Desenho e Projeto de Tubulação Industrial

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1 Desenho e Projeto de Tubulação Industrial Módulo II Aula 03

2 3. TUBOS Quando usamos o termo tubo, que na pratica, a tempos atrás, e por muito tempo foi conhecido como cano, que até mesmo podemos dizer que deu origem ao título encanador, que seria o profissional que atuava direto no uso e aplicação desse material, atualmente de acordo com algumas normas técnicas vigentes, recomendase que os especifiquemos como Tubos de Condução, visto que são condutos fabricados com diâmetro externo e interno, apresentandose como cilindros ocos, que são utilizados para o transporte dos mais variados tipos de fluidos que possuem a capacidade de escoar, com a garantia de total estanqueidade e resistência mecânica. E bom lembrar que existem outros tipos de tubos que se classificam de acordo com sua aplicação: Tubos de aço carbono para caldeiras, trocadores de calor, são tubos específicos para Troca Térmica ; Tubos de aço carbono para andaimes, estruturas, que são conhecidos como Tubos Industriais ; Tubos maciços de seção circular para fabricação de pecas mecânicas, que recebem o nome de Tubos Mecânicos ; Tubos para proteção de cabos e fios elétricos, chamados de Eletrodutos. Nas indústrias de processamento, que são aquelas nas quais os fluidos sofrem transformações físicas ou químicas, onde podemos citar as refinarias de petróleo, as indústrias químicas e petroquímicas, parte das indústrias farmacêuticas e alimentícias, toda a circulação dos produtos são feitas através de Tubos de Condução, que são os elementos físicos de interligação entre os equipamentos de processo que incluem os vasos de pressão, tanques, esferas, torres, caldeiras, saturadores, secadores, aquecedores, colunas de bandejas, fornos, filtros, separadores, trocadores de calor, condensadores, assim como, bombas, compressores, ejetores e sopradores. Aplicações mais comuns: Distribuição de vapor para força e aquecimento; Água potável; Óleos combustíveis e lubrificantes; Ar comprimido; Gases; Líquidos industriais; Esgoto. 1

3 MATERIAL EMPREGADO PARA FABRICACAO DE TUBOS As indústrias de processo trabalham quase sempre em regimes severos de operação, funcionando dia e noite, durante meses a fio, operando em todas as faixas de temperaturas e nas mais variadas classes de pressão, e na maioria das instalações devido a condução ser feita em confinamento e sem área livre, portanto, gerando um transporte de maneira forcada, e exigindo um grande grau de confiabilidade para com as tubulações e ao mesmo tempo, para a seleção de materiais para os tubos, em comparação com o que e normalmente exigido para as demais indústrias. A seleção do material adequado a cada uma das situações de aplicação é quase sempre um dos problemas mais difíceis com que se depara o projetista ou o usuário propriamente. O fato é que, a questão consiste em selecionar e especificar um material que atenda com segurança as condições de serviço de um determinado processo, com o menor custo, levandose em consideração as características metalúrgicas dos materiais, resistência a corrosão, facilidades de obtenção, de fabricação e que atenda o tempo de vida útil estimado. Existe uma variedade muito grande de diferentes materiais disponíveis para fabricação de tubos, a seguir apresentaremos um resumo dos principais, e que serão também de maneira resumida, detalhados e apresentados de acordo com as propriedades especificas de cada um. TUBOS METÁLICOS Metais Ferrosos: Aço carbono; Aço liga; Aço inoxidável; Ferro fundido, forjado, nodular. Metais Não Ferrosos: Cobre; Latão; Cobre Bronze; Chumbo; níquel; Alumínio; Níquel e suas ligas; Chumbo; Titânio, Zircônio, etc; 2

4 TUBOS NÃO METÁLICOS Materiais Plásticos: Cloreto de PoliVinil (PVC); Polietileno de Alta Densidade (PEAD); Hidrocarbonetos (PTFE / TEFLON); Epóxi; Poliésteres; etc. Materiais Diversos: Fibra de Vidro; Elastômeros; Concreto; Barro Vidrado; Cerâmica Vidro, etc; REVESTIMENTO INTERNO PARA TUBOS DE AÇO: Zinco; Aços Inoxidáveis; Materiais Plásticos; Elastômeros; Ebonite; Concreto; Asfalto, etc; A escolha e especificação do material ficam a cargo do departamento de Processos, onde É instituída a especificação dos materiais de tubulação, associada a cada tipo de aplicação, e tornase uma das questões mais complexas a ser definidas, devido a inúmeras variáveis que podem ser conflitantes entre si. Atualmente existem materiais desenvolvidos e produzidos especificamente para um determinado caso de aplicação e que são tradicionais e consagradas no comercio, ou ainda, são mencionados nas normas de padronização, que são dados obtidos de resultados de soluções adotadas em situações anteriores. Influem também na escolha: Fluido; Segurança; Durabilidade Condições de operações (temperatura / pressão); Facilidade de obtenção; Custo e disponibilidade de acessórios; Facilidade de equipamento para montagem; Propriedades mecânicas; 3

5 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS TUBOS Existem disponível no mercado dois tipos de tubos, o sem costura e o com costura, sendo o com costura aquele que na fabricação é usado um processo de soldagem, embora a solda constitua sempre uma preocupação, nesse caso, o tubo com costura, não deixa nada a desejar em relação ao sem costura, pelo fato da qualidade e precisão com que se realiza sua fabricação, como também se tornam mais baratos, portanto sua utilização e bastante frequente. Os processos industriais de fabricação de tubos sem costura são: Laminação; Extrusão; Fundição; E os com costura são: Fabricação por solda; FABRICAÇÃO DE TUBOS POR LAMINAÇÃO O processo Mannesmann por ser o mais importante e, portanto, o mais usado para a fabricação de tubos de aço sem costura, que se procede da seguinte maneira: Um cilindro de aço maciço aquecido a uma alta temperatura (em torno de 1200 graus Celsius), que o torna de fácil tratamento operacional, e empurrado fortemente com um movimento helicoidal de rotação, e, também axial, por dois rolos com formas geométricas especiais, contra uma haste, também especial, e que possui em sua extremidade uma ponteira devidamente calibrada, o lingote e então laminado deste modo, dando origem a um cilindro oco de paredes grossas (primeira etapa), e ainda bastante quentes, onde então ele e direcionado para outro laminador que possui uma ponteira calibrada com um diâmetro maior que a anterior, que ira afinar as paredes do tubo, aumentando o comprimento e ajustando a espessura das paredes (segunda etapa). 4

6 Após a conclusão das etapas acima, o tubo estará praticamente pronto, porem, com várias imperfeições, que serão eliminadas com operações de calibragem dos diâmetros, das superfícies e acabamento final, feitas em varias passagens em laminadores com mandris e em laminadores calibradores. Lembrando que, embora isso tudo pareça ser uma execução rústica, pois para a fabricação de tubos, não se aplica nenhum tipo ajuste mecânico fino, nem mesmo qualquer tipo de usinagem, mas é certo que nas instalações, principalmente nas ligações flangeadas, as mesmas se acoplam com total precisão. 5

