RELATÓRIO DE ESTÁGIO 3/3 Período: de 5/junho/2008 a 20/agosto/2008

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP Florianópolis - SC - BRASIL estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO 3/3 Período: de 5/junho/2008 a 20/agosto/2008 Aluno: Thiago Machado Gonçalves Supervisor: Daniel dos Santos Lustosa Rio de Janeiro, 20 de agosto de 2008

2 ÍNDICE 1. Atividades Desenvolvidas Cursos Inclusão de normas de padronização de selas (suporte horizontal de vasos e trocadores de calor) no software PV Elite Simulação de bocais no PV Elite Geração de Relatórios Técnicos Comentários e Conclusões Referências...14

3 1. Atividades Desenvolvidas 1.1 Cursos Seleção de Materiais O objetivo do curso foi proporcionar um entendimento mais profundo sobre seleção de materiais para equipamentos de processo. Foram abordados os fatores envolvidos na seleção de materiais como os ligados à resistência mecânica dos materiais, de fabricação, os ligados ao tipo de serviço do equipamento entre outros. Foram demonstrados alguns recursos de melhoramento de propriedades mecânicas dos materiais, os processos que conduzem a falhas em serviço, os efeitos da alta e baixa temperatura, tipos de testes e corrosões. Também foram abordados os materiais mais comuns utilizados de modo geral na construção de equipamentos para plataformas de petróleo Bombas Industriais Este curso teve uma breve apresentação sobre propriedades de fluido e escoamento, funcionamento e classificação de bombas e ainda algumas características de cada tipo. O foco do curso foi a bomba do tipo centrífuga. Foi explicado sobre o desempenho desta bomba, a determinação do seu ponto de trabalho, as curvas de funcionamento e do sistema. O instrutor também esclareceu para o grupo fatores que modificam o ponto de trabalho e os fenômenos que ocorrem no interior de bombas como cavitação e recirculação interna. Foi comentado bastante a respeito da associação de bombas e como proceder na seleção das mesmas numa dada uma condição de operação. 1.2 Inclusão de normas de padronização de selas (suporte horizontal de vasos e trocadores de calor) no software PV Elite.

4 É comum na equipe de equipamentos estáticos que engenheiros e estagiários criem programas ou planilhas que facilitem nosso trabalho. A criação desses facilitadores diminui o tempo para elaboração de documentos e simulações, além disso, o grande trunfo desse artifício é a diminuição de inconsistências e uniformização do trabalho de diferentes engenheiros. O software PV Elite possui uma janela com a opção dos dados de entrada de dimensões e materiais para selas de vasos horizontais e trocadores de calor (Figura 1). Como já citado em outro relatório, existem as normas Petrobrás que padronizam dimensões de selas para vasos de pressão horizontais e trocadores de calor casco e tubo, estas normas tabelam as dimensões a serem utilizadas para selas de acordo com uma faixa de valores para diâmetro de casco. (Figura 1 Tela de inserção de dados de sela no PV Elite) Como as dimensões requeridas pelo programa não são exatamente as mesmas que a norma cede, era necessário que toda vez que ao simular equipamentos horizontais com sela fossem feitos cálculos com as

5 dimensões da norma para adquirir os dados que o programa utiliza. Essa constante conversão era fonte de falhas, pois o cálculo era feito manualmente. Em um encontro com representantes da COADE, empresa criadora do PV Elite, os desenvolvedores do programa nos mostraram a existência de um banco de dados onde poderíamos armazenar seqüencias de selas pré-programadas. Desta forma, nosso trabalho se resumiria em apenas selecionar a sela com alguns cliques do mouse. Ao analisar o banco de dados (formato texto: TXT), observamos algumas dificuldades a serem ultrapassadas (Figura 2): Dimensões armazenadas eram em polegadas (mesmo podendo selecionar as unidades de entrada e saída, o programa armazena dados em outro sistema de unidades, nesse caso polegadas); Limitação no número de casas decimais e necessidade de alocação correta dos números entre vírgulas. Com os esforços somados de programação do estagiário Fernando Nunes do IME (Instituto Militar de Engenharia) e os meus conhecimentos do software PV Elite e das normas de suportes, conseguimos traçar uma linha de resolução do problema. Para resolver esse problema, seguimos os seguintes passos: 1º - Transformar as normas em tabela de Excel: as normas foram redigidas em formato de tabelas do Excel para podermos trabalhar com os dados. 2º - Criar uma rotina de cálculo no próprio Excel: passamos para o Excel toda a rotina que era calculada anteriormente de forma manual, ou seja, transformamos os dados da norma nos dados de entrada do PV Elite para cada faixa de diâmetros para vasos horizontais e trocadores de calor;

