Apostila Tubulações Industriais

Apostila Tubulações Industriais

(Parte 1 de 2)

TUBULAÇÕES INDUSTRIAS AULA 1 Prof. Clélio

Prof. Antonio Clélio Ribeiro

Livro Texto:

TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS Volumes 1 e 2 SILVA TELLES, Pedro Carlos Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Livro Auxiliar:

TABELAS E GRÁFICOS PARA PROJETO DE TUBULAÇÕES SILVA TELLES, Pedro Carlos e BARROS, Darcy G. de Paula Editora Interciência Ltda.

TUBULAÇÕES INDUSTRIAS AULA 1 Prof. Clélio

O material deste curso, organizado em dez módulos denominados de Aula 1 até Aula 10, contém às transparências que são utilizadas em cada aula e correspondem aos resumos dos respectivos capítulos do Livro Texto.

Na organização de cada módulo (aula) do curso, além do Livro Texto, foram utilizadas tabelas e gráficos do livro auxiliar, bem como, figuras e dados de diversos catálogos de fabricantes de tubos, conexões, juntas de expansão, válvulas, purgadores etc..

Para garantir um bom aproveitamento no curso, o estudante deve utilizar os resumos das transparências juntamente com o Livro Texto. Somente através do Livro Texto é que se conseguirá o pleno entendimento dos resumos apresentados neste material. Prof. Clélio

• Catálogo Geral da BÁRBARA • S. A. Tubos Brasilit

• Conexões TUPY • PBA/PBS/F TIGRE

• Catálogo Geral da NIAGARA • Catálogo de Produtos da ASCA

• Válvulas Industriais DECA

• BROWM Válvulas e Conexões • Catálogo Geral da RVM

• Válvulas de Diafragma CIVA-SAUNDERS

• Válvulas de Borboleta CBV-DEMCO

TUBULAÇÕES INDUSTRIAS AULA 1 Prof. Clélio

Tubos: Materiais, Processos de Fabricação eNormalização

1 Tubos e Tubulações – Definições Dimensional

Exposição Teórica

2 Meios de Ligação de Tubos, Conexões de Tubulações e Juntas de

Expansão Exposição Teórica

3 Válvulas Exposição Teórica

4 Purgadores de Vapor, Separadores e Filtros

Recomendações de Material para Serviços Exposição Teórica

5 Aquecimento, Isolamento Térmico, Pintura e Proteção Exposição Teórica

6 Disposição das Construções em uma Instalação Industrial

Arranjo e Detalhamento de Tubulações Exposição Teórica

7 Sistemas Especiais de Tubulação

Suportes de Tubulação Montagem e Teste de Tubulações

Exposição Teórica Pratica de Campo

8 Desenhos de Tubulações Exposição Teórica 9 Desenho de Tubulações Exercícios

10 Exercício de Avaliação

1 A Tubulação Considerada como Elemento Estrutural

Cálculo da Espessura de Parede de Tubos e do Vão Entre Suportes Exposição Teórica

12 Dilatação Térmica e Flexibilidade de Tubulações

Cálculo de Flexibilidade Exposição Teórica

13 Cálculo de Flexibilidade Exposição Teórica 14 Cálculo de Flexibilidade Exercícios

15 Visita Técnica Pratica de Campo

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AULA 1 Volume I do Livro Texto

• Capítulo 1

Tubulações Industriais: Generalidades, Classificação. • Capítulo 2

Tubos: Materiais, Processos de Fabricação, Normalização Dimensional.

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TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS Definição: Conjunto de tubos e seus acessórios

Aplicações: Distribuição de vapor para força e/ou para aquecimento; Distribuição de água potável ou de processos industriais;

Distribuição de óleos combustíveis ou lubrificantes; Distribuição de ar comprimido; Distribuição de gases e/ou líquidos industriais.

