Apresentação Vaso de Pressão - Tópicos ASME rev1

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Projeto de Vasos de Pressão
Apresentação de Tópicos Básicos
ASME Seção VIII Divisão 1
Falcão
Consultoria e Projetos
Carlos Falcão
2011
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Vasos de Pressão
• São equipamentos usados para armazenamento, 
acumulação, reação e processos químicos e físicos 
sob pressão, para gases e líquidos;
• São utilizados principalmente nas refinarias e 
plataformas de petróleo, indústrias químicas, 
petroquímicas, farmacêuticas, alimentícias, 
siderúrgicas, de mineração e centrais 
termoelétricas e nucleares; 
• Não são equipamentos de “prateleira”. Cada vaso 
tem sua função, geometria, dimensões, materiais 
e condições de projeto e operação específicas, 
sendo projetado e fabricado “sob encomenda” 
(“taylor equipment”).
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Vasos de Pressão
• Os principais equipamentos são:
 Esferas e cilindros para armazenamento de 
gases;
 Torres de destilação, absorção e separação; 
 Vasos (separadores, acumuladores, de 
lavagem, desalgadores, etc.);
 Reatores;
 Filtros;
 Trocadores de calor (aquecedores, 
resfriadores, refervedores, condensadores, 
evaporadores, etc.).
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4
5Reator
Vaso de pressão
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Vaso de alumínio Reator de liga níquel-cobre
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Feixes tubulares de trocadores casco e tubos
Trocador de calor casco e tubos tipo AES
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Torres de processo
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Esfera de GLP Vaso de usina nuclear
Vasos de Pressão
Principais Falhas
 Deformação elástica excessiva, incluindo 
instabilidade;
 Deformação plástica excessiva;
 Fratura frágil;
 Tensões de ruptura e deformações de fluência a 
alta temperatura;
 Instabilidade plástica - colapso incremental;
 Altas deformações - fadiga de baixo ciclo ;
 Corrosão sob tensão;
 Corrosão - Fadiga.
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Falha durante teste hidrostático
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Falha durante teste hidrostático - Detalhe do slide anterior
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Falha durante teste hidrostático. Causa: material do flange de chapa
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Falha durante teste hidrostático. Detalhe do slide anterior
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Falha durante teste hidrostático. Causa provável: material
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Fratura frágil durante teste hidrostático
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Colapso da estrutura de sustentação durante teste hidrostático
Vasos de Pressão
Definição das Condições de Projeto
 Dimensões e forma geométrica;
 Pressões máximas e mínimas;
 Temperaturas máximas e mínimas;
 Cargas externas (vento, tubulações, isolamento 
térmico, revestimento, plataformas, acessórios, 
etc.);
 Cargas cíclicas;
 Corrosão;
 Material;
 Serviço especial (H2, H2S, cáustico, letal, etc.).
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Formas de Vasos de Pressão
 Cascos:
 Cilíndricos;
 Esféricos;
 Reduções cônicas e toricônicas.
 Tampos:
 Hemisféricos;
 Elípticos;
 Torisféricos: 
 6%: r = 0,06D; L = D;
 10%: r = 0,1D; L = D;
 Perfil Flogges (“falsa-elipse”): r = 0,17D; L = 0,9D (pode 
ser calculado como elíptico);
 Cônicos;
 Toricônicos: mandatório para a > 30°;
 Abaulado e flangeado (tampos de cabeçotes 
flutuantes de trocadres de calor);
 Planos: Soldados ou Flangeados.
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Calandragem de casco cilíndrico
Prensagem de setor esférico Forjamento de casco cilíndrico
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Prensagem a quente de tampo
semi-elíptico
Rebordeamento de tampo torisférico
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Cilindro calandrado a quente Tampo conformado a quente
Soldas longitudinal e circunferencial de casco cilíndrico
Vasos de Pressão
Códigos de Projeto
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Códigos de Vasos de Pressão
Estabelecem procedimentos e critérios 
para:
 Projeto;
 Detalhes construtivos relevantes (por 
exemplo: soldas, bocais, tampos);
 Materiais;
 Fabricação;
 Exames;
 Inspeção;
 Testes.
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PRINCIPAIS CÓDIGOS DE VASOS DE PRESSÃO
 ASME Boiler & Pressure Vessel Code (americana);
 EN-13445 – Unfired pressure vessel - (européia, emitida 
em 2002);
 PD-5500 /BS-5500 – Specifications for unfired fusion 
welded pressure vessels - (inglesa);
 AD-Merkblätter - (alemã);
 CODAP – Code de construction des Appareils a Pression 
non soumis a l’action de la flame – (francesa).
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Equipamentos Existentes
Avaliação e Adequação
API-579 – Fitness for Service
Estabelece procedimentos de avaliação e 
adequação para:
 Fratura frágil;
 Perda de espessura generalizada;
 Perda de espessura localizada;
 Corrosão por pontos (“pitting”);
 Empolamento (“blister”) e dupla laminação;
 Desvios de forma (desalinhamento de soldas e 
distorções nos cascos);
 Trincas;
 Operação a alta temperatura e em regime de 
fluência (“creep”);
 Danos causados por fogo.
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Vasos de Pressão – Equipamentos com 
Códigos e Normas Complementares
 Trocadores de Calor casco e tubos
 TEMA - Standards of The Tubular Exchnanger 
Manufactures Association);
 API-660 – Shell-and-tube Heat Exchangers.
 Resfriadores a Ar
 API-661 – Air-Cooled Heat Exchangers for General 
Refinery Service.
 Trocadores de Placas
 API-662 – Plate Heat Exchanges for General Refinery 
Services
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Vasos de Pressão 
Normas PETROBRAS Complementares
 N-253 – Projeto de Vasos de Pressão;
 N-268 – Fabricação de vasos de Pressão;
 N-269 – Montagem de Vaso de Pressão;
 N-466 – Projeto de Trocadores de Calor 
Casco e Tubos;
 N-1858 – Projeto e Fabricação de 
Resfriadores a Ar.