7 FABRICACAO POR EXTRUSAO O processo de extrusão do aço consiste em comprimir um lingote maciço do material, estando aquecido e em estado pastoso, contra uma área de um cilindro de pressão, que não lhe permite extravasar, nesse momento, um mandril, acionado por uma prensa fura o centro do tarugo, e fica ocupando o espaço desse material que foi retirado, originando o diâmetro interno do tubo, em seguida, um embolo empurra esse material restante contra uma matriz com uma furação no formato do tubo que se deseja obter, formando então o diâmetro externo do tubo desejado. Fabricamse por extrusão a grande maioria dos tubos de cloreto de polivinil (PVC), entre outros, que são tubos de pequenos diâmetros, e aplicados nos mais variados tipos de instalações residenciais, comerciais e industriais. FABRICAÇÃO POR FUNDIÇÃO Nesse processo o material do tubo, em estado líquido, e despejado em moldes especiais, onde se solidifica adquirindo a forma desejada. Fabricamse por esse processo, tubos de ferro fundido, de aços não forjáveis, e de diversos outros materiais, entre eles: concreto, barro vidrado (manilha), borrachas, etc. FABRICAÇÃO DE TUBOS SOLDADOS (COM COSTURA) Existem diversos tipos de procedimentos para execução da costura em tubos de aços carbono, aços liga, aços inoxidáveis e ferro forjado, para aplicação em toda faixa de diâmetros e espessuras usuais na indústria, e que lhes conferem um conceituado grau de qualidade e acabamento. Disposição da Costura: Longitudinal (executada ao longo de uma geratriz do tubo). Helicoidal (costura transversal ou em espiral, é menos empregada na maioria das aplicações). 6

8 a sem costura laminado; b com costura de topo; c com solda sobreposta; d tubo com solda helicoidal; Apresentação da Matéria Prima: Bobina de chapa fina enrolada, para fabricação continua de tubos de pequeno diâmetro; Chapas planas avulsas, para diâmetros médios e grandes, ambas com solda longitudinal; No caso da solda helicoidal, é sempre uma bobina, para a fabricação continua de tubos de todos os diâmetros; Tipos de Solda: De topo É usada em todos os tubos soldados com adição de metal, e nos de pequeno diâmetro soldados por resistência elétrica; Sobreposta Usada nos de grande diâmetro, soldados por resistência elétrica; 7

9 Processos de Soldas: Solda Elétrica por Arco Protegido (possui adição de metal) Usada principalmente para a fabricação de tubos de aço de grandes diâmetros, sendo: + Solda por arco submerso; + Solda com proteção de gás inerte, Ambas são feitas automática ou semiautomática; Solda por Resistência Elétrica (não possui adição de metal, e sim, condução de corrente elétrica) Executase a solda pelo duplo efeito de passagem de uma corrente elétrica local de grande intensidade e de forte compressão entre os extremos a serem soldados, sendo: + Processo dos discos de contato (tubos de 150 mm de diâmetro e acima); + Processo Thermatool (tubos de pequeno diâmetro), onde, a corrente passa entre dois eletrodos de cobre maciço que deslizam suavemente sobre os elementos a serem soldados, conforme ilustrado na figura; Obs. A corrente elétrica usada e sempre alternada, de baixa voltagem e alta frequencia, gerando uma temperatura elevada no local da solda da ordem de graus Celsius, sendo necessário, um amplo resfriamento com circulação de óleo, tanto para o tubo como os eletrodos. 8

10 EXTREMIDADES DOS TUBOS Os tubos podem ser fabricados com quatro tipos de extremidade, dependendo da composição do seu material, e de acordo com o sistema de ligação na qual será usado, assim como a classe de pressão que será submetido, sendo: Chanfrada São os tubos fornecidos com um chanfro, também conhecido como bisel, que permite o enchimento dessa região com solda, e devido a isso, é usado em ligações com solda de topo, o que lhe permite transportar fluidos com classe de pressão e temperatura de operações altas. Lisa Os tubos são apenas cortados no esquadro, e assim estão prontos para serem conectados, permitindo ligações com solda de encaixe, conexões ponta e bolsa e uniões de compressão. Roscada I Rosqueada Os tubos com extremidades roscadas, são bastante utilizados para ligações com conexões de ferro maleável ASTM A197, galvanizada, conhecidas também como conexões Tupy, que é a marca do fabricante, usadas em geral para tubos de pequenos diâmetros, fornecidas usualmente a cada barra com uma luva, extremidades aplicadas em linhas para desmontes frequentes, e sistemas não severos. Para que sejam conseguidos acoplamentos com melhores estanques, as roscas devem apresentar certos requisitos mínimos, o que lhes impõem alguns limites para determinadas instalações, (como veremos no tópico Meios de Ligação, a seguir), onde se criou tipos de roscas para tubos: BSP (WHITWORTH GAS) Que segundo as recomendações das normas, as roscas internas (fêmeas) são usinadas na forma paralela e as roscas externas (macho) na forma cônica, que ao enroscar uma conexão sobre a outra, acontece o encosto da crista da peca macho com a raiz da rosca fêmea e viceversa; NPT Tanto a rosca interna como a externa são produzidas de forma cônica, condição essa que de acordo com a ilustração abaixo, notase a necessidade das paredes destes tubos possuírem espessuras suficientes para a execução da conicidade, de maneira a não criar um enfraquecimento do tubo pelo rosqueamento. 9

11 Com bolsa Os tubos com ponta e bolsa são usados para água, águas pluviais, água salgada, esgoto, líquido agressivos, em serviços de baixa pressão, na temperatura ambiente, e onde não ocorram grandes esforços mecânicos. DIMENSIONAL DOS TUBOS Os tubos de condução de aço carbono e aço liga, possui três dimensões básicas: diâmetro nominal, externo e interno as quais são definidas pela norma ANSI B36.10, e para os tubos de aço inoxidável pela norma ANSI B36.19, e desde então as espessuras: Std Standard, XS Extra Forte e XXS Duplo Extra Forte, tornaramse obsoletas, onde para designação da espessura, ou peso dos tubos, adotouse as series conhecida como Schedule (sch), que se trata de um numero que corresponde o valor aproximado obtido da relação entre a pressão interna de trabalho e a tensão admissível do material do tubo, e são as seguintes: sch 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160, sendo que, quanto maior for o schedule, maior será espessura da parede do tubo. Exemplo: Na norma ANSI B36.19, que trata dos tubos de aços inoxidáveis, as espessuras normalizadas tem os mesmos valores numéricos da norma ANSI B 36.10, e as designações do Schedule são também as mesmas, porem acrescidas da letra S, depois do numero de serie. Os tubos de aço inoxidável são comumente encontrados somente em espessuras pequenas, no Maximo ate espessura 80S, sendo que para os diâmetros nominais 10 e 12, existe a espessura 5S, que não tem correspondente na norma dos aços carbonos. O diâmetro nominal, para os tubos ate 12, e usado somente para especificação ou designação do tubo, e a medida pela qual ele e conhecido e comercializado no mercado, por exemplo: Quando se especifica um tubo de diâmetro 4, o referido tubo não possui esses 101,6mm (4 x 25,4 = 101,6mm), em nenhuma das suas dimensões físicas, nesse caso, de acordo com a ANSI B36.10 ou B36.19, esse tubo terá no seu diâmetro externo, um valor tabelado de exatos 114,3mm, e será sempre o mesmo, variando sim, apenas o diâmetro interno, que será tanto menor quanto maior for o Schedule (espessura) do tubo. Para os valores de diâmetros nominais compreendidos entre 14 e acima, ai sim, as 10