Custo: Em indústrias de processamento, indústrias químicas, refinarias de petróleo, indústrias petroquímicas, boa parte das indústrias alimentícias e farmacêuticas, o custo das tubulações pode representar 70% do custo dos equipamentos ou 25% do custo total da instalação.

Tubulações dentro de instalações industriais

Tubulações fora de instalações industriais

Tubulações de processo

Tubulações de utilidades

Tubulações de instrumentação

Tubulações de drenagem

Tubulações de transporte

Tubulações de distribuição

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Laminação Dia. Grandes

TUBOS SEM COSTURA Extrusão Dia. Pequenos Fundição

TUBOS COM COSTURA Fabricação por solda

Laminador Oblíquo

(Mannesmann) Laminadores de Acabamento

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Ferro Fundido (Nodular) Aços especiais não forjáveis

FABRICAÇÃO POR FUNDIÇÃO Concreto

Cimento-amianto Barro-vidrado

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É muito grande a variedade dos materiais atualmente utilizados para a fabricação de tubos. Só a ASTM especifica mais de 500 tipos diferentes.

METÁLICOS: Ferrosos: Aços-carbono

Aços-liga Aços inoxidáveis

Ferro fundido Ferro forjado Ferros ligados Ferro nodular

Não-ferrosos Cobre

Latões Cobre-níquel

Níquel e ligas Metal Monel

Chumbo Titânio, zircônio

NÃO METÁLICOS: Materiais Cloreto de polivinil (PVC) plásticos Polietileno

Acrílicos Acetato de celulose

Epóxi Poliésteres Fenólicos etc.

Cimento-amianto

Concreto armado Barro vidrado

Elastômeros (borrachas) Vidro

Cerâmica, porcelana etc.

A seleção e especificação do material mais adequado para uma determinada aplicação pode ser um problema difícil cuja solução depende de diversos fatores.

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A seleção adequada é um problema difícil porque, na maioria dos casos, os fatores determinantes podem ser conflitantes entre si. Caso típico é corrosão versus custo.

Os principais fatores que influenciam são:

Fluido conduzido – Natureza e concentração do fluido Impurezas ou contaminantes; pH; Velocidade; Toxidez; Resistência à corrosão; Possibilidade de contaminação.

Condições de serviço – Temperatura e pressão de trabalho.

(Consideradas as condições extremas, mesmo que sejam condições transitórias ou eventuais.)

Nível de tensões do material – O material deve ter resistência mecânica compatível com a ordem de grandeza dos esforços presentes. ( pressão do fluido, pesos, ação do vento, reações de dilatações térmicas, sobrecargas, esforços de montagem etc.

Natureza dos esforços mecânicos – Tração; Compressão; Flexão; Esforços estáticos ou dinâmicos; Choque s; Vibrações; Esforços cíclicos etc.

Disponibilidade dos materiais – Com exceção do aço-carbono os materiais tem limitações de disponibilidade.

Sistema de ligações – Adequado ao tipo de material e ao tipo de montagem.

Custo dos materiais – Fator freqüentemente decisivo. Deve-se considerar o custo direto e também os custos indiretos representados pelo tempo de vida, e os conseqüentes custos de reposição e de paralisação do sistema.

Segurança – Do maior ou menor grau de segurança exigido dependerão a resistência mecânica e o tempo de vida.

Facilidade de fabricação e montagem – Entre as limitações incluem-se a soldabilidade, usinabilidade, facilidade de conformação etc.

Experiência prévia – É arriscado decidir por um material que não se conheça nenhuma experiência anterior em serviço semelhante.

Tempo de vida previsto – O tempo de vida depende da natureza e importância da tubulação e do tempo de amortização do investimento. Tempo de vida para efeito de projeto é de aproximadamente 15 anos.

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Para a solução do problema da escolha dos materiais, a experiência é indispensável e insubstituível ou seja, material para ser bom já deve ter sido usado por alguém anteriormente.

