveis: tipos, composição química, limites de temperatura

 

57

FONTE: TELLES, 2012.

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 usualmente de aço carbono e a chapa de revestimento bem fina, de um material nobre com aço inoxidável, níquel e ligas (BRANDÃO, 2006). Na seqüência é apresentadas informações com as principais especificações da  ASTM (American Society for Testing and Materails) para as classes de aços carbono, aço-liga e inoxidáveis:

Figura 30- Principais especificações de aço-carbono (os números indicam especificações da ASTM, exceto onde indicado diferentemente)

 

58

FONTE: TELLES, 2012. Figura 31 - Especificações AS ASTM TM de aços liga

. FONTE: TELLES, 2012 

Figura 32 - Especificações ASTM de aços inoxidáveis

 

59

FONTE: TELLES, 2012.

4

FAB ABRI RICA CAÇÃ ÇÃO, O, MO MONT NTAG AGEM EM E INS INSPE PEÇÃ ÇÃO O

 

60

 A construção de um vaso de pressão envolve inúmeros cuidados especiais relacionados com a fabricação, montagem e testes, já que o vaso de pressão é tem um papel importante na continuidade de um processo. Para TELLES (2012), no caso mais geral, a fabricação, a montagem e o controle de qualidade dos vasos de pressão incluem as etapas listadas a seguir. Essa listagem está feita na ordem cronológica usual, embora não obrigatória, podendo às vezes haver algumas pequenas alterações nessa ordem. As etapas marcadas com asterisco quase sempre existem; as demais existirão quando for o caso. 1 (*) Levantamento Levantamento da maté matéria ria prima necess necessária ária (inclusive consumíveis para a soldagem) – Estudo de possíveis alternativas de materiais. 2 (*) Encomenda ou requisição da matéria prima. 3 (*) Recepção e identificação da matéria prima; verificação dos certificados da qualidade; inspeção dimensional, reparos e marcação codificada de identificação da matéria prima. 4 (*) Estocagem da matéria prima. 5 (*) Traçagem sobre as chapas; transferências das marcas de identificação. 6 (*) Corte das chapas e preparação dos chanfros para solda; corte de tubos. 7 (*) Conformação de chapas e de outros componentes; verificação dimensional. 8 (*) (*) Qu Qual alifific icaç ação ão dos dos pr proc oced edim imen ento toss e do doss so sold ldad ador ores es e op oper erad ador ores es de soldagem. 9 (*) Qualificação dos procedimentos e dos operadores e inspetores de exames não destrutivos. 10 (*) Fabricação de bocais, flanges, reforços, suportes e outros acessórios soldados ao vaso. 11 Usinagem de flanges, espelhos, faces de assentamento de juntas de vedação etc. 12 (*) Preparação para a soldagem: estudo da sequencia de soldagem e de montagem; preparação e colocação dos dispositivos auxiliares de soldagem. 13 (*) Soldagem de anéis completos, seções ou outros subconjuntos do vaso; soldagem dos tampos. 14 (*) Soldagem do vaso completo. 15 (*) Soldagem de bocais, flanges, reforços, anéis de vácuo e outros acessórios soldados internos ou externos. 16 (*) Inspeção (exames não-destrutivos) e reparos de solda. 17 Tratamentos térmicos na fábrica. 18 Fabricação e instalação de acessórios não soldados ao vaso. 19 (*) do vaso. 20 (*) Limpeza Testes deexterna pressãoe einterna estanqueidade. 21 (*) Inspeção dimensional final do vaso. 22 Aplicação de revestimentos especiais, metálicos ou não-metálicos.

 

61

23 Teste adicionais exigidos. 24 (*) Inspeção final e preparação de embarque. 25 (*) Transporte do vaso (inteiro ou em seções). 26 (*) Preparação da base do vaso; estudo de levantamento de cargas. 27 Mont Montag agem em de camp campo; o; pr prep epar araç ação ão do ca cant ntei eiro ro de obra obras; s; mo mont ntag agem em e soldagem; inspeção e reparo de soldas; testes de pressão no campo. 28 Tratamentos térmicos no campo.  As etapas que envolvem a fabricação e a montagem dos vasos de pressão são numero num erosas sas e be bem m com comple plexas xas,, dif difere erenci ncian ando do dos de demai maiss equ equipa ipamen mentos tos de uso industrial que são itens produzidos em linhas normais de fabricação. Segundo a Petrobras N-268, a fabricação é todas as atividades desenvolvidas em fábrica referentes a construção do vaso de pressão.

4.1 PREPARAÇÃO De acordo com TELLES (2012), toda matéria prima (inclusive consumíveis para a soldagem), ao ser recebida na fábrica, deve obrigatoriamente passar por uma rotina de inspeção e identificação, que deve consistir pelo menos no seguinte: Confronto dos certificados da qualidade emitidos pelos fabricantes (que devem 

acompanhar todos os materiais) com as respectivas requisições de compra e com as marcas das usinas produtoras, que devem estar gravadas ou escritas em cada peça ou embalagem. No caso de produtos siderúrgicos (chapas, tubos, perfis, etc.), as marcas de usina incluem sempre o número da corrida do aço; o confronto desse núme nú mero ro com com o qu que e co cons nsta ta no re resp spec ectiv tivo o ce cert rtifific icad ado o é o prim primei eiro ro pass passo o pa para ra identificar o tipo de material da peça em questão. Inspeção visual e dimensional de cada peça. Confronto dos resultados de composição química, ensaios mecânicos e ensaios 



não-destrutivos do material, que constam nos certificados da qualidade, com os valores exigidos na respectiva Especificação de Material. Marcaç Mar cação ão codifi codificad cada a de ide identi ntific ficaçã ação, o, de depoi poiss de ass assegu egurad rada a a sua cor corret reta a 

identificação. Essa marcação consiste geralmente na pintura de símbolos ou cores convencionais para cada tipo de material, com a finalidade de permitir sua fácil identificação no futuro. A marcação deve ser feita obrigatoriamente em cada peça, e, para ara ev evitita ar enga nganos nos e esque squeccim ime entos ntos,, rec recom omen end da-se a-se qu que e se seja ja feit feita a imediatamente após confirmada a identificação do material.