6 3º Conhecer o banco de dados: Fizemos um mapeamento do arquivo texto para conhecer com exatidão o formato em que o texto era armazenado, as unidades, número de casas decimais, ordem das dimensões e posição na linha. 4º - Programação para exportar dados do Excel para o arquivo txt: Foi utilizado o Visual Basic for Applications (VBA) que é uma implementação do Visual Basic da Microsoft. O programa tinha como função ler cada elemento das células do Excel e exportar com um número de casas decimais previstas para o arquivo texto, o resultado pode ser visto na Figura 3. (Figura 2 - Banco de dados de Selas) 1.3 Simulação de bocais no PV Elite. Como citado no relatório anterior, o programa PV Elite também tem opção de simulação mecânica de bocais.

7 Após a construção do casco e dos tampos, insere-se os bocais citados na folha de dados. É determinado o tipo de reforço, diâmetro, espessura, localização do bocal no vaso, projeção, espessuras de soldas e dimensões do anel de reforço ou do reforço integral, quando existirem A Figura 3 representa como são inseridos os dados no programa para a construção dos bocais. Esse bocal é de entrada, com diâmetro externo de 4, espessura de corrosão 3 mm, tipo de flange weld neck (para diâmetros maiores que 2 ), com material SA-106 B (tubo sem costura, utilizados para bocais de aço-carbono até 12 ), com reforço de espessura comercial de 19,0 mm e de 50mm de comprimento. O programa calcula a necessidade e área de reforço necessária para o bocal e compara com a área inserida de reforço. Além disso, ele também determina a classe de pressão mínima do bocal. A projeção do mesmo deve ser observada levando-se em conta norma PETROBRAS, a norma fornece projeções de acordo com a classe de pressão e diâmetro do bocal. Em casos onde o vaso possui isolamento térmico a espessura de isolamento também poderá influenciar na projeção de acordo com valores fixados em norma. 12 tubo sem costura. > 12 chapa. Espessura comercial (tabelas USIMINAS) Mesmo material do casco. Mín de 50 mm. Para diâmetros nominais pode ser ID ou OD. OD é mais conservativo. Projeção conforme norma. 1 1/2 long weld neck. (Figura 3 - Tela de inclusão do bocal de entrada)

8 Para construção da boca de visita segue o mesmo procedimento dos outros bocais. Entretanto para esse bocal deve-se inserir flange cego, deve-se mudar o material para chapa, pois tem diâmetro maior de 12 (premissa interna da equipe). Como é aço carbono utiliza-se o mesmo material do casco (normalmente SA ). Usa-se uma espessura comercial de 12,5mm e dispensa os cálculos da UG-45 (ASME). A Figura 4 apresenta como se inserir esses dados no programa. ID ou OD deve ser referente ao diâmetro especificado. Dispensa do cálculo da UG-45 Espessura comercial. Chapa calandrada e soldada com radiografia por pontos (parcial) E = 0,85. Inclusão do flange cego - Peso (Figura 4 - Tela de inclusão da boca de visita) A Figura 4 mostra uma imagem do corte transversal da parede de um vaso onde está sendo instalado um bocal. A região com linhas pontilhadas é a área onde sendo acrescentado reforço, ele terá eficiência para compensar a abertura realizada no casco ou tampo. Na Fig. 4 (a) mostra um caso onde o reforço utilizado seria integral e na Fig. 4 (b) mostra a utilização de um anel de reforço do mesmo material do casco ou tampo onde o bocal está sendo inserido.

9 (a) (b) (Figura 5 Corte transversal na parede e bocal do vaso; (a) ilustração da utilização de reforço integral, (b) ilustração da utilização de anel de reforço) (Ilustração do vaso de pressão com o bocal de entrada e a boca de visita)

10 (a) (b) (c) (Vaso horizontal completo simulado no PVElite; (a) ilustração do vaso em 2D, (b) ilustração do vaso em 3D, (c) ilustração do vaso mostrando os bocais inferiores e selas. Uma vez criado o equipamento é gerado uma simulação, esta simulação realiza cálculos com todos os dados inseridos e verifica se as espessuras de paredes resistem à pressão interna ou externa, se os suportes resistirem aos esforços, se os materiais foram corretamente selecionados para dada condição de projeto, se os bocais estão corretamente especificados, e muito mais. Tudo isso é apresentado num (a)