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Vasos de Pressão
Tensões Atuantes
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Vasos de Pressão - Tensões atuantes
 As tensões atuam nas direções 
circunferencial (tangencial/latitudinal) - (s1), 
longitudinal (meridional) - (s2) e radial (s3);
 Nos vasos de pressão: s1 > s2 > s3 ;
 Para cascas finas (R/t ≥ 10), considera-se o 
estado bi-axial, com tensões circunferencial e 
longitudinal, pois a tensão radial é 
desprezível;
 Para um cilindro de casca fina: s1=s ; s2=s/2
e s3=-P).
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Tensões em tampo elíptico
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Distribuição de tensões em tampo torisférico
Teoria das Falhas (estado plano de tensões)
• Teoria da máxima tensão normal (Critério de 
Rankine)
Estabelece que a falha ocorre quando a máxima tensão 
normal atuante atinge a tensão de escoamento do 
material:
s1 = ±sy ; 
É o critério adotado pelo ASME Seção VIII 
Divisão 1.
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Teoria das Falhas (estado plano de tensões)
• Teoria da máxima tensão de cisalhamento 
(Critério de Tresca)
Estabelece que a falha ocorre quando a máxima tensão 
de cisalhamento atuante atinge a metade da tensão de 
escoamento do material, quando submetido à tração 
simples:
 tmax = sy /2; tmax = (s1-s2)/2;
 (s1 -s2) = ±sy .
É o critério adotado pelo BS-5500, pelo ASME Seção 
VIII Divisão 2 (edições anteriores a 2007) e uma 
das alternativas da EN-13445.
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Teoria das Falhas (estado plano de tensões)
• Teoria da energia de distorção (Critério de Von 
Mises) 
Estabelece que a falha ocorre quando a energia de 
distorção é igual à energia de distorção do material 
quando atinge o escoamento em um ensaio de tração 
simples:
 s1
2 - s1s2 + s22 = sy
2
É o critério adotado pelo ASME Seção VIII Divisão 2 
(a partir de 2007) e uma das alternativas da EN-
13445.
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Comparação entre as três teorias de falhas
Teoria das Falhas
• Os critérios de Von Mises e de Tresca são mais 
adequados para os materiais dúteis (caso dos 
aços), enquanto que o critério de Rankine é mais 
adequado para materiais frágeis;
• O critério de Von Mises é o menos conservativo;
• Quando o ASME editou a Seção VIII Divisão 2, 
em 1968, escolheu o critério de Tresca “porque é 
ligeiramente mais conservativo, mais fácil de ser 
aplicado e apresenta vantagens em algumas 
aplicações de análise de fadiga”
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Tipos e Categorias das Tensões Atuantes
 Tipos de tensão:
 Membrana: componente da tensão normal que é uniformemente 
distribuída, com um valor médio, através da espessura de parede;
 Flexão: componente da tensão normal que é proporcional à 
distância do centro da espessura de parede;
 Cisalhamento: são tensões atuantes no plano da parede.
 São classificadas em categorias:
 Primárias: são tensões produzidas por carregamentos mecânicos 
estáveis e não são auto-limitantes (não são aliviadas pela 
deformação estrutural). Podem ser:
 Gerais;
 Locais.
 Secundárias: são tensões auto-limitantes pelasdeformações. 
 Pico: são tensões que não causam distorções previsíveis e 
provocam apenas fadiga e fratura frágil, atuando junto com as 
tensões primárias e secundárias.
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Vasos de Pressão
Exemplos de Categorias de Tensões
 Primária geral de membrana (Pm): devidas à pressão, 
peso próprio, vento;
 Primária geral de flexão (Pb): devidas à pressão em 
tampos planos;
 Primária local de membrana (PL): atuam nas 
proximidades de bocais e suportes, devidas à cargas 
(forças e momentos) e pressão;
 Secundária de membrana ou flexão (Q):de flexão 
atuando em descontinuidades (mudança de espessura ou 
geometria), de flexão atuando nas proximidades de bocais 
e suportes devidas à cargas (forças e momentos) e de 
flexão e membrana devidas à expansão térmica; 
 Pico (F): localizadas em regiões com concentração de 
tensões e descontinuidades estruturais.
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Vasos de Pressão 
Combinação de Tensões
 Para códigos com dimensionamento por análise 
(DBA): ASME Seção VIII, Divisões 2 e 3, PD 5500 (BS 
5500) e EN 13445
Pm < 1,0S
PL < 1,5S
Pm + PL < 1,5S
Pm + PL + Pb < 1,5S
Pm + PL + Pb + Q < maior [3S ou 2Sy] 
Pm + PL + Pb + Q + F < Sa
S é a tensão admissível, Sy é o limite de escoamento e Sa é a 
tensão alternada obtida da curva de fadiga para um determinado 
número de ciclos.
O ASME Seção VIII Divisão 1 não adota este critério
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Vasos de Pressão
ASME SEÇÃO VIII DIVISÃO 1
Tópicos Principais de Projeto
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Acidente devido à explosão de caldeira – Massachusetts, 1905 
ASME Boiler & Pressure Vessel Code
 1ª Edição: 1925 – “Rules for Construction of Pressure 
Vessels”, Section VIII, 1925 Edition;
 Atualmente editado a cada três anos, com adendas 
intermediárias (anuais);
 Edição atual: 2010, emissão original de 01 de julho 
de 2010, obrigatória a partir de 01 de janeiro de 
2008 até dezembro de 2010;
 Adenda 2011: emitida em 01 de julho de 2011, válida 
a partir de 01 de janeiro de 2012 até dezembro de 
2012 ;
 Próxima edição: 2013, a ser emitida em 01 de julho 
de 2013, será obrigatória a partir de 01 de janeiro de 
2014.
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ASME Boiler & Pressure Vessel Code
Anualmente, junto com a emissão da nova edição 
ou adenda, o código publica as seguintes 
complementações:
 Interpretações:
Respostas a questionamentos relativos a itens 
específicos. As respostas geralmente são: sim 
ou não;
 Casos (Code Cases):
Respostas com considerações aceitas para 
acréscimos ou revisões, que possibilitam 
esclarecimentos e alternativas ou ainda 
incorporações de tópicos não abordados pelas 
regras do código.
