9 – DIMENSIONAMENTO DE COMPONENTES PRESSURIZADOS
Passo 11: Se a pressão máxima admissível interna, calculada no Passo 10, é igual ou superior a pressão de projeto, então o dimensionamento está definido Se a pressão calcular
é inferior a pressão de projeto, então a espessura do tampo deverá ser aumentada e os Passos 2 a 10 repetidos.
E.4 - Tampos torisféricos com espessuras diferentes na região central e na região tórica – ASME Seção VIII – Divisão 2: após 2007
A espessura mínima requerida da região central deve ser determinada de acordo com o parágrafo 4.3.5 do ASME, para dimensionamento de tampos esféricos. A espessura mínima requerida da região tórica deve ser determinada de acordo com o parágrafo 4.3.6.1.b (Critério de cálculo anteriormente descrito).
E.5 - Tampos Elipsoidais – ASME Seção VIII – Divisão 2: após 2007
A espessura mínima requerida de tampos elipsoidais sujeitos a pressão interna deve ser calculada utilizando as equações do parágrafo 4.3.6 (Critério de cálculo anteriormente descrito), com as seguintes alterações.
r = D(0.5 / k – 0.08) L = D(0.44k + 0.02) k = D/2h
As regras deste parágrafo são aplicáveis para tampos elipsoidais que satisfazem a equação abaixo. Em caso contrário, o dimensionamento deverá ser realizado de acordo com a Part 5 (Projeto por Análise).
F - Tampos cônicos ou seções cônicas :
Tabela 9.10
αααα ≤≤≤≤ 30o Espessura
mínima requerida 2cos
(
SE 0,6P)
PD t − α = Pressão máxima admissível(
D 1,2tcosα)
2tSEcosα P + = Tensões atuantes(
)
2tEcosα 1,2tcosα D P S= + αααα > 30o Análise especialASME Seção VIII – Divisão 2 antes de 2007:
(
S 0,5P)
PR t
− =
De acordo com o item AD-203 do código ASME Seção VIII – Divisão 2, a espessura mínima requerida de tampos ou seções cônicas devem ser determinados com as mesma fórmula de costado cilíndrico com o raio médio medido normal a superfície (R = D / 2cos(α)).
ASME Seção VIII – Divisão 2 após 2007:
− α = 1 SE P exp ) cos( 2 D t G – Tampos Planos
Para o dimensionamento dos tampos planos utilizaremos a seguinte nomenclatura.
C – Fator que depende do tipo de tampo, método de ligação, dimensões, etc,... Este fator, para tampos soldados, inclui um fator igual a 0,667 o que efetivamente aumenta a tensão admissível, em tais construções para 1,5.S.
D – dimensão maior de um tampo não circular, medida perpendicularmente à dimensão menor;
d – diâmetro ou menor dimensão para tampos não circulares;
hG – braço do momento da junta, distância radial entre a linha de centro dos parafusos à
linha de reação da junta; E – eficiência de junta;
L – perímetro medido ao longo da linha de centro dos parafusos de um flange não circular; m – relação tr / ts;
P – pressão de projeto;
S – tensão máxima admissível;
t – espessura requerida para o tampo;
ts – espessura de fabricação do casco, excluída a sobrespessura de corrosão;
W – carga dos parafusos (na condição de operação: P≠0 e na de assentamento: P=0); Z – fator para tampos não circulares.
Tipo de Tampo Fórmula de Cálculo
Circular, sem ligação aparafusada
2 / 1 SE CP . d t = Circular, com ligação aparafusada
2 / 1 3 G SEd Wh 9 , 1 SE CP . d t + =
Não circular, sem ligação aparafusada
2 / 1 SE ZCP . d t = onde : Z = 3,4 – 2,4.d/D Z≤ 2,5 Não circular, com ligação aparafusada
2 / 1 3 G SELd Wh 6 SE ZCP . d t + = onde : Z = 3,4 – 2,4.d/D Z≤ 2,5 Tabela 9.11 – Fórmulas de Cálculo de Espessura de Tampos Planos
Observação: A formulação para dimensionamento de tampos planos conforme o código ASME Seção VIII – Div.2 é muito similar a aqui apresentada. Para maiores detalhes, ver item 4.6 da Parte 4 (Design by Rules Requirements) do código.
A figura UG-34 apresenta alguns tipos de tampos planos normalmente utilizados. Outras abreviaturas, referenciadas na figura UG-34, estão definidas no parágrafo UG-34 e na figura UW-13.2 do código.
9.1.4 – EFICIÊNCIA DE JUNTA SOLDADA
Para o dimensionamento de componentes pressurizados de vasos de pressão é necessária a definição da eficiência de junta soldada, considerada à partir da categoria, tipo de junta e nível de inspeção quando da fabricação do vaso.
