4 – TENSÕES ADMISSÍVEIS
4.2 – HISTÓRICO DA EVOLUÇÃO DOS FATORES DE SEGURANÇA NO CÓDIGO ASME 4.2.1 ASME Seção VIII – Divisão
A Edição de 1998 – Adenda 1999 do código ASME alterou o fator de segurança a ser aplicado ao limite de resistência dos materiais para projetos utilizando a Seção VIII – Divisão 1. O valor foi reduzido de 4,0 para 3,5, após 55 anos de evolução dos materiais, processos de soldagem e projeto dos equipamentos.
O fator de segurança em 1914, quando do lançamento da primeira Edição do código era 5,0 e foi mantido até 1944, quando da II Guerra Mundial e a necessidade de reduzir o conservadorismo dos projetos. A justificativa na época para a redução do fator de segurança foi a seguinte: "great improvements in the art of welding." Assim o fator foi reduzido para 4,0 e o teste hidrostático foi alterado de um fator 2,0 para 1,5.
Estas alterações não possuiam base técnica sólida e foram motivadas mais por razões econômicas e emocionais do que na qualidade intrínseca das soldagens realizadas nos equipamentos.
Muitos dos processos de soldagem atualmente utilizados eram apenas desenvolvimento na década de 40 (gas metal arc, gas tungsten arc, and submerged processes, low hydrogen electrodes, flux core process, electro-slag process, electron beam process, and laser welding process). Após a Guerra, o fator retornou a 5,0, se mantendo até a Edição de 1951 do código que estabeleceu definitavemente o valor de 4,0 para o fator de segurança.
A atual mudança no fator foi realizada com base na qualidade dos materiais, melhoria dos processos de soldagem, consumíveis, métodos de inspeção e em códigos de outros países. Em 1944, o conceito de tenacidade do material era restrito a laboratórios, sem aplicação industrial de projetos e de conceitos baseados na mecânica da fratura. O alívio de tensões residuais e o pré-aquecimento na soldagem somente passaram a ser incorporados no código ASME a partir da Edição de 1962.
O único ensaio não-destrutivo disponível em 1944 era a radiografia, em estágios iniciais de desenvolvimento. O ensaio de ultra-som apenas em 1947 teve uma maior importância com o desenvolvimento do cabeçote angular.
O Governo Americano patrocinou um estudo para determinar as causas das falhas e avaliar fatores metalúrgicas que contribuíram para estas falhas. Preliminarmente foi determinado que a causa das falhas era geralmente relacionada a fratura frágil.
O estudo também mostrou que altos níveis de carbono, fósforo, molibdênio e arsênico na composição, aumentam a temperatura de transição, enquanto que o níquel, silício, manganês e cobre reduzem a temperatura de transição do material. Os resultados deste e outros estudos auxiliaram a compreender a importância da tenacidade a fratura para a prevenção de falhas em componentes pressurizados. Apesar disso, estas informações não eram disseminadas em 1944.
O teste de “drop weight” não foi desenvolvido até o final dos anos 40, e os conceitos de mecânica da fratura eram uma curiosidade de laboratório de 1944.
A aplicação da mecânica da fratura para vasos de pressão e as informações necessárias para tornar o método viável para a determinação da adequação ao uso foram extensivamente discutidas em uma publicação de 1967 do Oak Ridge National Laboratory. Este documento motivou a formação do programa Heavy Section Steel Technology, que transformou os conceitos de mecânica da fratura em procedimentos para uso prático.
A mecânica da fratura é utilizada pela Section XI of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code para determinar a integridade de vasos de pressão da área nuclear. A experiência na utilização destes conceitos foram base das recentes revisões nos requisitos de tenacidade da Seção VIII e para as considerações de projeto da Divisão 3 do ASME Seção VIII, para altas pressões.
O efeito da redução do fator de segurança de 4 para 3,5 e o aumento das tensões admissíveis, obtidas nas tabelas 1A e 1B da Seção II – Parte D, foram da ordem de 14,3% na faixa de temperatura em que as propriedades mecânicas são inalteradas com o tempo, abaixo da zona de creep. Não foram alteradas as tensões em temperaturas sob a influência do creep.
O conservadorismo da Seção I e Seção VIII – Divisão 1 continua significante. A probabilidade de falha de um componente devido a tensão excessiva é considerada reduzida.
4.2.2 - ASME Seção VIII – Divisão 2
O ASME Seção VIII – Divisão 2 foi publicado inicialmente em 1968 com o objetivo de fornecer regras alternativas para o projeto e construção de vasos de pressão. O desenvolvimento deste código foi impulsionado pela necessidade de utilização de vasos de pressão em condições de mais elevadas pressões de trabalho.
Com a alteração em 1998 do fator de segurança do ASME Seção VIII – Divisão 1 do valor 4,0 para 3,5 aplicado ao limite de resistência do material, a diferença para o ASME Seção VIII – Divisão 2 tornou-se reduzida o que levou a estudos no sentido de definir um fator de segurança também menor para este último.
Originalmente, durante a revisão da Edição de 2007, foram propostas 3 diferentes Classes de equipamento com fatores de segurança diversos (3,0 para a Classe 3, 2,4 para a Classe 2 e 1,875 para a Classe 1), no entanto, prevaleceu a utilização de um fator de segurança único de 2,4. No entanto, o fator é aplicado ao limite de resistência do material na temperatura ambiente, o que pode significar na prática a utilização de fatores efetivamente menores do que 2,4 em função do comportamento do material a temperaturas acima da ambiente.
Destaca-se que o código ASME é especificamente aplicável para equipamentos novos. Portanto equipamentos que venham a operar em condições fora do escopo do código podem acumular danos em operação não previstos em seu projeto. Com a redução do fator de segurança no projeto dos equipamentos ASME Seção VIII – Divisão 2, possivelmente algum impacto se espera na vida útil futura destes vasos e o controle operacional dentro das condições definidas no projeto deve ser mais exigente.