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ABNT-AssociaoBrasileira deNormas Tcnicas

Cilindro de ao, sem costura, paraarmazenamento e transporte de gases aalta presso

NBR 12791FEV 1993

6 pginasPalavras-chave: Cilindro de ao. Gases a alta presso

SUMRIO1 Objetivo2 Documentos complementares3 Definies4 Condies gerais5 Condies especficas6 Inspeo7 Aceitao e rejeio

1 ObjetivoEsta Norma fixa as condies exigveis para os cilindros deao, sem costura, para armazenamento e transporte degases a alta presso e sujeitos a temperatura ambiente.

2 Documentos complementares

Na aplicao desta Norma necessrio consultar:

NBR 6006 - Classificao por composio qumicados aos para construo mecnica - Procedimento

NBR 6152 - Determinao das propriedades mec-nicas trao de materiais metlicos - Mtodo deensaio

NBR 11725 - Conexes de roscas para vlvulas decilindros para gases comprimidos - Padronizao

NBR 12176 - Identificao de gases em cilindros -Procedimento

3 Definies

Os termos tcnicos adotados nesta Norma esto defini-dos em 3.1 a 3.7 e nas NBR 6152 e NBR 12176.

3.1 Limite de escoamento

Limite convencional de escoamento, definido naNBR 6152, designado pelo smbolo e (u).

3.1.1 Nesta Norma o ndice u passa forma e (0,2).

3.2 Densidade de enchimento

Relao percentual entre a massa do gs contida no cilin-dro e a massa mxima de gua a 15C que o cilindro po-de conter a presso normal.

3.3 Presso de servio

Presso de referncia, marcada no cilindro, definida a21C.

3.4 Tara

Massa do cilindro vazio, sem vlvula e sem o capacete deproteo, compreendendo a carcaa com o colarinho e op, se houver.

3.5 Cilindro repuxado

Cilindro fabricado a partir de um tubo sem costura no qual

Especificao

Origem: Projeto EB-1199/1983CB-04 - Comit Brasileiro de Mquinas e Equipamentos MecnicosC E -04:009.07 - C om isso de E studo de C ilindros para G ases e A cessriosNBR 12791 - Seamless steel cylinder for high pressure gases storage andtransportation - SpecificationDescriptors: Steel cylinder. High pressure gasesEsta Norma substitui a EB-1199/1983Vlida a partir de 29.04.1993

2 NBR 12791/1993

o fundo formado pelo processo de repuxamento girat-rio a quente das bordas com caldeamento.

3.6 Cilindro forjado

Cilindro fabricado por forjamento a partir de um tarugo ouplaca.

3.7 Capacidade de gua nominal

Volume de gua que o cilindro pode conter a 15C, con-forme previsto no projeto, expresso em litros.

4 Condies gerais

4.1 Classificao

Esta Norma abrange as seguintes classes de cilindros:

a) classe 1 - com capacidade menor ou igual a 450 Le presso de servio mnima de 3,2 MPa;

b) classe 2 - com capacidade maior que 450 L e pres-so de servio mnima de 3,5 MPa.

4.2 Material

4.2.1 Os cilindros objeto desta Norma devem ser de aoacalmado, de qualidade uniforme.

4.2.2 A composio qumica dos aos deve ser indicadaem 5.1.

4.2.3 Os tarugos para a fabricao de cilindros por for-jamento no podem apresentar bolsas de contrao, trin-cas, segregao excessiva ou outros defeitos comprome-tedores depois do seccionamento.

4.2.4 Os materiais com dobras, fissuras, escamas ou ou-tros defeitos comprometedores de sua qualidade no po-dem ser aceitos.

4.2.5 Deve ser obrigatria a identificao do material porqualquer mtodo adequado.

4.2.5.1 As placas e as barras para a fabricao de cilindrosforjados devem ser marcadas com o nmero da corrida eacompanhadas do respectivo certificado de inspeo,fornecido pela usina produtora.

4.2.5.2 Os tubos para cilindros repuxados devem ser tam-bm acompanhados do respectivo certificado de quali-dade, fornecido pela usina produtora, identificados comcores correspondentes ao tipo de ao e nmero da corri-da, citado no referido certificado.