- Tipos de Juntas
O Código ASME permite a utilização dos seguintes tipos de juntas soldadas (Tab. UW-12):
Desenho Esquemático Descrição Tipo de Junta
Juntas de topo com cordão duplo
1
Juntas de topo com cordão simples
e cobre junta
2
Juntas de topo com cordão simples
3
Junta sobreposta com solda dupla
em angulo (integral)
4
Junta sobreposta com solda simples em angulo (integral) e
solda de tampão
5
Junta sobreposta com solda
simples em angulo (integral)
6
Juntas de canto com penetraçãoparcial ou total e/ou solda em
ângulo.
7
Juntas de soldas em ângulo.
8
Tabela 9.12 – Tipos de Juntas SoldadasNOTA:
Os tipos de junta apresentados anteriormente são considerados aceitáveis pelo código ASME Seção VIII – Divisão 1. Entretanto a norma N-253 apresenta restrições com relação aos tipos de junta aceitáveis, tais como:
- Solda de Penetração Total:
Todas as soldas submetidas aos esforços de pressão, no casco e nos tampos, devem ser de topo, de penetração total, feitas pelos 2 lados e radiografáveis. Quando a solda interna for impraticável, pode ser feita apenas a solda externa, adotando-se um método que garanta a qualidade da raiz da solda.
As soldas dos pescoços dos bocais e das bocas de visita ao vaso devem também ter penetração total. Quando, devido à grande espessura da parede, essa disposição for impossível, o projeto da ligação soldada deve ser submetido à aprovação prévia da PETROBRAS.
- Categoria de Junta
A categoria da junta define a localização no equipamento, não define o tipo de junta soldada. A partir da categoria da junta, o código de projeto estabelece requisitos especiais quanto ao tipo de junta e o grau de inspeção a que estarão sujeitas determinadas juntas num vaso de pressão. Estes requisitos especiais serão estabelecidos em função do serviço, material e espessura do vaso. As categorias de juntas definidas pelo código são as seguintes:
• Categoria A: Juntas longitudinais do costado e botas, transições de diâmetros, pescoço de bocais. Todas as juntas do corpo da esfera. Soldas circunferenciais ligando tampos hemisféricos ao costado;
• Categoria B: Juntas circunferenciais do costado e botas, transições de diâmetros, pescoço de bocais. Soldas de ligação entre tampos, exceto o hemisférico, ao costado;
• Categoria C: Juntas conectando flanges, espelhos, tampos planos;
• Categoria D: Juntas de ligação de pescoço de bocais e botas ao costado.
A figura a seguir apresenta as categorias de juntas definidas acima.
– Inspeção de Fabricação
O código ASME Seç.VIII - Div.1, parágrafo UW-11, estabelece para juntas soldadas as seguintes possibilidades para realização de exame radiográfico:
a. Radiografia Total (Conforme UW-51)
(1) - Todas as juntas de topo em costado e tampos em vasos com “Serviço Letal”;
(2) - Todas as juntas de topo em componentes pressurizados de vasos em que a espessura nominal na região da junta exceda 1 ½ in, ou exceda os limites estabelecidos em UCS-57, UNF-57, UHA-33, UCL-35 ou UCL-36;
Table UCS-57 Thickness above which full radiographic examination of butt-welded joints is mandatory
P-No & Group No. Classification of Material
Nominal thickness above which butt-welded joints shall be fully radiographed, in (mm)
1 Gr. 1, 2, 3 1 ¼ (32) 3 Gr. 1, 2, 3 3/4 (19) 4 Gr. 1, 2 5/8 (16) 5A Gr. 1, 2 0 (0) 5B Gr. 1, 2 0 (0) 5C Gr. 1 0 (0) 15E, Gr.1 0 (0) 9A Gr. 1 5/8 (16) 9B Gr. 1 5/8 (16) 10A Gr. 1 3/4 (19) 10B Gr. 1 5/8 (16) 10C Gr. 1 5/8 (16) 10F Gr. 1 3/4 (19)
Observação: P-Number é um número que caracteriza grupos de materiais com a mesma soldabilidade. Através do P-Number se fixa características de tratamento térmico e do exame radiográfico de um equipamento. Nas tabelas de tensão admissível constantes das normas encontram-se a indicação do P-Number de cada material.
