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Palavras-chave: Cilindro de gás. Gás. Cilindro de aço. Cilindro 7 páginas

NBR 10288DEZ 1994

Origem: Projeto NBR 10288/1993CB-04 - Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos MecânicosCE-04:009.07 - Comissão de Estudo de Cilindro para Gases e AcessóriosNBR 10288 - Direct expansion hydraulic test for compressed gas cylinders -Method of testDescriptors: Gas cylinder. Gas. Steel cylinder. CylinderEsta Norma substitui a NBR 10288/1988Válida a partir de 30.01.1995

Método de ensaio

Cilindro de aço para gasescomprimidos - Ensaio hidrostático pelométodo da expansão direta

SUMÁRIO1 Objetivo2 Documentos complementares3 Definições4 Aparelhagem5 Execução do ensaio6 ResultadosANEXO - Exemplo do ensaio

1 Objetivo

1.1 Esta Norma prescreve o método de ensaio hidrostáticopor expansão direta, usado na inspeção de cilindros deaço, conforme a NBR 12274, para gases comprimidos,para avaliação de suas condições de entrada ou perma-nência em serviço.

Notas: a) Por ser este um método que requer muito preparo e cuidados para a obtenção de valores confiáveis, so- mente é recomendada sua aplicação nos casos em que não seja possível a aplicação do método da camisa d’água, conforme a NBR 13243.

b) O Anexo apresenta um exemplo deste ensaio.

1.2 Esta Norma se aplica aos cilindros de aço com ousem costura.

1.3 Esta Norma não se aplica aos cilindros de uso paraGLP.

2 Documentos complementares

Na aplicação desta Norma é necessário consultar:

NBR 11588 - Vidraria volumétrica de laboratório -Métodos de aferição da capacidade e de utilização -Método de ensaio

NBR 11968 - Manômetro - Verificação das caracte-rísticas - Método de ensaio

NBR 12239 - Utilização de manômetro - Procedi-mento

NBR 12274 - Inspeção em cilindros de aço, sem cos-tura, para gases - Procedimento

NBR 12446 - Manômetro - Padronização

NBR 12790 - Cilindros de aço especificado, sem cos-tura, para armazenamento e transporte de gases aalta pressão - Especificação

NBR 13243 - Cilindros de aço para gases comprimi-dos - Ensaio hidrostático pelo método de camisad’água - Método de ensaio

3 Definições

Para os efeitos desta Norma são adotadas as definiçõesde 3.1 a 3.6.

2 NBR 10288/1994

3.1 Compressibilidade da água

Propriedade de a água ser comprimida, pela presençade ar dissolvido.

3.2 Expansão elástica (EE)

Diferença entre a expansão total e a expansão perma-nente.

3.3 Expansão permanente (EP)

Acréscimo do volume do cilindro, medido antes e após oensaio.

3.4 Expansão permanente percentual

Valor percentual da relação entre a expansão permanentee a expansão total.

3.5 Expansão total (ET)

Acréscimo do volume do cilindro, quando submetido àvariação da pressão interna, desde a pressão atmosféricaambiente até a pressão de ensaio.

3.6 Pressão de ensaio

Nível mais alto da pressão a que deve ser submetido o ci-lindro, sob as condições de ensaio.

4 Aparelhagem

4.1 Componentes

Conforme a Figura.

Legenda:

A = válvula de baixa pressãoB = válvula de drenoC = válvula de baixa pressãoD = válvula de alta pressãoE = válvula de alta pressãoF = válvula de alta pressãoG = válvula de alta pressãoH = cilindroJ = bureta graduadaL = reservatório de alta pressãoM = manômetro indicador de 0MPa

a 50 MPa (500 bar)N = reservatório de águaO = conexão de alta pressãoP = manômetro registrador (op-

cional)Q = bomba de alta pressão (água)

4.2 Especificações gerais da aparelhagem

4.2.1 A tubulação rígida e a tubulação flexível, bem comoos conectores, devem ser capazes de suportar no mínimoduas vezes a pressão máxima a ser atingida durante oensaio.

4.2.2 O manômetro deve proporcionar leitura confiávelnos limites das pressões de ensaio, conforme asNBR 12446 e NBR 12239, e possuir as seguintes espe-cificações:

a) exatidão de ± 1% da pressão máxima de ensaio aser aplicada na aparelhagem, conforme aNBR 11968;

b) resolução ≤ 1% da pressão máxima de ensaio aser aplicada na aparelhagem;

c) o pino limitador deve ser removido ou colocado12 mm abaixo do ponto zero, de modo que oponteiro não vergue ou mude de posição quandobater contra o pino repetitivamente;

d) o diâmetro do mostrador deve possibilitar aresolução do manômetro nas proximidades daspressões de ensaio dos cilindros.

