NBR 12791 -1993 Cilindro de aço, sem costura, para armazenamento e transporte de gases a alta pressão

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Cilindro de aço, sem costura, para
armazenamento e transporte de gases a
alta pressão
NBR 12791FEV 1993
6 páginasPalavras-chave: Cilindro de aço. Gases a alta pressão
SUMÁRIO
1 Objetivo
2 Documentos complementares
3 Definições
4 Condições gerais
5 Condições específicas
6 Inspeção
7 Aceitação e rejeição
1 Objetivo
Esta Norma fixa as condições exigíveis para os cilindros de
aço, sem costura, para armazenamento e transporte de
gases a alta pressão e sujeitos a temperatura ambiente.
2 Documentos complementares
Na aplicação desta Norma é necessário consultar:
NBR 6006 - Classificação por composição química
dos aços para construção mecânica - Procedimento
NBR 6152 - Determinação das propriedades mecâ-
nicas à tração de materiais metálicos - Método de
ensaio
NBR 11725 - Conexões de roscas para válvulas de
cilindros para gases comprimidos - Padronização
NBR 12176 - Identificação de gases em cilindros -
Procedimento
3 Definições
Os termos técnicos adotados nesta Norma estão defini-
dos em 3.1 a 3.7 e nas NBR 6152 e NBR 12176.
3.1 Limite de escoamento
Limite convencional de escoamento, definido na
NBR 6152, designado pelo símbolo σe (u).
3.1.1 Nesta Norma o índice “u” passa à forma σe (0,2).
3.2 Densidade de enchimento
Relação percentual entre a massa do gás contida no cilin-
dro e a massa máxima de água a 15°C que o cilindro po-
de conter a pressão normal.
3.3 Pressão de serviço
Pressão de referência, marcada no cilindro, definida a
21°C.
3.4 Tara
Massa do cilindro vazio, sem válvula e sem o capacete de
proteção, compreendendo a carcaça com o colarinho e o
pé, se houver.
3.5 Cilindro repuxado
Cilindro fabricado a partir de um tubo sem costura no qual
Especificação
Origem: Projeto EB-1199/1983
CB-04 - Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos Mecânicos
C E -04:009.07 - C om issão de E studo de C ilindros para G ases e A cessórios
NBR 12791 - Seamless steel cylinder for high pressure gases storage and
transportation - Specification
Descriptors: Steel cylinder. High pressure gases
Esta Norma substitui a EB-1199/1983
Válida a partir de 29.04.1993
2 NBR 12791/1993
o fundo é formado pelo processo de repuxamento girató-
rio a quente das bordas com caldeamento.
3.6 Cilindro forjado
Cilindro fabricado por forjamento a partir de um tarugo ou
placa.
3.7 Capacidade de água nominal
Volume de água que o cilindro pode conter a 15°C, con-
forme previsto no projeto, expresso em litros.
4 Condições gerais
4.1 Classificação
Esta Norma abrange as seguintes classes de cilindros:
a) classe 1 - com capacidade menor ou igual a 450 L
e pressão de serviço mínima de 3,2 MPa;
b) classe 2 - com capacidade maior que 450 L e pres-
são de serviço mínima de 3,5 MPa.
4.2 Material
4.2.1 Os cilindros objeto desta Norma devem ser de aço
acalmado, de qualidade uniforme.
4.2.2 A composição química dos aços deve ser indicada
em 5.1.
4.2.3 Os tarugos para a fabricação de cilindros por for-
jamento não podem apresentar bolsas de contração, trin-
cas, segregação excessiva ou outros defeitos comprome-
tedores depois do seccionamento.
4.2.4 Os materiais com dobras, fissuras, escamas ou ou-
tros defeitos comprometedores de sua qualidade não po-
dem ser aceitos.
4.2.5 Deve ser obrigatória a identificação do material por
qualquer método adequado.
4.2.5.1 As placas e as barras para a fabricação de cilindros
forjados devem ser marcadas com o número da corrida e
acompanhadas do respectivo certificado de inspeção,
fornecido pela usina produtora.
4.2.5.2 Os tubos para cilindros repuxados devem ser tam-
bém acompanhados do respectivo certificado de quali-
dade, fornecido pela usina produtora, identificados com
cores correspondentes ao tipo de aço e número da corri-
da, citado no referido certificado.
