Estudos Específicos de Sistemas da Tubulação

Projeto RPBCDia 06.08.08

Latiel

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“Um dos atos mais inseguros para

qualquer atividade é a DÚVIDA”

Segurança

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TuboO que é tubo?O que é tubo?

São condutos fechados, de seção circular apresentando-se como cilindros ocos, destinados principalmente ao transportes de Fluidos. Chama-se de “Tubulação” um conjunto de tubos e de seus diversos acessórios.A existência dos tubos decorre principalmente da necessidade de geração ou de armazenamento dos fluidos estar, em geral, distante do 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 kgf/mm²), e desde próximo do zero absoluto até as temperaturas dos metais em fusão.

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HistóriaHistóriaO emprego de tubulações pelo homem antecede provavelmente a história escrita. Foram descobertos vestígios ou redes completas de tubulações nas ruínas da Babilônia na China antiga, de Pompéia e em muitas outras. Os primeiros tubos metálicos foram feitos de chumbo, séculos antes da Era Cristã. Pelo século XVII começaram a aparecer os tubos de ferro fundido para água, havendo tubulações desse tempo ainda em funcionamento, como por exemplo, as instalações para as fontes dos jardins do Palácio de Versalhes na FrançaOs tubos de aço, que hoje dominam largamente quase todos os campos de aplicação industrial, são de desenvolvimento relativamente recente, datando de 1825 o primeiro tubo de aço, fabricado na Inglaterra. Só em 1886, com a primeira patente dos irmãos Mannesmann, do “laminador obliquo”, foi possível produzir economicamente tubos de aço sem costura. Por essa época os tubos de aço eram necessários principalmente para resistir às pressões cada vez mais altas das tubulações de vapor.

A importância dos tubos na indústria é enorme, sendo considerado equipamentos industriais de uso generalizado. Na geração de vapor a tubulação representa em média 50 a 70% do valor de todos os equipamentos de uma planta de processamento, e 15 a 20% do custo total da instalação.Na nomenclatura americana os tubos são chamados de "Pipe" ou de "Tubing" entre esses dois termos não há uma distinção muito rígida.Os "Tubing" são empregados principalmente nos trocadores de calor, caldeiras e para conduzir sinais (tubos de instrumentação). A "Comision Pan - Americana de Normas Técnica" a “COMPANT” recomendou recentemente que se chame de "Tubos para Condução".

ImportânciaImportância

Tubo

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Materiais

Emprega-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 Materials – Sociedade Americana para Testes e Materiais), especifica mais de 150 tipos diferentes de materiais.

A escolha do material adequado para uma determinada aplicação 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 necessário, das sobrecargas externas e, em certos casos, da resistência ao escoamento (perdas de cargas).

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Principais materiais

TUBOS TUBOS METÁLICOSMETÁLICOS

FERROSOFERROSOSS

NÃO NÃO FERROSOSFERROSOS

AÇOS – CARBONO AÇOS – CARBONO AÇOS – LIGAAÇOS – LIGAAÇOS INOXIDÁVEISAÇOS INOXIDÁVEISFERRO FUNDIDOFERRO FUNDIDOFERRO FORJADOFERRO FORJADOFERROS LIGADOSFERROS LIGADOSFERRO MODULARFERRO MODULAR

COBRECOBRELATÕESLATÕESBRONZESBRONZESMETAL MONELMETAL MONELCOBRE-NÍQUELCOBRE-NÍQUELNÍQUELNÍQUELCHUMBOCHUMBOALUMÍNIOALUMÍNIOTITÂNIO, ZIRCÔNIO ETC.TITÂNIO, ZIRCÔNIO ETC.

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Processos de fabricação

1.1. FundiçãoFundiçãoNesses processos o metal em estado liquido é despejado em coquilhas, onde solidificam-se adquirindo a forma final. Fabricam-se por esse processo, tubos de ferro fundido, de alguns aços especiais não-forjáveis, e da maioria dos Materiais não metálicos, tais como: vidro, porcelana etc.

2.2. ExtrusãoExtrusão Na fabricação por extrusão um tarugo maciço do material em estado pastoso, por efeito da alta temperatura ≅ 1200ºC é colocado em um recipiente de aço de baixo de uma poderosa prensa que em uma única operação, que dura poucos segundos, empurra o material através de uma passagem que promove a conformação do tubo.Fabrica-se por extrusão tubos de aço de pequenos diâmetros, (abaixo de Ø 3") e também tubos de alumínio, cobre, latão, bronze, chumbo e matérias plásticas.

EXISTEM 4 GRUPOS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DE FABRICAÇÃO DE EXISTEM 4 GRUPOS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS DE FABRICAÇÃO DE TUBOSTUBOS

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Processos de fabricação

3.3. LaminaçãoLaminação É o processo mais importante para a fabricação de tubos de aço sem costura.Emprega-se para a fabricação de tubos de Aços-Carbono, Aços-Liga e Aços–Inoxidáveis de 3” a 26" de diâmetros. Há vários processos de fabricação por laminação, o mais importante deles é o processo "Mannesmann”, que consiste resumidamente nas seguintes operações:Um lingote cilíndrico de aço com o diâmetro externo aproximado do tubo que se vai fabricar é aquecido a cerca de 1200ºC e levado ao denominado “laminador obliquo”.4.4. Tubos com costura soldados na longitudinalTubos com costura soldados na longitudinal

Todos os tubos com costura são fabricados a partir de uma bobina continua ou de uma chapa que é dobrada e em seguida soldada nas extremidades, (longitudinais).

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Aço-Carbono

80% de 80% de todos os todos os

tubos tubos usados na usados na

indústria de indústria de processameprocessame

ntonto

Baixo Preço Excelentes Qualidades Mecânicas

Facilidade de ser Trabalhado

Vantagens:Vantagens:

O Aço-Carbono é o material de uso geral para tubulações que trabalham com água doce, vapor condensado, ar comprimido, óleos, gás e outros fluídos pouco corrosivos, em temperaturas desde -30ºC e a qualquer pressão.

