07/12/2012 1
07/12/2012 3 Utilização Armazenagem Geração Produção e / ou Tubulação
Tubulações Industriais
Utilização
Líquidos Gases Pastosos Com suspensão07/12/2012 4
Conduto rígido – tubos;
Conduto flexível – tubo fexível, mangeira, mangote.
Normas Americanas
Pipe (conduzir fluidos)
07/12/2012 5
Os tubos utilizados em instalações industriais, são definidos e
classificados pela ANSI B36.10 (Aços Carbono e Aços Liga) e
B36.19 (Aços Inoxidáveis);
São designados por um número chamado DN - Diâmetro Nominal
(referencial da linha neutra), qual vai de 1/8” até 12” não
correspondendo a nenhuma dimensão física do tubo. Já nos casos
de 14” e 36”, correspondem ao diâmetro da circunscrição da linha
neutra da espessura do material (centro da parede interna x
externa).
Para cada Ø nominal fabricam-se tubos com várias espessuras, o
diâmetro externo é conservado, variando-se então apenas o
diâmetro interno.
07/12/2012 7
07/12/2012 8
Espessura STD e Sch 40 são as mesmas para diâmetros até NPS 10 (DN 250);
Espessura STD é 3/8” (9,52mm) para diâmetros NPS 12 (DN 300) e maiores;
Espessura XS e Sch 80 são as mesmas para diâmetros até NPS 8 (DN 200);
Espessura XS é ½” (12,7mm) para diâmetros NPS 8 (DN 200) e maiores. Os tubos eram fabricados em 3 (três) espessuras conhecidas, como:
S – Standard;
XS – Extraforte ;
XXS – Duplo Extraforte.
A ANSI B36.10 adotou as séries “Schedule Number” para designar a espessura dos tubos (10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160)
07/12/2012 9
07/12/2012 12
Os tubos de Ø >36” não são padronizados, fabricando-se apenas por
encomenda e com costura.
Os tubos de aço carbono, s/ costura, variam entre 6 e 10m podendo
chegar a 16m, dependendo do peso do lingote.
Os tubos c/ costura podem ser fabricados em comprimentos
pré-determinados.
No geral, os comprimentos variam de 3, 6 e 12 metros;
Os tubos são fabricados em com três extremidades (pontas), de
acordo com o meio de ligação a ser usado: Lisa, Chanfrada e
Rosqueada.
07/12/2012 13
Tubulações Industriais
Tubos de FoFo
07/12/2012 14
07/12/2012 15
Tubulações Industriais
Tubos de PVC
07/12/2012 16
07/12/2012 17
07/12/2012 18
Laminação
Extrusão
Fundição
Tubos com costura
Tubos sem costura
Laminação + Soldagem
Processos de Fabricação
07/12/2012 19
Tubulações Industriais
Laminação (Parte I)
07/12/2012 20
07/12/2012 21
Extrusão
07/12/2012 22
07/12/2012 23
Fabricação de Tubos c/ Costura (SAW)
07/12/2012 24
07/12/2012 25
Fabricação de Tubos c/ Costura Helicoidal (SAW)
Tubulações Industriais
07/12/2012 26
Quantidade (peso ou comprimento);
Diâmetro nominal;
Espessura/série;
Norma dimensional;
Material;
Processo de fabricação (tipo);
Extremidade;
Acabamento/revestimento.
07/12/2012 27
Meios de Ligação dos
07/12/2012 28
Ligações rosqueadas;
Ligações soldadas;
Ligações flangeadas;
Ligações ponta e bolsa;
Ligações de compressão;
Ligações patenteadas.
Principais sistemas de
ligação/fixação
Escolha depende de: material, diâmetro, finalidade, segurança,
custo, pressão e temperatura, fluido, necessidade de desmontagem.
Conectar tubos entre si;
Ligar tubos às válvulas, acessórios e equipamentos.
