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Avaliação virtual da segurança de caldeiras e vasos de pressão traz vantagens a usinas

Análises por simulação dão agilidade e diminuem custos para conformidade às normas NR-13 e ASME VII


ESSS - Informe publicitário - 13 mai 2021 - 09:05
Análises feitas por meio de simulação geram benefícios às indústrias sucroenergéticas

Brockton, Massachusetts, inverno de 1905. Uma explosão causada por uma falha na caldeira responsável pelo aquecimento destrói os quatro andares da empresa norte-americana de calçados R.B. Grover. O fogo consome destroços e construções vizinhas, impedindo o socorro aos funcionários presos nos escombros. A catástrofe resultou em 58 mortes e 150 feridos, tornando-se um dos maiores desastres da indústria norte-americana.

Em 1915, dez anos após a explosão em Brockton, foi criada a ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), uma série de regulamentações que fornece diretrizes para a fabricação de componentes de caldeiras e vasos de pressão. Após 60 anos, diversas revisões e uma nova divisão, desenvolveu-se o código ASME VIII Divisão 2, o maior código ASME já publicado.

No Brasil, a norma NR-13 foi publicada pelo governo em 1978, estabelecendo todos os requisitos técnicos e legais relativos à instalação, manutenção e operação para equipamentos como caldeiras, vasos de pressão, recipientes móveis com P.V. superior a oito, tubulações ou sistemas de tubulação ligados a caldeiras ou vasos de pressão e tanques metálicos de superfície para armazenamento e estocagem de produtos.

O setor sucroenergético e a necessidade de se adequar às normas de segurança NR-13 e ASME VIII

Com o grande crescimento do setor sucroenergético nos últimos anos, é cada vez mais presente a preocupação com a adequação à normativa. O setor conta, em geral, com muitos equipamentos antigos que necessitam de manutenção frequente e que dependem da devida verificação para operar. Todas as indústrias brasileiras que possuem estes equipamentos estão sujeitas ao seguimento rígido da norma NR-13, sob severas penalidades caso se constate a ocorrência de sinistros, como multas, interdição dos equipamentos envolvidos no sinistro e até mesmo prisão dos responsáveis em casos extremos.

Por outro lado, é um desafio constante ganhar desempenho enquanto se reduz o custo das operações. Neste sentido, o uso da simulação computacional é um grande aliado para o aprimoramento de máquinas e eficiência de processos, incluindo a avaliação de equipamentos para conformidade com a NR-13 e a ASME VIII. A versão da norma ASME VIII Divisão 2 permite a avaliação de vasos de pressão por meio de simulação, com vantagens de agilidade de projeto e investimento muito menor comparado aos testes físicos.

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Protótipos digitais: poderosos aliados para verificação de confiabilidade

Vasos de pressão que não permitam acesso visual para o exame interno ou externo por impossibilidade física devem ser submetidos alternativamente a outros exames não destrutivos e metodologias de avaliação da integridade, a critério do profissional habilitado, baseados em normas e códigos aplicáveis.

Aqui, caracteriza-se o relacionamento da NR-13 com o código ASME VIII Divisão 2, que possibilita a avaliação de integridade estrutural por metodologia complementar, análise de tensões, adequação ao uso ou similares e permite o uso de tecnologias de cálculo ou procedimentos mais avançados, em substituição aos previstos pelos códigos de projeto da época. Em outras palavras, permite-se assim o uso do método de elementos finitos a partir de protótipos digitais para a verificação da confiabilidade dos referidos equipamentos, fornecendo estudos de baixo custo e prazo, com nível fidedigno de resultados.


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A utilização de critérios de execução via método de elementos finitos permite a avaliação de vasos de pressão de maneira mais aprofundada, pois, apesar dos resultados se tornarem mais complexos e rigorosos, sua verificação virtual ocorre de maneira facilitada. Fica evidente também a possibilidade de redução de custos de fabricação, já que o critério de aceitação de tensões residuais é ampliado, tornando possível, por exemplo, a redução de espessura de parede destes vasos de pressão.

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Tanque de armazenamento avaliado no software Ansys conforme critérios da ASME VIII Divisão 2

Trabalhos realizados estipulam que a redução de custo final ultrapassa os 10%, enquanto a redução de peso do componente pode chegar a mais de 20%. Complementarmente, há o entendimento quanto à diminuição de custos de projeto. Por meio da otimização do modelo em estudo surge a possibilidade de avaliar simultaneamente diferentes formatações virtuais de um mesmo produto. Nesse estágio se busca, em tempo reduzido, a verificação do modelo ideal que será definido para posterior validação e fabricação.

Empresas brasileiras com atuação junto ao setor sucroenergético, como Caldema e Welding, já contam com experiências práticas e casos de sucesso no uso da simulação. No dia 10 de julho de 2021, engenheiros das duas empresas vão se unir a especialistas do setor na próxima edição do Ansys Talks, um evento que apresenta um debate sobre as oportunidades e desafios da simulação no setor de açúcar e álcool.

A ESSS, empresa brasileira e parceira exclusiva da Ansys na América Latina, líder mundial em simulação computacional, oferece ferramentas específicas utilizadas pelo mercado nesta atividade. A tecnologia fornece resultados úteis para a avaliação segundo o Código ASME Seção VIII Divisão 2, assim como a NR-13.

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