Vasos de Pressão
Materiais para vasos de pressão
Materiais para Vasos de Pressão
Materiais para Vasos de Pressão
Materiais para Vasos de Pressão
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Maior uso: aço carbono
–
Usado em todos os casos, a não ser em situações
especiais
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●
●
●
–
Boa conformabilidade
Boa soldabilidade
Fácil de encontrar e obter
Menor relação preço/resistência
Pode ser adaptado através de tratamentos térmicos ou
de superfície
Daí usam-se os outros materiais
Especificação de material
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Documentos normativos emitidos por
sociedades de normatização reconhecidas
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ABNT, ASTM, DIN, BSI
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Descrição e finalidades do material
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ASME: limita os materiais utilizados para partes pressurizadas
Composição química
Propriedades mecânicas
Ensaios e testes exigidos ou recomendados
Condições de aceite, rejeite e marcação do material
Retirada de corpos de prova
Especificação de material
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Fatores que afetam a escolha do material do vaso
–
Fluido contido
–
Condições de serviço (pressão, temperatura…)
–
Nível de tensões
–
Natureza dos esforços mecânicos
–
Custo do material
–
Segurança
–
Forma de apresentação do material
–
Facilidades de fabricação e montagem
–
Tempo de vida previsto
–
Experiência prévia
–
Facilidade de obtenção do material
–
Variações toleradas de forma ou dimensões
–
Manutenção
Fluido contido
●
Corrosão x Contaminação
–
Natureza e concentração do fluido
–
Impurezas e contaminantes presentes
–
Existência de gases dissolvidos ou sólidos em
suspensão
–
Temperatura e pH
–
Inflamabilidade, ponto de fulgor, toxicidade
–
Explosividade
–
Contaminação do fluido pelos resíduos de corrosão
Condições de serviço
●
Pressão e temperatura
–
O vaso deve resistir a toda variação de pressão em
qualquer temperatura
–
Flutuações de pressão e temperatura devem ser
previstas e o vaso deve suportar as situações mais
extremas
Nível de Tensões no Material
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Resistência mecânica compatível com o nível
de esforços atuantes
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Concentração de tensões
●
Fadiga
●
Pressão interna pode não ser o esforço
dominante
Natureza dos esforços mecânicos
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Tração / Compressão
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Torção
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Flexão
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Esforços dinâmicos
Custo do material
●
●
●
●
Material
Fabricação (usinagem, conformação,
soldabilidade, tratamentos termoquímicos,
revestimentos superficiais…)
Custo do ciclo de vida
Custo de manutenção e reposição do
componente
Segurança
●
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Instalações de alto risco ou de grande
importância ao processo
–
Prever ensaios para garantia da qualidade do vaso
–
Materiais superando com folga os requisitos de
resistência, corrosão, entre outros
–
Análise de modos de falhas no projeto
Locais explosivos ou de altas temperaturas ou
pressões
–
Uso de materiais à prova de fogo
Forma de apresentação do material
●
●
Existem tamanhos e tipos de formas facilmente
encontradas no mercado
–
Chapas grossas ou finas
–
Tubos para troca de calor
–
Acessórios de tubulação
A fabricação de algum item não existente pode
ser trabalhosa e economicamente inviável
Facilidade de obtenção, fabricação
e montagem
●
●
Dificuldade de obter material, importações,
prazos, estoque, quantidade mínima de
compra, descontinuidade do material...
Possibilidade e dificuldade de realizar os
processos de fabricação e a montagem
–
Soldabilidade
–
Usinabilidade
–
Conformabilidade
–
Tratabilidade térmica
Tempo de vida
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Natureza da aplicação: equipamento principal
ou secundário
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Peças de reposição
●
Importância do equipamento
●
Tempo de amortização do investimento
●
Tempo previsível de obsolescência
Experiência prévia
●
●
O material é utilizado em cenário semelhante e
funciona!
Ou não...