Nota: Nas aparelhagens destinadas a ensaiar cilindros, cujaspressões de ensaio variem entre 30,0 MPa e 33,4 MPa,as leituras devem ser feitas com erro máximo de± 2,0 MPa, e relacionadas ao padrão de calibração - padrãoprimário.

4.2.3 A bureta deve ser graduada em cm3 e ter exatidãode ± 1% da expansão total esperada do cilindro ensaiado,

Figura

NBR10288/1994 3

resultante da aplicação das pressões de ensaio (verNBR 11588).

4.2.4 Quando, além do manômetro indicador, for usadoum manômetro registrador, este deve ser ajustado comaquele, após calibração e/ou aferição.

5 Execução do ensaio

5.1 Princípio do ensaio

O ensaio consiste em encher o cilindro com água até apressão de ensaio indicada na sua especificação, usandoa aparelhagem especificada em 4, e em tomar os dadosnecessários para determinar os valores das expansõestotal (ET), permanente (EP) e elástica (EE).

Nota: Deve-se ter certeza que a aparelhagem especificada em4 está funcionando corretamente, pois pequenosdesajustes podem significar grandes erros nos resultados.

5.2 Condições gerais do ensaio

5.2.1 O manômetro deve ser calibrado a cada 180 dias ouquando sofrer qualquer dano e, se necessário, aferidopara as pressões de ensaio.

Nota: A aferição e a calibração devem ser feitas por padrão decalibração aferido em balança de peso morto certificadapelo INMETRO, ou por órgão por ele credenciado, e osdocumentos de aferição e calibração devem ser arquivadospara verificação de rastreabilidade.

5.2.2 O manômetro registrador, quando existir, deve sercalibrado nas mesmas condições previstas em 5.2.1 e,se necessário, aferido.

5.2.3 A bureta deve ser aferida, conforme a NBR 11588,calibrada e certificada pelo fabricante, e o documento decertificação deve estar arquivado para verificação derastreabilidade.

Nota: A bureta, antes de ser utilizada, deve ser limpa de acordocom os métodos de limpeza da NBR 11588.

5.2.4 A aparelhagem deve ser montada de modo que todoo ar não dissolvido possa ser eliminado, tanto do cilindroquanto de todo o sistema, antes do ensaio.

5.2.5 Quando a geometria da calota ou do fundo do cilindrotornar difícil a retirada de todo ar não dissolvido, deve serprovidenciado equipamento adequado para tal.

Nota: Vazamentos que ocorram em torno da vedação da bomba,das conexões e das válvulas devem ser totalmenteeliminados, sob pena de invalidar o cálculo da expansãototal (ET) do cilindro.

5.2.6 A água do ensaio deve estar à temperatura uniforme,entre 7°C e 40°C, no reservatório, no cilindro e nastubulações da aparelhagem, bem como deve estar livrede sólidos em suspensão ou outros contaminantes, taiscomo matéria orgânica e produtos químicos agressivos.

5.2.7 Devido à compressibilidade da água pela presençade ar dissolvido, o volume deste ar deve ser consideradonos cálculos (ver 5.5.10).

Nota: Pode-se usar água industrial, desde que as condiçõesexpressas em 5.2.6 sejam satisfeitas.

5.3 Procedimentos preparatórios

5.3.1 Todas as válvulas devem estar fechadas e oreservatório N cheio com água.

5.3.2 Pesar o cilindro vazio e registrar a sua massa (Mv)em kg.

5.3.3 Encher o cilindro com água do reservatório N(ver 5.2.6).

5.3.4 Pesar o cilindro cheio e registrar a sua massa (Mc)em kg.

5.3.5 Medir a temperatura da água do cilindro (T).

5.3.6 Calcular a massa da água (Ma) do cilindrodespressurizado, pela seguinte equação:

Ma = Mc - Mv

5.4 Procedimentos de montagem

O sistema deve ser montado conforme indicado em 5.4.1a 5.4.20.

