DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS - ibcomposites.com.br · permite o uso de compÓsito em tubulaÇÕes...
Transcript of DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS - ibcomposites.com.br · permite o uso de compÓsito em tubulaÇÕes...
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
ATIVIDADES DO IBCOM SOLUÇÕES PARA PROBLEMAS PRÁTICOS
ESTA APRESENTAÇÃO NÃO TRATA DESSAS SOLUÇÕES
INOVAÇÕES NO ESTUDO DA DURABILIDADE
CONTRIBUIÇÕES QUE DEVEM TER FORTE IMPACTO FUTURO ESTA APRESENTAÇÃO DISCUTE ESSAS INOVAÇÕES
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
AS IDEIAS CLÁSSICAS
AS FIBRAS DE VIDRO SÃO PROTEGIDAS PELA RESINA E NÃO AFETAM A DURABILIDADE O AMBIENTE ATACA APENAS A RESINA. O ATAQUE À RESINA REDUZ PROGRESSIVAMENTE A RESISTÊNCIA DOS COMPÓSITOS. A DURABILIDADE É DETERMINADA EM FUNÇÃO DA RETENÇÃO DE RESISTÊNCIA
ESSAS IDEIAS SÃO ÓBVIAS E PARECEM INABALÁVEIS..... MAS ESTÃO ERRADAS.
ESTA APRESENTAÇÃO MOSTRA COMO AVALIAR A DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
PRIMEIRO PASSO: DEFINIR DURABILIDADE
OS COMPÓSITOS TÊM DUAS VIDAS INDEPENDENTES E DISTINTAS:
VIDA ESTRUTURAL RUPTURA EXUDAÇÃO
VIDA FUNCIONAL É A DURABILIDADE DA BARREIRA DE CORROSÃO A VIDA FUNCIONAL TERMINA QUANDO OS PRODUTOS QUIMICOS
ATRAVESSAM A BARREIRA DE CORROSÃO E ATACAM AS LÂMINAS ESTRUTURAIS
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
SEGUNDO PASSO. DEFINIR OS AMBIENTES
OS AMBIENTES SÃO DIVIDIDOS EM DOIS
A ÁGUA, QUE PENETRA NOS LAMINADOS E ATACA AS FIBRAS
OS PRODUTOS QUÍMICOS, QUE NÃO PENETRAM NOS LAMINADOS E ATACAM APENAS A BARREIRA DE CORROSÃO..
OS PRODUTOS QUÍMICOS DETERMINAM A VIDA FUNCIONAL
A ÁGUA DETERMINA A VIDA ESTRUTURAL
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
ESSA É A IDÉIA FUNDAMENTAL
DUAS VIDAS VIDA ESTRUTURAL VIDA FUNCIONAL
DOIS AMBIENTES ÁGUA PRODUTOS QUÍMICOS
VAMOS AGORA TRATAR DA DURABILIDADE
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
AS 7 INOVAÇÕES 1 – UMBRAL DE INFILTRAÇÃO
2 – UMBRAL DE EXUDAÇÃO
3 – CÁLCULO PARA INFILTRAÇÃO
4 – CÁLCULO PARA EXUDAÇÃO
5 – CÁLCULO PARA VIDA FUNCIONAL
6 – CÁLCULO PARA RUPTURA – A EQUAÇÃO UNIFICADA
7 – EXPLICAÇÃO E SOLUÇÃO PARA A FALHA ANÔMALA
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
UMBRAL DE INFILTRAÇÃO O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO É O ALONGAMENTO QUE INICIA O
DESCOLAMENTO FIBRAS – RESINA
ELE É INDICADO POR: INICIO DE EMISSÕES ACÚSTICAS INÍCIO DE PERDA DE TRANSLUCIDEZ INÍCIO DE PERDA DE PROPORCIONALIDADE
O UMBRAL DE INFILTAÇÃO MUDA O MODO DE PENETRAÇÃO DIFUSÃO (MUITO LENTO) INFILTRAÇÃO (RÁPIDO)
EM AMBIENTES AGRESSIVOS OS COMPÓSITOS DEVEM TRABALHAR ABAIXO DO UMBRAL DE INFILTRAÇÃO
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
ALONGAMENTO ADMISSÍVEL PARA INFILTRAÇÃO
O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO FOI MEDIDO PARA RESINA DK411.