Variações toleradas das dimensões
●
●
Chapas, casco, tampos toleram 1% de
variação facilmente
Ajustagem mecânica, vedações, peças
desmontáveis ou em movimento não tem
mesma tolerância
Uso de materiais mais nobres
●
●
Tubos de trocas de calor, feixes tubulares,
serpentinas: tem paredes finas (troca de calor e
peso)
Peças internas desmontáveis (bandejas,
borbulhadores, grades): resistentes à corrosão
–
●
Não desmontáveis: mesmo material do vaso
Materiais de aparafusamento e fixação: sujeitos
a grandes esforços, não podem sofrer variação
dimensional e devem resistir à corrosão
Aços carbono
●
●
Limites do teor de carbono para partes
soldadas:
–
Sujeitas à grandes esforços em vasos importantes:
0,26%
–
Sujeitas à pressão em vasos em geral: 0,30%
–
Qualquer uma: 0,35%
Aços acalmados: adição de até 0,6% Si
–
Eliminam gases
–
Uso recomendado para temperaturas acima de 400
ºC ou abaixo de 0 ºC
Aços carbono
●
Sofrem fluência em temperaturas a partir de
370ºC
●
Acima de 530 ºC sofre intensa oxidação
●
Limites de temperatura recomendados:
–
450 ºC para partes sujeitas a esforços principais,
continuamente
–
480 ºC para partes secundárias, serviço contínuo
–
520 ºC para picos de temperatura de curta duração
não coincidindo com a presença de esforços
principais
Aços carbono
●
Transição dúctil-frágil
●
Limite de uso: temperaturas de -45 ºC
●
Tratamento térmico de alívio de tensões,
segundo norma ASME, Seção VIII, Divisão 1
Aços liga e inox
●
Não são usados para aumentar a vida do vaso
●
Altas ou baixas temperaturas
●
Alta corrosão
●
●
Exigência de não contaminação (indústria
alimentícia e farmacêutica)
Segurança: fluidos especiais que exijam o
máximo de segurança
Aços liga e inox
●
●
Aços liga:
–
Mo e Cr-Mo
–
Ni
–
Mn
Inox
–
Austeníticos Fe-Cr-Ni não temperáveis
–
Ferríticos Fe-Cr não temperáveis
–
Martensíticos Fe-Cr temperáveis
Aços liga e inox
Chapas e tubos de aço
●
Chapas grossas de acordo com a norma
brasileira P-EB-35:
Metais não ferrosos x Ferrosos
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Melhor resistência à corrosão
●
Mais caros
●
Menor resistência mecânica
●
Menor resistência à altas temperaturas
●
Melhor comportamento à baixas temperaturas
Cu e ligas
●
●
●
Espelho e tubos de trocas de calor em meios
corrosivos
Resistência à água salgada, álcalis fracos e
ácidos diluídos, entre outros
Soldabilidade difícil
Al e ligas
●
Não contaminação do fluido
●
Baixa densidade
●
Excelente comportamento em baixas
temperaturas
●
Baixo custo entre os não ferrosos
●
Soldabilidade razoável
●
Baixo ponto de fusão (650 ºC)
Ni e ligas
●
●
●
Alto custo
Grande resistência à corrosão, incluindo água
salgada
Temperaturas desde muito baixas até muito
altas
Ti
●
●
Caro
Excelente resistência à corrosão,
principalmente em meios fortemente oxidantes
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-60 a 300 ºC
●
Difícil soldagem
Materiais plásticos reforçados
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Resinas epóxi e poliéster, reforçadas com fibra
de vidro
●
-54 a 66 ºC
●
Baixa resistência mecânica
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Vulneráveis à incêndios
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Excepcional resistência à corrosão
Altas temperaturas
Materiais criogênicos em vasos de
pressão
Revestimentos internos
●
●
Finalidade:
–
Evitam contato corrosivo
–
Evitam contato térmico quente (refratário)
–
Superfície lisa (antierosivo ou antiabrasivo)
Justificativa:
–
Alto custo do material
–
Baixa resistência do material
Revestimentos internos
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Aços inox austeníticos não sensitizáveis
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Aços inox ferríticos baixo Cr (baixo coeficiente de dilatação)
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Ligas de Ni
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Pb, principalmente para água salgada (??)
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Ti, difícil de aplicar sobre aço carbono
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Materiais plásticos, tanto os termoplásticos e termoestáveis
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Borrachas, ebonite e grafite
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Cerâmica, vidro: frágeis, de alto custo, altamente corrosivo
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Concreto: corrosão moderada e vasos pouco importantes