TÍTULO: Vasos de Pressão
TITLE: Pressure Vessel
RESUMO
O quarto experimento foi feito com o objetivo de medir as deformações em um vaso de
pressão, para depois poder analisar as medidas de tensão. Para isso foi utilizado um vaso
de pressão de paredes finas e o fluido utilizado foi ar atmosférico. Para a obtenção dos
dados foi utilizado extensômetros e os dados foram colocados em tabelas. O ar foi
bombeado de forma manual e os dados foram anotados a partir de certos intervalos de
tempo. Com esses dados da deformação é possível obter os valores das tensões principais,
e sendo assim, depois foi possível comparar os valores teóricos com os valores
experimentais.
PALAVRAS-CHAVE: vaso de pressão; deformações; medidas de tensão; extensômetros.
ABSTRACT
The fourth experiment was carried out in order to measure the deformations in a pressure
vessel and then analyze the stress measurements. A thin-walled pressure vessel was used
and the fluid used was atmospheric air. Strain gauges were used to obtain the data and the
data was tabulated. The air was pumped in manually and the data was recorded at certain
time intervals. With this deformation data it is possible to obtain the values of the principal
stresses, and so it was then possible to compare the theoretical values with the
experimental values.
KEYWORDS: pressure vessel; deformations; tension measurements; strain gauges.
1 INTRUDUÇÃO
Um elemento muito presente na área da engenharia mecânica é o vaso de pressão, sendo
um equipamento que tem como objetivo armazenar fluidos à alta pressão em seu interior.
Eles podem ser classificados como de paredes finas ou de paredes grossas, no caso
experimentado neste experimento, foi utilizado o de paredes finas, pois a relação entre a
espessura da parede e o raio interno é menor do que 10%.
O objetivo deste experimento foi obter os valores de deformação por meio dos sensores
posicionados no dispositivo, e a partir disso, calcular os valores das tensões principais e
posteriormente compara-los com os valores teóricos.
Para fazer os cálculos, primeiramente foram utilizadas das equações da teoria clássica,
primeiramente com a tensão que é distribuída sobre toda a espessura da parede: (R. C.
HIBBELER, 2010, p. 301)
𝑝𝑟
𝜎1 = 𝑡
(1)
Onde:
p é a pressão interna;
r é o raio interno do cilindro;
t é a espessura da parede.
Depois tem-se a tensão longitudinal: (R. C. HIBBELER, 2010, p. 301)
𝑝𝑟
𝜎2 = 2𝑡
(2)
Porém, para projetos reais, é preciso seguir normas de segurança, pois os vasos de pressão
podem apresentar sérios riscos à segurança, como explosões. E para isso é utilizado as
equações da ASME, onde é aplicado fatores de correção para esses tipos de projeto, que
são respectivamente as tensões tangencia e longitudinal:
𝑝𝑟
𝜎1 = 𝑡 + 0,6𝑝
(3)
𝑝𝑟
𝜎2 = 2𝑡 + 0,2𝑝
(4)
Para os dados experimentais foram utilizadas equações para a roseta retangular: (R. C.
HIBBELER, 2010, p. 376)
𝜖𝑥 = 𝜖𝑎
(5)
𝜖𝑦 = 𝜖𝑐
(6)
𝛾𝑥𝑦 = 2𝜖𝑏 − (𝜖𝑎 + 𝜖𝑐)
(7)
E depois foi utilizado o Círculo de Mohr para poder encontrar as tensões.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 MATERIAIS E MÉTODOS
No experimento foi utilizado um vaso de pressão de paredes finas de aço comercial SA
516 Gr. 60 (E = 210 GPa, ν = 0,32), as tampas eram soldadas (MIG).
Além disso, o equipamento era constituído também de duas válvulas de saída, o dreno e
o respiro, a válvula de entrada tanto para ar quanto para água, e por fim uma válvula de
segurança, que estava configurada para se abrir caso a pressão interna chegasse a 6 bar.
Para a medição da pressão, estava instalada na parte superior do vaso um manômetro.
O único fluido utilizado foi o ar atmosférico, e o preenchimento foi feito de forma manual,
onde um aluno foi responsável por bombear através de uma bomba manual, e esse
processo foi feito em etapas, onde, após atingir uma certa pressão, o processo era
interrompido para a obtenção dos dados e logo após o processo era retomado.
Para a visualização da pressão no manômetro e o controle de abertura e fechamento da
válvula, um outro aluno foi responsável pelo processo.
Esse processo de obtenção de dados foi feito em 3 estágios, a primeira pausa foi a 2,2 bar,
a segunda foi a 3,2 bar e a última a 4,8 bar. Após todo o experimento concluído, o vaso
de pressão foi esvaziado.
Os extensômetros utilizados foram posicionados em locais e ângulos específicos para que
se possa ter medidas mais completas e com menos interferência.
2.3 RESULTADOS
Tabela 1 – Resultados sobre a região 1
Experimental
Pressão
σmax
(MPa)
0,22
0,32
0,48
σmin
Classico
σmax
σmin
4,24
6,17
9,28
ASME
Erro
σmax
2,12
3,08
4,64
4,372
6,362
9,568
σmin
Erro
2,164
3,144
4,736
Fonte: Produção do próprio autor
Tabela 2 – Resultados sobre a região 2
Experimental
Pressão
σmax
(MPa)
0,22
0,32
0,48
σmin
Classico
σmax
6,95
10,1
15,15
σmin
ASME
Erro
σmax
3,47
5,05
7,58
7,082
10,292
15,438
σmin
3,514
5,12
7,67
Fonte: Produção do próprio autor
Tabela 3 – Resultados sobre a região 3
Experimental
Classico
ASME
Erro
Pressão
σmax
(MPa)
0,22
0,32
0,48
σmin
σmax
6,95
10,1
15,15
σmin
Erro
σmax
3,47
5,05
7,58
Fonte: Produção do próprio autor
7,082
10,292
15,438
σmin
3,514
5,12
7,67
Erro