PARA DK411 O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO É 0,5%.
ARBITRANDO CS = 1,5 O ALONGAMENTO ADMISSÍVEL PARA RESINA DK411 EM AMBIENTES AGRESSIVOS É
(ALONGAMENTO ADMISSÍVEL) = 0,5%/1,5 = 0,33%
O ALONGAMENTO ADMISSÍVEL É ARBITRADO EM NORMAS.
FINALMENTE TEMOS UM MÉTODO OBJETIVO PARA MEDIR O ALONGAMENTO ADMISSÍVEL
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
UMBRAL DE EXUDAÇÃO NO UMBRAL DE EXUDAÇÃO AS TRINCAS AGLUTINAM E FORMAM
PASSAGEM PARA A ÁGUA
O UMBRAL DE EXUDAÇÃO É USADO PARA PRODUTOS QUE NÃO ATACAM A RESINA (ÁGUA, ESGOTO URBANO, PETRÓLEO)
PARA PRODUTOS QUÍMICOS É USADO O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO
QUANTO MAIORES AS TRINCAS, MAIS RÁPIDA É A EXUDAÇÃO
O TEMPO PARA EXUDAÇÃO É O TEMPO QUE A ÁGUA LEVA PARA ATRAVESSAR A PAREDE DO TUBO
O UMBRAL DE EXUDAÇÃO É MEDIDO NO PONTO EM QUE OCORRE 5% DE PERDA DE MÓDULO OU DE TRANSLUCIDEZ.
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
ALONGAMENTO ADMISSÍVEL PARA EXUDAÇÃO
ALONGAMENTO ADMISSÍVEL COM CS = 1,8
ESTES ALONGAMENTOS VALEM PARA PRODUTOS NÃO AGRESSIVOS (ÁGUA, PETRÓLEO, ESGOTO URBANO)
Alongamento da resina
3,00% 5,0%
Umbral de exudação
0,80% 1,00%
Alongamento admissível CS = 1,8
0,44% 0,56%
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
ALONGAMENTOS ADMISSÍVEIS
Alongamentoda resina
Alongamento admissível
Infiltração Exudação2,0% ??? ???3,0% ??? 0,44%5,0% 0,33% 0,56%
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
VIDA FUNCIONAL
O MODELO PARA PREVER A VIDA FUNCIONAL CALCULA A PROFUNDIDADE DA PENETRAÇÃO EM FUNÇÃO DO TEMPO, DA TEMPERATURA, DO ALONGAMENTO E DA CONCENTRAÇÃO DO PRODUTO AGRESSIVO
A EQUAÇÃO É APRESENTADA NO SLIDE SEGUINTE
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
VIDA FUNCIONAL – A EQUAÇÃO
Δe: Profundidade penetradac: Concentraçãot: Tempo T: Temperaturaε: Alongamento
A, B, C, D e E são os parâmetros de corrosão
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
Vida funcional ‐ a equação Na prática os equipamentos trabalham abaixo do umbral de infiltração
Portanto, E = 0. A equação nesse caso é
TDtCcBAe )log()log()log(
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
A EQUAÇÃO UNIFICADA TRADICIONALMENTE OS COMPÓSITOS SÃO ANALISADOS PARA
CARGAS ESTÁTICAS OU PARA CARGAS CÍCLICAS ATUANDO ISOLADAMENTE
AS CARGAS ESTÁTICAS CAUSAM FALHA POR STRAIN‐CORROSION
AS CARGAS CÍCLICAS CAUSAM FALHA POR FADIGA
O EFEITO DAS CARGAS ESTÁTICAS E CÍCLICAS ATUANDO SIMULTÂNEAMENTE NÃO É LEVADO EM CONTA
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
A EQUAÇÃO UNIFICADA A EQUAÇÃO UNIFICADA COMBINA CARGAS ESTÁTICAS E CARGAS
CÍCLICAS
PRIMEIRO VAMOS VER AS CARGAS ESTÁTICAS
DEPOIS VAMOS VER AS CARGAS CÍCLICAS
FINALMENTE VAMOS COMBINAR AS DUAS CARGAS NA EQUAÇÃO UNIFICADA
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
A EQUAÇÃO UNIFICADARUPTURA POR CARGAS ESTÁTICAS
A RUPTURA POR STRAIN‐CORROSION REQUER DUAS CONDIÇÕES
ATUAÇÃO DE CARGAS ESTÁTICAS ATAQUE ÀS FIBRAS DE VIDRO
A ÁGUA É O ÚNICO PRODUTO CAPAZ DE PENETRAR NOS LAMINADOS E ATACAR AS FIBRAS.