Tabela 9.13 – Reprodução da Table UCS-57
(3) - Todas as soldas de topo em costado e tampos em “unfired steam boilers” tendo pressão de projeto superior a 50 psi ou não excedendo 50 psi mas com espessura nominal na região da junta excedendo o especificado em (2) acima;
(4) - Todas as soldas de topo em bocais, botas, etc,... com espessura nominal na região da junta excedendo o especificado em (2) acima ou conectando em seções de vasos ou tampos que exigem radiografia total conforme itens (1), (2) ou (3) acima;
(5) - Todas as juntas de Categorias A & D em seções de vasos ou tampos onde a eficiência utilizada no projeto é permitida por UW-12(a), neste caso:
(a) - Soldas de Categorias A & B conectando seções de vasos ou tampos deverão ser do Tipo (1) ou Tipo (2) da Tabela UW-12;
(b) - Soldas de Categorias B ou C que interceptam juntas de Categoria A em seções de vasos ou tampos ou conectando seções ou tampos sem costura devem ser, no mínimo, radiografadas por pontos de acordo com UW-52;
(6) - Todas as soldas de topo unidas por eletro gás com passe único maior que 1 ½ in e todas as soldas por eletroescória;
(7) - Exame de ultra-som de acordo com UW-53 poderá substituir o ensaio radiográfico para a solda final de fechamento de um vaso que não permite acesso para o filme. A dificuldade de utilização da radiografia não pode ser justificativa para sua substituição.
Observação: Equipamentos soldados com inspeção conforme UHT-57, ULW-51, ULW- 52(d), ULW-54 ou ULT-57 são em geral fabricados com exigência de radiografia total, com algumas exceções como, por exemplo, a citada do paragrafo UW-11 (4) do código para materiais conforme UHT-57.
b. Radiografia por Pontos (Conforme UW-52)
Exceto quando radiografia por pontos é requerida para juntas de Categoria B ou C por (a)(5)(b) acima, juntas de topo dos Tipos (1) ou (2) da Tabela UW-12 que não requerem radiografia total, conforme item (a) acima, podem ser examinadas por pontos. Se radiografia por pontos é especificada para o vaso inteiro, ensaio radiográfico não é requerido para as juntas de Categorias B & C em bocais ou botas que não excedam nem NPS 10 nem 1 1/8 in de espessura.
c. Sem Radiografia
Exceto como requerido em (a) acima, nenhuma radiografia é requerida para juntas de vasos projetados apenas para pressão externa, ou quando o projeto da junta está de acordo com UW-12 (c). A N-253 da PETROBRAS não admite esta possibilidade.
- Valor da Eficiência de Juntas
A tabela UW-12 fornece a eficiência de junta “E” a ser utilizada nas fórmulas de cálculo desta Divisão para juntas obtidas por soldagem. O valor de “E” depende apenas do Tipo de junta e grau de inspeção empregado. O usuário/cliente deverá selecionar o Tipo de junta e grau de inspeção conveniente, a menos que outras regras ditem esta seleção.
- Um valor de “E” não superior ao fornecido pela coluna (a) da Tabela UW-12 deverá ser utilizado no projeto de juntas de topo totalmente radiografadas, exceto quando os requisitos de UW-11(a)(5) não são cumpridos, quando se utiliza o valor da coluna (b) da Tabela UW- 12.
- Um valor de “E” não superior ao apresentado na coluna (b) da Tabela UW-12 deve ser utilizado no dimensionamento de vasos baseado em exame radiográfico por pontos.
- Um valor de “E” não superior ao apresentado na coluna (c) da Tabela UW-12 deve ser utilizado no dimensionamento de vasos sem exame radiográfico.
OBS:
1) Seções do casco ou tampos sem costura são considerados equivalentes a seções soldadas de mesma geometria onde todas as soldas de Categoria A são do Tipo 1. Para cálculos envolvendo a tensão circunferencial em seções sem costura considerar: E = 1,0 quando os requisitos de UW-11(a)(5)(b) são atendidos (isto é: as soldas do tipo B ou C destas seções são, no mínimo, radiografadas por pontos), e E = 0,85 quando estes requisitos não são atendidos.
2) No apêndice L, encontram-se vários diagramas de bloco orientando quanto ao tipo de exame radiográfico e valores de eficiência de juntas que podem ser adotadas no projeto de um vaso de pressão.
Tabela 9.15 – Reprodução da Tabela UW-12 - MÁXIMO VALOR ADMISSÍVEL DE EFICIÊNCIA DE JUNTA PARA SOLDAS A GÁS E ARCO
Tipo Descrição Limitações Categoria
de Junta (a) Full Nota(1) (b) Spot Nota(2) (c) Sem (1)
Juntas de topo com dupla soldagem ou obtida de modo a manter a mesma qualidade de metal depositado interna e externamente de forma a estar de acordo com os requisitos de UW-35. Soldas utilizando mata-juntas que permaneçam no local são excluídas.