11 formato conciso e ordenado em relatórios específicos para cada etapa da análise, mostrando se houve alguma incoerência para possíveis correções. Ao ser aprovado pelo programa, o relatório é cadastrado em uma biblioteca, de modo que possam ser encaminhados para o setor de administração para iniciar a montagem do equipamento na maquete eletrônica, na qual são armazenados os dados em uma biblioteca disponibilizada para os projetistas que são responsáveis pela alocação dos equipamentos dentro das unidades da refinaria, possibilitando a visualização em 3D e em tempo real. A Figura 6 mostra como é visualizado o relatório de dados no programa. (Figura 6 Visualização do relatório de dados do programa) 1.4 Geração de Relatórios Técnicos Após a realização da simulação os dados obtidos nas saídas de dados (outputs) são utilizados para o preenchimento dos Relatórios Técnicos que serão enviados para o cliente. Nesses relatórios estão contidas as principais informações necessárias para o projeto de FEED (Front End Engineering Design). A partir do relatório também são

12 preenchidas as planilhas de quantitativos e a planilha dimensional. Nessas planilhas estão contidas informações necessárias para a área de Engenharia Civil, que são: cargas de cisalhamento devido ao vento ou a dilatação térmica; peso do vaso vazio, em operação e durante a realização de teste hidrostático; também são listados, diâmetro e quantidade de chumbadores. Mesmo tendo como resultado essas planilhas de quantitativos, é necessário gerar relatórios técnicos com premissas adotadas, desenhos esquemáticos, dados de entrada e saída dos programas utilizados, etc. Esses relatórios são encaminhados à PETROBRAS para comentários e aprovação. Nesse período, aprendi a gerar relatórios de vasos de pressão, torres e trocadores de calor. Além dos dados de projeto, é preciso contemplar os relatórios com dados de pintura e isolamento térmico (de acordo com normas PETROBRAS), pesos (vazio, fabricado, teste, operação), cargas nas bases que servirão para projeto da área civil (cisalhamento, momento), desenho esquemático em CAD contemplando bocais e dimensões básicas dos equipamentos, materiais de construção dos elementos dos equipamentos. Além desses dados, vale frisar a importância de citar as referências utilizadas com as suas revisões corretas. A geração desses relatórios além de seguirem numeração, titulação e roteiros pré-definidos, também se baseiam em uma ordem de elaboração e emissão que dependem do planejamento das áreas de coordenação da empresa que contemplam cronogramas estabelecidos com o cliente PETROBRAS e um melhor fluxo de valores para a empresa, os cronogramas também são dependentes dos prazos estabelecidos pelas disciplinas clientes que necessitam de dados gerados pelo departamento de mecânica.

13 2 Comentários e Conclusões Durante os meses de estágio, grande parte do tempo foi entorno das simulações do software PV Elite e seus resultados. O programa auxilia em cálculos que de acordo com engenheiros mais experientes da empresa demoravam dias para serem feitos ou então eram superdimensionados. Um dos problemas causados é que os resultados surgem antes mesmo do operador entender os fenômenos que ocorrem, os cálculos efetuados, as considerações feitas. Com o que diz respeito ao meu caso, não foi diferente. Mesmo assim, a curiosidade e a necessidade de simulações detalhadas me levaram a buscar informações e estudar cada vez mais sobre os equipamentos simulados. Os projetos de equipamentos do nosso cliente principal PETROBRAS, são regidos por normas o que dispensa em muitas vezes cálculos apurados. O programa torna o trabalho mais fácil, mas mesmo assim é chegada uma hora onde o operador precisa entender o que está acontecendo, o processo não é tão rápido, mas acontece. É inevitável que no começo a pessoa se concentre mais em apresentar resultados do que saber de onde eles estão vindo. É fato, que a elaboração dos documentos é ainda mais trabalhosa que a simulação. É imprescindível que haja qualidade, seqüência lógica e confiabilidade nos dados apresentados nos relatórios técnicos emitidos. O cliente PETROBRAS é muito exigente mesmo quando os relatórios são de FEED. No momento, estamos em uma fase do projeto RNEST onde estamos dando início ao detalhamento das unidades. Estou aprendendo a elaborar requisições de materiais, especificações técnicas e pareceres técnicos dos documentos de fornecedores de equipamentos. Neste relatório foram excluídas referencias de normas do cliente seguindo orientação do supervisor de estágio, além disso agradeço ao mesmo pela atenção e comentários construtivos tanto nos meus relatórios quanto nas minhas atividades na empresa.

14 3 Referências o o ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Seção VIII Divisão I; o TEMA Tubular Exchanger Manufacturing Association; o TELLES, Pedro C. Silva. Tubulações Industriais: materiais, projeto, montagem. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC