Curso de Tubulações Industriais - aula05 - aque. isol. pint. prote

Curso de Tubulações Industriais - aula05 - aque. isol. pint. prote

TUBULAÇÕES INDUSTRIAS AULA 5 Prof. Clélio

AULA 5 Volume I do Livro Texto

• Capítulo 16 Aquecimento, Isolamento Térmico, Pintura e Proteção.

TUBULAÇÕES INDUSTRIAS AULA 5 Prof. Clélio

Manter em condições de escoamento líquidos de alta viscosidade ou materiais que sejam sólidos na temperatura ambiente.

Manter determinados líquidos, por exigência de serviço, dentro de certos limites de temperatura.

Pré-aquecer as tubulações, no início do funcionamento, para desfazer depósitos sólidos.

1 – Tubos de aquecimento externo paralelos ( POR UM OU MAIS TUBOS DE AQUECIMENTO)

VANTAGENS: • Baixo custo inicial

• Facilidade de manutenção

• Impossibilidade de contaminação do fluido circulante

• Aquecimento irregular e de difícil controle • Aquecimento inicial lento

2 – Tubo de aquecimento enrolado externamente

É bem mais caro e mais difícil de ser construído do que os tubos paralelos, porém permite um aquecimento mais intenso e uniforme.

3 – Tubo de aquecimento integral

SISTEMA RARO, EMPREGADO APENAS EM TUBOS NÃO FERROSOS FABRICADOS POR EXTRUSÃO (alumínio, latão etc.)

Canal de aquecimento

Fluido Circulante

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4 – Tubo de aquecimento interno

UTILIZADO EM TUBOS DE GRANDES DIÂMETROS Ø > 20”

1. Construção cara e complicada.

2. Problemas de dilatação diferencial entre os tubos (o tubo de vapor é mais quente e se aquece mais depressa).

3. Possibilidade de contaminação do fluido circulante. 4. Dificuldade de localização e de reparo dos vazamentos.

5. Não permite a limpeza mecânica interna da tubulação.

5 – Camisa externa

6 – Aquecimento elétrico

- Muito bom controle do aquecimento.

- Aquecimento rápido, de partida instantânea , e uniforme em toda a tubulação. VANTAGENS

- Baixo custo de manutenção.

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1 – Quantidade, diâmetro dos tubos

Ábaco para cálculo de tubos de aquecimento. Extraído da N-42 da PETROBRAS

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2 – Comprimento dos tubos de aquecimento

Pressão do Vapor MPa (≅Kgf/cm2)

Diâmetro Nominal do Tubo de Aquecimento

Comprimento Máximo (m)

120 Extraído da N-42 da PETROBRAS

3 – Disposição dos tubos de aquecimento

4 – Alimentação de vapor e descarga de condensado

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5 – Dimensionamento do tubo tronco

Quantidade e Diâmetro dos tubos de Aquecimento Diâmetro Nominal do Tronco de Vapor 3/8” 1/2" 3/4" 1”

1/2 1 – 2 1 - -

3/4 3 a 5 2 a 4 1 - 1 6 a 8 5 – 6 2 – 3 1

1 1/2 9 a 18 7 a 12 4 a 7 2 a 3

2 19 a 28 13 a 16 8 a 1 4 a 6 Extraído da N-42 da PETROBRAS

6 – Trajeto dos tubos de aquecimento

Soma das elevações de cota = A + B + C

Pressão do Vapor

Soma Total das Elevações de Cota (m)

Valor Máximo de Cada Elevação de Cota (m)

Extraído da N-42 da PETROBRAS

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7 – Uso de uniões e conexões

8 – Dilatação diferencial

DILATAÇÃO DELES SERÁ MAIOR QUE A DO TUBO AQUECIDO E ASSIM SENDO, SÃO NECESSÁRIAS CURVAS DE EXPANSÃO (normalmente colocadas a cada 15 m) PARA COMPENSAR A DILATAÇÃO DIFERENCIAL

9 – Aquecimento de válvulas e outros equipamentos

10 – Massas transmissoras de calor PODE AUMENTAR EM ATÉ 3 (três) VEZES A EFICIÊNCIA DO AQUECIMENTO

1 – Fixação dos tubos de aquecimento

SÃO AMARRADOS COM ARAME GALVANIZADO OU CINTA METÁLICA (não podem ficar presos para não impedir os movimentos de dilatação)

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MOTIVO ECONÔMICO (Normalmente em t > 80°C e t < 0°C)

MOTIVO DE SERVIÇO (Aplicados em qualquer temperatura)

PROTEÇÃO PESSOAL (Aplicado em t > 60°C e t < 0°C em tubulações a menos de 2 m de altura ou a menos de 1 m de distância de qualquer piso de operação)

Obs.: Nas linhas frias o motivo pode ser para evitar a formação de orvalho ou de gelo na superfície da tubulação.

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Resistência à Condutividade Térmica Média

BTU (h°F pé2/pol) Material Limite de

Temp.

°C Água ou

Umidade Fogo Danos

Mecânicos a 40°C a 100°C a 200°C a 300°C a 400°C

Obs.