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GalvanizaçãoGalvanização

Resistência à corrosãoUsados em serviços com água potável e ar de instrumento (água e ar comprimido)

Consiste em um revestimento interno e externo de zinco depositado a quente.

Vantagens da Galvanização:Vantagens da Galvanização:

Os Aços–Carbono, quando expostos á atmosfera sofrem uma corrosão generalizada (oxidação) que é tanto mais intensa quanto maiores forem a umidade e a poluição do ar. Em temperaturas acima de 480ºC o Aço-Carbono começa a ter sua resistência mecânica fortemente reduzida e também passa a sofrer uma intensa oxidação superficial (Scaling).De 400 à 450ºC o Aço-Carbono está sujeito ao fenômeno de deformações lentas. Por fluência (Creep), que serão tanto mais acentuadas quanto maiores forem as temperaturas, os esforços e quanto mais prolongado for o tempo de atuação. Por todas essas razões, raramente emprega-se o Aço-Carbono para serviços em temperaturas superiores á 450ºC, embora a norma ANSI B.31 ( American Standard Code For Pressure Piping), permita o seu uso em alguns casos até 590ºC

Aço-Carbono

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Aço-Carbono

Altas temperaturasAltas temperaturas → O aço-carbono quando submetido durante longo tempo a temperaturas acima de 400ºC, está sujeito a uma precipitação do carbono (grafitização) que torna o material quebradiço.

Desvantagens:Desvantagens:

Altas porcentagem de carbonoAltas porcentagem de carbono → Quanto mais alto for a percentagem de carbono, maior será a dureza do aço, e maiores serão os limites de rupturas e de escoamento. Entretanto os aços de alto carbono são difíceis de soldar e dobrar, razão pela qual limita-se a quantidade de carbono em (0,35%) para tubos de aço.

Baixas temperaturasBaixas temperaturas → Em temperaturas muito baixas o aço-carbono apresenta um comportamento quebradiço, estando sujeito a fraturas frágeis. Esse efeito é melhorado quando o aço é de baixo carbono, por este motivo, os aços para trabalho em temperaturas inferiores a 0°C devem ser acalmados. , com o máximo de 0,3% de carbono e normalizados para uma granulação fina.

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Aço-CarbonoEspecificações mais comuns da ASTM:Especificações mais comuns da ASTM:

ASTM A-53 Qualidade médiaOs tubos podem ser pretos, isto é sem acabamento, ou galvanizados.

De 1/8" a 24" de diâmetro nominal, para uso geral, por essa especificação não é sempre acalmado. Com ou sem costura

A especificação distingue 2 graus de material:Tubos sem costura ou fabricados por solda de resistência elétrica, aço de baixo carbono, ruptura 33 kgf/mm², escoamento 20 kgf/mm² (grau “A”)Tubos sem costura ou fabricados por solda de resistência elétrica, aço de médio carbono, ruptura 41 kgf/mm², escoamento 24 kgf/mm² (grau “B”).

Para encurvamento a frio devem ser usados tubos de grau “A”. Embora os limites máximos de temperatura permitidos pela norma ANSI.B-31 para os tubos A-53, graus A e B, sejam os mesmos dos tubos A-106 (graus A e B), os materiais dessa especificação não devem ser usados em serviço permanente acima de 400ºC.Os Tubos de acordo com a ASTM A-53 são mais baratos do que os tubos de acordo com a ASTM A-106, e por isso representam a maior parte das tubulações de aço-carbono das instalações industriais em geral.

Essa especificação fixa também as exigência de composição química e de propriedades mecânicas que o material deve satisfazer

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API-5 Qualidade médiaEspecificação do American Petroleum Institute para tubos de aço-carbono

Abrange tubos de 1/8” a 36” de diâmetro nominal, pretos, com ou sem costuraOs graus de material, os requisitos de composição química e de propriedades mecânicas são semelhantes aos da especificação ASTM A-53

ASTM A-106 Alta QualidadeEspecificação para tubos de aço-carbono Sem Costura, 1/8” a 24” de diâmetro nominal

Uso em temperaturas elevadas (acima de 400°C). Essa especificação fixa as exigências de composição química e de propriedade mecânicas que o material deve satisfazerRecomenda - se o uso de tubos A-106 quando ocorrem temperaturas de Trabalho acima de 400ºC, por longo tempo.

Aço-Carbono

Especificações mais comuns da ASTM:Especificações mais comuns da ASTM:

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Aço-CarbonoA especificação abrange 3 graus de materiais:A especificação abrange 3 graus de materiais:

C MN SIGrau "A" BAIXO 0,25 0,27-0,93 0,10Grau "B" MÉDIO 0,30 0,29-1,06 0,10Grau "C" ALTO 0,35 0,29-1,06 0,10

ESPECIFICAÇÃO DO GRAU ELEMENTOS DE LIGA (%)

Grau A:Grau A:Para serviços em que haja encurvamento a frio devem ser empregados tubos de Grau “A”.Tubulações para óleos até 590ºC, e em tubulações para vapor até 480ºC.

Grau B:Grau B:

Grau C:Grau C:Os tubos de Grau “C” são fabricados apenas, eventualmente, sob encomenda. Só podem ser empregados, em qualquer caso, até 200ºC.

Tubulações para óleos até 590ºC, e em tubulações para vapor até 480ºC.

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API-5LX Alta ResistênciaEspeciais para oleodutos e gasodutosCom ou sem costuraDe acordo com a norma ANSI B.31 os tubos desta especificação não deve ser empregados para temperaturas acima de 200ºC

GRAU RUPTURA ESCOAMENTOX 42 42 kg/mm² 29kg/mm²X 46 44 kg/mm² 32kg/mm²X 52 46 kg/mm² 36 kg/mm²X 60 52 kg/mm² 42 kg/mm²X 65 54 kg/mm² 45 kg/mm²X 70 58 kg/mm² 49 kg/mm²

Aço-Carbono

Abrange 6 graus de material, todos de aço médio carbono

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Aço-Liga / Aço Inoxidável

Aços de Baixa Liga - Até 5% de elementos de liga.Aços de Baixa Liga - Até 5% de elementos de liga.

Dividem-se em:Dividem-se em:

São os mais empregados, e são compostos ferríticos (Magnéticos), com adição de cromo, de Molibdênio e às Vezes de Níquel.

Aços de Média Liga - Até 5% a 10% de elementos de liga.Aços de Média Liga - Até 5% a 10% de elementos de liga.

Aços de Alta Liga – Mais de 10% de elementos de liga.Aços de Alta Liga – Mais de 10% de elementos de liga.

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Aço-Liga / Aço Inoxidável

Utilização:Utilização:

Altas temperaturasAltas temperaturasTemperaturas acima dos limites de uso do aço-carbono, ou mesmo abaixo desses limites, quando exigida grande Resistência Mecânica, Resistência a Fluência ou Resistência à corrosão.O Molibdênio é o elemento mais eficiente para melhorar o comportamento em altas temperaturas, aumentando muito a resistência à Fluência do aço.

Baixas temperaturasBaixas temperaturasA adição de Níquel tem por finalidade aumentar a resistência a corrosão e combater a tendência dos aços de tornarem-se quebradiços em temperatura muito baixas.

Inferiores a 30°C

Até 650°C

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Alta corrosãoAlta corrosãoServiços com fluidos corrosivos, mesmo quando dentro da faixa de emprego dos Aços-Carbono. De um modo geral, os aços liga e inoxidável tem melhores qualidades de resistência à corrosão e a erosão do que os Aços-Carbono. Existe, entretanto, numerosos casos de exceção: a água salgada por exemplo, destrói os aços especiais tão rapidamente como os Aços-Carbono.Os aços-liga têm em relação Aço–Carbono, melhor comportamento em altas temperaturas, tendo não só a maior resistência à oxidação como também maior resistência à fluência e a maiores tensões de ruptura e escoamento.A resistência à oxidação é aproximadamente proporcional à quantidade de Cromo. Quando o conteúdo de Cromo é superior a 1% não há ocorrência de grafitização nas soldas. A temperatura máxima admissível em serviços continuo, dependendo do tipo de liga, pode atingir a 650ºC. A adição de Níquel tem por finalidade aumentar a resistência a corrosão. A resistência dos aços-liga à atmosfera e à água doce é melhor do que a dos Aços-Carbono, embora também se cubra de ferrugem em relação aos ácidos, álcalis quentes e água salgada. O comportamento dos Aços-Liga é semelhante ao dos Aços-Carbono, não havendo melhoria sensível. Os aços-liga com Cromo (Cr) resistem muito bem aos Hidrocarbonetos quentes com impurezas Sulforosas e também resistem melhor as modificações de estrutura cristalina causadas pelo hidrogênio em altas pressões e temperaturas (comportamento quebradiço). Para todos esses serviços o aço será tanto melhor quanto maior for a percentagem de cromo.

Aço-Liga / Aço Inoxidável

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Aço-Liga / Aço InoxidávelEspecificações mais comuns da Especificações mais comuns da ASTM:ASTM:A-335A-335

Altas temperaturasCromo - Molibdênio

A-333A-333Baixas temperaturasNíquel

CR MO NIA-335 Gr. P-1 ----- 1/2 ----- 500A-335 Gr. P-5 5 1/2 ----- 590

A-335 Gr. P-11 1.1/4 1/2 ----- 620A-335 Gr. P-22 2.1/4 1 ----- 550

A-333 Gr. 3 ----- ----- 3.1/2 -100A-333 Gr. 7 ----- ----- 2.1/4 -60

ESPECIFICAÇÃO E GRAU ELEMENTOS DE LIGA (%) LIMITES DE TEMPERATURAS NÃO CORROSIVOS (SERVIÇO CONTINUO) C"

Principais Graus de Material:Principais Graus de Material:

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Para temperaturas abaixo de -30ºC usam–se aços-liga com adição de NI, que apresenta boa ductilidade e resistência ao impacto, mesmo em temperaturas extremamente baixas.Todos os aços–liga ferriticos são difíceis de soldar, exigindo um pré-aquecimento e um recozimento posterior para evitar fissuras nas soldasOs Aços-Inoxidáveis (Stainless Steel) são os que não se enferrujam mesmo em exposição prolongada à atmosfera normal. Essa propriedade é obtida pela adição de pelo menos 12% de Cromo Os Aços-Inoxidáveis mais usuais são compostos austeníticos (não magnéticos) de alta liga com 16% a 26% de Cromo (CR) e 8% a 20% de Níquel (NI) alem de menores percentagens de outros elementos.Os Aços-Inoxidáveis tem grande resistência a ruptura (especialmente a altas temperaturas) e elevada resistência à corrosão para a maioria dos fluídos industriais. Essa resistência é principalmente grande a oxidação, aos compostos de enxofre e à perda de Ductilidade devida ao hidrogênio livre. O cromo age também como inibidor da grafitização em altas temperaturas.Os Aços-Inoxidáveis são inertes em relação à maioria dos compostos orgânicos. Esses aços estão sujeitos à corrosão sob tensão e a severa corrosão alveolar (Pitting), quando em contato com a água salgada, cloretos e numerosos outros compostos clorados.

Aço-Liga / Aço Inoxidável

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Aço-Liga / Aço Inoxidável

A especificação mais comum para tubos de aço inoxidáveis é a ASTM-A-312, que abrange vários tipos de materiais denominados "Aços 18.8" dos quais os mais usuais são os seguintes:

Cr Ni Outros Máxima Mínima304 Austenítica 18 8 600 -225

304 L Austenítica 18 8 C (máx.): 0,03 400 sem limite316 Austenítica 16 10 Mo: 2 650 -195

316 L Austenítica 16 10 Mo: 2 / C (máx.): 0,03 400 -195321 Austenítica 17 9 C Ti: 0,5 600 -195347 Austenítica 17 9 C Nb +Ta: 1 600 -225405 Ferrítica 12 ----- Al: 0,2 470 zero

Tipos (denominação do AISI)

Estrutura Metalúrgica

Elementos de Liga (%) Limites de Temperatura (°C)

Os Aço - Inoxidável podem trabalhar em serviço continuo, desde 270ºC até 700ºC, alguns tipos podem trabalha até 900ºC.

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Diâmetros Comerciais para Tubos de Aço

Os diâmetros comerciais dos “Tubos para Condução” (Steel Pipe) são definidos pelas seguintes normas:

ANSI.B.3610 – Aço-carbono e aço-ligaANSI.B.3619 – Aço-inoxidável.

Essas normas abrangem tubos fabricados por qualquer um dos processos usuais de Fabricação.

Todos esses tubos são designados por um numero chamado “Diâmetro Nominal IPS” (Iron Pipe Size) ou “Bitola Nominal”.

A norma ANSI.B.3610 abrange tubos desde Ø 1/8” até 36” e a norma ANSI.B.3619 abrange tubos de Ø 1/8” até 12” De 1/8” até 12” o diâmetro nominal não corresponde a nenhuma dimensão física dos tubos, de 14” até 36” o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos.

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Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com varias 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.

Série Dimensão20 0,250" 8,125"40 0,322" 7,981"80 0,500" 7,265"160 0,906" 6,813"

8" 8,625"

Diâmetro Nominal

Diâmetro Interno

EspessuraDiâmetro Externo

Exemplo:Exemplo:

Diâmetros Comerciais para Tubos de Aço

Antes da norma ANSI.B.3110 os tubos de cada diâmetro nominal eram fabricados em três espessura diferentes conhecida como “Peso Normal” (S) “Extra Forte” (XS) e “Duplo Extra Forte” (XXS). Estas designações apesar de obsoletas, ainda estão em uso corrente.

Para os tubos de peso normal até Ø 12” o diâmetro interno é aproximadamente igual ao diâmetro nominal.

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Pela norma ANSI.B.3610, foram adotados um numero as “séries” (SHEDULE NUMBER) para designar a espessura ou peso dos Tubos. O numero de serie é obtido aproximadamente pela seguinte expressão:

Série = 1000P

S

Onde, P= pressão interna de trabalho em Psi S= Tensão admissível de material em Psi

A citada norma padronizou as séries 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120,140 e 160 sendo que, para a maioria dos diâmetros nominais, apenas algumas dessas espessuras são fabricadas.

Diâmetros Comerciais para Tubos de Aço

A série 40 corresponde ao antigo "peso normal" nos diâmetros até 10", e são as espessuras mais comumente usadas na prática, para os diâmetros de 3" ou maiores.Para os tubos acima de Ø 10" a série 40 é mais pesada do que o antigo peso normal. Para os tubos até Ø 8” a serie 80 corresponde ao antigo XS. Fabricam-se ainda tubos de até Ø 8” com a espessura XXS que não tem correspondentes exato nos números de série, sendo próximo da serie 160

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Tubos de ferro fundido e ferro forjado

Usados para água , gás, água salgada e esgoto, em serviços de baixa pressão e onde não ocorre grandes esforços mecânicos. Tem boa resistência á corrosão, principalmente a corrosão do solo e grande duração. Os tubos de boa qualidade são fabricados em moldes centrifugados.

No Brasil há vários fabricantes de tubos de ferro fundido que fabricam tubos:

De 2” até 24” de diâmetro externo (50mm a 600mm);Com extremidades lisas de ponta e bolsa rosqueadas;Com flanges integrais;De acordo com as normas EB-43 e P.EB-137 da ABNT esses tubos são testados para pressões até 30kgf/cm².

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Tubos de materiais plásticos

Os materiais plásticos sintéticos são atualmente o grupo mais importante dos materiais não-metálicos utilizados em tubulações industriais. Seu emprego 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 continuo dos plásticos tende a tornar maior ainda a expansão do emprego desses últimos.

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Tubos de materiais plásticos

Pouco peso, densidade variando entre 0,9 e 2,2 g/cm³;

Alta resistência à corrosão;

Coeficiente de atrito muito baixo;

Baixa resistência mecânica; o limite de resistência à tração é da ordem de 1,5 a 10kgf/mm² para a maioria dos plásticos;

Facilidades de fabricação e de manuseio (podem ser cortados com serrote);

Baixa condutividade térmica e elétrica;

Boa aparência, dispensado pintura;

Alguns plásticos podem ser translúcidos, permitindo a observação visual da circulação dos fluidos pelos tubos.

Vantagens:Vantagens:

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Baixa resistência ao calor; essa é maior desvantagem. Apesar dos grandes progressos que têm sido conseguidos, a maioria desses materiais não pode trabalhar em temperaturas superiores a 100ºC;

Pouca estabilidade dimensional, estando sujeitos a deformações por fluência em quaisquer temperaturas (cold-creep);

Insegurança nas informações técnicas relativas a comportamento mecânico e a dados físicos e químicos. A margem de erro que se pode esperar nessas informações sobre os materiais plásticos é bem maior do que nas relativas aos metais;

Alto coeficiente de dilatação, até 15 vezes o do aço-carbono;

Alguns plásticos são combustíveis ou pelo menos capazes de alimentar vagarosamente a combustão.

