2013 Vasos de pressao CENEL 2

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VASOS DE PRESSÃO
PALESTRA TÉCNICA
INSTRUTOR: FERNANDO A. M. VILLAS-BÔAS RH/UP/ECTAB
ENGENHEIRO DE EQUIPAMENTOS 801.3475 CHAVE: SG1G
Fontes Bibliográficas:
Apostila de Vasos de Pressão - Guilherme Donato (CEN PES/PDP/TMEC) & 
Fernando A M Villas-Bôas (RH/UP/ECTAB)
Apostila e Apresentação de Vasos de Pressão - Adelin o (RH/UP/ET)
Livro Vasos de Pressão – Pedro C. Silva Telles
Definições
Definição geral: Reservatórios destinados ao
armazenamento e processamento de líquidos e
gases sob pressão ou sujeitos a vácuo total ou
parcial.
Definição do código ASME - Reservatórios, de
qualquer tipo, dimensões ou finalidade, não
sujeitos a chama, que contenham qualquer fluído
em pressão manométrica igual ou superior a 1,02
kgf/cm2 ou submetidos à pressão externa.
Emprego
Armazenamento de gases sob pressão
• Os gases são armazenados sob pressão para que se possa
ter um grande peso num volume relativamente pequeno .
Acumulação intermediária de líquidos e gases
• Isto ocorre em sistemas onde é necessária a armazenagem
de líquidos ou gases entre etapas de um mesmo processo
ou entre processos diversos.
Processamento de gases e líquidos
• Inúmeros processos de transformação em líquidos e gases
precisam ser efetuados sob pressão.
Características
Grande risco: Normalmente opera com grandes
pressões e temperaturas elevadas.
Alto investimento : É um equipamento de custo
unitário elevado.
Papel importante na continuidade operacional do
processo.
Aplicações
Indústrias químicas e petroquímicas
Indústrias alimentares e farmacêuticas
Refinarias
Terminais de armazenagem e distribuição de petróleo e 
derivados.
Estações de produção de petróleo em terra e no mar.
Classificação
Vasos não sujeitos a chama :
–Vasos de armazenamento e acumulação;
–Torres de destilação fracionada, retificação, absor ção, etc,...
–Reatores diversos;
–Esferas de armazenamento de gases;
–Permutadores de calor;
–Aquecedores;
–Resfriadores;
–Condensadores;
–Refervedores;
–Resfriadores a ar
Vasos sujeitos a chama:
–Caldeiras;
–Fornos.
Classificação
Classificação didática � diferenciar vasos de pressão 
de tanques de armazenamento :
0 - 2,5 psig : API-650
2,5 - 15,0 psig : API-620
> 15,0 psig e vácuo : ASME, BS-5500, Ad-Merkblatter, 
etc,...
Classificação
Componentes
Componentes
Componentes
Corpo (casco ou costado): 
Normalmente cilíndrico, cônico, 
esférico ou combinação dessas 
formas. 
Tampos: Normalmente nos tipos 
semi-elípticos, semi-esféricos, 
cônicos, toro-cônicos, toro-esféricos 
e planos.
Componentes
Escolha do tipo de tampo : Exigência de Serviço, Diâmetro e Pressão de Operação.
Mais caro, pois exige uma matriz específica.
(*)P1
Slide 14
P1 Ex.: BV
Petrobras; 08/01/2008
Componentes
Costado cilíndrico com espessura mínima requerida de 25,0 mm, conectado 
ao tampo:
Posição de instalação
Posição de Instalação
- Verticais
- Horizontais
- Inclinados
- Diâmetro Interno (DI)
- Diâmetro Externo (DE)
- Comprimento entre tangentes (CET)
CET ���� comprimento total do corpo cilíndrico,
ou a soma dos comprimentos dos corpos
cilíndricos e cônico sucessivos.
Linha de tangência: Próxima a ambos
os extremos do vaso, na tangência
entre os corpos cilíndricos e os tampos
de fechamento.
