Como a seleção, manutenção e montagem de fixadores para vasos de pressão evita que problemas críticos possam gerar potenciais acidentes.
Os parafusos tirantes são componentes importantes em vasos de pressão e outros equipamentos industriais, pois são responsáveis por manter as estruturas unidas, estanques e estáveis. No entanto, se esses parafusos não forem projetados adequadamente ou não forem instalados corretamente, eles podem sofrer falhas e causar sérios danos ao equipamento, representando riscos para a segurança de seus operadores. Algumas dessas falhas comuns incluem fadiga, torção, quebra e deformação. É importante ter um projeto adequado e uma instalação correta dos parafusos tirantes para garantir a integridade e segurança desses componentes, bem como do processo a que estão inseridos.
Infelizmente, é comum ouvir relatos de indústrias que sofreram problemas com a seleção inadequada, manutenção e montagem de parafusos tirantes, fixadores e pinos para movimentação em vasos de pressão.
As evidências de inspeção também demonstram a falta de boas práticas na fabricação, a imperícia em reparos e ajustes de montagens, e o acumulo de danos e falhas mecânicas, tornando essa condição um relato comum em relação a esses componentes. Essas condições não podem ser negligenciadas e comprometem a segurança e a funcionalidade dos vasos de pressão, aumentando o risco de acidentes e de danos a colaboradores.
Fig. 01 — Exemplos de situações encontradas durante inspeções
Você já se deparou com uma situação similar?
- Sim
- Não
Entendemos que muitos equipamentos foram construídos com referência de boas práticas e aprendizados do setor, não contando com suporte por projetos mecânicos adequados.
Estamos abrindo um espaço para atender em específico situações como está apresentada no artigo, pois entendemos ser necessária essa atenção especial neste item. No campo abaixo, você poderá agendar diretamente um horário com nosso time de consultores. Entraremos em contato para confirmar e esta agenda estará reservada para você!
Como ilustrado nas imagens de situações que podemos encontrar no sistema de fixação de vasos de pressão, estas condições não são raras e pode ser observado o fixador e o contra pino de articulação deformados por excesso de aperto, rosca espanada, desalinhamento e haste emendada por solda em condições inadequadas.
Considerando a importância desse componente, principalmente no âmbito da segurança operacional, o mínimo que se pode esperar de quem fabrica, é que tenha conhecimento dos seguintes assuntos:
Materiais envolvidos (resistência mecânica, tratamento térmico, composição química e soldabilidade);
Dimensionamento do componente;
Conhecimento do torque e da sequência de aperto para fechamento do vaso.
Detalhe que também chama atenção, é o fato de ser comum encontrar parafusos olhais ou fixadores fornecidos pelos fabricantes de vasos de pressão sem definições de projeto, ou desenho detalhado para substituição do componente. Muitas vezes o desenho fornecido não inclui as informações mínimas necessárias, não apresentando definições de material, dimensionais de referência, detalhes de fabricação, torque ou sequência de aperto. Além disso, o manual de operação também não informa detalhes sobre manutenção ou conservação desses componentes.
Tomamos como um exemplo para esse contexto um estudo de caso ilustrativo vinculado a um Aquecedor de Caldo aplicado na indústria sucroenergética. O sistema de fixação tem o objetivo de auxiliar o processo de limpeza (abertura/fechamento) periódico de um Aquecedor de Caldo, além de manter as tampas (nervuradas ou não) estáveis, mantendo a estanqueidade da operação. Abaixo demonstramos os componentes do sistema de fixação:
Fig. 02 — Conjunto/Sistema de fixação de um aquecedor de caldo (exemplo).
Para definição da análise, foram admitidos os carregamentos a que o conjunto está sujeito, bem como as condições de contorno consideradas e assumidas pelo responsável do projeto. A ilustração abaixo, destaca esses itens:
Fig. 03 — Condições de contorno & Premissas adotadas.
O próximo passo nesse estudo de caso foi seguir com a avaliação das cargas resultantes em cada fixador. Para não existir vazamento (falta de estanqueidade), a pré-carga em cada parafuso deve ser inicialmente definida como maior ou igual à força de separação (carga total), calculada desta forma:
Carga decorrente da pressão interna;
Carga decorrente da coluna de líquido;
Carga decorrente do peso do tampo (para o caso crítico do tampo inferior);
Carga de rearranjo dos elementos de fixação;
Carga devido a variações de torque;
Carga da força de separação do parafuso.
No exemplo compartilhado, a carga resultante será considerada em Fpc = 15.000kgf.
