Departamento de Engenharia Civil e EltricaResistncia dos MateriaisVasos de Paredes Finas

1 Generalidades2 Vasos de presso de paredes finas3 Exerccios

Prof. Paschoal EmygdioMaronna1 Generalidades1.1 DefinioPodemos definir como vasos de pressotodos os reservatrios, de qualquer tipo, dimenses ou finalidades, no sujeitos chama, fundamentais nos processos industriais que contenhamfluidos(normalmente armazenados em seu interior) e sejam projetados para resistir com segurana a presses internas diferentes da presso atmosfrica, ou submetidos presso externa, cumprindo assim a funo bsica de armazenamento.Eles devem ser projetados para resistir com segurana a presses internas e externas. De uso comum em refinarias de petrleo, indstrias qumicas e petroqumicas, os vasos de presso constituem um conjunto importante de equipamentos que abrangem os mais variados usos. O projeto e a construo de vasos de presso envolve uma srie de cuidados especiais e exige o conhecimento de normas e materiais adequados para cada tipo de aplicao, pois suas falhas podem acarretar consequncias catastrficas at mesmo com perda de vidas, sendo considerados equipamentos de grande periculosidade. Podem ser de paredes finas e de paredes espessas. Em todos os vasos de presso existe um elemento estanque e externo que contm o fluido pressurizado denominado parede de presso. Esta parede pode ser simples ou mltipla e pode assumir vrios formatos. A parede de presso de um vaso composta basicamente pelo casco do vaso e os tampos de fechamento.O casco e os tampos dos vasos de presso tem o formato de uma superfcie de revoluo, sendo as formas mais comuns: cilndrica, esfrica, elptica e cnica ou uma combinao dessas formas.

Outros elementos importantes de vasos de presso so as aberturas para instalao de bocais para conexo com tubulaes e os suportes que servem para sustentar o peso do vaso.

1.2 Acessrios de Vasos de PressoTodos os vasos de presso tm sempre vrias aberturas no casco ou nos tampos parafunes variadas. Essas aberturas so necessrias para operao do vaso e as principaisfunes so listadas abaixo: Ligao com tubulaes de entrada e de sada. Instalao de manmetros e vlvula de alvio (itens obrigatrios da NR-13[3]) Dreno e respiro. Bocas de visita ou de inspeo (para acesso ao interior do vaso). Ligao com outros corpos do prprio vaso de presso. Ligao direta com outros vasos.

1.3 AplicaesEmrefinariasdepetrleo, Usinas de Acar e Etanol, Indstrias Qumicas e Petroqumicas os vasos de presso constituem um conjunto importante de equipamentos que abrangem os mais variados usos. Vasos de Presso e Reservatrios de Ar comprimido se enquadram na norma NR-13 e ASME VIII.

2 -Vasos de presso de paredes finasVasos de presso de paredes finas e semi-espessas (Estruturas de Cascas) Pode-se citar com exemplo desse caso, tanques industriais, aeronaves, os carcaas de submarinos, locomotivas lenha, caminhes-tanque de fluidos sob presso, tubulaes de gua e gs, os tanques de ar comprimido, os extintores de incndio, as latas de spray e etc. A relao entre o raio e a espessura deve ser maior que 10 (excluda a descontinuidade da estrutura):r / t >10 , onde r o raio e t a espessura da parede do vaso de presso. A figura ao lado mostra a foto de um vaso de presso esfrico.

Os problemas que so apresentados referem-se a tenses provenientes da presso interna agindo em cilindros ou esferas. As frmulas so aplicveis, tambm, no caso da presso externa, mas, nesta hiptese, so necessrias outras consideraes que fogem ao escopo desta apostila. O gs ou fluido contido, que se admite ter peso desprezvel, desenvolve a presso manomtrica p no interior do vaso. Devido uniformidade do carregamento, um elemento do vaso estar sujeito a tenses normais circ no sentido circunferencial ou tangencial elong no sentido longitudinal ou axial. Ambos os componentes da tenso exercem trao sobre o material. Queremos determinar a intensidade de cada componente em termos de geometria do vaso e da presso interna. Para tanto devemos aplicar o mtodo das seces e as equaes de equilbrio de foras.Vamos considerar um tubo de parede fina, de espessura t e raio interno r, fechado nas extremidades por intermdio de placas e submetido presso interna uniforme p. Desprezando o efeito da ligao das placas de extremidades, vamos calcular as tenses, circunferencial e tangencial que aparecem nas paredes do tubo.Para determinar a tenso circunferencialt, consideraremos uma seo diametral do tubo de comprimento . Os esforos esto indicados na figura ao lado. Podemos notar que, efetuado o corte, a tenso circ aparece, agora, como esforo externo. Na figura, ainda vemos, os esforos que atuam na seco transversal.

Portanto a tenso longitudinal igual metade da tenso circunferencial.

3 ExercciosExemplo 1O tanque do compressor de ar, representado abaixo, est sujeito a uma presso interna de 0,63MPa. Sabendo-se que e o dimetro interno do tanque de 550mm e a espessura da parede de 6mm determine as tenses que agem no ponto A.

Exemplo 2O tubo de extremidade aberta feito de cloreto de polivinil (PVC) tm dimetro interno de 100mm e espessura de 5mm. Se transportar gua corrente presso de 0,42MPa, determine o estado de tenso nas paredes do tubo.

Exemplo 3Um tanque esfrico de gs tem raio interno ri = 1,5m. Se for submetido a uma presso interna p = 300kPa qual ser a espessura exigida para que a tenso normal mxima no ultrapasse 12 MPa?

Exerccios para resolver1 - Um tanque esfrico pressurizado dever ser fabricado com ao de 125mm de espessura. Se for submetido a uma presso interna de 1,4MPa qual dever ser seu raio externo para que a tenso normal mxima no ultrapasse 105MPa?

2 Um tanque cilndrico de ao, e, de armazenamento despressurizado, tem espessura das paredes = 4,8mm. Tem, alm disso, tenso de escoamento = 400MPa e possui uma altura mxima de 14,6m. Determinar:a) A mxima altura h da gua que pode ser suportada pelo tanque se impormos como condio um coeficiente de segurana = 4,0. (Considerar o peso especfico da gua = 9807N/m3); b) As tenses circunferencial e tangencial se o tanque estiver completamente cheio, e,c) Considerando o fator de segurana = 4,0 o tanque poderia ser utilizado nas condies da letra b? Justificar.