Posição de Instalação
Formato e posição são função da finalidade ou serviço:
- Verticais : Quando é necessária a ação da gravidade para o funcionamento do vaso ou 
escoamento de fluidos. Ex.: Torres de fracionamento, de retificação, e de absorção, bem como 
muitos reatores de catálise . São mais caros que os horizontais, porém ocupam menos espaço.
- Horizontais : Trocadores de calor e maioria dos vasos de acumulação.
- Inclinados : São exceções, empregados somente quando o serviço exigir, como por exemplo, 
para o escoamento por gravidade de materiais difícieis de escoar.
Cilíndricos – Mais fácil de fabricar e transportar. 
• Cilíndricos simples – Maioria deles. 
• Cilíndricos compostos – Quando há diversas entradas e saídas. Constrói-se de maneira que a 
velocidade de escoamento seja a aproximadamente constante ao longo de toda a seção 
transversal do vaso.
Esféricos – Formato ideal (menor peso e menor espessura). Porém são caros e difícies de 
fabricar. Só são econômicos em grandes dimensões. Gases sob pressão. (*) 
Cônicos – Usados na transição entre dois corpos cilíndricos.
P2
Slide 18
P2 Ex.: Esferas de GLP
Petrobras; 08/01/2008
Posição de Instalação
Aberturas e reforços
Aberturas e Reforços
A, B, C, D e E ���� Para ligações a tubulações externas
C e D ���� São em um corpo desmontável acoplado ao 
casco principal do vaso
F1, F2 e G ���� Destinam-se à instalação de instrumentos
H ���� Respiro
J ���� Dreno
K ���� Boca de visita (BV)
Aberturas e Reforços
Bocais (nozzles) :
– Ligação com tubulações de entrada e saída de produto.
– Instalação de válvulas de segurança.
– Instalação de instrumentos, drenos e respiros.
Podem ainda existir aberturas feitas para permitir a ligação entre
o corpo do vaso e outras partes do mesmo vaso; por exemplo,
ligação a potes de drenagem (sumps). P4
Slide 22
P4 Vasos horizontais normalmente são instalados com uma pequena declividade. Esses potes são para remoção ou separação de produtos
mais pesados, como água.
Petrobras; 08/01/2008
Aberturas e Reforços
Aberturas e Reforços
São pontos de concentração de tensões.
Necessária a colocação de reforços junto as aberturas 
feitas num vaso de pressão.
Reforços normalmente utilizados:
– Disco de chapa soldado ao redor da abertura.
– Utilização de maior espessura de parede para o vaso ou 
bocal.
– Peças forjadas integrais.
– Pescoço tubular com maior espessura.
Aberturas e Reforços
Peças internas
Peças internas
A variedade de tipos e detalhes de peças internas em vasos
de pressão é muito grande, dependendo essencialmente do
serviço para o qual o vaso se destina.
Todas as peças internas que devam ser desmontáveis,
(grades, bandejas, distribuidores, defletores, extratores de
névoa, etc...) devem ser obrigatoriamente subdivididas em
seções, de tal maneira que cada seção possa passar com
facilidade através das bocas de visita dos vasos.
Peças internas
Acessórios externos
Acessórios externos
Reforços de vácuo.
Anéis de suporte de isolamento térmico externo.
Chapas de ligação, orelhas ou cantoneiras para suportes de
tubulação, plataformas, escadas ou outras estruturas.
Suportes para turcos de elevação de carga.
Turcos para as tampas de bocas de visita e outros flanges
cegos.
Acessórios externos
Acessórios externos
Suportes
Suportes
Vasos verticais :
- “saia” de chapa (mais comum).
- sapatas ou colunas (vasos menores).
Esferas para armazenagem de gases :
- Colunas – Soldadas aproximadamente na linha do equador da esfera.