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ASME Boiler & Pressure Vessel Code
Exemplo de Interpretação
 Interpretation VIII-1-86-174
Concorda com a alternativa para calcular 
tampo torisférico 2:1, com r= 0,17D e L = 
0,9D (Perfil Flogges - “falsa-elipse”), 
adotando a fórmula de tampo elíptico 2:1 
Atualmente incorporado no texto de UG-
32(d) – Cálculo de tampos elípticos para 
pressão interna.
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ASME Boiler & Pressure Vessel Code
Exemplos de Casos
 Case 2290 – Alternativa para adotar coeficiente 
de segurança 3,5 para tensões admissíveis: atual 
tabela 1A da Seção II Parte D;
 Case 2398 – Método alternativo para reforços 
de bocais de grande diâmetro em cilindros: atual 
parágrafo 1-10;
 Case 2235-9 – Uso de exame ultra-som em vez 
de radiografia.
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ASME Boiler & Pressure Vessel Code
Principais seções relacionadas a vasos de pressão
 Seção I – Caldeiras
 Seção II – Materiais
 Parte A – Ferrosos;
 Parte B – Não Ferrosos;
 Parte C – Eletrodos;
 Parte D – Propriedades.
 Seção III – Componentes Nucleares
 Seção V – Exames Não Destrutivos
 Seção VIII – Vasos de Pressão
 Divisão 1 – Regras Básicas;
 Divisão 2 – Regras Alternativas;
 Divisão 3 – Regras Alternativas para Vasos de Alta 
Pressão;
 Seção IX – Qualificação de Procedimentos de Soldagem
 Seção X – Vasos de Plástico Reforçado com Fibra de Vidro
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ASME Seção VIII Divisão 1
Escopo de Aplicação
 Vasos não sujeitos à chama;
 Vasos com diâmetros acima de 152 mm (6”);
 Vasos com pressão até 20 MPa ou pressão negativa;
 Para pressões entre zero e 0,1 MPa o código não é 
aplicável. Alternativamente adota-se o API-620-
“Design and Construction of Large, Welded, Low-
Pressure Storage Tank”;
 Exclusões para:
 Vasos com água pressurizada até 2 MPa e temperatura 
até 99ºC;
 Vasos para água quente com capacidade até 0,450 m3, 
temperatura até 99°C e carga térmica de 58,6 kW;
 Tubulações e componentes de tubulações;
 Vasos para ocupação humana.
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ASME Seção VIII Divisão 1
 Critério de projeto:
 Projeto por regras (DBR);
 Emprega a teoria de resistência da máxima tensão 
principal (Critério de Rankine).
 Limitações:
 Não adota projeto por análise (DBA) e classificação de 
tensões;
 Não emprega teorias de resistência mais precisas 
(Tresca e Von Mises);
 Não adota procedimentos para projeto de suportes e 
tensões localizadas (recomenda a utilização dos Boletins 
WRC 107, WRC 198 e WRC 297 e o código inglês BS-
5500);
 Não tem procedimentos para análise de tensões em 
vasos horizontais;
 Não analisa fadiga.
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ASME Seção VIII Divisão 1
Rules for Construction of Pressure Vessels
 Subseção A – Requisitos Gerais
 Parte UG – Requisitos para todos os métodos de fabricação: materiais, 
projeto, bocais e reforços, fabricação, inspeção e testes, dispositivos 
de alívio.
 Subseção B - Requisitos para métodos de fabricação específicos
 Parte UW – Vasos soldados;
 Parte UF – Vasos forjados;
 Parte UB – Vasos fabricados por brasagem.
 Subseção C – Requisitos para classes de materiais específicas
 Parte UCS – Aço Carbono;
 Parte UNF – Materiais não ferrosos;
 Parte UHA – Aços de alta liga;
 Parte UCI – Ferros fundidos;
 Parte UCL – Clad;
 Parte UCD – Ferro fundido dútil;
 Parte UHT – Aços ferríticos com propriedades melhoradas por 
tratamento térmico;
 Parte ULW – Vasos multicamadas
 Parte ULT – Materiais com altas tensões admissíveis para baixa 
temperatura;
 Parte UHX (a partir de 2003) – Trocadores de Calor Casco e Tubos.
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ASME Seção VIII Divisão 1
Apêndices mandatórios (total:34) - principais 
apêndices:
Apêndice 1-Fórmulas complementares;
Apêndice 2-Conexões flanges com parafusos;
Apêndice 3 - Definições
Apêndice 5-Juntas de expansão tipo flangeada 
e “flued”;
Apêndices 4, 6, 7, 8, 12-Exames não 
destrutivos (radiografia, partículas magnéticas, 
líquido penetrante, ultra-som);
Apêndice 9-Vasos com camisas;
Apêndice 13 -Vasos de seção não circular;
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ASME Seção VIII Divisão 1
Apêndices mandatórios (total:34)- principais 
apêndices (continuação):
Apêndice 13 -Vasos de seção não circular;
Apêndice 17- Placas de trocadores de calor;
Apêndice 22- Vasos forjados;
Apêndice 16 – Questões técnicas submetidas 
ao BPVP;
Apêndice 17- Placas de trocadores de calor;
Apêndice 24- Conexões fixadas com grampos 
“clamp”;
Apêndice 26 – Juntas de expansão de vasos de 
pressão e trocadores de calor.
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ASME Seção VIII Divisão 1
 Apêndices não mandatórios (total:22)
apêndices mais usuais:
Apêndice A- Critérios para determinação de 
cargas admissíveis em ligação tubo-espelho;
Apêndice G- Recomendações sugeridas para 
reações de tubulações e suportes;
Apêndice L- Exemplos de aplicação das 
fórmulas e procedimentos do código;
Apêndice P- Bases para estabelecimento das 
tensões admissíveis;
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ASME Seção VIII Divisão 1
Apêndices não mandatórios (total:22)
apêndices mais usuais (continuação):
 Apêndice S- Considerações no projeto de conexões 
com flanges parafusados; 
 Apêndice Y- Flanges de face plana com 
contato metal - metal externo ao círculo de 
parafusos;
 Apêndice EE- Vasos com camisas tipo meia-
cana.
