O QUE SÃO BICOS AUTO-REFORÇADOS DE VASOS DE PRESSÃO?

Ao se referir a bicos auto-reforçados, geralmente se presume que o reforço para suportar as cargas que afetam o bico será uma parte constitutiva do bico. Isso significa que os bicos auto-reforçados não precisam de elementos auxiliares (como bicos construídos) para suportar as condições de projeto e cargas externas. Em um nível prático, os bicos auto-reforçados são aqueles que não têm nenhum tipo adicional de reforço (almofada) anexado, e todas as soldas entre seus próprios componentes e entre o bico e o recipiente são do tipo penetração total. Por isso, esses bicos também podem ser chamados de integralmente reforçados. Existem diferentes configurações de bicos auto-reforçados. Os mais comumente usados ​​são os mencionados a seguir: Long Welding Neck (LWN) ou cubo reto, espessura de cubo variável e bicos fabricados usando um tubo de espessura padronizada.

Intuitivamente, pode-se notar que, geralmente, bicos auto-reforçados implicam em um aumento no custo em relação a um bico do tipo não auto-reforçado. Portanto, as razões que levam o projetista a escolher um tipo específico entre todas as possibilidades devem ser raciocinadas e totalmente escrutinadas.

Essas razões podem depender de vários fatores, como pressão, temperatura, presença de cargas variáveis ​​(fadiga), altas cargas externas decorrentes da conexão a uma tubulação, etc. Normalmente, os requisitos para o uso de bicos auto-reforçados estão incluídos na especificação do trabalho pertencente aos proprietários de plantas industriais onde esses bicos estão em serviço ou, em algumas ocasiões, esses requisitos podem ser indicados na especificação do licenciador, se aplicável.

Devido ao acima mencionado, não é possível estabelecer critérios específicos sobre quando usar este tipo de bicos para todos os casos, mas apenas algumas diretrizes gerais que devem ser usadas como uma primeira abordagem para considerar em quais cenários os bicos auto-reforçados devem ser considerados como uma solução de projeto. Cenários como aqueles em que as condições de projeto incluem os seguintes efeitos são propícios para ter que escolher bicos auto-reforçados: o componente estudado deve suportar cargas variáveis ​​(fadiga), bicos tangenciais ou inclinados em relação ao vaso onde os bicos são fixados, serviço letal, alta pressão, altas temperaturas ou vasos de pressão com altas espessuras.

Como já indicado, bicos auto-reforçados frequentemente andam de mãos dadas com condições de serviço severas ou críticas. Por isso, é conveniente mencionar que para esse tipo especial de bicos concentradores de estresse devem ser eliminados o máximo possível.

Para alguns códigos de projeto, os critérios de projeto e cálculo para bicos auto-reforçados e bicos construídos nem sempre são os mesmos. Os requisitos são mais conservadores para o último caso. Como exemplo, considere o estudo de triagem do ASME Section VIII Division 2, procedimento para determinar se uma análise de fadiga é necessária. Se um determinado equipamento ou qualquer um de seus componentes for de configuração integral, ele pode suportar um número maior de cargas variáveis ​​do que um equipamento de configuração não integral, sem ser necessário verificar sua resistência contra cargas de fadiga por meio de um cálculo específico.

Voltando à questão econômica, mesmo que esteja totalmente claro que os bicos auto-reforçados são a solução ideal para um determinado caso, deve-se considerar que algumas configurações de bicos auto-reforçados são fabricadas a partir de material forjado. Isso significa altos custos econômicos, razão pela qual é muito importante otimizar o projeto para que o custo não aumente excessivamente.

Sob a ação da pressão interna, a distribuição desigual de estresse no cilindro de parede espessa é maior na parede interna e menor na parede externa. Para melhorar a não uniformidade dessa distribuição de estresse no cilindro, o tratamento de sobrepressão pode ser realizado com antecedência antes que o cilindro de parede espessa seja colocado em uso e, sob a pressão de sobrecarga estritamente controlada, a parte da camada do corpo do cilindro pode produzir deformação plástica para formar uma zona plástica, enquanto o material externo ainda está em um estado elástico.

Após a pressão ser mantida por um período de tempo, a parte da camada da casca que tem deformação plástica não pode ser restaurada à posição inicial devido à deformação residual, e o material externo que ainda está no estágio elástico tende a retornar ao estado original, mas é bloqueado pelo material interno que não pode ser restaurado ao estado original e não pode ser completamente restaurado. Portanto, o estado pré-tensionado de compressão da camada interna e tensão da camada externa é formado na parede do cilindro. Quando o cilindro é colocado em operação e submetido à pressão operacional, a tensão da parede interna causada pela pressão operacional é sobreposta à tensão pré-tensionada formada pela pressão interna e tensão externa, de modo que a tensão da parede interna com o alto nível original é reduzida, enquanto a tensão da parede externa com o baixo nível original é adequadamente aumentada, e a distribuição de tensão ao longo da espessura da parede tende a ser uniforme, melhorando assim a capacidade de carga de rendimento do cilindro.

Por meio do tratamento de sobrepressão controlada, apenas a camada interna cede, enquanto a camada externa permanece elástica e usa sua própria contração elástica para gerar pré-tensão, de modo a melhorar a capacidade de suporte do cilindro, o que é chamado de auto-reforço do cilindro de parede espessa.