07/12/2012 29 LIGAÇÕES CORRENTES AO LONGO DA TUBULAÇÃO SERVIÇOS NÃO-SEVEROS
DIÂMETROS ATÉ 4” LIGAÇÕES ROSQUEADAS COM LUVAS
DIÂMETRO DE 6” OU
MAIORES SOLDA DE TOPO
SERVIÇOS SEVEROS
DIÂMETRO ATÉ 1½” LIGAÇÕES DE SOLDA DE ENCAIXE COM LUVAS
DIÂMETROS DE 2” OU
MAIORES SOLDA DE TOPO
LIGAÇÕES NOS EXTREMOS DA TUBULAÇÃO, OU ONDE FOR EXIGIDA FACILIDADE DE DESMONTAR SERVIÇOS NÃO-SEVEROS
DIÂMETROS DE 4” LIGAÇÕES ROSQUEADAS COM UNIÕES DIÂMETRO DE 6” OU MAIORES LIGAÇÕES FLANGEADAS (FLANGES ROSQUEADOS OU SOBREPOSTOS) SERVIÇOS SEVEROS DIÂMETROS ATÉ 1½” LIGAÇÕES DE SOLDA DE ENCAIXE COM FLANGES DE
ENCAIXE
DIÂMETROS DE 2” OU MAIORES
LIGAÇÕES FLANGEADAS (FLANGES DE PESCOÇO)
07/12/2012 30
Domiciliares/Comerciais
Industriais, em ramos secundários;
Vantagens
Rosca em tubos: Sch 30 a 100
(preferencialmente)
ANSI/ASME B1.20.1
Ligações Rosqueadas
Custos
Fácil execução;
Fácil desmontagem
D
4”
Vazamentos;
Resistência mecânica
Desvantagens07/12/2012 33
07/12/2012 35
Solda de topo
Solda de encaixe ou soquete Solda por fusão
Resistência Estanqueidade Aparência
Manutenção
Fácil de pintar e isolar Vantagens Desmontagem Mão de obra Desvantagens
Ligações Soldadas
Tubulações Industriais
07/12/2012 36
Solda de topo – para tudo com diâmetro acima de 2”.
07/12/2012 37
Solda de topo – para tudo com diâmetro inferior a 1 1/2”
Tubulações Industriais
07/12/2012 38
Válvulas;
Equipamentos e instrumentos;
Desmontagem (quando tubulação não flangeada);
Tubos entre si (quando não pode soldar);
Vazamento Pesadas Volumosas Caras
Desvantagens:
Ligações Flangeadas
07/12/2012 39
ANSI/ASME B16.5 as 7 classes abrangem todos os tipos de flanges, Ø de ½”
a 24”,com as seguintes exceções: 2500# só até ø 12”;
Flanges de encaixe só nas classes de 150# e 600#; 1500# flanges rosqueados até ø 12”;
Ø < 3” os da classe 400# são iguais aos 600#;
Ø < 2 1/2” os da classe 900# são iguais aos 1500#.
Ligações Flangeadas
Tubulações Industriais
Obs:
07/12/2012 42
07/12/2012 43
Forjados < 20”; >20” Anel rolado laminado a quente ou feitos de chapas ou barra calandrada
Principais Especificações ASTM p/ forjados: A-181: aço carbono uso geral
A-105: aço carbono acalmado c/ Si, p/ temperaturas elevadas A-182: aço-liga Mo, Cr-Mo e de aços inoxidáveis
A-351: aço carbono e aço-liga Ni p/ baixas temperatura
ANSI B16.5 define 7 classes de flanges cujas pressões nominais são (#): 150, 300, 400, 600, 900, 1500, 2500. Estas pressões são as admissíveis de trabalho p/ uma determinada temperatura. P/ o A/C são 260ºC p/ 150# em 455ºC p/ as demais. P/ os de aços-liga e inox variam conforme o material sendo mais altas do que as correspondentes ao A/C.
O número da pressão nominal não significa a pressão admissível de trabalho do flange, esta depende da temperatura de trabalho.
07/12/2012 44 A) Integral Equipamentos Ferro fundido
+ Resistente Uso geral Resistência Aperto Tensões residuais Montagem: - Tubo chanfrado - Comprimento certo B) Pescoço Menos custo Facilidade de montagem Aperto Tensões residuais C) Sobreposto
Tipos de Flanges
Tubulações Industriais
07/12/2012 45 E) Encaixe 1½” + Facilidade na montagem F) Lap-joint Soltos,virola Sem contato G) cego Bocais de equipamentos Extremidade Futura expansão D) Rosqueado Aperto tensões residuais
Rosca: tensões, vazamentos Tubos
Não – soldáveis Não - metálicos
07/12/2012 46
Tipos de Flanges
07/12/2012 47
C/ ressalto: mais comum, p/ qualquer temperatura e pressão, 1/16” de altura p/ classes de pressão 150 e 300#) e ¼” p/ classes mais elevadas, superfície lisa ou ranhurada (espiralada ou concêntricas). Ranhuras devem ter profundidade de até 0,15mm, e o ressalto liso pode ter vários graus de acabamento de acordo c/ o serviço ou tipo da junta.
