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Chama-se de "tubulação" a um conjunto de tubos e de seus diversos acessórios.

A necessidade da existência dos tubos decorre principalmente do fato do ponto de geração ou de armazenagem dos fluidos estar, em geral, distante do seu ponto de utilização.

Usam-se tubos para o transporte de todos os materiais capazes de escoar, isto é, todos os fluidos conhecidos, líquidos ou gasosos, assim como materiais pastosos e fluidos com sólidos em suspensão, todos em toda faixa de variação de pressões e temperaturas usuais na indústria: desde o vácuo absoluto até cerca de 600 MPa (~ 60 kg/mm2), e desde próximo do zero absoluto até as temperaturas dos metais em fusão.

A importância dos tubos na indústria é enorme, sendo dos equipamentos industriais de uso mais generalizado. O valor da tubulação representa, em média, 50 a 70% do valor de todos os equipamentos de uma indústria de processamento, e 15 a 20% do custo total da instalação.

Na prática, chamam-se geralmente de tubos (ou vulgarmente de "canos"), apenas os condutos rígidos. Os condutos flexíveis, embora às vezes chamados de "tubos flexíveis", são mais comumente denominados de mangueiras ou mangotes.

Na nomenclatura americana os tubos são chamados de "pipe" ou de "tube". Entre esses dois

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo43 termos não há uma distinção muito rígida. De um modo geral o termo "pipe" ó usado para os tubos cuja função é propriamente de conduzir fluidos, enquanto que o termo "tube" empregase para os tubos destinados primordialmente a outras funções, tais como trocar calor (tubos de feixes tubulares e serpentinas de caldeiras, fornos, permutadores de calor etc.), transmitir pressão, conduzir sinais (tubos de instrumentação), funcionar como vigas ou como elementos estruturais etc.

Empregam-se hoje em dia uma variedade muito grande de materiais para a fabricação de tubos. Só a A.S.T.M. (American Society for Testing and Mate'rials) especifica mais de 500 tipos diferentes de materiais. Damos a seguir um resumo dos principais materiais usados:

Tubos Metálicos

Ferrosos

Aços-carbono (carbon-steel) Aços-liga (low alloy, high alloy steel) Aços inoxidáveis (stainless-steel) Ferro forjado (wrought iron) Ferro fundido (cast iron) Ferros ligados (alloy cast iron) Ferronodular (nodular cast iron)

Não Ferrosos

Cobre (cooper) Latões (brass) Cobre-Níquel Alumínio Níquel e ligas Metal Monel Chumbo (lead) Titânio, Zircônio

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Tubos não metálicos

Cimento-amianto (transite) Concreto armado Barro vidrado (clay) Elastômeros (borrachas) Vidro Cerâmica, porcelana etc.

Materiais Plásticos

Cloreto de poli-vinil (PVC) Polietileno Acrílicos Acetato de celulose Epoxi Poliésteres Fenólicos etc.

A escolha do material adequado para uma determinada aplicação pode ser um problema, difícil, cuja solução depende principalmente da pressão e temperatura de trabalho do fluido conduzido (aspectos de corrosão e contaminação), do custo, do maior ou menor grau de segurança exigido, das sobrecargas externas que existirem, e também, em certos casos, da resistência ao escoamento do fluido (perdas de carga).

Entre todos os materiais industriais existentes, o aço carbono é o que apresenta menor relação custo/resistência mecânica, além de ser um material fácil de soldar e de conformar, e também fácil de ser encontrado no comércio. Por todos esses motivos, o aço-carbono é o chamado "material de uso geral" em tubulações industriais, isto é, só se deixa de empregar o aço-carbono quando houver alguma circunstância especial que o proíba, e desta forma, todos os outros materiais são utilizados apenas em alguns casos especiais de exceção. Em uma refinaria de petróleo, por exemplo, mais de 90% de toda tubulação é de aço-carbono; em

