Vasos de Pressão: Os Guardiões dos Fluidos nas Indústrias?

Para começar, no setor industrial, é comum usar estruturas reforçadas para armazenar fluidos em condições específicas, sendo os vasos de pressão um exemplo clássico.

A propósito, ele está disponível em vários formatos e tamanhos, adaptado para operar em diversas áreas, por exemplo:

• Petróleo e gás;
• Setores químicos e de Geração de Energia;
• Automobilística, Aeronáutica e Aeroespacial;

Em suma, a sua fabricação destina-se a performar em condições extremas de temperatura e pressão, bem mais do que no ambiente ao seu redor.

Diante deste cenário, vamos aprender mais sobre o vaso de pressão, incluindo conceitos, componentes e outros aspectos. Boa leitura!

O que são vasos de pressão?

Vasos de pressão são recipientes fechados projetados para guardar líquidos ou gases sob pressão, mesmo que sejam inflamáveis, corrosivas ou bastante frios, por exemplo, o hidrogênio verde.

Assim, a pressão atuante pode ser superior ou inferior à atmosférica, como no processo de destilação a vácuo.

Agora, imagine algo tão comum quanto uma panela de pressão ou tão crítico quanto um reator de uma refinaria de petróleo.

Em ambos os casos, o que está em jogo é manter algo confinado sob pressão com a garantia de segurança, eficiência e continuidade.

No entanto, em muitos casos, a pressão é bastante intensa, pois qualquer falha de projeto, fabricação ou operação pode resultar em:

• Explosões catastróficas;
• Riscos para a vida humana e o meio ambiente;
• Perdas materiais;

Em suma, um vaso de pressão mais simples constitui-se dos seguintes componentes:

Costado (Casco)

Este é o seu corpo central e principal, pois suporta a maior parte da pressão interna e serve como volume de contenção do fluido. Em geral, as suas formas geométricas predominam entre as cilíndricas, esféricas ou combinações destas.

Tampos

Então, os vasos de pressão devem ser fechados em suas extremidades por um tampo.

A propósito, a sua geometria adquire formas diversas como elípticas, esféricas ou cônicas, e também deve resistir à pressão interna. O formato influencia a distribuição de tensões internas e no custo de fabricação.

Bocais

Conexões usadas para entrada e saída de fluidos, alívio de pressão, instrumentação ou inspeção. Cada bocal deve ser reforçado com bastante cuidado, pois formam-se descontinuidades onde se concentram tensões.

Suportes

Um vaso de pressão precisa estar fixo a uma base com diversos tipos de suportes, posicionados na horizontal, vertical ou conforme o local de instalação.

Acessórios

Incluem válvulas de segurança, manômetros, termômetros, visores e outros instrumentos de controle.

Assim, um vaso de pressão torna-se muito perigoso para operar sem sistemas de alívio; é prudente incorporar válvulas de segurança para liberar a pressão excedente automaticamente.

Em resumo, a natureza nos ensina: ovos, bolhas e balões têm forma arredondada. Por qual motivo?

As esferas e elipses distribuem as tensões, enquanto que superfícies planas apresentam regiões concentradas com picos de tensão.

Dito isso, seja um tampo ou casco com forma elipsoidal, hemisférica ou qualquer forma arredondada, gasta menos material e tem maior resistência.

Portanto, a escolha da geometria não ocorre por simples questões de estética, mas sim, por sua resistência estrutural, e vários outros fatores.

Reflexão sobre vasos de pressão

Para começar, os fabricantes precisam priorizar a segurança em todas as etapas: projeto, execução e manutenção.

Devido à sua função de conter fluidos sob alta pressão, todos eles carregam riscos inerentes.

Assim, esses riscos afetam os operadores, a equipe técnica, o meio ambiente, a comunidade ao redor e até a estrutura física do local de implementação.

Logo, nesse contexto, não há margem para falhas: nenhuma trinca, fissura ou nem pequenos vazamentos devem ser tolerados.

Por essa razão, uma falha estrutural, mesmo que pequena, pode liberar substâncias tóxicas no meio ambiente e no local da instalação.

Em situações críticas, há riscos de explosões, incêndios e intoxicações; as consequências são graves e, muitas vezes, irreversíveis.

Portanto, é imprescindível fabricar e utilizar equipamentos e materiais de acordo com os altos padrões técnicos e de segurança.

Normas técnicas para vasos de pressão

Escolher e entender as normas exige uma boa dose de interpretação, experiência e conhecimento técnico.

Por exemplo, a norma da ASME (American Society of Mechanical Engineers) é uma grande referência mundial em vasos de pressão.

Por outro lado, outras referências técnicas importantes incluem a norma europeia EN-13445, a API-510 do Instituto Americano do Petróleo e manuais técnicos alemães AD Merkblätter.