Seguir a experiência é a solução mais segura, embora nem sempre conduza à solução mais econômica.

Resumindo, pode-se indicar a seguinte rotina para seleção de materiais:

1 – Conhecer os materiais disponíveis na prática e suas limitações físicas e de fabricação.

2 – Selecionar o grupo mais adequado para o caso tendo em vista as condições de trabalho, corrosão, nível de tensão etc.

3 – Comparar economicamente os diversos materiais selecionados, levando em conta todos os fatores de custo.

A comparação de custos deve ser feita comparando a relação custo/resistência mecânica ou seja, a comparação deve ser feita entre preços corrigidos que serão os preços por kg multiplicado pelo peso específico e dividido pela tensão admissível de cada material.

Na comparação de custos dos materiais devem ainda ser levados em consideração os seguintes pontos:

- Resistência à corrosão ( sobreespessura de sacrifício ). - Maior ou menor dificuldade de solda

- Maior ou menor facilidade de conformação e de trabalho - Necessidade ou não de alívio de tensões.

Materiais Custo

Relativo Materiais Custo

Relativo

Aço-carbono estrutural 1,0 Ferro fundido 0,95

Aço-carbono qualificado 1,15 Alumínio 2,5

Aço-liga 1,25Cr – 0,5 Mo 3,1 Latão de alumínio 7,6 Aço inoxidável tipo 304 1,5 Metal Monel 31,8

Aço inoxidável tipo 316 15,0 Titânio 41,0

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BAIXO CUSTOREPRESENTA

TUBOS DE AÇO-CARBONO ( Chamados de uso geral) EXCELENTES QUALIDADES MECÂNICAS 90% DOS TUBOS FÁCIL DE SOLDAR E DE CONFORMAR DAS INDUSTRIAS

UTILIZADO PARA: Água doce, vapor, condensado, ar comprimido, óleo, gases e muitos outros fluidos pouco corrosivos.

450ºC para serviço severo

480ºC para serviço não severo LIMITES DE TRABALHO

520ºC máximo em picos PELA TEMPERATURA

370ºC começa deformação por fluência

530ºC oxidação intensa (escamação) -45ºC torna-se quebradiço

PARA TEMPERATURAS ABAIXO DE 0ºC E ACIMA DE 400ºC É RECOMENDADO A UTILIZAÇÃO DE AÇO-CARBONO ACALMADO ( 1% de Si)

UNIFORME (ferrugem) E O CONTATO DIRETO COM O SOLO CAUSA CORROSÃO ALVEOLAR PENETRANTE.

RESISTÊNCIA À CORROSÃO (utiliza-se com revestimento ou joga-se com sobreespessura).

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Altas temperaturas

Baixas temperaturas CASOS GERAIS DE EMPREGO Alta corrosão

Necessidade de não contaminação Segurança

Aços-liga são todos os outros aços que contêm outros elementos, além dos que compõem os aços-carbono. Melhora resistência a fluência

Aços-liga, para tubulações, destaca Mop/ altas temperaturas

duas classes importantes Mo+Cr Melhora resistência a oxidação

Nip/ baixas temperaturas

Aços inoxidáveis são os que contêm pelo menos 12% de Cr que lhes conferem a propriedade de não se enferrujarem mesmo em exposição prolongada em uma atmosfera normal.

Corrosão intergranular pela precipitação de carboneto

AUSTENÍTICOde Cr – Sensitização (T>450)

(não magnéticos)

Pelo ion cloro (Cloretos,Hipo
Aços inoxidáveis podem sercloreto etc.)