12 dimensões reais coincidem com o diâmetro externo do tubo, como é o caso de um tubo de 14, que possui no seu diâmetro externo 355,6mm, que é o mesmo que 14 x 25,4. ESPESSURA CALCULADA PARA PAREDES DE TUBOS O calculo da espessura de parede de tubulações, em função da pressão interna ou externa, deve ser feito como exigido pelas normas ASME B31.1, B31.3, B31.4, B31.5 e B31.8, conforme o campo de aplicação de cada norma. Os valores da pressão e da temperatura de projeto, usados para calculo da espessura da parede, deve ser definida no projeto a conveniência de se estabelecer a temperatura máxima de operação como um valor maior do que aquele que o fluido atinge nas condições normais de operação. A fórmula aqui apresentada se aplica como primeiro procedimento para cálculos de espessura de paredes de tubos, sujeitos a pressão interna, tratandose então da espessura meramente calculada, portanto sendo necessário considerar ainda certos requisitos como espessura mínima admissível, assim como a somatória das sobrespessuras, que resultara na espessura mínima admissível. Onde: P = Pressão de Projeto (Kgf/cm2); D = Diâmetro Externo (cm); S = Tensão Admissível (Kgf/cm2); Y = Coeficiente (tabelado); (usase para o aço ate 500graus Celsius =0, 5) (Acima de 500graus Celsius = 0,7) De acordo com a norma ANSI B36.10 ou ANSI B36.19, devese também considerar um fator que expressa o incremento da espessura da parede do tubo devido a tolerância negativa inerente aos processos de fabricação que de 12,5%, isso devido a facilidade e barateamento na produção do tubo, fator esse que atendendo a normalização passara ser de 14%, resumindo: Espessura Calculada + Sobre Espessura = Espessura Mínima Admissível; Espessura Normalizada = Espessura Mínima Admissível acrescida de 14%. No caso de ligações roscadas deve ser adicionada, a este valor, uma sobrespessura para compensar o entalhe das roscas. Este valor deve ser igual ao raio externo do tubo menos o raio mínimo rosca na extremidade do tubo. As sobrespessuras devem ser baseadas no tempo mínimo de vida útil das instalações, considerando os graus de abrasão, corrosão e erosão reconhecidos no sistema. 11

13 COMO PREPARAR UMA REQUISIÇÃO DE TUBOS: Deve ser indicados: Nome; Quantidade (em metros, lembrando das variações dos valores do comprimento de suas barras); Diâmetro Nominal (normalmente em polegadas); Material (Especificação completa); Linha de Fabricação (com ou sem costura); Schedule (Numero de serie da espessura da parede); Norma Dimensional (Norma a ser obedecida); Extremidades (Especificação do tipo da ligação); Complementos (Norma do tipo da rosca ou chanfro); Exigências (Quando houver). Exemplos: 42,0 m de tubo de condução de diâmetro nominal de 4, de aço carbono ASTM A106 Gr B, Schedule 40, de acordo com a norma ANSI B 36.10, extremidades para solda de topo com chanfros conforme norma ANSI B ,0 m de tubo de condução de diâmetro nominal de 6, de aço inoxidável ASTM A312 TP 304, Schedule 40S, de acordo com a norma ANSI B 36.19, extremidades para solda de topo com chanfros conforme norma ANSI B