5.4.1 Atarraxar firmemente a tubulação que contém aválvula G no cilindro.

5.4.2 Conectar o conjunto na aparelhagem, por meio daconexão O.

5.4.3 Abrir as válvulas A e C, e encher a bureta J até ametade.

5.4.4 Fechar a válvula C.

5.4.5 Abrir a válvula B, para que o ar entre ela e a cone-xão J saia. Em seguida, fechar a válvula B.

5.4.6 Abrir as válvulas G e D.

5.4.7 Dar partida na bomba Q e enchê-la. Encher tambémtoda a tubulação e o reservatório de alta pressão L.Quando a água sem bolhas de ar sair pela tubulação notopo do cilindro, fechar a válvula G.

5.4.8 Abrir a válvula F e, quando a água sem bolhas de arsair pela bureta J, fechar a válvula F.

5.4.9 Na primeira operação com a aparelhagem, apóslongo tempo parada ou no caso em que o(s) manôme-tro(s) M e/ou P tenha(m) sido removido(s), afrouxar o(s)manômetro(s) e purgar todo o ar da tubulação que o(s)atende(m), antes de fechar a válvula F.

Nota: Após esta operação de purga, reapertar os manômetrosaté eliminar os vazamentos.

5.4.10 Abrir a válvula E e, quando não houver mais bolhasde ar na bureta J, fechar a válvula E.

Nota: Neste ponto, não deixar que a pressão suba além de 80%da pressão de ensaio.

4 NBR 10288/1994

5.4.11 Abrir a válvula G para despressurizar e purgar todoo ar pela tubulação no topo do cilindro.

5.4.12 Parar a bomba Q e fechar a válvula G.

5.4.13 Repetir a operação de purga de ar, até se ter certezade que não há ar nem vazamento no sistema.

5.4.14 Fechar as válvulas D e A.

5.4.15 Abrir as válvulas C e E.

5.4.16 Dar partida na bomba Q e fazer circular água dabureta J para o reservatório L, para a válvula E e de voltaà bureta J.

5.4.17 Parar a bomba Q

5.4.18 Fechar a válvula E.

5.4.19 Abrir as válvulas A e B, encher a bureta J e ajustaro nível a zero.

5.4.20 Fechar as válvulas A e B, com água ao nível zero.Neste ponto, o cilindro e todo o sistema estão cheios comágua, sem ar e prontos para o ensaio. A válvula C deveestar aberta e as outras fechadas.

5.5 Procedimento de execução

5.5.1 Abrir a válvula D, fazer funcionar a bomba Q até quea pressão chegue ao nível próximo de 75% da pressãofinal de ensaio, não se permitindo que a pressão atinja90% daquela pressão.

5.5.2 Parar a bomba Q e verificar vazamentos. Caso estesocorram, despressurizar, eliminar os vazamentos e repetira operação até esta etapa. Caso não ocorramvazamentos, fazer funcionar novamente a bomba Q edeixar que a pressão atinja a pressão de ensaio.

5.5.3 Fechar a válvula D e parar a bomba Q imedia-tamente.

5.5.4 Abrir a válvula E. A água comprimida na bomba e naaparelhagem até a válvula D deve retornar à bureta J.Enquanto isto, a pressão do ensaio no cilindro deve sermantida pelo menos por 30 s, de modo que fiqueassegurada a completa expansão do cilindro. Caso omanômetro indique queda na pressão, a pressão deensaio deve ser recomposta por novo acionamento dabomba Q e por manobra na válvula D, até que a pressãode ensaio se mantenha por pelo menos 30 s.

5.5.5 Quando o cilindro submetido ao ensaio tivercompletado a expansão, ainda com a válvula D fechada,ler a indicação na bureta J. Esta leitura (Jx) representa aquantidade total de água que entrou no cilindro parapressurizá-lo até a pressão de ensaio e é igual à expansãototal (ET), mais uma parcela de volume (Va), devido àcompressibilidade da água à pressão de ensaio, ou seja:

Jx = ET + Va

Nota: Caso ocorra falha na aparelhagem durante a execução doensaio, depois do cilindro pressurizado, o ensaio deve serrepetido com pressão superior a 10% ou 0,7 MPa, o quefor menor.

