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IBCom ‐ Instituto Brasileiro dos Compósitos

DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS

FEIPLAR – NOVEMBRO 2014


ATIVIDADES DO IBCOM SOLUÇÕES PARA PROBLEMAS PRÁTICOS

ESTA APRESENTAÇÃO NÃO TRATA DESSAS SOLUÇÕES

INOVAÇÕES NO ESTUDO DA DURABILIDADE

CONTRIBUIÇÕES QUE DEVEM TER FORTE IMPACTO FUTURO ESTA APRESENTAÇÃO DISCUTE ESSAS INOVAÇÕES


AS IDEIAS CLÁSSICAS

AS FIBRAS DE VIDRO SÃO PROTEGIDAS PELA RESINA E NÃO AFETAM A DURABILIDADE O AMBIENTE ATACA APENAS A RESINA. O ATAQUE À RESINA REDUZ PROGRESSIVAMENTE A RESISTÊNCIA DOS COMPÓSITOS. A DURABILIDADE É DETERMINADA EM FUNÇÃO DA RETENÇÃO DE RESISTÊNCIA

ESSAS IDEIAS SÃO ÓBVIAS E PARECEM INABALÁVEIS..... MAS ESTÃO ERRADAS.

ESTA APRESENTAÇÃO MOSTRA COMO AVALIAR A DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS


PRIMEIRO PASSO: DEFINIR DURABILIDADE

OS COMPÓSITOS TÊM DUAS VIDAS INDEPENDENTES E DISTINTAS:

VIDA ESTRUTURAL RUPTURA EXUDAÇÃO

VIDA FUNCIONAL É A DURABILIDADE DA BARREIRA DE CORROSÃO A VIDA FUNCIONAL TERMINA QUANDO OS PRODUTOS QUIMICOS

ATRAVESSAM A BARREIRA DE CORROSÃO E ATACAM AS LÂMINAS ESTRUTURAIS


SEGUNDO PASSO. DEFINIR OS AMBIENTES

OS AMBIENTES SÃO DIVIDIDOS EM DOIS

A ÁGUA, QUE PENETRA NOS LAMINADOS E ATACA AS FIBRAS

OS PRODUTOS QUÍMICOS, QUE NÃO PENETRAM NOS LAMINADOS E ATACAM APENAS A BARREIRA DE CORROSÃO..

OS PRODUTOS QUÍMICOS DETERMINAM A VIDA FUNCIONAL

A ÁGUA DETERMINA A VIDA ESTRUTURAL


ESSA É A IDÉIA FUNDAMENTAL

DUAS VIDAS VIDA ESTRUTURAL VIDA FUNCIONAL

DOIS AMBIENTES ÁGUA PRODUTOS QUÍMICOS

VAMOS AGORA TRATAR DA DURABILIDADE


AS 7 INOVAÇÕES 1 – UMBRAL DE INFILTRAÇÃO

2 – UMBRAL DE EXUDAÇÃO

3 – CÁLCULO PARA INFILTRAÇÃO

4 – CÁLCULO PARA EXUDAÇÃO

5 – CÁLCULO PARA VIDA FUNCIONAL

6 – CÁLCULO PARA RUPTURA – A EQUAÇÃO UNIFICADA

7 – EXPLICAÇÃO E SOLUÇÃO PARA A FALHA ANÔMALA


UMBRAL DE INFILTRAÇÃO


FORÇA “N” É PEQUENANENHUMA TRINCA


NENHUM DESCOLAMENTONENHUMA TRINCA


AUMENTANDO A FORÇA “N”APARECEM AS PRIMEIRAS TRINCAS


AS PRIMEIRAS TRINCAS UMBRAL DE INFILTRAÇÃO


UMBRAL DE INFILTRAÇÃO O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO É O ALONGAMENTO QUE INICIA O

DESCOLAMENTO FIBRAS – RESINA

ELE É INDICADO POR: INICIO DE EMISSÕES ACÚSTICAS INÍCIO DE PERDA DE TRANSLUCIDEZ INÍCIO DE PERDA DE PROPORCIONALIDADE

O UMBRAL DE INFILTAÇÃO MUDA O MODO DE PENETRAÇÃO DIFUSÃO (MUITO LENTO) INFILTRAÇÃO (RÁPIDO)

EM AMBIENTES AGRESSIVOS OS COMPÓSITOS DEVEM TRABALHAR ABAIXO DO UMBRAL DE INFILTRAÇÃO


ALONGAMENTO ADMISSÍVEL PARA INFILTRAÇÃO

O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO FOI MEDIDO PARA RESINA DK411.

