Análise do perfil da junta tipo anel para flanges 16" NB ANSI 2500LB – projeto Shell L09
INTRODUÇÃO
Parte do contrato outorgado a Welding Units pela Shell para suprimento das flanges de dutos, para seu projeto L09, incluiu flanges especiais tipo Pescoço e Anel Giratório de 16” 2500lb. Os mesmos flanges foram projetados e fornecidos anteriormente pela Welding Units para outros projetos Shell e nessas ocasiões utilizaram uma gaxeta e ranhura BX do tipo API por não haver nenhum arranjo ASME B16.5 padrão disponível para aquele tamanho.
Todos os flanges fornecidos anteriormente operaram com sucesso, mas a Shell sugeriu que os futuros fornecimentos de flanges similares incorporassem uma gaxeta e ranhura do tipo R; portanto foi necessário um estudo detalhado sobre o comportamento da gaxeta.
O ESTUDO
A Welding Units desenvolveu um projeto inicial utilizando uma gaxeta e ranhura R67 tomadas do flange 16" 1500lb, mas sabia que isso era preliminar até que a gaxeta e a ranhura fossem confirmadas como adequadas para acomodar as forças adicionais induzidas por um flange de classificação 2500lb. Utilizamos a análise por elementos finitos (FEA) para estudar o comportamento da gaxeta e ranhura quando sujeitas às cargas requeridas. Porém, os resultados obtidos eram difíceis de interpretar e possibilitar que se chegasse a uma conclusão porque outras análises similares não eram bem documentadas. A Shell compreendeu esse fato e, assim, para continuar, concordaram em permitir que fosse realizado um teste total de escala de um Flange de Pescoço e Anel Giratório para a obtenção de dados reais que pudessem levar a uma conclusão sobre a compatibilidade da gaxeta e da ranhura R67.
O procedimento de teste consistia em aplicar pré-tensão de parafuso à junção, em estágios predeterminados, enquanto era monitorado por extensômetros e outros equipamento de medida. Todas as peças também eram medidas com precisão antes e depois do teste, por um equipamento de medição coordenado, para registrar o valor da deformação permanente observada durante a aplicação de carga.
Com a finalidade de ser utilizado com a FEA, outro teste de sacrifício foi realizado no material do flange e da gaxeta, determinando as curvas tensão-deformação para tração e compressão. Também foi realizado o teste CTOD para obtenção da tensão máxima sentida no espécime sob teste no ponto de ruptura.
O trabalho ainda está em andamento, mas os resultados preliminares são encorajadores e a possibilidade de que a gaxeta/ranhura R67 sejam utilizadas permanece viva. O teste prático mostrou um comportamento esperado do material, sendo que a gaxeta de ferro doce apresentando uma deformação significativa decorrente da carga de compressão elevada, mas sem sinais visíveis de ruptura ou deformação excessiva, enquanto as ranhuras (simples F65 sem revestimento) não mostravam sinais de deformação permanente que pudessem comprometer um conjunto no futuro. O trabalho com a FEA mostrou concordância com os resultados reais obtidos no teste e tem sido utilizado para ampliar o cenário da simples fixação dos parafusos até condições operacionais/de teste hidrostático.
A conclusão final sobre a compatibilidade depende da interpretação dos resultados do teste CTOD do material da gaxeta, para decidir se os níveis máximos de tensão esperados na gaxeta durante sua vida útil estão suficientemente abaixo da tensão no espécime do teste CTOD, no ponto de falha. Isso garante uma margem de segurança e determina a aprovação final.
