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?
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
.
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.
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
onde
é a pressão interna,
o raio interno e
a espessura mínima do casco. A ASME não usa simplesmente
(onde
é a tensão admissível do material), porque considera fatores de segurança e efeito da solda. Assim ela adota a fórmula (usada para cascas finas):
onde:
-
é a espessura requerida (sem contar a folga para usinagem/corrosão, que é adicionada depois), -
é a pressão de projeto, -
é o raio interno do vaso, -
é a tensão admissível do material base à temperatura de projeto (retirada das tabelas do código), -
é o fator de eficiência da junta (0<E\≤1).
Observação didática: a presença de
no termo
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
na prática (explicação passo a passo e intuitiva):
-
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
que você pode reivindicar; se não há radiografia, o é menor. - Valores típicos usados frequentemente (verificar sempre a tabela do código para o caso concreto) são:
-
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). -
para muitas juntas soldadas quando há algum nível de exame e preparação adequada mas não a radiografia completa exigida para . -
para juntas sem radiografia nem controle que permita maior confiança.
-
- Observação importante: esses três valores (
, , ) 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
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
, a solda pode limitar 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
para três valores típicos de
. Dados escolhidos só para ilustrar (unidades consistentes,
em MPa = N/mm²,
em mm,
em MPa):
-
, -
, -
.
Fórmula:
Caso
:
Caso
:
Caso
:
Interpretação: ao cair
de
para
a espessura necessária aumenta bastante (aqui de
mm para
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
alto (por ex. ) 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
. - 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:
- escolher material e obter
(tabelas do código) para a temperatura de projeto; - identificar todas as juntas soldadas e o tipo (longitudinal, circunferencial, filete, etc.);
- verificar o nível de NDE/inspeção que será aplicado às juntas e, com isso, determinar o
permitido pelo código para cada junta; - usar a fórmula de espessura (por ex.
) adicionando a folga para corrosão; - checar propriedades do metal de solda e garantir que não reduzam
(usar o menor caso necessário); - certificar-se de cumprir os requisitos de fabricação/inspeção para justificar o
escolhido.
Resposta
A ASME VIII Div. 1 trata a presença da solda principalmente por meio do fator de eficiência da junta
, que multiplica a tensão admissível na fórmula de espessura
;
é determinado pelo tipo de junta e pelo nível de inspeção (radiografia/NDE) — valores típicos práticos são
,
e
— 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
.