4.3 Tratamento térmico
Os cilindros acabados devem receber um tratamento tér-
mico adequado e uniforme correspondente ao tipo de aço
utilizado antes de serem submetidos aos ensaios.
4.4 Fabricação
4.4.1 O cilindro deve ser fabricado por processos e
equipamentos adequados.
4.4.2 As carepas e sujeiras provenientes da fabricação
devem ser removidas.
4.4.3 Não pode haver fissura ou outro defeito que com-
prometa as características do cilindro.
4.4.4 A superfície do cilindro deve ser razoavelmente lisa
e com acabamento uniforme.
4.4.5 Pode ser feita a eliminação de defeitos de superfície,
desde que a espessura da parede não fique menor que a
exigida e a superfície não apresente descontinuidade
após a remoção dos defeitos.
4.4.6 Não pode ser feita solda de qualquer tipo para
qualquer propósito no cilindro.
4.4.7 A rosca para fixação da válvula deve obedecer à
NBR 11725.
4.4.8 A rosca para fixação do capacete, quando houver,
deve ser W80 x 1/11 (Whitworth).
4.4.9 A válvula do cilindro cuja capacidade de água nomi-
nal for maior ou igual a 10 L deve ser efetivamente pro-
tegida contra eventuais danos, por capacete.
4.4.10 A formação de um lote até 200 cilindros pode ser
feita com a fabricação de até mais dois cilindros, com
exceção para 6.2.4.2 e 6.2.5.2, do mesmo diâmetro no-
minal, espessura e projeto, feito do mesmo aço e sujeito
ao mesmo tratamento térmico. Os comprimentos destes
cilindros num lote de tratamento térmico podem variar de
até 12%.
4.4.11 A ovalização máxima permitida deve ser de ± 2%
do diâmetro.
4.4.12 O desvio de perpendicularidade do cilindro em re-
lação à vertical deve ser no máximo de 1% do compri-
mento.
4.5 Tolerâncias da capacidade de água nominal
A capacidade de água real pode variar numa tolerância de
± 2% do valor nominal.
4.6 Espessuras
4.6.1 Para cada cilindro com pressão de serviço inferior a
6,2 MPa, a tensão na parede deve ser obrigatoriamente
menor ou igual a 164 MPA. A espessura mínima de pare-
de deve ser de 2,5 mm para qualquer cilindro com diâme-
tro superior a 130 mm.
4.6.2 Para cilindro com pressão de serviço igual ou maior
que 6,2 MPa, o valor mínimo de espessura de parede, na
menor pressão de ensaio especificada, deve ser tal que a
tensão na parede não possa ultrapassar 392 MPa, para o
aço médio manganês e aços-carbono acima de 0,33% de
carbono, e 323 MPa para os demais.
4.6.3 A espessura do fundo do cilindro deve ser, no míni-
mo, duas vezes a espessura mínima calculada para as pa-
redes do cilindro. Esta espessura do fundo do cilindro de-
ve ser medida dentro de um círculo formado pelos pontos
de contacto com o solo, quando o cilindro estiver em
posição vertical.
NBR 12791/1993 3
4.7 Cálculo da tensão e da espessura da parede
4.7.1 A tensão na parede é calculada pela expressão:
σ1 =
Onde:
σ1 = tensão máxima admissível na parede (MPa)
P = pressão de ensaio hidrostático (MPa)
D = diâmetro externo (mm)
d = diâmetro interno (mm)
4.7.2 A espessura mínima de parede, para uma tensão
máxima admissível, é dada pela expressão (em mm):
emín. =
4.7.3 Para os cilindros da classe 2, devem ser considera-
das as exigências de 4.7.3.1 a 4.7.3.4.
4.7.3.1 Supondo um cilindro sustentado, em posição hori-
zontal, apenas nas duas extremidades, e com uma carga
correspondente ao peso da parte cilíndrica de água com-
primida na pressão de ensaio; a soma de duas vezes a ten-
são máxima nas fibras inferiores devido à flexão mais a
tensão longitudinal nestas fibras, devido ao ensaio hi-
drostático, não deve ultrapassar 80% do limite de escoa-
mento mínimo de aço a tal tensão máxima, isto é:
 2σf1 máx.+ σ < 0,8σe(0,2)4.7.3.2 Se for necessário, a espessura da parede deve ser
aumentada para levar em conta a exigência de 4.7.3.1.