Plana: usual p/ Fofo e materiais frágeis; aperto da junta é inferior ao do face c/ ressalto. Só acoplar face plana c/ face plana.
Para junta c/ Anel: usado p/ serviços severos, altas pressões e temperaturas (vapor >600#, hidrocarbonetos > 900#), fluidos perigosos, tóxicos etc. Rasgo circular profundo p/ encaixe do anel. Vedação pela ação de cunha do anel e pela dilatação deste devido a pressão interna. Dureza da face maior que o anel (A/C –120 HB, Inox –304, 316, 347 e 321–160HB e 120HB p/ 304L e 316L
Macho e Fêmea: face de lingueta e ranhura, mais raros, usados p/ serviços especiais; junta fica confinada não tendo contato com o fluido circulante.
07/12/2012 51
Compressão aperto
Cisalhamento pressão Interna
Deformável
Elástico
Resistente fluido, t
Material
Acomodação
P,
t
Juntas para Flanges
Elemento de vedação, submetida a forte compressão pelo aperto dos
parafusos, e a esforço de cisalhamento pelo fluido circulante.
Deve ser suficientemente deformável e elástica, p/ amoldar nas
irregularidades da superfície dos flanges, e dura e resistente quanto
maior for a pressão do fluido.
07/12/2012 52
Dureza
Acabamento das faces
P. Interna pode
Inicial - p/ acomodar o material da junta – sem pressão;
Residual - p/ compensar a pressão Interna;
A quente - p/ compensar a dilatação dos parafusos .
Aperto
Dureza
Juntas para Flanges
Tubulações Industriais
Espessura
P a (espess. )
F = P x A
07/12/2012 53
Não metálicas: juntas planas, p/ FFR e FFP, espessuras de 0,7 a 3mm, sendo 1,5mm mais comum. Borracha natural, sintética, materiais plásticos e papelão hidráulico (material aglutinante c/ amianto comprimido.
Semi-metálicas em espiral: lâmina metálica (geralmente inox), torcida em espiral, c/ enchimento de amianto em volta. P/ FFR, serviços acima dos p/ Junta papelão hidráulico, e classes > 600#. Acabamento dos flanges deve ser liso.
Metálicas foleadas: possuem; espessura da junta: 2 a 3mm. Mesmo emprego das semi-metálicas espiral; Flange com acabamento liso ou ranhura concêntrica.
Metálicas maciças: faces planas ou ranhuradas, p/ FFR (altas pressões), e FF Macho-Fêmea.
Metálicas de anel (JTA): anéis metálicos maciços de seção octogonal ou ovalada (mais comum). Empregadas em vapor e hidrogênio (>600#) e hidrocarbonetos (>900#). Usadas em temperaturas acima de 550ºC
07/12/2012 54
Borracha natural (EPDM);
Borrachas sintéticas (PTFE, Silicone, PVA, PU);
Papelões hidráulicos;
Materiais plásticos (PVC, PEAD, PEBD);
Juntas metálicas folheadas ou em espiral;
Juntas metálicas simples.
Materiais para Juntas
07/12/2012 55
OVAL
ENCHIMENTO NÃO METÁLICO Juntas Planas (ANSI/ ASME B 16.21)
07/12/2012 56 (AC) (AL) APERTO AC – 10.000 psi AL – 60.000 psi
Parafusos e Estojos
Tubulações Industriais
A-193 Gr B7 (1%Cr 0,2% Mo) – até 480ºC A-193 Gr B5 (5%Cr 1/2% Mo) – até 600ºC
A-320 (aço-liga Ni) – temperaturas abaixo de 0ºC
Aços Inox, devido a baixa resistência mecânica, não devem ser usados em serviços severos. ANSI B31 limita a FLG até 400#.
07/12/2012 59
Parafusos e Estojos
APERTO INICIAL – Tem a finalidade de adaptar as juntas às faces do
flange, amoldando-a às imperfeições.
Valores do Aperto Inicial:
• Juntas de Borracha de 2,5 a 4 MPa
• Juntas de Papelão Hidráulico de 8 a 12 MPa • Juntas Metálicas de 20 a 40 Mpa
APERTO RESIDUAL – Tem o objetivo de combater o efeito da pressão
interna (Pi) na tubulação tendendo a separar os flanges.
