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NATUREZA E FINALIDADE DAS NORMAS DE PROJETO

As normas de projeto de vasos de pressão são textos normativos desenvolvidos por associações técnicas ou por sociedades de normalização públicas ou particulares de diversos países.

O campo de aplicação das normas é também variável: em geral não estão incluídos os vasos atmosféricos ou para pressões muito baixas (até 1 kg/cm²), bem como os destinados a pressões extremamente altas (vasos de vácuo).

PRINCIPAIS NORMAS DE PROJETO DE VASOS DE PRESSÃO Vamos ver a seguir as principais

normas de projeto de vasos de pressão e seus respectivos países de origem. Estados Unidos => Código geral de

caldeiras e vasos de pressão da ASME. ASME Boiler and Pressure Vessel Code.

- Inglaterra => o projeto de vasos de pressão está regido desde 1976 pela norma BS-5500 que está em grande parte baseada nos critérios da norma internacional da ISO.

PRINCIPAIS NORMAS DE PROJETO DE VASOS DE PRESSÃO Alemanha => A norma “A.D.Merkblatt” é na

realidade um conjunto de normas abrangendo cada uma um aspecto específico do projeto, exigencias de materiais, fabricação e inspeção de vasos de pressão..

França => Código SNCTTI, abrange os vasos de pressão, não sendo de uso legal obrigatório.

TENSÕES ADMISSÍVEIS E COEFICIENTES DE SEGURANÇA

Chamam-se tensões admissíveis as tensões máximas que se adotam para efeito do cálculo e dimensionamento das diversas partes de um vaso de pressão. A relação entre os limites de resistência e de elasticidade e a tensão admissível é o coeficiente de segurança adotado.

TIPO DE MATERIAL

A maior ou menor precisão do procedimento de cálculo adotado também influencia fundamentalmente as tensões admissíveis. As normas que fixam tensões admissíveis estabelecem também paralelamente os procedimentos de cálculos que devem ser adotados.

Os materiais dúcteis podem ter coeficiente de segurança menores do que os materiais frágeis porque os dúcteis escoam, nos pontos de altas concentrações de tensões, dessa forma redistribuindo e aliviando as tensões internas, não havendo a ruptura súbita, sem deformação prévia, que é característica dos materiais frágeis.

PROCEDIMENTO DE CÁLCULO

GRAU DE SEGURANÇA NECESSÁRIO

Denominam-se tensões primárias as tensões que se desenvolvem no material para satisfazer as condições de equilíbrio estático em relação aos diversos carregamentos atuantes.

Os coeficientes de segurança dependem também do maior ou menor risco potencial do vaso.

TENSÕES PRIMÁRIAS

TENSÕES EM UM VASO DE PRESSÃO

As tensões secundárias são as que resultam não de carregamento atuantes sobre o material, mas de restrições geométricas no próprio vaso, ou em estruturas a ele solidárias, ou seja, essas tensões são devidas ao fato de as diversas partes do vaso não serem inteiramente livres de se deformar e/ou dilatar.

TENSÕES SECUNDÁRIAS

São valores máximos locais das tensões em uma região limitada onde ocorra uma concentração de tensões. Essas concentrações de tensões dão-se inclusive devido a descontinuidade localizadas, tais como soldas com penetração incompleta, reforços de solda, etc.

TENSÕES LOCALIZADAS MÁXIMAS

CÓDIGO ASME, SEÇÃO VIII, DIVISÃO 1

Essa norma abrange exigências e recomendações sobre materiais, projeto, cálculo, fabricação e inspeção de vasos de pressão.

CÓDIGO ASME, SEÇÃO VIII, DIVISÃO 2

Essa norma permite tensões mais elevadas do que as da Divisão 1, resultando assim em menores espessuras e menor peso para o vaso.

NORMA INGLESA BS-5500

Essa norma inclui exigências e recomendações para materiais, projeto, fabricação e inspeção de vasos de pressão.

NORMA ALEMÃS A.D. MERKBLAT

Essas normas abrangem as partes pressurizadas dos vasos de pressão em geral, sem limitações de suas condições.

DIVERSOS CONCEITOS DE PRESSÃO E DE TEMPERATURA

Podemos ter os seguintes conceitos de pressão:

- Pressão normal de operação

- Pressão máxima de operação

- Pressão mínima de operação

- Pressão de projeto

- Pressão de abertura da válvula de segurança

- Pressão de teste hidrostático

Quanto à temperatura podemos ter:

- Temperatura normal de operação

- Temperatura máxima de operação

- Temperatura mínima de operação

- Temperatura de projeto

PRESSÃO E TEMPERATURA DE OPERAÇÃO

A pressão e temperatura de operação de um vaso são as suas “condições de operação”, isto é, os pares de valores simultâneos de pressão e de temperatura com os quais o vaos deverá operar em condições normais.

As pressões são sempre os valores medidos no topo do vaso, devendo-se, quando for o caso, acrescentar a pressão correspondente à coluna hidrostática de líquido.

PRESSÃO E TEMPERATURA DE PROJETO

Denominam-se pressão e temperatura de projeto as “Condições de Projeto” do vasos de pressão, ou seja, os valores considerados para efeito de cálculo e de projeto do vaso. De acordo com o parágrafo UG-21 do código ASME, Seção VIII, Divisão 1, a pressão de projeto é “a pressão correspondente às condições mais severas de pressão e temperatura coincidentes que possam ser previstas em serviço normal”.