Vasos horizontais : 
- dois berços (selas) – Em um deles os furos para os chumbadores 
são ovalados. (*)
Permutadores de calor :
- Selas
- Estruturas superpostas
P3
Slide 35
P3 Para dilatação do vaso
Petrobras; 08/01/2008
Suportes
Torres devem ser suportadas por meio de saias. A saia de 
suporte deve ter um trecho com 1000 mm de comprimento a 
partir da ligação com o vaso, com o mesmo material do casco 
nos seguintes casos:
- Temperatura de projeto abaixo de 15oC.
- Temperatura de projeto acima de 340oC.
- Serviços com Hidrogênio.
- Vasos de aços-liga, aços inoxidáveis e materiais não
ferrosos.
Suportes – Vasos verticais
Suportes - Detalhe da saia 
Suportes – Vasos horizontais
Suportes vasos verticais
Suportes vasos verticais
Códigos de Projeto
Códigos de Projeto
Incentivados por diversas 
ocorrências de falhas em caldeiras.
1905 � Explosão de caldeira em 
uma fábrica de sapatos. Motivou a 
criação da primeira norma 
regulatória.
Em 1911 foi criado o comitê de 
caldeiras do ASME.
Em 1924 foi publicada a seção VIII 
do ASME referente a vasos de 
pressão não sujeitos à chama.
Códigos de Projeto
Vasos de pressão e tubulações são utilizados em diversos
ramos da indústria;
Empregados paraconter e transportar fluidos, muitas
vezes perigosos, ou em estado termodinâmico perigoso.
O objetivo de um projeto e fabricação adequada é
assegurar que tais equipamentos possam exercer
suas funções, sem risco considerável, submetidos
aos carregamentos, temperaturas e pressões
previstas .
Códigos de Projeto
Filosofia do código é implementada para a seleção dos 
materiais, definição dos testes de qualificação 
necessários, requisitos de fabricação, detalhes de projeto, 
ensaios não-destrutivos e destrutivos certificando a 
fabricação do equipamento e finalmente os ensaios e 
testes finais de aceitação do vaso de pressão ou da 
tubulação.
Códigos de Projeto
Os principais códigos de projeto, fabricação, montagem e 
testes de vasos de pressão são os seguintes :
- British Standards (BS-5500);
- Ad-Merkblatter;
- ASME (Seç.III, Seç. VIII);
- SNCT;
- ISO TC/11 - ISO DIS 2694;
- P-NB-109.
Códigos de Projeto - Códigos de Projeto - ASME 
The American Society of Mechanical Engineers
É o código tradicionalmente utilizado no Brasil : 
materiais, projeto, fabricação, montagem e testes 
da maioria dos vasos de pressão, permutadores e 
caldeiras utilizadas na indústria do petróleo.
Códigos de Projeto - ASME Seção VIII - Divisão 1
As regras da Divisão 1 foram formuladas a partir de 
considerações de projeto e princípios de construção 
aplicáveis a vasos projetados para pressões não 
superiores a 3.000 psig e vasos sujeitos a pressão 
externa.
Projeto alternativo de vasos de pressão;
Regras são mais restritivas quanto ao tipo de material a ser
utilizado, mas permite-se a utilização de maiores valores de
intensificação de tensões de projeto na faixa de temperaturas na
qual este valor é limitado pelo limite de resistência ou
escoamento;
Procedimentos mais precisos de cálculo são necessários; vários
modos de falha são analisados;os procedimentos permissíveis de
fabricação são especificamente delineados e mais completos
métodos de inspeção e teste são exigidos.
