O que são Vasos de Pressão e quais tipos são utilizados?

Vasos de Pressão são definidos como recipientes ao qual apresentam um diferencial de pressão entre o interior e o exterior. Nele, a pressão interna geralmente é mais alta que a externa, exceto em algumas situações isoladas. Há também casos em que o fluido dentro do vaso pode sofrer uma mudança de estado, como no caso de caldeiras a vapor, ou pode ser combinado com outros reagentes, como no caso de um reator químico.

Vasos de pressão geralmente têm uma combinação de altas pressões com altas temperaturas e, em alguns casos, armazenam fluidos inflamáveis ​​ou materiais altamente radioativos. Por causa de tais níveis de periculosidade, é imperativo que o projeto de dimensionamento desses recipientes seja tal que nenhum vazamento possa ocorrer. Além disso, esses vasos devem ser projetados cuidadosamente para lidar com a temperatura e a pressão de operação. Deve-se ter em mente que a ruptura de um vaso de pressão tem o potencial de causar danos físicos extensos e danos à propriedade. A segurança e a integridade das plantas industriais são uma preocupação fundamental no projeto de vasos de pressão.

Essas estruturas são usadas ​​em várias indústrias, como por exemplo: indústria de geração de energia de origem fóssil e nuclear, indústria petroquímica para armazenamento e processamento de petróleo bruto, e na indústria química para armazenamento de gases e reatores químicos. Seu uso se expandiu em todo o mundo. É nessa classe de equipamentos que ocorrem as reações, separações e armazenamento de matérias-primas. De um modo geral, o equipamento pressurizado é necessário para uma ampla gama de instalações industriais para fins de armazenamento e fabricação.

O tamanho e a forma geométrica dos vasos de pressão variam muito, desde os grandes vasos cilíndricos usados ​​para armazenamento de gás de alta pressão até um de pequena dimensão usado como unidades hidráulicas para aeronaves. Alguns estão enterrados no solo ou no fundo do oceano, mas a maioria está posicionada no chão ou apoiada em plataformas.

 

Design do vaso de pressão

O primeiro passo no projeto de qualquer vaso é a seleção do tipo mais adequado para o serviço específico em questão. De forma geral, os principais fatores a serem considerados são:

  1. Temperatura e pressão de operação;
  2. Função e localização;
  • Natureza do fluido a ser armazenado;
  1. Volume necessário para armazenamento ou capacidade de processamento.

É possível indicar algumas generalidades nos usos existentes dos tipos comuns de embarcações. Vasos de pressão são geralmente esféricos ou cilíndricos, com extremidades abauladas. Os vasos cilíndricos são geralmente preferidos, uma vez que apresentam processos de fabricação mais simples e fazem melhor uso do espaço disponível, sendo empregados em tambores de caldeira, trocadores de calor e reatores químicos. Vasos esféricos têm a vantagem de exigir paredes mais finas para uma dada pressão e diâmetro quando comparado ao cilindro. Portanto, eles são usados ​​para grandes recipientes de gás ou líquidos, reatores nucleares refrigerados a gás, edifícios de contenção para usinas nucleares e assim por diante. Finalmente, vasos cilíndricos são empregados para armazenamento de pressão onde o volume requerido é grande.

A construção de um vaso de pressão típico é mostrada na Figura 1.a. Um vaso de pressão esférico é mostrado na Figura 1.b. Este é um vaso de pressão especial e é realmente uma esfera de armazenamento. Funcionalmente, ele atua como um tanque porque seu objetivo é armazenar um fluido. No entanto, como o faz a pressões acima da atmosférica, pode ser classificado como um vaso de pressão. Um vaso de pressão cilíndrico horizontalmente suportado com uma cabeça hemisférica e transição cônica é mostrado na Figura C.

A  - Vaso de pressão típico   B - Vaso de pressão esférico   C - Vaso de pressão horizontal
A - Vaso de pressão típico
A - Vaso de pressão típico
B - Vaso de pressão esférico
B - Vaso de pressão esférico
C - Vaso de pressão horizontal
C - Vaso de pressão horizontal

 

Vasos de pressão, assim como os demais componentes de uma planta industrial, são projetados para atender a vários requisitos, conforme determinado pelos projetistas e analistas responsáveis ​​pelo projeto geral. Uma vez que os requisitos de projeto tenham sido estabelecidos, os materiais adequados são selecionados e o código de projeto especificado fornecerá um design ou tensão nominal admissíveis para dimensionamento da espessura do vaso de pressão.

A maioria dos tipos de falha relevantes para o projeto do vaso de pressão é dependente do pressão e, portanto, é necessário garantir a adequação da distribuição de tensão e verificar os diferentes tipos de modos de falha postulados. Posteriormente, o projeto proposto é finalmente iterado até que o produto mais econômico e confiável seja obtido. Os requisitos funcionais cobrem os parâmetros de projeto geométrico (tamanho e forma), localização das penetrações e assim por diante. Alguns desses parâmetros podem ter que ser corrigidos em colaboração com a equipe geral de projeto, mas na maioria das situações, o projetista de vasos de pressão age livremente com base em sua experiência.

 

Rupturas dos vasos de pressão

As falhas de vasos de pressão podem ser agrupadas em quatro categorias principais as quais estão relacionadas e descrevem porque ocorrem. As falhas também podem ser agrupadas em tipos de falhas que descrevem como a falha ocorre. De forma geral, na história de cada falha existe um “porquê” e um “como”. Assim o projetista deve estar familiarizado com categorias e tipos de falhas, bem como com categorias e tipos de tensão e cargas. Dentre as categorias de falhas, citam-se:

  1. Material – Seleção inadequada de material;
  2. Projeto – Dados de projeto incorretos e métodos de projeto imprecisos ou incorretos;
  • Fabricação – Controle de qualidade deficiente e procedimentos de fabricação inadequados ou insuficientes;
  1. Operação – Mudança de condição de serviço pelo usuário, operações inexperientes ou pessoal de manutenção, condições perturbadas.

Ao lidar com esses vários modos de falha, o projetista precisa ter uma compreensão e uma imagem do estado de estresse nas várias partes que compõem o vaso de pressão. É contra essas possíveis falhas que o projetista deve comparar e interpretar os valores de tensão e de deformação. Definir tensões admissíveis não é suficiente, deve-se considerar a geometria, a rigidez e as propriedades do material. A seleção de materiais é uma consideração importante quando relacionada às condições de operação. Detalhes de projeto e métodos de fabricação são tão importantes quanto o estresse admissível no projeto de vasos de pressão. Por fim, o projetista e todas aquelas pessoas que afetam o projeto devem ter uma visão clara das condições sob as quais o vaso operará.

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