A ÁGUA NÃO ATACA A RESINA. ELA ATACA AS FIBRAS
OS PRODUTOS QUÍMICOS ATACAM A RESINA E AS FIBRAS, MAS NÃO PENETRAM NOS LAMINADOS
PORTANTO:
A RUPTURA NÃO É CAUSADA PELOS PRODUTOS QUÍMICOS A RUPTURA É CAUSADA PELA ÁGUA.
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
CARGAS ESTÁTICAS ISOLADAS O TEMPO DE FALHA PARA CARGA ESTÁTICA FOI MEDIDO POR
MARK GREENWOOD
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
CARGA ESTÁTICA ISOLADA
hourslog077,0400,0%log
hourslog130,0347,0%log
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
CARGAS CÍCLICAS ISOLADAS
AS FALHAS CAUSADAS POR FADIGA FORAM ESTUDADAS POR MANDELL E GUANGXU WEI
A RETA DE REGRESSÃO PARA RUPTURA SOB CARGAS CÍCLICAS ISOLADAS É
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
RESUMO AS EQUAÇÕES ABAIXO CALCULAM FALHAS POR RUPTURA
ESSAS EQUAÇÕES SÃO ACEITAS SEM QUESTIONAMENTO.
ELAS VALEM PARA CARGAS ATUANDO ISOLADAMENTE
E SE AS CARGAS ATUAREM SIMULTANEAMENTE?
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
A EQUAÇÃO UNIFICADA
ESTA É A EQUAÇÃO UNIFICADA. ELA CALCULA A DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS SOB A AÇÃO SIMULTÂNEA DE CARGAS ESTÁTICAS E DE CARGAS CÍCLICAS
00,1
12
11
SCCS G
CS
G
c
G
s SSSF
SSF
SSF
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
EXEMPLOS NUMÉRICOSVIDA FUNCIONAL
Estimar o tempo até a troca da barreira de corrosão de umequipamento em contato com 50% de ácido fictícico nastemperaturas de 27C e 80C.
Os parâmetros de corrosão são:
A = – 0.219; B = + 0.206; C = + 0.321; D = – 133.760; E = 0.00
A espessura inicial da barreira de corrosão é 2,5 mm.
A troca será feita quando a espessura residual da barreira decorrosão atingir 1,0 mm.
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
Aplicando a equação Espessura inicial: 2,5 mm Penetração admitida: Δe = 2,5 – 1,0 = 1,5 mm Concentração: c = 0,50 Temperatura: 80ºC / 27ºC
27273760,133)log(321,0)5,0log(206,0219,0)5,1log(
t
anosoumesest 27650
80273760,133)log(321,0)5,0log(206,0219,0)5,1log(
t
anosoumesest 16400
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
Determinar a espessura da barreira de corrosão para vida funcional de 25 anos em tanque operando com solução 50% de ácido fictícico a 90C.
