Dois fornecedores cotam o mesmo trocador de tubos fixos, com as mesmas especificações de carga e material, e apresentam espessuras que diferem em 15-20%. Nenhum deles está errado: o modelo difere, e no projeto do espelho de tubos o modelo está no padrão, não na carga. As cotações devem, portanto, ser comparadas por código, não por números.
O ASME UHX não fornece uma espessura mínima direta para o espelho de tubos. Ele começa com uma espessura inicial fornecida pelo usuário (programas de tubos em U oferecem uma fórmula de partida, nem sempre adequada), calcula os componentes de tensão para cada tipo de espelho de tubos (simplesmente apoiado, fixo) e avalia o pior caso de carga credível. A saída são as tensões axial, de flexão e de cisalhamento em três interfaces: tubo-a-espelho, espelho-a-carcaça do feixe, espelho-a-carcaça. Onde uma tensão excede seu limite permissível, é dada uma etapa de iteração: a espessura aumenta até que a tensão crítica atinja o limite permissível. Essa espessura é a mínima teórica.
Para espelhos de tubos fixos, o TEMA segue a mesma base com grandes simplificações:
O projeto de espelho de tubos fixos é regido pela razão de rigidez Xa: rigidez axial do feixe de tubos sobre a rigidez de flexão do espelho de tubos.
Para espelhos de tubos flutuantes, o ASME simplifica a tensão equivalente para Pe(Xa) = Ps - Pt; o TEMA novamente negligencia a contribuição do feixe de tubos.
Ambos definem o fator de enfraquecimento da placa perfurada de forma diferente, que é onde a maior parte da lacuna começa.
| Item | TEMA | ASME UHX |
|---|---|---|
| Base da largura do ligamento | Largura média entre os tubos | Largura mínima entre os tubos |
| Efeito da parede do tubo | Uma única largura média η aplica-se independentemente de a junta ser expandida ou apenas soldada; a contribuição da parede do tubo não é diferenciada | A parede do tubo é contada como parte do ligamento efetivo onde o tubo é expandido; juntas apenas soldadas usam um μ* menor (aproximando-se do μ geométrico) |
| Diâmetro efetivo do furo | Sem correção d*; o diâmetro real do furo perfurado é usado diretamente com a largura média η | Diâmetro efetivo do furo d* definido, incorporando parede do tubo, razão de módulo, razão de tensão admissível e profundidade de expansão |
| Desajuste de material | A fórmula de espessura do espelho de tubos usa uma única tensão admissível para o espelho de tubos; as propriedades do tubo e do espelho de tubos não são tratadas como variáveis separadas | As propriedades do material do tubo e do espelho de tubos (Et, E, St, S) são tratadas separadamente no cálculo do ligamento e da tensão |
| Símbolo | Significado | Sistema de código |
|---|---|---|
| d* | Diâmetro efetivo do furo | ASME UHX |
| η | Eficiência do ligamento na largura média do ligamento | TEMA |
| μ | Eficiência geométrica do ligamento na largura mínima, sem correção de parede do tubo ou material | ASME UHX |
| μ* | Eficiência efetiva do ligamento: μ corrigido para parede do tubo, razão de módulo, razão de tensão, profundidade de expansão | ASME UHX |
μ versus μ*: μ é a eficiência geométrica do ligamento definida pelo layout do tubo (diâmetro do furo, passo, padrão) na largura mínima do ligamento. μ* adiciona a parede do tubo expandida como área de suporte de carga, mais a razão de módulo, a razão de tensão e a profundidade de expansão, portanto μ* ≥ μ — acima dele apenas onde a junta é expandida, próximo a ele quando apenas soldada.
Um ligamento efetivo menor resulta em maior tensão: o UHX usa o mínimo, o TEMA a média, portanto o TEMA resulta em menor tensão com geometria idêntica, a lacuna aumenta com juntas apenas soldadas.
O ASME exige que a carga da junta tubo-a-espelho seja calculada para todos os casos credíveis contra seu limite admissível. O TEMA a calcula apenas para o caso de apenas pressão, assumindo que os outros seguem. Em serviço cíclico, verifique em vez de herdar.
O padrão chinês segue um caminho diferente: quatro combinações de pressão de projeto da carcaça e do tubo, com e sem expansão diferencial, e o par reverso, respectivamente. O peso próprio é tratado separadamente em um modelo 2D axisimétrico, o espelho de tubos como placa equivalente, o feixe de tubos como cilindro equivalente multicamadas, a gravidade sobreposta a todas as quatro. A avaliação final segue a classificação JB 4732 para espelho de tubos, tubos, carcaça e junção carcaça-a-espelho.
É um procedimento de verificação de tensão, não uma fórmula: a partir de uma espessura inicial, ele calcula as tensões de interface para o pior caso e itera até que a crítica seja admissível.
Principalmente o fator de ligamento: o TEMA usa a largura média η; o UHX usa a largura mínima do ligamento com d* e μ*.
O ASME verifica todos os casos credíveis contra seu limite admissível; o TEMA verifica apenas o caso de apenas pressão, que o serviço cíclico deve verificar.
Quatro combinações de pressão de projeto de carcaça/tubo, com e sem expansão diferencial, mais um caso separado de peso próprio em todas as quatro, avaliado por JB 4732.
