Dimensionamento de tubulaesParte I

DIMENSES DE TUBOS (DIMETROS COMERCIAIS DE TUBOS)

Dimetros nominais Iron Pipe Sise IPSDefinidos pela norma: ANSI B 36.10 - Aos carbono e aos liga, (1/8 a 36) ANSI B 36.19 - Ao inoxidvel, (1/8 a 12)Obs. Para o mesmo dimetro externo (dimetro nominal) tem-se diferentes opes de parede Diferentes dimetros internosA espessura definida por: srie, no , #, ou Schedule (SCH)Schedule number (SCH), srie, regido pela ANSI B36-10. . Schadules disponveis, # 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160.Dimetros nominais comuns; 1/8, 1/4, 3/8,1/2, 3/4 , 1, 1 1/2, 2, 3, 4, 6.......26, 30e 36.Menos comuns: 1 1/4 , 2 1/2 , 3 1/2, 5.

Iron Pipe Sise IPS

DETERMINAO DA ESPESSURA DE PAREDE

Norma ANSI B. 31 Onde: t m = espessura (mnima) de parede (pol) (mm)P = Presso interna de projeto (psi) MPaD = Dimetro externo (pol) (mm)SE = coeficiente de stress (psi) MPa, Onde : S, Tenso admissvel para o material, excluso qualidade de solda e fator de junta. E, fator de qualidade de fundio ou de solda. Eficincia de solda (para tubos sem costura = 1)Y = Coeficiente de reduo (varia com o material e a temperatura). Ex. ao carbono at 480 C , Y=0,4c = Soma de sobre-corroso, eroso,...profundidade de roscas, Obs. 1- Dimenses espessura de rosca ANSI B2.1 2- Se a tolerncia no for especificada adotar 0.02 (0,5mm)

Obs, para t D/4 .................. t = tm - c

Exemplo: Calcular a espessura mnima necessria para um tubo de dimetro nominal 8 (8,625, externo (tabela) ao carbono s/ costura, Tenso admissvel na T proj. = 12350 psi. e P proj. 800psi, T projeto 600 F, com sobrespessura de corroso c= 0,05. Obs. Ver tenso admissvel Perry 6 ed. Item 23

Aplicando uma tolerncia de 12,5 % a 1,125 x 0,322 = 0,362

Para atender a esta espessura, Tubo # 80 espessura = 0,500 # 60 = 0,406 # 40 = 0,322

Para ANSI A 53 B ( S =15500)...... t = 0,268 tm = 0,301 Neste caso, a srie # 40 atenderia, pois tem espessura de 0,332

= 0,322 *ASTM A 53 A (S =12350)

TENSO MXIMA EM UM TUBO DE ESPESSURA t , SUBMETIDO A UMA PRESSO P.

P =empuxo sobre os pontos de fixao (Kg ou T)A = rea da seo transversal (cm2) = dilatao livre do tubo (cm)L = comprimento do tubo (cm)E = mdulo de elasticidade do material (kg/cm2)Analisando o efeito da fora gerada pela dilatao trmicaTemos que:tenso interna (kg/cm2) P = S. A dilatao unitria (cm/cm) Logo, a equao acima poder ser escrita,ou entoS = e .E

Obs. Disposio tridimensional mais flexvel que a plana. O efeito de toro cerca de 30% mais eficiente do que a flexo. Ainda, quanto mais simtrico o arranjo melhor o traado. Sistema tridimensional permite maior liberdade de movimento tubulao.Frmula original Onde: Sa = limite admissvel para a resultante das tenses secundrias combinadasEc = mdulo de elasticidade na temperatura de trabalhoD = nominal externo * ( pol) **(mm)Y = Somatrio das dilataes * (pol) **(mm) L = Comprimento da tubulao * (ft) **(m) U = distncia entre os pontos fixos * (ft) **(m)

* sistema ingls

FLEXIBILIZAO DE UMA TUBULAO SUJEITA A UMA VARIAO DE TEMPERATURAFrmula simplificada Teste rpido (ANSI B 31- 10)

** sistema internacional

Controlando a dilatao trmica

No utilizar segmento em linha reta entre dois pontos Empregar acessrios deformveis (juntas de expanso) Quando espao reduzido, grande dilatao e tubulao de grande dimetro PretensionamentoAdequando um traado de uma tubulao

Quanto maior o comprimento desenvolvido para a tubulao, em relao aos pontos fixos, melhor a flexibilidade Quanto mais simtrico melhor a distribuio dos esforos Quanto menor a desproporo, entre os seguimentos , idem Sempre que possvel adotar arranjo tridimensional

Presso de Projeto*

Definida na Norma ANSI B-31. *Tenso admissvel nas condies extremas de projeto (diferente de operao). Condio simultnea de maior severidade.

Temperatura de projeto Correspondente aquela da presso de projeto eleita. Ex. duas condies distintas 1 - 800 F e 300 psi Sh= 6500psi 2 - 70 F e 900psi Sh= 20000psi

* Escolhe-se a condio mais crtica, na qual a tenso admissvel apresenta menor valor. No exemplo colocado, a 1 condio.PRESSO E TEMPERATURA DE PROJETO

Presso de choque (golpe de arete) Situaes onde esto sujeitas elevaes bruscas de presso: Parada brusca , partidas de bombas,etc...