4.3 Tratamento trmico

Os cilindros acabados devem receber um tratamento tr-mico adequado e uniforme correspondente ao tipo de aoutilizado antes de serem submetidos aos ensaios.

4.4 Fabricao

4.4.1 O cilindro deve ser fabricado por processos eequipamentos adequados.

4.4.2 As carepas e sujeiras provenientes da fabricaodevem ser removidas.

4.4.3 No pode haver fissura ou outro defeito que com-prometa as caractersticas do cilindro.

4.4.4 A superfcie do cilindro deve ser razoavelmente lisae com acabamento uniforme.

4.4.5 Pode ser feita a eliminao de defeitos de superfcie,desde que a espessura da parede no fique menor que aexigida e a superfcie no apresente descontinuidadeaps a remoo dos defeitos.

4.4.6 No pode ser feita solda de qualquer tipo paraqualquer propsito no cilindro.

4.4.7 A rosca para fixao da vlvula deve obedecer NBR 11725.

4.4.8 A rosca para fixao do capacete, quando houver,deve ser W80 x 1/11 (Whitworth).

4.4.9 A vlvula do cilindro cuja capacidade de gua nomi-nal for maior ou igual a 10 L deve ser efetivamente pro-tegida contra eventuais danos, por capacete.

4.4.10 A formao de um lote at 200 cilindros pode serfeita com a fabricao de at mais dois cilindros, comexceo para 6.2.4.2 e 6.2.5.2, do mesmo dimetro no-minal, espessura e projeto, feito do mesmo ao e sujeitoao mesmo tratamento trmico. Os comprimentos destescilindros num lote de tratamento trmico podem variar deat 12%.

4.4.11 A ovalizao mxima permitida deve ser de 2%do dimetro.

4.4.12 O desvio de perpendicularidade do cilindro em re-lao vertical deve ser no mximo de 1% do compri-mento.

4.5 Tolerncias da capacidade de gua nominal

A capacidade de gua real pode variar numa tolerncia de 2% do valor nominal.

4.6 Espessuras

4.6.1 Para cada cilindro com presso de servio inferior a6,2 MPa, a tenso na parede deve ser obrigatoriamentemenor ou igual a 164 MPA. A espessura mnima de pare-de deve ser de 2,5 mm para qualquer cilindro com dime-tro superior a 130 mm.

4.6.2 Para cilindro com presso de servio igual ou maiorque 6,2 MPa, o valor mnimo de espessura de parede, namenor presso de ensaio especificada, deve ser tal que atenso na parede no possa ultrapassar 392 MPa, para oao mdio mangans e aos-carbono acima de 0,33% decarbono, e 323 MPa para os demais.

4.6.3 A espessura do fundo do cilindro deve ser, no mni-mo, duas vezes a espessura mnima calculada para as pa-redes do cilindro. Esta espessura do fundo do cilindro de-ve ser medida dentro de um crculo formado pelos pontosde contacto com o solo, quando o cilindro estiver emposio vertical.

NBR 12791/1993 3

4.7 Clculo da tenso e da espessura da parede

4.7.1 A tenso na parede calculada pela expresso:

1 =

Onde:

1 = tenso mxima admissvel na parede (MPa)

P = presso de ensaio hidrosttico (MPa)

D = dimetro externo (mm)

d = dimetro interno (mm)

4.7.2 A espessura mnima de parede, para uma tensomxima admissvel, dada pela expresso (em mm):

emn. =

4.7.3 Para os cilindros da classe 2, devem ser considera-das as exigncias de 4.7.3.1 a 4.7.3.4.

4.7.3.1 Supondo um cilindro sustentado, em posio hori-zontal, apenas nas duas extremidades, e com uma cargacorrespondente ao peso da parte cilndrica de gua com-primida na presso de ensaio; a soma de duas vezes a ten-so mxima nas fibras inferiores devido flexo mais atenso longitudinal nestas fibras, devido ao ensaio hi-drosttico, no deve ultrapassar 80% do limite de escoa-mento mnimo de ao a tal tenso mxima, isto :

2f1 mx.+ < 0,8e(0,2)

4.7.3.2 Se for necessrio, a espessura da parede deve seraumentada para levar em conta a exigncia de 4.7.3.1.

4.7.3.3 A tenso longitudinal mxima causada pela flexo calculada pela expresso:

f1 =

Onde:

f1 = tenso causada pela flexo (MPa)

M = momento fletor (N.cm)

W = massa unitria (N/cm) do cilindro cheio dgua

L = comprimento do cilindro (cm)

C = raio D/2 do cilindro (cm)

J = momento de inrcia = 0,04909 (D4 - d4) (cm4)

D = dimetro externo (cm)

d = dimetro interno (cm)

4.7.3.4 A tenso longitudinal mxima devido presso doensaio hidrosttico calculada pela expresso:

=

Onde:

= tenso longitudinal causada pela presso deensaio (MPa)

A1 = rea interna da seo transversal do cilindro(cm2)

A2 = rea da parede metlica, na seo transver-sal do cilindro (cm2)

P = presso do ensaio hidrosttico (MPa)

4.8 Marcao

4.8.1 Cada cilindro, objeto desta Norma, deve ser marca-do por estampagem visvel e permanente na calota supe-rior.

4.8.2 A marcao em cada cilindro deve conter refernciasobre:

a) presso de servio;

b) nmero desta Norma;

c) c lasse do c ilindro , quando o c ilindro for da c lasse 2;

d) tipo de ao e tratamento trmico;

e) processo de fabricao, quando forjado;

f) identificao do cilindro e do fabricante;

g) capacidade de gua medida;

h) tara;

i) rgo de inspeo ou inspetor;

j) data do ensaio hidrosttico de fabricao.

4.8.2.1 A marcao da presso de servio deve ser feitapela indicao do valor numrico da presso em MPa.

4.8.2.2 No caso dos cilindros de classe 2, a refernciaconsiste em estampar a letra x aps o nmero destaNorma.

4.8.2.2.1 Quando forjado, o cilindro deve receber a marca-o deste processo com a estampagem da letra F aps onmero desta Norma.

4.8.2.3 A marcao da identidade do cilindro deve ser fei-ta pela indicao do nmero de srie de fabricao emseguida marcao da identidade do fabricante, que po-de ser indicada pela sua sigla ou logotipo.

4.8.2.3.1 No lugar do nmero de srie, pode ser estampa-do o nmero do lote de at 500 cilindros, desde que estestenham o dimetro externo igual ou menor que 51 mm eque sua capacidade de gua no ultrapasse 1 L.

4.8.2.4 A marcao do nmero do tipo de ao (conforme aNBR 6006) deve ser feita apondo-se a este nmero umaletra para tratamento trmico, sendo:

WL28

P(1,3D2 + 0,4d2)100 (D2 - d2)

D2 ( 1 - )

MCJ

A1 x PA2

4 NBR 12791/1993

. N para normalizao;

. T para tmpera e revenimento;

. R para recozimento.

4.8.2.5 A marcao da capacidade em gua deve ser feitaat o dcimo de litro.

4.8.2.6 A marcao da tara deve ser feita at o dcimo dequilograma.

4.8.2.7 A marcao do inspetor responsvel pela aceita-o do cilindro deve ser a estampagem de sua sigla oulogotipo.

4.8.2.8 A marcao da data do ensaio hidrosttico de fabri-cao deve compreender a estampagem do nmero doms e da dezena do ano, separados por uma barra, emseguida marcao de 4.8.2.7.

4.8.3 As marcaes do nmero do tipo de ao, tratamen-to trmico, capacidade de gua medida e tara podem serapostas em locais de acordo com o usurio.

4.8.4 A marca do inspetor e a data do ensaio devem serestampadas em posio que haja espao suficiente paramarcaes futuras referentes aos ensaios subseqentesconforme norma pertinente.

4.8.5 Todas as marcas estampadas devem ter altura m-nima de 6 mm, admitindo-se exceo apenas no caso decomprovada falta de espao.

4.8.6 Qualquer outra marca deve ser aposta no colarinhoou na calota, em posio diametralmente oposta s mar-cas indicadas em 4.8.

