A NR13 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:
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.
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