Vaso s Depress Aoi

8/22/2019 Vaso s Depress Aoi

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Vasos de presso

Vasos de presso so reservatrios que contm fludos (lquidos ou gases) que em geral esto

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

presses internas e externas. De uso comum em refinarias de petrleo, indstrias qumicas e

petroqumicas, os vasos de presso constituem um conjunto importante de equipamentos queabrangem os mais variados usos. O projeto e a construo de vasos de presso envolve uma

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

cada tipo de aplicao, pois suas falhas podem acarretar consequncias catastrficas at

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 presso (fotos retiradas da internet)

Vasos de Presso 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 incndio, as latas de spray e etc. Em geral, a seguinte

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

presso. A figura 2 mostra a foto e o esquema de um vaso de presso esfrico. Essasestruturas podem ser estudadas atravs de modelos estruturais de cascas (shell).

Figura 2 Vaso de presso esfrico.

Vasos de Presso de paredes espessas (Estruturas 3D)

Pode-se citar com exemplo desse caso, os vasos sanguneos e as artrias, mostrados

esquematicamente na figura 3. Devem ser estudados atravs de modelos slidos

tridimensionais.

Figura 3 Esquema de uma veia e uma artria.


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1. Vaso de Presso cilndrico de parede fina:

O primeiro exemplo a ser apresentado um vaso de presso cilndrico ilustrado na figura 4.

Figura 4 Ilustraes de vasos de presso cilndricos

As tenses na regio central do vaso de presso podem ser facilmente calculadas com o

auxlio da Resistncia dos Materiais, pelas expresses

tpr=1 e

tpr2

2 =

obtidas partir da anlise dos esquemas apresentados na figura 5.

Figura 5 Esquema de um trecho de um vaso de presso cilndrico.

Como exemplo, a figura 6 mostra o esquema da seo transversal de um vaso de presso

feito em ferro fundido (E = 14.5 Msi, = 0.21 ) e est submetido a uma presso internadep = 1700 psi que apresentado em

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

O vaso de presso tem um dimetro interno de 8 in, sendo sua espessura em sua parte

cilndrica de 0,5 in e possui tampas esfricas com 0,25 in de espessura nas extremidades.

Alm disso, existem dois pequenos sulcos circunferenciais na superfcie 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 seo transversal do vaso de presso.


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Neste exemplo, o software ANSYS ser utilizado para analisar as tenses e deformaes

nas paredes do vaso de presso, devido presso interna. J que o vaso de presso em

estudo tem simetria axial sobre o seu eixo longitudinal, uma anlise axissimtrica

(modelo matemtico a ser adotado) poder ser realizada, utilizando-se para tal um

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

bidimensional), com a opo de axissimetria ativada. Assim, o esforo computacionalpoder ser muito reduzido pois apenas a quarta parte do vaso de presso poder ser

modelado, j que alm da axissimetria (eixo longitudinal), existe tambm um plano

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

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

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

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

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

ativada, o software ANSYS aplicar automaticamente condies de contorno de simetria

ao longo do eixo Y-global.

Para fins de validao do modelo axissimtrico, as tenses segundo o eixo

longitudinall

e segundo o eixo ,

nas paredes do vaso de presso, longe de

qualquer dos entalhes podem ser estimadas utilizando as frmulas acima especificadas.

Embora o modelo no satisfaa especificamente o critrio para ser considerado como um

vaso de presso de paredes finas", essas equaes ainda podem fornecer valores

razoavelmente precisos para fins de validao do modelo. Para um recipiente sob presso

submetidos presso interna, apenas a tenso radial r dever variar desde

psiksipr 700.17,1 === em pontos da superfcie interna at o valor zero 0=r em

pontos da superfcie exterior. Assim, as demais componentes de tenses podem ser

calculadas como:

t

pr=

et

prl

2=

ou seja, nos pontos de maior espessura ( int 5,0= )psi200.27=

e psil 600.13=

e nos pontos de menor espessura ( int 25,0= )

psi600.13=

e psil 800.6=


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Comandos do programa ANSYS@ verso 9.0

1.Introduz o ttulo do problema a ser resolvido:

ANSYS Utility Menu

File Change Title[/TITLE]

Vaso de presso cilindrico de paredes finas

2. Altera o nome dos arquivos:

ANSYS Utility Menu

File Change Jobname [/FILNAM]Enter new Jobname:

3. Escolheo tipo de anlise que se pretende executar, visando filtrar comandos a

serem apresentados na telas de entrada:

ANSYS Main Menu

Preferences [KEYW] Discipline for filtering GUI Topics

escolher: Structural will shown

4. Entra no Pr-processamento:ANSYS Main Menu

Preprocessor

Escolhe o tipo de elemento

ANSYS Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAdd

OK

Click OptionsSelecione Axisymmetric for K3 (Element

behavior)OKClose

Entra com as propriedades do material

ANSYS Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsDouble Click

StructuralLinearElasticIsotropic

EX 14.5E6

PRXY 0.21

OK

Exit (abaixo de Material)Cria modelo geomtrico:

Inicia-se criando a geometria da capa esfrica:

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circle

WP X 0WP Y 0

Radius 4

Apply

WP X 0

WP Y 0

Radius 4.25

OK

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreasSelecione (com a ajuda do mouse) Area 2 (crculo grande)OK

Select Area 1 (crculo pequeno)OK

Structural Solid Trian le6node2

VPcil


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Cria linhas que passam pelo centro do crculo e divide as reas ao longo

dessas linhas.

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight lineClick nos Keypoints do crculo externo que esto no eixo X-global de

maneira a criar uma linha reta paralela ao eixo X-global.

Na sequencia clique nos Keypoints do crculo externo que esto no eixo

Y-global de maneira a criar uma linha reta paralela ao eixo Y-global.

OK

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideArea byLineSelecione (com o mouse) a rea remanescenteOKselecione

as duas linhas que foram criadasOK

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingDeleteArea and BelowSeleciona astrs areas no primeiro, no segundo e no terceiro quadranteOK

Define dois retngulos para criar as paredes da parte cilndrica do vaso

de presso (sees mais espessas e sees mais finas). Define um crculo

para criar a reentrncia na parede interna.

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleByDimensionsX-coordinates 4 4.5

Y-coordinates 0 7.75Apply


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X-coordinates 4.25 4.5

Y-coordinates 6.75 7.75

OK

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circle

WP X 4WP Y 2

Radius 1/8

OKSubtrair reas para eliminar as reas das reentrncias

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreasSelecione (com o mouse) o retngulo grandeOK Selecione (com

o mouse) o retngulo pequenoOK

Adicione todas as reas para criar uma nova nica rea para malhar

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddAreasSelecione Pick AllOK

ANSYS Utility Menu

PlotLinesPlot CtrlsNumberingClick Line numbers OnOK

Cria linhas de concordncia nas transies dos trechos mais finos comos mais espessos.

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine FilletSeleciona(com o mouse) as duas linhas da parte inferior

OKRadius 1/16Apply

Seleciona (com o mouse) as duas linhas da parte superior

OKRadius 1/4Apply


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Cria as reas nos trechos curvos e adiciona area total

ANSYS Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy LinesSeleciona (com o mouse) as duas linhas retas e a linha de concordnciaOK

Repete para a outra regio de concordncia.ANSYS Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddAreasSelecione Pick AllOK

ANSYS Utility Menu

PlotLines

Usaremos o prprio malhador do ANSYS com uma malha regular, no

entanto, devido ao uso da verso educacional, que limitada, o tamanhodos elementos ser imposto tendo como lados 0,2in

ANSYS Main MenuPreprocessorMeshingMeshToolClick Set junto ao SizeControls: Global Element edge length 0.2OK

Click MeshSelecione (com o mouse) a areaOK

As regies das transies podero ter a malha mais densificada

PreprocessorMeshingModify MeshRefine atElementSelecione (com o mouse) o elemento ou os elementos das regies de

transies


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Entre no Solution Menu para definir as condies de contorno ecarregamentos:ANSYS Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisSelect StaticOKCondio de simetria

ANSYS Main Menu

SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B.C.On LinesSelecione a linha 19 no topo domodeloOK

Entra com a presso interna

ANSYS Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOnLinesSelecione (com o mouse) todas as linhas da parte interna do vaso

de presso (20,12,16,17 e 2)OK

Load PRES value 1700OK

Salva os dados

ANSYS ToolbarSAVE_DB

Soluciona o modelo

ANSYS Main MenuSolutionSolveCurrent LSOK


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Entre na etapa de ps-processamento: General PostprocessorPlote a deformada.

ANSYS Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed ShapeSelecione Def + undeformedOK

ANSYS ToolbarPOWRGRPHSelect OFFOK

ANSYS Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu

Selecione Stress e 1st Principal stressOK

(ler a parte relativa a critrios de fratura de materiais frgeis)

O modelo axissimtrico poder ser expandido para melhor visualizao

ANSYS ToolbarPOWRGRPHSelecione ONOKUtility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry Expansion2-D Axi-SymmetricSelecione Full expansionOK


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Treinamento: Ler e criar o vaso de presso do artigo do site:

http://www.mbari.org/education/internship/98interns/98internpapers/98heckman.pdf

o artigo faz uma comparao dos resultados usando diversos modelos matemticos

Com o uso de diferentes elementos finitos existentes na biblioteca do ANSYS

Alm disso, prope o uso de elementos de contato para a modelagem das unies entre

cilindro e tampas.

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