Aquecimento, Isolamento Térmico, Pintura e Proteção - Aula 5

TUBULAES INDUSTRIAS AULA 5 Prof. Cllio

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AULA 5 Volume I do Livro Texto

CONTEDO:

x Captulo 16

Aquecimento, Isolamento Trmico, Pintura e Proteo.


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AQUECIMENTO DE TUBULAES

Manter em condies de escoamento lquidos de alta viscosidade ou materiais que sejam slidos na temperatura ambiente. Manter determinados lquidos, por exigncia de servio, dentro de certos limites de temperatura.

MOTIVOS DE AQUECIMENTO

Pr-aquecer as tubulaes, no incio do funcionamento, para desfazer depsitos slidos.

SISTEMAS USADOS PARA AQUECIMENTO 1 Tubos de aquecimento externo paralelos ( POR UM OU MAIS TUBOS DE AQUECIMENTO) VANTAGENS:

x Baixo custo inicial x Facilidade de manuteno x Impossibilidade de contaminao do fluido

circulante

DESVANTAGENS: x Aquecimento irregular e de difcil controle x Aquecimento inicial lento

PODE-SE MELHORAR A EFICINCIA DA TROCA DE CALOR, PREENCHENDO-SE OS ESPAOS ENTRE OS TUBOS DE AQUECIMENTO E O TUBO A AQUECER COM MASSAS QUE POSSUAM ALTO COEFICIENTE DE TRANSMISSO DE CALOR. 2 Tubo de aquecimento enrolado externamente

bem mais caro e mais difcil de ser construdo do que os tubos paralelos, porm permite um aquecimento mais intenso e uniforme.

3 Tubo de aquecimento integral SISTEMA RARO, EMPREGADO APENAS EM TUBOS NO FERROSOS FABRICADOS POR EXTRUSO (alumnio, lato etc.)

Canal de aquecimento

FluidoCirculante


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4 Tubo de aquecimento interno

UTILIZADO EM TUBOS DE GRANDES DIMETROS > 20 TEM BOA EFICINCIA DE AQUECIMENTO

PRINCIPAIS DESVANTAGENS

1. Construo cara e complicada. 2. Problemas de dilatao diferencial entre os tubos (o tubo de vapor mais

quente e se aquece mais depressa). 3. Possibilidade de contaminao do fluido circulante. 4. Dificuldade de localizao e de reparo dos vazamentos. 5. No permite a limpeza mecnica interna da tubulao.

5 Camisa externa

CUSTO DE IMPLANTAO E DE MANUTENO ELEVADOS PERMITE AQUECIMENTO RPIDO, INTENSO E CONTROLADO

6 Aquecimento eltrico

CONSISTE NA COLOCAO DE FIOS ELTRICOS, LONGITUDINALMENTE OU EM ESPIRAL, POR FORA DA TUBULAO.

UTILIZA UMA CORRENTE, DE BAIXA VOLTAGEM E ALTA INTENSIDADE, CONTROLADA POR TERMOSTATO QUE MEDE A TEMPERATURA DA PAREDE DO TUBO.

O CUSTO DE INSTALAO E OPERACIONAL SO RELATIVAMENTE ALTOS

- Muito bom controle do aquecimento. - Aquecimento rpido, de partida instantnea , e uniforme

em toda a tubulao.

VANTAGENS

- Baixo custo de manuteno.


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AQUECIMENTO POR MEIO DE TUBOS EXTERNOS PARALELOS

1 Quantidade, dimetro dos tubos

baco para clculo de tubos de aquecimento. Extrado da N-42 da PETROBRAS


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2 Comprimento dos tubos de aquecimento

Presso do Vapor MPa (# Kgf/cm2)

Dimetro Nominal do Tubo de Aquecimento

Comprimento Mximo (m)

at 0,17 (# 1,7) 3/8 1/2" 3/4" 1 60 90

0,17 a 1,4 ( # 1,7 a 14) 3/8 1/2" 3/4" 1 60

120 Extrado da N-42 da PETROBRAS

QUANDO O COMPRIMENTO DA TUBULAO A AQUECER FOR MAIOR QUE O MXIMO ADMISSVEL PARA O TUBO DE AQUECIMENTO, ESTES LTIMOS SERO SUBDIVIDIDOS EM SEES SUCESSIVAS.

