Dois aços API são candidatos para aplicação em um projeto de dutos para transporte de gás entre a Bolívia e o Brasil, em função de sua tenacidade à fratura. Ensaios de laboratório forneceram os seguintes valores para esta propriedade mecânica:
API
356
0,20
491
0,30
Lembrando que
e
representam, respectivamente, o valor crítico de energia e a abertura crítica da ponta da trinca para crescimento estável de trinca (tenacidade à fratura), responda:
a) Considerando o raciocínio exclusivamente baseado na tenacidade à fratura, apresente uma razão para o engenheiro do projeto responsável pela seleção de materiais ter optado pelo uso do aço API-X70.
API |
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356 | 0,20 |
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491 | 0,30 |
a) Considerando o raciocínio exclusivamente baseado na tenacidade à fratura, apresente uma razão para o engenheiro do projeto responsável pela seleção de materiais ter optado pelo uso do aço API-X70.
Passo 1
O enunciado compara dois aços para dutos de gás, API-X70 e API-X80, cujas tenacidades à fratura foram medidas pelos valores críticos de energia
e abertura de trinca
:
Queremos justificar por que, considerando apenas a tenacidade à fratura, o engenheiro optou pelo uso do aço API-X70.
Passo 2
Em mecânica da fratura baseada na integral de J, o critério de segurança é que a energia de deformação disponível na ponta de trinca em serviço,
, seja menor que o valor crítico
do material:
Explicando:
é a energia mínima que, se ultrapassada, causa crescimento estável de trinca. Para evitar fratura catastrófica, basta escolher um aço cujo
exceda a demanda
.
Passo 3
Supondo que, no projeto de duto em questão, a análise de tensões e geometria da trinca mostre que
então temos
isto é, o API-X70 já supera com folga a energia de deformação esperada em serviço. O API-X80, embora tenha tenacidade maior, não é necessário para garantir a segurança contra fratura.
Passo 4
Como
já atende ao critério de impedir crescimento de trinca sob as condições de operação, escolher o aço API-X70 evita sobredimensionamento de tenacidade (e, consequentemente, custo e peso extras) sem comprometer a segurança do duto.
Resposta
O API-X70 foi escolhido porque seu valor crítico de energia
já é maior que a energia de deformação prevista para o duto em operação, garantindo a contenção de trincas sem a necessidade de um material mais caro e de tenacidade superior.