ANP9 - Guilherme, Bruno, Salim e Polliana

ANP9 - Guilherme, Bruno, Salim e Polliana

Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica Graduação em Engenharia Mecânica Disciplina: SCHP Professor: João Cícero

A9-Vasos de Pressão e Acumuladores

Índice

  • Objetivos;

  • Vasos de Pressão;

  • Acumuladores;

  • Conclusões;

  • Bibliografia.

Objetivos

Apresentar os principais tipos de vasos de pressão e acumuladores, formas construtivas, materiais, utilização e normas.

Vasos de Pressão - Definições

O nome vaso de pressão designa genericamente todos os recipientes estanques, de qualquer tipo, dimensões, formato ou finalidade, capazes de conter um fluido pressurizado. Dentro de uma definição tão abrangente inclui-se uma enorme variedade de equipamentos, desde uma simples panela de pressão doméstica até os mais sofisticados reatores nuclerares.

Aplicações

  • Podem ser empregados em 03 situações distintas:

  • Armazenamento de gases sob pressão:para que possam ter um grande peso em volume pequeno (alta densidade kg/m³);

  • Acumulação intermediária de líquidos e gases: ocorre em sistemas onde é necessária a armazenagem de líquidos ou gases entre etapas de um mesmo processo ou entre processos distintos;

  • Processamento de gases e líquido: Inúmeros processos de transformação devem ser efetuados sob pressão.

Classificação

Quanto à função:

  • Vasos não-sujeitos à chama ( vasos de armazenamento e acúmulo, Torres de destilação, reatores diversos, esferas de armazenamento de gases, permutadores de calor)

  • Vasos Sujeitos à chama (caldeiras e fornos)

Quanto à pressão de operação:

  • Quanto à pressão de operação:

  • Quanto à posição da instalação (em relação ao solo):

    • Cilindro vertical: DI e DE, paralelo0s em relação ao solo e CET, perpendicular ao solo;
    • Cilindro Inclinado: DE,DI,CET, inclinados em relação ao solo;
    • Cilindro Horizontal: De,DI perpendiculares ao solo e CET, paralelo ao solo;
    • Cilindro Esférico: Quando a dimensão CET não pode ser definida

Componentes Estruturais

  • O casco dos vasos de pressão tem sempre o formato de uma superfície de revolução, salvo raríssimas exceções.

  • Os tampos são peças para fechamento dos cascos cilíndricos dos vasos, podendo ter formatos elípticos, esféricos, cônicos, hemisféricos e planos. A escolha do tampo é dada por fatores como: Exigência do serviço, Diâmetro, Pressão de Operação.

  • Aberturas e reforços têm várias finalidades no vaso de pressão. Bocais são aberturas feitas com a finalidade de: ligar tubulações de entrada e saída de produto, instalação de válvulas de segurança, instrumentos, drenos e respiros.

Exemplo de instalação de bocais

Reforços

São componentes colocados nas aberturas de diâmetro maior, de forma a compensar a perda de massa resistente dessas aberturas. Podem existir aberturas para ligação entre o corpo do vaso e outras partes, como para pontos de drenagem. Os vasos de pressão tem reforços externos do tipo:

  • Reforço de vácuo;

  • Anéis de Suporte de Isolamento;

  • Chapas de ligação, orelhas ou cantoneiras para suportes, escadas e demais estruturas;

  • Suportes para turcos de elevação de carga;

  • Turcos para as tampas de bocas de visita e outros flanges

Reforços nas Aberturas

Acessórios Externos - Ilustrações

Sustentação

A maioria dos vasos horizontais são suportados em dois berços (selas), sendo que para permitir a dilatação do vaso, em um dos berços os furos para os chumbadores são ovalados. Vasos verticais normalmente são sustentados por uma saia de chapa, embora vasos verticais de pequenas dimensões possam também ser sustentados em sapatas ou colunas.

As torres devem ser suportadas por meio de saias.

As esferas para armazenagem de gases são sustentadas por colunas, soldadas ao casco aproximadamente na linha do equador da esfera.

Suporte Tipo Colunas

Suporte Tipo berço (Sela)

Vasos Sobrepostos

Torres

  • Como a destilação/redestilação são processos demorados e oneroso, utilizam-se torres ou colunas, que permitem numa operação única a realização de todas estas operações. As torres servem para separar ou absorver componentes de misturas líquidas e gasosas, feitas por meio de destilação. Esta absorção é feita por meio de torres absorvedoras, separando substâncias indesejáveis do produto final.