Desvantagens:Desvantagens:

Tubos de materiais plásticos

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Flanges de aço

Os Flanges de Aço – Carbono e de Aço – Liga costumam ser de fabricação forjada.

Para os Flanges de Aço – Carbono emprega-se o aço ASTM A-181 para temperaturas até 400ºC e pressões nominais até 20 kgf/cm², e o aço ASTM A-105 (acalmado com Si) para temperaturas até 510ºC e pressões mais altas.

Para os flanges de Aço – Liga, o material mais comum são os aços ASTM A-182, com vários graus e percentagens diferentes de Cromo e Molibdênio.

Para diâmetros grandes (acima de 20”) é usual o emprego de flanges de aço fundido ou flanges fabricados de chapa devido ao alto custo de peças forjadas de grandes dimensões.

Os flanges de aço fundido podem ser aceitos, mesmo para serviços severos, desde que obedeçam a rigorosas condições de fabricação de inspeção. A (especificação ASTM A-216 Gr WCB, por exemplo).

Os flanges feitos de chapa apresentam com freqüência defeitos de dupla laminação, principalmente quando as espessuras são muito grandes.

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VálvulasSão dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper o fluxo em uma tubulação. São os acessórios mais importantes nas tubulações, e por isso devem merecer o maior cuidado na sua especificação, escolha e localização. Em qualquer instalação deve haver sempre o menor numero possível de válvulas, pois são peças caras, onde sempre há possibilidade de vazamento (em juntas, gaxetas etc.) e que introduzem perdas de carga, às vezes de grande valor. As válvulas são, entretanto peças indispensáveis, sem as quais as tubulações seriam inteiramente inúteis. Para confiabilidade operacional das válvulas é necessário fazer os testes de corpo, sede e contra-sede e inspecionar as gaxetas antes da instalação definitiva.O Profissional especifico de tubulação tem como dever conhecê-las através das simbologias ou siglas.

Simbologia:Simbologia:

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Válvulas

Válvulas Globo:Válvulas Globo:Devem ser instaladas de forma que o fluido entre sempre pela face inferior do tampão.São usadas principalmente para serviços de regulagem e de fechamento estanque em linhas de água, óleos, líquidos em geral (não muito corrosivos).

Válvulas de Retenção:Válvulas de Retenção:Permitem a passagem do fluido em um sentido apenas, fechando–se automaticamente por diferença de pressões exercidas pelo fluido em conseqüência do próprio escoamento, se houver tendência á inversão no sentido do fluxo. São válvulas de operação automática.Empregam-se válvulas de retenção quando se quer impedir determinada linha de qualquer possibilidade de retorno do fluido por inversão do sentido de escoamento.

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Purgador termostático de fole:Purgador termostático de fole:

Purgador

Consiste em uma caixa contendo no interior um pequeno fole que comanda a válvula de saída do condensado. O fole contem um líquido com ponto de ebulição inferior ao da água.

O purgador funciona pela diferença de temperatura que existe sempre, para a mesma pressão, entre o vapor e o condensado.

O vapor, por ser mais quente, vaporiza o liquido dentro do fole, que se dilata e fecha a válvula, impedindo a saída do vapor. O condensado e o ar, como são mais frios, contraem o fole que abre a válvula deixando-os escapar.

Esse tipo de purgador é empregado para médias e baixas pressões (até 3,5 MPa) principalmente quando se tem grande volume de ar a eliminar. A descarga do condensado é internamente, demorada, e a perda de vapor é relativamente grande. Não pode ser empregado para vapor superaquecido.

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Proteção de tubulações enterradas e submersasAs tubulações enterradas e submersas, exceto quando de materiais inertes (concreto, barro vidrado, plástico etc.), devem receber uma proteção externa contra a corrosão. Essa proteção serve também para atenuar possíveis danos mecânicos e para controlar a ação eletrolítica de correntes elétricas subterrâneas.

Tanto no subsolo como embaixo d’ água, existem correntes elétricas, que caminham pelo tubo, em conseqüência das diferenças de potencial entre o tubo e o solo / água, e de um ponto para outro do próprio solo / água. Dependendo da intensidade dessas correntes, a corrosão resultante é às vezes violenta, perfurando completamente em certos pontos a parede metálica do tubo em pouco tempo.

O sistema de proteção usual para tubulações enterradas consiste na pintura com tintas betuminosas, e no envolvimento posterior do tubo com uma fita impermeável, para a proteção mecânica da pintura. Exige-se sempre que a superfície metálica esta completamente limpa, antes da aplicação da tinta.

Como ocorre a corrosão?Como ocorre a corrosão?

Como proteger?Como proteger?Tubo protegidoCorrosãoDiferença de

Potencial

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Proteção Catódica

É um sistema de controle de corrosão recomendado para tubulações enterradas ou submersas, principalmente quando importantes ou quando em solos muito agressivos, onde seja possível o aparecimento de correntes elétricas de grande intensidade.

Diferença de Potencial

Corrosão

Esse sistema consiste essencialmente em obrigar-se a tubulação a comportar-se como catodo, ficando assim imune à corrosão.

Nos casos correntes, isso é conseguido através dos “ anodos de sacrifício”, que são peças de metais altamente anódinos (Mg, Zn, Al), enterrados no solo de espaço em espaço e ligados eletricamente ao tubo.

Na pilha galvânica que se forma, os anodos de sacrifício são consumidos, devendo ser substituídos ao fim de um certo tempo, ficando o tubo protegido.

Anodos de sacrifício

Como proteger?Como proteger?

O que é?O que é?

Como funciona?Como funciona?