4.7.3.3 A tensão longitudinal máxima causada pela flexão
é calculada pela expressão:
σf1 =
Onde:
σf1 = tensão causada pela flexão (MPa)
M = momento fletor (N.cm)
W = massa unitária (N/cm) do cilindro cheio d’água
L = comprimento do cilindro (cm)
C = raio D/2 do cilindro (cm)
J = momento de inércia = 0,04909 (D4 - d4) (cm4)
D = diâmetro externo (cm)
d = diâmetro interno (cm)
4.7.3.4 A tensão longitudinal máxima devido à pressão do
ensaio hidrostático é calculada pela expressão:
σ =
Onde:
σ = tensão longitudinal causada pela pressão de
ensaio (MPa)
A1 = área interna da seção transversal do cilindro(cm2)
A2 = área da parede metálica, na seção transver-
sal do cilindro (cm2)
P = pressão do ensaio hidrostático (MPa)
4.8 Marcação
4.8.1 Cada cilindro, objeto desta Norma, deve ser marca-
do por estampagem visível e permanente na calota supe-
rior.
4.8.2 A marcação em cada cilindro deve conter referência
sobre:
a) pressão de serviço;
b) número desta Norma;
c) c lasse do c ilindro , quando o c ilindro for da c lasse 2;
d) tipo de aço e tratamento térmico;
e) processo de fabricação, quando forjado;
f) identificação do cilindro e do fabricante;
g) capacidade de água medida;
h) tara;
i) órgão de inspeção ou inspetor;
j) data do ensaio hidrostático de fabricação.
4.8.2.1 A marcação da pressão de serviço deve ser feita
pela indicação do valor numérico da pressão em MPa.
4.8.2.2 No caso dos cilindros de classe 2, a referência
consiste em estampar a letra “x” após o número desta
Norma.
4.8.2.2.1 Quando forjado, o cilindro deve receber a marca-
ção deste processo com a estampagem da letra F após o
número desta Norma.
4.8.2.3 A marcação da identidade do cilindro deve ser fei-
ta pela indicação do número de série de fabricação em
seguida à marcação da identidade do fabricante, que po-
de ser indicada pela sua sigla ou logotipo.
4.8.2.3.1 No lugar do número de série, pode ser estampa-
do o número do lote de até 500 cilindros, desde que estes
tenham o diâmetro externo igual ou menor que 51 mm e
que sua capacidade de água não ultrapasse 1 L.
4.8.2.4 A marcação do número do tipo de aço (conforme a
NBR 6006) deve ser feita apondo-se a este número uma
letra para tratamento térmico, sendo:
WL2
8
P(1,3D2 + 0,4d2)
100 (D2 - d2)
D
2 ( 1 - )
MC
J
A1 x P
A2
4 NBR 12791/1993
. N para normalização;
. T para têmpera e revenimento;
. R para recozimento.
4.8.2.5 A marcação da capacidade em água deve ser feita
até o décimo de litro.
4.8.2.6 A marcação da tara deve ser feita até o décimo de
quilograma.
4.8.2.7 A marcação do inspetor responsável pela aceita-
ção do cilindro deve ser a estampagem de sua sigla ou
logotipo.
4.8.2.8 A marcação da data do ensaio hidrostático de fabri-
cação deve compreender a estampagem do número do
mês e da dezena do ano, separados por uma barra, em
seguida à marcação de 4.8.2.7.
4.8.3 As marcações do número do tipo de aço, tratamen-
to térmico, capacidade de água medida e tara podem ser
apostas em locais de acordo com o usuário.
4.8.4 A marca do inspetor e a data do ensaio devem ser
estampadas em posição que haja espaço suficiente para
marcações futuras referentes aos ensaios subseqüentes
conforme norma pertinente.
4.8.5 Todas as marcas estampadas devem ter altura mí-
nima de 6 mm, admitindo-se exceção apenas no caso de
comprovada falta de espaço.
4.8.6 Qualquer outra marca deve ser aposta no colarinho
ou na calota, em posição diametralmente oposta às mar-
cas indicadas em 4.8.
