Equipamentos Industriais Aula 1

Equipamentos

Industriais

Tubulações

INTRODUÇÃO

_{MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DOS TUBOS} DIÂMETROS COMERCIAIS DOS TUBOS DE AÇO MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS

ACESSORIOS DE TUBULAÇÕES _VÁLVULAS

_{JUNTAS DE EXPANSÃO}

AQUECIMENTO DAS TUBULAÇÕES ISOLAMENTOS TÉRMICOS

Introdução



_{Tubos são condutos fechados, destinados principalmente ao transporte de}

fluidos.



_{Todos os tubos são de seção circular, apresentando-se como cilindros ocos.}



_{A grande maioria dos tubos funciona como condutos forçados, isto é, sem}

superfície livre, com o fluido tomando toda área da seção transversal.



_{Fazem exceção apenas as tubulações de esgoto, e às vezes as de água, que}

trabalham com superfície livre, como canais.

Introdução



_{Usam-se tubos para o transporte de todos os fluidos conhecidos, líquidos ou}

gasosos, assim como para materiais pastosos e para fluidos com sólidos em

suspensão, em toda faixa de variação de pressões e temperaturas usuais na

indústria: desde o vácuo absoluto até cerca de 6.000 kg/cm

_{, e desde próximo}

do zero absoluto até as temperaturas dos metais em fusão.



_{O emprego de tubulações pelo homem antecede provavelmente a história}

escrita. Foram descobertos vestígios ou redes completas de tubulações nas

ruínas da Babilônia, da China antiga, de Pompéia e em muitas outras.



_{Os primeiros tubos metálicos foram feitos de chumbo, séculos antes da Era}

Materiais de fabricação de

tubos.



_Metálicos



_Aço-carbono



_Aço-liga



_Aço-inox



_{Ferro fundido}



_{Ferro forjado}



_Cobre



_Latão



_{Níquel, etc.}



_{Não metálicos}



_PVC



_{Derakane (resina e fibra)}



_Polietileno



_Acetato



_{Cimento-amianto}

AÇO-CARBONO

_{Os tubos mais encontrados na indústria são tubos de aço-carbono devido à relação custo}

beneficio.

_{A quantidade de carbono no aço altera sua resistência sendo recomendado para temperaturas}

acima de 400°C e abaixo de O°C os chamados aços acalmados que têm uma quantidade de Si adicionada.

_{As temperaturas superiores a 400°C, com o tempo, reduzem a resistência do aço-carbono}

devido às deformações permanentes, e ainda devido à precipitação do carbono, o que deve ser considerado ao empregar este material.

_{Quanto maior for a quantidade de carbono no aço maior será a sua dureza e maiores serão os}

limites de resistência e de escoamento; em compensação o aumento do carbono prejudica a ductilidade e a soldabilidade do aço. Por esse motivo, em aços para tubos limita-se à quantidade de carbono até 0,35 %, sendo que até 0,30% de C a solda é relativamente fácil, e até 0,25% de C os tubos podem ser dobrados a frio.

AÇOS-LIGA

_{Tubulações de aços-liga são utilizadas em serviços especiais onde se deseja maior resistência em}

áreas onde o aço carbono não se aplica, como regiões de temperaturas extremas, serviços com fluidos perigosos etc.

_{Os principais elementos ligantes são:}

 _{Cr - Cromo: aumenta a resistência à corrosão e a oxidação em altas temperaturas (cerca de}

2,5% de Cr).

 _{Mo – Molibdênio: aumenta a resistência mecânica em}

temperaturas elevadas (resistência à fluência).

 _{Ni - Níquel: aumenta a resistência à corrosão e é usado}

AÇOS INOXIDÁVEIS

_{Aços inoxidáveis são produzidos com teor de cromo acima de 12% e têm elevada resistência à}

oxidação mesmo em atmosfera agressiva.

_{Possuem alta resistência mecânica mesmo em temperaturas extremas com elevada resistência à}

corrosão.

_{Os aços contendo 18% de Cr e 8% de Ni são chamados aços austeníticos com boa soldabilidade}

e facilidade de dobrar a frio.

_{Em altas temperaturas (acima de 450°C)}

ocorre diminuição da resistência à corrosão principalmente em meio ácido. O problema é contornado pela adição de Ti ou Nb ou pela redução do teor de carbono.

FERRO FUNDIDO E FERRO

FORJADO



_{Os tubos de ferro fundido e ferro forjado são usados em instalações de baixa}

pressão normalmente para água, esgoto, instalações secundárias de ar

comprimido e condensado.



_{Os tubos de ferro forjado têm baixa resistência mecânica e boa resistência a}

corrosão, equivalente à do ferro fundido e bem melhor do que a ao aço-carbono.



