Montagem e Inspeção de Equipamentos Industriais- Aula 10

Professor: Fernando

Professor Fernando 1

Classes e Finalidades de

Vaso de Pressão

Vasos não Sujeitos a

Chama

Vasos de Armazenagem e

Acumulo

Reatores

Esferas de Armazenagem

de Gases

Torres de Destilação Fracionária

Trocadores de Calor

Trocadores de Calor

Resfriador

Condensador

Refervedores

Aquecedor

Resfriador de Ar

Vasos Sujeitos a Chama

Caldeira

Fornos


Os vasos sujeitos ou não a chama,são como o

próprio nome indica, os vasos onde há ou não

a presença de fogo ,embora os vasos não

sujeitos a chama possam em muitos casos

trabalhar em elevadas temperaturas.


Exemplos de Vaso Sujeito a Chama


Vaso de Pressão não Sujeito a Chama


Classificação de acordo com a

Pressão

Vasos

Atmosférico

0 a 0,035Kg/cm²

0 a 0,5 psi

Vasos de Baixa

Pressão

0,033 a 1,054Kg/cm²

0,5 a 15 psi

Vasos de Alta

pressão

1,054 a 210,81Kg/cm²

15 a 3000 psi


Classificação Quanto a Posição de Instalação

(dimensões em relação ao solo)

As Dimensões em relação ao solo são:

DI = diâmetro interno

CET = comprimento entre tangentes

Baseando-se na posição em que essas duas dimensões

estão em relação ao solo,podemos classificar os vasos

de pressão.


Cilíndrico Vertical

DI, paralelos em relação ao solo.

CET, perpendicular (vertical) em relação ao solo.

DI

C E

T


Os vasos verticais são usados quando

principalmente é necessária ação da gravidade

para o funcionamento do vaso ou para o

escoamento de fluidos. Por exemplo as torres de

fracionamento.De modo geral os vasos verticais

são mais caros em relação aos horizontais, em

compensação ocupam menor área de terreno.


Cilíndrico Horizontal DI, perpendicular ao solo.

CET, paralelo ao solo.

DI

C E T


Os vasos horizontais, muitos comuns, são

usados, entre outros casos, para trocadores de

calor e para a maioria dos vasos de acumulação.


Cilíndrico Inclinado

DI e CET, inclinados em relação

ao solo.


Os vasos em posições inclinadas são exceções,

empregados somente quando o serviço exigir,

como, por exemplo, o escoamento por

gravidade de materiais difíceis de escoar.


Vasos Esféricos

Quando as dimensões DI, CET

não podem ser definidas.

Teoricamente o formato ideal

para o vaso de pressão é o

esférico,com o qual se chega a

uma menor espessura da

parede e ao menor peso, e em

igualdade de pressão e volume

contido.


Questionário 1. Defina e exemplifique vaso não sujeito a chama.

2. Defina e exemplifique vaso sujeito a chama.

3. Cite quatro exemplos de vasos não sujeito a chama.

4. Defina trocador de calor.

5. Cite quatro exemplos de trocadores de calor.

6. Em relação a pressão, como são classificados os vasos de pressão.

7. Quais são as dimensões de classificação de vasos de pressão em relação ao solo?

8. Quanto a posição de instalação, como são classificados os vasos de pressão?

9. Defina e exemplifique vaso de pressão vertical.

10. Defina e exemplifique vaso de pressão horizontal.

11. Defina e exemplifique vaso de pressão inclinado.

12. Defina e exemplifique vaso esférico.


Classificação de trocadores de calor

Classificação de Trocadores de

Calor

Processos de Transferência

Contato Indireto

Transferência Direta

Tipo Armazenamento

Contato Direto

Tipo de Construção

Tubular

Carcaça e tubo

Serpentina

Tubo Duplo Tipo Placa


Classificação de acordo com

Processos de Transferência

Nesta categoria, trocadores de calor são

classificados em:

Contato indireto;

Contato direto.