Nota: De acordo com o espaço, a disposição da marcação exigi-
da em 4.8.2 pode ser como indicada no exemplo a seguir:
Marcação de um cilindro fabricado de acordo com esta
Norma por forjamento, para uma pressão de serviço de
15 MPa, de aço-carbono 1040 normalizado, fabricado pela
firma YZ, com o número de série de fabricação 2001,
inspecionado pela empresa (I), em dezembro de 1981, a
sua capacidade em água é 50,0 L e sua tara é de 71,0 kg.
15 MPa NBR 12791 F
YZ 2001 I 12/81
1040 N 50,0 L 71,0 kg
5 Condições específicas
5.1 Composição química dos aços
A composição química dos aços deve ser a seguinte:
a) carbono - 0,40% máx.;
b) fósforo - 0,04% máx.;
c) enxofre - 0,05% máx.
5.2 Requisitos físicos e mecânicos
5.2.1 Estanqueidade
O cilindro submetido ao ensaio de estanqueidade, segun-
do 6.3.1.1, não deve apresentar vazamento.
5.2.2 Pressão hidrostática
A expansão volumétrica permanente admissível após o
alívio total da pressão não pode ultrapassar 10% da ex-
pansão volumétrica total sob a pressão de ensaio.
5.2.3 Tração
Submetido ao ensaio de tração, após o tratamento térmi-
co, o material deve se enquadrar em um dos casos des-
critos em 5.2.3.1, 5.2.3.2 ou 5.2.3.3.
5.2.3.1 Alongamento de no mínimo 40% para aos corpos-
de-prova de comprimento inicial (Lo) de 50 mm, ou de
20% para os outros casos, e limite de elasticidade não su-
perior a 73% da resistência a tração, dispensando-se o
ensaio de achatamento.
5.2.3.2 Alongamento de no mínimo 20% para os corpos-
de-prova de comprimento inicial (Lo) de 50 mm, ou de
10% para os outros casos, e limite de escoamento não su-
perior a 73% da resistência a tração, com ensaio de acha-
tamento obrigatório.
5.2.3.3 O limite de escoamento não pode ser inferior a
110% da máxima tensão na parede, na espessura de
projeto.
5.2.4 Achatamento
O cilindro submetido ao ensaio de achatamento até uma
distância interna, entre os cutelos, de seis vezes a espes-
sura nominal da parede não deve apresentar trincas e
fissuras.
6 Inspeção
6.1 Procedimento
6.1.1 A inspeção deve ser feita por um órgão ou entidade
de inspeção independente, reconhecido, estabelecido e
atuante no País; nesta Norma, chamado inspetor.
6.1.2 São deveres do inspetor;
a) verificar se toda a matéria-prima destinada à fabri-
cação dos cilindros, objeto de inspeção, está de
acordo com esta Norma, inclusive a composição
química do aço;
b) acompanhar o processo de fabricação dos cilin-
dros e registrar qualquer ocorrência, que, na sua
opinião, possa se afastar das prescrições desta
Norma;
c) efetuar inspeção visual no interior dos cilindros an-
tes do fechamento da extremidade superior;
d) verificar se o tratamento térmico está sendo exe-
cutado de forma adequada;
e) fiscalizar a retirada das amostras, de acordo com
6.2, e supervisionar o corte dos corpos-de-prova
para ensaios;
f) acompanhar o ensaio de estanqueidade e a análi-
se química;
NBR 12791/1993 5
g) estar presente aos ensaios hidrostático, achata-
mento e tração;
h) examinar as roscas por meio de calibradores;
i) registrar a capacidade de água, a espessura mí-
nima de parede e a tara;
j) apresentar um relatório completo de inspeção pa-
ra cada lote inspecionado; e
k) apor sua marca no cilindro aprovado.
6.2 Formação de amostras
6.2.1 Análise química do material
De cada corrida de aço para a fabricação de cilindros de-
ve ser retirada uma amostra para a sua análise química
para confronto com os valores tolerados nesta Norma e
com os do certificado emitido pelo fabricante do aço.
6.2.2 Ensaio de estanqueidade
Todos os cilindros fabricados por repuxamento giratório e
fechados por caldeamento devem ser submetidos ao
ensaio de estanqueidade.