A avaliação seguiu utilizando o Ansys Mechanical como ferramenta de análise computacional, sendo admitida uma análise de elementos finitos (MEF) para definição das tensões resultantes. A Engetex possuí licenças do Ansys para vincular esse tipo de análise, com o objetivo de admitir junto ao nosso corpo técnico um software robusto e completo, que ofereça diversas ferramentas para modelagem, solução e análise de problemas de engenharia a nossos clientes.
Para análise do exemplo avaliado, utilizou-se a teoria dos pequenos deslocamentos (considera a curva elasto-perfeitamente plástica) como metodologia. Essa abordagem pressupõe que após o limite de escoamento, pequenos incrementos de carga vão resultar em deformações enormes, resultando na falta de convergência da análise (carga limite).
Fig. 04 — Curva elasto-perfeitamente plástica.
É importante destacar que durante a análise, alguns nós da mesh (malha) podem admitir pequenas deformações plásticas. Isso pode ocorrer devido há alguma singularidade numérica, algum ponto de concentração de tensão muito específico, mas que ainda assim não comprometem o resultado de convergência, visto que em linhas gerais, irá ocorrer a distribuição desse efeito inicial de plasticidade para os nós adjacentes (ou seja, redistribuições de tensões) sendo apresentado a carga de convergência.
A figura abaixo, ilustra as condições de carregamento, deslocamento e tensão obtidos para o conjunto (parafuso olhal e pino de movimentação):
Fig. 05 — Inputs & resultados no Ansys.
Em virtude da condição admitida para curva de propriedades de material (curva elasto-perfeitamente plástica), quando o software admitiu a falta de convergência, foi possível verificar até qual carga aplicada haveria suporte, antes do colapso plástico. O gráfico de interações demonstra o fator de incremento (tempo) utilizado na definição de carga limite:
Fig. 06 — Gráfico de interações para avaliação da carga limite, ilustrando o fator de incremento (s) antes da divergência.
A última convergência acontece em 0,7s*carga total (70% da carga considerada na análise). Isso resulta em uma resistência máxima contra colapso plástico estipulada em 7.000 kgf.
A vídeo ilustrativo abaixo demonstra o efeito de deformação plástico obtida no peça.
Fig. 07 — Demonstração da deformação aplicada ao elemento de menor resistência
Os olhais de posicionamento dos pinos de fixação também foram avaliados, utilizando análise linear elástica e fazendo um comparativo ao limite de escoamento. A figura abaixo ilustra os resultados:
Fig. 08 — Resultados de tensões admitidos para o conjunto (fixadores & vaso de pressão).
Fig. 09 — Pontos de singularidade de tensão
As condições de resistência obtidas por meio da análise são ilustradas no quadro abaixo:
Observa-se a falta de resistência para o pino de movimentação. Dessa forma, considerando o método de análise aplicado, definimos que o pino não apresentou resistência suficiente desde a sua seleção/projeto, sendo possível o surgimento de carregamentos que justifiquem a sua falha durante a operação. A falha irá ocasionar perda da estanqueidade na vedação do Aquecedor de Caldo do exemplo estudado, assim como perda da força de fechamento da tampa, sendo aberta ou até mesmo projetada para o setor.
A ENGETEX possui um corpo técnico integrado e multidisciplinar, além de licenças de softwares de referência no mercado para fornecer resultados de confiabilidade. Abaixo destacamos a abrangência de nossos serviços vinculados a esse sistema de fixação, além dos ganhos obtidos pelas indústrias com a execução destes estudos.
Serviços da Engetex aplicados na análise de parafusos olhais ou tirantes de Aquecedores de Caldo:
Análise dimensional dos tirantes e definição de padrões aplicados aos Aquecedores de Caldo;
Análise individual dos padrões estabelecidos para os tirantes para conhecimento da sua resistência mecânica;
Análise de melhorias alcançadas com definição de materiais normatizados;
Análise da rigidez da tampa e acessórios de instalação do tirante;
Definição de projeto padrão para atender os modelos definidos para os Aquecedores (desenho para fabricação).
Ganhos obtidos com este projeto:
Segurança em primeiro lugar!
Conhecimento dos níveis de segurança dos ativos industriais críticos;
Conhecimento sobre possíveis melhorias a serem aplicadas na segurança dos equipamentos;
Padronização de peças para fabricação;
Menor impacto na adequação dos vasos de pressão;
Otimização dos custos de investimento.
Este projeto lhe interessa? Podemos avaliar as condições atuais de seus equipamentos como também atuar em projetos detalhados para padronização dessas peças. Entre em contato com nossa equipe de especialistas que iremos lhe atender!
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