Trocadores de Calor de

Contato Indireto

Os fluidos permanecem separados e o calor é

transferido continuamente através de uma parede,

pela qual se realiza a transferência de calor. Os

trocadores de contato indireto classificam-se em:

trocadores de transferência direta e de

armazenamento.


Tipo de Trocadores de Transferência

Direta

Neste tipo, há um fluxo contínuo de calor do fluido

quente ao frio através de uma parede que os

separa. Não há mistura entre eles, pois cada

corrente permanece em passagens separados.

Este trocador é designado como um trocador de

calor de recuperação, ou simplesmente como um

recuperador.


Alguns exemplos de Trocadores de

Transferência direta são:

Placa;

Tubular;

Superfície Estendida.

Recuperadores constituem uma vasta maioria de

todos os trocadores de calor.


Trocador de Calor de

Transferência Direta.


Trocadores de

Armazenamento

Em um trocador de armazenamento, os ambos

fluidos percorrem alternativamente as mesmas

passagens de troca de calor . A superfície de

transferência de calor geralmente é de uma

estrutura chamada matriz.


Em caso de aquecimento, o fluido quente

atravessa a superfície de transferência de calor e

a energia térmica é armazenada na matriz.

Posteriormente, quando o fluido frio passa pelas

mesmas passagens, a matriz “libera” a energia

térmica (em refrigeração o caso é inverso). Este

trocador também é chamado regenerador.


Trocador de Calor

de Armazenagem


Trocadores de Calor de

Contato Direto

Neste trocador, os dois fluidos se misturam.

Aplicações comuns de um trocador de contato

direto envolvem transferência de massa além de

transferência de calor; aplicações que envolvem

só transferência de calor são raras..


Comparado a recuperadores de contato indireto e

regeneradores, são alcançadas taxas de

transferência de calor muito altas. Sua construção

é relativamente barata. As aplicações são

limitadas aos casos onde um contato direto de dois fluidos é permissível.


Exemplos de Trocadores de

Calor de Contato direto.

Economizado


Trocador de Calor de

Contato Direto


Classificação de acordo a

Características de Construção

Apresentamos os trocadores tubulares, de placas,

de superfícies estendidas e regenerativos. Outros

trocadores existem, mas os grupos principais são

estes.


Trocadores Tubulares

São geralmente construídos com tubos circulares,

existindo uma variação de acordo com o

fabricante. São usados para aplicações de

transferência de calor líquido/líquido. Eles

trabalham de maneira ótima em aplicações de

transferência de calor gás/gás, principalmente

quando pressões e/ou temperaturas operacionais

são muito altas onde nenhum outro tipo de

trocador pode operar.


Este trocadores podem ser classificados

como:

Carcaça e tubo;

Tubo duplo;

Espiral.


Trocadores de carcaça e tubo

Este trocador é construído com tubos e uma

carcaça. Um dos fluidos passa por dentro dos

tubos, e o outro pelo espaço entre a carcaça e os

tubos.São os mais usados para quaisquer

capacidades e condições operacionais, tais como

pressões e temperaturas altas, atmosferas

altamente corrosivas, fluidos muito viscosos,

misturas de multicomponentes, etc.


Estes são trocadores muito versáteis, feitos de

uma variedade de materiais e tamanhos e são

extensivamente usados em processos industriais.


Trocador de Calor de Carcaça

e Tubo.


Trocador Tubo Duplo

O trocador de tubo duplo consiste de dois tubos

concêntricos. Um dos fluidos escoa pelo tubo

interno e o outro pela parte anular entre tubos, em

uma direção de contra fluxo. Este é talvez o mais

simples de todos os tipos de trocador de calor

pela fácil manutenção envolvida. É geralmente

usado em aplicações de pequenas capacidades.


Trocador de Calor

Tubo Duplo


Trocador de Calor

em Serpentina

Este tipo de trocador consiste em uma ou mais

serpentinas (de tubos circulares) ordenadas em

uma carcaça. A transferência de calor associada a

um tubo espiral é mais alta que para um tubo

duplo.


