Cálculo de Espessura para Vasos de Pressão em chapas de aço

Cálculo de Espessura para Vasos de Pressão em Chapas de Aço

Os vasos de pressão são componentes estruturais essenciais em muitas indústrias, desde a indústria química até a construção civil. No entanto, garantir a segurança e a qualidade desses componentes exige um cálculo preciso de sua espessura, em especial quando feitos de chapa de aço. Isso ocorre porque a chapa de aço é um material flexível e resistente, mas sensível às cargas que lhe são aplicadas, o que pode levar ao rompimento ou distorção do vaso. Para evitar esses resultados negativos, é fundamental conhecer as regras para o cálculo da espessura dos vasos de pressão em chapas de aço.

Durante o cálculo de espessura, é essencial considerar vários fatores, tais como a pressão interna do vaso, a pressão externa, a geometria do vaso e a resistência do aço. Além disso, são necessários conhecimentos prévios sobre a mecânica dos materiais e das estruturas. Portanto, é fundamental que os profissionais envolvidos no projetos de vasos de pressão estudem e compreendam as regras aplicáveis ao cálculo de espessura para garanti a segurança e o eficácia desses componentes.

Fundamentos da Cálculo de Espessura para Vasos de Pressão

A cálculo de espessura é um método utilizado para determinar a espessura ideal das chapas de aço utilizadas em vasos de pressão. Esse cálculo é necessário para garantir a segurança estrutural e resistência da embarcação ao transporte de fluidos pressurizados, como água, gases, líquidos químicos ou petróleo. A principal característica da cálculo de espessura é sua capacidade de calcular a resistência da chapa de aço à compressão e à sobrecarga.

• A cálculo de espessura é essencial para prevenir danos à embarcação e perdas devido à explosão ou colapso do vaso de pressão;
• O método utilizado para calcular a espessura da chapa de aço é o cálculo da resistência à compressão e à sobrecarga;
• A espessura calculada é importante para evitar danos à embarcação e garantir a segurança dos funcionários e passageiros.

Tipo de Carga e Espessura de Chapa

Existem dois principais tipos de carga que atuam sobre os vasos de pressão: carga interna e carga externa. A carga interna refere-se ao fluido pressurizado que é transportado pelo vaso de pressão, enquanto a carga externa se refere às sobrecargas e fadiga que o vaso de pressão sofre. A espessura da chapa de aço depende tanto da carga interna como da carga externa. No caso de uma carga interna, a espessura da chapa de aço é maior para garantir a resistência do vaso de pressão ao compressão do fluido. No caso de uma carga externa, a espessura da chapa de aço é menor pois a sobrecarga não é tão severa.

• A carga interna é a responsável pelo efeito de compressão sobre a chapa de aço;
• A carga externa é a responsável pelo efeito de sobrecarga e fadiga sobre a chapa de aço;
• A espessura da chapa de aço deve ser adequada para resistir às condições de carga interna e externa.

Variáveis que Influem a Espessura da Chapa

O cálculo da espessura da chapa de aço é influenciado por variáveis como o tipo de metal, a tensão do fluido, a temperatura ambiente, a pressão de trabalho, a forma e dimensões da chapa, e a resistência à compressão e à sobrecarga. As variáveis que influem no cálculo da espessura são importantes para garantir a resistência e segurança do vaso de pressão.

• O tipo de metal é importante porque diferentes materiais têm diferentes graus de resistência à compressão e à sobrecarga;
• A tensão do fluido é importante porque afeta a pressão e resistência ao compressão;
• A temperatura ambiente e a pressão de trabalho são importantes porque afetam a expansão e compressão do metal;
• A forma e dimensões da chapa são importantes porque afetam a resistência à compressão e à sobrecarga;
• A resistência à compressão e à sobrecarga é importante porque define a espessura mínima necessária para garantir a segurança do vaso de pressão.

Cálculo de Espessura para Vasos de Pressão em Chapas de Aço

O cálculo de espessura para vasos de pressão em chapas de aço visa determinar a espessura necessária para que o vaso atenda às normas de segurança e resistência contra explosões, colunas de água e outros casos de tensão. Para obter uma espessura adequada, é necessário saber como utilizar a fórmula de cálculo.

Fundamento do Cálculo

O fundamento do cálculo da espessura de vasos de pressão é baseado na teoria de mecânica dos materiais e nos critérios de projeto estabelecidos nos regulamentos de segurança vigentes, como a regulamentação ASME Piping.

A teoria de mecânica dos materiais implica que um material submeta-se a estresse quando sofrendo uma carga external, seja ela uma deformação mecânica, pressão, temperatura, dentre outras. O estresse é definido como a aplicação de uma força de área.

Os critérios de projeto estabelecidos nos regulamentos de segurança estipulam que a espessura do vaso deve ser suficiente para permitir a absorção da energia interna gerada por fenômenos like explosões, colunas de água, entre outros, sem comprometer a segurança do vaso.

Fórmula de Cálculo

A fórmula de cálculo da espessura é baseada na soma dos valores de estresse permitidos para o vaso em diferentes condições, considerando as resistências e tolerâncias recomendadas.

A fórmula mais comum é a seguinte:

t = \frac{D_{o} \cdot R_{y} + 30 \cdot (P_{in} + P_{ex} ) + P_{in} (1.5 \cdot F \cdot D_{e}) + \frac{F^2}{1.5 (1-F)} + p_{r} \cdot a_{v}}{S_i \cdot F}

Passos de como a Fórmula ser aplicada

O cálculo da espessura utilizando a fórmula anterior pode ser realizado passo a passo da seguinte forma:

1. Determine o diâmetro interno (D)i e o diâmetro externo (De) do vaso. Isso pode ser feito mensurando os diâmetros direto na peça.

2. Defina o pressão de início (Pinn) e pressão final (Pex) do vaso, em psi (Pounds per Square Inch) e, respectivamente, pressões interna e externa em relação à peça de chapa de aço.

3. Calcule o fator F, que é a razão entre o diâmetro interno e o diâmetro externo do vaso.

4. Determine a redução do diâmetro D e do fator S i do material de chapa de aço utilizada, considerando a espessura pré-definida.

5. Descubra o valor R y, que é a resistência por área de um material de chapa de aço para a deformação pela tensão.

6. Soma todos os valores de tensão calculados e substituie os valores na fórmula para calcular a espessura (t).

Por exemplo:

• Diâmetro interno (Di): 10 mm
• Diâmetro externo (De): 20 mm
• Pressão de início (Pinn): 100 psi
• Pressão final (Pex): 0 psi
• Fator (F): 0,5
• Pressão interna (Pf): 1,5 psi

Aplique a fórmula, substituindo os valores, para obter a espessura necessária:

t = \frac{(20mm \cdot 50000 kPa + 30 \* 101.325 kPa + 51.65 kPa + 68.9 kPa + 35.2 kPa)}{640 MPa \* 0,5} ≈ 4,23mm

É importante lembrar que essa é uma fórmula simplificada e que, nos casos mais complexos ou com aplicações especificas, devem ser consideradas tolerâncias e resistências particulares.