Isolantes térmicos rígidos Materiais em forma de calha ou segmentos pré-moldados

Hidrossilicato de Ca até 1000 Boa Boa Fraco à tração 0,38 0,40 0,47 0,57 1,2

Composição de Mg

Sílica diatomácea (Terra diatomácea) até 1000 Fraca Regular Fraca 0,58 0,60 0,68 0,78 0,86 7,8

Lã de vidro -180 a 540 Excelente Excelente Fraca 0,25 0,28 0,30 9 Espuma de plástico

resiste Regular 0,4010,1

(poliestireno expan.) -50 a 80 Excelente Não

resiste Regular 0,25 0,261,12,13

Cortiça -50 a 80 Boa Não

Isolantes térmicos flexíveis Materiais em forma de mantas (tecidos)

Amianto até 400 Boa Excelente Regular 0,47 0,50 0,57 0,65 14 Lã de vidro

Lã mineral Como acima

Materiais aplicados por “spray”

resiste Regular 0,141

Poliuretanos -240 a 100 Boa Não

1 – Material mais usado para tubulação quente 8 – Material de custo elevado e de alta condutividade térmica. Indicado para temperaturas superiores a 650°C

2 – Material especificado nas normas PNB-141 e

PEB-221 da ABNT, e C-345 da ASTM 9 – Material macio, flexível e leve

3 – Material de emprego tradicional antes do aparecimento do hidrossilicato de cálcio 10 – Material muito usado para tubulações de baixas temperaturas

4 – Material especificado na norma C-320 da ASTM 1 – Para uso em baixas temperaturas

5 – Material de custo elevado, podendo ser mais econômico devido à menor condutividade térmica

12 – Material moldado ou granulado e aglutinado

6 – Material flexível e capaz de absorver grandes dilatações dos tubos 13 – Material de boa resistência a choques e vibrações

7 – Material não recomendado quando existem cargas externas na tubulação 14 – Empregado como segunda camada para recobrir outros matérias isolantes

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ESPESSURAS DOS ISOLAMENTOS TÉRMICOS 1 – Espessura calculada por motivo econômico

A quantidade de calor trocada através do isolamento térmico pode ser avaliada pela seguinte fórmula:

() rei as t hhr Kr tQ= quantidade de calor trocada na unidade de tempo (BTU/hora)

K= coeficiente de condutividade térmica do isolamento considerado para a temperatura em questão (BTU/pé x hora x °F)

L= comprimento do tubo (pés) sT= temperatura do tubo (°F) aT= temperatura ambiente (°F)

2r= raio externo do isolamento (pés) ir= raio interno do isolamento (pés) h= coeficiente de convecção (BTU/pe2 x hora x °F) rh= coeficiente de radiação (BTU/pe2 x hora x °F)

2 - Espessura calculada por motivo de serviço tmcQi∆= em que: m= peso do fluido que entrou na tubulação durante o tempo considerado(Kg/hora) c= calor específico do fluido na temperatura média considerada (Cal/Kg x°C) t∆= maior diferença de temperatura que possa haver entre o fluido que entra e o fluido da tubulação

UM VALOR DE tQ(calculado acima),

IGUAL AO VALOR DE iQ

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3 – Considerações sobre a espessura do isolamento térmico

- localização da tubulação

- temperatura ambiente - umidade do ar

ISOLAMENTO TÉRMICO(circunstâncias locais)

A EFICIÊNCIA DO VARIA COM - velocidade do vento.

Na maioria dos casos utiliza-se espessuras já consagradas pelo uso

Espessura do isolamento térmico da tubulação (m) Hidrossilicato de cálcio

Temperatura de operação da tubulação (°C) Diâmetro

Nominal (pol) 75 100 125 150 175 200 250 300 350 400 450 500 550 600

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- proteger o material contra a corrosão atmosférica

- dar melhor aparência à instalação FINALIDADES

- imediata identificação da tubulação

- com solventes

- com álcalis LIMPEZA QUÍMICA

- com ácidos

- elétrica LIMPEZA MECÂNICA - pneumática

AS TINTAS COMUNS NÃO RESISTEM A TEMPERATURAS ACIMA DE 80 °C.

TINTAS A BASE DE SILICONE, DEPENDENDO DA COMPOSIÇÃO, PODEM TRABALHAR ATÉ A 500 °C

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CORES PARA IDENTIFICAÇÃO DAS TUBULÇÕES – Norma NB 54 da ABNT verde água alumínio combustíveis gasosos ou líquidos de baixa viscosidade branco vapor preto combustíveis e inflamáveis de alta viscosidade azul ar comprimido vermelho sistemas de combate a incêndio amarelo gases em geral cinza-claro vácuo laranja ácidos castanho outros fluidos não especificados lilas álcalis

SISTEMAS MAIS USUAIS 1 - Revestimento com esmalte de alcatrão de hulha Aplicação a quente em espessuras de 3 a 8 m.

O esmalte deve ser imediatamente recoberto com uma camada de véu de fibra de vidro e outra de papel feltro

2 – Revestimento com asfalto Aplicação semelhante ao descrito acima

Tem menor custo e vida mais curta que o revestimento de alcatrão

3 – Revestimento com fitas plásticas

É um revestimento de qualidade inferior, empregado em pequenos trechos ou para reparos e falhas em outros revestimentos.

4 – Revestimento com polietileno (ou com polipropileno) extrudado

É feita a extrusão da resina plástica, com espessura de 3 a 5 cm, diretamente sobre a superfície do tubo.

5 – Revestimento misto a base de epóxi e polietileno extrudado

Tinta de fundo a base de epóxi aplicada eletrostaticamente, seguida de uma camada de adesivo a base de polietileno e finalmente uma camada de polietileno aplicado por extrusão

Nos casos mais simples é feito com “anodos de sacrifício” (Mg, Zn, Al) enterrados no solo de espaço em espaço e ligados eletricamente à tubulação

Nos casos de solos de grande resistividade deve-se empregar o sistema de proteção catódica por “corrente impressa”

Uma fonte externa de energia introduz uma corrente contínua entre a tubulação e os anodos, que neste caso deve ser de grafita ou ligas especiais (Fé-Si, Fé-Cr-Si)

AULA 5 Referente ao Capítulo 16 do Livro Texto

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