Os parâmetros de corrosão são conhecidos
A = - 0,219 B = 0,206C = 0,321D = 133,76E = 0,000
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
• Concentração: c = 0,50• Vida funcional: t = 25 anos = 300 meses• Temperatura: T = 273 + 90 K
90273760,133)1225log(321,0)5,0log(206,0219,0)log(
e
mme 6,7
mmbarreiradaEspessura 6,80,16,7
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
Falhas por ruptura Vamos agora aplicar a equação unificada e estudar as falhas por ruptura
Para isso vamos usar a equação unificada
00,1
12
11
SCCS G
CS
G
c
G
s SSSF
SSF
SSF
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
Os parâmetros da equação unificada
Parâmetro Valor FonteGs 0,077
0,130Mark Greenwood (vidro sem boro)Mark Greenwood (vidro E)
Gc 0,0880,089
GuangxuWei (ensaio em lâminas)John Mandell (ensaio em laminados)
Gsc V. tabela Depende de “N” e de “R”
Ss Calculado Determinado pela reta de regressão para carga estática.
Sc Calculado Determinado pela reta de regressão para carga cíclica.
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
EXEMPLO NUMÉRICOEQUAÇÃO UNIFICADA
Vidro isento de boro
CS = 2,2
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
FALHA POR ESXUDAÇÃO
AS NORMAS API, AWWA, ISO E OUTRAS USAM O HDB PARA DIMENSIONAR TUBOS CONTRA EXUDAÇÃO
NOSSA POSIÇÃO É CONTRA O HDB.
O UMBRAL DE EXUDAÇÃO DEVE SUBSTITUIR O HDB
VAMOS DISCUTIR ESSES CONCEITOS
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
O ENSAIO ASTM D 2992 NÃO VALE ABAIXO DO UMBRAL DE ESXUDAÇÃO
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
EXEMPLOS NUMERICOSESXUDAÇÃO
A FALHA POR EXUDAÇÃO NÃO É UM PROBLEMA DE DURABILIDADE.
ABAIXO DO UMBRAL OS TUBOS NUNCA VAZAM
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
SANITATION PIPESANOMALOUS BLISTERS
ANOMALOUS BLISTERS ARE FILLED WITH PRESSURIZED WATER
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
SOLUÇÕES VIDA FUNCIONAL
MANTER ALONGAMENTO ABAIXO DO UMBRAL DE INFILTRAÇÃO
VIDA ESTRUTURAL POR RUPTURA NÃO HÁ SOLUÇÃO
FALHA POR EXUDAÇÃO IMPERMEABILIZAR O TUBO
FALHA ANÔMALA IMPERMEABILIZAR O TUBO
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
TUBOS IMPERMEÁVEIS PRINCIPAL BENEFÍCIO
PERMITE O USO DE COMPÓSITO EM TUBULAÇÕES PARA SOLVENTES, GASES E ETANOL
OUTROS BENEFÍCIOS
USA RESINAS DE BAIXO CUSTO ELIMINA EXUDAÇÃO CAUSADA POR DEFEITOS DE FABRICAÇÃO TRINCAS NO LINER E DELAMINAÇÕES NO NÚCLEO DEIXAM DE SER
CAUSA DE PREOCUPAÇÃO ELIMINA A BARREIRA DE EXUDAÇÃO ELIMINA CAROS ENSAIOS DE CONTROLE ELIMINA A FALHA ANÔMALA FACILITA O MANUSEIO DOS TUBOS
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
APLICAÇÕES PARA TUBOS IMPERMEÁVEIS
TUBULAÇÕES PARA ETANOL
TUBULAÇÕES PARA GASES
EFLUENTES INDUSTRIAIS CONTENDO SOLVENTES
TANQUES DE ARMAZENAGEM PARA SOLVENTES
E TAMBÉM....
TUBULAÇÕES PARA ÁGUA OU ESGOTO URBANO TUBULAÇÕES PARA ÓLEO E GAS
IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos
FINALIZANDO ESSAS INOVAÇÕES NÃO SÃO TRIVIAIS
ELAS SOFREM OPOSIÇÃO INTENSA E PASSIONAL
ELAS SERÃO ACEITAS NO FUTURO
ELAS SÃO O FUTURO DOS COMPÓSITOS