14 13 TABELA DE DIMENSIONAL DE TUBOS TUBOS DE AÇO Dimensões Normalizadas pela ASME B36.10 e B36.19 Diâmetro Nominal (pol.) Diâmetro Externo (mm) Ver nota 5 Designação de Espessura (Sch) Ver nota 3 Espessura da parede (mm) Ver nota 4 Diâmetro Interno (mm) Área de seção livre (cm²) Área de seção do metal (cm²) Superfíci e externa (m²/m) Peso Aprox. (kg/m) Seção Transversal Tubo Vazio Ver nota 6 Conteúdo de Água Ver nota 7 Momento de Inércia (cm 4 ) Momento resistente (cm³) Raio de giração (cm) 1/4 13,7 10S Std,40 XS,80, 80S 1,65 2,23 3,02 10,4 9,2 7,7 0,85 0,67 0,46 0,62 0,81 1,01 0,043 0,49 0,62 0,79 0,085 0,067 0,046 0,116 0,138 0,157 0,189 0,202 0,229 0,430 0,413 0,393 3/8 17,1 10S Std,40,40S XS,80,80S 1,65 2,31 3,20 13,8 12,5 10,7 1,5 1,23 0,91 0,81 1,08 1,40 0,054 0,63 0,84 1,10 0,150 0,123 0,090 0,236 0,314 0,359 0,285 0,354 0,419 0,551 0,531 0,506 1/2 21 Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 2,77 3,73 4,75 7,47 15,8 3,8 11,8 6,4 1,96 1,51 1,1 0,32 1,61 2,06 2,47 3,52 0,071 0,42 1,62 1,94 2,55 0,20 0,15 0,11 0,03 0,71 0,84 0,92 1,01 0,67 0,78 0,86 0,95 0,66 0,64 0,61 0,56 3/4 27 Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 2,87 3,91 5,54 7,62 20,9 18,8 15,6 11,0 3,44 2,79 1,91 0,95 2,15 2,80 3,68 4,63 0,083 1,68 2,19 2,88 3,63 0,34 0,28 0,19 0,10 1,54 1,86 2,19 2,14 1,16 1,40 1,65 1,81 0,85 0,82 0,77 0, Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 2,87 4,55 6,35 9,09 26,6 24,3 20,7 15,2 5,57 4,64 3,37 1,82 3,19 4,12 5,39 6,94 0,105 2,50 3,23 4,23 5,44 0,56 0,46 0,34 0,18 2,64 4,40 5,21 5,85 2,18 2,63 3,12 3,50 1,07 1,03 0,98 0,92 1.1/4 42 Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 3,58 4,85 6,35 9,70 35,0 32,5 29,4 22,7 9,65 8,28 6,82 4,07 4,32 5,68 7,14 9,90 0,132 3,38 4,46 5,60 7,76 0,96 0,83 0,68 0,41 8,11 10,06 11,82 14,19 3,85 4,77 5,61 6,74 1,37 1,33 1,29 1,20 1.1/2 48 Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 3,68 5,08 7,14 10,16 40,8 38,1 33,9 27,9 13,1 11,4 9,07 6,13 5,15 6,89 9,22 12,2 0,151 4,04 5,40 7,23 9,53 1,31 1,14 0,91 0,61 12,90 16,27 20,10 23,64 5,34 6,75 8,33 9,80 1,58 1,54 1,48 1, Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 3,91 5,54 8,71 11,07 52,50 49,2 42,9 38,2 21,7 19,0 14,4 11,4 6,93 9,53 14,1 17,1 0,196 5,44 7,47 11,08 13,44 2,17 1,90 1,44 1,14 27,72 36,13 48,41 54,61 9,20 11,98 16,05 18,10 2,00 1,95 1,85 1,79 2.1/2 60 Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 5,16 7,01 9,52 14,00 62,7 59,0 54,0 44,9 30,9 27,3 22,9 15,9 11,0 14,5 19,0 26,0 0,235 8,62 11,4 14,89 20,39 3,09 2,73 2,29 1,59 63,68 80,12 97,94 119,5 17,44 21,95 26,83 32,75 2,41 2,35 2,27 2, S Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 3,05 5,48 7,62 11,10 15,20 82,8 77,9 73,6 66,7 59,4 53,9 47,7 42,6 34,9 26,8 8,22 14,4 19,5 27,2 05,3 0,282 6,44 11,28 15,25 21,31 27,65 5,39 4,77 4,26 3,49 2,68 75,84 125,7 162,33 209,36 249,32 17,06 28,26 36,48 47,14 56,22 3,04 2,96 2,89 2,78 2, S Std,40,40S XS,80,80S 160 XXS 3,05 6,02 8,58 13,50 17,10 108,2 102,3 97,2 87,3 80,1 91,0 82,1 74,2 59,9 50,3 10,6 2,40 28,4 42,7 52,3 0,361 0,35 16,06 22,29 33,49 40,98 3,19 8,21 7,42 5,99 5,03 164,83 300,93 339,99 552,94 636,42 28,88 52,61 69,99 96,70 111,29 3,93 3,84 3,75 3,60 3, S Std,40,40S XS,80,80S XXS 3,40 7,11 10,97 14,30 18,20 21,90 161,4 154,0 146,3 139,7 131,8 124,4 204,5 186,4 168,2 153,4 136,4 121,5 17,6 36,0 54,2 69,0 86,0 100,9 0,535 13,82 28,23 42,51 54,15 67,41 79,1 20,45 18,64 16,82 15,34 3,64 12,15 599, , , , ,8 2, ,30 139,32 200,45 245,52 291,91 328,29 5,83 5,70 5,58 5,47 5,34 5, S Std,40,40S 60 XS,80,80S 120 XXS 160 3,76 8,18 10,30 12,70 18,20 22,20 23,00 211,5 202,7 198,4 193,7 182,6 174,6 173,1 351,6 322,6 309,1 294,8 261,69 239,4 235,5 25,4 54,2 57,5 82,3 115,1 137,4 141,7 0,692 19,93 42,48 53,03 64,56 90,22 107,8 111,1 35,16 32,26 30,91 29,48 26,19 23,94 23,55 1,473, , , , , , ,3 134,58 275,52 337,31 401,88 534,31 616,26 631,02 7,62 7,46 7,39 7,31 7,13 7,00 6, S Std,40,40S 60 XS,80,80S 120 XXS 160 3,76 8,18 10,3 12,7 18,2 22,2 23,0 211,5 202,7 198,4 193,7 182,6 174,6 173,1 351,6 322,6 309,1 294,8 261,69 239,4 235,5 25,4 54,2 57,5 82,3 115,1 137,4 141,7 0,692 19,93 42,48 53,03 64,56 90,22 107,8 111,1 35,16 32,26 30,91 29,48 26,19 23,94 23,55 1,473, , , , , , ,3 134,58 275,52 337,31 401,88 534,31 616,26 631,02 7,62 7,46 7,39 7,31 7,13 7,00 6, S 10S Std,40,40S XS,60,80S ,40 4,19 9,27 12,7 15,1 21,4 28,6 266,2 264,7 254,5 247,6 242,9 230,2 215,9 556,6 550,3 509,1 481,9 463,2 416,1 365,8 29,2 35,4 76,8 103,9 122,1 169,3 219,4 0,858 22,54 27,83 60,23 81,45 95,72 132,7 172,1 55,68 55,03 50,91 48,19 46,32 41,61 36, , , , , ,22 234,38 490,06 645,77 747,38 988, ,8 9,53 9,50 9, ,14 8,94 8, S 10S 20 Std,30,40S XS,80S ,19 4,57 6,35 9,52 10,3 12,7 14,3 17,4 25,4 315,5 314,7 311,1 304,8 303,2 298,4 295,3 289,9 273,0 782,0 778,1 760,7 729,6 722,0 699,4 685,2 655,5 585,8 42,1 45,9 63,5 94,1 101,5 124,1 138,8 168,0 238,1 1,018 29,11 36,00 49,70 73,74 79,75 97,34 108,8 131,7 188,7 78,2 77,81 76,07 72,96 72,20 69,94 68,52 65,55 58, , , , ,23 361,07 493,34 717,88 771,97 929, , , ,5 11,30 11,28 11,23 11,13 11,10 11,00 10,95 10,85 10, Std,30 40 XS ,35 9,52 11,10 12,7 15,1 19,0 23,8 342,9 336,5 333,4 330,2 325,5 317,5 308,0 923,3 889,7 872,9 856,2 832,3 791,7 745,2 69,7 103,5 120,1 136,8 161,2 201,3 248,4 1,118 54,62 81,2 94,29 107,3 126,3 157,9 194,5 92,33 88,97 87,29 85,62 83,23 79,17 74, ,2 873, , , , , ,7 12,34 12,24 12,19 12,14 12,04 11,91 11,76