Valor do Aperto Residual :1,5 a 2 vezes Pi
APERTO FINAL – Para compensar os efeitos de dilatações devido a
07/12/2012 60
Parafuso
Cabeça integral sextavada ou quadrada, rosca nuca abrange todo o corpo. ANSI B18.2 padroniza dimensões, ANSI B1.1 padroniza dimensões dos filetes.
Designados pelo comprimento e Ø nominal da rosca.
ANSI B21 permite o uso de A/C p/ FLG até 300#, juntas não metálicas e até 260ºC. Só costumam ser empregados até 150#.
Estojo
Barras cilíndricas rosqueadas (pode ou não abranger todo o comprimento) c/ porcas e contra porcas independentes. Melhor aperto; filetes devem ser obtidos por rolamente e não por corte (usinagem).
ANSI B18.2 padroniza dimensões, ANSI B1.1 padroniza dimensões dos filetes.
ANSI B31.3 possui tabelas indicando as tensões admissívies e temperatura de trabalho p/ os diversos materiais de uso p/ os estojos.
07/12/2012 61
07/12/2012 62
Ligação de Ponta e Bolsa
07/12/2012 64
Ligação de Ponta e Bolsa
07/12/2012 65
Ligações Patenteadas
07/12/2012 66
Conexões
07/12/2012 67
Para solda de topo
Para solda de encaixe
Rosqueados
Flangeados
De ponta e bolsa
De compressão
07/12/2012 68 2. Para derivações • Tês normais (de 90º) • Tês de 45º • Tês de redução • Peças em “y” • Cruzetas • Cruzetas de redução • Selas • Colares 1. Para mudanças de direção
• Curvas de raio longo • Curvas de raio curto • Curvas de redução • Joelhos • Joelhos de redução De 22 ½º, 45º, 90º e 180º
Tubulações Industriais
07/12/2012 69 3. Para mudanças de diâmetro • Reduções concêntricas • Reduções excêntricas • Luvas • Uniões • Flanges • Niples • Virolas 4. Para ligação • Tampões • Bujões • Flanges cegos 5. Para fechar extremidades
07/12/2012 70
Tubulações Industriais
Conexões Flangeadas (ANSI/ASME B 16.5)
07/12/2012 71
07/12/2012 72
Conexões para Solda de Encaixe (ANSI/ASME B16.11)
Tubulações Industriais
07/12/2012 73
07/12/2012 75
07/12/2012 76
Tubulações Industriais
07/12/2012 77
07/12/2012 79
07/12/2012 80
① Curva em gomos em tubo de grande
diâmetro
② Boca de lobo
③ Acessórios para solda de topo soldados
diretamente um ao outro
④ Derivação com colar ⑤ Derivação com luva
⑥ Acessórios para solda de encaixe (ou com
rosca) com niples intermediários
Emprego das Conexões de Grande Porte
07/12/2012 81
Curvas em Gomo: Usadas exclusivamente em tubulações de aço; são feitas de pedaços de tubos e soldados de topo; podem ter 2, 3 ou 4 gomos.
São usadas em Ø acima de 20”, pressões e temperaturas moderadas.
Derivações soldadas: Para ramais pequenos, até Ø 2”, é usual o emprego de uma luva, soldada diretamente no tubo-tronco, desde que este último tenha pelo menos Ø 4”.
Os ramais de quais quer Ø, acima de 1”, podem ser feitos c/ uso de “selas” ou “colares”.
Para ramais de 2”ou mais, desde que o Ø do tubo-tronco seja maior do que o Ø do ramal, o mais usual é a solda direta de um tubo no outro (boca de lobo). Estas podem ser sobrepostas (menores tensões residuais) ou penetrantes (maiores tensões residuais). A ANSI B31 aceita esse tipo de derivação indicando detalhadamente casos onde seja necessário reforços locais. Estes reforços consistem em um anel de chapa envolvendo a derivação e soldado no tubo tronco e na derivação.
07/12/2012 82
Boca de Lobo (Ramal de 2” ou maior)
07/12/2012 83
07/12/2012 84
Derivações Soldadas
07/12/2012 85
07/12/2012 86
Derivações Soldadas
07/12/2012 87
07/12/2012 89
07/12/2012 90
Curvas em Gomo
07/12/2012 92