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Como a diferença de potencial entre os ânodos de sacrifício e o aço dos tubos é de apenas cerca de um volt, esses ânodos podem não ser suficientes para manter o tubo catódico em solo de grande resistividade, devendo-se empregar o sistema de proteção catódica por “corrente impressa”.

Temos agora uma fonte externa de energia que introduz uma corrente continua entre o tubo e os ânodos, que devem ser nesse caso, de outros materiais, como grafita ou ligas especiais (FE-SI, FE-CR-SI, PB-AG-SB, etc.).

A alimentação elétrica deve ter uma resistência regulável e instrumentos de medição da voltagem e da intensidade.

Proteção Catódica

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Metais dos AçosO ferro está na natureza em forma de óxido devido a sua afinidade com o oxigênio. Para obter o ferro metálico, deve–se separar a união ferro-oxigenio. O minério é posto em contato com o carbono que tem uma maior afinidade com o ferro. Isto é feito no alto forno, onde se obtém o ferro gusa.

Posteriormente para produzir aço ou ferro fundido. O ferro gusa é beneficiado em diferentes tipos de forno. A função do carbono é desoxidar e de acordo com o teor deste com o ferro, modifica-se suas propriedades mecânicas.

Alto Forno Ferro GusaSistema de Operação do Alto Forno

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O ferro tem uma capacidade de dissolver carbono até certo limite. Acima de 1,7% de carbono, o ferro está saturado de carbono, e este fica em estado livre. Esta é a diferença entre o aço e o ferro fundido. Assim, sendo defini-se aço como uma liga de ferro-carbono de 0,05 à 1,7% de carbono.

Com maior teor de carbono, o aço aumenta a resistência à tração, o limite elástico e a dureza, diminui o alongamento e a resistência, perde a propriedade de ser forjado, tem maior facilidade a ser temperado e dificulta sua soldabilidade.

Nos aços o carbono aparece em forma de união química com carboneto de ferro, denominado cementita FE3C, isto quer dizer que 3 átomos de ferro estão combinados com 1 átomo de carbono.

Metais dos Aços

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Aço carbonoNa prática, podemos estabelecer os dois estados mais importantes do aço carbono:

Estado estável a frio:Estado estável a frio: abaixo de 723ºC em que o ferro não dissolve o carbono. Estado estável a Quente:Estado estável a Quente: Acima de 723ºC, chamado ponto de transformação, o ferro dissolve totalmente o carbono. O ponto de transformação varia de acordo com o teor de carbono do aço entre 723 a 1.130ºC.

Estado Quente

Estado Frio

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Em um exame microscópio de um aço carbono com menos de 0,83% de carbono, recozido pode-se ver a presença de três constituintes fundamentais: Ferrita, Perlita, Cementita.Ferrita, Perlita, Cementita.

A FerritaFerrita é ferro puro (Ferro Alfa)

A CementitaCementita á a união Química Ferro-Carbono (FE3C)

A PerlitaPerlita está sob a temperatura de transformação (723ºC), como um cristal misto composto por lâminas de Cementita intercaladas com lâminas de Ferrita.

Ferrita Cementita Perlita

Aço carbono – Constituintes fundamentais

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De acordo com o teor de carbono, o aço mostrará menor ou maior quantidade de grãos de Ferrita pura, Perlita ou Cementita pura. Acima do ponto de transformação do aço (723ºC), os constituintes podem dissolver-se entre si, produzindo uma solução sólida.Nesta fase todo o carbono que está dissolvido no ferro e chama-se Austeníta.Austeníta.

Austenita

Aço carbono - Austenita

AustenitaAustenita

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Aço carbono – Tratamentos térmicosRecozimento:Recozimento:

Se o aço esta a uma temperatura superior ao seu ponto de transformação e deixar-se esfriar lentamente, a Austeníta passara á perlita.Vantagem:Vantagem: O grão afina-se, aliviam-se as tensões e homogenizam-se as estruturas.

Se ao passar do estado “austenítico” resfriando-se bruscamente, então temos um estado intermediário chamado Martensita.O aço no estado martensítico é frágil, duro, com grandes tensões internas e com coeficiente de segurança quase nulo, por esta razão a maioria dos aços temperados precisam um revenimento depois da tempera.

Têmpera:Têmpera:

Revenimento:Revenimento:O Revenimento consiste em aquecer o aço temperado sob a temperatura de transformação e deixar resfriar lentamente, se bem que pode-se efetuar o resfriamento mais rápido, mergulhando - se em óleo ou água fria.

Quando se esquenta o aço temperado, a Martesita sofre uma transformação sob a influencia da temperatura e seu estado molecular apresenta diferentes fases que se conhecem como “Troostita – Osmondita – Soorbita ”.A estrutura destes três estados são laminas de Ferrita e Cementita finíssimas.

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Através deste trabalho conhecemos de forma parcial o esquema de montagem e fabricação dos tubos, com seus elementos de composição, atendendo as especificações das normas da ASTM-( AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ) e API-5LX.

Considerações Finais

GRAUASTM A-106 Distinguem 3 Graus (A,B,C)ASTM A-53 Distinguem os graus (A,B) e podem ser Galvanizados ou Não Galvanizados

API 5LX Distinguem seis Graus de Materiais Grau 42-46.-52-60-65-70API 5L Distinguem os Graus (A,B)

ASTM A-335 P1 – P5 - P11-P22ASTM A-333 P3-P7ASTM A-312 Que abrange vários tipos de materiais Tipo AISI 304-316-321-347-304L-316L-405ANSI B-3610 Abrange tubos desde 1/8” até 36”ANSI B-3619 Abrange tubos desde 1/8” até 12”ASTM A-105 Flanges (Alcamados com Silício) para temperatura até 510ºC para atender as Tubulações de Aço-Carbono.ASTM A-182 Flanges de Aços – Liga e Inoxidáveis (Com elementos de Liga Cromo e Molibdênio)

NORMA

Verificamos que conforme as normas acima, tubos de Ø 1/8” até 12”, o diâmetro nominal não corresponde a nenhuma dimensão física dos tubos, devido a variação de espessuras entre o diâmetro interno e externo dos tubos, foram fabricados em outro padrão, totalmente descaracterizado da escala de tubos de Ø 14” até 36”.

