Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-02-25T16:57:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Adson Silva_Impressão Final final.pdf: 6310961 bytes, checksum: 23a11f44ebd1ef6fa4f71b3bbd70d9a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-25T16:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Adson Silva_Impressão Final final.pdf: 6310961 bytes, checksum: 23a11f44ebd1ef6fa4f71b3bbd70d9a3 (MD5) Previous issue date: 2015-07-01 / Capes / Este trabalho teve como objetivo projetar um vaso de pressão segundo a norma ASME, efetuar uma análise deste usando o método analítico e o Método dos Elementos Finitos e comparar os resultados obtidos pelos dois métodos. Dois vasos de pressão foram dimensionados seguindo especificações oriundas de um sistema virtual, determinado apenas para este estudo e aplicando essas especificações à ASME seção VIII Divisão I e II. Com base nessas determinações, os vasos foram modelados em 3D utilizando o software SOLIDWORKS®. Foram determinadas as tensões de membrana para cada vaso, via método analítico e com os modelos tridimensionais foram feitas as simulações utilizando o software ANSYS® para obtenção da distribuição das tensões. Com base nas teorias de membrana e nos resultados das simulações, pôde-se entender o comportamento das tensões atuantes no vaso devido ao carregamento e identificar as regiões com maiores concentração de tensões. Conseguiu-se estabelecer um paralelo entre os requisitos exigidos pela norma e o impacto destes no projeto de um vaso de pressão. Pôde-se concluir que os vasos determinados por norma apresentam maior robustez e que, quando analisados através do Método dos Elementos Finitos em um modelo 3D, apresentam a possibilidade de uma redução em suas espessuras. / This study aimed to design a pressure vessel according to ASME standard, make an analysis using analytical method and compare the results with those obtanied by using the Finite Element Method. Two pressure vessels were determined by following specifications derived from a system that works with the pressure vessel and applying ASME Section VIII Division I and II w. Based on these determinations these vessels were modeled in 3D using the software SOLIDWORKS®. Membrane tensions were determined for each vessel by using an analytical method, and for the models, simulations were performed with the software ANSYS® in order to determine the stress distribution. Based on the analytical method and the results of numerical simulations, it was possible to understand the behavior of the stresses acting on the vessel due to loading. We could draw a parallel between the requirements of the standard and the impact of these in a pressure vessel project. It could be concluded that vessels determined by standards are stronger and when analyzed using the Finite Element Method by using a 3D model, present the possibility of a reduction in their thicknesses.

Vasos de pressão e tubulações são equipamentos essenciais em industrias químicas, petroquímicas, refino de petróleo, entre outras. A operação segura deste tipo de equipamento é um fator determinante, visto que falhas podem variar desde grandes perdas financeiras até consequências catastróficas. Avaliação de descontinuidades encontradas em inspeções podem ser realizadas através de metodologias de fitness for service, as quais são baseadas na mecânica da fratura, que teve grande desenvolvimentos nos últimos 40 anos. Estas metodologias são consagradas como sendo seguras para garantir a integridade de equipamentos em operação. Este trabalho utilizará primeiramente a metodologia de “fitness for service” empregando o guia BS7910 para avaliar um caso de um bocal de oito polegadas de diâmetro unido a um casco de dezesseis polegadas de diâmetro com uma grande descontinuidade do tipo falta de penetração em sua solda. A metodologia de fitness for service será comparada com o resultado do teste experimental, o qual foi realizado através de um teste hidrostático destrutivo monitorado através do ensaio de emissão acústica. Por fim, será realizada uma análise não linear utilizando não linearidade física e geométrica através do método de elementos finitos. A comparação dos resultados numéricos, experimentais e os analíticos obtidos pela aplicação da BS7910 permitiram a obtenção de várias conclusões que são expostas neste trabalho. A metodologia de ajuste ao uso utilizando a BS7910 foi conservativa para o caso estudado. O modo de falha dominante utilizando a BS7910 foi o colapso plástico que foi coerente com o teste experimental. O ensaio de emissão acústica não teve correlação entre a energia acumulada dos sinais captados e a criticidade de descontinuidades entre um bocal e um tampo, o que salientou que para aplicações semelhantes os dados devem ser analisados cuidadosamente uma vez que regiões sujeitas a colapso plástico como no caso do bocal estudado podem emitir sinais de menor intensidade que descontinuidades onde existe a interação entre os modos de fratura e colapso plástico. A análise não linear utilizando não linearidades física e geometria teve o resultado 5,8% maior que a pressão de ruptura no teste experimental que foi de 14,7MPa, o que pode ser considerado um resultado com um bom grau de aproximação. / Pressure vessels and pipes are essential equipment in the chemical, petrochemical, petroleum refining, among others. The safety operation of this equipment is an important aspect, since failures can vary from large financial losses to catastrophic consequences. Evaluation discontinuity found in inspections can be perfomed by fitness for service methodology which is based on fracture mechanics, which had great developments in the last 40 years. These methodologies are known as being the best way to ensure the integrity of equipment while in operation. This work first uses the fitness for service methodology