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