 

62

 As matérias-primas necessárias para a fabricação dos vasos de pressão podem se apresentar de várias formas, dependendo do tipo do equipamento ou da parte a ser fabricada: chapas grossas, chapas finas, tubos, acessórios, etc. Os materiais empregados devem estar perfeitamente identificados de acordo com o desenho de fabricação do equipamento, de acordo com o certificado e de acordo com as recomendações do código. (BRANDÃO, 2006). TELLES (2012) afirma que, a correta estocagem da matéria-prima é um ponto muito importante, principalmente quando o tempo de armazenagem for longo, ou a atmosfera local for agressiva. As chapas devem, de preferência, ser armazenadas em posição vertical, principalmente quando em local não abrigado. Quando isso não for possível, podem ficar em posição horizontal, mas é indispensável que sejam corretamente calçadas, para evitar empenos e deformações, e para que não fiquem em contato direto com o solo, e estejam inteiramente a salvo de lama ou inundação.  A maioria dos vasos de pressão é fabricada a partir de chapas de aço, ligadas entre si por processo de solda. Com a dimensão mais usada para as chapas aplicadas é de 2,44 x 12m, onde podemos deduzir as dimensões possíveis para a utilização de uma única chapa. Conforme TELLES (2012), para chapas de grande espessura (38mm ou mais), é conveniente, e pode mesmo ser exigido, o ensaio de ultrassom para a detecção de poss po ssív ívei eiss de defe feititos os inte intern rnos os.. Es Esse se exam exame, e, al além ém de on oner eros oso, o, ex exig ige e pess pessoa oall especializado para a sua execução e correta interpretação; tem entretanto grande sensib sen sibilid ilidade ade,, podend podendo o ac acusa usarr defeit defeitos os intern internos os mes mesmo mo qua quando ndo de peq pequen uenas as dimensões. Todos os materiais que estão empregados na construção de vaso de pressão devem ter sua documentação verificada e garantida.

4. 4.22

TRA RAÇ ÇAGEM AGEM E CORT CORTE E De acordo com TELLES (2012), a Traçagem consiste na marcação, sobre cada

chapa, das linhas onde devem ser feitas operações de corte, solda, dobramento, furação ou outras operações de fabricação. Mesmo para as chapas que sejam aproveitadas inteiras na fabricação do vaso, há sempre necessidade de traçagem, para o esquadrejamento perfeito dos ângulos e a marcação correta das linhas de corte nos quatro lados.

 

63

Traçagem dá esse nome ao conjunto das operações a realizar para marcar nas peça pe ças, s, a subm submet eter er ao aoss vá vári rios os tipos tipos de trab trabal alho ho de form formaç ação ão e ac acab abam amen ento to mecânico, linhas e pontos que delimitam as formas. TELLES (2012) diz que, a marcação sobre chapas, quando manual, é feita riscando-se com uma ferramenta de ponta dura, marcando-se com punção, ou riscando-se com tinta ou giz. Exceto para as linhas de corte, deve-se evitar a marcação com punção pontiagudo em materiais sujeitos à fratura frágil, porque a mossa do punção pode desencadear uma fratura. No processo de traçagem e corte o equipamento mais valioso é a máquina de corte co rte CNC, CNC, co comp mple leta ta o cust custo o dest deste e pr proc oces esso so os ititen enss co como mo ci cililind ndro ross de gá gás, s, softwares, bico de maçarico e acessórios. Segu Se gund ndo o

TE TELL LLES ES

(2 (201 012) 2),,

mu muititos os fabr fabric ican ante tess

po poss ssue uem m

eq equi uipa pame ment ntos os

automáticos e computadorizados para a marcação de chapas que transferem as informações dos desenhos diretamente para as chapas, com um mínimo de erros e sem necessidade de moldes ou desenhos em tamanho natural para os formatos difíceis. A transferência direta de informações dos desenhos para as chapas pode também ser feita por processos de marcação óptica.  Ainda TELLES (2012) diz que, o corte de chapas e de tubos de aços e normalmente feito a maçarico com chama oxiacetilênica (oxicorte), podendo também ser usado o corte a plasma, o corte com eletrodo de carvão, ou outros meios. O corte co rte reti retilín líneo eo de chap chapas as fina finass (a (até té 6mm, 6mm, ap apro roxi xima mada dame ment nte) e)

po pode de ser ser feito feito

meca me cani nica came ment nte e guil guilho hotitina nas. s. Co Com m o maça maçari rico co é po poss ssív ível el faze fazer-s r-se e co corte rtess co com m qualquer traçado, e é possível também preparar simultaneamente a borda da chapa para a solda, desde que o perfil do chanfro seja convexo e formado por segmentos de reta, como se vê na Figura 34. O maçarico pode ter movimento automático ou semiau sem iautom tomáti ático co,, inc inclus lusive ive para para vários vários corte cortess sim simult ultâne âneos, os, sem nec necess essida idade de de movimentar-se a chapa, obtendo-se grande precisão e alta velocidade de corte. Figura 33- Preparação da borda de uma chapa com dois maçaricos

 

64

FONTE: TELLES, 2012.

Nos vários processos de corte como guilhotina, plasma, laser entre outros, o processo preferencial é o oxicorte por ser o processo mais barato de implementar, com equipamentos mais simples, com a maior facilidade de treinamento. Para TELLES (2012), a preparação das bordas de uma chapa, com chanfros de qualquer perfil, e também o corte podem ainda ser feitos mecanicamente, por  usinagem, em uma plaina fresadora (edge mil); por ser caro; esse sistema só é empregado para fazer chanfros especiais em chapas muito grossas ou em chapas cladeadas. A Figura 35 mostra uma dessas máquinas em operação.

Figura 34 - Plaina fresadora para a preparação de bordas de chapas

 

65

FONTE: TELLES, 2012.