NO CONVENIENTE QUE OS TUBOS DE AQUECIMENTO TENHAM COMPRIMENTO MUITO

CURTO PARA EVITAR QUE OS PURGADORES TENHAM CICLOS RPIDOS

3 Disposio dos tubos de aquecimento

4 Alimentao de vapor e descarga de condensado


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5 Dimensionamento do tubo tronco

Quantidade e Dimetro dos tubos de Aquecimento Dimetro Nominal do Tronco de Vapor 3/8 1/2" 3/4" 1

1/2 1 2 1 - - 3/4 3 a 5 2 a 4 1 - 1 6 a 8 5 6 2 3 1

1 1/2 9 a 18 7 a 12 4 a 7 2 a 3 2 19 a 28 13 a 16 8 a 11 4 a 6

Extrado da N-42 da PETROBRAS 6 Trajeto dos tubos de aquecimento

DE PREFERNCIA O FLUXO DEVE SER DESCENDENTE, PARA QUE O CONDENSADO FORMADO CORRA POR GRAVIDADE PARA OS PURGADORES

Soma das elevaes de cota = A + B + C

QUANDO O FLUXO NO FOR DESCENDENTE, A SOMA DE TODAS AS ELEVAES, MEDIDAS NO SENTIDO DO FLUXO,NO DEVE EXCEDER OS VALORES DA TABELA ABAIXO.

Presso do Vapor (MPa)

Soma Total das Elevaes de Cota (m)

Valor Mximo de Cada Elevao de Cota (m)

0,14 a 0,17 3,0 1,0 0,17 a 0,35 6,0 1,0 0,35 a 0,42 7,5 3,0 0,42 a 0,53 9,0 3,0 0,53 a 0,70 12,0 3,0 0,70 a 1,05 18,0 6,0 1,05 a 1,40 24,0 6,0

Extrado da N-42 da PETROBRAS


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7 Uso de unies e conexes DEVEM SER COLOCADAS UNIES ONDE EXISTIREM FLANGES, VLVULAS E QUAISQUER OUTRAS PEAS DESMONTVEIS NA TUBULAO A AQUECER. 8 Dilatao diferencial COMO OS TUBOS DE AQUECIMENTO SO SEMPRE MAIS QUENTES, A DILATAO DELES SER MAIOR QUE A DO TUBO AQUECIDO E ASSIM SENDO, SO NECESSRIAS CURVAS DE EXPANSO (normalmente colocadas a cada 15 m) PARA COMPENSAR A DILATAO DIFERENCIAL 9 Aquecimento de vlvulas e outros equipamentos OBTIDO ENROLANDO O TUBO DE AQUECIMENTO NA VLVULA OU NO EQUIPAMENTO 10 Massas transmissoras de calor

PODE AUMENTAR EM AT 3 (trs) VEZES A EFICINCIA DO AQUECIMENTO

11 Fixao dos tubos de aquecimento

SO AMARRADOS COM ARAME GALVANIZADO OU CINTA METLICA (no podem ficar presos para no impedir os movimentos de dilatao)


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ISOLAMENTOS TRMICOS

LINHAS QUENTES

APLICAES DE ISOLAMENTOS TRMICOS LINHAS FRIAS

MOTIVO ECONMICO (Normalmente em t > 80C e t < 0C) MOTIVO DE SERVIO (Aplicados em qualquer temperatura)

FINALIDADES DE APLICAO DOS ISOLAMENTOS TRMICOS

PROTEO PESSOAL (Aplicado em t > 60C e t < 0C em tubulaes a menos de 2 m de altura ou a menos de 1 m de distncia de qualquer piso de operao)

O ISOLAMENTO DE PROTEO PESSOAL, SE HOUVER VANTAGEM ECONMICA, PODE SER SUBSTITUIDO POR GRADES OU GUARDAS DE PROTEO

Obs.: Nas linhas frias o motivo pode ser para evitar a formao de orvalho ou de gelo na superfcie da tubulao.

SISTEMAS DE COLOCAO DOS ISOLAMENTOS TRMICOS

ISOLAMENTO EXTERNO

ISOLAMENTO INTERNO


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MATERIAIS USADOS PARA ISOLAMENTO TRMICO

Resistncia Condutividade Trmica Mdia BTU (hF p2/pol)

Material Limite de Temp. C gua ou

Umidade Fogo Danos

Mecnicos a

40C a

100C a

200C a

300C a

400C

Obs.

Isolantes trmicos rgidos Materiais em forma de calha ou segmentos pr-moldados

Hidrossilicato de Ca at 1000 Boa Boa Fraco trao 0,38 0,40 0,47 0,57 1,2

Composio de Mg 85% at 320 Fraca Boa

Fraco trao 0,40 0,43 0,51 0,59 3,4

L mineral (L de rocha) at 900 Boa Excelente Fraca 0,32 0,37 0,50 0,64 0,77 5,6,7

Slica diatomcea (Terra diatomcea) at 1000 Fraca Regular Fraca 0,58 0,60 0,68 0,78 0,86 7,8

L de vidro -180 a 540 Excelente Excelente Fraca 0,25 0,28 0,30 9 Espuma de plstico (poliestireno expan.) -50 a 80 Excelente