according BS7910 guide to evaluate lack of weld penetration in eight-inch nozzle attached to a shell with sixteen inches in diameter. The methodology of fitness for service was compared with the experimental test result, which was performed by a destructive hydrostatic test monitored by acoustic emission test. Finally, finite element method was performed using nonlinearity physical and geometric tecniques. The comparison of numerical, experimental and analytical results obtained by the application of BS7910 allowed us to obtain several conclusions that are exposed in this work. The methodology using the BS7910 was conservative for the case study. The dominant failure mode using the BS7910 was the collapse of plastic that was consistent with the experimental test. The acoustic emission technique had no correlation between the stored energy of the picked up signals and criticality of discontinuities between a nozzle and a head, which pointed out that for similar applications data must be analyzed carefully since in regions subjected to plastic collapse such as in the case studied nozzle can generate signals of lower intensity that discontinuities where there is an interaction between the modes of fracture and plastic collapse. The nonlinear analysis result using physics and geometry nonlinearities was 5.8% higher than the rupture pressure of the experimental test was 14.7 MPa, being considered a result with a good degree of accuracity.

Vasos de pressão e tubulações são equipamentos essenciais em industrias químicas, petroquímicas, refino de petróleo, entre outras. A operação segura deste tipo de equipamento é um fator determinante, visto que falhas podem variar desde grandes perdas financeiras até consequências catastróficas. Avaliação de descontinuidades encontradas em inspeções podem ser realizadas através de metodologias de fitness for service, as quais são baseadas na mecânica da fratura, que teve grande desenvolvimentos nos últimos 40 anos. Estas metodologias são consagradas como sendo seguras para garantir a integridade de equipamentos em operação. Este trabalho utilizará primeiramente a metodologia de “fitness for service” empregando o guia BS7910 para avaliar um caso de um bocal de oito polegadas de diâmetro unido a um casco de dezesseis polegadas de diâmetro com uma grande descontinuidade do tipo falta de penetração em sua solda. A metodologia de fitness for service será comparada com o resultado do teste experimental, o qual foi realizado através de um teste hidrostático destrutivo monitorado através do ensaio de emissão acústica. Por fim, será realizada uma análise não linear utilizando não linearidade física e geométrica através do método de elementos finitos. A comparação dos resultados numéricos, experimentais e os analíticos obtidos pela aplicação da BS7910 permitiram a obtenção de várias conclusões que são expostas neste trabalho. A metodologia de ajuste ao uso utilizando a BS7910 foi conservativa para o caso estudado. O modo de falha dominante utilizando a BS7910 foi o colapso plástico que foi coerente com o teste experimental. O ensaio de emissão acústica não teve correlação entre a energia acumulada dos sinais captados e a criticidade de descontinuidades entre um bocal e um tampo, o que salientou que para aplicações semelhantes os dados devem ser analisados cuidadosamente uma vez que regiões sujeitas a colapso plástico como no caso do bocal estudado podem emitir sinais de menor intensidade que descontinuidades onde existe a interação entre os modos de fratura e colapso plástico. A análise não linear utilizando não linearidades física e geometria teve o resultado 5,8% maior que a pressão de ruptura no teste experimental que foi de 14,7MPa, o que pode ser considerado um resultado com um bom grau de aproximação. / Pressure vessels and pipes are essential equipment in the chemical, petrochemical, petroleum refining, among others. The safety operation of this equipment is an important aspect, since failures can vary from large financial losses to catastrophic consequences. Evaluation discontinuity found in inspections can be perfomed by fitness for service methodology which is based on fracture mechanics, which had great developments in the last 40 years. These methodologies are known as being the best way to ensure the integrity of equipment while in operation. This work first uses the fitness for service methodology according BS7910 guide to evaluate lack of weld penetration in eight-inch nozzle attached to a shell with sixteen inches in diameter. The methodology of fitness for service was compared with the experimental test result, which was performed by a destructive hydrostatic test monitored by acoustic emission test. Finally, finite element method was performed using nonlinearity physical and geometric tecniques. The comparison of numerical, experimental and analytical results obtained by the application of BS7910 allowed us to obtain several conclusions that are exposed in this work. The methodology using the BS7910 was conservative for the case study. The dominant failure mode using the BS7910 was the collapse of plastic that was consistent with the experimental test. The acoustic emission technique had no correlation between the stored energy of the picked up signals and criticality of discontinuities between a nozzle and a head, which pointed out that for similar applications data must be analyzed carefully since in regions subjected to plastic collapse such as in the case studied nozzle can generate signals of lower intensity that discontinuities where there is an interaction between the modes of fracture and plastic collapse. The nonlinear analysis result using physics and geometry nonlinearities was 5.8% higher than the rupture pressure of the experimental test was 14.7 MPa, being considered a result with a good degree of accuracity.

