Fatores-chave na concepção sísmica de instalações industriais

Em regiões propensas a terremotos frequentes, garantir a operação segura e estável de instalações industriais tornou-se um desafio crítico. O projeto de proteção sísmica surgiu como um componente indispensável dos projetos de engenharia modernos. Este artigo examina os elementos-chave do projeto resistente a terremotos para infraestruturas industriais, com foco em sistemas de restrição sísmica, equipamentos de isolamento de vibração e medidas de proteção para tubulações e máquinas.

Em uma usina nuclear canadense, dispositivos de restrição sísmica foram instalados em tubos de alimentação, ancorando-os à superfície do tanque de blindagem da calandria sob a face do reator. Essas montagens de eixo roscado, classificadas como estruturas de suporte sob as regras de projeto do Código NF ASME B&PV, limitam o movimento do alimentador durante eventos sísmicos para reduzir as cargas induzidas por terremotos. O tratamento de "mola fria" pós-instalação garante o desempenho ideal durante terremotos reais.

Equipamentos com isolamento de vibração em zonas de alta sismicidade exigem sistemas de restrição especializados que não comprometam o desempenho do isolamento. Embora alguns isoladores integrem capacidades de restrição, a maioria requer sistemas de restrição tridimensionais separados. Equipamentos suspensos leves podem usar cabos de aço trançados folgados, com todos os sistemas exigindo revisão de engenharia estrutural e conformidade com os códigos.

Sistemas de isolamento mola-massa assumem suportes rígidos, tornando crucial a construção de sistemas de suporte suficientemente rígidos em relação à deflexão do isolador. Para estruturas leves, como equipamentos montados no telhado, são preferidos sistemas independentes de vigas de aço suportados por colunas de fundação. Ao usar almofadas de concreto em lajes de telhado finas (menos de 4,5 polegadas), as dimensões devem exceder as pegadas do equipamento em 12 polegadas para distribuir as cargas de forma eficaz.

Equipamentos rotativos com massa significativa ou alto torque de partida se beneficiam de bases inerciais de concreto suportadas por isoladores de mola. Embora não melhorem a eficiência do isolamento, essas bases reduzem o deslocamento das forças motrizes e estabilizam equipamentos altos. As bases típicas de bombas pesam de 2 a 3 vezes o equipamento suportado, enquanto os compressores desequilibrados podem exigir de 5 a 7 vezes seu peso.

Os tubos transmitem ruído e vibração do movimento do fluido e equipamentos conectados. As principais medidas de isolamento incluem:

• Isolando os três primeiros pontos de suporte (aproximadamente 50 pés para tubos grandes)
• Usando conectores flexíveis para tubos com mais de 5 polegadas de diâmetro
• Acomodando a expansão térmica em colunas e tubos longos
• Em sistemas de alta pressão, atenuadores de pulso com bexigas cheias de gás ajudam a dissipar a vibração transmitida pelo fluido.

Dutos de alta pressão (≥4 polegadas de pressão estática de água) exigem isolamento por 30 pés dos ventiladores, suportados por suspensões de mola com deflexão mínima de 3/4 de polegada. Locais sensíveis, como estúdios, precisam de isolamento correspondente ao equipamento conectado para os três primeiros suportes, com requisitos reduzidos além disso.

Manter as classificações acústicas requer vedação cuidadosa ao redor das penetrações de tubos. Os orifícios devem exceder o diâmetro do tubo em 1 polegada, preenchidos com isolamento ou proteção contra incêndio e selados. Diferentes métodos de vedação se aplicam a estruturas de concreto versus madeira, com mangas de tubos comerciais disponíveis para soluções padronizadas.

Os conduítes elétricos rígidos para equipamentos isolados devem incluir seções flexíveis com folga suficiente para formar laços de 360°, impedindo a transmissão de vibração através de caminhos elétricos.

Eventos sísmicos, causados por movimentos crustais repentinos, podem fornecer cargas devastadoras em segundos. Os códigos modernos exigem que as estruturas resistam a cargas laterais mínimas (V), considerando a resposta inelástica, a redundância do sistema e a ductilidade. Com aproximadamente 300.000 terremotos anuais em todo o mundo, o projeto adequado é essencial para instalações em zonas ativas.

Componentes mecânicos, elétricos e arquitetônicos exigem projeto para forças estáticas equivalentes e demandas de deslocamento relativo. A categoria de projeto sísmico normalmente corresponde à estrutura de suporte, com considerações especiais quando as estruturas não prediais compreendem menos de 25% do peso combinado.

Instalações críticas, como usinas de GNL, exigem revisão independente do projeto por especialistas em sismos, incluindo análise de espectros específicos do local, comportamento não linear sob carregamento cíclico e verificação do desempenho dos componentes. Medidas adicionais abordam a agitação do líquido, a flexibilidade da conexão e a acomodação do deslocamento.