NATUREZA E FINALIDADE DO TESTE HIDROSTÁTICO

O teste hidrostático em vasos de pressão consiste no preenchimento completo do vaso com água ou com outro líquido apropriado, no qual se exerce uma determinada pressão, que é a “pressão de teste hidrostático”. Tem por finalidade a detecção de possíveis defeitos, falhas ou vazamentos em soldas, roscas, partes mandriladas e em outras ligações no próprio vaso ou em seus acessórios externos ou internos.

PRESSÃO DE TESTE HIDROSTÁTICO

É de toda conveniência que a pressão de teste hidrostático seja a MAIS ALTA POSSÍVEL, compatível com a segurança da parte mais fraca do vaso.

O valor da pressão de teste hidrostático é também estabelecido pelas normas de projeto, porque essa pressão poderá evidentemente ser tanto maior quanto maior for o coeficiente de segurança adotado pela norma para a fixação da tensão admissível.

CARGAS QUE ATUAM EM UM VASO DE PRESSÃO

- Pressão interna.

- Pressão externa

- Peso próprio do vaso e de seus acessórios internos e externos.

- Peso do fluido contido e de catalisadores, recheios etc.

- Peso do isolamento térmico ou de outros revestimentos internos ou externos.

São as seguintes cargas que mais frequentemente podem estar atuando em um vaso de pressão:

CARGAS QUE ATUAM EM UM VASO DE PRESSÃO

- Peso de escadas, plataformas, tubulações ou outras estruturas suportadas pelo vaso

- Esforço causado pelo vento.

- Reações de apoio dos suportes do vaso.

- Cargas provenientes de dilatações térmicas do próprio vaso.

- Cargas provenientes de dilatações térmicas de tubulações ou outras estruturas solidárias ao vaso.

- Vibrações e impactos.

- Cargas dinâmicas causadas pelo movimento interno do fluido ou por variações de pressão.

COMBINAÇÕES DE CARREGAMENTOS, TENSÕES E ESPESSURAS.

Os vasos de pressão, inclusive suas estruturas de suporte, devem ser verificados para diversas combinações de carregamentos, tensões admissíveis e espessuras de chapas.

Os vasos de pressão devem ser verificados separadamente paras as seguintes cinco condições:

- Carregamento: consideração do efeito simultâneo das seguintes cargas:

- Pressão interna de projeto, na temperatura de projeto.

- Peso do fluido normal de operação, no nível normal de operação.

- Efeito do vento.

- Tensões admissíveis: Tensões admissíveis fornecidas pela norma de projeto do vaso, para a temperatura de projeto.

- Espessuras: espessura do vaso corroído, isto é, espessuras nominais menos a margem para corrosão.

Condição I – Vaso em operação normal.

- Carregamento: consideração do efeito simultâneo das seguintes cargas:

- Pressão interna máxima na situação de curta duração e na temperatura de curta duração.

- Peso máximo do fluido contido, na situação de curta duração.

- Tensões admissíveis: distinguem-se

- Para temperaturas abaixo da faixa de fluência do material – ASME, Seção VIII, Divisão 2

- Para temperaturas dentro da faixa de fluência do material – ASME, Seção VIII, Divisão 1.

- Espessuras: como para a Condição I.

Condição II – Vaso em operação, em condições transitórias mais severas de curta duração.

- Carregamento: consideração do efeito simultâneo das seguintes cargas:

- Pressão interna do teste hidrostático.

- Peso próprio do vaso, completamente cheio de água e peso de todas as cargas permanentes suportadas pelo vaso na situação de teste hidrostático.

- Tensões admissíveis: a tensão máxima na parte mais solicitada do vaso não pode exceder de 80% do limite de elasticidade do material, na temperatura ambiente.

- Espessuras: normalmente são consideradas as espessuras nominais (não corroídas). Poderá ser verificado para as espessuras corroídas com uma pressão de teste mais baixa.

Condição III – Vaso em teste hidrostático.

- Carregamento: consideração do efeito simultâneo das seguintes cargas:

- Pelo próprio vaso vazio.

- Efeito do vento (não precisa ser considerado para vasos horizontais).

- Tensões admissíveis: a tensões admissíveis fornecidas pela norma de projeto, para a temperatura ambiente, acrescidas de 20%.

- Espessuras: espessuras nominais das chapas.

Condição IV – Vaso vazio, em montagem

- Carregamento: consideração do efeito simultâneo das seguintes cargas:

- Pelo próprio vaso (vazio) e de todas as cargas permanentes suportadas pelo vaso.

- Efeito do vento (não precisa ser considerado para vasos horizontais).

- Tensões admissíveis: como para a Condição IV

- Espessuras: como para a Condição I.

Condição V – Vaso em parada (fora de operação)

CONDIÇÕES DE PROJETO DE TROCADORES DE CALOR

Nos trocadores de calor existem dois circuitos diferentes de circulação, nos quais além de as temperaturas serem diferentes, são também quase sempre diferentes os fluidos e as pressões. Para cada um desses dois circuitos (lado do casco e lado dos tubos) teremos então valores diferentes para a pressão de projeto, temperatura de projeto, PMTA e pressão de teste hidrostático. Por essa razão, algumas considerações especiais devem ser feitas sobre as condições de projeto das diversas partes dos trocadores de calor.