Vasos De Pressão

ANÁLISE DE FALHA EM UM VASO DE PRESSÃO

RICARDO MÜLLER HUPPES

Porto Alegre

2009

ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE

DOS REQUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE

ENGENHEIRO(A) MECÂNICO(A)

APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

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HUPPES, R. M. Análise de Falha em Vaso de Pressão. 2009. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, U-niversidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.

RESUMO

Vasos de pressão são equipamentos muito usados em todos os tipos de indústrias con-tendo fluídos pressurizados. Por serem equipamentos de alta responsabilidade, sua construção deve ser regida por normas internacionalmente reconhecidas. O rompimento de um vaso de pressão durante o teste hidrostático, em uma região onde a princípio não havia razões para a ruptura, incentivou a busca pelos principais motivos. Neste trabalho é apresentada uma meto-dologia de análise de falhas que tem por finalidade descobrir as razões do colapso do vaso. Ao final do trabalho são mostrados os resultados e discussões da análise e posteriormente é apon-tada a causa da falha.

PALAVRAS-CHAVE: Vasos de pressão, fluídos pressurizados, teste hidrostático, análise de falhas.

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HUPPES, R. M. Failure Analysis of a Pressure Vessel. 2009. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, U-niversidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.

ABSTRACT

Pressure vessels are widely used equipments in all types of industries containing pressu-rized fluids. By being equipment of high responsibility, its construction must be conducted by international standards. The disruption of a pressure vessels during the hydrostatic test, in a region where, at the beginning did not have reasons for it, stimulated the search for the reason. In this work is presented a methodology of failure analysis that has for purpose to discover the reason of the collapse of the vase. In the end of the work the results and discussions of the analysis are shown and later the cause for the rupture is pointed.

KEYWORDS: Pressure vessels, pressurized fluids, hydrostatic test, failure analysis.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 01

1.1. Objetivos 01

1.2. Estrutura do Trabalho 02

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 02

2.1. Código ASME 02

2.2. Teste Hidrostático 03

2.3. Resistência dos Materiais 03

2.4. Tensões longitudinais e Tensões Circunferenciais 04

2.5. Mecânica da Fratura 04

2.5.1. Diagrama FAD 05

3. METODOLOGIA 06

3.1. Apresentação do Problema 06

3.2. A Inspeção 07

3.3. Levantamento de Dados 07

4. ANÁLISE DE FALHA 08

4.1. Temperatura e Região da Solda 08

4.2. Defeito no Material 08

4.3. Falha por Corrosão 12

4.4. Erro de Projeto 13

4.5. Trincas Pré-Existentes 13

4.6. Excesso de pressão 14

5. CONCLUSÃO 15

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 16

APÊNDICE 17

1

1. INTRODUÇÃO

Vaso de pressão é definido genericamente como um recipiente estanque, de qualquer ti-po, que seja capaz de conter um fluido pressurizado. Com esta definição abrangente, se inclu-em neste grupo desde uma simples panela de pressão de cozinha até os mais sofisticados rea-tores nucleares. Vasos de pressão constituem em uma grande parte das indústrias de processo os elementos mais importantes, maiores em peso, tamanho e custo unitário, podendo chegar até 60% do custo total dos materiais e equipamentos.

Diferente do que acontece com a maioria dos equipamentos, a grande maioria dos vasos de pressão não são objetos de uma linha de fabricação de indústrias, normalmente são feitos sob encomenda, com dimensões para atender a cada caso uma determinada finalidade ou con-dições de desempenho. Projetar um vaso de pressão inclui não apenas fazer o seu dimensio-namento para resistir a pressões e cargas atuantes, como também realizar a seleção técnica e econômica dos materiais adequados, dos processos de fabricação, peças internas e detalhes. No Brasil o código usado no projeto e inspeção de vasos de pressão é o código ASME. Po-rém, estas normas são adequadas para a avaliação de vasos novos, é errado utilizar ditas nor-mas na verificação de vasos em uso. Para avaliar a criticidade de defeitos de vasos em uso se deve utilizar uma norma de adequação ao uso (Fitness for service), as mais utilizadas no Bra-sil são a API579, e a BS7910.

Por serem elementos pressurizados, existe uma preocupação quanto a sua integridade estrutural, pois em seu rompimento ocorre descompressão explosiva gerando perdas materiais e podendo levar a perdas humanas. Após a publicação da NR-13 (Norma Regulamentadora) estabeleceram-se critérios mais rigorosos para o projeto, inspeção, manutenção e operação de vasos de pressão, tendo como objetivo principal a diminuição de acidentes envolvendo estes equipamentos.

1.1. Objetivos

O rompimento de um vaso de pressão, visto na figura 2, usado como pulmão para um compressor de ar, figura 1, durante o teste hidrostático, chamou a atenção para o estudo de análise de falhas. O objetivo desta análise é detectar quais os possíveis fatores que levaram este equipamento ao colapso, para que estes possam ser entendidos e usados como fonte de realimentação