Tubulações Industriais - UTFPR

Tubulações Industriais

Profª Karla Silva

Aula 1 – Tubulações Industriais

Tubos

Materiais

Processos de Fabricação

Normalização Dimensional

Meios de Ligação de Tubos

Bibliografia


Definição:

◦ Conjunto de tubos e seus acessórios

Tubos: são dutos fechados destinados ao transporte

de fluidos, e geralmente são de seção circular. Conduto

forçado, sem superfície livre.

O termo usado para denominar um conjunto de tubos e

seus acessórios é tubulação ou sistema de

escoamento.

Se for necessário, os tubos podem ter acabamento

mais liso (sanitário) que os de fabricação padrão.

Os tubos geralmente são definidos pelo diâmetro

externo e a espessura da parede é de 1,5 mm para

todos os diâmetros disponíveis no mercado, com

exceção do tubo de 4" (tabela a seguir).


Bitola (polegada) e espessura (mm) normalmente

encontrada para tubos mantidos em estoque.

Bitola

(polegada)

1 1,5 2 2,5 3 4

Espessura

da parede do

tubo (mm)

1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0


CANO (D.N.) TUBO (D.E.) MANGUEIRA (D.I.)


Nomenclatura:


Aplicações:

◦ Distribuição de vapor para potência e/ou

para aquecimento;

◦ Distribuição de água potável ou de processos

industriais;

◦ Distribuição de óleos combustíveis ou

lubrificantes;

◦ Distribuição de ar comprimido;

◦ Distribuição de gases e/ou líquidos

industriais

◦ Transporte/distribuição de fluidos diversos.


Custo:

◦ Em indústrias de processamento,

indústrias químicas, refinarias de

petróleo, indústrias petroquímicas, boa

parte das indústrias alimentícias e

farmacêuticas, o custo das tubulações

pode representar 70% do custo dos

equipamentos ou 25% do custo total da

instalação.


Fabricação de Tubos

Tubos S/ Costura ◦LAMINAÇÃO (rolling)

◦EXTRUSÃO (extrusion)

◦FUNDIÇÃO (casting)

Tubos C/ Costura ◦SOLDA (welding)

Tubos S/ costura: LAMINAÇÃO

Laminador Oblíquo = “Mannesmann”

Tubos S/ costura: EXTRUSÃO

Tubos S/ costura: FUNDIÇÃO (líquido moldado!)

Ferro fundido (Nodular)

Aços especiais não forjáveis

Concreto

Cimento- amianto

Barro-vidrado

Tubos C/ Costura: SOLDA Em Espiral (helicoidal)

De Topo (butt-weld)

Sobreposta (lap-weld)

Processos industriais + importantes:

1. Solda elétrica por arco protegido:

a) Solda por arco submerso (submerged arc welding)

b) Solda por proteção de gás inerte (inert gas

welding)

2. Solda por resistênca elétrica (ERW = electric

resistance)

Baixa voltagem e alta frequência aquecimento + uniforme e + local

Tubos C/ Costura: SOLDA

Vídeos

Linha de fabricação:

http://www.youtube.com/watch?v=ahDhqTvDqc8&feature=related

S/ Costura:

http://www.youtube.com/watch?v=j17IWtM-P8g&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=JDMln5vitgE&feature=fvw

Solda:

http://www.youtube.com/watch?v=bkjdAxNf5IM

Cortador de Tubos

Expansor de Tubos

Curvador de Tubos

Alicate Selador de Tubos

Imagem vale mais do que palavras!






http://www.youtube.com/watch?v=JDMln5vitgE&feature=fvw

Materiais para Tubos

ASTM (American Society for Testing and Materials) especifica + de 500 tipos diferentes!

Materiais para Tubos (outros)

De onde vem o Ferro?

De onde vem o Aço?

De onde vem o PVC?

Fonte: http://pt.slideshare.net/ABIFA_CCA/todo-o-processo-de-fabricao-de-ao-e-ferro

Ferro a Aço

Curiosidade: Melhorando a eficiência do

processo de obtenção

Curiosidade: Detalhes do processamento

Atualidade: Obtenção por reciclagem

Materiais para Tubos:

comparação dos custos

Principais fatores na Seleção de Materiais de Tubos Fluido conduzido – Natureza e concentração do fluido. Impurezas ou contaminantes;

pH; Velocidade; Toxidez; Resistência à corrosão; Possibilidade de contaminação.

