Norma ISO 11439: Desenvolvendo cilindros para aplicação automotiva
Muito se fala sobre a norma ISO 11439, mas efetivamente pouco se sabe sobre sua essência e o porquê ela foi criada.
Como qualquer atividade regular no mundo moderno, o crescimento do mercado de gás natural veicular, exigiu dos organismos internacionais o desenvolvimento de normas que regulassem a atividade e principalmente os produtos envolvidos.
O mercado do GNV apresentava então um grande desafio, como fazer um cilindro de alta pressão para gás natural veicular leve e seguro.
A ISO “International Organization for Standardization”, que é uma rede de institutos de normalização de 148 países, venceu esse desafio desenvolvendo então a ISO 11439:2000, “Cilindros de alta pressão para armazenamento, a bordo, de gás natural como combustível para veículos automotores”.
A ISO 11439:2000, seguindo a essência da normalização não somente prescreveu como o produto deveria ser feito, mas também permitiu inovações tecnológicas considerando o fato de que avanços na qualidade dos materiais, sistemas de qualidade de produção, métodos de produção computadorizada e tecnologias de inspeção não destrutivas.
UM POUCO DA HISTÓRIA
Os primeiros cilindros de aço eram projetos que seguiam especificações industriais. Na Itália, os cilindros de aço de parede fina, equivalentes à especificação da norma US DOT 3AA foram usados até os anos 70. Entretanto, a indústria automotiva exigia continuamente o uso de cilindros mais leves, para minimizar a perda de desempenho do veículo, mas sem reduzir a segurança do sistema. A experiência com o GNV levou a Itália, nos anos 70, a desenvolver uma regulamentação para cilindros de aço de baixo peso (”Leggere”).
Na América do Norte, a conversão em grande escala dos veículos para gás natural começou nos anos 80. Cilindros de aço de baixo peso recobertos com fibra de vidro desenvolvidos para aplicações aeroespaciais foram incorporados pela indústria de gases em 1977. Em 1982, os cilindros de alumínio recobertos com fibra de vidro começaram a ser utilizados para armazenagem de gás natural comprimido. Em 1985 os fabricantes de cilindros de aço seguiram o mesmo caminho desenvolvendo cilindros de aço recobertos com fibra de vidro.
Para diminuir mais ainda o peso do cilindro, diversos fabricantes desenvolveram projetos de cilindros de metal com toda a superfície externa recoberta com fibra.
Nos anos 80, Suécia, Rússia e França iniciaram as primeiras aplicações de cilindros com cobertura total de fibra para aplicação em GNV. Em 1992, na América do Norte, os primeiros cilindros com fibra de vidro e fibra de carbono foram introduzidos no mercado.
O DESENVOLVIMENTO DE PADRÕES DO CILINDRO DE GNV
Em 1989 a Nova Zelândia publicou a norma NZS 5454, que foi a primeira norma dedicada a GNV. Esta norma especificava o teste de dureza do material para todo cilindro fabricado, além de ser a primeira norma que incluía testes de performance de ciclo de vida baseados nas condições de serviço de uso automotivo.
O Canadá, seguindo o exemplo da Nova Zelândia criou a norma CSA B51-1991, que regulava a utilização dos cilindros com cobertura de fibra, que vinham sendo utilizados na América do Norte com autorizações especiais, pois o mercado de ônibus demandava cada vez mais por cilindros de baixo peso. Essa norma ainda incluía testes para assegurar a compatibilidade dos materiais do cilindro com o agressivo ambiente de trabalho automotivo.
Ainda em 1989 iniciou-se o trabalho de desenvolvimento da norma internacional de cilindros para GNV, a ISO 11439.
Em 1992 os EUA desenvolveram a norma ANSI/AGA NGV2-1992 para cilindros de GNV baseada nos padrões industriais. A norma NGV2 foi a primeira a definir os quatro tipos de projetos de cilindros:
Tipo 1 - cilindros do metal (alumínio ou aço).
Tipo 2 - cilindros de metal recobertos com fibra (região anular).
Tipo 3 - cilindros de metal recobertos com fibra (em toda ex-tensão).
Tipo 4 - cilindros de compósito recobertos com fibra (em toda extensão).