Nota: De acordo com o espao, a disposio da marcao exigi-da em 4.8.2 pode ser como indicada no exemplo a seguir:Marcao de um cilindro fabricado de acordo com estaNorma por forjamento, para uma presso de servio de15 MPa, de ao-carbono 1040 normalizado, fabricado pelafirma YZ, com o nmero de srie de fabricao 2001,inspecionado pela empresa (I), em dezembro de 1981, asua capacidade em gua 50,0 L e sua tara de 71,0 kg.15 MPa NBR 12791 FYZ 2001 I 12/811040 N 50,0 L 71,0 kg

5 Condies especficas

5.1 Composio qumica dos aos

A composio qumica dos aos deve ser a seguinte:

a) carbono - 0,40% mx.;b) fsforo - 0,04% mx.;c) enxofre - 0,05% mx.

5.2 Requisitos fsicos e mecnicos

5.2.1 Estanqueidade

O cilindro submetido ao ensaio de estanqueidade, segun-do 6.3.1.1, no deve apresentar vazamento.

5.2.2 Presso hidrosttica

A expanso volumtrica permanente admissvel aps oalvio total da presso no pode ultrapassar 10% da ex-panso volumtrica total sob a presso de ensaio.

5.2.3 Trao

Submetido ao ensaio de trao, aps o tratamento trmi-co, o material deve se enquadrar em um dos casos des-critos em 5.2.3.1, 5.2.3.2 ou 5.2.3.3.

5.2.3.1 Alongamento de no mnimo 40% para aos corpos-de-prova de comprimento inicial (Lo) de 50 mm, ou de20% para os outros casos, e limite de elasticidade no su-perior a 73% da resistncia a trao, dispensando-se oensaio de achatamento.

5.2.3.2 Alongamento de no mnimo 20% para os corpos-de-prova de comprimento inicial (Lo) de 50 mm, ou de10% para os outros casos, e limite de escoamento no su-perior a 73% da resistncia a trao, com ensaio de acha-tamento obrigatrio.

5.2.3.3 O limite de escoamento no pode ser inferior a110% da mxima tenso na parede, na espessura deprojeto.

5.2.4 Achatamento

O cilindro submetido ao ensaio de achatamento at umadistncia interna, entre os cutelos, de seis vezes a espes-sura nominal da parede no deve apresentar trincas efissuras.

6 Inspeo

6.1 Procedimento

6.1.1 A inspeo deve ser feita por um rgo ou entidadede inspeo independente, reconhecido, estabelecido eatuante no Pas; nesta Norma, chamado inspetor.

6.1.2 So deveres do inspetor;

a) verificar se toda a matria-prima destinada fabri-cao dos cilindros, objeto de inspeo, est deacordo com esta Norma, inclusive a composioqumica do ao;

b) acompanhar o processo de fabricao dos cilin-dros e registrar qualquer ocorrncia, que, na suaopinio, possa se afastar das prescries destaNorma;

c) efetuar inspeo visual no interior dos cilindros an-tes do fechamento da extremidade superior;

d) verificar se o tratamento trmico est sendo exe-cutado de forma adequada;

e) fiscalizar a retirada das amostras, de acordo com6.2, e supervisionar o corte dos corpos-de-provapara ensaios;

f) acompanhar o ensaio de estanqueidade e a anli-se qumica;

NBR 12791/1993 5

g) estar presente aos ensaios hidrosttico, achata-mento e trao;

h) examinar as roscas por meio de calibradores;

i) registrar a capacidade de gua, a espessura m-nima de parede e a tara;

j) apresentar um relatrio completo de inspeo pa-ra cada lote inspecionado; e

k) apor sua marca no cilindro aprovado.

6.2 Formao de amostras

6.2.1 Anlise qumica do material

De cada corrida de ao para a fabricao de cilindros de-ve ser retirada uma amostra para a sua anlise qumicapara confronto com os valores tolerados nesta Norma ecom os do certificado emitido pelo fabricante do ao.

6.2.2 Ensaio de estanqueidade

Todos os cilindros fabricados por repuxamento giratrio efechados por caldeamento devem ser submetidos aoensaio de estanqueidade.

