Sobre Projeto de Vasos de Pressão, responda as questões seguintes:
Como a Norma ASME VIII Div. 1 leva em conta a presença da solda nos cálculos?

Passo 1

O que o enunciado pede: explicar como a Norma ASME Section VIII, Division 1 (daqui em diante “ASME VIII-1”) leva em conta a presença da solda nos cálculos de projeto de vasos de pressão.
Informações dadas (implícitas na pergunta): não há dados numéricos; você quer entender o procedimento e os efeitos práticos da existência de juntas soldadas no dimensionamento segundo a ASME VIII-1.

Passo 2

Conceito central: fator de eficiência da junta E.
A ASME VIII-1 introduz o conceito de eficiência da junta soldada, chamado de fator de eficiência da junta, que representa a fração da resistência que a junta soldada pode ser considerada ter, comparada à peça contínua sem solda. Esse fator entra diretamente nas fórmulas de dimensionamento (espessura) e, portanto, traduz a presença/qualidade da solda em um efeito prático e numérico.
Explicando com calma: para um casca cilíndrica submetida a pressão interna a tensão circunferencial (hoop) aproximada é
\sigma_\text{hoop}=\frac{P\,R}{t},
onde \,P é a pressão interna, \,R o raio interno e \,t a espessura mínima do casco. A ASME não usa simplesmente t=\dfrac{P R}{S} (onde S é a tensão admissível do material), porque considera fatores de segurança e efeito da solda. Assim ela adota a fórmula (usada para cascas finas):
t=\frac{P\,R}{S\,E-0,6\,P},
onde:
  • \,t é a espessura requerida (sem contar a folga para usinagem/corrosão, que é adicionada depois),
  • \,P é a pressão de projeto,
  • \,R é o raio interno do vaso,
  • \,S é a tensão admissível do material base à temperatura de projeto (retirada das tabelas do código),
  • \,E é o fator de eficiência da junta (0<E\≤1).
Observação didática: a presença de E no termo S\,E significa que juntas com menor qualidade (E menor) diminuem a “capacidade admissível” na fórmula — logo exigem maior espessura.

Passo 3

Como se determina o valor de E na prática (explicação passo a passo e intuitiva):
  • E é definido pela ASME conforme o tipo de junta (longitudinal, circunferencial, topo, emenda, etc.) e, principalmente, pelo nível de exame não destrutivo (NDE) aplicado à junta (radiografia completa, radiografia parcial, nenhum exame, etc.) e pela geometria/tipo de solda.
  • Simplificando: quanto mais completa e rigorosa a inspeção (por ex.: solda totalmente radiografada e adequada geometria), maior o E que você pode reivindicar; se não há radiografia, o E é menor.
  • Valores típicos usados frequentemente (verificar sempre a tabela do código para o caso concreto) são:
    • \,E=1{,}0 para juntas totalmente examinadas/aceitas segundo os requisitos que permitem eficiência plena (ex.: junta radiografada conforme o código ou peças sem junta, como materiais sem costura).
    • \,E=0{,}85 para muitas juntas soldadas quando há algum nível de exame e preparação adequada mas não a radiografia completa exigida para E=1{,}0.
    • \,E=0{,}70 para juntas sem radiografia nem controle que permita maior confiança.
  • Observação importante: esses três valores ( 1{,}0, 0{,}85, 0{,}70) aparecem com frequência em exemplos e normas, mas a ASME traz regras e tabelas que especificam quando cada valor é aplicável. Ou seja: sempre confirmar a situação específica no código (tipo de junta, posição, se a junta é longitudinal ou circunferencial, se há ensaio por radiografia total, ensaio parcial, etc.).

Passo 4

Outra forma pela qual a solda entra nos cálculos: a escolha da tensão admissível.
  • A tensão admissível \,S é obtida nas tabelas da ASME para o material base à temperatura de projeto. Para partes soldadas, a ASME também exige que o metal de solda e a zona termicamente afetada (ZTA) tenham propriedades adequadas; se o metal de solda tiver tensão admissível menor que a do metal base, deve-se usar o menor valor (ou aplicar regras de reforço).
  • Em suma: além de reduzir a “capacidade” pelo fator E, a solda pode limitar \,S se o metal de adição for mais fraco; o projetista deve comparar propriedades do metal base e metal de solda.

