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Tubulações Industriais

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07/12/2012 1

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07/12/2012 3 Utilização Armazenagem Geração Produção e / ou Tubulação

Tubulações Industriais

Utilização

Líquidos Gases Pastosos Com suspensão

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 Conduto rígido – tubos;

 Conduto flexível – tubo fexível, mangeira, mangote.

 Normas Americanas

Pipe (conduzir fluidos)

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 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.

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 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)

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 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.

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Tubulações Industriais

Tubos de FoFo

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Tubulações Industriais

Tubos de PVC

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Laminação

Extrusão

Fundição

Tubos com costura

Tubos sem costura

Laminação + Soldagem

Processos de Fabricação

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Tubulações Industriais

Laminação (Parte I)

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Extrusão

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Fabricação de Tubos c/ Costura (SAW)

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Fabricação de Tubos c/ Costura Helicoidal (SAW)

Tubulações Industriais

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 Quantidade (peso ou comprimento);

 Diâmetro nominal;

 Espessura/série;

 Norma dimensional;

 Material;

 Processo de fabricação (tipo);

 Extremidade;

 Acabamento/revestimento.

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Meios de Ligação dos

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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.

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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)

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 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

 Desvantagens

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 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

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Solda de topo – para tudo com diâmetro acima de 2”.

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Solda de topo – para tudo com diâmetro inferior a 1 1/2”

Tubulações Industriais

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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

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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:

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 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.

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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

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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

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Tipos de Flanges

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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.

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 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.

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 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

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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

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 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

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OVAL

ENCHIMENTO NÃO METÁLICO Juntas Planas (ANSI/ ASME B 16.21)

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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#.

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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

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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.

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07/12/2012 62

Ligação de Ponta e Bolsa

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Ligação de Ponta e Bolsa

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Ligações Patenteadas

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Conexões

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 Para solda de topo

 Para solda de encaixe

 Rosqueados

 Flangeados

 De ponta e bolsa

 De compressão

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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

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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

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Tubulações Industriais

Conexões Flangeadas (ANSI/ASME B 16.5)

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Conexões para Solda de Encaixe (ANSI/ASME B16.11)

Tubulações Industriais

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07/12/2012 75

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Tubulações Industriais

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07/12/2012 79

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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

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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.

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Boca de Lobo (Ramal de 2” ou maior)

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07/12/2012 83

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07/12/2012 84

Derivações Soldadas

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(85)

07/12/2012 86

Derivações Soldadas

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07/12/2012 89

(89)

07/12/2012 90

Curvas em Gomo

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07/12/2012 92

Isolamento

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Referências

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