E quanto ao Brasil? Há normas para vasos de pressão?

Sim, a NR-13, com regulamentações do Ministério do Trabalho, é a norma mais importante.

Portanto, todas oferecem orientações valiosas sobre projeto, inspeção, reparos e manutenção preventiva, garantindo à integridade e segurança dos vasos de pressão e dos trabalhadores.

Quais materiais usar em vasos de pressão?

A princípio, este é um grande desafio: selecionar o material ideal para fabricação de vasos de pressão.

Para que ele esteja em conformidade com os padrões exigidos de produção e desempenho, é essencial conhecer previamente algumas propriedades dos materiais escolhidos.

A propósito, projetar sem essa base técnica aumenta bastante os riscos de falhas ao longo do tempo de uso.

Por isso, a escolha dos materiais deve ser feita com muito cuidado, e entre as propriedades mais importantes a serem avaliadas, estão:

• Resistência à fadiga e à corrosão;
• Resistência à tração e à fluência;
• Peso do vaso e do conteúdo;
• Temperaturas ambiente e de operação;
• Pressões estáticas e dinâmicas;
• Tensões térmicas e residuais;

Assim, uma seleção típica de materiais usados na fabricação de vasos de pressão inclui metais, como:

• Titânio;
• Ligas de níquel;
• Aço inoxidável;
• Aço carbono;
• Alumínio;
• Hastelloy;

No entanto, os materiais compósitos ganham força na competição com os metais e incluem-se:

• Resina + fibra (vidro, carbono, Kevlar);
• Compósitos híbridos: metal, resina e fibras;

Por outro lado, um obstáculo para a adoção de vasos de pressão feitos com materiais compósitos é o custo, pois eles tendem a ser mais caros do que os metais convencionais.

Além disso, o processo de fabricação exige conhecimentos técnicos específicos e equipamentos especializados; o que limita sua produção em larga escala.

Portanto, a escolha também demanda uma análise criteriosa das facilidades de fabricação, operação e manutenção em busca da segurança, eficiência e longevidade do equipamento.

Além disso, a cereja do bolo, isto é, uma avaliação positiva no retorno dos investimentos.

Usos dos vasos de pressão

Os vasos de pressão têm um papel relevante em diversos setores industriais. A seguir, veja alguns exemplos de aplicação:

Indústria de Petróleo e Gás

Nesta área, os vasos de pressão são indispensáveis para armazenar e transportar produtos como petróleo bruto, gás natural e derivados inflamáveis.

Assim, são utilizados para manipular de forma segura esses compostos em várias etapas, desde a extração até o refino.

Além disso, contribuem para manter a integridade do sistema em ambientes com risco elevado de explosões e vazamentos.

Indústria Química

Neste setor, eles são projetados para resistir a produtos agressivos e temperaturas elevadas, otimizando a produção e protegendo os operadores e o meio ambiente.

Indústria de Alimentos e Bebidas

Neste ambiente, é necessário controlar os níveis de pressão e temperatura para produzir alimentos e bebidas, assim, o vaso de pressão contribui estrategicamente para a qualidade do produto final.

Indústria Farmacêutica

Na produção de medicamentos, vacinas e insumos hospitalares, os vasos de pressão atuam como reatores de alta precisão.

Muita atenção às exigências das regulamentações técnicas para manter padrões de segurança e qualidade. Deste modo, os produtos tornam-se eficazes sem comprometer o bem-estar e a vida dos usuários.

Indústria Aeroespacial

Na aviação e exploração espacial, os vasos de pressão são projetados para armazenar combustíveis, gases e líquidos essenciais ao funcionamento de aeronaves e espaçonaves.

Dessa forma, têm bom desempenho em operação, pois suporta eficientemente as oscilações severas de temperatura e pressão típicas de voos em grandes altitudes.

Energia e Produção de Vapor

Neste ambiente, os vasos suportam pressões elevadas em operação contínua, sendo essenciais para o funcionamento seguro e eficiente das turbinas e trocadores de calor.

Por exemplo, em usinas termelétricas, nucleares e até caldeiras industriais para geração de vapor, aquecimento e transferência de energia térmica.

Portanto, os vasos de pressão são equipamentos estratégicos em diversos setores industriais, pois viabilizam processos químicos e otimizam a produção e a qualidade em ambientes extremos.

Considerações Finais

Os vasos de pressão são alicerces da engenharia industrial em setores estratégicos como petróleo/gás, químicos, alimentos, farmacêutico, aeroespacial e geração de energia.

A propósito, os projetos são rigorosos, pois formam um sistema complexo e exigente.

Neste contexto, os materiais compósitos se destacam pela redução de peso, maior resistência estrutural e longevidade em relação aos metais.

Portanto, a tecnologia avança em diversos setores, exigindo capacitação técnica contínua e investimentos em pesquisa e inovação.

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