Códigos de Projeto - ASME Seção VIII - Divisão 2
Exemplo de Comparação entre Códigos de Projeto 
Exemplo: Material: SA-516 Gr.60
Propriedades a temperatura ambiente:
Tensão de escoamento mín = 32,0 Ksi
Limite de resistência = 60,0 Ksi
Código Edição
Tensões 
Admissíveis 
[ksi] 
Redução de 
Peso do 
Equipamento
ASME Seç.VIII –
Divisão 1 
Anterior a 
1998 15,0 0 %
ASME Seç.VIII –
Divisão 1 
Posterior 
a 1998 17,1 12,3 %
ASME Seç.VIII –
Divisão 2 
Anterior a 
2007 20,0 25,0 %
ASME Seç.VIII –
Divisão 2
Posterior 
a 2007 21,3 29,6 %
PD-5500 21,3 29,6 %
AD-Merkblatter 21,3 29,6 %
Materiais
Materiais 
A seleção dos materiais adequados a cada uma das partes de um vaso 
de pressão é um dos problemas mais difíceis para o projetista do 
equipamento.
Fatores para a seleção de materiais :
- Condições de serviço do equipamento (Pressão e Temperatura de 
operação);
- Nível e natureza das tensões atuantes;
- Fluídos em contato (Natureza e concentração ,impurezas, etc...);
- Custo e Segurança;
- Facilidade de fabricação (Soldabilidade, conformação, etc...);
- Tempo de vida previsto para o equipamento;
- Disponibilidade;
- Experiência prévia.
Materiais - Altas temperaturas
Materiais - Altas temperaturas
Materiais - Altas temperaturas
Materiais - Altas temperaturas
Materiais - Altas temperaturas
Materiais - Baixa temperatura
Numerosos metais que apresentam um comportamento 
dúctil em temperatura ambiente podem tornar-se 
quebradiços, quando submetidos a temperaturas baixas, 
ficando sujeitos a rupturas repentinas por fratura frágil.
Materiais - Baixa temperatura
Materiais - Baixa temperatura
Ocorrência de fratura frágil durante teste hidrostático
Materiais - Baixa temperatura
Espessuras Padronizadas
Espessuras nominais(comerciais) :
4,75 / 6,30 / 8,00 / 9,50 / 11,20 / 12,50 / 14,00 / 16,00 / 17,50 / 19,00 
/ 20,60 / 22,40 / 23,60 / 25,00 / 28,60 / 31,50 / 34,90 / 37,50 / 41,30 / 
44,40 / 47,50 / 50,0.
Para t > 50,0 mm : adotados valores inteiros em mil ímetros.
As tolerâncias de fornecimento das chapas não preci sam ser 
consideradas, desde que as chapas estejam de acordo com as 
normas ASTM A -20 e PB-35.
Perda por Conformação
Para tampos abaulados e outras peças prensadas ou
conformadas, deve ser previsto um adequado
acréscimo na espessura das chapas, para compensar
a perda de espessura na prensagem ou na
conformação, de forma que a espessura final da peça
acabada tenha no mínimo o valor calculado ou o valor
que consta nos desenhos.
Sobrespessura de corrosão
Deve sempre ser acrescentada uma adequada
sobrespessura para corrosão exceto quando, para o 
serviço e o material em questão, a corrosão for 
reconhecidamente inexistente ou desprezível, ou 
quando houver um revestimento interno anticorrosivo 
adequado.
Sobrespessura de corrosão
As sobrespessuras para corrosão devem ser
baseadas na vida útil do equipamento .
Como regra geral, quando a taxa de corrosão prevista
for superior a 0,3 mm/ano recomenda-se que seja
considerado o emprego de outros materiais mais
resistentes a corrosão .
Sobrespessura de corrosão
Definições
Definições
– PRESSÃO DE OPERAÇÃO
É a pressão no topo de um vaso de pressão em posição normal 
de operação, correspondente a uma determinada temperatura de 
operação.
– TEMPERATURA DE OPERAÇÃO
É a temperatura da parede do vaso quando sujeito a pressão de 
operação.
Observação: Quando num equipamento podemos delimitar zonas 
com diferentes temperaturas de operação, podemos estabelecer 
condições de projeto distintas para cada uma dessas zonas.