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo45 outras indústrias de processo essa percentagem pode ainda ser maior. Emprega-se o aço-carbono para água doce, vapor de baixa pressão, condensado, ar comprimido, óleos, gases e muitos outros fluidos pouco corrosivos, em temperaturas desde - 450C, e a qualquer pressão. Alguns tubos de aço-carbono são galvanizados, ou seja, com um revestimento interno e externo de zinco depositado a quente, com a finalidade de dar maior resistência à corrosão. A resistência mecânica do aço-carbono começa a sofrer uma forte redução em temperaturas superiores a 4000C, devido principalmente ao fenômeno de deformações permanentes por fluência (creep), que começa a ser observado a partir de 3700C, e que deve ser obrigatoriamente considerado para qualquer serviço em temperaturas acima de 4000C. As deformações por fluência serão tanto maiores e mais rápidas quanto mais elevada for a temperatura, maior for a tensão no material e mais longo for o tempo durante o qual o material esteve submetido à temperatura.

Em temperaturas superiores a 530ºC o aço-carbono sofre uma intensa oxidação superficial (escamação - "scaling"), quando exposto ao ar, com formação de grossas crostas de óxidos, o que o torna inaceitável para qualquer serviço continuo. Deve ser observado que em contato com outros meios essa oxidação pode se iniciar em temperaturas mais baixas. A exposição prolongada do aço-carbono a temperaturas superiores a 4400C pode causar ainda uma precipitação de carbono grafitização), que faz o material ficar quebradiço. Por todos esses motivos, recomendam-se os seguintes limites máximos de temperatura para tubulações de aço-carbono:

- Tubulações principais, serviço contínuo: 4500C - Tubulações secundárias, serviço contínuo: 4800C

- Máximos eventuais de temperatura, de curta duração e não coincidentes com grandes esforços mecânicos: 5200C.

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Denominam-se "aços-liga" (alloy-steel) todos os aços que possuem qualquer quantidade de outros elementos, além dos que entram na composição dos aços-carbono, Dependendo da quantidade total de elementos de liga, distinguem-se os aços de baixa liga (low alloy-steel), com até 5% de elementos de liga, aços de liga intermediária (intermediate alloy-steel), contendo entre 5% e 10%, e os aços de alta liga (high alloy-steel), com mais de 10%. Os aços inoxidáveis (stainless steel), são os que contem pelo menos 12% de cromo, o que lhes confere a propriedade de não se enferrujarem mesmo em exposição prolongada a uma atmosfera normal. Todos os tubos de aços-liga são bem mais caros do que os de aço-carbono, sendo de um modo geral o custo tanto mais alto quanto maior for a quantidade de elementos de liga. Além disso, a montagem e soldagem desses tubos é também em geral mais difícil e mais cara.

Como todas as instalações industriais estão sujeitas a se tornarem obsoletas em relativamente pouco tempo, não é, em geral, econômico nem recomendável o uso de aços-liga apenas para tornar muito mais longa a vida de uma tubulação.

Os principais casos em que se justifica o emprego dos aços especiais (aços-liga e inoxidáveis), são os seguintes:

a) Altas temperaturas - Temperaturas acima dos limites de uso dos aços-carbono, ou mesmo abaixo desses limites, quando seja exigida maior resistência mecânica, resistência à fluência ou resistência à corrosão.

b) Baixas temperaturas - Temperaturas inferiores a -450C, para as quais os aços-carbono ficam sujeitos a fratura frágil.

c) Alta corrosão - Serviços com fluidos corrosivos, mesmo quando dentro da faixa de

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo47 temperaturas de emprego dos aços-carbono. De um modo geral, os aços-liga e inoxidáveis têm melhores qualidades de resistência à corrosão do que os aços-carbono. Existem, entretanto, numerosos casos de exceção: a água salgada, por exemplo, destrói a maioria dos aços especiais tão rapidamente como os aços-carbono.