PARA DK411 O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO É 0,5%.

ARBITRANDO CS = 1,5 O ALONGAMENTO ADMISSÍVEL PARA RESINA DK411 EM AMBIENTES AGRESSIVOS É

(ALONGAMENTO ADMISSÍVEL) = 0,5%/1,5 = 0,33%

O ALONGAMENTO ADMISSÍVEL É ARBITRADO EM NORMAS.

FINALMENTE TEMOS UM MÉTODO OBJETIVO PARA MEDIR O ALONGAMENTO ADMISSÍVEL


AS TRINCAS CRESCEM COM O AUMENTO DA FORÇA “N”


CAMINHO PARA A PASSAGEM DA ÁGUA


AS TRINCAS AUMENTAM COM O AUMENTO DA SOLICITAÇÃO


UMBRAL DE EXUDAÇÃO NO UMBRAL DE EXUDAÇÃO AS TRINCAS AGLUTINAM E FORMAM

PASSAGEM PARA A ÁGUA

O UMBRAL DE EXUDAÇÃO É USADO PARA PRODUTOS QUE NÃO ATACAM A RESINA (ÁGUA, ESGOTO URBANO, PETRÓLEO)

PARA PRODUTOS QUÍMICOS É USADO O UMBRAL DE INFILTRAÇÃO

QUANTO MAIORES AS TRINCAS, MAIS RÁPIDA É A EXUDAÇÃO

O TEMPO PARA EXUDAÇÃO É O TEMPO QUE A ÁGUA LEVA PARA ATRAVESSAR A PAREDE DO TUBO

O UMBRAL DE EXUDAÇÃO É MEDIDO NO PONTO EM QUE OCORRE 5% DE PERDA DE MÓDULO OU DE TRANSLUCIDEZ.


AS RESINAS VINILÉSTER SÃO MELHORES


ALONGAMENTO ADMISSÍVEL PARA EXUDAÇÃO

ALONGAMENTO ADMISSÍVEL COM CS = 1,8

ESTES ALONGAMENTOS VALEM PARA PRODUTOS NÃO AGRESSIVOS (ÁGUA, PETRÓLEO, ESGOTO URBANO)

Alongamento da resina

3,00% 5,0%

Umbral de exudação

0,80% 1,00%

Alongamento admissível CS = 1,8

0,44% 0,56%


ALONGAMENTOS ADMISSÍVEIS

Alongamentoda resina

Alongamento admissível

Infiltração Exudação2,0% ??? ???3,0% ??? 0,44%5,0% 0,33% 0,56%


VIDA FUNCIONAL


VIDA FUNCIONALPROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO


VIDA FUNCIONAL

O MODELO PARA PREVER A VIDA FUNCIONAL CALCULA A PROFUNDIDADE DA PENETRAÇÃO EM FUNÇÃO DO TEMPO, DA TEMPERATURA, DO ALONGAMENTO E DA CONCENTRAÇÃO DO PRODUTO AGRESSIVO

A EQUAÇÃO É APRESENTADA NO SLIDE SEGUINTE


VIDA FUNCIONAL – A EQUAÇÃO

Δe: Profundidade penetradac: Concentraçãot: Tempo T: Temperaturaε: Alongamento

A, B, C, D e E são os parâmetros de corrosão


Vida funcional ‐ a equação Na prática os equipamentos trabalham abaixo do umbral de infiltração