Definições
– PRESSÃO DE PROJETO
É a pressão que será utilizada no dimensionamento do vaso, 
devendo ser considerada como atuando no topo do equipamento.
O Código ASME, Seção VIII, estabelece que a pressão de projeto 
deverá ser determinada considerando-se a condição de pressão e 
temperatura mais severas que possam ocorrer em serviço normal.
Obs: Quando aplicável, a altura estática do líquido armazenado 
deve ser adicionada a pressão de projeto para dimensionar-se 
qualquer parte do vaso submetida a esta coluna de líquido.
Definições
– TEMPERATURA DE PROJETO
É a temperatura da parede do vaso correspondente a pressão de projeto. 
O Código ASME estabelece que esta temperatura não deverá ser menor 
que a temperatura média da superfície metalíca nas condições normais 
de operação.
Obs : Vasos com possibilidade de operação em condições distintas de 
operação devem ter inicialmente suas condições de projeto estabelecidas 
para cada condição de operação, de acordo com os parâmetros 
estipulados pela PETROBRAS. 
Posteriormente, será adotada a condição mais crítica de projeto, a partir 
das relações entre a pressão de projeto e tensão admissível na 
temperatura de projeto.
Definições
– PRESSÃO MÁXIMA ADMISSÍVEL DE TRABALHO
É a pressão máxima, no topo do vaso, em posição de operação normal, 
que acarreta no componente mais solicitado do equipamento, uma tensão 
igual a tensão admissível do material, na temperatura considerada, 
corrigida pelo valor da eficiência de exame radiográfico adotada no projeto 
do equipamento.
A pressão máxima admissível de trabalho é calculada para a temperatura 
de projeto com o vaso na condição corroída. Para determiná-la devemos 
considerar a pressão máxima que poderá atuar em cada componente do 
vaso, não devendo ser levadas em conta no cálculo espessuras 
decorrentes da coluna de líquido atuante no vaso nem as espessuras
decorrentes das tolerâncias de fornecimento das chapas e sua 
conformação. Em alguns casos, no teste hidrostático por exemplo, 
poderemos necessitar da pressão máxima admissível na temperatura 
ambiente, estando o vaso novo ou corroído.
Definições
- PRESSÃO DE AJUSTE DO DISPOSITIVO DE ALÍVIO DE PRES SÃO
O código ASME Seção VIII, Divisão 1 aborda os requisitos para dispositivos 
de alívio de pressão, em sua parte UG, parágrafos UG-125 a UG-136 e em 
seu Apêndice 11.
Num vaso de pressão instalamos dispositivos de alívio de pressãopara 
proteção contra condições anormais de operação e contra a excesso de 
pressão provocado por fogo.
Para condições anormais de operação, o dispositivo de alívio de pressão, 
quando 1 (um) só dispositivo utilizado, deve ter sua pressão de ajuste não 
superior a pressão máxima admissível de trabalho do equipamento, 
nem inferior a sua pressão de projeto.
Definições
DEFINIÇÕES
Definições
DISPOSITIVO DE ALÍVIO DE PRESSÃO
Teste de pressão
FINALIDADE
Os testes de pressão são a última prova por que passam os vasos de 
pressão antes que sejam entregues a operação. São realizados para 
verificar-se a estanqueidade de todas as juntas soldadas e conexões do 
equipamento e submete-lo a um nível de tensões superior ao que estará 
sujeito em condições normais, pela primeira vez, promovendo alívio de 
tensões provenientes de descontinuidades geométricas.
Pode-se realizar testes hidrostáticos, pneumáticos ou mistos, sendo os 
mais comuns os primeiros. O teste pneumático ou o misto, só deverão 
ser realizados em casos excepcionais,devido ao grande perigo que 
representam.
Definições
NR-13 - Norma regulamentadora que estabelece regras compulsórias a serem seguidas no
projeto, operação, inspeção e manutenção de caldeiras e vasos de pressão instalados em
unidades industriais e outros estabelecimentos públicos no Brasil, como definido no corpo 
Da norma.