15 TUBOS DE AÇO Dimensões Normalizadas pela ASME B36.10 e B36.19 Continuação Diâmetro Nominal (pol.) Diâmetro Externo (mm) Ver nota 5 Designação Espessura de Espessura da parede (Sch) (mm) Ver nota 3 Ver nota 4 Diâmetro Interno (mm) Área de seção livre (cm²) Área de seção do metal (cm²) Superfíci e externa (m²/m) Peso Aprox. (kg/m) Tubo Vazio Ver nota 6 Conteúdo de Água Ver nota 7 Momento de Inércia (cm 4 ) Seção Transversal Momento resistente (cm³) Raio de giração (cm) Std,30 XS, Std,20 XS Std,20 XS, Std,20 XS ,35 9,52 12,7 16,6 21,4 26,2 6,35 9,52 12,7 14,3 19,0 23,8 29,4 6,35 9,52 12,7 15,1 20,6 26,2 32,5 6,35 9,52 12,7 17,4 24,6 30,9 38,9 7,92 12,7 15,9 393,7 387,3 381,0 373,1 363,6 354,0 444,5 438,0 431,8 428,6 419,1 409,6 398,5 495,3 488,9 482,6 477,9 466,7 455,6 442,9 596,9 590,5 584,2 574,7 560,4 547,7 531,8 746,1 736,6 730, , , , , ,1 984, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,3 79,8 118,8 157,1 203,9 258,7 312,9 89,9 133,9 177,4 198,7 261,9 323,9 394,8 100,1 149,2 197,4 233,5 315,5 396,1 485,5 120,3 179,5 238,0 324,5 451,6 582,6 967,5 187,7 298,7 371, ,57 93,12 123,2 159,9 203,0 245, ,52 105,0 139,0 155,9 205,6 254,1 309, ,46 116,9 154,9 182,9 247,6 310,8 381, ,35 140,8 136,7 254,7 354,3 440,8 546, ,2 234,4 291,8 121,7 117,8 114,0 109,3 103,8 98,46 155,2 150,8 146,5 144,3 137,9 131,7 124,7 192,7 187,7 182,9 179,4 171,1 163,0 154,1 280,0 274,2 267,8 259,4 246,5 235,5 221,9 437,4 426,5 418, , , , , , , ,0 2,796,1 999, , , , , ,8 3,969, , , , , , , , , , , , , , , , , ,8 14,15 14,05 13,92 13,79 13,64 13,48 15,95 15,82 15,72 15,67 15,49 15,34 15,16 17,73 17,63 17,53 17,42 17,25 17,07 16,84 21,34 21,21 21,10 20,96 20,70 20,50 20,22 26,67 26,49 26,39 Notas: 1. Esta tabela inclui tubos de todos os tipos de aços: açocarbono e aços de baixa liga (norma ANSI B.36.10), e aços inoxidáveis (norma ANSI B.36.19). 2. A norma ANSI B só abrange tubos até o diâmetro nominal de As designações Std, XS e XXS correspondem às espessuras denominadas standart, extraforte e duplo extraforte da norma ANSI B As designações 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 e 160 são os números de série (schedule number) dessa mesma norma. As designações 5S, 10S, 20S, 40S e 80S são da norma ANSI B para os tubos de aços inoxidáveis. 4. As espessuras em mm indicadas na tabela são os valores nominais, as espessuras mínimas correspondentes dependerão das tolerâncias de fabricação, que variam com o processo de fabricação do tubo. Para tubos sem costura a tolerância usual é ± 12,5% do valor nominal. 5. Nesta tabela estão omitidos alguns diâmetros e espessuras não usuais na pratica. Para a tabela completa, contendo todos os diâmetros de espessuras, consulte as normas ANSI B e ANSI B Os pesos indicados nesta tabela correspondem aos tubos de açocarbono ou de aços de baixa liga. Os tubos de aços inoxidáveis ferríticos pesam 5% menos, e os inoxidáveis austeníticos cerca de 2% mais. 7. Esses mesmos números apresentam também a vazão em l/seg. para a velocidade de 1m/seg. 14

16 Dimensões e Pesos Para Tubos de Aço Inox e Sem costura Padrão OD Diâmetro Externo (pol) Diâmetro Externo (mm) Espessura Da parede (mm) Massa (kg/m) Diâmetro Externo (Pol) Diâmetro Externo (mm) Espessura Da parede (mm) Massa (kg/m) Diâmetro Externo (Pol) Diâmetro Externo (mm) Espessura Da parede (mm) 6,00 1,00 0,125 7/8 22,22 1,00 0, ,20 1,20 2,253 1/4 6,35 0,89 0,122 7/8 22,22 1,50 0, ,20 1,50 2,805 1/4 6,35 1,00 0,134 7/8 22,22 2,00 1, ,20 2,00 3,714 1/4 6,35 1,24 0, ,40 1,00 0, ,20 3,00 5,584 8,00 0,50 0, ,40 1,20 0, /2 88,90 1,50 3,281 8,00 1,00 0, ,40 1,50 0, /2 88,90 2,00 4,350 3/8 9,53 0,89 0, ,40 2,00 1, /2 88,90 3,00 6,554 3/8 9,53 1,00 0, /4 31,75 1,00 0, ,60 1,50 3,756 3/8 9,53 1,20 0, /4 31,75 1,20 0, ,60 2,00 4,986 3/8 9,53 1,50 0, /4 31,75 1,50 1, ,60 3,00 7,523 9,53 0,50 0, /4 31,75 2,00 1, ,00 2,00 6,258 10,00 1,00 0, /2 38,10 1,00 0, ,00 3,00 9,311 10,00 1,00 0, /2 38,10 1,20 1, ,00 3,50 10,819 12,00 1,20 0, /2 38,10 1,50 1, ,40 2,00 7,529 1/2 12,00 0,89 0, /2 38,10 2,00 1, ,40 3,00 11,218 1/2 12,70 1,00 0, /2 38,10 3,00 2, ,40 3,50 13,044 1/2 12,70 1,20 0, ,80 1,20 1, ,40 4,00 14,858 1/2 12,70 1,50 0, ,80 1,50 1, ,20 2,00 10,072 5/6 15,87 1,00 0, ,80 2,00 2, ,20 3,00 15,033 5/6 15,87 1,50 0, ,80 3,00 3, ,20 4,00 19,944 3/4 19,05 1,00 0, /2 63,50 1,00 1, ,20 5,00 24,805 3/4 19,05 1,20 0, /2 63,50 1,20 1, ,00 3,00 18,848 3/4 19,05 1,50 0, /2 63,50 1,50 2, ,00 4,00 25,030 3/4 19,05 1,65 0, /2 63,50 2,00 3, ,00 4,50 28,102 Massa (kg/m) 3/4 19,05 2,00 0, /2 63,50 3,00 4, ,00 6,35 39,362 15