Corrosão alveolar provocada

FERRÍTICO (magnético)

AISI METALURGICA Cr Ni OUTROS Máxima Mínima

304 Austenítica 18 8 600 -255 304 L Austenítica 18 8 C (max.): 0,03 400 sem limite 310 Austenítica 25 20 600 -195 316 Austenítica 16 10 Mo: 2 650 -195

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A-53
Aço-carbono A-106Tubo preto
ASTMA-120 Preto ou Galvanizado

NO CASO DE TUBOS AS ESPECIFICAÇÕES MAIS COMUNS SÃO: Aço inoxidável A-312

Tabela de Exemplo para o ASTM A-106 DIÂMETROS COMERCIAIS DOS TUBOS DE AÇO

Norma ANSI. B.36.10Aço Carbono e Aço Liga
Norma ANSI. B.36.19Aço Inoxidáveis

TODOS OS TUBOS SÃO DESIGNADOS POR UM NÚMERO CHAMADO “DIÂMETRO NOMINAL IPS” (Iron Pipe Size) ou “BITOLA NOMINAL”

Até 12” o Diâmetro Nominal não corresponde à nenhuma dimensão física do tubo; a partir de 14” o Diâmetro Nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos.

A ABNT ADOTOU A ANSI B.36 DESPREZANDO A POLEGADA DO DIÂMETRO NOMINAL USANDO O NÚMERO COMO DESIGNAÇÃO.

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Para cada Diâmetro Nominal fabricam-se tubos com várias espessuras de parede, denominadas “séries” ou “schedule”.

P= Pressão interna de trabalho em psig .

Série = S P1000 onde:

S= Tensão admissível do material em psig

TABELA DE DIMENSÕES DE TUBOS – ANEXO 1/AULA1

SEÇÕES TRANSVERSAIS EM TUBOS DE 1” DE DIÂMETRO NOMINAL

NORMALIZAÇÃO DA ABNT – P-PB-225 Diâmetros Séries

(OS DIÂMETROS DE 1 ¼”, 3 ½” E 5” SÃO POUCO USADOS NA PRÁTICA)

TABELA DE DIMENSÕES DE ROSCAS – ANEXO 2/AULA1

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Da vazão necessária de fluido Das diferenças de cotas existentes Das pressões disponíveis Das velocidades e perdas de carga admissíveis Da natureza do fluido

Do material e tipo da tubulação

EXCEÇÕES Diâmetro do bocal do equipamento (TUBOS CURTOS) Vão entre os suportes (VAZÕES PEQUENAS)

Função das velocidades de escoamento ou Das perdas de carga

TABELA DE VELOCIDADES ECONÔMICAS – ANEXO 3/AULA1

GRANDEZAS CONHECIDAS (Cálculo da perda de carga)

Vazão Cota e pressão dos pontos extremos

Natureza do líquido (vP,,υγ) Comprimento equivalente

1. QUANTO MAIOR A PERDA DE CARGA MAIOR A ENERGIA PERDIDA 2. PARA DIMINUIR A PERDA DE CARGA É PRECISO AUMENTAR O DIÂMETRO

3. RESULTA EM UM PROBLEMA ECONÔMICO

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CÁLCULO DA ESPESSURA DA PAREDE DO TUBO ( Em função da pressão interna)

PD t21=; Onde t1 = Espessura da parede P = Pressão interna

D = Diâmetro externo Sh = Tensão admissível do material na temperatura de projeto

SÓ PODE SER UTILIZADA SE O DIÂMETRO EXTERNO FOR MAIOR QUE 6 (seis) VEZES A ESPESSURA DA PAREDE

CÁLCULO DA ESPESSURA DE PAREDE (Norma ANSI/ASME. B.31)

,ou ()C

Onde: P = pressão interna de projeto.

D = diâmetro externo; d = diâmetro interno

Sh= tensão admissível do material na temperatura de projeto. E = coeficiente de eficiência de solda:

E=1 Para tubos sem costura e tubos com costura por solda de topo, totalmente radiografa. E=0,9 Para tubos com costura por solda de topo, radiografia parcial

E=0,85 Idem, sem radiografia, solda pelos dois lados.

E=0,8 Idem, Idem, solda por um só lado. Y = coeficiente de redução de acordo com o material e a temperatura.