Nenhuma A, B, C & D 1,00 0,85 0,70
(2)
Solda simples em juntas de topo com utilização de mata-juntas ou outro tipo que os incluídos em (1)
(a) Nenhuma exceto como em (b)
abaixo; A, B, C & D 0,90 0,80 0,65
(b) Juntas de topo circunferenciais com um “offset”, conforme UW- 13(b)(4) e Figura UW-13.1 sketch (k)
A, B & C 0,90 0,80 0,65
(3) Solda simples em juntas de topo sem utilização de mata-juntas
Somente em juntas de topo circunferenciais, com espessuras abaixo de 5/8 in e com diâmetros inferiores a 24 in
A, B & C NA NA 0,60
(4) Solda de filete (sobreposta) dupla
(a) Juntas longitudinais com
espessura abaixo de 3/8 in; A NA NA 0,55
(b) Juntas circunferenciais com espessuras abaixo de 5/8 in
B & C
[Nota(3)] NA NA 0,55
(5) Solda de filete (sobreposta) simples com “plug welds” conforme UW-17
(a) Juntas circunferenciais [Nota(4)] para junção de tampos com diâmetros externos não superiores a 24 in e costado com espessuras inferiores a ½ in.
B NA NA 0,50
(b) Juntas circunferenciais para junção de costados ou jaquetas com espessuras nominais inferiores a 5/8 in, onde à distância do centro do “plug weld” para a extremidade da chapa não é menor que 1 ½ o diâmetro do furo para o “plug”.
C NA NA 0,50
(6) Solda de filete simples sem “plug welds”
(a) Para junção de tampos com pressão atuante no lado convexo em costados com espessura requerida não superiores a 5/8 in, somente com o uso de solda de filete interno ao costado;
A & B NA NA 0,45
(b) Para junção de tampos tendo pressão em ambos os lados em costados com diâmetros internos não superiores a 24 in e com espessura requerida não superiores a ¼ in com solda de filete no lado externo do tampo flangeado somente.
A & B NA NA 0,45
(7) Juntas de canto, penetração total, penetração parcial, ou solda de filete.
Como limitado pela figura UW-13.2 e figura UW-16.1.
C & D
[Nota(5)] NA NA NA
(8) Junta em ângulo Projeto pelo parágrafo U-2(g) para
juntas Categoria B e C. B, C & D NA NA NA
Notas Gerais:
(a) O fator simples mostrado para cada combinação de Categoria de junta e grau de exame de radiografia substitui ambos fatores de redução de tensões e eficiência de junta em relação às considerações previamente utilizadas nesta Divisão;
(b) E = 1,0 para juntas de topo em compressão. NOTAS:
(1) Ver UW-12(a) e UW-51; (2) Ver UW-12(b) e UW-52
(3) Para a junta Categoria C do Tipo 4, limitação não é aplicável para conexões de flanges aparafusados. (4) Juntas conectando tampos hemisféricos e costado cilíndricos são excluídas;
(5) Não existe um valor de eficiência de junta E para o cálculo dessa Divisão para juntas de canto Categorias C e D. Quando necessário, um valor de E não superior a 1,0 deve ser utilizado.
Para o Código ASME Seç.VIII
– Divisão 2 (Tabela 7.2), as soldas pressurizadas do equipamento devem normalmente ser totalmente radiografadas, sendo admitido o uso de radiografia parcial, apenas para equipamentos de materiais dos Grupos 3a e 3b projetados de acordo com a Parte 4 (Design by Rules Requirements) que apresentam baixos valores de espessura (ver Tabela 7.1 do Código).
Na Divisão 2 os tipos de juntas permitidos são as seguintes :
• Categoria A: Todas as juntas de categoria A devem ser do tipo 1;
• Categoria B: Todas as juntas de categoria B devem ser do tipo 1 ou tipo 2 (tipo 3, restrito a espessuras até 16mm em diâmetros até 610mm);
• Categoria C: Todas as juntas de categoria C devem ser do tipo 1 de topo, em ângulo com penetração total, ou para aplicações limitadas às juntas Categoria C podem ser de filete. • Categoria D: Todas as juntas de categoria D devem ser do tipo 1 de topo ou em ângulo
com penetração total (a menos de algumas junta em ângulo em pescoço de bocais). • Categoria E: Juntas para fixação de partes não pressurizadas, suportes, olhais e
enrijecedores (com vários tipos de junta, de penetração ou não, sendo aceitáveis).
O item 4.2.5 do ASME Seção VIII – Div.2 apresenta todas as limitações e exceções de geometria de juntas soldadas permitidas.
Tabela 9.16 – Table 7.2(parte) Inspeção Não Destrutiva – ASME Seção VIII – Div.2 após 2007
Observação Importante:
O ASME Seção VIII Divisão 1, em sua Adenda 2011 item UW-51 (4), passou a permitir a utilização de Inspeção por Ultrasom em lugar da Inspeção Radiográfica, em todas as soldas com espessura de ½ in ou acima, seguindo o mesmo critério já permitido pelo ASME Seção VIII Divisão 2 desde 2007 (inspeção deve atender aos requisitos definidos no item 7.5.5 da Divisão 2).