6.2.3 Ensaio hidrostático
Cada cilindro deve ser submetido ao ensaio hidrostático.
6.2.4 Ensaio de tração
6.2.4.1 Em cada lote de cilindros já aprovados no ensaio
hidrostático é escolhido um ao acaso, do qual devem ser
tirados dois corpos-de-prova, diametralmente opostos e
próximos a cada extremidade, respectivamente.
6.2.4.1.1 Os corpos-de-prova devem ter as seguintes di-
mensões básicas:
a) comprimento de referência de 200 mm com largu-ra não superior a 38 mm;
b) comprimento de referência de 50 mm com largura
não superior a 38 mm.
6.2.4.1.2 Podem ser feitos corpos-de-prova de compri-
mento de referência de, pelo menos, 24 vezes a espes-
sura, e de largura não superior a seis vezes a espessura,
quando a parede do cilindro tiver uma espessura não
superior a 4,8 mm.
6.2.4.2 Para lotes de até 30 cilindros, o ensaio de tração
pode ser realizado num anel de pelo menos 200 mm de
comprimento, cortado em uma unidade no decorrer da
fabricação, e submetido ao mesmo tratamento térmico do
cilindro acabado.
6.2.4.3 Quando as dimensões do cilindro não permitirem
a obtenção de corpos-de-prova retos, os corpos-de-
prova podem ser recortados de qualquer local e direção
e podem ser endireitados ou achatados a frio, somente
por pressão e nunca por batidas.
6.2.4.4 Quando os corpos-de-prova forem preparados se-
gundo 6.2.4.3, o inspetor deve registrar tal ocorrência no
relatório de ensaio.
6.2.4.5 Não podem ser retirados corpos-de-prova por pro-
cesso que altere a estrutura do material.
6.2.5 Ensaio de achatamento
6.2.5.1 Em cada lote de cilindros, já aprovados no ensaio
hidrostático, deve ser escolhido um ao acaso e submeti-
do ao achatamento, salvo no caso previsto em 5.2.3.1.
6.2.5.2 Para lotes de até 30 cilindros, o ensaio de acha-
tamento pode ser realizado em dois corpos-de-prova de
outro anel de mesmas dimensões e tratamento térmico
conforme 6.2.4.2.
6.3 Ensaios
6.3.1 Ensaio de estanqueidade
6.3.1.1 Este ensaio deve ser realizado com gás inerte ou ar
comprimido a uma pressão não inferior à pressão de ser-
viço.
6.3.1.2 O ensaio deve ser feito de forma que o gás sob
pressão esteja em contato com o fundo do cilindro em uma
área de pelo menos 1/16 deste fundo, mas nunca inferior
a 19 mm de diâmetro, incluindo o fechamento central do
fundo.
6.3.1.3 A pressão deve ser mantida durante o tempo mí-
nimo de um minuto, enquanto a superfície externa do
fundo deve ser cuidadosamente examinada quanto a
vazamentos.
6.3.1.4 Como medida de segurança, se o fabricante deci-
dir executar o ensaio de estanqueidade antes do ensaio
hidrostático, ele deve projetar o equipamento para este
ensaio, de tal forma que a pressão seja aplicada na menor
área possível, em torno do ponto de fechamento, e de
forma a usar o menor volume possível de ar ou gás.
6.3.2 Ensaio hidrostático
6.3.2.1 Mediante um dispositivo de camisa de água, ou
outro adequado, o cilindro deve ser submetido gradual-
mente a uma pressão hidrostática igual à pressão de
ensaio especificada.
6.3.2.2 O manômetro utilizado deve ser regularmente afe-
rido e permitir a leitura da pressão com uma precisão de
pelo menos 1%.
6.3.2.3 O dispositivo de medição da expansão volumétrica
deve permitir uma leitura com precisão relativa de 1% ou
com precisão absoluta de 0,1 cm3, tomando-se a maior
das duas.
6.3.2.4 A pressão de ensaio hidrostático deve ser de pelo
menos 5/3 da pressão de serviço definida para o cilindro
e nele estampada, conforme 4.8.2.1.
6.3.2.5 A pressão de ensaio deve ser mantida por pelo
menos 30 s e durar o suficiente para assegurar a comple-
ta expansão do cilindro.