Portanto, E = 0. A equação nesse caso é

TDtCcBAe )log()log()log(


EQUAÇÃO UNIFICADA


A EQUAÇÃO UNIFICADA TRADICIONALMENTE OS COMPÓSITOS SÃO ANALISADOS PARA

CARGAS ESTÁTICAS OU PARA CARGAS CÍCLICAS ATUANDO ISOLADAMENTE

AS CARGAS ESTÁTICAS CAUSAM FALHA POR STRAIN‐CORROSION

AS CARGAS CÍCLICAS CAUSAM FALHA POR FADIGA

O EFEITO DAS CARGAS ESTÁTICAS E CÍCLICAS ATUANDO SIMULTÂNEAMENTE NÃO É LEVADO EM CONTA


A EQUAÇÃO UNIFICADA A EQUAÇÃO UNIFICADA COMBINA CARGAS ESTÁTICAS E CARGAS

CÍCLICAS

PRIMEIRO VAMOS VER AS CARGAS ESTÁTICAS

DEPOIS VAMOS VER AS CARGAS CÍCLICAS

FINALMENTE VAMOS COMBINAR AS DUAS CARGAS NA EQUAÇÃO UNIFICADA


A EQUAÇÃO UNIFICADARUPTURA POR CARGAS ESTÁTICAS

A RUPTURA POR STRAIN‐CORROSION REQUER DUAS CONDIÇÕES

ATUAÇÃO DE CARGAS ESTÁTICAS ATAQUE ÀS FIBRAS DE VIDRO

A ÁGUA É O ÚNICO PRODUTO CAPAZ DE PENETRAR NOS LAMINADOS E ATACAR AS FIBRAS.

A ÁGUA NÃO ATACA A RESINA. ELA ATACA AS FIBRAS

OS PRODUTOS QUÍMICOS ATACAM A RESINA E AS FIBRAS, MAS NÃO PENETRAM NOS LAMINADOS

PORTANTO:

A RUPTURA NÃO É CAUSADA PELOS PRODUTOS QUÍMICOS A RUPTURA É CAUSADA PELA ÁGUA.


CARGAS ESTÁTICAS ISOLADAS O TEMPO DE FALHA PARA CARGA ESTÁTICA FOI MEDIDO POR

MARK GREENWOOD


CARGA ESTÁTICA ISOLADA

hourslog077,0400,0%log

hourslog130,0347,0%log


CARGAS CÍCLICAS ISOLADAS

max

min

R minmax


CARGAS CÍCLICAS ISOLADAS

AS FALHAS CAUSADAS POR FADIGA FORAM ESTUDADAS POR MANDELL E GUANGXU WEI

A RETA DE REGRESSÃO PARA RUPTURA SOB CARGAS CÍCLICAS ISOLADAS É


RESUMO AS EQUAÇÕES ABAIXO CALCULAM FALHAS POR RUPTURA

ESSAS EQUAÇÕES SÃO ACEITAS SEM QUESTIONAMENTO.

ELAS VALEM PARA CARGAS ATUANDO ISOLADAMENTE

E SE AS CARGAS ATUAREM SIMULTANEAMENTE?


A EQUAÇÃO UNIFICADA

ESTA É A EQUAÇÃO UNIFICADA. ELA CALCULA A DURABILIDADE DOS COMPÓSITOS SOB A AÇÃO SIMULTÂNEA DE CARGAS ESTÁTICAS E DE CARGAS CÍCLICAS

00,1

12

11

SCCS G

CS

G

c

G

s SSSF

SSF

SSF


PAUSA PARA CAFÉ


EXEMPLOS NUMÉRICOSVIDA FUNCIONAL

Estimar o tempo até a troca da barreira de corrosão de umequipamento em contato com 50% de ácido fictícico nastemperaturas de 27C e 80C.

Os parâmetros de corrosão são:

A = – 0.219; B = + 0.206; C = + 0.321; D = – 133.760; E = 0.00

A espessura inicial da barreira de corrosão é 2,5 mm.

A troca será feita quando a espessura residual da barreira decorrosão atingir 1,0 mm.


Aplicando a equação Espessura inicial: 2,5 mm Penetração admitida: Δe = 2,5 – 1,0 = 1,5 mm Concentração: c = 0,50 Temperatura: 80ºC / 27ºC

27273760,133)log(321,0)5,0log(206,0219,0)5,1log(

t

anosoumesest 27650

80273760,133)log(321,0)5,0log(206,0219,0)5,1log(

t

anosoumesest 16400


Determinar a espessura da barreira de corrosão para vida funcional de 25 anos em tanque operando com solução 50% de ácido fictícico a 90C.