Obs. 1) Presso de choque : A Norma sugere Valor de P = 60 vezes o valor da velocidade em (ft/s). 2) Para tubos ferro fundido)* Valor da presso = (P mx. operao + P.choque)

Condies transitrias passveis de causar fadiga, Elevao de presso,....Parada/partida de bomba: Arete Vcuo (suco)Resfriamento de fluido gasoso vcuoExpanso por elevao da temperaturaCongelamento Dilatao do fluido x contrao/fragilizao do metal.

CONSIDERAES DE PROJETO

Consideraes quanto a temperatura de operao pratica adotar no projeto uma temperatura um pouco superior aquela temperatura mxima de operao da linha (temperatura do fluido circulante)

Temperatura considerada para tubos, vlvulas e acessrios

Se temperatura do fluido for superior a 0 C Tubos no isolados: Se rosqueados (tubos vlvulas e acessrios) 95% da temperatura do fluido Se flangeados (tubos, vlvulas e acessrios flangeados) 90% da temperatura do fluido Parafusos e porcas dos flanges 80 % da temperatura do fluido

Tubos isolados Isolamento trmico externo Temperatura igual a do fluido Isolamento interno Deduzir perda trmica equivalente atravs do isolamento Se a temperatura do fluido for inferior a 0 C Materiais com temperatura igual a temperatura do fluido

Principais esforos mecnicos a que podem estar submetidas tubulaes industriais

Presso interna e externa Peso Tubo, Fluido Acessrios, vlvulas, isolamento, Fluidos durante teste hidrosttico Peso de outros tubos suportados ou apoiados Plataformas , pessoas, neve , terra (soterrados), veculos,etc.. Ao dinmica Movimento do fluido, Ventos Impactos de natureza mecnica , golpes de ariete, Vibraes Dilataes trmicas Tubulao, Equipamentos aos tubos conectados, Tenses residuais de montagem da linha, Atrito dos suportes, Esforos de desalinhamentos, etc..

Algumas formas de correo

Instalar de forma adequada os suportes Instalar acessrios sempre que possvel prximos aos pontos de sustentao Evitar e minimizar cargas externas Instalar guias e contraventos Colocar patins ou roletes Instalar amortecedores de vibrao Flexibilizar de forma adequada a linha

Esforos mais relevantes Presso DilataoPrincipais formas de tenso presentes em uma tubulao

Tenso longitudinal Conseqncia da presso, movimento fletor, (pesos, dilataes, equipamentos) e esforo residual de montagem. Tenso circunferencial Conseqncia da presso, deformao por achatamento resultante de esforos fletores atuantes Tenso radial Tenso de cisalhamento circunferencial Conseqncia de esforos de toro

Tenso primria X Tenso secundria

Primria , esforo externo e internos permanentes................ Valor constante.Secundrias, (cclicas), dilataes, movimento de equipamentos a custa de dilatao.....................Diminuem devido ao relaxamento espontneo ao longo do tempo .........acomodao dos esforosTenso admissvel X fator de segurana

O critrio para escolha do fator de segurana depende:Tipo de materialCritrio de clculo : > ou < grau de arbitrariedadeTipos e freqncia de esforosIncerteza do materialDefeitos de fabricao do material, montagem, etcSeguranaTenso admissvel

Obs. Dados tabelados referem-se a tenses bsicas de trao e flexo, para esforos estticos e permanentes

Condies transitrias de trabalho ou diferentes tipos de esforos

Esforo transitrio de cisalhamento e toro Adota-se 80% da tenso admissvel bsica

Tenses secundrias no permanentes de curta durao, A custa de vento, condies anormais de operao, etc

Ciclo de 10h consecutiva em um total de 110 h/ano Adota-se fator de 1,33% da tenso admissvel Ciclo de 50h consecutiva em um total de 500 h/ano Adota-se fator de 1,20% da tenso admissvel

Cada seo da norma adota diferentes critrios na adoo das tenses admissveis de acordo com a severidade e risco da operao como mostra a tabela a seguir

ApndiceCritrio para a utilizao da Tenso admissvel para tubos de ao

Seo daANSIreasTenso admissveis bsicas(o menor dos valores obtidos)B.31.1Centrais de vaporTr/4Te/6 Tdf0,8TrfB.31.2Tubulaes de ar e gasesTr/2,66----- ----------B.31.3Refinarias e Instalaes petrolferasTr/3Te/1,6 Tdf0,8TrfB.31.4Oleodutos-----Te/1,39----------B.31.5RefrigeraoTr/4Te/1,6----------B.31.6Industrias QumicasTr/3Te/1,6Tdf0,8TrfB.31.7Centrais NuclaresTr/3TeTdf0,8TrfB.31.8Transporte e distribuio de gases-----Te/1,1----------

Resumo sobre valores adotados para tenso admissvelde acordo com a severidade das condies operacionais Obs. Valores bsicos so aqueles adotados para esforos de trao, de toro e de flexo, esttico e permanentes

Esforos estticos e permanentes de cisalhamento, Empregar 80% das tenses admissveis bsicas

Situaes adversas

Variaes ocasionais acima das condies de projeto devero permanecer dentro dos seguintes limites em relao a presso de projeto:Sob restrio, permitido exceder a faixa de presso ou a tenso admissvel para a presso de projeto na temperatura da referida condio por no mais que:

33% para no mais que 10h em condio contnua e no mais que 100h/ano.

20% para no mais que 50h em condio contnua e no mais que 500h/ano.

Referncia

Tubulaes Industriais Pedro Carlos da Silva TellesLivros Tcnicos e Cientficos Editor S.A.4 Edio - 1976

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