17 NORMALIZAÇÃO Principais Especificações Técnicas para Tubos: ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NORMA Fabricação Aplicação Norma Similar ABNT NBR 5580 Com costura Condução de fluido Din 2440 e 2441 ABNT NBR 5581 Sem costura Serviço de refinaria ASTM A 161 ABNT NBR 5582 Sem costura Serviço de refinaria ASTM A 200 ABNT NBR 5583 Sem costura Condensadores e trocadores de calor ASTM A 179 ABNT NBR 5584 Sem costura Condensadores e trocadores de calor ASTM A 199 ABNT NBR 5585 Com costura Condensadores e trocadores de calor ASTM A 214 ABNT NBR 5590 Com ou sem costura Condução de fluido com requisitos de qualidade ASTM A 53 ABNT NBR 5592 Sem costura Caldeiras e super aquecedores ASTM A 209 ABNT NBR 5593 Sem costura Caldeiras e super aquecedores ASTM A 210 ABNT NBR 5594 Sem costura Caldeiras e super aquecedores de alta pressão ASTM A 192 ABNT NBR 5595 Com costura Caldeiras ASTM A 178 ABNT NBR 5596 Com costura Caldeiras e super aquecedores de alta pressão ASTM A 226 ABNT NBR 5597 Com ou sem costura Eletrodutos rígidos com Revest. Roscados Pesado e Extrapesado ABNT NBR 5598 Com ou sem costura Eletrodutos rígidos com Revest. Roscados Pesado e Extrapesado ABNT NBR 5599 Com costura De precisão para auto peça Din 2393 ABNT NBR 5602 Com ou sem costura Serviço em baixa temperaturas ASTM A 333 ABNT NBR 5603 Sem costura Serviço em baixa temperaturas ASTM A 335 ABNT NBR 5605 Com ou sem costura Serviço em baixa temperaturas ASTM A 334 ABNT NBR 6321 Sem costura Serviço em baixa temperaturas e alta pressões ASTM A 106 ABNT NBR 6591 Com costura Industriais perfis redondos, Quadrados e retangulares Din 2394 ABNT NBR 8476 Sem costura De precisão para auto peças Din

18 ASTM American Society for Testing and Materials NORMA Fabricação Aplicação Norma Similar ASTM A 53 Com ou sem costura Condução de fluido com requisitos de qualidade ABNT NBR 5590 ASTM A106 Sem costura Serviço em alta temperatura e alta pressão ABNT NBR 6321 ASTM A120 Com ou sem costura Condução de fluido uso comum em serviço de baixa responsabilidade ABNT NBR 5885 ASTM A134 Com costura Serviço em baixa pressão ASTM A135 Com costura Condução de fluido em geral ASTM A139 Com costura Condução de fluido em geral ASTM A161 Com costura Serviço em refinaria ABNT NBR 5581 ASTM A178 Com costura Caldeiras ABNT NBR 5595 ASTM A179 Sem costura Condensadores e trocadores de calor ABNT NBR 5583 ASTM A192 Sem costura Caldeiras e superaquecedores de alta pressão ABNT NBR 5534 ASTM A199 Sem costura Condensadores e trocadores de calor ABNT NBR 5584 ASTM A200 Sem costura Serviço em refinaria ABNT NBR 5582 ASTM A208 Sem costura Caldeiras e altas temperaturas ABNT NBR 5583 ASTM A210 Sem costura Caldeiras e altas temperaturas ABNT NBR 5592 ASTM A213 Sem costura Caldeiras e altas temperaturas ASTM A214 Com costura Condensadores e trocadores de calor ABNT NBR 5585 ASTM A226 Com costura Caldeiras e superaquecedores de alta pressão ABNT NBR 5596 ASTM A252 Com ou sem costura Tubos para estacas ASTM A333 Com ou sem costura Serviço em baixa temperaturas ABNT NBR 5602 ASTM A334 Com ou sem costura Serviço em baixa temperaturas ABNT NBR 5605 ASTM A335 Sem costura Serviço em altas temperaturas ABNT NBR 5603 ASTM A405 Sem costura Serviço em altas temperaturas ASTM A423 Com ou sem costura Trabalhos sob pressão com maior resistência a corrosão ASTM A500 Com ou sem costura Estruturas metálicas ASTM A501 Sem costura Estruturas metálicas ASTM A513 Com costura Fins mecânico ASTM A519 Sem costura Fins mecânico ASTM A523 Com ou sem costura Eletrodutos ASTM A524 Sem costura Serviços em temperatura ambiente e abaixo ASTM A556 Sem costura Aquecedores de água e alimentação ASTM A557 Com costura Aquecedores de água e alimentação ASTM A589 Com ou sem costura Poços artesianos 17

19 DIN Deutsches Institut für Normung NORMA Fabricação Aplicação Norma Similar Din 1625 Com costura Evaporadores aquecedores e condução de gazes Din 1629 Sem costura De precisão para auto peças ABNT NBR 8476 Din 2393 Com costura De precisão para auto peças ABNT NBR 5599 Din 2394 Com costura Industriais perfis redondos, Quadrados e retangulares ABNT NBR 6591 Din 2440 Com ou sem costura Condução de fluidos ABNT NBR 5580m Din 2441 Com costura Condução de fluidos ABNT NBR 5580p Din 2448 Sem costura Caldeiras evaporadores condução de gazes e aquecedores Din 2458 Com costura Caldeiras e altas temperaturas API American Petroleum Institute NORMA Fabricação Aplicação Norma Similar API 5CT Com ou sem costura Poços de petróleo revestimento/ bombeamento API 5D Sem costura Poços de petróleo perfuração API 5L Com ou sem costura Condução de produtos petrolíferos API 2B Com costura Tubos estruturais AWWA American Water Works Association NORMA Fabricação Aplicação Norma Similar AWWA C200 Com costura Tubos para hidráulicas e saneamento AWWA C208 Com costura Conexões para tubos AWWA C

20 TUBOS DE METAIS FERROSOS TUBOS DE AÇO CARBONO O aço carbono e o material mais usado na indústria, seja pelo controle da quantidade de carbono, e de impurezas, seja pela adição de outros elementos, ou por meio de algum tipo de tratamento, e possível fazer com ele tenha um desempenho muito melhor no processo de fabricação, tornandoo fácil de soldar, de conformar e de ser encontrado no comercio, originando uma menor relação custo / resistência mecânica, onde quer que seja utilizado, por exemplo sua aplicação em tubulação de água doce, vapor de baixa pressão, condensado, ar comprimido, óleos, gases e muitos outros fluidos pouco corrosivos, representam dentro de uma refinaria de petróleo, mais de 85% da instalação em geral. Podese misturar ao aço, outros metais, para que se torne ainda melhor para atender determinadas necessidades até mesmo bastante sofisticadas, antes mesmo de conhecer o ferro, o homem já conhecia ao menos uma liga metálica, ele percebeu que a mistura de dois metais melhora o desempenho do metal que estava em maior quantidade. Por isso, o aço que se torna cada vez mais comum, é o aço carbono, que existe numa mistura de ferro com pequenas quantidades de carbono (Maximo 2%) e elementos residuais, que após o processo de fabricação, ainda ficam no material metálico. Juntandose o ferro com o carbono dentro do aço, obtemse uma substância muito dura que aumenta a dureza do aço nos limites de resistência e de escoamento, porem diminui sua ductilidade, e a soldabilidade. Por essa razão, em aços para tubos limitase a quantidade de carbono de 0,25% ate 0,35% que de acordo com valores adotados dentro dessa faixa o torna bastante fácil de soldar, assim como, de fácil dobramento a frio. Por mais controlado que possa ser o processo de fabricação do aço e impossível produzilo sem determinadas impurezas as quais de certa maneira, tem influência sobre as propriedades desse material. Quando adicionamos propositalmente tais impurezas são consideradas Elementos de Liga, conferindo propriedades especiais ao aço, tais impurezas, como o manganês, o silício, o fósforo, o enxofre e o alumínio fazem parte das matériasprimas usadas no processo de produção do aço, elas podem estar presentes no próprio minério ou ser adicionadas para provocar alguma reação química desejável, como por exemplo, a desoxidação. A resistência mecânica do aço carbono começa a sofrer forte redução em temperaturas superiores a 400 graus Celsius, nesses casos recomendase o emprego de 19