Em 1994, após diversas falhas ocorridas nos EUA, identificou-se que o problema ocorria, pois os cilindros eram projetados para o uso industrial e utilizados em ambiente automotivo. Como resultado a NGV2-1992 foi reavaliada no Canadá e criou-se a CSA B51-95. Esta norma forneceu um sumário completo de condições de serviço do GNV e de testes de desempenho para todos os tipos do cilindro. Especificou também requisitos de revestimento de proteção externo além de um teste ambiental de exposição externa.
AS CARACTERÍSTICAS DA ISO 11439
OTIMIZAÇÃO DO PRODUTO SEGUNDO A APLICAÇÃO
O principal requisito de um usuário de GNV é o peso do sistema de armazenagem de combustível do veículo. Cilindros usados em aplicações industriais são projetados para fornecer uma vida infinita, o que de outro lado faz com que o peso aumente consideravelmente. Cilindros industriais permanecem em serviço até que eventualmente falhem, ou sejam reprovados em testes periódicos ou inspeções visuais. O objetivo da norma ISO 11439 foi prover cilindros de GNV projetados para um tempo de vida especificado, considerando o tempo de vida usual de um veículo.
PERFORMANCE BASEADA NA APLICAÇÃO
O segundo conceito adotado pela ISO 11439 foi de desenvolver requisitos de performance, ao contrário das normas para cilindros industriais que especificam tipicamente os materiais e suas características.
Como os cilindros de GNV são usados somente sob ambientes automotivos, os testes do desempenho podem ser especificados para a condição do serviço, demonstrando a adequação do projeto à aplicação.
Além disso, definindo os testes de desempenho, materiais de alta resistência podem ser utilizados, reduzindo mais ainda o peso do cilindro.
TEMPO DE VIDA
Uma consideração no projeto dos cilindros de GNV é o número de ciclos de pressão que um cilindro pode sofrer durante as operações de enchimento. Os cilindros de GNV sofrem um número significativamente maior de ciclos de pressão do que os cilindros industriais. Os ciclos repetidos de pressurização resultarão eventualmente no aumento das trincas causadas pela fadiga do material. Definiu-se então como pior caso de ciclo de vida de 1000 pressurizações por ano de vida, isto é, 20000 ciclos de pressurização em 20 anos.
Para evitar que defeitos não detectados no material viessem a causar falhas prematuras, introduziu-se a inspeção não-destrutiva em 100% dos cilindros produzidos, através da varredura da superfície dos cilindros por ultra-som.
Requisitos de teste e projeto garantem que se um cilindro for utilizado além do tempo de vida estipulado e uma falha por fadiga vier a ocorrer, que o cilindro vaze antes de estourar, isto é os cilindros não estouram e sim deixam o gás vazar.
PRESSÃO DE ESTOURO
A pressão do estouro de um cilindro foi usada como um indicador da segurança relativa, quanto mais elevada a pressão de estouro, maior a segurança. Entretanto, para a aplicação de GNV a pressão de estouro não pode ser usada para predizer a tempo de vida do cilindro, sua resistência aos efeitos ambientais, sua resistência a danos por impacto ou a resistência das fibras à sobrecarga.
Atualmente esse tipo de teste não é mais requerido como uma verificação aleatória, ou seja destruição de alguns cilindros em cada lote produzido, ele transformou-se em uma confirmação periódica de que todo o sistema de produção está funcionando corretamente, através de sistemas de qualidade reconhecidos.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Cilindros de GNV foram adaptados originalmente de projetos industriais feitos por padrões que especificavam as tensões permissíveis do projeto, materiais de construção e processos de manufatura. A experiência demonstrou que os projetos industriais de cilindro eram freqüentemente inadequados para condições de serviço automotivas, não considerando a resistência às condições ambientes ou ao tempo de vida necessário.
A ISO 11439:2000 veio de encontro às necessidades de mercado desenvolvendo um produto adequado à utilização, considerando características necessárias ao bom desempenho do sistema, como a definição do tempo de vida e a redução de peso.
Este artigo foi extraído do ISO Bulletin February 2001
Colaboração: Eng. Pedro Mazzaro
Tags: cilindros, ISO, normas técnicas
