Vasos de pressão
Projeto de vasos de pressão são parte integrante de muitas instalações de fabricação e plantas de processamento, permitindo o armazenamento seguro de líquidos e gases pressurizados.
De caldeiras industriais a caminhões-tanque a gasolina, os vasos de pressão operam em uma ampla variedade de ambientes potencialmente perigosos.
No entanto, se não forem projetados, construídos e mantidos adequadamente, os vasos de pressão podem ser extremamente perigosos.
Historicamente, numerosos acidentes fatais ocorreram devido a falhas nos vasos de pressão.
Como tal, o projeto, fabricação e operação de vasos de pressão são regulados por autoridades de engenharia como a ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos).
Os padrões do setor descrevem parâmetros críticos do projeto, como pressão operacional máxima segura, temperatura, fator de segurança, tolerância à corrosão e modos de falha.
Histórico do projeto
As primeiras especificações de projeto documentadas para vasos de pressão datam de 1495 no livro Codex Madrid I, de ninguém menos que Leonardo da Vinci. Da Vinci, que teorizou o uso de contêineres transportando ar pressurizado para levantar pesos debaixo d’água.
Mas não foi até o século XIX que o uso prático de vasos de pressão foi demonstrado para armazenar o vapor pressurizado gerado a partir de uma caldeira.
No entanto, uma falta geral de conhecimento sobre o projeto, operação e manutenção de vasos de pressão levou a uma série de acidentes fatais, matando dezenas de pessoas em alguns casos.
Tais desastres provocaram o desenvolvimento do primeiro código padrão dos vasos de pressão em 1911, que foi finalmente publicado em 1915.
Esse padrão, conhecido como Código de Caldeiras e Vasos de Pressão (BPVC), foi posteriormente incorporado às leis da maioria dos estados e territórios dos EUA e do Canadá. províncias. Hoje, a BPVC é amplamente utilizada em todo o mundo para projetar vasos de pressão seguros para uma ampla gama de aplicações industriais.
O Código ASME para Caldeiras e Vasos de Pressão determinou o uso de códigos e procedimentos de projeto padrão para o desenvolvimento de vasos de pressão que excedam o valor da pressão de 15 PSI.
Principais recursos
Embora seja possível construir um vaso de pressão de qualquer forma e tamanho, as seções de cilindro, esfera e cone são geralmente preferidas.
Um projeto de vaso de pressão mais comum consiste em um cilindro fechado com tampas de extremidade, conhecidas como cabeçotes, que geralmente são hemisféricas.
O design do vaso de pressão esférico é tipicamente mais forte que uma forma cilíndrica com a mesma espessura de parede.
No entanto, os vasos de pressão esféricos são difíceis e caros de fabricar, o que torna os vasos de pressão de forma cilíndrica com cabeças semi-elípticas preferidos em muitos casos.
Normalmente, os vasos de pressão são feitos de aço, mas existem alguns que empregam materiais compósitos, como fibra de carbono, cerâmica e polímeros como o PET (tereftalato de polietileno).
Enquanto a Seção VIII da ASME, a abordagem de projeto por regra da Divisão 1 é mais comumente utilizada pelos engenheiros para dimensionar o vaso de pressão de acordo com os requisitos da aplicação, é uma abordagem bastante conservadora.
As relações empíricas e outros critérios de projeto obrigatórios e não obrigatórios geralmente resultam em um projeto de vaso de pressão caro.
Os vasos de pressão modernos incluem recursos de segurança, como válvulas de alívio, para aliviar a pressão excessiva do contêiner e garantir uma operação segura.
Atualmente, a maioria dos vasos de pressão é projetada com um recurso de vazamento antes da explosão, que permite aliviar a pressão vazando o fluido contido, e não por meio de uma fratura imediata e potencialmente explosiva.
Nos casos em que o vazamento antes do projeto de ruptura não for possível, é necessário que os vasos de pressão sejam projetados com requisitos mais rigorosos para os modos de fadiga e falha de fratura.
Código ASME para vasos de pressão de caldeira, Seção VIII (Regras para construção de vasos de pressão)
Atualmente, a maioria dos vasos de pressão empregados nas indústrias são projetados de acordo com a Seção VIII da ASME BPVC, que consiste em códigos e regras padrão que um fabricante deve seguir. Mais de 60 nações geralmente reconhecem e aplicam o BPVC para o projeto de vasos de pressão.
A Seção VIII da BPVC destina-se especificamente a orientar engenheiros mecânicos no projeto, construção e manutenção de PVs operando com pressão interna ou externa superior a 15 PSIG.
A Seção VIII da ASME, por si só, consiste em três divisões, onde a Divisão 1 é focada em uma abordagem de design por regra e a Divisão 2 na abordagem de design por análise. A Divisão 3 destina-se ao projeto de vasos de pressão que requerem operação interna ou externa a uma pressão acima de 10.000 PSI.
Enquanto a Seção VIII da ASME, a abordagem de projeto por regra da Divisão 1 é mais comumente utilizada pelos engenheiros para dimensionar o vaso de pressão de acordo com os requisitos da aplicação, é uma abordagem bastante conservadora.
As relações empíricas e outros critérios de projeto obrigatórios e não obrigatórios geralmente resultam em um projeto de vaso de pressão caro.
A Seção VIII da ASME, a abordagem de projeto por análise da Divisão 2 requer cálculos mais detalhados do que a Divisão 1.
Embora isso possa aumentar o custo do projeto de vasos de pressão, permite que os vasos de pressão suportem tensões mais altas.
A Seção VIII, Divisão 2 da ASME destina-se a embarcações para fins específicos com um local fixo definido. Outra grande diferença entre a Divisão 1 e a Divisão 2 reside na teoria das falhas. Enquanto a Divisão 1 é baseada na teoria do estresse normal, a Divisão 2 é baseada na energia máxima de distorção (Von Mises).
Os códigos mencionados na Seção VIII para ambas as divisões também incluem apêndices.
Esses apêndices são regras alternativas ou suplementares que servem como diretrizes, pois são empregados com menos frequência do que os principais códigos do organismo. No entanto, os próprios apêndices contêm seções obrigatórias e não obrigatórias.
Os apêndices obrigatórios são tão importantes quanto o próprio código e fornecem regras alternativas aos principais códigos incluídos no corpo. Atualmente, existem 40 apêndices obrigatórios incluídos na Seção VIII da ASME.
Apêndices não obrigatórios não são um requisito para a certificação ASME. No entanto, é uma boa prática mantê-los em mente, pois eles podem ser particularmente úteis na verificação e teste de projetos.
Uma nova edição dos códigos ASME BPVC é emitida a cada dois anos, incluindo revisões em interpretações e casos de código.
Um caso de código é uma revisão urgente do código ASME a ser incluído nas edições em execução atuais. Atualmente, a edição de 2015 está em prática, enquanto a edição de 2017 será disponibilizada ao público em julho de 2017.
A cada nova edição, os códigos são refinados para ajudar os fabricantes de vasos de pressão a cumprir os regulamentos aplicáveis e a obter benefícios operacionais, de custo e segurança.
No futuro, é provável que os códigos sejam desenvolvidos considerando os avanços nas tecnologias e o uso de materiais avançados. Por exemplo, códigos futuros incluirão recomendações detalhadas em métodos de análise de tensão, modelagem de componentes e validação de resultados.
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