Vasos De Pressão

Vasos de pressão

Vasos de pressão são reservatórios que contém fluídos (líquidos ou gases) que em geral estão

armazenados no seu interior. Eles devem ser projetados para resistir com segurança a

pressões internas e externas. De uso comum em refinarias de petróleo, indústrias químicas e

petroquímicas, os vasos de pressão constituem um conjunto importante de equipamentos que

abrangem os mais variados usos. O projeto e a construção de vasos de pressão envolve uma

série de cuidados especiais e exige o conhecimento de normas e materiais adequados para

cada tipo de aplicação, pois suas falhas podem acarretar consequências catastróficas até

mesmo com perda de vidas, sendo considerados equipamentos de grande periculosidade.

Podem ser de paredes finas e de paredes espessas.

Figura 1 – Exemplos de vasos de pressão (fotos retiradas da internet)

Vasos de Pressão de paredes finas e semi-espessas (Estruturas de Cascas) –

Pode-se citar com exemplo desse caso, os cascos de submarinos, os tanques de ar

comprimido, os extintores de incêndio, as latas de spray e etc. Em geral, a seguinte

relação é satisfeita: r / t >10 , onde r é o raio e t é a espessura da parede do vaso de

pressão. A figura 2 mostra a foto e o esquema de um vaso de pressão esférico. Essas

estruturas podem ser estudadas através de modelos estruturais de cascas (“shell”).

Figura 2 – Vaso de pressão esférico.

Vasos de Pressão de paredes espessas (Estruturas 3D) –

Pode-se citar com exemplo desse caso, os vasos sanguíneos e as artérias, mostrados

esquematicamente na figura 3. Devem ser estudados através de modelos sólidos

tridimensionais.

Figura 3 – Esquema de uma veia e uma artéria.

1. Vaso de Pressão cilíndrico de parede fina:

O primeiro exemplo a ser apresentado é um vaso de pressão cilíndrico ilustrado na figura 4.

Figura 4 – Ilustrações de vasos de pressão cilíndricos

As tensões na região central do vaso de pressão podem ser facilmente calculadas com o

auxílio da Resistência dos Materiais, pelas expressões

t

pr

=

1

s e

t

pr

2 2

s =

obtidas à partir da análise dos esquemas apresentados na figura 5.

Figura 5 – Esquema de um trecho de um vaso de pressão cilíndrico.

Como exemplo, a figura 6 mostra o esquema da seção transversal de um vaso de pressão

feito em ferro fundido (E = 14.5 Msi,
= 0.21 ) e está submetido a uma pressão interna

de p = 1700 psi que é apresentado em

http://www.ndsu.edu/me/images/Kallmeyer/477/Pressure%20Vessel%20Example.pdf

O vaso de pressão tem um diâmetro interno de 8 in, sendo sua espessura em sua parte

cilíndrica de 0,5 in e possui tampas esféricas com 0,25 in de espessura nas extremidades.

Além disso, existem dois pequenos sulcos circunferenciais na superfície interna de 1/8 in

de raio e um sulco circunferencial profundo de 2 in de largura por 0.25 in de espessura

no centro do cilindro.

Figura 6 – Esquema da seção transversal do vaso de pressão.

Neste exemplo, o software ANSYS será utilizado para analisar as tensões e deformações

nas paredes do vaso de pressão, devido à pressão interna. Já que o vaso de pressão em

estudo tem simetria axial sobre o seu eixo longitudinal, uma análise axissimétrica

(modelo matemático a ser adotado) poderá ser realizada, utilizando-se para tal um

elemento finito plano (por exemplo, o elemento Plane2 - triangular de 6 nós

bidimensional), com a opção de axissimetria ativada. Assim, o esforço computacional

poderá ser muito reduzido pois apenas a quarta parte do vaso de pressão poderá ser

modelado, já que além da axissimetria (eixo longitudinal), existe também um plano

transversal de simetria. No software ANSYS, um modelo axissimétrico pode ser criado

de maneira que o eixo Y-global seja o eixo de axissimetria e assim, todo o modelo

deverá aparecer no primeiro quadrante, ou seja, lado direito do eixo Y-global (ao longo

do eixo X-global positivo). Nenhuma parte do modelo (elementos, nós, etc) pode ser

definido com coordenada X negativa. Uma vez que a opção de axissimetria esteja

ativada, o software ANSYS aplicará automaticamente condições de contorno de simetria

ao longo do eixo Y-global.

Para fins de validação