Além disto, uma grande superfície pode ser

acomodada em um determinado espaço

utilizando as serpentinas. As expansões térmicas

não são nenhum problema, mas a limpeza é

muito problemática.


Trocador de Calor

de Serpentina


Trocadores de Calor Tipo Placa

Este tipo de trocador normalmente é construído

com placas planas lisas ou com alguma forma de

ondulações. Geralmente, este trocador não pode

suportar pressões muito altas, comparado ao

trocador tubular equivalente.


Trocador de Calor

Tipo Placa


Questionário

1. Quais as duas principais classificações de trocadores

de calor?

2. Qual o princípio de funcionamento do trocador de calor

de contato direto? Exemplifique.

3. Qual o princípio de funcionamento do trocador de calor

de contato indireto?Exemplifique.

4. Qual a outra designação utilizada para os trocadores

de calor de transferência direta?

5. Qual a outra designação utilizada para os trocadores

de calor de armazenagem?


6. Qual a principal classificação dos trocadores de calor em relação a construção ?

7. Quais as principais características dos trocadores de calor tubulares?

8. Qual a principal classificação dos trocadores de calor tubulares?

9. Comente o funcionamento do trocador de calor de carcaça e tubo.Qual a principal vantagem?

10. Comente o funcionamento do trocador de calor de duplo tubo.Qual a principal vantagem ?

11. Comente o funcionamento do trocador de calor de serpentina.Qual a principal desvantagem ?

12. Comente o funcionamento do trocador de calor de placa.Qual a principal desvantagem?


13. Em um trocador de calor por armazenagem, qual a

função da matriz?

14. Qual a principal diferença de um trocador de calor

regenerador para um recuperador?

15. Quais a vantagens e desvantagens dos trocadores de

calor de contato direto em relação aos recuperadores

e regeneradores?


Ensaios Utilizados na Montagem e Inspeção

de Equipamentos Industriais.

Classificação dos Ensaios

Tipos de Ensaios

Químicos

Mecânicos

Físicos


Ensaios

Ensaios Físicos

Exame Visual

Magnetismo

Microscopia

Resistência Elétrica

Líquidos Penetrantes

Partículas Magnéticas

Radiografia

Emissão Acústica

Medição de Temperatura Professor Fernando 46

Exame Visual

Exame da região a ser inspecionada com visão

direta ou com auxilio de ampliação( lupa,

binóculo...).


Informações Coletadas

Trincas de maior porte;

Marcas de abrasão ;

Amassamento...


Vantagens

Pode ser executada em campo sem

necessidades de equipamentos especiais.

Pode ser realizado por fotografia.


Limitações

Baixa resolução;

Em alguns casos detecção de anomalias em

estado avançado;

Baixa detectibilidade.


Microscopia

Ensaios ótico ou eletrônico de campo ou

através de replica metalográfica.


Informação Coletada

Microestrutura do componente;

Porosidade;

Microtrincas (se incidente na estrutura

estudada)...


Vantagens

Indicações do comportamento metalúrgico do

material;

Indicação de danos ainda em pequenas

escalas.


Limitações

Custo;

Dificuldade de se realizar no campo;

Limitação da área estudada...


Magnetismo

Aplicação de elemento magnético por contato

ou proximidade.


Informações Coletada

Identificar se o material é ou não ferro

magnético.


Vantagens

Identificação rápida e confiável para a

classificação do material.


Limitações

Variações de ligas e proporções

( por exemplos soldas que contenham

estruturas austeníticas).


Partículas Magnéticas

Indução em campo magnético à peça a ser

analisada.


Informações obtidas

Indicação geral de incidência de trincas abertas

a superfícies ou não, desde que próxima a

superfícies.


Vantagens

Técnica simples e rápida.Melhor resolução e

sensibilidade do que o liquido penetrante.

Existem padrões internacionais


Limitações

Somente detecta trincas próximo a superfície;

O material a ser utilizado tem que ser

magnético;

O veiculo pode contaminar os produtos de

corrosão.


Líquido Penetrante

Aplicação e posterior revelação de líquidos

penetrantes.


