Neste artigo falaremos um pouco sobre os vasos de pressão e seus acessórios.

vasos de pressão

vasos de pressão

 

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 grandes parques industriais são constituídos de plantas das mais variadas complexidades sendo compostas de equipamentos de pequenas e grandes dimensões sujeitos a pressões, estes equipamentos quase sempre comportam 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 necessário que sejam adotadas praticas de engenharia criteriosas no que diz respeito ao projeto, fabricação e inspeção destes equipamentos.

ONDE SÃO UTILIZADOS OS VASOS DE PRESSÃO?

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 produtos. Dentre estas indústrias podemos destacar as refinarias de petróleo, indústrias farmacêuticas, petroquímicas, centrais termoelétricas, usinas de açúcar e etanol, entre outras (TELLES 2012).

A 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.

Em 1817 na Filadélfia EUA, promulgou-se uma lei que regulamentava testes hidrostáticos e rotinas de inspeção em caldeiras, em 1852 um instituto norte 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 explosões anualmente no país acarretando em grandes prejuízos pessoais e materiais.

Após um acidente em Brockton, Massachusetts 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 originou o código American Society of Mechanical Engineers (ASME) que em 1911 criou um comitê especial para elaboração de uma nova norma para caldeiras 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 divisão é  adotado como método de projeto a máxima tensão de cisalhamento (ruptura pelo cisalhamento Máximo) também conhecida como critério de Tresca (FALCÃO, 2008).

 

QUAIS SÃO OS ACESSÓRIOS E DETALHES CONSTRUTIVOS DOS VASOS DE PRESSÃO

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 internacionais, sendo responsabilidade então do profissional 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.

BOCAIS PARA TUBULAÇÕES

 

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 geralmente flangeadas para permitir as ligações necessárias e para a fácil desmontagem para manutenção ou acesso.

Os bocais são usados para as seguintes aplicações:

  • Conectar a tubulação para entrada ou saída de fluxo.
  • 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.
Bocais para Vasos de Pressão

Bocais para Vasos de Pressão

BOCAS DE VISITA E INSPEÇÃO

 

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 diâmetro 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.

Bocas de visita e inspeção vasos de pressão

Bocas de visita e inspeção vasos de pressão

SUPORTE PARA VASOS DE PRESSÃO

 

Os tipos de suportes utilizados 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 do vento e em algumas regiões cargas sísmicas.  Os principais suportes são os seguintes:

  • Saias (Skirt).
  • Pernas (Leg).
  • Selas (Saddle).
  • Sapatas (lug).
  • Saias (Skirt).

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 normalmente suficientes para fornecer flexibilidade, de modo que a expansão térmica radial do vaso.

Vasos de pressão suportados por Saias

Vasos de pressão suportados por Saias

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 proporcionam um melhor projeto. Nessas pernas são geralmente utilizados contraventamentos para ajudar a absorver as cargas de vento e sismo.

Vasos de pressão suportados por Pernas

Vasos de pressão suportados por Pernas

Vasos de pressão 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, 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.

Vasos de pressão suportados por Selas

Vasos de pressão suportados por Selas

 

As sapatas são soldadas no vaso conforme mostrado na figura a seguir, é normalmente utilizado para suportar vasos verticais. A utilização de sapatas é 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.

Vasos de pressão suportados por Sapatas

Vasos de pressão suportados por Sapatas

FLANGES E PARAFUSOS

 

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 determinado serviço, como para interligação do casco com carretéis 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.

Tipos de Flanges

Tipos de Flanges

 

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 roscada nunca abrange todo o corpo do parafuso.

As dimensões do parafuso são padronizadas na norma ASME B18.2, e as dimensões dos filetes de rosca na norma ASME B.1.20.1. Os parafusos 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 flanges de classe até 300# (libras), com juntas não metálicas e para temperatura de até 200º, na pratica esses parafusos só costumam  ser  empregados  para flanges de ferro fundido e as vezes para flanges de aço classe 150#.

Os estojos são barras cilíndricas roscadas com porcas e contra porcas 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).

Parafusos e Estojos

Parafusos e Estojos

CHAPAS DE REFORÇO E ABERTURAS NO COSTADO DO VASO DE PRESSÃO

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.

Qualquer abertura causa sempre um enfraquecimento local da parede 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 exigido  para aberturas de diâmetro nominal de 3 1/2”  ou maior, quando a espessura do vasos é 10 mm ou menor e para diâmetros de 2 3/8” ou maior para espessuras maiores que 10 mm, quando feito o calculo usando os critérios da norma pode-se isentar  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:

 

Chapas de Reforço para aberturas

Chapas de Reforço para aberturas

 

VÁLVULA DE ALÍVIO OU SEGURANÇA

válvula de segurança vasos de pressão

Como o próprio nome sugere as válvulas de alívio servem justamente para aliviar a pressão interna dos vasos de pressão. Os tipos de válvulas de alívio podem variar graças aos diversos tipos e funções que os vasos de pressão podem desempenhar nas empresas.
Retomando o nosso exemplo da panela de pressão, aquela válvula de segurança que fica próximo ao pino na tampa desempenha função semelhante às válvulas de alívio.
Em termos de vasos de pressão maiores e que trabalham sob fortes pressões, as válvulas de alívio e segurança levam em conta a pressão máxima de trabalho, pressão de ajuste da válvula de segurança, contra pressão (constante ou variável), vazão máxima, tipo de fluido, estado de fase do fluido (líquido, gasoso, mistura de fases), temperatura, tipo e dimensões das conexões.

MANÔMETRO

manômetro vasos de pressão

 

A NR13 exige que o manômetro / manovacuômetro (indicador de pressão) instalado em vasos de pressão, caldeiras e tubulações devem ser calibrados. O manômetro indica a pressão real no interior do vaso de pressão / caldeiras, por isso a sua calibração é muito importante.

Os manômetros são utilizados para o monitoramento visual de pressão do ar e gás para compressores, equipamentos de vácuo, linhas de processo, caldeiras, vasos de pressão como cilindros de gás e outros instrumentos.

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Um abraço e até a próxima

Jéssica - Tercal
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