Condições de serviço – Temperatura e pressão de trabalho. Consideradas as condições extremas, mesmo que sejam condições transitórias ou eventuais.)

Nível de tensões do material – O material deve ter resistência mecânica compatível com a ordem de grandeza dos esforços presentes. ( pressão do fluido, pesos, ação do vento, reações de dilatações térmicas, sobrecargas, esforços de montagem etc.

Natureza dos esforços mecânicos – Tração; Compressão; Flexão; Esforços estáticos ou dinâmicos; Choque s; Vibrações; sforços cíclicos etc.

Disponibilidade dos materiais – Com exceção do aço-carbono os materiais tem limitações de disponibilidade.

Sistema de ligações – Adequado ao tipo de material e ao tipo de montagem.

Custo dos materiais – Fator freqüentemente decisivo. Deve-se considerar o custo direto e também os custos indiretos representados pelo tempo de vida, e os conseqüentes custos de reposição e de paralisação do sistema.

Segurança – Do maior ou menor grau de segurança exigido dependerão a resistência mecânica e o tempo de vida.

Facilidade de fabricação e montagem – Entre as limitações incluem-se a soldabilidade, usinabilidade, facilidade de conformação etc.

Experiência prévia – É arriscado decidir por um material que não se conheça nenhuma experiência anterior em serviço semelhante.

Tempo de vida previsto – O tempo de vida depende da natureza e importância da tubulação e do tempo de amortização do investimento. Tempo de vida para efeito de projeto é de aproximadamente 15 anos.


Especificação de Material para Tubos de Aço

Normas para tubos de aço:

ANSI x ABNT

ANSI – American National Standards Institute

Diâmetros Nominal de tubos de aço

Diâmetros comerciais de tubos de aço

Dimensionamento do Diâmetro da Tubulação

Especificações para Compra de Tubos

Dimensionamento do Diâmetro da Tubulação

Na maioria dos casos é um problema hidrárulico em função:

Da vazão necessária de fluido

Das diferenças de cotas existentes

Das pressões disponíveis

Das velocidades e perdas de carga admissíveis

Da natureza do fluido

Do material e tipo da tubulação

Cálculo da Espessura da Parede do Tubo

em Função da Pressão Interna

Cálculo da Espessura da Parede do Tubo

Norma ANSI/ASME . B.31

Tubos de Aço-Carbono (ASTM: A-53, A-106, A-120)

(Fe, C, Mg, Ph, pequena adição em alguns aços de Si, Al, Cu)

Chamados de uso geral, pois representa 90% dos tubos das indústrias

Baixo Custo

Excelentes qualidades mecânicas

Fácil de Soldar e de Conformar

Utilizado p/: água doce, vapor, condensado, ar comprimido, óleo, gases e muitos fluidos pouco

corrosivos.

Limites de Trabalho pela temperatura:

◦ 450ºC para serviço severo/480ºC para serviço não severo

◦ 520ºC máximo em picos/ 530ºC oxidação intensa (escamação)

◦ 370ºC começa deformação por fluência

◦ -45ºC torna-se quebradiço

Existem Aços-Carbono especiais para baixas temperaturas: com menos Carbono e mais

Manganês

Para temperaturas abaixo de 0ºC e acima de 400ºC é recomendado o Aço-Carbono acalmado

(1% de SI)

Aço-Carbono exposto à atmosfera sofre Corrosão Uniforme (Ferrugem) e o contato direto com o

solo causa corrosão alveolar penetrante

De modo geral o Aço Carbono apresenta baixa resistência à corrosão (utiliza-se com

revestimento ou joga-se com sobreespessura).

Os resíduos de corrosão do Aço-Carbono não são tóxicos mas podem afetar a cor e o gosto do

fluido conduzido.

Aço-Carbono é violentamente atacado pelos ácidos minerais, principalmente quando diluídos ou

quentes.

Aço-Carbono suporta razoalvelmente serviço com álcalis.

Os tubos de aço carbono são comercializados sem tratamento (Tubo Preto) ou protegidos com

revestimento de Zinco depositado a quente (Tubo Galvanizado).

Aço-Liga – todos os outros aços que contêm outros elementos, além dos que

compõem os aços-carbono.