No resiste Regular 0,40 10,11

Cortia -50 a 80 Boa No resiste Regular 0,25 0,26 11,12,13

Isolantes trmicos flexveis Materiais em forma de mantas (tecidos)

Amianto at 400 Boa Excelente Regular 0,47 0,50 0,57 0,65 14 L de vidro L mineral

Como acima

Materiais aplicados por spray Poliuretanos -240 a 100 Boa No resiste Regular 0,14 11

OBSERVAES SOBRE A TABELA

1 Material mais usado para tubulao quente 8 Material de custo elevado e de alta condutividade trmica. Indicado para temperaturas superiores a 650C

2 Material especificado nas normas PNB-141 e

PEB-221 da ABNT, e C-345 da ASTM

9 Material macio, flexvel e leve

3 Material de emprego tradicional antes do aparecimento do hidrossilicato de clcio

10 Material muito usado para tubulaes de baixas temperaturas

4 Material especificado na norma C-320 da ASTM

11 Para uso em baixas temperaturas

5 Material de custo elevado, podendo ser mais econmico devido menor condutividade trmica

12 Material moldado ou granulado e aglutinado

6 Material flexvel e capaz de absorver grandes dilataes dos tubos

13 Material de boa resistncia a choques e vibraes

7 Material no recomendado quando existem cargas externas na tubulao

14 Empregado como segunda camada para recobrir outros matrias isolantes


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ESPESSURAS DOS ISOLAMENTOS TRMICOS

1 Espessura calculada por motivo econmico

A ESPESSURA IDEAL RESULTANTE DA COMPARAO ECONMICA ESTRE O CUSTO DO ISOLAMENTO E O CUSTO DA ENERGIA PERDIDA.

A quantidade de calor trocada atravs do isolamento trmico pode ser avaliada pela seguinte frmula:

rei

ast

hhrK

rr

TTKLQ

9,0log3,2

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S

tQ = quantidade de calor trocada na unidade de tempo (BTU/hora) K = coeficiente de condutividade trmica do isolamento considerado

para a temperatura em questo (BTU/p x hora x F) L = comprimento do tubo (ps)

sT = temperatura do tubo (F)

aT = temperatura ambiente (F)

2r = raio externo do isolamento (ps)

ir = raio interno do isolamento (ps) h = coeficiente de conveco (BTU/pe2 x hora x F)

rh = coeficiente de radiao (BTU/pe2 x hora x F)

2 - Espessura calculada por motivo de servio

tmcQi ' em que:

m = peso do fluido que entrou na tubulao durante o tempo considerado(Kg/hora)

c = calor especfico do fluido na temperatura mdia considerada (Cal/Kg xC)

t' = maior diferena de temperatura que possa haver entre o fluido que entra e o fluido da tubulao

A ESPESSURA A ADOTAR SER AQUELA QUE CORRESPONDER A UM VALOR DE tQ (calculado acima), IGUAL AO VALOR DE iQ


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3 Consideraes sobre a espessura do isolamento trmico

- localizao da tubulao - temperatura ambiente - umidade do ar

A EFICINCIA DO ISOLAMENTO TRMICO (circunstncias locais) VARIA COM - velocidade do vento.

EM FUNO DAS CIRCUNSTNCIAS LOCAIS OS DADOS FORNECIDOS PELOS FABRICANTES SOBRE COEFICIENTES DE TRANSMISSO DE CALOR

DEVEM SER UTILIZADOS COM CAUTELA

NA PRTICA RARAMENTE A ESPESSURA DOS ISOLAMENTOS TRMICOS DETERMINADA POR CLCULOS.

Na maioria dos casos utiliza-se espessuras j consagradas pelo uso

Espessura do isolamento trmico da tubulao (mm) Hidrossilicato de clcio Temperatura de operao da tubulao (C) Dimetro

Nominal (pol) 75 100 125 150 175 200 250 300 350 400 450 500 550 600

3/4 25 25 38 38 51 51 63 63 63 63 63 63 63 63 1 25 25 38 38 51 51 63 63 63 63 63 63 63 63 2 25 25 38 38 51 51 63 63 63 63 63 63 76 76 3 25 25 38 38 51 51 63 63 63 63 63 76 76 89 4 25 25 38 38 51 51 63 63 63 63 76 76 89 89 6 25 25 38 38 51 51 63 63 76 76 89 102 102 114 8 25 25 38 38 51 51 63 76 76 89 102 114 114 126 10 25 38 38 51 51 63 63 76 89 102 102 114 126 126 12 25 38 38 51 63 63 76 76 89 102 114 126 126 126 14 25 38 38 51 63 63 76 89 89 102 114 126 126 126 16 25 38 51 51 63 63 76 89 102 102 114 126 126 126 20 25 38 51 51 63 63 76 89 102 114 126 126 126 126 24 25 38 51 51 63 63 76 89 102 114 126 126 126 126

QUANDO AS PERDAS DE CALOR DEVAM SER REDUZIDAS AS ESPESSURAS DO ISOLAMENTO DEVEM SER AUMENTADAS, PORQUE AS TABELAS

MOSTRAM VALORES MDIOS.

