11 – TESTES DE PRESSÃO 11.1 – TESTE HIDROSTÁTICO
11.3 – PROOF TEST 11.3.1 INTRODUÇÃO
A pressão máxima admissível de vasos ou componentes cuja resistência não podem ser determinadas com a precisão necessária (ver U-2), pode ser estabelecida utilizando um dos procedimentos de teste aplicável ao tipo de carregamento imposto ao equipamento.
Os testes previstos pelo código são os seguintes:
(a) Teste baseado no escoamento de parte do equipamento. Este teste é limitado a materiais com razão entre o valor mínimo de escoamento e o limite de resistência igual ou inferior a 0,625.
(b) Teste baseado no colapso (bursting) de parte do equipamento.
Devem ser tomadas medidas de segurança adicionais quando se realiza o chamado “proof test” em decorrência da incerteza no projeto do equipamento.
O teste somente pode ser utilizado com o objetivo de determinar a pressão máxima admissível daquele componente ou partes do equipamento cujas espessuras mínimas requeridas não podem ser estabelecidas pelas fórmulas que constam do código. A pressão máxima admissível obtida no teste para todos os elementos ou partes não pode ser superior ao valor estabelecido pelo cálculo.
O componente ou parte do equipamento cuja pressão máxima admissível deve ser estabelecida pelo teste não deve ter sido submetido previamente a pressão superior a 1,3 x a pressão estimada ou desejada para o equipamento, ajustada pela temperatura de operação.
Quando componentes, partes ou equipamentos similares tiveram sua pressão máxima admissível estabelecida através do “proof test”, um novo teste não necessita ser realizado, no entanto o equipamento deve ser submetido ao teste hidrostático ou pneumático, como previsto no código.
Componente, parte ou equipamento similar significa atender os seguintes requisitos: (a) Mesma configuração e tipo de construção;
(b) Mesma especificação de materiais (liga, grau, classe, tipo, tratamento térmico,..); (c) Mesma resistência mecânica;
(d) Mesmo P number;
(e) Para aços carbono e baixa liga, a mesma classificação de tenacidade da curva UCS- 66;
Para a determinação das tensões atuando durante o teste do equipamento, um número suficiente de pontos devem ser investigados com o objetivo de definir as regiões críticas para o acompanhamento. Uma técnica que pode ser utilizada para a definição desses pontos é a aplicação de um revestimento frágil (brittle coating) em todas as regiões sob suspeita de serem críticas.
A pressão durante o teste deve alcançar inicialmente metade do valor estimado para a pressão máxima admissível, a partir da qual a pressão deverá subir a uma razão aproximada de (1/10) ou menos dessa pressão máxima admissível estimada até que se alcance a pressão determinada para o “proof test”. A pressão deve ficar estacionária ao final de cada aumento de pressão por tempo suficiente para que sejam feitas observações e deve ser aliviada totalmente com o objetivo de identificar deformações permanentes no equipamento.
A pressão máxima admissível estabelecida pelo teste deverá ser corrigida para a corrosão futura através da equação abaixo.
PMA = PMA(Proof Test).(t – C)n / tn
Onde:
t: espessura nominal do material na região mais fina do componente; C: sobrespessura de corrosão;
n: fator que assume dois valores:
n = 1 superfícies curvas, tais como cilindros, esferas, cones com α ≤ 60o, superfícies estaidas e partes onde a tensão de flexão atuante é inferior ou igual a 67% da tensão total; n = 2 superfícies planas, tais como tampos planos, flanges, ou cones com α > 60o, exceto para superfícies estaiadas, a menos que seja possível provar que a tensão de flexão é inferior a 67% da tensão total.
As propriedades mecâncias do material (tensão de escoamento e limite de resistência) devem ser estabelecidas através da ASTM E-8. Tais propriedades devem ser determinadas pela média de 3(três) ou 4(quatro) corpos de prova retirados da parte a ser testada, após a realização do “proof test”. Estes corpos de prova devem ser retirados de locais que não alcançaram o escoamento durante o teste, não devendo ser removidos por corte com chama, o que poderia afetar as propriedades mecânicas do material.
11.3.2 – PRESSÃO MÁXIMA ADMISSÍVEL A TEMPERATURAS MAIS ELEVADAS
As pressões máximas admissíveis de componentes ou partes de equipamento que operam a temperaturas em que a tensão admissível do material seja inferior a da temperatura do teste devem ser corrigidas conforme a seguir.
PO = Pt.S / S2
Onde:
PO: pressão máxima admissível na temperatura de operação;
Pt: pressão máxima admissível na temperatura de teste;
S: tensão máxima admissível do material na temperatura de projeto; S2: tensão máxima admissível do material na temperatura de teste.
11.3.3 – PROCEDIMENTO DE TESTE DO REVESTIMENTO FRÁGIL (BRITTLE COATING) O componente ou parte do equipamento a ser testada deverá ser revestida externamente com uma camada de revestimento frágil que deve ser inspecionada durante os passos de pressurização com o objetivo de identificar evidências de fraturas no revestimento. A pressão deverá ser limitada ao momento que o primeiro sinal de escoamento ou a pressão inferior, se desejável.
A pressão máxima admissível na temperatura de teste deverá ser calculada como a seguir. (a) Para materiais com a tensão de escoamento média (Syavg) determinada pela ASTM E-
8 com a retirada de corpos de prova do componente. P = 0,5.H.Sy / Syavg
(b) Para componentes onde não foram retirados corpos de prova para a definição da tensão de escoamento média.
(1) Para aços carbono atendendo as especificações do código com um limite de resistência não superior a 70 ksi (480 MPa).
P = 0,5.H.Sµ / (Sµ + 35)
(2) Para qualquer material listado no código. P = 0,4.H
Onde:
H: pressão máxima alcançada durante o teste [MPa];
Sy: tensão de escoamento mínima da especificação do material na temperatura de teste
[MPa];
Syavg: tensão de escoamento real obtida do valor médio de corpos de prova retirados do
componente [MPa];
Sµ: limite de resistência mínimo da especificação do material na temperatura de teste [MPa].
11.3.4 – PROCEDIMENTO DE TESTE DO COLAPSO (BURSTING)
Este procedimento pode ser utilizado para componentes, partes ou equipamentos submetidos a pressão interna construídos em qualquer material previsto pelo código. A pressão máxima admissível de qualquer componente ou parte deve ser estabelecida através de um teste hidrostático até a falha por ruptura de um espécime “full-size” da parte de interesse. A pressão de teste em que a falha por ruptura ocorre deve ser determinada. Alternativamente a pressão de teste poderá ser interrompida anterior à falha, desde que o valor alcançado atenda ao requerido para a definição da pressão máxima admissível.
A pressão máxima admissível do componente ou parte testada deve ser determinada pelas equações a seguir.
(a) Para partes construídas com materiais outros que materiais fundidos.
avg S E . S x 4 B P µ µ = ou r S E . S x 4 B P µ µ =
(b) Para partes construídas com ferro fundido, ver item UCI-101, para partes construídas com ferro fundido dúctil, ver item UCD-101;
(c) Para partes construídas com materiais fundidos, excetos ferros fundidos.
avg S E . S x 4 f . B P µ µ = ou r S E . S x 4 f . B P µ µ =
Onde:
B: pressão de falha por ruptura, ou pressão limite alcançada durante o “proof test”; E: eficiência de junta do componente;
f: fator de qualidade do fundido, como especificado em UG-24;
Sµ: limite de resistência mínimo de especificação na temperatura de teste;
Sµavg: limite de resistência real do material na temperatura de teste, obtido através de corpos
de prova retirados do componente;
Sµr: limite de resistência máximo da especificação do material na temperatura do teste.
11.3.5 – PROCEDIMENTO DE TESTE DE MEDIÇÕES DE DEFORMAÇÕES
Este procedimento pode ser utilizado para componentes, partes ou equipamentos submetidos a pressão interna construídos em qualquer material previsto pelo código. As deformações devem ser medidas nas direções de tensões máximas nas regiões mais críticas através de “strain-gages” de qualquer tipo, com capacidade de indicação de deformações incrementais de 0,00005 in/in (0,005%). É recomendado que o comprimento do “gage” seja tal que não exceda 10% da deformação esperada.