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61Esta figura não está atualizada com a Edição de 2010 do Código
Cargas de Projeto
ASME Seção VIII Divisão 1 (UG-22)
 Pressão interna (inclui pressão hidrostática) e 
pressão externa;
 Cargas de peso próprio e do líquido contido;
 Cargas de acessórios e equipamentos 
(isolamento térmico, revestimentos, internos,plataformas, agitadores, etc.);
 Cargas dos suportes;
 Cargas externas;
 Cargas de vento;
 Cargas de tubulações;
 Cargas de impacto;
 Cargas de gradientes térmicos;
 Cargas cíclicas.
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Vasos de Pressão 
Combinação de Tensões
 Critério do ASME Seção VIII Divisão 1 (UG-23) 
dimensionamento por regras (DBR):
Pm < S, quando a carga é apenas de 
pressão;
Pm < 1,2S, pressão com cargas devidas à 
vento, cargas de terremoto e cargas de peso 
próprio e de acessórios;
Pm + Pb < 1,5S, quando existem tensões 
primárias de flexão;
 Para demais combinações de tensões, em que o 
código é omisso, adota-se usualmente o 
seguinte critério:
Pm + PL + Pb + Q < 2S < Sy
 S é a tensão admissível tabelada e Sy é o limite de 
escoamento.
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Vasos de Pressão
Tensões Admissíveis de Tração
ASME Seção VIII Divisão 1 (UG-23)
Seção II Parte D Sub-parte 1
 Para temperaturas abaixo da faixa de fluência a tensão 
admissível de tração (S) é o menor dos valores:
 1/3,5 da mínima resistência à tração na temperatura ambiente;
 1/3,5 da mínima resistência à tração na temperatura de projeto;
 2/3 da mínima resistência ao escoamento na temperatura 
ambiente;
 2/3 da mínima resistência ao escoamento na temperatura de 
projeto.
 Para temperaturas na faixa de fluência a tensão admissível 
de tração (S) é o menor dos valores:
 100% da tensão média para uma razão de fluência de 0,01% / 
1000 horas;
 67% da tensão média de ruptura ao fim de 1000000 horas;
 80% da tensão mínima de ruptura a 1000000 horas.
 As tensões são obtidas de tabelas da Seção II Parte D, em função 
do material e temperatura.
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Vasos de Pressão
Tensões Admissíveis de Compressão
ASME Seção VIII Divisão 1 (UG-23)
Seção II Parte D Sub-parte 3
 As tensões (Fator B) são obtidas de curvas (ver 
slide 70), em função da geometria e do Fator 
A=0,125/(Ro/t), do material, do módulo de 
elasticidade e da temperatura.
 Caso o Fator A se situe à esquerda da curva a 
tensão admissível é Fator B=AE/2.
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70
Vasos de Pressão
Categorias e Tipos de Soldas (UW-3) 
• As soldas de um vaso são definidas em 4 categorias, dependendo 
sua posição no vaso: soldas longitudinais (A), soldas 
circunferenciais (B), soldas de flanges (C) e soldas de bocais com 
cascos (D);
• As soldas também são divididas em 8 tipos: por exemplo solda de 
topo executada pelos dois lados (Tipo 1), solda de topo simples 
com mata-junta (tipo 2);
• As soldas categoria A devem ser tipo 1;
• As soldas categoria B devem ser tipo 1 ou tipo 2.
71
72
Vasos de Pressão
Exame Radiográfico (UW-11)
• As soldas podem ter exames radiográficos (total ou parcial) 
ou não, dependendo do tipo e do serviço do vaso;
• As soldas de topo com espessuras maiores que 38 mm 
devem ser totalmente radiografadas. Para alguns materiais 
esta exigência é válida para espessuras menores (aço 
carbono 32 mm);
• Vasos que contenham substâncias letais devem ter as 
soldas do casco e tampos totalmente radiografadas, para 
qualquer espessura;
• Vasos que tenham serviço com hidrogênio ou com H2S, 
devem ter radiografia total, exigida pelas normas para 
estes tipos de serviço (PETROBRAS, NACE, API, etc.);
• O ASME permite que o exame radiográfico seja substituído 
por ultra-som desde que atendido o Case 2235.
73
Vasos de Pressão
Eficiência de Junta (UW-12)
• A eficiência de junta é um fator de redução da tensão 
admissível do material que é soldado (metal base) em 
função do tipo de solda e do nível de exame realizado;
• O dimensionamento da espessura requerida dos vasos de 
pressão depende da eficiência de solda (E); 
• Quando submetidas a esforços de compressão, como peso 
próprio para um vaso vertical, as soldas tem eficiência 
E=1,0, independentemente do nível de exame;
• Tampos com diâmetros até 1800 mm, normalmente são 
feitos em uma única peça, sem solda, sendo neste caso, a 
eficiência igual a 1,0. 
74
75
76
Fabricação de vaso horizontal
77
Fabricação da bota do vaso horizontal do slide anterior
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Fabricação de torre de processo
79
Instalação de bocal em tampo torisférico 2:1
80Fabricação de torre de processo
81
Fabricação de suporte (saia) de torre de processo
82
Fabricação do anel de base de torre de processo
83
Fabricação de vaso horizontal
84Fabricação reatores
ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de Componentes
 As espessuras determinadas pelas fórmulas 
são corroídas;
 Espessuras mínimas (UG-16);
 Cálculo de espessuras de cascos:
 Pressão interna (UG-27, 1-1, 1-2 e 1-3);
 Pressão externa (UG-28); 
Anéis enrijecedores para pressão externa em 
cilindros (UG-29 e UG-30).
 Cálculo de espessuras de tampos e seções 
cônicas:
 Pressão interna (UG-32, 1-4 e 1-5);
 Pressão externa (UG-33 e 1-5).
85
ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de Componentes
 Cálculo de espessuras de tampos planos:
 Pressão interna e externa (UG-34 e Apêndice 
14).
 Tampos abaulados e flangeados com 
parafusos (cabeçotes flutuantes de trocadores 
de calor):
 Pressão interna e externa (1-6);
Sugere uso de procedimentos alternativos.