Com relação ao chanfro, este pode ser realizado pelo próprio equipamento de corte com a inclinação do bico do maçarico no suporte de fixação da máquina CNC. Sendo a operação de chanfro realizada após a operação de corte. 4.3  CONFORMAÇÃO Para Pa ra TE TELL LLES ES (2 (201 012) 2),, a conf confor orma maçã ção o de ch chap apas as,, tubo tubos, s, pe perf rfis is e ou outr tros os comp co mpon onen ente tess co comp mpre reen ende dem, m, en entr tre e outr outros os,, os proc proces esso soss de ca cala land ndra rage gem, m, prensa pre nsagem gem,, rebord rebordeam eament ento, o, dobra dobramen mento, to, estamp estampag agem em e cur curvam vament ento, o, par para a a fabricaçã fabric ação o de corpo corposs cilínd cilíndric ricos, os, cô cônic nicos os e esf esféri éricos cos,, seç seções ões de co conco ncordâ rdânci ncia, a, tampos de qualquer perfil, bem como peças internas e externas de vaso de pressão. Os tampos normalmente são fabricados por prensagem da calota central e rebordeamento nas margens. Antes Antes a esta etapa, é realizado o corte, a soldagem do disco. Conf Co nfo orme rme

BR BRA AND NDÃO ÃO (2 (20 006) 6),,

as pri rinc ncip ipai aiss

operaç eraçõ ões rea realiliza zada dass

na

conformação das chapas, tubos e perfis utilizados nos vasos de pressão são: calandragem, prensagem, curvamento e estampagem.  As operações de curvamento de chapas e placas são levadas a efeito em caland cal andras ras.. Pela Pela cal caland andrag ragem, em, podem podem ser obtida obtidass ch chapa apass curvas curvas com rai raios os de

 

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curvamento predeterminados como cilindros, tronco de cones, bem como qualquer  outra superfície de revolução.  A calandragem é feita geralmente em vários passes: em cada passe aproximadamente mais os rolos inferiores, diminuindo com isso o raio de curvatura do cilindro e aumentando o ângulo central abrangido TELLES (2012). Figura 35 - Operação de calandragem de uma chapa

FONTE: TELLES, 2012.

Caso a conformação em tampos provoque uma deformação nas fibras externas superior a 5%, os reparos r eparos é realizados através de um tratamento térmico de alívio de tensões. BRANDÃO (2006), afirma que, a conformação de tampos toriesféricos de chapa inteira, ou com soldas em posição de secante e feita normalmente pela prensagem da coroa central e depois é 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. Para o processo de conformação o principal investimento em equipamentos, podemos considerar a prensa hidráulica como maior custo para esta etapa.

 

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 A Petrobras N-253 estabelece que, os tampos elipsoidais ou torisféricos em aço carbono e aço de baixa liga, com diâmetro interno até 1800 mm, devem ser  construídos em uma só peça, sem soldas. Para os tampos torisféricos com diâmetro interno superior a 1800 mm e para tampos cladeados ou em outros materiais que não sejam aço carbono e aço de baixa liga de qualquer diâmetro a Figura 37 mostra algumas disposições permitidas e não permitidas de soldas. Com exceção das soldas em posição radial, não são permitidas soldas inteiramente na região toroidal do tampo. Na construção em gomos radiais, a coroa central não deve ter um raio inferior a 20% do raio do tampo. Figura 36- Tampos com Solda

FONTE: PETROBRAS N-253k, 2012).

 

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4.4  SOLDAGEM De acordo com TELLES (2012), o estudo da seqüência de soldagem tem por  finalidade estabelecer a ordem cronológica em que as diversas soldas devem ser  feitas, com a finalidade não ao permitir ou facilitar o melhor acesso para a execução e exam exame e de ca cada da so sold lda, a, co como mo ta tamb mbém ém cont contro rola larr se seus us efei efeito toss de co cont ntra raçã ção o e distorção. Em vasos de formato cilíndrico, cil índrico, ou semelhantes, as primeiras soldas feitas são as longitudinais (que são as mais solicitadas), ficando formada então uma serie de anéis cilíndricos. As soldas circunferências de ligação dos anéis entre si, e destes aos tampos, são feitas posteriormente. Para o processo de soldagem o equipamento mais valioso é a fonte de energia elétrica, sendo que seus custos com os demais acessórios (cabos de solda, tenaz, etc.) são pouco representativos do custo deste processo. Segu Se gund ndo o BRAN BRANDÃ DÃO O (2 (200 006) 6),, para para os equi equipa pame ment ntos os de ca cald ldei eira rari ria a os procedimentos de soldagem devem se elaborados e qualificados de acordo com o  ASME Seção IX. Além dos dados exigidos no ASME, a N-133 da Petrobras exige entre outras as seguintes informações: marca comercial dos consumíveis; técnicas de apli aplica caçã ção o e co cont ntro role le de pr pré é e pós pós aque aqueci cime ment nto; o; técn técnic icas as de aj ajus usta tage gem m e ponteamento, condições especiais de reparo.  A utilização de várias chapas conformadas no diâmetro necessário para a construção do vaso nos permite a fabricação com diversas dimensões. Contudo, devemos sempre nos lembrar de defasar as soldas longitudinais, de maneira a evitar  a propagação de alguma trinca ao longo de um caminho preferencial. Para Par a TEL TELLES LES (2012) (2012),, os dis dispos positiv itivos os aux auxilia iliares res de so solda ldage gem m sã são o rec recurs ursos os usados para manter em posição as partes a serem soldadas, como também para conversar o alinhamento entre as partes e a abertura correta da raiz da solda. É importante que a movimentação das partes na direção a contração principal da solda não fique completamente impedida, porque quanto mais essa movimentação for  contida, maiores serão as tensões residuais da soldagem. Na Figura 38 vêem dispos dis positiv itivos os aceitá aceitávei veiss quanto quanto a esse esse asp aspect ecto.É o.É imp import ortant ante e tam também bém que ess esses es disp di spos osititiv ivos os se seja jam m us usad ados os,, no me meno norr nú núme mero ro po poss ssív ível el,, co comp mpat atív ível el com com o ajustamento necessário. Note-se entretanto que empenos ou má-conformação das

 

69

partes a soldar, soldar, bem como a fa falta lta ou insuficiência des desses ses dispositivos dispositivos resultam em desalinhamentos nas soldas, causadores de graves concentrações de tensões. Figura 37 - Dispositivos auxiliares de soldagem

FONTE: TELLES, 2012.

Os processos de soldas para a confecção dos vasos de pressão podem ser por  processos manuais, semi-automáticos ou automáticos:

 

70



Processo manual: realizada com tocha ou porta-eletrodo e todas as tarefas

manipulada pela mão do soldador. 