Informação Coletada

Indicações gerais de incidência de trincas

abertas a superfícies.


Sequencia


Vantagens

Técnica simples e rápida;

Resolução de até 0,5mm de extensão;

Pode ser realizado registro fotográfico;

Existem padrões internacionais.


Limitações

Somente detecta trincas na superfície;

O penetrante pode contaminar os produtos de

corrosão;

Resolução depende das condições de limpeza e

habilidade do operador.


Radiografia

Detecção de descontinuidade internas em

qualquer matéria, através de filme radiográfico.


Imagem



Indicação volumétrica da incidência,

extensão, localização, orientação de trincas

e defeitos.


Vantagens

Fácil de interpretar;

Bom para geometrias complexas;

Grandes áreas podem ser inspecionadas juntas;

Existem padrões internacionais.


Limitações

Dificuldade de detecção das trincas radiais;

Demanda cuidados especiais quanto à

radiação;

Requer equipamentos especiais;

Temperatura limite próximo de 50ºC.


Emissão Acústica

Detecção por transdutores de sinais

acústicos refletidos pelos defeitos.



Incidência e localização de trincas em

evolução (particularmente em vasos de

pressão pressurizados).


Vantagens

Pode ser aplicado em grandes

equipamentos;

Requer pouco equipamentos.


Limitações

Interpretação de moderada a difícil;

Demanda experiência.


Medição de Temperatura

Detecção e acompanhamento de

temperatura através de lápis, giz e outros.


Limitações

Somente indicar a temperatura da

superfície;

Baixa resolução( tipicamente 50ºC).



Medição da temperatura da superfície,

dentro da faixa especificada.


Vantagens

Técnica simples, rápida e confiável;

Não requer equipamentos especiais;

Fácil interpretação.


Medição de Temperatura

Detecção e acompanhamento de

temperatura através de pirômetros de

radiação, infravermelho e termografia.



Medição da temperatura , em ampla faixa de

resolução ( -20ºC a 2000ºC ou mais).


Vantagens

Técnica rápida, simples e confiável;

Boa resolução ( até 0,1°C);

Fácil interpretação.


Limitações

Técnica com infravermelho sujeito a erro se

houver presença de vapor de água e CO2;

Requer equipamento especial.


Ensaios

Ensaio Químico

Teste por pontos


Teste por Pontos

Aplicação de reagentes para indicar a

presença de componentes.


Informações Obtidas

Presença ou ausência de elementos

químicos na composição do material.


Vantagens

Relativamente simples e confiável;

Fácil interpretação;

Material simples.


Limitações

Requer experiência do operador;

Não indica a composição completa do

material;

Limitado a uma certa gama de material.


Ensaios

Ensaio Mecânico

Teste de Dureza


Teste de Dureza

Aplicação de um micro ensaios de dureza

em área determinada do material.


Informações Obtidas

Dureza do material no local testado.


Vantagens

Técnica simples e rápida;

Interpretação simples e rápida.


Limitações

Pode alterar a superfície e estrutura do

material;

Demanda cuidado e atenção na escolha do local a ser ensaiado;

Mede apenas a dureza da micro região ensaiada.


Soldas em Vasos

de Pressão

Quase todos os vasos de pressão são

fabricados a partir de chapas soldadas.A solda também e empregada para fixação de todas as outras partes que constituem a parede de pressão do vaso, bem como para muitas das peças não-pressurizadas do vaso, tanto como internas e externas.


Soldagem em Vasos

de Pressão

A soldagem em vasos de pressão podem ser feito

por vários processos manuais, semi-automático e

automático dos quais os mais usuais são os

seguintes:


Processos de Soldagem em

Vasos de Pressão

Manual

Arco Metálico com Eletrodo Revestido

Arco de Tungstênio com Atmosfera Inerte(TIG)

Semi-automático

Arco Metálico com Hidrogênio Atômico

Arco Metálico com atmosfera inerte(MIG)

Automático

Eletroescória

Arco Submerso


Soldagem em Arco submerso.