Aço Inoxidáveis – os que contêm pelo menos 12% de Cr (que confere

propriedade de não se enferrujarem mesmo em exposição prolongada a

atmosfera normal).

Casos gerais de emprego:

• Muito Altas e Bem Baixas temperaturas

• Alta corrosão

• Necessidade de não contaminação

• Segurança

• Melhora resistência a fluência

Aços-liga:

P/ altas Temperaturas Mo (melhora a resistência a fluência)

Mo+Cr (melhora a resistência a oxidação)

P/ baixas Temperaturas Ni

Aços Inoxidáveis:

Austenítico (não magnético)- Corrosão intergranular pela precipitação de carboneto de

Cr ou

Corrosão alveolar provocada pelo ion cloro

Ferrítico (magnético)

Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis (Bem + caros que os Aço Carbono. Soldagem, conformação e montagem + difíceis e +

caras)

Entendendo a composição!

Microestrutura Capacidade de ser tratado

termicamente

Elementos de liga

básicos

Série

Martensítica fig 4 Endurecível Cromo 400

Ferrítica fig 5 Não endurecível Cromo 400

Austenítica fig 6 Não endurecível Cromo-Níquel 300

Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis (ASTM: A-312)

https://www.youtube.com/watch?v=iwJKx_PP9Qg

Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis -

Martensítica

Estes aços, após resfriamento rápido de alta temperatura, mostram uma estrutura caracterizando alta

dureza e fragilidade, denominada Martensítica.

Contém de 12 a 17% de Cromo e O, l a O, 5% de carbono (em certos casos até 1% de carbono) e podem

atingir diversos graus de dureza pela variação das condições de aquecimento e resfriamento (tratamento

térmico).

São dificilmente atacados pela corrosão atmosférica no estado temperado e se destacam pela dureza.

São ferromagnéticos.

Apresentam trabalhabilidade inferior as demais classes e soldabilidade pior, especialmente com carbono

mais elevado, devido a formação de martensita no resfriamento.

Após resfriamento rápido de alta temperatura eles mostram uma estrutura macia e tenaz, altamente

homogênea, conhecida com Ferrítica. Contém de 16 a 30% de Cromo. Não podem ser endurecidos por

tratamento térmico e são basicamente usados nas condições de recozido.

Possuem uma maior trabalhabilidade. e maior resistência à corrosão que os aços martensíticos devido

ao maior teor de cromo. Possuem boas propriedades físicas e mecânicas e são efetivamente resistentes à

corrosão atmosférica e a soluções fortemente oxidantes.São ferromagnéticos.

As aplicações principais são aquelas que exigem boa resistência à corrosão, ótima aparência superficial e

requisitos mecânicos moderados. Apresentam, tendência ao crescimento de grão após soldagem,

particularmente para seções de grande espessura, experimentando certas formas de fragilidade.

Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis -

Ferrítica

Grande melhoria em muitas propriedades do aço inoxidável é conseguida com a introdução de Ni como

elemento de liga. Consegue-se uma mudança na estrutura, transformando ligas ferríticas em ligas

Austeníticas (estrutura de alta resistência e tenacidade).

Os aços inoxidáveis austeníticos são conhecidos pela sua excelente resistência à corrosão em muitos

meios agressivos.

Outros elementos como molibdênio, titânio e nióbio, se adicionados podem melhorar a resistência a

corrosão e minimizar a corrosão intergranular por estabilização dos carbonetos presentes.

Dos três grupos, estes aços são os que apresentam maior resistência à corrosão. Eles combinam baixo

limite de escoamento com alta resistência a tração e bom alongamento, oferecendo as melhores

propriedades para trabalho a frio.

Não podem ser endurecido por tratamento térmico, mas suas resistência a tração e dureza podem ser

aumentadas por encruamento.

Não são ferromagnéticos.

Eles possuem uma ampla faixa de propriedades mecânicas, oferecendo boa ductilidade e resistência a

altas e/ou baixíssimas temperaturas, além de boa trabalhabilidade e soldabilidade.

Existem também aços inoxidáveis duplex (com dois tipos de estrutura convivendo), porém como são aços

muito especiais, são os mais discutidos.

Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis - Austenítico

http://www.pipesystem.com.br/Artigos_Tecnicos/Aco_Inox/body_aco_inox.html

Os tubos podem ser fabricados de vários materiais,

mas as tubulações sanitárias são, normalmente,

fabricadas em aço inoxidável austenístico AISI 304

ou AISI 316.

O aço inoxidável austenítico tem em sua composição

maior quantidade de cromo que os ferríticos, além de

possuir níquel na liga. A vantagem é a extraordinária

resistência à oxidação e a temperatura, o que justifica o

pagamento do seu alto preço em instalações de

processamento de alimentos.

Aço Inoxidável Austenítico

Meios de Ligação de Tubos

Meios de Ligação de Tubos:

Ligações Rosqueadas


Ligações Soldadas

A NORMA ANSI/ASME B 31.3 CONTÉM INUMERAS RECOMENDAÇÕES SOBRE SOLDAGEM

DOS TUBOS, INCLUINDO SEQÜÊNCIA DE SOLDAGEM, TRATAMENTOS TÉRMICOS,

QUALIFICAÇÃO DE SOLDADORES, TESTES DE INSPEÇÃO E ACEITAÇÃO ETC.


Ligações Flangeadas


Ligações de Ponta e Bolsa

a) Tri-clamp: é uma união tipo

abraçadeira, sanitária, que oferece

meio liso e não contaminante para o

produto. É a mais indicada onde

existe sistema de limpeza CIP. É de

fácil desmontagem e é composta de

dois encaixes iguais côncavos.

b) Flange: união não sanitária

composta por duas flanges de face

plana e anel.


Uniões específicas para tubulações sanitárias

c) Rosca: É sanitária e

deve ser de fácil

desmontagem para

limpeza e inspeção. É

composta de macho,

niple, porca e anel.

d) Solda: é o sistema mais

sanitário e é resistente à corrosão.

Minimiza a perda de carga e a

contaminação.

Muito usado em instalações com

sistema de limpeza CIP.

NBR 6493/ 1993

Teste sua aprendizagem!

(Respostas indicadas entre parênteses)

1. Quais são os itens que devem ser abordados para uma perfeita

compreensão de tubulações industriais? (Slide 2)

2. O que vem a ser, a rigor, “Tubulação Industrial” ? (Slide 4)

3. O que são Tubos e como são geralmente definidos? (Slide 5)

4. Existe alguma relação entre o diâmetro externo de um tubo e sua

espessura? (Slides 5 e 6)

5. Qual a diferença entre Tubo, Cano e Mangueira? (Slides 7 e 8)

6. Quais são as principais aplicações de Tubulações na Indústria? (Slide 10)

7. Quais são as variáveis básicas que devem nortear a escolha de

tubulações industriais? (Pressão e Temperatura)

8. Como podem ser classificadas as tubulações de acordo com sua

aplicação dentro e fora das indústrias? (Slide 12)

9. Em relação a participação no custo da instalação industrial, qual a

representatividade das tubulações? (Slide 13)

10. Quais são os processos básicos de fabricação de tubos com e sem

costura? (Slide 14)

11. Explique, em linhas gerais, os diferentes processos de fabricação de

tubos. (Slides de 15 a 19)

Teste sua aprendizagem!

(Respostas indicadas entre parênteses)

12. Cite os principais tipos de materiais de tubos metálicos e não metálicos. (Slide 21)

13. Quais podem ser os tubos com revestimentos? (Slide 22)

14. De onde vem o Ferro e o Aço? (Slides 24 e 27)

15. De onde vem o PVC? (Slide 28)

16. Como poderiam ser comparados os custos dos diferentes tipos de

materiais para tubos? (Slides 29)

17. Quais são os principais fatores a serem considerados na seleção de materiais para tubos? (Slide 30)

18. Quais são as Normas para tubos de aço? (Especifique o que significam as siglas) (Slide 32)

19. Quais devem ser as especificações básicas para compra de tubos? (Slide 37)

20. Quais são os fatores a serem considerados para se definir o diâmetro correto (dimensionamento) de uma Tubulação? (Slide 38)

21. Quais são as variáveis determinantes no cálculo de espessura de parede de tubos? (Slide 39)

22. Cite as características de tubos de aço carbono. (Slide 40)

23. Cite as principais características de Tubos de Aço Inoxidável. (Slide 41)

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