_{Esses tubos resistem muito bem ao contato com a água; a atmosfera e o solo.}



_{A norma ANSI/ ASME B 31.3 só permite o uso destes tubos para hidrocarbonetos}

e inflamáveis em temperaturas abaixo de 150°C em tubulações enterradas com

pressão até 1 MPa. Em outros locais a pressão pode ir até 2,7 MPa.

NÃO FERROSOS



_{São fabricados de diversas ligas como latão (Cu-Zn), bronze (Cu-Sn), monel}

(Ni-Cu) etc. e são usados para serviços especiais como steam-trace, tubos de

pequeno diâmetro para ar comprimido, e serviços de alta corrosividade.

NÃO METÁLICOS



_{São fabricados em diversos materiais como cimento, plásticos,}

cimento-amianto, cerâmica, vidro, etc.



_{Os tubos de materiais plásticos têm substituído com grande vantagem os tubos}

metálicos em serviços de baixa pressão e em temperaturas moderadas.



_{Apresentam grande resistência à corrosão e são facilmente moldáveis.}



_{Apresentam como desvantagem a baixa resistência mecânica e tomam-se}

TUBOS PARA TROCA

TÉRMICA



_{São fabricados com quase todos os materiais metálicos, porém, as tolerâncias}

dimensionais são mais rígidas. São produzidos com diâmetro externo entre

/

e

DIÂMETROS COMERCIAIS

DOS TUBOS DE AÇO

_{Os diâmetros comerciais dos "tubos para condução" (steel pipes) de aço carbono e de aços-liga,}

estão definidos pela norma americana ANSI.B.36.10, e para os tubos de aços inoxidáveis pela norma ANSI.B.36.19. Essas normas abrangem os tubos fabricados por qualquer um dos processos usuais de fabricação.

_{Todos esses tubos são designados por um número chamado "Diâmetro nominal IPS" (iron pipe}

size), ou "bitola nominal". A norma ANSI.B.36.10 abrange tubos desde 1/8" até 36", e a norma ANSI.B.36.19 abrange tubos de 1/8" até 12".

_{Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com várias espessuras de parede. Entretanto,}

para cada diâmetro nominal, o diâmetro externo é sempre o mesmo variando apenas o diâmetro interno, de acordo com a espessura dos tubos.

DIÂMETROS COMERCIAIS

DOS TUBOS DE AÇO

_{Por exemplo, os tubos de aço de 8" de diâmetro nominal têm todos um diâmetro externo de}

8,625".

_{Quando a espessura deles corresponde à série 20, a mesma vale 0,250" e o diâmetro interno}

vale 8,125".

_{Para a série 40, a espessura vale 0,322", e o diâmetro interno 7,981"; para a série 80, a}

espessura vale 0,500", e o diâmetro interno 7,625";

DIÂMETROS COMERCIAIS

DOS TUBOS DE AÇO

_{A série completa de 1/8" até 36" inclui um total de cerca de 300 espessuras diferentes.}

_{Dessas todas, cerca de 100 apenas são usuais na prática, e são fabricadas correntemente; as}

demais espessuras fabricam-se por encomenda.

_{Os diâmetros nominais padronizados pela norma ANSI.B.36.10 são os seguintes: 1/8, 1/4", 3/8",}

1/2", 3/4", 1", 11/4_{", 1}1/2_{", 2", 2}1/2_{", 3", 3}1/2'_{" 4", 5", 6", 8", 10", 12", 14", 16", 18", 20", 22", 24",} 26", 30" e 36".

Tipos de extremidades

_{Os tubos de aço são fabricados com três tipos de extremidades, de acordo com o sistema de}

ligação a ser usado:

 _{Pontas lisas, simplesmente esquadrejadas.}

 _{Pontas chanfradas, para uso com solda de topo.}

Espessuras de parede dos

tubos

_{São adotadas as "séries" (schedule number) para designar a espessura (ou peso) dos tubos.} _{O número de série é um numero obtido aproximadamente pela seguinte expressão:}

Espessuras de parede dos

tubos



_{São padronizadas as séries 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160 sendo}

que, para a maioria dos diâmetros nominais, apenas algumas dessas espessuras

são fabricadas.



_{Para diâmetros pequenos, até 2”, é usual na pratica especificarem-se apenas}

tubos de parede grossa (serie 80 ou 160) para que o tubo tenha resistência

estrutural própria, simplificando assim os suportes e reduzindo a ocorrência de

vibrações.

MEIOS DE LIGAÇÃO DE

TUBOS

_{Os diversos meios usados para conectar tubo servem não só para ligar as varas de tubos entre}

si, como também para ligar os tubos às válvulas, aos diversos acessórios, e a outros equipamentos.