Os processos automáticos são mais

econômicos e resultam em uma solda de

melhor qualidade.Em compensação, essas

soldas exigem equipamentos caros,

preparação mais difícil e só se aplicam a

satisfatoriamente ás soldas extensas.


0

Soldagem em Aços Inoxidáveis e

Metais não ferrosos.

As soldas em aços inoxidáveis e em

muitos dos metais não ferrosos devem, de preferência, e sempre que possível ser feitas em recintos fechados e com atmosfera limpa e controlada, para evitar a contaminação do metal depositado por partículas de ferrugem, fumaça, poeira etc.


1

Requisitos para Soldagem

É obrigatório que todas as soldas de emendas de

chapas no casco e nos tampos dos vasos de

pressão seja de topo, com penetração total, e de tipos facilmente radiografáveis.


2

Sempre que possível essas soldas devem ser

feitas dos dois lados; em vasos de pequenos

diâmetros( 500mm, ou menos), onde não e

possível a soldagem pelo lado interno, pode ser

feita apenas a soldagem pelo lado externo.


3

Classificação das Soldas

As soldas são classificadas em duas categorias

em função das tensões atuantes de tração, devidas à pressão interna, a que estão submetidas:

Categoria A: soldas solicitadas pelas maiores tensões;

Categoria B: soldas solicitadas pelos menores tensões.


4


5

Esforços Longitudinais e

Circunferenciais

Nos cilindros e cones os esforços circunferenciais,

aplicáveis às soldas longitudinais, são maiores do

que os esforços longitudinais, que atuam nas

soldas circunferenciais. Desta forma as soldas

longitudinais são categoria A e as circunferenciais

são categoria B.


6

Nas esferas, tampos semi-esféricos e nos tampos

conformados, elípticos ou torisféricos, como as

soldas longitudinais e circunferenciais estão

submetidas a esforços iguais, ambas são

categoria A.


7

Chanfros para

Soldagem

Os chanfros para preparação das bordas das

chapas podem ser:

V simples;

V duplos;

U simples;

U duplos.


8

Chanfro em

V Simples


9

Chanfro em

V duplo


0

Chanfro em

U simples


1

Chanfro em U duplo.


2

Chanfro para Soldagem em relação a

Espessura da Chapa.

Espessura

da Chapa

Chanfro

Especificado

Até 19mm V simples

19 a 38mm V duplo ou U simples

Acima de 38mm U duplo


3

Observações

A localização de todas as soldas no vaso deve ser estudada de modo a permitir a sua execução sem dificuldades e também a sua inspeção.

As soldas dos tampos e casco devem ser dispostas de tal forma, tanto quanto possível, interfiram ou superponha com as soldas dos suportes do vaso, bocais, bocas de vista e respectivos reforços.


4

Todas as soldas devem também, tanto quanto

possível, estar em tal posição que possibilite a

sua inspeção sem haver necessidade de

desmontagem. Pois as soldas podem apresentar

diversos defeitos internos e externos, que podem

ser investigados por meios de ensaios destrutíveis

e não destrutíveis.


5

Bibliografia

FALCÃO, Carlos.Projeto mecânico vasos de

pressão e trocadores de calor casco e

tubos.2002.


6

Sistema de Controle da Qualidade

A partir de 1977 o código ASME, Seção

VIII, foram introduzidos apêndices de uso

obrigatório, regulamentando o

denominado Sistema de Controle da

Qualidade.


7

Esses apêndices contém uma série de

prescrições, principalmente de caráter

organizacional e administrativo a que os

fabricantes e montadores de vasos de

pressão devem obedecer, para que os

vasos produzidos por eles tenham uma

garantia de qualidade satisfatória.


8

Como esses apêndices são obrigatórios,

para que os vasos de pressão seja

considerado como construído de acordo

com o código ASME, é indispensável que

essas precisões sejam atendidas

integralmente.


9

O fabricante O fabricante deve ter e manter um sistema

de controle da qualidade, capaz de garantir

que todas as exigências da norma estão

sendo cumpridas.Deve haver uma descrição

detalhada, por escrito, do referido sistema,

sendo obrigatório que nessa descrição haja

referencia formal do inspetor .