Processo semi-automático: equipamento que controla automaticamente uma ou

maiss con mai condiç dições ões de soldag soldagem. em. Nestes Nestes pro proces cessos sos o so solda ldador dor man manipu ipula la a toc tocha ha enquanto o arame e/ou eletrodo é alimentado pela máquina.   Proces Processo so aut automá omátic tico: o: req requer uer soment somente e obs observ ervaçã ação o oca ocasio sional nal ou nenhu nenhuma ma 

observação da solda e nenhum ajuste manual nos controles da máquina. Conforme TELLES (2012), na prática de fabricação de vasos de pressão, muitos fabricantes adotam processos automáticos para as soldas principais do casco, que são soldas externas, e processos manuais para as soldas de bocais, suportes, acessórios internos e externos, que são quase sempre soldas curtas, bem como para algumas outras soldas que pela sua posição ou localização não podem ser  feitas au feitas autom tomati aticam cament ente. e. A Fig Figura ura 39 mostra mostra a sol soldag dagem em au autom tomáti ática, ca, por arc arco o submerso, de um casco cilíndrico. Figura 38 - Soldagem externa de um cilindro por arco submerso

FONTE: TELLES, 2012.

 

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O chanfro a ser empregado nas emendas de chapas grossas é do tipo “X”. Sendo a operação de chanfro realizada após a operação de corte. A forma e as dimensões das extremidades do chanfro são as que permitem a completa fusão e penetração da junta, conforme determina o código ASME. Na seção VIII divisão 1 do ASME, há exigência para a identificação das soldas a ser realizadas por cada soldador, deve-se obrigatoriamente estampar a identificação e/ou sinete do operador executante do processo de soldagem para a caracterização de seu trabalho. Segundo BRANDÃO (2006), em muitas soldas é necessário o pré-aquecimento ou pós-aquecimento. Os únicos meios permitidos para a realização destes serviços são queimadores a gás ou resistência elétrica, sendo que queimadores de chama única não são permitidos. Para TELLES (2012), as soldas em aços inoxidáveis e em, de preferencia muitos dos metais não-ferrosos devem, de preferência e sempre que possível, ser  fe feititas as em re reci cint nto o fe fech chad ado o e com com at atmo mosf sfer era a lim limpa pa e co cont ntro rola lada da,, pa para ra ev evititar ar a contaminação do metal depositado por partículas de ferrugem, fumaças, poeiras etc. Esse Es sess cu cuid idad ados os apli aplica camm-se se ta tamb mbém ém às sold soldas as no reve revest stim imen ento to de ch chap apas as cladeadas, bem como na execução de revestimentos por deposição de solda.  A Petrobras N-268 recomenda que, a abertura para bocais em cascos e tampos e a soldagem de componentes e acessórios, tais como: orelhas de suporte, anéis, luvas, reforços de bocais, anéis de reforço, suportes de isolamento e de internos, tanto na parte externa como na interna, e que estejam a uma distância inferior a 150 mm de soldas de campo, devem ser executadas de acordo com os seguintes critérios: a) se o equ equipa ipamen mento to for entreg entregue ue int inteiro eiro,, tod todos os os acess acessóri órios os indica indicados dos são soldados na fábrica; b) se o equipamento for entregue em partes ou seções, e se não for previsto tratamento térmico, a soldagem dos acessórios indicados é realizada no campo; c) se o equipamento for entregue em partes ou seções e se for previsto tratamento térmico, a soldagem dos acessórios indicados é realizada na fábrica, devendo ser  feita pré-montagem na fábrica, sempre que possível.  A elaboração de mapa com a disposição das soldas a executar ao longo da fabricação do costado tem a finalidade em evitar ou reduzir a possibilidade de propagação de trinca na estrutura do vaso de pressão.

 

72

De acordo com TELLES (2012), pelo fato de os vasos de pressão serem quase sempre equipamentos estáticos, sem peças móveis, as tolerâncias dimensionais admitidas na montagem e na soldagem são bem maiores do que as normalmente adotadas nas construções mecânicas em geral. Para os vãos submetidos à pressão interna, a ovalização máxima permitida pelo código ASME Seção VIII divisão 1 e 2, para qualquer qualquer seção seção circular circular de corpos cilíndricos cilíndricos ou cônicos é de1% do diâme diâmetro. tro. Quando a pressão e externa, essa tolerância deverá ser menor menor,, porque a ovalização diminui a resistência ao colapso; as normas fornecem gráficos onde se obtém a tolerância em função do diâmetro, da espessura e do comprimento livre entre os anéis de reforço de vácuo.

4. 4.55

EN ENSA SAIO IOS SN NÃO ÃO DES DESTR TRUT UTIV IVOS OS

Os ensaios não destrutivos são métodos de ensaios de produtos semi-acabados ou acabados, para a detecção e avaliação de descontinuidades nos equipamentos e materiais, com uso de princípios físicos definidos, sem alteração das características físicas, químicas ou de forma geométrica, além de não interferir com sua posterior  utiliz uti lizaç ação. ão. As desco desconti ntinui nuidad dades es pod podem em ser trin trincas cas ou inc inclus lusõe õess em so solda ldass ou fundidos, ou uma variação de propriedades as quais podem levar à perda na resistência ou colapso em serviço. Para Pa ra TELL TELLES ES (2 (201 012) 2),, to toda dass as so sold ldas as do doss va vaso soss de pres pressã são, o, de depo pois is de completadas, devem ser submetidas a exames não destrutivos para a detecção de possíveis defeitos. Em ordem crescente de confiabilidade, são os seguintes os métodos de inspeção de soldas empregados na prática: 

Inspeção visual (sem ou com o auxilio de aparelhos ópticos ou de iluminação

especial). 

Inspeção com líquidos penetrantes.



Inspeção com partículas magnéticas.



Inspeção radiográfica parcial ou total.



Inspeção por ultrassom.

