CRIAÇÃO DE SOFTWARE ANALÍTICO APLICÁVEL ÀS CONEXÕES FLANGEADAS DE SERVIÇO SUBAQUÁTICO

Resumo

Conexões flangeadas são junções compostas de parafusos – comumente chamados de estojos -, dois
trechos de tubulação, dois flanges, e uma junta entre os dois flanges, basicamente. Seu objetivo é
promover a continuidade do fluxo de determinado fluido, entre duas tubulações. Tal conexão deve ser
dimensionada de forma que não ocorra nenhuma espécie de vazamento. Ao se deparar com a
metodologia de projeto dimensional para uma conexão flangeada, percebe-se a extensão dos cálculos
numéricos que se desenvolvem iterativamente até se atingir a algum valor satisfatório para
determinada incógnita. O presente trabalho tem por objetivo demonstrar o método adotado para
criação do software – intitulado Calc 17SS - abordando a construção dos módulos responsáveis por
cada etapa do cálculo da junta flangeada, mostrando assim a viabilidade da utilização do Calc 17SS,
atendendo as normas específicas de cada elemento e às propriedades físicas de cada material. Foi
inserido no Calc 17SS os dados que já são previamente tabelados em literatura específica. Os
seguintes dados foram introduzidos no código do programa:
• Área de tração (Norton, 2013);
• Módulo de elasticidade (Callister, 2012);
• Fator de rigidez (Norton, 2013);
• Resistência ao escoamento, retirada do software Solidworks 2014;
• Dimensões-padrão do flange (Norma API 17D);
• Dimensões-padrão do parafuso (Norma API 17D);
• Dimensões-padrão do anel de retenção (Norma API SPEC 6A);
Foram criados blocos de código que executam os cálculos referentes ao projeto em questão. Cada
bloco é responsável por um tipo de cálculo. As funções criadas foram:
• Comprimentos do parafuso;
• Aspecto da junta;
• Razão de módulo do parafuso;
• Porção de força aplicada;
• Tensão máxima;
• Coeficiente de segurança;
• Carga de separação;
• Especificação técnica;
• Pré-carga inicial;
• Força agente;
• Carga;
• Torque.
Foi necessário determinar uma ordenação lógica de execução das funções de cálculo previamente
elaboradas. As funções foram dispostas no código do software da seguinte forma:
1. Escolha do diâmetro da tubulação;
2. Definição do número de parafusos (API 17D);
3. Cálculo da carga atuante em cada parafuso, considerando a pressão interna;
4. Definição dos dados geométricos dos parafusos (API 17D);
5. Definição do anel de retenção (API SPEC 6A);
6. Cálculo dos comprimentos do parafuso;
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7. Escolha de materiais;
8. Definição dos dados geométricos do flange (API 17D);
9. Cálculo:
a. Aspecto de junta;
b. Razão de módulo do parafuso;
c. Fator de rigidez.
d. Pré-carga inicial;
e. Porção de força agente no parafuso;
f. Porção de força agente no flange;
g. Força total no parafuso;
h. Força total no flange;
i. Carga de separação;
j. Tensão máxima.
10. Coeficientes de segurança:
a. Ao escoamento;
b. À separação;
11. Torque;
12. Impressão detalhada acerca do flange e do parafuso.
Foi realizada a simulação de um caso específico, para que se demonstrasse a utilização e os resultados
gerados pelo programa. Os dados utilizados na primeira execução do software foram:
• Diâmetro externo da tubulação: 11 in;
• Pressão interna: 4000 psi;
• Material do flange: Aço inoxidável DIN 1.4404;
• Material do parafuso: Inconel 625;
• Fator de protuberância do parafuso: 1,25.
Foi escolhida a opção que corresponde a um diâmetro de tubulação de 11 in. Em seguida, foi inserido
o valor de 4000 psi, para a pressão interna na tubulação. Prosseguindo a execução do projeto, foi
escolhida a opção que define o material Inconel 625 para os estojos. Para os flanges, foi selecionada a
opção correspondente ao material DIN 1.4404. Pode-se notar que o coeficiente de segurança ao
escomento para esse caso foi de 1,17. Alguns critérios de segurança reprovariam esse projeto, e uma
medida deveria ser tomada. Sendo assim, foi simulada uma situação com os mesmos dados, porém
com uma pressão interna de 3000 psi. Pôde-se notar o aumento dos coeficientes de segurança,
demonstrando assim que o software realizou os cálculos da forma correta e lógica. O software
proporcionou uma importante ferramenta de decisão, visto que pode-se alterar determinados valores
ao fim do projeto, de acordo com a necessidade do projetista ou engenheiro. O programa serviu não só
para realizar um projeto ainda inexistente, mas também para analisar situação já existentes. Sendo
assim, pode-se verificar se os elementos mecânicos já instalados são satisfatórios, ou fornecem um
coeficiente de segurança abaixo do previsto. Por fim, o Calc 17SS foi estruturado de forma a se tornar
fácil a implementação de novas funções e procedimentos, tais como a obtenção de um valor ótimo de
carga de aperto, que atenda ao coeficiente de segurança ao escoamento e à separação,
simultaneamente.
Palavras Chave: flanges, estojos, serviço subaquático