0

O inspetor De acordo com o código ASME,seção VIII,

divisão I, denomina-se de inspetor uma

pessoa de órgão público, companhia de

seguros ou de uma firma ou agência de

inspeção, habilitadas a realizar inspeções em

vasos de pressão; não poderá ser um

empregado do fabricante ou montador.


1

Inclusões de um Sistema de Controle da

Qualidade.

a) Autoridade e responsabilidade das

pessoas encarregadas do sistema devem

ser claramente definidas.


2

b)Deve haver um organograma definindo

o inter-relacionamento entre a gerência

e os órgãos de engenharia,compras,

fabricação,montagens e controle da

qualidade.


3

Gerência

Compras Fabricação

e Montagem Controle da Qualidade

Engenharia

Exemplo de Organograma


4

c) O sistema deve incluir procedimentos assegurando:

Que em todas as etapas de fabricação, inspeção e

testes dos vasos de pressão estejam sendo usadas as emissões corretas de desenhos, cálculos, especificações e instruções etc...

Que os materiais recebidos tenham os certificados da qualidade exigidos, sejam devidamente identificados e que sejam realizados os testes necessários.


5

Que todas as etapas de soldagem satisfaçam

às exigências das normas, inclusive da Seção

IX do código ASME.

Que os tratamentos térmicos, sejam como

exigidos, pelas normas devendo haver meios

para que o inspetor, em qualquer época, possa

verificar esses tratamentos.


6

d) Que o sistema deve descrever todas as

operações de fabricação, com detalhes

suficientes para permitir ao inspetor saber em

que etapa deve ser feitas as diversas

inspeções.

e) Deve haver um procedimento acertado entre o

fabricante e o inspetor, para a correção de não-

conformidade.

Professor Fernando

127

f) Que o sistema tenha rastreabilidade

garantida, através de documentos,

certificados, marcações etc. A rastreabilidade

deve permitir também acompanhar a

trajetória de cada peça de material(chapa,

tubo etc.) desde a usina produtora até o vaso

pronto.


8

Rastreabilidade Denomina-se rastreabilidade a propriedade de um

sistema de controle da qualidade de permitir, em qualquer época ( inclusive muito tempo depois) determina-se precisamente, para todas as operações de fabricação e de inspeção:

Quem fez ?

Quando fez ?

Como fez ?


9

FLANGES

É o tipo de ligação de uso tipicamente industrial e seu emprego visa principalmente à facilidade de montagem e desmontagem dos componentes da tubulação. São empregadas principalmente em tubos de DN > 50 (2”) mas nada impede seu emprego em linhas de menores diâmetros.Uma ligação flangeada é composta de um par de flanges, uma junta de vedação e um jogo de parafusos.


0

Tipos de flanges

Liso; Pescoço; Sobreposto; Roscado; Encaixe e solda; Solto; Cego; Redução.


1

Especificação de Flanges conforme a

norma ANSI:

Para a determinação da pressão de trabalho dos

flanges segundo a norma ASME/ANSI B16.5 ver

Tabela.


2


3


4


5

Exemplos de especificação técnica:

Flange de pescoço de aço carbono forjado ASTM A105, classe 300#, dimensões conforme ANSI B16.5-FR, face com acabamento com ranhuras concêntricas conforme MSS-SP-6.

Flange sobreposto de aço carbono forjado ASTM A181 / Gr. II, classe 150# ,dimensões conforme ANSI B16.5-FR, face com acabamento com ranhuras espirais conforme MSS-SP-6.


6

Flange roscado de aço carbono usinado ASTM

A36, classe 150#, dimensões conforme ANSI

B16.5-Fp, face com acabamento com ranhuras

espirais conforme MSS-SP-6, galvanizado a

fogo.

Flange solto de aço carbono usinado ASTM

A36, classe 150#, dimensões conforme ANSI

B16.5, galvanizado a fogo.

Professor Fernando

137

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