Para o fornecimento de um vaso de pressão, o fabricante deve emitir um plano de inspeção e um mapa de soldas, onde são definidos os Ensaios Não Destrutivos

 

73

que ser serão ão aplica aplicados dos duran durante te a fabric fabricaçã ação, o, ref refere erenc ncian iando do os pro proced cedime imento ntoss de execução e os critérios de aceitação.  A finalidade finalidade dos END pode ser relacionada, relacionada, entre outras, as seguintes: seguintes: 





garantir a confiabilidade do produto, prevenir eventuais acidentes e riscos à vida humana e/ou ecologia, melhorar desempenho dos produtos e empresas, ampliando sua qualidade e

reduzindo custos, 

identificação de materiais De acordo com TELLES (2012), a inspeção visual é sempre exigida e deve ser 

fe feitita a ob obri riga gato tori riam amen ente te em to toda dass as sold soldas as.. Es Essa sa in insp speç eção ão,, qu quan ando do feit feita a cuidadosamente e por pessoa experiente, é capaz não só de descobrir os defeitos superficiais (trincas, mordeduras, reforços excessivos, etc.), como também indicar os locais prováveis defeitos internos, denunciados por irregularidades no cordão de solda. Esses locais deverão ser por isso escolhidos para a realização dos exames posteriores, por meio de radiografia, ultrassom, ou outros processos. Por essa razão, o exame visual deve ser obrigatório, mesmo quando devem também ser  empregados outros processos de inspeção. Utilizando uma avançada tecnologia, hoje a inspeção visual é um importante recu recurs rso o na verif verific icaç ação ão de al alte tera raçõ ções es di dime mens nsio iona nais is,, pa padr drão ão de ac acab abam amen ento to superficial e na observação de descontinuidades superficiais visuais em materiais e produtos em geral, tais como trincas, corrosão, deformação, alinhamento, cavidades, porosidade, montagem de sistemas mecânicos e muitos outros. Para TELLES (2012), a inspeção com partículas magnéticas e com líquidos penetrantes serve para a detecção de defeitos superficiais, recomendando-se com métodos auxiliares de inspeção em soldas de responsabilidade ou com materiais difíceis de soldar. O processo de partículas magnéticas é capaz também de apontar  alguns defeitos subsuperficiais, devendo ser usado de preferencia. Esse método, entretanto, só pode ser empregado com materiais ferromagnéticos, não se aplicando assim em aços inoxidáveis austeníticos e aos materiais não-ferrosos. Devido ao seu baixo custo e facilidade de execução, a inspeção com líquidos penetrantes é muito usada para o exame de cada camada de solda (antes da deposição da camada segu se guin inte te), ), em parti particu cula larr pa para ra o pass passe e de raiz raiz.. Es Essa sa in insp speç eção ão deve deve se serr feita feita

 

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obrigatoriamente nas soldas de aços-liga, aços inoxidáveis e aços-carbono para baixa temperatura ou com teor de carbono acima de 0,3%. O ensaio de partículas magnéticas tem como objetivo básico a detecção de descontinuidades superficiais em materiais ferromagnéticos. Consiste na aplicação de um campo magnético no interior da peça. Este campo, quando na presença de descontinuidades, sofre desvios e se desloca para a superfície da peça, gerando campos de fuga. Figura 39 - Utilização do Yok Yoke e em ensaio de Partículas Magnéticas

FONTE: FABRICANTE, 2012.

Os yokes produzem campo magnético longitudinal, podendo ter pernas fixas ou articuláveis. Os yokes de pernas articuladas são mais eficientes porque permitem uma série de posições de trabalho com garantia de bom acoplamento dos pólos magnéticos. A vantagem está em não aquecer os pontos de contato, pois a técnica usa corrente elétrica magnetizante que flui pelo enrolamento da bobina do yoke, e não pela peça. O método do Liquido Penetrante está baseado no fenômeno da capilaridade que é o poder de penetração de um líquido em locais extremamente pequenos devido a suas su as cara caract cter erís ístic ticas as físi físico co-q -quí uími mica cass como como a tens tensão ão su supe perf rfic icia ial.l. O po pode derr de penetração é uma característica bastante importante uma vez que a sensibilidade do ensaio é enormemente dependente do mesmo.

 

75

Figura 40 - Chapa aplicada líquido penetrante

FONTE: FABRICANTE, 2012.

O processo de ensaio se caracteriza pela utilização básica de três produtos: 

Líquido Removedor, Removedor, para a pré-limpeza da superfície de ensaio.



Líquido Penetrante, para penetrar nas descontinuidades abertas à superfície e

formar as indicações. i ndicações. 

Revelador,, que irá evidenciar e revelar a descontinuidad Revelador descontinuidade. e. Figura 41 - Inspetor aplicando o revelador na solda

 

76

FONTE: FABRICANTE, 2012.  

Figura 42 - Trincas após a aplicação do revelador  .

FONTE: FABRICANTE, 2012 

 A radiografia foi o primeiro método de ensaio não destrutivo introduzido na indústria para descobrir e quantificar defeitos internos em materiais. Seu enorme campo de aplicação inclui o ensaio em soldas de chapas para tanques, navios, oleo ol eodu duto tos, s, pl plat ataf afor orma mass of offs fsho hore re;; uma uma vast vasta a ap aplilica caçã ção o em pe peça çass fund fundid idas as principalmente para as peças de segurança na indústria automobilística como portaeixo, eix o, ca carca rcaças ças de direçã direção, o, rod rodas as de alu alumín mínio, io, airbag airbags, s, ass assim im como como blo blocos cos de

 

77

motores e de câmbio; produtos moldados, forjados, materiais compostos, plásticos, compon com ponent entes es par para a engenh engenhari aria a aer aeroes oespa pacia cial,l, etc etc... ... O mét método odo est está á bas basead eado o na mudança de atenuação da radiação eletromagnética (Raios-X ou Gama), causada pela presença de descontinuidades internas, quando a radiação passar pelo material e deix deixar ar su sua a im imag agem em gr grav avad ada a em um film filme, e, se sens nsor or radi radiog ográ ráfifico co ou em um intensificador de imagem.  A

Petrobras

N-268

afirma

que,

as

soldas

de

quaisquer

partes,

inde indepe pend nden ente teme ment nte e do ma mate teri rial al,, es espe pess ssur ura a ou se serv rviç iço, o, de deve vem m se serr 10 100 0 % radiografadas antes de qualquer deformação severa (relação entre a espessura e o ra raio io lo loccal su supe perrio iorr a 5 %), %), por me meio io de quai aissqu quer er proc roces esssos os,, tais tais como como:: rebordeamento, prensagem e calandragem. Após a deformação, as soldas e as áreas mais solicitadas devem ser examinadas por meio de partículas magnéticas ou líquido penetrante, antes da realização de qualquer operação subsequente. O código de projeto e construção que define a eficiência estrutural das juntas soldadas que é aplicado o ensaio radiográfico parcial ou total em vaso de pressão. A radiografia não é a única inspeção, a ser realizada no vaso, que vai garantir a qualidade da fabricação, pois nem todas as soldas das partes sob pressão são radiografáveis, dentre outros motivos porque somente as juntas soldadas de topo são possíveis de examinar neste ensaio. Figura 43 - Inspetores realizando ensaio por radiografia

FONTE: ABENDI, 2013.