Vasos de pressão e tubulações são equipamentos essenciais em industrias químicas, petroquímicas, refino de petróleo, entre outras. A operação segura deste tipo de equipamento é um fator determinante, visto que falhas podem variar desde grandes perdas financeiras até consequências catastróficas. Avaliação de descontinuidades encontradas em inspeções podem ser realizadas através de metodologias de fitness for service, as quais são baseadas na mecânica da fratura, que teve grande desenvolvimentos nos últimos 40 anos. Estas metodologias são consagradas como sendo seguras para garantir a integridade de equipamentos em operação. Este trabalho utilizará primeiramente a metodologia de “fitness for service” empregando o guia BS7910 para avaliar um caso de um bocal de oito polegadas de diâmetro unido a um casco de dezesseis polegadas de diâmetro com uma grande descontinuidade do tipo falta de penetração em sua solda. A metodologia de fitness for service será comparada com o resultado do teste experimental, o qual foi realizado através de um teste hidrostático destrutivo monitorado através do ensaio de emissão acústica. Por fim, será realizada uma análise não linear utilizando não linearidade física e geométrica através do método de elementos finitos. A comparação dos resultados numéricos, experimentais e os analíticos obtidos pela aplicação da BS7910 permitiram a obtenção de várias conclusões que são expostas neste trabalho. A metodologia de ajuste ao uso utilizando a BS7910 foi conservativa para o caso estudado. O modo de falha dominante utilizando a BS7910 foi o colapso plástico que foi coerente com o teste experimental. O ensaio de emissão acústica não teve correlação entre a energia acumulada dos sinais captados e a criticidade de descontinuidades entre um bocal e um tampo, o que salientou que para aplicações semelhantes os dados devem ser analisados cuidadosamente uma vez que regiões sujeitas a colapso plástico como no caso do bocal estudado podem emitir sinais de menor intensidade que descontinuidades onde existe a interação entre os modos de fratura e colapso plástico. A análise não linear utilizando não linearidades física e geometria teve o resultado 5,8% maior que a pressão de ruptura no teste experimental que foi de 14,7MPa, o que pode ser considerado um resultado com um bom grau de aproximação. / Pressure vessels and pipes are essential equipment in the chemical, petrochemical, petroleum refining, among others. The safety operation of this equipment is an important aspect, since failures can vary from large financial losses to catastrophic consequences. Evaluation discontinuity found in inspections can be perfomed by fitness for service methodology which is based on fracture mechanics, which had great developments in the last 40 years. These methodologies are known as being the best way to ensure the integrity of equipment while in operation. This work first uses the fitness for service methodology according BS7910 guide to evaluate lack of weld penetration in eight-inch nozzle attached to a shell with sixteen inches in diameter. The methodology of fitness for service was compared with the experimental test result, which was performed by a destructive hydrostatic test monitored by acoustic emission test. Finally, finite element method was performed using nonlinearity physical and geometric tecniques. The comparison of numerical, experimental and analytical results obtained by the application of BS7910 allowed us to obtain several conclusions that are exposed in this work. The methodology using the BS7910 was conservative for the case study. The dominant failure mode using the BS7910 was the collapse of plastic that was consistent with the experimental test. The acoustic emission technique had no correlation between the stored energy of the picked up signals and criticality of discontinuities between a nozzle and a head, which pointed out that for similar applications data must be analyzed carefully since in regions subjected to plastic collapse such as in the case studied nozzle can generate signals of lower intensity that discontinuities where there is an interaction between the modes of fracture and plastic collapse. The nonlinear analysis result using physics and geometry nonlinearities was 5.8% higher than the rupture pressure of the experimental test was 14.7 MPa, being considered a result with a good degree of accuracity.