Falhas de silos: histórias de casos e lições aprendidas pelo Dr. John W. Carson

23 de março de 2023 | Por Jenike & Johanson

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Silos e silos falham com uma frequência muito maior do que quase qualquer outro equipamento industrial. Às vezes, a falha envolve apenas distorção ou deformação que, embora desagradável, não representa um risco operacional ou de segurança. Em outros casos, a falha envolve o colapso completo da estrutura com consequente perda de uso e até perda de vida.

São apresentados inúmeros casos envolvendo falhas estruturais que ilustram erros comuns, bem como limites de projeto.

Embora as estatísticas não estejam disponíveis, centenas de silos, silos e tremonhas industriais e agrícolas apresentam algum grau de falha a cada ano. [1-3] Às vezes, a falha é um colapso estrutural completo e dramático. Outras vezes, a falha não é tão dramática ou tão óbvia. Por exemplo, rachaduras podem se formar em uma parede de concreto ou mossas em uma casca de aço, ambas podem parecer inofensivas para o observador casual. No entanto, estes são sinais de perigo que indicam que provavelmente serão necessárias medidas corretivas.

O custo econômico de uma falha de silo nunca é pequeno. O proprietário enfrenta os custos imediatos de produção e reparos perdidos, o pessoal nas proximidades está exposto a perigos significativos e o projetista e o construtor enfrentam possíveis litígios por causa de sua exposição à responsabilidade.

As principais causas de falhas de silos são devidas a deficiências em uma ou mais das quatro categorias: projeto, construção, uso e manutenção. Cada um deles é explorado a seguir, com exemplos e lições aprendidas.

O projeto de silo requer conhecimento especializado. O projetista deve primeiro estabelecer as propriedades de fluxo do material [4] e, em seguida, considerar itens como geometria do canal de fluxo, desenvolvimento de fluxo e pressão estática e efeitos dinâmicos. Problemas como ratholing e vibração auto-induzida do silo devem ser evitados, garantindo ao mesmo tempo uma descarga confiável na taxa necessária. Cargas não uniformes, cargas térmicas e os efeitos de detalhes de fabricação não padronizados devem ser considerados. Acima de tudo, o designer deve saber quando ser cauteloso diante de informações incompletas ou enganosas, ou recomendações que vêm de manuais, ou de pessoas com a síndrome do "sempre foi feito assim".

Fig. 1, Pressões não uniformes causadas pela retirada excêntrica

Tendo estabelecido os critérios de projeto, um projeto competente deve seguir. Aqui o projetista deve ter uma apreciação completa das combinações de carga, caminhos de carga, efeitos primários e secundários em elementos estruturais e a flexibilidade relativa dos elementos. [5,6] Atenção especial deve ser dada à forma como os detalhes mais críticos da estrutura serão construídos para que todos os requisitos e intenções do projeto sejam atendidos.

Cinco dos problemas mais comuns que os designers geralmente ignoram são descritos abaixo, juntamente com alguns exemplos de cada um.

Esta é uma das causas mais comuns de problemas estruturais de silos, uma vez que muitas vezes é negligenciada. Ocorre quando o ponto de retirada da tremonha não está localizado na linha central vertical de um silo circular [7,8], e é particularmente comum ao usar silos com várias tremonhas em que apenas uma ou duas das saídas da tremonha são usadas em um tempo. Se o canal de fluxo resultante cruzar a parede do silo, pressões não uniformes se desenvolverão ao redor da circunferência do silo, levando a momentos de flexão horizontais e verticais. Veja a Figura 1. Muitos projetistas de silos contabilizam incorretamente essas pressões não uniformes apenas aumentando a tensão do aro. [9,10]

Alguns exemplos:

Fig. 2, Alimentador de parafuso de passo constante causou retirada excêntrica

Um silo de mistura utilizou 24 tubos externos para retirar pellets de plástico em várias elevações das seções do cilindro e do cone. Enrugamentos significativos se desenvolveram na seção do cilindro acima de vários dos tubos. As lições a serem aprendidas aqui são:

Vigas de suporte, cones invertidos, tubos de mistura e outros tipos de componentes internos podem impor grandes cargas concentradas e/ou pressões não simétricas na parede de um silo, levando a tensões de flexão inaceitáveis.