 

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BRANDÃO (2006) diz que, para qualquer vaso de pressão é obrigatório que to toda dass as ju junt ntas as sold soldad adas as do ca casc sco o e ta tamp mpos os tenh tenham am pe pelo lo meno menoss in insp speç eção ão radiog rad iográf ráfica ica por ponto pontoss (sp (spot) ot),, não se sendo ndo adm admitid itidas as sol soldas das não rad radiog iográf ráfica icas, s, mesmo nos cascos em que o código ASME Section VIII Division 1 permita esse tipo de solda. Segundo TELLES (2012), o ultrassom é um processo mais sensível e mais mode mo dern rno o do qu que e a ra radi diog ogra rafifia, a, não não have havend ndo o prat pratic icam amen ente te ne nenh nhum um de defe feitito o significativo que possa passar despercebido; além disso, o ultrassom aplica-se muito bem a peças de grande espessura ou de geometria complicada. O emprego e interpretação do ultrassom são, entretanto, bem mais fáceis do que a radiografia, e por isso o seu uso é menos frequente. O ensaio por ultrassom é realizado nas juntas soldadas do corpo do tanque substituindo o ensaio por radiografia desde que aja um acordo com o cliente. Este ensaio detecta descontinuidades internas em materiais, baseando-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro do material. Um pulso ultrassônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou acoplado ao material. Os pulsos ultrassônicos refletidos por uma descontinuidade, ou pela superfície oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela LCD. Os ultr ul tras asso sons ns sã são o onda ondass acús acústitica cass co com m freq freqüê üênc ncia iass ac acim ima a do lilimi mite te au audí díve vel.l. Normalmente, as freqüências ultrassônicas situam-se na faixa de 0,5 a 25 MHz.

Figura 44 - Inspetor fazendo teste de ultrassom

 

79

FONTE: FABRICANTE, 2012. Para a Petrobras N-268, os ensaios não destrutivos requeridos após a soldagem devem ser realizados no mínimo 48 horas após a execução da última soldagem em partes pressurizadas e partes de sustentação do equipamento. O controle da qualidade de fabricação de vasos de pressão pode começar com ensaios e exames na aquisição da matéria prima, que posteriormente, continuará através da inspeção durante a fabricação e se estende até aos testes de pressão para a aceitação do equipamento.

4. 4.66

TR TRA ATAM AMEN ENT TO TÉ TÉRM RMIC ICO O O tratamento térmico mais comum em vasos de pressão é o alívio de tensões,

que consiste em um aquecimento até uma temperatura abaixo da temperatura de transformação do aço, na qual o vaso é mantido durante algum tempo, sendo depois resfriado lentamente. O alívio de tensões tem por finalidade reduzir as tensões residuais decorrentes da soldagem e da conformação a frio, pela plastificação do metal met al devido devido à diminu diminuiçã ição o da resist resistên ência cia mecâni mecânica ca com a tem temper peratu atura; ra; se serve rve também como um recurso de controle da corrosão sob tensão. O tempo durante o qual peça deve ser mantida na temperatura máxima (tempo de encharcamento) não deve ser muito maior do que o necessário para conseguir uniformizar a temperatura

 

80

em toda a peça, e portanto esse tempo será maior quanto maior for a espessura da peça TELLES (2012). Os principais objetivos do tratamento térmico são: 



 Aumento da ductilidade; ductilidade; Diminuição da dureza tanto da zona fundida quanto da zona termicamente

afetada; 

Redução de empeno;



 Aumento da resistência resistência à fadiga;



 Aumento da resistência resistência à corrosão sob tensã tensão. o. Segundo BRANDÃO (2006), de maneira geral os métodos térmicos de alívio de

tensões residuais podem ser divididas em: tratamentos realizados no interior de fornos (toda peça em partes); tratamentos utilizando um aquecimento interno à estrutura e tratamento localizados.  A ASME Seção II parte C define tratamentos térmicos pós-soldagem em função da classificação do consumível de soldagem. As propriedades mecânicas do metal depositado com o consumível em questão após tratamento térmico podem ser  consideravelmente diferentes das propriedades do metal depositado como soldado. Para TELLES (2012), o alívio de tensões deve ser feito, em qualquer caso, somente depois de concluídos todos os trabalhos de conformação a frio e de soldagem (inclusive reparos de soldas), no vaso, ou na parte do vaso a ser tratada. Em outras palavras, após a execução do alívio de tensões não deve ser efetuada qualquer solda no vaso, inclusive as soldas pequenas ou provisórias. Teoricamente, qualquer outra nova solda efetuada depois do alívio de tensões obrigará a novo tratamento térmico. BRANDÃO (2006) considera que, em diversas situações não é possível, por  motitivo mo voss co cons nstru trutiv tivos os ou té técn cnic icos os,, o tr trat atam amen ento to térm térmic ico o de al alív ívio io de estr estrut utur ura a completa no interior de um forno, como nos seguintes casos: 

Estrutura de grandes dimensões, incompatíveis com as dimensões dos fornos

disponíveis. 

Vasos fabricados em seções, cada seção tratada termicamente com soldas de

fechamento na obra.

 

81

Reparos por solda, para os quais o código exige tratamento térmico de alívio de



tensões, realizando durante a montagem de estruturas já tratados termicamente. Soldas de manutenção, quando em situação análoga a anterior.