d)Exigência de não contaminação - Serviços para os quais não se possa admitir a contaminação do fluido circulante (produtos alimentares e farmacêuticos, por exemplo). A corrosão, ainda que só seja capaz de destruir o material do tubo depois de muito tempo, pode causar a contaminação do fluido circulante, quando os resíduos da corrosão são carregados pela corrente fluida. Por essa razão, nos casos em que não possa haver contaminação, empregam-se muitas vezes os aços especiais, embora do ponto de vista propriamente da corrosão não fossem necessários.

e) Segurança - Serviços com fluidos perigosos (muito quentes, inflamáveis, tóxicos, explosivos etc.), quando seja exigido o máximo de segurança contra possíveis vazamentos e acidentes. Também nesses casos, estritamente devido à corrosão, não seriam normalmente necessários os aços especiais. No que se refere à corrosão, convém observar que, exceto quando entram em jogo também a exigência de não-contaminação ou a segurança, o problema é puramente econômico: quanto mais resistente for o material, tanto mais longa a vida do tubo. Portanto, a decisão será tomada como resultado da comparação do custo dos diversos materiais possíveis, com o custo de operação e de paralisação do sistema.

Fazendo-se uma comparação geral entre os metais não-ferrosos e o aço-carbono, podemos dizer que os metais não ferrosos têm bem melhor resistência à corroção e preço mais elevado; a maioria desses metais têm, em relação ao aço-carbono, menor resistência mecânica e menor resistência às altas temperatura, apresentando, entretanto, muito melhor comportamento em baixas temperaturas. Devido principalmente ao seu alto custo, os tubos de metais nãoferrosos são poucos usados. Para muitos serviços corrosivos os metais não-ferrosos têm sido substituídos pelos materiais plásticos, com vantagens de preço e de resistência à corrosão.

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1 Cobre e suas ligas - Fabricam-se tubos de uma grande variedade desses materiais, incluindo cobre comercialmente puro, e diversos tipos de latões e de cobre-níquel. Esses tubos têm excelente resistência ao ataque da atmosfera, da água (inclusive água salgada), dos álcalis, dos ácidos diluídos, de muitos compostos orgânicos, e de numerosos outros fluidos corrosivos. As ligas de cobre estão sujeitas a severo efeito de corrosão sobtensão quando em contato com amônia, aminas e outros compostos nitrados. Todos esses materiais podem ser empregados em serviço continuo desde -1800C até 2000C Devido ao alto coeficiente de transmissão de calor os tubos de cobre e de latão são empregados em serpentinas, e como tubos de aquecimento e de refrigeração Em diâmetros pequenos (até 2"), os tubos de cobre são também muito empregados para água, ar comprimido, óleos, vapor de baixa pressão, serviços de refrigeração e para transmissão de sinais de instrumentação. Os tubos de cobre e de suas ligas não devem ser empregados para produtos alimentares ou farmacêuticos pelo fato de deixarem resíduos tóxicos pela corrosão. As principais especificações da ASTM para esses tubos são:

Tubos de cobre: Tubos de latão Tubos de cobre-níquel

Fabricam-se tubos de uma grande variedade de. materiais não-metálicos, dos quais os mais importantes são os seguintes:

1.Materiais plásticos - Para tubulações industriais é esse atualmente o grupo mais importante dos materiais não-metálicos; por essa razão veremos separadamente nos itens a seguir com mais detalhes.

2. Cimento-amianto - Os tubos de cimento-amianto (transite) são fabricados de argamassa de cimento e areia com armação de fibras de amianto. A resistência mecânica é pequena, só podendo ser usados para baixas pressões e onde não

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo49 estejam sujeitos a grandes esforços externos. O cimento-amianto tem excelente resistência à atmosfera, ao solo, às águas neutras e alcalinas, à água salgada, aos álcalis, aos óleos e aos com postos orgânicos em geral. Para a maioria desses meios o material é completamente inerte, resistindo por tempo indefinido. Os ácidos, águas ácidas e soluções ácidas atacam fortemente o cimento-amianto, que não deve ser usado para esses serviços. O principal emprego dos tubos de cimento-amianto é para tubulações de esgotos. O custo desses tubos é bem menor do que de outros que os poderiam substituir, como, por exemplo, os de materiais plásticos ou de metais não-ferrosos.