21 aços carbono acalmados, com adição de ate 0,6% de Si. Em temperaturas superiores a 530 graus Celsius, o aço carbono sofre uma intensa oxidação superficial, quando exposto ao ar, assim como, não se empregam para serviços em que possam ocorrer temperaturas inferiores a 45 graus Celsius. O contato direto com o solo causa uma corrosão, que se torna mais acentuada em solos úmidos, o aço carbono e também atacado pelos ácidos minerais, de um modo geral os resíduos de sua corrosão não são tóxicos, mesmo assim, o aço carbono pode ser usado, com uma vida útil satisfatória, para a maioria dos processos industriais. Para que se possa perceber de uma maneira ainda melhor o que cada um desses elementos traz ao aço, em termos de mudança de propriedades, colocamos tais informações no quadro abaixo: Elemento liga de Influência estrutura na Influências nas propriedades Aplicações Produtos Níquel Refina o grão. Diminui a velocidade de transformação na estrutura do aço. Aumento da resistência à tração. Alta ductilidade. Aço para construção mecânica. Aço inoxidável. Aço resistente a altas temperaturas. Pecas para automóveis. Utensílios domésticos. Caixas parra tratamento térmico. Manganês Estabiliza os carbonetos. Ajuda a criar microestrutura dura por meio de têmpera. Diminui a velocidade de resfriamento. Aumento da resistência mecânica e temperabilidade da peca. Resistência ao choque. Aço para construção mecânica. Pecas para automóveis e pecas para uso gerais engenharia mecânica. Cromo Forma carbonetos. Acelera o crescimento dos grãos. Aumento da resistência à corrosão e à oxidação. Aumento da resistência a altas temperaturas. Aços construção mecânica. ferramenta. inoxidáveis. para Aços Aços Produtos para indústria química; talheres; válvulas e pecas para fornos. Ferramentas de corte. Molibdênio Influência estabilização carboneto. na do Alta dureza ao rubro. Aumento de resistência à tração. Aumento de temperabilidade. Açosferramenta. Açocromoníquel. Substituto do tungstênio em aços rápidos. Ferramentas corte. de Vanádio Inibe o crescimento dos grãos. Forma carbonetos. Maior resistência mecânica. Maior tenacidade e temperabilidade. Resistência à fadiga e à abrasão. Aços cromovanadio Ferramentas corte. de Tungstênio Forma carbonetos muito duros. Diminui a velocidade das transformações. Inibe o crescimento dos grãos. Aumento da dureza. Aumento da resistência a altas temperaturas. Aços rápidos. Açosferramenta Ferramentas corte. de 20

22 Cobalto Forma carbonetos (fracamente). Aumento da dureza. Resistência à traição. Resistência à corrosão e à erosão. Aços rápidos. Elemento de liga em aços magnéticos. Lâminas de turbina de motores a jato. Silício Auxilia na desoxidação. Auxilia na grafitizacão. Aumenta a fluidez. Aumento da resistência à oxidação em temperaturas elevadas. Melhora da temperabilidade e da resistência à tração. Aços com alto teor de carbono. Aços para fundição em areia. Pecas fundidas. PRINCIPAIS ESPECIFICACÕES PARA TUBOS DE AÇO CARBONO Notese que existem no comercio materiais tidos como de qualidade, porem não obedecem a nenhuma especificação, a norma ANSI B.31 enfatiza a necessidade de que se iniba o emprego de qualquer material que não atenda rigorosamente essas exigências que se aplica a todos os tubos e componentes de tubulação, entre elas, as mais empregadas são: ASTM A53 Especificação para tubos de condução de qualidade media sem ou com costura, e de acordo com a resistência mecânica e o teor de carbono, são especificados em dois graus distintos de material: Grau A 0,25% de carbono, considerado aço de baixo carbono, com resistência de 34 kg/mm2 (valores máximos); Grau B 0,30% de carbono, considerado aço de médio carbono, com resistência de 42 kg/mm2 (valores máximos); ASTM A106 Especificação para tubos de condução de alta qualidade sem costura e para altas temperaturas, a especificação abrange três tipos de graus de material: Grau A 0,25% de carbono, considerado aço de baixo carbono, com resistência de 34k g/mm2 (valores máximos); Grau B 0,30% de carbono, considerado aço de médio carbono, com resistência de 42 kg/mm2 (valores máximos); Grau C 0,35% de carbono, considerado aço de médio carbono, com resistência de 48 kg/mm2 (valores máximos, e raramente empregado); API 5L Especificação para tubos de condução de qualidade media sem ou com costura, e de acordo com a resistência mecânica e o teor de carbono, são especificados em dois graus distintos de material, idênticos ao ASTM A53: Grau A 0,25% de carbono, considerado aço de baixo carbono, com resistência de 34 kg/mm2 (valores máximos); Grau B 0,30% de carbono, considerado aço de médio carbono, com resistência de 42 kg/mm2 (valores máximos); 21