_{Os principais meios de ligação de tubos são os seguintes:}

 Ligações rosqueadas

 _{Ligações soldadas}  _{Ligações flangeadas}

 Ligações de porta e bolsa

Ligações Rosqueadas

As ligações rosqueadas são um dos mais antigos meios de ligação usados para tubos. Essas ligações são de baixo custo e de fácil execução.

Devido á facilidade de vazamentos e á pequena resistência mecânica que apresentam o seu uso é limitado a tubos de pequeno diâmetro (até 4") e em geral apenas as instalações domiciliares (água, gás), ou serviços secundários em instalações industriais (água, ar, condensado de baixa pressão).

_{As normas exigem que as roscas dos tubos sejam cônicas, e recomendam que sejam feitas soldas de}

vedação nas roscas dos tubos que trabalham com fluidos inflamáveis, tóxicos, e outros em que se deva ter maior segurança contra vazamentos.

_{As varas de tubos são ligadas entre si por meio de luvas ou uniões rosqueadas.}

_{As roscas, tanto dos tubos como das luvas e uniões são cônicas de maneira que, com o aperto há}

interferência entre os fios das roscas, garantindo a vedação.

 _{Para auxiliar a vedação usam-se massas vedantes, que endurecem no fim de algum tempo, vedando}

completamente. É importante que a massa vedante usada não contamine nem seja atacada ou dissolvida pelo fluido circulante. Para serviços com água, geralmente usa-se zarcão como massa vedante.

Ligações soldadas

_{Em tubulações industriais, a maior parte das ligações são soldadas com solda por fusão do tipo}

topo.

 Solda de topo

Ligações soldadas

_{As ligações soldadas constituem a grande maioria das usadas em tubulações industriais.} _{Essas ligações têm as seguintes vantagens:}

 Resistência mecânica boa (quase sempre equivalente à do tubo inteiro)

 _{Estanqueidade perfeita e permanente.}  _{Boa aparência}

 Facilidades na aplicação de isolamento térmico e de pintura

 _{Nenhuma necessidade de manutenção.}

_{As principais desvantagens, pouco importantes na maioria dos casos, são a dificuldade de}

Solda de topo

_{A solda de topo é o sistema mais usado para a ligação de tubos de 2" ou maiores, de aços de}

qualquer tipo. Pode ser aplicada em toda a faixa usual de pressões e de temperaturas.

_{É o sistema de ligação mais empregado para tubulações de 2"ou maiores, em industrias de}

Solda de encaixe

_{A Solda de encaixe é usada na maioria dos tubos industriais com diâmetros até 1%".2" inclusive,}

em toda faixa usual de pressões e de temperaturas, para tubos de aço de qualquer tipo.

_{A solda de encaixe é empregada também, embora não exclusivamente, em tubos até 4", de}

Ligações Flangeadas

_{Uma ligação flanqueada é composta de dois flanges, um jogo de parafusos ou estojos com}

porcas e junta de vedação.

_{As ligações flangeadas, que são ligações facilmente desmontáveis, empregam-se principalmente}

Ligações Flangeadas

_{Caso A}

 Para ligar os tubos com as válvulas e os equipamentos (bombas, compressores, tanques, vasos, etc.), e também em determinados pontos, no correr da tubulação, onde se deseje facilidade de desmontagem, nas tubulações em que, para ligar uma vara na outra, sejam usados normalmente outros tipos de ligação: solda, rosca, ponta e bolsa etc.

 _{Estão incluídas neste grupo todas as tubulações de aço, ferro forjado, metais não-ferrosos e grande}

parte das tubulações de plásticos, vidro e porcelana, onde se empregam normalmente as ligações de solda ou de rosca. Incluem-se também a maioria das tubulações de ferro fundido, cujas varas do tubo são usualmente ligadas com ponta e bolsa.

Ligações Flangeadas



_{Caso B}



_{Para a ligação corrente de uma vara na outra, em algumas tubulações de 4" ou}

maiores, de materiais em que não se possa empregar solda. Incluem-se neste grupo

principalmente as tubulações de ferro fundido e as de ferro ou aço com

revestimentos internos.



_{Os flanges podem ser integrais, isto é, fundidos ou forjados juntamente com o}

tubo, ou independente, soldados ou rosqueados ao tubo. Os flanges de válvulas,

bombas, compressores, turbinas e outras máquinas, são quase sempre integrais

com esses equipamentos.

JUNTAS PARA FLANGES

_{Em todas as ligações flangeadas existe sempre uma junta que é o elemento de vedação.}

_{Quando em serviço, a junta está submetida a uma forte compressão provocada pelo aperto dos}

parafusos, e também a um esforço de cisalhamento devido à pressão interna do fluido circulante.

_{O material da junta deverá ser deformável e elástico, para compensar as irregularidades das}

faces dos flanges dando una vedação perfeita, e para suportar as variações de pressão e de temperatura.