  • Existem 02 grandes classes de torres:

Torres de Pratos (contato de fases em estágio); Torres recheadas (contato de fases contínuo).

Torres de Pratos

Composta por uma carcaça cilíndrica vertical, em que é montado no interior desta diversos pratos (bandejas) que são separados em distâncias iguais. Os produtos vaporizados sobem na torres através das bandejas, por aberturas para tal destinadas, descendo o líquido por outras aberturas em contracorrente com o vapor que sobe.

Fracionadoras

A separação é feita por destilação, e podem ser :

Com dispositivos de borbulhamento;

Com chicanas;

Com enchimentos diversos.

Com Dispositivos de Borbulhamento

  • Consiste em uma ou mais chapas com furos, nos quais são montados os borbulhadores. Estes por sua vez, são constituídos de uma parte cilíndrica (chaminé) colocada verticalmente em cada furo; de urna campânula que é colocada a parte cilíndrica; e de um sistema de fixação deste conjunto á bandeja que pode ser composto de cruzeta e porca. As bordas das campânulas são recortadas ou providas de frestas. Ao redor dos borbulhadores circula a parte líquida dos produtos. Este líquido é mantido em determinado nível por um vertedor na descarga do prato. O contato das fases líquido e vapor pelo borbulhamento produz a ação de fracionamento. O líquido que sai do prato flui através de um conduto para o prato inferior, conduto este que pode ser um tubo, tubos ou simplesmente um lâmina metálica vertical, próxima á parede da torre.

Pratos Perfurados

  • Os borbulhadores são substituídos por orifícios, os quais estão dimensionados de maneira a permitir a passagem dos vapores no sentido ascendente, sem deixar o líquido passar para baixo.

Pratos de grade

  • Neste caso a passagem do vapor se dá através de frestas existem no prato, que toma então o aspecto de uma grade.

Pratos de Válvulas

  • É um aperfeiçoamento do tipo pratos perfurados. Contém furos nos quais são colocadas válvulas, que variam sua abertura com o fluxo de vapor, não permitindo vazamentos de líquido. Abaixo, a figura ilustra o funcionamento de pratos de válvulas:

Chicanas

Este tipo de torre não é empregado nos casos em que se deseja uma boa separação. São normalmente usadas em vasos, como retificadoras ou evaporadores, em sistema que possuem altas cargas de vapor e líquido. Em certos casos, pode-se instalar 3 a 5 chicanas em torres de borbulhamento onde a carga de vapor é muito alta.

Torres com Recheio

São semelhantes na parte externa às torres de prato, sendo que no interior são colocados um ou mais tipos de recheios, cuja finalidade é proveruma grande área que, em operação, funciona como superfície de contato entre líquido e vapor. Da mesma forma que nas torres de prato, os vapores são ascendentes e o líquido entra pela parte superior é distribuído homogeneamente sobre o leito de recheio.

Ilustração – Torre com recheio

Noções Sobre Projetos de Vasos de Pressão

  • Pressão de Operação

É a pressão no topo de um vaso em posição de operação normal, que não deverá exceder a PMTA (Pressão Máxima Admissível de Trabalho) e será mantida a um nível relativamente inferior ao valor de abertura do dispositivo de alívio de pressão (válvula de segurança ou alívio).

  • Temperatura de Operação

Para determinados casos, será a temperatura da superfície metálica do vaso.

  • Pressão de Projeto

É utilizada na determinação da espessura mínima permissível ou das características físicas das diferentes partes de um vaso de pressão.

  • Temperatura de Projeto

É a temperatura correspondente á pressão de projeto. A temperatura de projeto de um vaso de pressão está baseada na temperatura real da parede do vaso, levando-se em consideração o efeito de isolamento térmico interno, resfriamento pela atmosfera, etc.

e) PMTA

  • A Pressão Admissível de Trabalho (PMTA) pode-se referir a cada uma das partes de um vaso, ou considerando-o todo. A PMTA de cada parte de um vaso é a pressão que causa na parte em questão uma tensão máxima igual à tensão admissível do material na temperatura de operação correspondente à parte considerada. Essas pressões são calculadas pelas fórmulas dadas na mesma norma de projeto adotada para o cálculo do vaso.