6.2.3 Ensaio hidrosttico

Cada cilindro deve ser submetido ao ensaio hidrosttico.

6.2.4 Ensaio de trao

6.2.4.1 Em cada lote de cilindros j aprovados no ensaiohidrosttico escolhido um ao acaso, do qual devem sertirados dois corpos-de-prova, diametralmente opostos eprximos a cada extremidade, respectivamente.

6.2.4.1.1 Os corpos-de-prova devem ter as seguintes di-menses bsicas:

a) comprimento de referncia de 200 mm com largu-ra no superior a 38 mm;

b) comprimento de referncia de 50 mm com largurano superior a 38 mm.

6.2.4.1.2 Podem ser feitos corpos-de-prova de compri-mento de referncia de, pelo menos, 24 vezes a espes-sura, e de largura no superior a seis vezes a espessura,quando a parede do cilindro tiver uma espessura nosuperior a 4,8 mm.

6.2.4.2 Para lotes de at 30 cilindros, o ensaio de traopode ser realizado num anel de pelo menos 200 mm decomprimento, cortado em uma unidade no decorrer dafabricao, e submetido ao mesmo tratamento trmico docilindro acabado.

6.2.4.3 Quando as dimenses do cilindro no permitirema obteno de corpos-de-prova retos, os corpos-de-prova podem ser recortados de qualquer local e direoe podem ser endireitados ou achatados a frio, somentepor presso e nunca por batidas.

6.2.4.4 Quando os corpos-de-prova forem preparados se-gundo 6.2.4.3, o inspetor deve registrar tal ocorrncia norelatrio de ensaio.

6.2.4.5 No podem ser retirados corpos-de-prova por pro-cesso que altere a estrutura do material.

6.2.5 Ensaio de achatamento

6.2.5.1 Em cada lote de cilindros, j aprovados no ensaiohidrosttico, deve ser escolhido um ao acaso e submeti-do ao achatamento, salvo no caso previsto em 5.2.3.1.

6.2.5.2 Para lotes de at 30 cilindros, o ensaio de acha-tamento pode ser realizado em dois corpos-de-prova deoutro anel de mesmas dimenses e tratamento trmicoconforme 6.2.4.2.

6.3 Ensaios

6.3.1 Ensaio de estanqueidade

6.3.1.1 Este ensaio deve ser realizado com gs inerte ou arcomprimido a uma presso no inferior presso de ser-vio.

6.3.1.2 O ensaio deve ser feito de forma que o gs sobpresso esteja em contato com o fundo do cilindro em umarea de pelo menos 1/16 deste fundo, mas nunca inferiora 19 mm de dimetro, incluindo o fechamento central dofundo.

6.3.1.3 A presso deve ser mantida durante o tempo m-nimo de um minuto, enquanto a superfcie externa dofundo deve ser cuidadosamente examinada quanto avazamentos.

6.3.1.4 Como medida de segurana, se o fabricante deci-dir executar o ensaio de estanqueidade antes do ensaiohidrosttico, ele deve projetar o equipamento para esteensaio, de tal forma que a presso seja aplicada na menorrea possvel, em torno do ponto de fechamento, e deforma a usar o menor volume possvel de ar ou gs.

6.3.2 Ensaio hidrosttico

6.3.2.1 Mediante um dispositivo de camisa de gua, ououtro adequado, o cilindro deve ser submetido gradual-mente a uma presso hidrosttica igual presso deensaio especificada.

6.3.2.2 O manmetro utilizado deve ser regularmente afe-rido e permitir a leitura da presso com uma preciso depelo menos 1%.

6.3.2.3 O dispositivo de medio da expanso volumtricadeve permitir uma leitura com preciso relativa de 1% oucom preciso absoluta de 0,1 cm3, tomando-se a maiordas duas.

6.3.2.4 A presso de ensaio hidrosttico deve ser de pelomenos 5/3 da presso de servio definida para o cilindroe nele estampada, conforme 4.8.2.1.

6.3.2.5 A presso de ensaio deve ser mantida por pelomenos 30 s e durar o suficiente para assegurar a comple-ta expanso do cilindro.