OS VALORES DAS TABELAS TAMBM DEVEM SER AUMENTADOS PARA AS TUBULAES SITUADAS EM AMBIENTES DE BAIXA TEMPERATURA, DE

GRANDE UMIDADE OU PARA TUBULAES EXPOSTAS AO VENTO E CHUVA.


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PINTURA DAS TUBULAES INDUSTRIAIS

TODAS AS TUBULAES DE AO-CARBONO E AOS LIGAS, NO ENTERRADAS E QUE NO TENHAM ISOLAMENTO TRMICO, DEVEM

RECEBER ALGUM TIPO DE PINTURA.

- proteger o material contra a corroso atmosfrica

- dar melhor aparncia instalao

FINALIDADES DA PINTURA

- imediata identificao da tubulao

FAZER UMA BOA PINTURA E MANT-LA EM BOAS CONDIES O MEIO MELHOR E MAIS ECONMICO DE PROLONGAR A VIDA DA TUBULAO.

PREPARAO DAS SUPERFCIES PARA A PINTURA

A PINTURA SER TANTO MAIS DURVEL E RESISTENTE QUANTO MELHOR TIVER SIDO A PREPARAO PRVIA DA SUPERFCIE.

- com solventes - com lcalis

LIMPEZA QUMICA

- com cidos

LIMPEZA COM JATO DE VAPOR LIMPEZA COM JATO ABRASIVO

- eltrica LIMPEZA MECNICA - pneumtica

PROCESSOS DE LIMPEZA E PREPARAO SE SUPERFCIES

LIMPEZA MANUAL

TINTAS E SISTEMAS DE APLICAO

AS TINTAS COMUNS NO RESISTEM A TEMPERATURAS ACIMA DE 80 C.

TINTAS A BASE DE SILICONE, DEPENDENDO DA COMPOSIO, PODEM TRABALHAR AT A 500 C


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PODE-SE FAZER PINTURA INTERNA DO TUBO PARA PROTEGE-LOS CONTRA A CORROSO PELO FLUIDO CIRCULANTE.

CORES PARA IDENTIFICAO DAS TUBULES Norma NB 54 da ABNT

verde gua alumnio combustveis gasosos ou lquidos de baixa viscosidade branco vapor preto combustveis e inflamveis de alta viscosidade azul ar comprimido vermelho sistemas de combate a incndio amarelo gases em geral cinza-claro vcuo laranja cidos castanho outros fluidos no especificados lilas lcalis

PROTEO DE TUBULAES ENTERRADAS E SUBMERSAS

VISA PROTEGER CONTRA A CORROSO E CONTROLAR A AO ELETROLTICA DE CORRENTES ELTRICAS GERADAS

PELA DIFERENA DE POTENCIAL ENTRE O TUBO E O MEIO

SISTEMAS MAIS USUAIS 1 - Revestimento com esmalte de alcatro de hulha

Aplicao a quente em espessuras de 3 a 8 mm. O esmalte deve ser imediatamente recoberto com uma camada de vu de fibra de vidro e outra de papel feltro

2 Revestimento com asfalto

Aplicao semelhante ao descrito acima Tem menor custo e vida mais curta que o revestimento de alcatro

3 Revestimento com fitas plsticas

um revestimento de qualidade inferior, empregado em pequenos trechos ou para reparos e falhas em outros revestimentos.

4 Revestimento com polietileno (ou com polipropileno) extrudado

feita a extruso da resina plstica, com espessura de 3 a 5 cm, diretamente sobre a superfcie do tubo.

5 Revestimento misto a base de epxi e polietileno extrudado

Tinta de fundo a base de epxi aplicada eletrostaticamente, seguida de uma camada de adesivo a base de polietileno e finalmente uma camada de polietileno aplicado por extruso

PROTEO CATDICA

Nos casos mais simples feito com anodos de sacrifcio (Mg, Zn, Al) enterrados

no solo de espao em espao e ligados eletricamente tubulao

Nos casos de solos de grande resistividade deve-se empregar o sistema de proteo catdica por corrente impressa

Uma fonte externa de energia introduz uma corrente contnua entre a tubulao e os anodos, que neste caso deve ser de grafita ou ligas especiais (F-Si, F-Cr-Si)

AULA 5 Referente ao Captulo 16 do Livro Texto

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