Por essa razão que tubos de Ø 1/8” até 12” mede-se internamente mais espessura em polegadas.Ex: 6.625 – 8.625 x 10.750 – 12.750 tubos de 14” até 36 mede-se em polegadas externamente.

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Tubos de aço-liga contendo níquel são materiais especiais para uso em temperaturas muito baixas, sendo a temperatura limite tanto mais baixa quanto maior for a quantidade de níquel.

Tubos de aço-liga molibdênio e Cromo-Molibdênio contem até 1% de Mo e até 9% de Cr em diversas proporções, sendo materiais ferríticos (Magnético), especifico para emprego em Temperaturas elevadas.O Cromo atua na melhoria da resistência a oxidação em altas temperaturas e na corrosão. O Molibdênio é o elemento mais importante na melhoria da resistência a fluência do aço contribuindo também para aumentar a resistência a corrosão alveolar.

Os Tubos de Aço-Carbono geralmente são composto com manganês e silício. A adição de manganês produz também um acréscimo nos limites de ruptura e de escoamento.

Os aços-carbono com silício são chamados “acalmados” ou “desoxidado”s para distinguir dos aços efervescentes, que não tem silício, os Aços-Carbono alcamados tem estrutura cristalina mais fina e uniforme sendo de qualidade superior aos efervescentes.

Adição de até 1% de Silício, para eliminar os gases.

Considerações Finais

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A Circunferência é a base principal no desenvolvimento de traçados de tubulação e caldeiraria e representa o tubo na forma física com suas geratrizes e linhas de centro.

Circunferência

Circunferência:Circunferência:

Serve para obter-se qualquer ângulo na formação de gabarito para qualquer peça.Circunferência é igual à 360º Graus, dividida por quatro partes iguais, formam-se quatro ângulos de 90º, se continuar dividindo encontra-se graus para qualquer ângulo de curvas de tubulação.

Para que serve?Para que serve?

As curvas são formadas de raios curtos (RC) e raios longos (RL). A curva de raio curto (CRC) é igual a um diâmetro (Ø) nominal do tubo, a curva de raio longo (CRL) é igual uma vez e meia do Diâmetro do Tubo.EX: 6” x 1,5= 9”Ø Para (CRL) 6” x 1 = 6”Ø Para (CRC)

Raio longo e raio curto:Raio longo e raio curto:

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Raio é a medida do centro da circunferência a qualquer extremidade da mesma.Formação de uma constante para obter medida de um raio de curva 90º (RL) em milímetro (mm).

EX: 25,4 x 1,5 = 38,1 (Formada a Constante) para (CRL) 90º = 38,1 38,1 x 6” = 228,6 mm

Lembrando que a (CRC) o raio é igual a o diâmetro nominal do tubo em milímetro 6 x 25,4 = 152,4.

Constante para curva raio longo de 45ºEX: 45º ÷ 2 = 22,5 ― TAN = 0,414213 x 38,1 = 15,9 (Formada a Constante) para (CRL) 45º 15,9 x 6” = 95,4 mm

Nessa ordem encontramos a constante de qualquer raio de qualquer ângulo.30º ÷ 2 = 15 ― Tan = 0,267949192 x 38,1 = 10,2 formada a constante para (CRL) 30º = 102.102 x 6 = 61 mm.

Nesse caso as somas são arredondadas para + ou – no contesto geral atende o objetivo.

Circunferência

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a²+b²=x² a²+b²=x² → x = √(a²+b²)→ x = √(a²+b²)

Teorema de Pitágoras

Hipotenusa

Cateto

Cate

to

Pitágoras:Pitágoras:“A soma dos

quadrados dos catetos é igual ao quadrado da

hipotenusa.”

Aplicação da constante 1414. Conforme ilustrações abaixo:

Exemplo:

800² x 800² = 1131²Ou constante 1414 x 800 = 1131

A constante 1414 só coincide no ângulo de 45º.

Como Surgiu o 1414 : 1² + 1² =2 1.414

As Tubulações de modo geral devem ser compreendida em qualquer plano ou situações de montagem, fabricação ou levantamentos em planta, fluxograma e isométrico através de simbologias ou qualquer referencia as dimensões devem ser consideradas de eixo à eixo.

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Densidade

Densidade absoluta é a massa da unidade de volume de uma substância pode ser medida em gramas por centímetro cúbico, por exemplo, a densidade do Ferro (Fe) é 7,86 g/cm³, isto significa que um bloco de ferro de 1 cm³ tem massa igual a 7,86 g.

A densidade varia com a temperatura, pois os corpos geralmente dilatam–se com o aumento da temperatura ou contraem-se com a diminuição da Temperatura.

1 cm³

Quando não mencionada a Temperatura, fica subentendido que ela é de 20º C.