Após cada passo de aumento de pressão, as deformações devem ser medidas e a pressão de teste registrada. A pressão deve ser aliviada a zero e qualquer deformação permanente determinada após qualquer incremento de pressão que indique um aumento da deformação acima do igual incremento anterior de pressão.
Para cada “gage” devem ser plotadas 2(duas) curvas, uma apresentando a variação da deformação com a pressão aplicada e outra apresentando a deformação permanente quando a pressão é removida. O teste deve ser interrompido quando a pressão de teste alcance o valor H que justifique a pressão máxima admissível desejada, mas não excedendo a pressão cuja plotagem de pontos para o “gage” com maiores deformações alcance o valor abaixo indicado.
(a) 0,2% de deformação permanente para alumínio e ligas de níquel;
(b) 0,2% de deformação permanente para aços carbono, aços baixa-liga e aços alta-liga; (c) 0,5% de deformação sob pressão atuante, para ligas de cobre.
A pressão máxima admissível deve ser calculada através de uma das fórmulas a seguir. (a) Para materiais com a tensão de escoamento média (Syavg) determinada pela ASTM E-
8 com a retirada de corpos de prova do componente. P = 0,5.H.Sy / Syavg
(b) Para componentes onde não foram retirados corpos de prova para a definição da tensão de escoamento média.
P = 0,4.H Onde:
H: pressão máxima alcançada durante o teste [MPa];
Sy: tensão de escoamento mínima da especificação do material na temperatura de teste
[MPa];
Syavg: tensão de escoamento real obtida do valor médio de corpos de prova retirados do
componente [MPa];
11.3.6 – PROCEDIMENTO DE TESTE DE MEDIÇÕES DE DESLOCAMENTOS
Este procedimento pode ser utilizado para componentes, partes ou equipamentos submetidos a pressão interna construídos em materiais com um limite de escoamento bem definido. Os deslocamentos devem ser medidos nas regiões críticas de tensões por meio de qualquer tipo de instrumento capaz de realizar medidas de 0,001 in (0,02 mm). Os deslocamentos podem ser medidos entre 2(dois) pontos diametralmente opostos em uma estrutrura de referencia, ou entre pontos de referência em um ponto fixo.
Após cada incremento de pressão, leituras de deslocamentos e pressão devem ser registradas. A pressão de teste deve ser aliviada a zero e deslocamentos permanentes devem ser determinados após qualquer incremento de pressão que indique incremento no deslocamento medido para um igual incremento de pressão.
Para cada ponto de medição de deslocamentos devem ser plotadas 2(duas) curvas de deslocamento em função da pressão, uma curva apresentando o deslocamento e a pressão aplicada e a outra curva apresentando o deslocamento permanente quando a pressão é aliviada. A aplicação da pressão deve ser interrompida quando a curva de deslocamento e pressão desviar da linearidade.
A pressão máxima admissível na temperatura de teste deverá ser calculada como a seguir. (a) Para materiais com a tensão de escoamento média (Syavg) determinada pela ASTM E-
8 com a retirada de corpos de prova do componente. P = 0,5.H.Sy / Syavg
(b) Para componentes onde não foram retirados corpos de prova para a definição da tensão de escoamento média.
(1) Para aços carbono atendendo as especificações do código com um limite de resistência não superior a 70 ksi (480 MPa).
P = 0,5.H.Sµ / (Sµ + 35)
(2) Para qualquer material listado no código. P = 0,4.H
11.3.7 – PROCEDIMENTO DE TESTE PARA VASOS COM GEOMETRIAS ESPECIAIS SUJEITAS A COLAPSO
Quando o componente ou partes do equipamento forem construídos com geometria especial, diferente de cilíndrico ou tampo conformado ou vasos com camisa externa que se extende apenas em uma parte da circunferencia, devem suportar sem deformações excessivas a um teste hidrostático correspondente a 3 vezes a pressão máxima admissível desejada para o equipamento.