4. 4.77

TE TEST STE E HI HIDR DROS OSTÁ TÁTI TICO CO O objetivo principal deste teste é verificar a ocorrência de rupturas ou algum

vaza va zame ment nto. o. Es Este te titipo po de en ensa saio io é apli aplica cado do em va vaso soss de pres pressã são o e ou outr tros os equipamentos industriais pressurizados como tanques ou tubulações. Os testes hidrostáticos definidos pelo ASME são caracterizados como prova de carg ca rga a que que so solic licita ita os vaso vasoss de pr pres essã são o em tens tensõe õess su supe perio riore ress às tens tensõe õess estabelecidas nas condições de projeto, sendo realizados através da aplicação de uma um a pre ress ssã ão hid idro rost stá átic tica, gera ralm lme ente util utiliz iza ando ndo a água como flflu uid ido o de pressurização. Espera-se que com a sobrevivência do equipamento a esta pressão elev elevad ada, a, o me mesm smo o este esteja ja apto apto a de dese semp mpen enha harr su sua a funç função ão op oper erac acio iona nall co com m segurança, sob condições menos severas. Os testes hidrostáticos são obrigatórios após a conclusão da fabricação de vasos de pressão, e também em equipamentos que já estão em serviço, pela exigência da legislação em muitos países (FILHO, 2004). Segundo HUPPES (2009), até o ano de 2004 o teste hidrostático exigido pela norma ASME usava um valor de 1,5 vezes a PMTA. Após a mudança na norma, o valor usado nos testes é de 1,3 vezes a PMTA. Os testes realizados nos vasos de pressão têm três aplicações típicas, em diferentes oportunidades e com diferentes finalidades: - Após Após a fina finaliliza zaçã ção o da fa fabr bric icaç ação ão do eq equi uipa pame ment nto, o, an ante tess de su sua a prim primei eira ra utilização no processo; - Pe Peri riod odic icam amen ente te,, com omo o um me meio io de ve veri rififica carr a in inte tegr grid idad ade e físi física ca e pa para ra atendimento da legislação da NR-13; - Após Após re repa paro ross estr estrut utur urai aiss em equi equipa pame ment ntos os,, qu quan ando do ho houv uve e ap aplilica caçã ção o de soldagem para mudanças. FILHO (2004) afirma que, são sabidas duas finalidades básicas dos testes hidrostáticos realizados após a fabricação de vasos de pressão ou após reparos nos

 

82

mesmos: a garantia dá a ausência de vazamentos e da integridade (resistência) global do conjunto. HUPP HU PPES ES (2 (20 009) con onssid ider era a que, ue, es este tess test teste es são rea realiliza zad dos com os equi eq uipa pame ment ntos os fo fora ra do se serv rviç iço o at atra ravé véss da pres pressu suri riza zaçã ção, o, utili utiliza zand ndo o um flu fluid ido o incompressível, até uma grandeza de 1,3 vezes a pressão máxima de trabalho admiss adm issíve ívell (PM (PMT TA), simula simulando ndo uma con condiç dição ão mai maiss rig rigoro orosa sa com o obj objeti etivo vo de garantir que no serviço normal não ocorrerá falha ou vazamento. Após meia hora de teste, a pressão é reduzida em 1/3 e verifica-se visualmente se ocorreu algum vazamento. O teste hidrostático é considerado um ensaio não destrutivo exigido pela  ASME, e deve ser realizado periodicamente ou sempre que um equipamento for  fabricado, reparado ou transportado.

Figura 45 - Realizando Teste Hidrostático em um Evaporador 

 

83

FONTE: FABRICANTE, 2012.

Resumindo, um equipamento projetado e fabricado de acordo com o ASME, e que sofreu um teste hidrostático após sua fabricação ou reparo com soldagem, terá maior garantia de integridade durante sua vida útil e estará “imunizado” contra determinados tipos de danos relacionados a estados de tensões (FILHO, 2004).

5

RESULTADOS

 

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Como o próprio nome já diz, o vaso de pressão armazena fluidos que geram pressão e que, se não for projetado e operado de maneira segura, pode gerar  acidentes catastróficos para uma empresa. Além dos riscos de acidentes na fábrica, a empresa ainda corre o risco de penalizações por parte dos agentes fiscalizadores. Estas penalizações podem chegar até mesmo à interdição da instalação onde estejam operando os equipamentos. Conforme SANCOVICEI (2013), os vasos de pressão servem para armazenar  fluidos gasosos ou líquidos ou ainda combinações dos dois estados líquido/gasoso. Devido as variações de pressão, temperatura e fluido a ser armazenado os vasos de pressão press ão quan quando do não são corre corretamen tamente te proje projetado tadoss ou insp inspecion ecionados, ados, tornam-se comp co mpon onen ente tess perig perigos osos os co colo loca cand ndo o em risco risco as pe pess ssoa oass en envo volv lvid idas as e o me meio io ambiente. Devido a este alto índice de periculosidade e para minimizar os impactos ambientais o ministério do trabalho brasileiro criou a norma regulamentadora NR 13, que classifica estes equipamentos de acordo com seu potencial de risco, fornecem parâ pa râme metr tros os de tr trei eina name ment nto o para para oper operad ador ores es de dest ste e tipo tipo de eq equi uipa pame ment nto o e parâmetros para inspeção e manutenção periódica.  A Norma Regulamentadora NR 13 estabelece os critérios a serem seguidos no proj projet eto, o, oper operaç ação ão,, in insp speç eção ão,, ma manu nute tenç nção ão de ca cald ldei eira rass e va vaso soss de pres pressã são o instalados em unidades fabris e outros estabelecimentos. Para SANCOVICEI (2013), as inspeções internas e externas impostas pela NR 13 necessitam, em alguns casos, de ensaios não destrutivos como auxiliar para dete de tecç cção ão de po poss ssív ívei eiss fa falh lhas as qu que e a ol olho ho nu se seri riam am im impo poss ssív ívei eiss de se sere rem m detectadas, aumentando assim a confiabilidade e segurança dos vasos de pressão.  A Norma Regulamentador n° 13 estabelece algumas normas para a instalação de acordo com a disponibilidade geográfica do local. No total, são um conjunto de cinc cinco o ex exig igên ênci cias as que, que, se segu gund ndo o o ma manu nual al,, sã são o de su suma ma im impo port rtân ânci cia a pa para ra a segurança do local. Vasos de pressão são equipamentos que operam com pressão interna diferente da pressão atmosférica, que se enquadram à NR-13. A inspeção inicial deve ser  realizada antes da entrada em operação do vaso. Na inspeção periódica os vasos de pressão devem ser inspecionados em intervalos em que as inspeções são defini defi nida dass em fu funç nção ão da cate catego goria ria do equi equipa pame ment nto, o, de acor acordo do com com a No Norm rma a regulamentadora 13. Durante a inspeção são realizados exames e testes com o

 