5.5.6 Despressurizar o cilindro, abrindo a válvula F. A águadeve retornar à bureta J.

5.5.7 Ler a indicação (Jy) na bureta J. Ela representa aexpansão permanente (EP) do cilindro .

5.5.8 Calcular a massa da água adicionada parapressurizar o cilindro (Mx), dividindo Jx pelo volumeespecífico da água (Ve) à temperatura T, ou seja:

Mx = Jx/Ve (kg)

Notas: a) 1 kg de água a 4°C ocupa volume de 1000 cm3, Ve = 1000 cm3/kg;

b) 1 kg de água a 15°C ocupa volume de 999 cm3, Ve = 999 cm3/kg;

c) 1 kg de água a 25°C ocupa volume de 997 cm3,, Ve = 997 cm3 /kg.

5.5.9 Calcular a massa total (Mt) da água do cilindro àpressão de ensaio, pela seguinte equação:

Mt = Ma + Mx (kg)

5.5.10 Determinar a parcela (Va) do volume de águaintroduzida no cilindro devido à compressibilidade daágua, pela seguinte equação:

Va = Mt x P K - 0,68 x P

104

Onde:

a = parcela do volume de água introduzida nocilindro devido à compressibilidade da água

Mt= massa total da água do cilindro durante o ensaio

P = pressão de ensaio lida no manômetro duranteos 30 s mencionados em 5.5.4

K = fator que depende da temperatura da água, con- forme a Tabela

5.5.11 Calcular a expansão total (ET) do cilindro pelaseguinte equação:

ET = Jx - Va

5.5.12 Calcular a expansão elástica (EE) pela seguinteequação:

EE = ET - EP

5.5.13 Calcular a expansão permanente percentual, dividindoa expansão permanente (EP) pela expansão total (ET), ouseja:

EP% = EP ET

x 100

6 Resultados

6.1 Aceitação e rejeição

6.1.1 Todo cilindro submetido ao ensaio hidrostático deveser aceito, se a expansão permanente calculada formenor ou igual a 10%, isto é:

EP% ≤ 10%

NBR10288/1994 5

Tabela - Valores do fator K

Temperatura K Temperatura K Temperatura K(°C) (°C) (°C)

6 0,04915 13 0,04759 20 0,04654

7 0,04886 14 0,04742 21 0,04643

8 0,04860 15 0,04725 22 0,04633

9 0,04834 16 0,04710 23 0,04623

10 0,04812 17 0,04695 24 0,04613

11 0,04792 18 0,04680 25 0,04604

12 0,04775 19 0,04668 26 0,04594

6.1.2 Todo cilindro submetido ao ensaio hidrostático deveser rejeitado, se a expansão elástica obtida no ensaio forigual ou maior que a indicada pelo fabricante.

6.2 Marcação

6.2.1 Todo cilindro aprovado no ensaio hidrostático deveter marcado, em sua calota, o mês e o ano do ensaio,

assim como o sinete da empresa responsável pelainspeção.

6.2.2 Todas as marcas estampadas devem ter alturamínima de 6mm, exceto se comprovada falta de espaço.

/ANEXO

6 NBR 10288/1994

NBR10288/1994 7

ANEXO - Exemplo do ensaio

Mt = 15,25 + 1013 = 1028,25 kg

A-10 A Tabela indica o valor de K para 18°C como sendo0,04680, que levado à equação apresentada em 5.5.10fornece:

Va = 1028,25 x 33,3 0,04680 - 0,68 x 33,3

104

= 1525 cm3

A-11 Cálculo da expansão total (ET):

ET = Jx - Va

ET = 15230 - 1525 = 13705 cm3

A-12 Cálculo da expansão elástica (EE):

EE = ET - EP

EE = 13705 - 285 = 13420 cm3

A-13 Cálculo da expansão permanente percentual :

EP x% = EP ET

100

EP% = 285

13705 x 100 = 2,08%

A-1 Massa do cilindro vazio: Mv = 1236 kg.

A-2 Temperatura da água do cilindro: 18°C.

A-3 Massa do cilindro cheio: Mc = 2249 kg.

A-4 Massa da água do cilindro despressurizado:

Ma = Mc - Mv

Ma = 2249 - 1236 = 1013 kg

A-5 Pressão de serviço: 20 MPa; pressão de ensaio:33,3 MPa (ver NBR 12790).

A-6 Quantidade de água que entra no cilindro até apressão de 33,3 MPa, mantida durante 30 s, lida na bureta:

Jx = ET + Va = 15230 cm3

A-7 Leitura do valor Jy, que representa a expansãopermanente (EP).

EP = 285 cm3

A-8 Massa da água adicionada para pressurizar o cilindro:

Mx = Jx/999 = 15,25 kg

A-9 Massa total da água do cilindro pressurizado:

Mt = Mx + Ma