6 NBR 12791/1993
6.3.2.5.1 Qualquer pressão interna eventualmente aplica-
da após o tratamento térmico e antes do ensaio oficial não
deve exceder 90% da pressão do ensaio hidrostático.
Nota: Se, devido a algum defeito no equipamento de ensaio, a
pressão de ensaio hidrostático não puder ser mantida por
tempo suficiente para atender a esta exigência, o ensaio
deve ser repetido a uma pressão 10% ou 0,68 MPa maior,
tomando-se a menor das duas, e registrado-se o fato.
6.3.3 Ensaio de tração
6.3.3.1 Os dois corpos-de-prova obtidos conforme 6.2.4
devem ser submetidos aos ensaios de tração, conforme
NBR 6152.
6.3.3.2 Os corpos-de-prova não podem ser achatados,
salvo as pontas para encaixe nas garras da máquina,
cuja região achatada deve distar no mínimo 25 mm da
seção reduzida, com exceção dos corpos-de-prova ob-
tidos conforme 6.2.4.3.
6.3.3.3 O limite convencional de escoamento, definido na
NBR 6152, deve corresponder à deformação plástica per-
manente de 0,2% do comprimento inicial Lo.
6.3.3.4 O limite de escoamento pode ser determinado gra-
ficamente no diagrama do ensaio ou através do método
de extensão sob carga prescrito na NBR 6152.
6.3.3.4.1 Usando-se o método da extensão sob carga, a
deformação total (ou extensão sob carga), corresponden-
te à tensão em que ocorre a deformação permanente de
0,2% do comprimento inicial Lo, pode ser determinada
com suficiente precisão pelo cálculo da extensão elástica
do comprimento de referência sob carga adequada e pe-
la adição, a esse valor calculado, de 0,2% do comprimen-
to inicial Lo.
6.3.3.4.2 O cálculo da extensão elástica deve ser baseado
no módulo de elasticidade (K) de 1,96 x 105 MPa.
6.3.3.4.3 Em caso de controvérsia, o diagrama tensão x de-
formação deve ser traçado e o limite de escoamento de-
ve ser determinado graficamente pelo deslocamento de
0,2% da deformação.
6.3.3.4.4 Para fins de medição da deformação e do início
da deformação, deve ser ajustada para o corpo-de-prova
uma tensão de ensaio de 82 MPa, e a leitura correspon-
dente do extensômetro deve ser ajustada na deformação
calculada correspondente.
6.3.3.5 A velocidade de ensaio não deve ultrapassar
3,2 mm/min durante a determinação do limite do escoa-
mento.
6.3.4 Ensaio de achatamento
Deve ser realizado, entre cutelos, em forma de cunha a 60°,
com raio de arredondamento de 12,7 mm.
7 Aceitação e rejeição
7.1 Matéria-prima
Toda a matéria-prima por unidade ou por lote que não
satisfizer às prescrições desta Norma deve ser rejeitada.
7.2 Cilindros
7.2.1 Ensaio de estanqueidade
Qualquer cilindro que apresentar vazamento deve ser re-
jeitado.
7.2.2 Ensaio hidrostático
Todo cilindro que, submetido ao ensaio hidrostático, não
satisfizer às prescrições desta Norma deve ser rejeitado.
7.2.3 Ensaio de tração
Todo lote, cujos corpos-de-prova representativos, sub-
metidos ao ensaio de tração, não satisfizerem as pres-
crições desta Norma, deve ser rejeitado, com ressalva ao
disposto em 7.2.5.
7.2.4 Ensaio de achatamento
O lote cujo cilindro submetido ao ensaio de achatamento
não satisfizer às prescrições desta Norma deve ser rejei-
tado, com ressalva ao disposto em 7.2.5.
7.2.5 Reensaio
No caso de resultado não satisfatório nos ensaios de acha-
tamento e/ou tração, o fabricante pode realizar o(s) mes-
mo(s) ensaio(s) em dobro. Persistindo o resultado não sa-
tisfatório, pode ainda se refazer o tratamento térmico do
lote. Neste caso, todos os ensaios previstos nesta Norma
devem ser refeitos. Persistindo ainda os resultados não
satisfatórios, o lote deve ser rejeitado.