85

objetivo de verificar o funcionamento dos itens de segurança e monitorar a vida útil do equipamento. BRANDÃO (2006) considera a seguir serão feitos alguns comentários referentes a exigência da NR-13, da parte referente r eferente a vasos de pressão. a) A princ principal ipal modific modificação ação introduzida introduzida na NR-13 é a adoção da classificação classificação dos vaso va soss de pres pressã são o em Ca Cate tego gori rias as de in insp speç eção ão,, em funç função ão do titipo po de fluid fluido o armazenado, produto da pressão máxima de operação do vaso e seu volume geométrico e o grupo potencial de risco do vaso. Figura 46 - Categorias de inspeção, conforme NR-13

FONTE: BRANDÃO, 2006.

b) As catego categorias rias de inspeçã inspeção o variam de I a V, send sendo o mais rigorosa quanto quanto Menor  for sua categoria. Assim um vaso enquadrado na categoria I é aquele que estará submetido aos maiores rigores da Norma. c) A Norm Norma a NR-13, na parte referente referente a vaso vasoss de press pressão ão aplica-s aplica-se, e, basicam basicamente, ente, a vasos de pressão estacionários, não sujeito a chama, cujo produto da pressão máxima de operação (KPa) e seu volume geométrico (m³) seja superior a 8 ou que armazene fluido classe classe A. d) Independente da categoria, todo todoss os vasos devem seguir:

 

86



Placa de identificação: placa fixada no vaso, em local visível que deve conter 

algumas informações, referentes às condições de projeto do vaso, selecionadas pela Norma. Prontuário: são os dados de projeto do vaso. Registro de segurança: registro de todas as ocorrências que possam influir na  

segurança do vaso. Proj Projet eto o de in inst stal alaç ação ão:: ca cara ract cter erís ístic ticas as as in inst stal alaç açõe õess on onde de o va vaso so es está tá 

localizado. Projeto de alterações ou reparos: registros dos reparos realizados no vaso 

que possam interferir na sua segurança e do procedimento de reparo utilizado. Relató Rel atórios rios de ins inspeç peção: ão: regist registro ro de alt altera eraçõe çõess do va vaso so que esteja estejam m em



desacordo com a sua placa de identificação. e) Todo vaso enqu enquadr adrado ado nas catego categorias rias I e II, dev devem em pos possu suir ir um man manua uall de operação que contenha os procedimentos específicos adotados para o vaso em manobras operacionais, como: paradas, partidas, emergências, etc. Além disso, os operadores devem ser treinados, conforme o s requisitos específicos na Norma. f) Todos os reparos ou alterações devem devem respeitar o respectivo código do projeto e constr con struçã ução o do vas vaso. o. A cri critér tério io do Profis Profissio sional nal Hab Habili ilitad tado, o, po podem dem ser uti utiliz lizada adass tecnol tec nolog ogias ias de cál cálcu culo lo ou pro proced cedime imento ntoss mais mais ava avança nçados dos em sub substi stitui tuição ção aos previstos pelos códigos de projeto e construção. g) A p periodicidade eriodicidade de inspeção exigida p pela ela Norma, depende da categoria do vaso e se a empresa possui Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos. A tabela a seguir mostra os prazos de inspeção e exigências de teste hidrostático para vasos de pressão.

Figura 47 - Exigências da Norma NR-13 para vasos de pressão

 

87

FONTE: BRANDÃO, 2006.

h) As vá válv lvu ula lass de se seg gur uran ançça dev eve em ser ser de dessmo mont nta ada dass, in insspe peccio ion nada adas e recalibradas durante o exame interno do vaso. i) Em situ situaçõ ações es que poss possam am alter alterar ar as condiç condições ões iniciai iniciaiss do vaso este este deve ser  submetido submet ido a uma uma ins inspeç peção ão de se segur guranç ança a extrao extraordi rdinár nária. ia. Por exempl exemplo: o: qua quando ndo houver alteração de local do vaso.  j) Após a inspeção deve ser emitido relatório de inspeção contendo no mínimo o seguinte:  Identificação do vaso;  Fluido de serviço e categoria do vaso;  Tipo do vaso;  Data de início e término da inspeção;  Tipo de inspeção executada;  Descrição dos exames e testes executados;  Resultados das inspeções e intervenções executadas executadas;;   Conclusões;  





 





   

 Recomendações necessárias;  Data prevista parae aprovidências próxima inspeção;  Nome e assinatura do profissional habilitado;  Nome e assinatura dos técnicos que participam da inspeção.

 A manutenção dos vasos de pressão deve ser feita de acordo com o código de projeto. Quando necessário fizer algum reparo no equipamento, os funcionários que trabalham com a máquina devem ser informados os materiais utilizados no processo devem ser os pré-determinados pelo projeto e se envolver soldagem, o equipamento deve passar por testes hidrostáticos.

 

88

CONCLUSÃO Vimos que os vasos de pressão são equipamentos de grande importância nas in indú dúst stri rias as dos dos ma mais is dive divers rsos os segu seguim imen ento tos, s, e sã são o eq equi uipa pame ment ntos os de gran grande de complexibilidade, sendo compostos de muitas partes e acessórios, onde se mal projetados ou operados podem proporcionar grandes riscos para com a planta de processo e até mesmo a integridade física dos seus funcionários. Um vaso de pressão deve ser projetado e fabricado sempre seguindo alguma norma reconhecida onde se tenha parâmetros para o seu projeto, cálculo, fabricação e inspeção. Podemos perceber que no Brasil não temos uma norma regulamentadora que forneça parâmetros para o projeto de um vaso, sendo a única norma que nos rege a NR-13, NR13, est esta a reg regula ulamen menta ta que se seja ja ado adotad tado o alg alguma uma nor norma ma int intern ernaci aciona onalme lmente nte reconhecida para a sua fabricação, obrigando o profissional habilitado a cumprir  suas exigências para o projeto e inspeção.

 

89

Com relação ao código ASME para que o fabricante possa atender todos os requisitos para o fornecimento de um vaso de pressão é necessário que todas as exigências do código sejam atendidas sendo elas os parâmetros de calculo, os tipos de materiais que podem ser utilizados para os vasos em diversos serviços, os ensaios necessários e as inspeções necessárias para que o vaso esteja de acordo com o projeto realizado. Assim concluímos que para a fabricação de um vaso é necessário que todos os procedimento pertinentes estejam de acordo com o código, só assim podemos garantir seu funcionamento seguro e eficiente.

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