Passo 5

Exemplo numérico didático (para você ver o efeito na prática). Vou calcular t para três valores típicos de E. Dados escolhidos só para ilustrar (unidades consistentes, P em MPa = N/mm², R em mm, S em MPa):
  • P=1{,}0\\ \text{MPa},
  • R=500\\ \text{mm},
  • S=150\\ \text{MPa}.
Fórmula:
t=\frac{P\,R}{S\,E-0,6\,P}.
Caso E=1{,}0:
t=\frac{1{,}0\cdot 500}{150\cdot 1{,}0 - 0{,}6\cdot 1{,}0}=\frac{500}{150-0{,}6}=\frac{500}{149{,}4}\approx 3{,}35\\ \text{mm}.
Caso E=0{,}85:
t=\frac{500}{150\cdot 0{,}85 - 0{,}6}=\frac{500}{127{,}5-0{,}6}=\frac{500}{126{,}9}\approx 3{,}94\\ \text{mm}.
Caso E=0{,}70:
t=\frac{500}{150\cdot 0{,}70 - 0{,}6}=\frac{500}{105-0{,}6}=\frac{500}{104{,}4}\approx 4{,}79\\ \text{mm}.
Interpretação: ao cair E de 1{,}0 para 0{,}7 a espessura necessária aumenta bastante (aqui de \approx 3{,}35 mm para \approx 4{,}79 mm). Ou seja, a qualidade da solda e o nível de inspeção têm impacto direto no peso/custo do vaso.

Passo 6

Outros efeitos e requisitos da ASME relacionados à solda (resumo prático):
  • Para justificar um E alto (por ex. E=1{,}0) normalmente é exigida radiografia conforme os requisitos do código, além de procedimentos de soldagem qualificados e registro da inspeção.
  • A ASME também define requisitos de reforço de juntas, dimensionamento de abatimentos (reinforcements), preparação de juntas, número mínimo de passadas, etc., que influenciam a robustez do conjunto e a habilitação para certo E.
  • Em projetos sujeitos a fadiga, a presença de solda implica atenção a concentrações de tensões; regras de fadiga e detalhes geométricos das soldas devem ser tratados à parte.
  • Sempre considerar corrosão/folga de projeto: a espessura calculada pela fórmula é complementada por uma folga para corrosão (corrosion allowance) que a ASME trata separadamente.

Passo 7

Resumo prático do passo a passo que você faria numa prova ou num projeto:
  1. escolher material e obter \,S (tabelas do código) para a temperatura de projeto;
  2. identificar todas as juntas soldadas e o tipo (longitudinal, circunferencial, filete, etc.);
  3. verificar o nível de NDE/inspeção que será aplicado às juntas e, com isso, determinar o E permitido pelo código para cada junta;
  4. usar a fórmula de espessura (por ex. \displaystyle t=\frac{P\,R}{S\,E-0,6\,P}) adicionando a folga para corrosão;
  5. checar propriedades do metal de solda e garantir que não reduzam \,S (usar o menor caso necessário);
  6. certificar-se de cumprir os requisitos de fabricação/inspeção para justificar o E escolhido.

Resposta

A ASME VIII Div. 1 trata a presença da solda principalmente por meio do fator de eficiência da junta E, que multiplica a tensão admissível na fórmula de espessura \displaystyle t=\frac{P\,R}{S\,E-0{,}6\,P}; E é determinado pelo tipo de junta e pelo nível de inspeção (radiografia/NDE) — valores típicos práticos são \,E=1{,}0, \,E=0{,}85 e \,E=0{,}70 — e a norma também exige consideração do metal de solda (usar a menor tensão admissível entre metal base e metal de solda), requisitos de procedimento/qualificação e inspeção necessários para reivindicar o valor de E.

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