3. Concreto armado - Os tubos de concreto armado são empregados principalmente para tubulações importantes (de grande diâmetro) de água e de esgoto. A resistência à corrosão é equivalente à dos tubos de cimento-amianto, sendo a resistência mecânica bem maior.

4.Barro vidrado - O tubos de barro vidrado, também chamados de "manilhas", têm excelente resistência à corrosão, sendo inertes em relação ao solo, à atmosfera e à maioria dos fluidos corrosivos. A resistência mecânica é baixa, sendo entretanto um pouco melhor do que a dos tubos de cimentoamianto. As manilhas são empregadas quase exclusivamente para tubulações de esgoto, e são fabricadas em comprimentos curtos (1 m aprox.) com diâmetros nominais de 50 a 500 m, e com extremidades de ponta e bolsa. Os tubos de barro vidrado estão padronizados na norma EB-5 da ABNT.

5 - Vidro, Cerâmica - São tubos de uso e de fabricação raros, empregados apenas em serviços especiais de alta corrosão ou quando se exija absoluta pureza do fluído circulante. O vidro é o material de melhor resistência que existe a todos os meios corrosivos. Os tubos de vidro e de cerâmica são empregados apenas em diâmetros pequenos, até 100 m no máximo.

6 - Borrachas - Fabricam-se todos os muitos tipos de borrachas, naturais e sintéticas, para várias faixas de pressões e temperaturas. A maioria dos tubos de borracha são flexíveis (mangueiras e mangotes), sendo empregados justamente quando 5e deseja essa propriedade.

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Para serviços severos, os tubos costumam ter reforço de uma ou várias lonas, vulcanizadas na borracha, e freqüentemente têm também armação de arame de aço enrolado em espiral. Existem numerosas borrachas, naturais e sintéticas, que recebem o nome genérico de "elastômeros". Embora esses materiais tenham propriedades diferentes e freqüentemente específicas, têm todos, como característica principal, a extraordinária elasticidade, fazendo com que atinjam a ruptura com uma deformação elástica muito grande (300 a 700%), sem que hajam deformações permanentes, Os limites de temperatura de serviço vão de 500 até 600 a l000ºC. Algumas borrachas são bons combustíveis, outras queimam-se lentamente. Da mesma forma que os plásticos, a maioria das borrachas sofre uma deterioração em conseqüência de longa exposição à luz solar, tornando-se quebradiças. A adição de negro-defumo melhora a resistência à luz e aumenta também a resistência ao desgaste superficial. A borracha natural resiste bem às águas (inclusive ácidas e alcalinas), aos ácidos diluídos, aos sais e a numerosos outros meios corrosivos. É atacada pelos produtos do petróleo e por vários solventes e compostos orgânicos. Dentre as borrachas sintéticas são mais importantes o neoprene e o SBR (estireno-butadieno). O neoprene resiste aos produtos de petróleo. O SBR é uma borracha sintética econômica, de uso geral, com propriedades semelhantes à borracha natural.

Os materiais plásticos sintéticos são atualmente o grupo mais importante dos materiais nãometálicos utilizados em tubulações industriais. O emprego desses materiais tem crescido muito nos últimos anos, principalmente como substituto para os aços inoxidáveis e metais não-ferrosos. O aumento constante dos preços desses metais e o aperfeiçoamento contínuo dos plásticos tendem a tornar maior ainda a expansão do emprego desses últimos. De um modo geral os plásticos apresentam as seguintes vantagens:

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