Discussão sobre o problema da tensão axial nos tubos de troca de calor
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Em 5.3.2.2 da norma GB/T151, está indicado que “quando os tubos de troca de calor estão sujeitos a esforços axiais, é recomendável utilizar placas compostas por soldagem em camadas”. O cálculo da tensão axial nos tubos de troca de calor de tipo tubular é feito conforme as equações 7-20, 7-35 e 7-47. Existem três condições de cálculo, e em todas essas condições há sempre uma tensão de compressão axial. Isso significa que, nos trocadores de calor de tubos, não se pode usar placas de tubos compostas por material explosivo, e, portanto, só é possível utilizar placas de tubos compostas por meio de soldagem?
Com essa conclusão sua, o alcance das restrições acaba sendo muito amplo. As três fórmulas que você mencionou são todas relacionadas a tubos em formato de U; portanto, no máximo, pode-se dizer que os trocadores de calor com tubos em formato de U não devem ser feitos com placas compostas do tipo explode. Além disso, essa questão na verdade precisa ser discutida de forma categorizada. Tomando como exemplo o tubo de troca de calor D25x2: 1. Se houver pressão negativa no lado do tubo, geralmente não é necessário usar placas compostas explode nesse lado ； 2. Em ambos os lados do invólucro, há pressão positiva. (1) Quando ps = 0, a tensão axial do tubo (doravante denominada tensão) é de 2,4 pt, sendo um valor positivo ； (2) Quando pt=0, a tensão é de -3,4 ps, ou seja, negativa ； (3) Quando há ação em ambos os lados, a tensão é de 2,4 pt-3,4 ps. Quando pt/ps > 1,42, o valor é positivo; nos demais casos, o valor é negativo. Além disso, o valor negativo é sempre menor do que no caso em que pt = 0. O valor positivo acima não é discutido; apenas se discute o valor absoluto do maior valor negativo que pode surgir. Geralmente, os trocadores de calor que utilizam placas compostas do tipo explode operam a pressões não muito altas. Dependendo do diâmetro do trocador de calor, essa pressão geralmente não excede 6,4 MPa. Além disso, normalmente a pressão no lado dos tubos é maior do que a pressão no lado do casco. Considerando uma pressão lateral de 6,4 MPa, a maior tensão axial (ou seja, a força de tração na junção entre o tubo e a placa de suporte) é de 21,8 MPa. Nesse caso, realmente não é adequado utilizar placas de suporte compostas do tipo explode. Mas, quando a pressão do lado da casca é muito baixa, também é possível usar o explode. 3. Tubo com polaridade positiva para o lado externo e negativa para o lado interno: (1) ps=0, o mesmo que em (1) acima ； (2) pt=0, a tensão é positiva ； (3) A tubulação e a carcaça atuam simultaneamente, de maneira positiva. Portanto, no caso de casca positiva e tubo negativo, a tensão axial do tubo deve ser de tração; não há problema em usar o método explode nas laterais do tubo.