Profissional Habilitado (PH) - Aquele que tem competência legal para o exercício da
profissão de engenheiro nas atividades referentes a projeto de construção,
acompanhamento de operação e manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de
caldeiras e vasos de pressão, em conformidade com a regulamentação profissional vigente
no País.
Teste de Pressão - Teste por meio de fluido compressível ou incompressível ou uma
mistura de ambos, até um dado valor de pressão, com a finalidade de aliviar as tensões
residuais, avaliar a integridade e a resistência estrutural dos componentes sujeitos a
pressão, dentro das condições estabelecidas para a sua realização.
Teste de pressão
- Execução do Teste : Recomenda-se o seguinte procedimento de teste: [Prática
Recomendada].
a) elevar a pressão até 50 % da pressão de teste;
b) inspecionar o vaso;
c) elevar gradativamente a pressão até a condição de teste;
d) manter o vaso pressurizado neste patamar pelo tempo mínimo de 30 minutos e 
por 
motivo de segurança, nenhuma inspeção deve ser executada durante este período;
e) reduzir gradativamente a pressão para um valor de até 65 % da pressão de 
teste;
f) inspecionar o vaso;
g) reduzir gradativamente a pressão de teste até a pressão atmosférica, devendo 
ser
abertos os bocais superiores para evitar vácuo no interior do vaso.
TESTE PNEUMÁTICO OU HIDROPNEUMÁTICO
Cabe ao Profissional Habilitado avaliar as condiçõe s de risco e aprovar ou não a
alternativa de aplicação do teste com fluido compre ssível . No caso de aplicação, o 
teste deve ser supervisionado por Profissional Habilitado.
Nota: A aplicação de teste de pressão com fluido compressível (teste pneumático) ou
mistura de fluido compressíveis e incompressíveis (teste hidropneumático) é válida, porém
deve ser considerado que um equipamento submetido a teste com fluido compressível 
tem uma energia armazenada muito maior que o mesmo v aso submetido a teste 
hidrostático na mesma pressão. Visto que o potencial de risco numa eventual liberação 
não controlada dessa energia é muito maior, a aplicação de teste pneumático ou 
hidropneumático deve ser restrita àquelas condições em que um fluido líquido é 
inviável, ou quando a pressão de teste é de tal ord em que a energia armazenada é 
comparável àquela existente no vaso na sua condição de operação normal.
TESTE PNEUMÁTICO OU HIDROPNEUMÁTICO
- Execução do Teste :
Recomenda-se o seguinte procedimento de teste: [Prática Recomendada]
a) elevar a pressão até 102 kPa (1,02 kgf/cm2) ou 10 % da pressão de teste, o que for menor;
b) inspecionar o vaso;
c) elevar gradativamente a pressão até a condição de teste;
d) manter o vaso pressurizado neste patamar pelo tempo mínimo de 30 minutos e por motivo
de segurança, nenhuma inspeção deve ser executada durante este período;
e) reduzir gradativamente a pressão para um valor de até 80 % da pressão de teste;
f) inspecionar o vaso;
g) reduzir gradativamente a pressão de teste até a pressão atmosférica, devendo ser abertos os bocais 
superiores para evitar vácuo no interior do vaso.
É um teste de grande periculosidade e substituirá o teste hidrostático quando:
- O vaso ou seus suportes não forem dimensionados para suportar o peso do teste hidrostático.
- Qualquer traço d’água ou do fluído utilizado no teste prejudicar o processo.
A pressão do teste pneumático será no mínimo: P teste > Ftp.PMAcq.(Sf / Sq)
Fth = 1,25 para vasos projetados anteriormente à edição de 1998; = 1,1 para vasos projetados 
posteriormente à edição de 1998 do ASME Div.1.
ETAPAS DE PROJETO PARA UM CASO REAL (DOCUMENTAÇÃO)