Estudo analítico e numérico de mecanismos de união de tubulações

Abstract

As falhas nas tubulações do sistema de abastecimento compõem grande parte das perdas de água que totalizam 35,1% da água tratada no Distrito Federal. Com base nisto, o presente trabalho realiza um estudo analítico e numérico de dois tipos de ligações permanentes, solda de topo e solda de encaixe, para um tubo de diâmetro nominal de 2"e SCH 160 (fabricado em aço AISI 1020). A fim de assegurar a segurança do sistema e manter a estanqueidade da tubulação, muitas pesquisas são desenvolvidas no campo de tubulações industriais, comumente utilizando simulações numéricas. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar uma análise contra escoamento e uma análise contra fratura, utilizando o método de elementos finitos. Neste documento são apresentados: a formulação analítica para validação da modelagem numérica, as etapas da modelagem, análise do campo de tensões e análise de uma trinca circunferencial. Na análise contra escoamento aplica-se um carregamento, pressão interna e tensão longitudinal, com o intuito de determinar a pressão máxima que pode ser aplicada em cada conexão para que o material não escoe. Já a análise contra fratura visa determinar qual o maior comprimento circunferencial admissível de uma trinca, posicionada na seção crítica do cordão de solda, quando submetida a um carregamento (pressão interna e tensão circunferencial) ligeiramente inferior ao carregamento máximo permissível definido na análise contra escoamento. Os cálculos numéricos e analíticos consideram a mecânica da fratura linear elástica (MFLE). A partir dos resultados foram levantadas curvas que relacionam o fator de correção e o semi-ângulo de abertura da trinca, a fim de obter o fator de intensidade de tensões para diferentes carregamentos.