 Reforço de junção cone-cilindro:
 Pressão interna (1-5);
 Pressão externa (1-8).
86
87
Procedimento para pressão externa
• Para uma dada espessura e geometria do componente, 
determina-se a pressão externa admissível (Pa) e compara-
se com a de projeto. Cada tipo de componente tem um 
procedimento específico. Por exemplo:
• Para cascos cilíndricos, em função do máximo 
comprimento não suportado (L), do diâmetro externo (Do), 
da espessura (t) e do módulo de elasticidade (E): 
 Determina-se Do/t e L/Do, obtendo-se o fator A (curva slide 
91) e o valor do fator B de curvas (slide 92). A pressão 
admissível é: Pa=4B/3(Do/t) ou P=2AE/3(Do/t);
• Para cascos esféricos, em função do raio externo (Ro), da 
espessura (t) e do módulo de elasticidade (E): 
 Determina-se o fator A = 0,125/(Ro/t) e o valor do fator B 
das curvas. A pressão admissível é: Pa=4B/3(Do/t) ou
Pa=0,625E/ (Ro/t)
2
;
88
89
90
91
92
ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de Aberturas e Reforços
 Dimensões e formas (UG-36);
 Reforço para aberturas em cascos e tampos 
conformados – reposição da área retirada para a 
abertura (UG-37);
 Aberturas tipo “flued” em tampos conformados 
(UG-38);
 Reforço para aberturas em tampos planos (UG-
39);
 Limites do reforço (UG-40);
 Resistência do reforço e das soldas(UG-41);
 Reforço para aberturas múltiplas (UG-42);
93
ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de Aberturas e Reforços
 Espessura mínima para pescoço (UG-45);
 Aberturas de grandes diâmetros em cascos 
cilíndricos (1-7 e 1-10) e cônicos (1-7);
 Tubos padronizados – ASME B36.10 (tubos de 
aço carbono) e ASME B36.19 (aços inoxidáveis).
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ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de flanges parafusados 
com juntas de vedação tipo anel
Apêndices 2 e S
• Definem fórmulas e critérios de tensões 
admissíveis para cálculo de vários tipos de flanges, 
coeficientes para vários tipos de junta e faces de 
assentamento;
• São calculados para duas condições:
 Assentamento da junta, com temperatura ambiente e 
sem pressão;
 Operação, com temperatura e pressão de projeto. 
• A rigidez dos flanges é avaliada no apêndice S.
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ASME Seção VIII Divisão 1
Flanges padronizados (UG-44)
• Não precisam ser calculados. Pode-se adotar o 
“rating” de pressão em função da classe de 
pressão do flange, do material e da temperatura, 
conforme uma das seguintes normas: 
 Diâmetros até 24” – ASME B16.5;
 Diâmetros de 26” até 60” – ASME B16.47.
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ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de Tampos Planos (UG-34)
• Podem ser circulares ou não circulares 
(quadrados, retangulares, elípticos, oblongos e 
outras formas);
• Podem ser integrais, soldados ou parafusados;
• São calculados através de fórmulas para cada 
tipo, que determinam a espessura mínima;
• Os tamposcirculares parafusados também podem 
ser padronizados (flanges cegos), sem necessidade 
de cálculo, conforme as mesmas normas de 
flanges: 
 Diâmetros até 24” – ASME B16.5;
 Diâmetros de 26” até 60” – ASME B16.47.
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ASME Seção VIII Divisão 1
Dimensionamento de Tampos Abaulados e 
Flangeados (1-6)
• São tampos feitos com dois componentes: uma 
calota esférica e um flange;
• Uma aplicação freqüente é para tampos de 
cabeçotes flutuantes de trocadores de calor;
• São calculados com fórmulas distintas: para o 
flange e para a calota;
• O ASME admite que o seu procedimento é 
aproximado e sugere que outros procedimentos 
podem ser adotados;
• Procedimento de Soerenhs considera o conjunto 
flange-calota como uma estrutura integral.
110
111
ASME Seção VIII Divisão 1
Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA)
Maximum Allowable Working Pressure (MAWP)- UG-98
 É a pressão (interna ou externa) que causa, na parte mais fraca 
do vaso, uma tensão igual a tensão admissível para uma 
determinada temperatura, na condição do equipamento corroído 
e na posição de operação. 
 É calculada para cada componente, considerando-se a 
correspondente coluna de líquido de operação:
 Cascos, tampos, flanges e espelhos de trocadores de calor, em 
função das espessuras adotadas;
 Bocais, em função da espessura adotada e da área de reforço;
 Flanges padronizados, em função do “rating” de pressão.
 A PMTA (MAWP) final é a menor das pressões calculadas para 
todos os componentes.
 A PMTA (MAWP) pode ser considerada como sendo a pressão de 
projeto, quando não for calculada.
112
ASME Seção VIII Divisão 1
Teste Hidrostático – UG-99
Verifica a estanqueidade das soldas e bocais.
Submete o equipamento a um nível de tensões superior ao que 
ocorrerá em condições normais de operação, promovendo alívio 
de tensões nas regiões de descontinuidades geométricas.
O componente mais fraco do vaso deve ficar com um nível de 
tensões dentro de um limite de segurança que não cause danos 
(a tensão atuante em qualquer parte do vaso durante o teste 
hidrostático não pode ultrapassar um valor próximo ao 
escoamento ~ 0,8 a 0,9 Sy).
113
114
ASME Seção VIII Divisão 1
Teste Hidrostático – UG-99
UG-99 (b): vaso corroído e quente: teste no qual o vaso está submetido a 
uma pressão aplicada no topo, que é a PMTA (MAWP) estabelecida para o 
vaso, multiplicada por 1,3 e corrigida em função da razão entre a 
temperatura do teste e a temperatura da PMTA:
 Pteste = 1,3*PMTA * (Steste/S) 
UG-99 (c): teste com pressão calculada (normalmente calculada para o vaso 
com espessura nominal não corroída e frio - MAP): teste que considera a 
menor pressão entre as pressões máximas de todos os componentes, 
aplicada no topo, multiplicada por 1,3 e descontada a respectiva coluna 
hidrostática:
 Pteste = 1,3*MAP – coluna hidrostática
Temperatura mínima recomendada para o teste -UG-99(h): 
 MDMT +17°C ≤ 48ºC.
115
Teste hidrostático de vaso de pressão
116Despressurização de vaso de pressão após o teste hidrostático
ASME Seção VIII Divisão 1
Teste Pneumático – UG-100
 Vaso corroído e quente: teste no qual o vaso 
está submetido a uma pressão que é a PMTA 
(MAWP), estabelecida para o vaso, multiplicada 
por 1,1 e corrigida em função da razão entre a 
temperatura do teste e a temperatura da PMTA 
(MAWP):
 Pteste = 1,1*PMTA (MAWP)* (Steste/S) 
117
ASME Seção VIII Divisão 1 
Tratamento Térmico de Alívio de Tensões 
Postweld Heat Treatment (PWHT)
Vasos de Aço Carbono e Baixa Liga (UCS-56)
• Os vasos devem ser submetidos a tratamento térmico, 
com temperaturas e tempo de patamar determinados para 
cada tipo de material (P-number classifica os materiais com 
a mesma a soldabilidade), dependendo da espessura. No 
caso de aços P-No 1 Gr 1 (Por ex.: SA-516/515- 60):
 para soldas acima de 38 mm;
 para soldas acima de 32 mm até 38 mm, a menos que um 
preaquecimento de 95° C seja aplicado durante a soldagem.
• Vasos que contenham substâncias letais devem ter 
tratamento térmico independentemente da espessura;
• Vasos que tenham serviço com hidrogênio ou serviço com 
H2S, devem ter tratamento térmico exigido pelas normas 
para estes tipos de serviço (PETROBRAS, NACE, API, etc.).
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ASME Seção VIII Divisão 1 
Tratamento Térmico de Cascos e Tampos Conformados 
à Frio de Aços Carbono e Baixa Liga (UCS-79)
• O tratamento térmico é obrigatório quando o 
alongamento das fibras extremas for superior a 5%, se 
existir uma das seguintes condições:
• O vaso contém substância letal;
• O material requer teste de impacto;
• A espessura nominal antes da conformação for superior 
a 16 mm;
• A redução de espessura for superior a 10% em qualquer 
região com alongamento superior a 5%;
• A temperatura de conformação é entre 120°C e 480°C;
• Para materiais P No 1 Grupos 1 e 2 o alongamento é 
admitido até 40%, atendendo às mesmas exigências 
acima.
122
ASME Seção VIII Divisão 1 
Operação com Baixa temperatura (UCS-65)
Temperatura Mínima de Projeto (UCS-66)
Minimum Design Metal Temperature (MDMT)
 Define a temperatura mínima de operação do equipamento 
sem que haja fratura frágil. É determinada para cada 
componente do vaso e a MDMT final é a mais quente das 
MDMT’s de cada componente;
 A temperatura mínima que dispensa o teste de impacto é 
obtida de curvas, para cada tipo de material e com a 
espessura de referência dos componentes envolvidos 
(chapas, bocais com reforço, flanges e espelhos);
 Em função do nível de solicitação do componente, pode 
ser aplicada redução (decréscimo) na temperatura obtida;
 Caso haja teste de impacto, a temperatura mínima é a 
temperatura do teste, podendo também ser aplicada a 
mesma redução.
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Vasos de Pressão
Tensões Localizadas
130
Tensões em Vasos Horizontais
 São adotados vários procedimentos de cálculo, para 
determinação das tensões atuantes no casco e tampos, 
que são:
 Tensões longitudinais de flexão (no meio do vão e no 
plano das selas);
 Tensões circunferenciais no plano das selas (no ponto 
inferior do casco, no topo das selas e próximo ao 
equador);
 Tensões tangenciais de cisalhamento (na vizinhança das 
selas).
 Tensões adicionais nos tampos, quando atuam como 
enrijecedores do casco.
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Vaso de pressão horizontal
134Vasos horizontais
Tensões em Vasos Horizontais
Principais procedimentos de cálculo
• “Stress in Large Cylindrical Pressure Vessels on Two Sadle 
Supports” - L.P.Zick (1951). É o método pioneiro e o mais 
tradicional. É recomendado pelo ASME Seção VIII Divisão 1 
(Apêndice G).Todos os programas de cálculo de vasos de 
pressão o adotam;
• ASME Seção VIII Divisão 2, Parte 4 item 4.15.3: “Saddle 
Supports for Horizontal Vessels. Incluído na edição 2007;
• PD-5500, Apêndice G item G3.3: “Supports and mountings for 
horizontal vessels”;
• EN-13445, item 16.8: “ Horizontal vessels on sadlle supports”. 
Este método é interessante pois também considera vasos 
apoiados em duas selas não simétricamente posicionadas e 
apoiados em mais de duas selas equidistantes;
•TEMA, item RGP-G-7.11: “ Horizontal vessels supports”.
135
ASME Seção VIII Divisão 1
Tensões Localizadas Devidas à Cargas 
Externas em Bocais, Suportes e Clips
Procedimentos recomendados pelo Apêndice G 
do ASME:
 WRC Bulletin 107 – Tensões em cascos esféricos e 
cilíndricos (1965) – bocais, suportes e clips;
 Todos os programas adotam este procedimento.
 WRC Bulletin 297 (suplemento ao Bulletin 107) –
Tensões em cascos cilíndricos (1987) – só cargas em 
bocais;
 PD-5500 Apêndice G - Tensões em cascos esféricos e 
cilíndricos – bocais, suportes e clips.
136
Tensões Localizadas Devidas à Cargas 
Externas
• Os carregamentos são: Força radial (P), Força longitudidal
(VL), Força circunferencial (VC), Momento de torção (MT), 
Momento longitudinal (ML) e Momento circunferencial (MC); 
• Os carregamentos P, ML e MC induzem, localizadamente, 
forçasunitárias de membrana (N) e Momentos unitários de 
flexão (M), que atuam nas direções longitudinal e 
circunferencial;
• Os carregamentos unitários resultam em tensões:
 de membrana: s=N/t; de flexão: s=± 6M/t2
 Os carregamentos VC, VL e MT resultam em tensões de 
cisalhamento:
t=MT/2p2rt e t’=(VC+VL)/2prt
137
Tensões Localizadas Devidas à Cargas 
Externas
• As tensões localizadas são calculadas nos 
sentidos longitudinal (x) e circunferencial (Ф), em 
4 pontos (A, B, C e D) considerando as faces 
externa (U) e interna (L);
• Devem ser combinadas com as tensões 
longitudinal e circunferencial devidas à pressão;
• As tensões de membrana devidas à pressão e 
cargas são primárias locais de membrana (PL) e as 
de flexão e de cisalhamento são secundárias (Q). 
138
Tensões Localizadas Devidas a Cargas 
Externas
• A intensidade total de tensões atuantes é 
calculada conforme abaixo:
 quando t  0, será o maior valor absoluto entre:
ST = 0,5  s X + s Ф ±  (s X - s Ф )
2 + 4 t2 1/2 , ou 
ST =  (s X - s Ф )
2 + 4 t2 1/2 
 quando t = 0, será o maior valor absoluto:
ST = máximo [s X , s Ф , ( s X - s Ф ) ].
139
140Cargas e geometria de bocais e suportes conforme WRC-107
141
Elementos Finitos
Tensões localizadas em bocais de casco esférico 
(MPa)
142
Elementos Finitos
Tensões localizadas em sapatas de casco cilíndrico 
(MPa)
143
Elementos Finitos
Tensões localizadas em apoio de vaso horizontal 
(MPa)
144
Vasos de Pressão
Materiais
145
Especificações de Materiais 
Conforme ASME Seção II Parte A (ferrosos) e 
Parte B (não ferrosos)
 As especificações ASME (SA ou SB) são baseadas 
nas especificações ASTM (American Society for 
Testing and Materials), podendo ser:
 Idênticas- exemplos: SA-105, SA-240, SA-
387, SA-515, SA-516 e SB-127;
Com requisitos adicionais - exemplos: SA-
106, SA-182, SA-193, SA-194, SA-234, SA-
312, SA-333, SA-335, SA-350, SA-403, SA-
790, SB-165, SB-209, SB-247, SB-265, SB-
363, SB-366, SB-381, SB-443, SB-564 e SB-
775.
146
147
Especificações de Materiais ASME x ASTM
Especificações de Materiais
Conforme ASME Seção II Parte A
 Aço carbono não acalmado (uso restrito):
 SA-285 Gr C;
 Aços carbono acalmados (temperatura moderada: de 0°C 
a 450°C):
 SA-515 Gr 60/70, SA-106 B, SA-105, SA-234WPB;
 Aços carbono acalmados (baixa temperatura: de -45°C 
até 450°C):
 SA-516 Gr 60/70, SA-106 Gr B (normalmente limitados 
a -29°C) ou SA-333 Gr 6, SA-105 ou SA-333 Gr LF2, 
SA-420-WLP 6.
Observação: dependendo da temperatura de aplicação os 
materiais de aços acalmados devem ser normalizados e com 
teste de impacto.
148
Especificações de Materiais
Conforme ASME Seção II Parte A
 Aços liga 1 ¼ Cr – ½ Mo (alta temperatura – até 530°C)
 SA-387 Gr 11, SA -335 Gr P11, SA-182 Gr F11, SA-234-
WP11;
 Aços liga 2 ¼ Cr – 1 Mo (alta temperatura – até 600°C)
 SA-387 Gr 22, SA -335 Gr P22, SA-182 Gr F22, SA-234-
WP22;
149
Especificações de Materiais
Conforme ASME Seção II Parte A
 Aços inoxidáveis austeníticos mais comuns
Temperaturas de -250°C (criogênica) até 800°C, com 
faixas específicas dependendo do tipo e grau do material
SA-240, SA-312, SA- 182 e SA-403
 Carbono normal: 304 e 316 e 317 (com adição de 
molibidênio);
 Baixo carbono (“low-carbon”): 304L, 316L e 317L (com 
adição de molibidênio);
 Carbono controlado: 304H e 316H;
 Estabilizados: com Titânio:321, 316Ti ; com Nióbio: 347.
 Para T > 540°C adotar tipo H;
 Para 500°C < T < 700°C formação de fase sigma;
 Para 450°C < T < 850°C sensitização, adotar tipos baixo 
carbono ou estabilizados (maior resistência).
150
Especificações de Materiais
Conforme ASME Seção II Partes A e B
 Aços inoxidáveis especiais:
 Super austeníticos
 Liga UNS S31254 – AVESTA 254SMO: água do 
mar e cloretos - temperatura até 400°C;
SA-240, SA-312, SA- 182 e SA-403.
 Liga UNS N08904 – SANDVIK 2RK65: ácidos 
sulfúrico, fosfórico e acético – temperatura até 
370°C;
SA-240-904L, SB-625, SA-312, SB-677, SB-366.
 Liga UNS N08028 – SANDVIK Sanicro 28: ácidos 
e H2S – temperatura até 400°C;
SB-709 e SB-668.
151
Especificações de Materiais
Conforme ASME Seção II Partes A e B
 Aços inoxidáveis especiais:
 Super Duplex (ferrítico-austenítico) (liga mais 
usada: UNS S32750 – SANDVIK SAF 2507) –
ácidos, cloretos e H2S - temperatura até 250°C;
SA-240, SA-790, SA- 182 e SA-815
 Para aços inoxidáveis podem ser usadas chapas 
“clad” (SA-264: aço carbono + aço inox).
152
Materiais Resistentes à Corrosão (CRA)
ASME Seção II Parte B (não ferrosos)
Materiais mais comuns:
 Alumínio e ligas de alumínio (SB-209, SB-210 e 
SB-247);
 Titânio e ligas de titânio (SB-265, SB-381 e SB-
363);
 Níquel e ligas de níquel (Monel, Inconel, Incolloy, 
Hastelloy, etc.)
 Para níquel e ligas de níquel podem ser usadas
chapas “clad” (SA-265: aço carbono + níquel e
ligas de níquel). 
153
154
Soldagem de casco com chapa cladeada Chapa cladeada
Tampo com chapa cladeada 
Materiais para Serviços Especiais
e Corrosão sob Tensão
 Ataque por hidrogênio (Serviço com H2)
API-941 e Norma Petrobras N-1704
 Ocorre em temperaturas acima de 220°C;
 Materiais: Aço liga Cr-Mo e Aço carbono com exigências 
especiais.
 Corrosão por H2S (Serviço com H2S)
NACE MR 0175 e Norma Petrobras N-1706
 Corrosão sob tensão por sulfetos (SSCC);
 Trincas induzidas pelo hidrogênio (HIC);
 Materiais: Aço carbono com exigências especiais.
155
Materiais para Serviços Especiais
e Corrosão sob Tensão
 Fragilização cáustica (Serviço com soda 
cáustica)
NACE – Corrosion data survey e Norma Petrobras N-
1705)
 Emprego de Aço carbono sem tratamento térmico, Aço 
carbono com tratamento térmico ou Monel, dependendo 
da concentração de NaOH e da temperatura.
 Corrosão Naftênica
Ácido naftêntico é o nome dado a ácidos orgânicos 
presentes nos óleos crús
 Emprego de Aço inox austenítico 316L e 317L (com 
molibidênio).
156
157
Materiais para Serviços Especiais
e Corrosão sob Tensão
 Serviço com Cl-
 Aço inox super austenítico (liga UNS S 31254);
 Serviço com Cl- e CO2
 Aço Super Duplex (liga UNS 32750/32760).
 Serviço com CO2
 Aço inox austenítico estabilizado (liga UNS 32100);
Vasos de Pressão
Acessórios
Bocais 
Suportes
158
Vasos de Pressão – Acessórios
 Internos (Normas PETROBRAS N- 1862 e N-2049)
 Quebra-vórtice;
 Anel suporte de bandejas;
 Chapa de retenção para recheios;
 Chicana defletora para bocais;
 Chapa de desgaste;
 Flanges para tubulação interna;
 Internos de processo
 Bandejas;
 Recheios;
 Catalisadores;
 Distribuidores e redistribuidores;
 Suportes e retentores de recheio e cartalisadores;
 Eliminadores de névoa;
 Elementos filtrantes.
159
Vasos de Pressão – Acessórios
 Externos (Norma PETROBRAS N-550/N-1756/N-
2054)
Olhal de içamento;
 Placa de identificação;
Clips para suportes de escadas, plataformas e 
tubulações;
Clips para suportes de isolamento térmico;
Clips para suporte de proteção contra fogo;
 Placa de identificação;
Suporte para turco de carga;
Chapa de aterramento.
160
Vasos de Pressão – Detalhes de Bocais
(Norma PETROBRAS N-2012)
 Projeção externa;
 Bocal tangencial;
 Bocal de fundo;
 Turco para boca de visita;
 Dobradiças para bocal de inspeção.
161
Vasos de Pressão – Suportes
 Vasos Horizontais
 Selas (Norma PETROBRAS N-2013)
 Vasos Verticais
Saias (Norma PETROBRAS N-2014);
 Pernas (Norma PETROBRAS N-2014);
Sapatas (para trocadores de calor com 
diâmetro até 1200 mm é padronizado pela 
Norma PETROBRAS N-2159);
Anéis.
162
Vasos de Pressão – Suportes
Procedimentos de Cálculos
 São considerados componentes estruturais, 
dimensionados de acordo com normas de estruturas 
metálicas, normalmente adotando-se o AISC 
(American Iron and Steel Construction);
 Existem procedimentos específicos para alguns 
elementos dos suportes, como anel base de saias e 
placa base de colunas e sapatas, que são 
apresentados na bibliografia usual de projeto devasos de pressão;
 Para anéis e sapatas de apoio as tensões atuantes 
são obtidas de literatura especifica e consagrada, 
como o livro do Roark.
163
Vasos de Pressão - Bibliografia Básica
 Process Equipment Design
Brownell and Young
 Pressure Vessel Design Handbook
Henny H. Bednar
 Process Vessel Design Manual
Dennis R. Moss
 Structural Analisys & Design of Process Equipment
Maan H. Jaward and James R. Farr
 Pressure Vessels – The ASME Code Simplified
Robert Chuse
 Formulas for Stress and Strain
Roark and Young
 Vasos de Pressão
Pedro C. Silva Telles
164
Fontes das figuras
• ASME Seção VIII Divisão 1 edição 2007 adenda 2009: slides 
20, 26, 27, 72, 89, 90, 94, 95, 97, 99, 100, 101, 102, 108, 110, 
117, 118, 122, 123, 124, 125, 126 e 127;
• ASME Seção II Parte D edição 2007 adenda 2009: slides 65, 
66, 67, 68, 70 e 91; 
• ASME Seção II Parte A edição 2007 adenda 2009: slide 145;
• ASTM American Society for Testing and Materials: slide 145;
• TEMA - Standards of Tubular Exchanger Manufacturers 
Association – 8a edição: slide 130;
• Theory and Design of Modern Pressure Vessels -John Harvey -
Van Norstrand Reinhold Company: slides 16 e 37;
• AD – Merkblätter: slide 38;
• Process Vessel Design Manual - Dennis R. Moss - Gulf Publishing 
Company: slides 61, 75, 87, 103, 119 e 139;
• ASME B16.5 - Pipe Flanges and Flanged Fittings: slides 105 e 
106.
165
Fontes das fotografias
• As fotografias dos slides 1, 5, 6, 7, 8, 9, 21, 22, 23, 83, 
84, 131, 132 e 152 foram obtidas de catálogos dos 
seguintes fabricantes:
 GODREJ-Godrej & Boyce Manufacturing;
 ANTONIUS Vesselheads;
 TAYLOR FORGE Engineering Systems, Inc;
 FELGUERA Calderaría Pesada;
 BADONI ATB;
 CONFAB Industrial;
 CBC Indústrias Pesadas;
 CBI-Chicago Bridge & Iron Company;
 KOBELCO – KOBE STEEL;
 JSW – Japan Steel Works;
 JFE Steel Corporation;
 MITSUBISHI Metal Corporation;
 GEA do Brasil.
166