6 NBR 12791/1993

6.3.2.5.1 Qualquer presso interna eventualmente aplica-da aps o tratamento trmico e antes do ensaio oficial nodeve exceder 90% da presso do ensaio hidrosttico.

Nota: Se, devido a algum defeito no equipamento de ensaio, apresso de ensaio hidrosttico no puder ser mantida portempo suficiente para atender a esta exigncia, o ensaiodeve ser repetido a uma presso 10% ou 0,68 MPa maior,tomando-se a menor das duas, e registrado-se o fato.

6.3.3 Ensaio de trao

6.3.3.1 Os dois corpos-de-prova obtidos conforme 6.2.4devem ser submetidos aos ensaios de trao, conformeNBR 6152.

6.3.3.2 Os corpos-de-prova no podem ser achatados,salvo as pontas para encaixe nas garras da mquina,cuja regio achatada deve distar no mnimo 25 mm daseo reduzida, com exceo dos corpos-de-prova ob-tidos conforme 6.2.4.3.

6.3.3.3 O limite convencional de escoamento, definido naNBR 6152, deve corresponder deformao plstica per-manente de 0,2% do comprimento inicial Lo.

6.3.3.4 O limite de escoamento pode ser determinado gra-ficamente no diagrama do ensaio ou atravs do mtodode extenso sob carga prescrito na NBR 6152.

6.3.3.4.1 Usando-se o mtodo da extenso sob carga, adeformao total (ou extenso sob carga), corresponden-te tenso em que ocorre a deformao permanente de0,2% do comprimento inicial Lo, pode ser determinadacom suficiente preciso pelo clculo da extenso elsticado comprimento de referncia sob carga adequada e pe-la adio, a esse valor calculado, de 0,2% do comprimen-to inicial Lo.

6.3.3.4.2 O clculo da extenso elstica deve ser baseadono mdulo de elasticidade (K) de 1,96 x 105 MPa.

6.3.3.4.3 Em caso de controvrsia, o diagrama tenso x de-formao deve ser traado e o limite de escoamento de-ve ser determinado graficamente pelo deslocamento de0,2% da deformao.

6.3.3.4.4 Para fins de medio da deformao e do incioda deformao, deve ser ajustada para o corpo-de-provauma tenso de ensaio de 82 MPa, e a leitura correspon-dente do extensmetro deve ser ajustada na deformaocalculada correspondente.

6.3.3.5 A velocidade de ensaio no deve ultrapassar3,2 mm/min durante a determinao do limite do escoa-mento.

6.3.4 Ensaio de achatamento

Deve ser realizado, entre cutelos, em forma de cunha a 60,com raio de arredondamento de 12,7 mm.

7 Aceitao e rejeio

7.1 Matria-prima

Toda a matria-prima por unidade ou por lote que nosatisfizer s prescries desta Norma deve ser rejeitada.

7.2 Cilindros

7.2.1 Ensaio de estanqueidade

Qualquer cilindro que apresentar vazamento deve ser re-jeitado.

7.2.2 Ensaio hidrosttico

Todo cilindro que, submetido ao ensaio hidrosttico, nosatisfizer s prescries desta Norma deve ser rejeitado.

7.2.3 Ensaio de trao

Todo lote, cujos corpos-de-prova representativos, sub-metidos ao ensaio de trao, no satisfizerem as pres-cries desta Norma, deve ser rejeitado, com ressalva aodisposto em 7.2.5.

7.2.4 Ensaio de achatamento

O lote cujo cilindro submetido ao ensaio de achatamentono satisfizer s prescries desta Norma deve ser rejei-tado, com ressalva ao disposto em 7.2.5.

7.2.5 Reensaio

No caso de resultado no satisfatrio nos ensaios de acha-tamento e/ou trao, o fabricante pode realizar o(s) mes-mo(s) ensaio(s) em dobro. Persistindo o resultado no sa-tisfatrio, pode ainda se refazer o tratamento trmico dolote. Neste caso, todos os ensaios previstos nesta Normadevem ser refeitos. Persistindo ainda os resultados nosatisfatrios, o lote deve ser rejeitado.

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