∆L = Variação no comprimento

L = Comprimento Final

Lס = Comprimento Inicial

α = Coeficiente de dilatação térmica

∆T = Variação de Temperatura

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Densidade

Densidade de alguns metais:Densidade de alguns metais:Material Densidade (g/cm³)Ferro 7,86Prata 10,5

Chumbo 11,4Ouro 19,3

Platina 21,4Ósmio 22,6

Exemplo: iremos calcular o peso de um Metro de Tubo de Ø 6”:Desenvolvimento:Ø = 168,3mmSCH = 7,1mmDEN = 7,86 g/m³

(Ø) – (SCH) = A(A) x (π) = B(B) x (SCH) x (METRO) = C(C) x (DENS) = X kg/m

Para Calcular o Peso do Metro de um Tubo é preciso fazer uma fórmula:

(168,3) - (7,1) = 161,2(161,2) x (3.14) = 506,168(506,168) x (7,1) x (1000) = 359,36(359,36) x(7,86) = 28,2 kg/m³

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Pré-aquecimento

O pré-aquecimento consiste no aquecimento prévio local do material na região a ser soldada, e no aquecimento entre um passe e outro da solda, até a completar a soldagem.

Quanto ao pré-aquecimento, para vários aços de uso corrente. O “Número P” (P-Number) que aparece na tabela, é um índice adotado pela norma ANSI B.31 para classificar os materiais quanto à soldabilidade; materiais que tenham o mesmo “Numero P” podem ser soldados entre si sem inconvenientes.

O pré-aquecimento destina-se a combater a tendência ao endurecimento excessivo(formação de martensita) e ao aparecimento de trincas, que se observa em muitos materiais, principalmente nos primeiros cordões de solda; costuma também ser exigido, em qualquer caso, para soldagem de matérias que estejam em temperaturas abaixo de 10ºC.

Em que consiste?Em que consiste?

Para que serve?Para que serve?

““Número P”:Número P”:

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Pré-aquecimento

Exigências de Pré-Aquecimento para a soldagem Exigências de Pré-Aquecimento para a soldagem

*Todas as peças metálicas, principalmente as de grande espessura, quando soldadas apresentam ao esfriar severas contrações, que resultam em tensões residuais frequentemente acima do limite de escoamento.

Essas tensões são evidenciadas pelos desalinhamentos e flambagens, principalmente em tubos finos ou mal suportados.

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Para obter o ferro metálico é necessário separar a forma mineral do oxigênio.O ferro em contato com o carbono sobe temperatura no alto forno forma-se o Ferro Gusa.No processo de obtenção do aço ou Ferro Fundido o Gusa é beneficiando em diferentes tipos de forno. No inicio desse processo a função do carbono é tirar o oxigênio e de acordo com a percentagem com o ferro, modifica-se suas propriedade mecânica.

O ferro naturalmente dissolve carbono até certo limite, em torno de 1,7% acima dessa quantia, o ferro fica saturado Através dessa diferença entre o aço e ferro fundido, define-se uma liga de ferro carbono de 0,05 a 1,7%.

Com o aumento do carbono, o aço aumenta a resistência a tração elasticidade e dureza, e diminui o alongamento, a resistência e perde a propriedade de ser forjado.

Nos aços, o carbono aparece em forma de união química como:Carboneto de Ferro denominado Cementita.Cementita (FE3C) = 3 átomos de ferro com 1 átomo de carbono para o aço carbono existe duas condições importantes:1- Estado estável a frio abaixo de 723ºC – Ferro não dissolve carbono2- Estado estável a quente; acima de 723ºC chamado ponto de transformação que varia de 723 a 1.130ºC.

Pré-aquecimento

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Existe 3 constituintes no aço carbono que pode ser visto:1-Ferrita – Ferro Puro2-Cementita – É a união química Ferro – carbono (Fe3c)3-Perlita – É o estado abaixo da temperatura de transformação (723ºC)

Esses constituintes dissolvendo-se (acima de 723ºC) produzem uma solução sólida chamada Austenítica

Chegamos ao estado Austenítica após o ponto de transformação -723ºC se deixar esfriar lentamente volta para o estado perlita.

Se a temperatura ultrapassar os limites de transformação do ponto austenítico e resfriar bruscamente, teremos um estado do intermediário chamado martensita. Esse processo é denominado tempera.

O aço no estado matensitico torna-se frágil, e com dureza elevada . Por essa razão os aços temperados devem passar por um tratamento térmico de revenimento após a tempera.O revenimento consiste em aquecer o aço temperado abaixo da temperatura de transformação e deixa resfriar lentamente, quando se aquece o aço temperado a “martensita” sofre uma transformação molecular dormando lamelas de Ferrita e Cementita Finíssimas.

Pré-aquecimento

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Pontos CardeaisOs Pontos Cardeais são necessários para direcionar todo esquema de montagem dentro e fora de uma área industrial, serve como ponto principal de partida referenciando o “norte” que é o marco usado como base para montagem de equipamentos e para antigo teste de arame aplicado nos encanadores.

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Os By Pass são formados por:02 válvulas de bloqueio;01 válvula Globo;01 Válvula de Controle de Pressão;01 Válvula de Dreno.

A válvula de dreno serve para despressurizar o sistema quando necessário e a VGL (Válvula Globo) que geralmente fica fechada em Stand-By, atua quando a PCV sai de operação. Nesse caso fecham-se as duas válvulas de bloqueio e abre a válvula Globo, ou seja, pára o sistema automático e libera a operação pelo sistema manual.

By Pass

Os flanges de orifício geralmente são colocados em tubulação que tem By Pass, a finalidade dos flanges “FO” através da placa denominada “FE” da norma de instrumentação, é medir as pressões de alta e de baixa montante e jusante da mesma.

Para que obtenha uma medição precisa, é necessário que a tubulação mantenha um trecho reto para conformação do Fluido e das turbulências provocadas pelos atritos internos da tubulação. Para alinhar o Fluxo e obter precisão, nesse caso o procedimento recomenda-se o mínimo de dez vezes o diâmetro a montante do par de flanges “FO”, e o mínimo de cinco diâmetros a jusante e remover todo excesso de solda do passe de raiz na junção dos flanges, para que planifiquem internamente.

Recomenda-se também, não montar o Flange de Orifício no plano Vertical.

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Dúvidas???Dúvidas???

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Fim