Y=0,4 Para tubos de aço carbono e outros aços ferríticos, em temperaturas de até 485 °C. Y=0 Para tubos de ferro fundido.

C = soma das sobreespessura para corrosão, erosão e abertura de roscas.

AS FÓRMULAS NÃO PODEM SER APLICADAS QUANDO P/SE > 0,385 E TAMBÉM QUANDO t > D/6

TAXA ANUAL DE CORROSÃO PELO NÚMERO DE ANOS DA VIDA ÚTIL; PARA TUBULAÇÕES EM GERAL, TOMA-SE DE 10 A 15 ANOS DE VIDA ÚTIL.

1. 1,2 m como valor mínimo para a sobreespessura de corrosão

2. 2,0 m em serviços de média corrosão 3. até 4,0 m em serviços de alta corrosão

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DEFINIÇÃO DE UM TUBO (Especificação para Compra)

TIPO DE EXTREMIDADE Ponta lisa

Ponta chanfrada (especificada) Ponta rosqueada (especificada)

PROCESSO DE FABRICAÇÃO (com ou sem costura)

QUANTIDADE Normalmente indica-se a quantidade total em unidade de comprimento ou em peso.

A indicação do comprimento da vara de tubo não é importante porque pode haver variação, em função do processo de fabricação

SÃO PADRONIZADOS PELO DIÂMETRO EXTERNO DE 2” A 48” COM AS

Lisa EXTREMIDADES Flange Integral

Ponta e Bolsa

SEGUEM AS NORMAS EB-43 e P-EB-137 DA ABNT E SÃO TESTADOS PARA PRESSÕES DE ATÉ 3 MPa (≅30 Kgf/cm2)

FERRO FUNDIDO NODULAR Adição de Si, Cr ou NiAumenta a

resistência mecânica.

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Comparação geral com o Aço Carbono:

Melhor resistência à corrosão

NÃO-FERROSOS Preço mais elevado

Menor resistência mecânica

Menor resistência às altas temperaturas Melhor comportamento em baixas temperaturas

Da atmosfera Excelente resistência ao ataque Da água, inclusive salgada

Dos álcalis e dos ácidos diluídos

De muitos compostos orgânicos De numerosos outros fluidos corrosivos

Amônia

quando em contato com:Compostos Nitrados

Severo efeito de corrosão sob-tensão Aminas

PRINCIPAIS ESPECIFICAÇÕES DA ASTM Tubos de Latão B.1 Tubos de Cobre-níquel B.466

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A atmosfera

Muito boa resistência ao contato com: Muitos compostos orgânicos,

A água inclusive ácidos orgânicos

A RESISTÊNCIA MECÂNICA É MUITO BAIXA (A adição de Si, Mg ou Fe melhora a resistência mecânica)

OS RESÍDUOS RESULTANTE DA CORROSÃO NÃO SÃO TÓXICOS PRINCIPAIL ESPECIFICAÇÂO É A ASTM B.1

Baixa resistência mecânica

Pesado CARACTERÍSTICAS excepcional resistência à corrosão

Pode trabalhar com H2SO4 em qualquer concentração

Níquel Comercial

PRINCIPAIS TIPOS Metal Monel (67% Ni, 30% Cu) Inconel (80% Ni, 20% Cr)

MATERIAIS COM PROPRIEDADES EXTRAORDINÁRIAS TANTO DE RESISTÊNCIA À CORROSÃO, COMO RESISTÊNCIA ÀS TEMPERATURAS E QUALIDADES MECÂNICAS; ALÉM DISSO O PESO ESPECÍFICO É CERCA DE 2/3 DO PESO DOS

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Pouco peso

Alta resistência à corrosão VANTAGENS Coeficiente de atrito muito baixo

Facilidade de fabricação e manuseio Baixa condutividade térmica e elétrica Cor própria e permanente

Baixa resistência ao calor Baixa resistência mecânica

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