PMTA pelo código ASME

  • Pela definição do código ASME, Seção VIII, Divisão 1 (Parágrafo UG – 98), o cálculo da PMTA deve ser feito em função das espessuras corroídas, descontando-se portanto a sobre espessura para a corrosão que houver. A norma define a PMTA do vaso todo como sendo “ o maior valor permissível para pressão, medida no topo do vaso, na sua posição normal de trabalho, na temperatura correspondente à pressão considerada, tomando-se o vaso com a espessura corroída”.

f) Espessura da parede de um vaso

  • Espessura Mínima: É o valor determinado com as fórmulas constantes no código de projeto do vaso, considerando-se a pressão e temperatura de projeto, sem adicionar a sobre-espessura de corrosão.

  • Sobre-espessura de Corrosão: É o valor determinado com base na corrosão prevista e na vida útil especificada no projeto do vaso. Como regra geral, quando a taxa de corrosão for superior a 0,3 mm/ano ou quando a sobre-espessura para corrosão prevista for maior que 06 mm, recomenda-se que seja outro material de maior resistência á corrosão.

Espessura de projeto: É a soma da espessura mínima e da sobre-espessura para corrosão.

  • Espessura de projeto: É a soma da espessura mínima e da sobre-espessura para corrosão.

  • Espessura Nominal: É o valor da espessura de projeto adicionado a quantia necessária para compensar as perdas na conformação e para ajustar a espessura de projeto a uma espessura normal de mercado. Assim, a espessura nominal será sempre maior ou igual a espessura do projeto.

NR13 – Caldeiras / Vasos de Pressão

Esta Norma Reguladora (NR) estabelece os procedimentos obrigatórios nos locais onde se situam as caldeiras de qualquer fonte de energia, projeto, acompanhamento de operação e manutenção, inspeção e supervisão de caldeiras e vasos de pressão, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País.

Abordagem da NR13 – Vasos de Pressão

Itens Relevantes da NR13

Categorias – Potencial de Risco

Inspeção de Vasos de Pressão

  • A inspeção de segurança inicial deve ser feita em vasos novos, antes de sua entrada em funcionamento, no local definitivo de instalação, devendo compreender exame externo, interno e teste hidrostático.

  • A inspeção de segurança periódica, constituída por exame externo, interno e teste hidrostático, deve obedecer aos seguintes prazos máximos estabelecidos

Introdução – Acumuladores Hidráulicos

  • Para estudo destes equipamentos, servirá como base os catálogos do fabricante DF Equipamentos Industriais.

Acumuladores Hidráulicos

PRESSÃO DO NITROGÊNIO

APLICAÇÕES - CASOS DE UTILIZAÇÃO TÍPICA

Os acumuladores de bexiga DF possuem um amplo campo de utilização, entre outros para os

seguintes casos de aplicação:

– Armazenamento de energia;

– Acionamento de emergência;

– Compensação de forças;

– Compensação de fuga e vazamento de óleo;

– Compensação de volume;

– Absorção de choques;

– Amortecimento de pulsações ( Amortecedor de Pulsação ).

POSIÇÃO DE MONTAGEM

Os acumuladores de bexiga DF tanto podem ser instalados na vertical, na horizontal como também em posição inclinada. Para posições de instalação vertical ou inclinada a válvula do fluido deverá estar localizada na parte de baixo. A seguir, consta tabelas e imagens retiradas do catálogo do referido fabricante:

Acumulador de Pressão - FESTO

  • Acumulador a nitrogênio, tipo membrana, com capacidade nominal de 0,75 litros;

  • Bloco de controle equipado com uma válvula de descarga e uma válvula de segurança diretamente operada, com manômetro;

  • Pressão máxima: 120 bar;

  • Pressão de operação: 60 bar;

  • Temperatura de operação: -10 a 70 °C;

  • Conexões de engate rápido anti-vazamento.

Acumuladores de Pressão - HFRANCO

Abaixo acumuladores de pressão ATX1, ATX2, AT1 e AT2:

Conclusões

Com este relatório, foi possível entender sobre vasos de pressão, suas formas construtivas e as normas que norteiam o projeto. Foram apresentados os principais tipos de vasos, bem como a norma regulamentadora de inspeção NR-13.

Pelo que foi lido em matérias na internet, no livro “Vasos de Pressão” do Silva Telles, percebe-se que há muito campo de trabalho para o engenheiro mecânico que inspeciona vasos de pressão, dada a crescente preocupação das empresas com a segurança de suas instalações e busca de credenciamento de seus equipamentos e processos.

Bibliografia

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