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ELEMENTOS FINITOS APLICADOS A NR 13 – ENTENDA UM POUCO MAIS…

Postado em 27 de junho de 2018 por

ELEMENTOS FINITOS APLICADOS A NR13 – ENTENDA UM POUCO MAIS…

 

A NR 13 é a norma regulamentadora que estabelece os requisitos mínimos para a gestão da integridade estrutural de caldeiras a vapor, vasos de pressão e tubulações.

Neste artigo, vamos comentar um pouco sobre o cálculo estrutural realizado em vasos de pressão, como também as condições em que a análise de elementos finitos é aplicável.

Na área de cálculo estrutural, a NR13 faz referências a normas que sejam específicas para o projeto e construção de caldeiras e vasos de pressão. A norma ASME VIII é uma das mais utilizadas no Brasil, sendo amplamente utilizada para a validação desses equipamentos.

Geralmente, a verificação das tensões atuantes em vasos de pressão é realizada através de cálculos analíticos fornecidas pela norma que consideram determinadas geometrias padrões.

Os cálculos analíticos são viáveis quando a geometria obedece a um formato geométrico que possa ser calculado, entretanto existem muitos casos em que as geometrias “fogem” dessas regras convencionais e os cálculos acabam não sendo viáveis.

Abaixo separamos algumas situações reais em que os componentes foram reprovados por não possuírem uma geometria “convencional”:

Reforços em Tampo Reto:

Figura 1 – Reforço em Tampo Reto.

Transição em Costados:

Figura 2 – Transição em Costado.

“Pescoço de Bocal” não Convencionais:

Figura 3 – Pescoço de Bocal com Reforços.

Reforços Circunferenciais em Costado:

Figura 4 – Vaso de Pressão com Reforço Circunferencial no Costado.

Bocal não Convencional:

Figura 5 – Trocador de Calor com Bocal não Convencional.

Como pode-se perceber, as geometrias mostradas nos exemplos são irregulares, fazendo com que não existam equações analíticas para a definição das tensões atuantes nessas situações. Em casos como esse, o “dono do equipamento” tem 02 opções:

  1. Alterar a parte reprovada para uma geometria convencional;
  2. Realizar análise de elementos finitos;

A opção 01 muitas vezes pode gerar custos excessivos, além de alterar o design para uma situação que pode não ser a melhor possível por motivos de processo ou eficiência do equipamento.

A análise de elementos finitos é uma ótima saída nessas situações, onde as solicitações estruturais podem ser calculadas sem restrições de geometria, gerando resultados detalhados de cada parte do equipamento, e sendo um método reconhecido por normas (ex. ASME VIII Div 2).

Quais são as etapas para realizar a análise de elementos finitos?

Passo 01) Levantar a geometria 3D do equipamento.

Figura 6 – Geometria CAD 3D do Vaso de Pressão.

Passo 02) Conhecer os materiais dos componentes.

Figura 7 – Identificação dos Componentes.

Tabela 1 – Identificação dos Componentes.

Passo 03) Gerar o modelo de Elementos Finitos.

Figura 8 – Malha Gerada para a Análise de Elementos Finitos.

Passo 04) Condições de Contorno (pressão e Restrição).

Figura 9 – Pressões Aplicadas no Vaso de Pressão.

Passo 05) Análise dos Resultados.

Figura 10 – Vista Geral dos Deslocamentos.

Figura 11 – Vista Geral das Tensões Primárias de Membrana Generalizadas.

A análise de tensões dos vasos de pressão possui critérios específicos de acordo com as normas aplicáveis, definindo a aprovação ou reprovação do equipamento para operação segura.

Quer aprender um pouco mais sobre análise de elementos finitos? Acesse nossos artigos.

 

Portanto, sempre que tiver uma condição em que não é possível realizar o cálculo convencional em vasos de pressão e caldeiras, você pode optar por realizar uma análise de elementos finitos para reduzir os custos e otimizar a performance de seu equipamento.

Precisa de uma análise de elementos finitos? Consulte-nos já!

José Guilherme

José Guilherme

Engenheiro Mecânico pela Universidade Presbiteriana Mackenzie e pós-graduado em Análise Estrutural utilizando o Método dos Elementos Finitos pelo Instituto ESSS....
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