Os parâmetros de corrosão são conhecidos

A = - 0,219 B = 0,206C = 0,321D = 133,76E = 0,000


• Concentração: c = 0,50• Vida funcional: t = 25 anos = 300 meses• Temperatura: T = 273 + 90 K

90273760,133)1225log(321,0)5,0log(206,0219,0)log(

e

mme 6,7

mmbarreiradaEspessura 6,80,16,7


Falhas por ruptura Vamos agora aplicar a equação unificada e estudar as falhas por ruptura

Para isso vamos usar a equação unificada

00,1

12

11

SCCS G

CS

G

c

G

s SSSF

SSF

SSF


Os parâmetros da equação unificada

Parâmetro Valor FonteGs 0,077

0,130Mark Greenwood (vidro sem boro)Mark Greenwood (vidro E)

Gc 0,0880,089

GuangxuWei (ensaio em lâminas)John Mandell (ensaio em laminados)

Gsc V. tabela Depende de “N” e de “R”

Ss Calculado Determinado pela reta de regressão para carga estática.

Sc Calculado Determinado pela reta de regressão para carga cíclica.


Exemplos numéricoscarga estática isolada


Exemplo numéricocarga cíclica isolada


EXEMPLO NUMÉRICOEQUAÇÃO UNIFICADA

Vidro isento de boro

CS = 2,2


EXEMPLO NUMÉRICOEQUAÇÃO UNIFICADA

VIDRO E

CS = 0,85


ESXUDAÇÃO


FALHA POR ESXUDAÇÃO

AS NORMAS API, AWWA, ISO E OUTRAS USAM O HDB PARA DIMENSIONAR TUBOS CONTRA EXUDAÇÃO

NOSSA POSIÇÃO É CONTRA O HDB.

O UMBRAL DE EXUDAÇÃO DEVE SUBSTITUIR O HDB

VAMOS DISCUTIR ESSES CONCEITOS


MEDINDO O HDBASTM D 2992


O ENSAIO ASTM D 2992 NÃO VALE ABAIXO DO UMBRAL DE ESXUDAÇÃO


EXEMPLOS NUMERICOSESXUDAÇÃO

A FALHA POR EXUDAÇÃO NÃO É UM PROBLEMA DE DURABILIDADE.

ABAIXO DO UMBRAL OS TUBOS NUNCA VAZAM


FALHA ANÔMALA


SANITATION PIPESANOMALOUS BLISTERS

ANOMALOUS BLISTERS ARE FILLED WITH PRESSURIZED WATER


SOLUÇÕES VIDA FUNCIONAL

MANTER ALONGAMENTO ABAIXO DO UMBRAL DE INFILTRAÇÃO

VIDA ESTRUTURAL POR RUPTURA NÃO HÁ SOLUÇÃO

FALHA POR EXUDAÇÃO IMPERMEABILIZAR O TUBO

FALHA ANÔMALA IMPERMEABILIZAR O TUBO


TUBOS IMPERMEÁVEIS


TUBOS IMPERMEÁVEIS PRINCIPAL BENEFÍCIO

PERMITE O USO DE COMPÓSITO EM TUBULAÇÕES PARA SOLVENTES, GASES E ETANOL

OUTROS BENEFÍCIOS

USA RESINAS DE BAIXO CUSTO ELIMINA EXUDAÇÃO CAUSADA POR DEFEITOS DE FABRICAÇÃO TRINCAS NO LINER E DELAMINAÇÕES NO NÚCLEO DEIXAM DE SER

CAUSA DE PREOCUPAÇÃO ELIMINA A BARREIRA DE EXUDAÇÃO ELIMINA CAROS ENSAIOS DE CONTROLE ELIMINA A FALHA ANÔMALA FACILITA O MANUSEIO DOS TUBOS


APLICAÇÕES PARA TUBOS IMPERMEÁVEIS

TUBULAÇÕES PARA ETANOL

TUBULAÇÕES PARA GASES

EFLUENTES INDUSTRIAIS CONTENDO SOLVENTES

TANQUES DE ARMAZENAGEM PARA SOLVENTES

E TAMBÉM....

TUBULAÇÕES PARA ÁGUA OU ESGOTO URBANO TUBULAÇÕES PARA ÓLEO E GAS


FINALIZANDO ESSAS INOVAÇÕES NÃO SÃO TRIVIAIS

ELAS SOFREM OPOSIÇÃO INTENSA E PASSIONAL

ELAS SERÃO ACEITAS NO FUTURO

ELAS SÃO O FUTURO DOS COMPÓSITOS

OBRIGADO


COPIA DESTA APRESENTAÇÃO E OUTRAS PODERÃO SER OBTIDAS POR DOWN LOAD NO SITE: www.ibcomposites.com.br

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