23 TUBOS DE AÇOS LIGA Apos tudo o que ate então foi exposto, tornase possível notar que existem varias possibilidades para melhorar a resistência mecânica de qualquer metal, sendo uma delas, acrescentando elementos de liga. Então, quando o aço é um aço liga? Quando as quantidades dos elementos adicionados são muito maiores do que as encontradas nos aços carbono comuns. Os elementos de liga mais comumente adicionados ao aço são: Níquel, Manganês, Cromo, Molibdênio, Vanadio, Tungstênio, Cobalto, Silício e o Cobre; Lembrando que para os materiais de tubulação, tornamse os mais aplicados: O Cromo e o Molibdênio e o Níquel, sendo o Cr e o Mo materiais magnéticos, especiais para utilização em altas temperaturas, como e o caso da adição do cromo, que resulta numa sensível melhoria no que se refere a resistência a oxidação nos processos operacionais em temperaturas elevadas. O molibdênio por sua vez contribui para uma melhor oposição a fluência do aço, ele influi na estabilização do carboneto, dando mais dureza e aumento a capacidade de resistir esforços mecânicos, juntamente com a temperabilidade, fazendo com que esse aço liga possa apresentar um índice de corrosão consideravelmente lento em relação ao aço carbono. Os aços ligas contendo níquel possui características bastante interessantes, como já colocamos anteriormente sua aplicação torna o aço resistente as altas temperaturas, com aumento também de resistência a tração e alta ductilidade, e ao mesmo tempo, são materiais específicos para uso em temperaturas muito baixas, sendo esses efeitos tanto mais acentuados quanto maior for a quantidade de níquel (o aço ASTM A333 Gr. 3 com 3,5% de Ni, pode ser usado para serviço continuo não corrosivo com temperatura de 100graus Celsius), o que demonstra que o níquel e um material que tem, de um modo geral, grande resistência a corrosão e ampla faixa de resistência as temperaturas, tanto altas como muito baixas. PRINCIPAIS ESPECIFICACOES PARA TUBOS DE ACOS LIGA ASTM A333 Especificação para tubos de condução de aço com ou sem costura, para baixas temperaturas, são especificados em dois graus distintos de material: Grau 3 31/2% de níquel (especifico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 100graus Celsius); 22

24 Grau 7 21/4% de níquel (especifico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 60graus Celsius); ASTM A335 Especificação para tubos de condução de aços liga ferriticos, sem costura para altas temperaturas, são especificados em seis graus distintos de material: Grau P1 1/2% de molibdênio (especifico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 480 graus Celsius); Grau P5 5% de cromo com 1/2% de molibdênio (especifico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 480 graus Celsius); Grau P7 7% de cromo com 1/2% de molibdênio (especifico para uso em temperatura para serviço contínuo não corrosivo de ate 480 graus Celsius); Grau P9 9% de cromo com 1% de molibdênio (especifico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 600graus Celsius); Grau P11 11/4% de cromo com 1/2% de molibdênio (específico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 520 graus Celsius); Grau P22 21/4% de cromo com 1% de molibdênio (especifico para uso em temperatura para serviço continuo não corrosivo de ate 570 graus Celsius); ASTM A671 Especificação para tubos de condução de aço carbono, e aços liga Ni, com costura de grandes diâmetros (16 ou maiores), para temperaturas ambientes e baixas; ASTM A672 Especificação para tubos de condução de aço carbono, e aço liga 0,5Mo, com costura de grandes diâmetros (16 ou maiores), para serviços de temperaturas ambientes e baixas; TUBOS DE AÇO INOXIDÁVEL Os aços inoxidáveis foram descobertos a menos de um século. Sua principal característica e o chamado filme passivo. Na presença de oxigênio, os aços inoxidáveis formam naturalmente uma película de óxido de Cromo, que resiste a ataques corrosivos de agentes externos. Os aços inoxidáveis podem ser classificados em quatro famílias mais importantes, segundo a estrutura metalografica que apresentam: 23

25 Aços Inoxidáveis Austeniticos (nãomagnéticos) São os com maior aplicação dentro dos aços inoxidáveis, de acordo com a estrutura metalografica desse material, que predomina na liga dos austeniticos, basicamente ligas de Ferro, Cromo e Níquel, que os tornam não temperáveis e são todos facilmente soldáveis: AISI 304 (18% Cromo e 8% Níquel) Resiste limites de temperaturas entre 255 até 600graus Celsius; AISI 304L (18% Cromo, 8% Níquel e no Maximo 0,03% Carbono) Resiste limites de temperaturas entre 400 até 400 graus Celsius; AISI 310 (25% Cromo e 20% Níquel) Resiste limites de temperaturas entre 195 até 600 graus Celsius; AISI 316 (16% Cromo, 10% Níquel e 2% Molibdênio) Resiste limites de temperaturas entre 195 até 650 graus Celsius; AISI 316L (16% Cromo, 10% Níquel, 2% Molibdênio e no Maximo 0,03% Carbono); Resiste limites de temperaturas entre 195 até 400 graus Celsius; AISI 321 (17% Cromo, 9% Níquel e 053% Titânio) Resiste limites de temperaturas entre 195 até 600 graus Celsius; AISI 347 (17% Cromo, 9% Níquel, e 1% Nióbio +Tântalo); Resiste limites de temperaturas entre 255 até 600graus Celsius; Aços Inoxidáveis Martensiticos Material para fácil usinagem, são basicamente ligas Ferro e Cromo, aceita tempera, porem de difícil soldagem, são aplicados em ambientes de agressividade media, onde ha necessidade de maior resistência mecânica, não podem ser empregados como material de construção, sendo, entretanto, usados para partes internas, não soldadas, de vasos de pressão, de caldeiras nos tubos de troca de calor: AISI 403 (11,5% a 13% Cromo) Resiste limites de temperaturas ate 480 graus Celsius; AISI 410 (11,5% a 13,5% Cromo e 0,75% Níquel) Resiste limites de temperaturas ate 500graus Celsius; AISI 416 (12% a 14% Cromo e 0,6% Molibdênio) Resiste limites de temperaturas ate 480graus Celsius; Aços Inoxidáveis Ferriticos (magnéticos) Esses aços possuem menor resistência a fluência e a corrosão, em comparação ao aço inoxidável austenitico já citados acima, porem juntamente com os aços martensiticos, não são adequados para serviços em baixas temperaturas, onde ficariam sujeitos a 24

26 fraturas frágeis, como é o caso do aço carbono: AISI 405 (11,5% a 14,5% Cromo; 0,6% Níquel; 0,1% a 0,3% Alumínio) Resiste limites de temperaturas ate 480graus Celsius; AISI 430 (16% a 18% Cromo e 0,75% Níquel) Resiste limites de temperaturas ate 550graus Celsius; AISI 446 (23% a 27% Cromo) Resiste limites de temperaturas ate 550graus Celsius; PRINCIPAIS ESPECIFICAÇÕES PARA TUBOS DE AÇOS INOXIDÁVEIS ASTM A312 Especificação para tubos de condução de aço inoxidável com estrutura metalografica austenitica, com ou sem costura, para baixas e altas temperaturas, são especificados em vários graus distintos de material, que seguem as normas AISI, para definição de sua estrutura metalúrgica: Grau AISI 304 Idem a tabela acima (aços inoxidáveis Austeniticos); Grau AISI 304L Idem a tabela acima (aços inoxidáveis Austeniticos); Grau AISI 316 Idem a tabela acima (aços inoxidáveis Austeniticos); Grau AISI 316L Idem a tabela acima (aços inoxidáveis Austeniticos); TUBOS DE FERRO FUNDIDO, NODULAR, FORJADO E FERROS LIGADOS Os tubos de ferro fundido são constituídos de ligas de ferro e carbono com elevados teores de silício, onde o carbono esta presente com valores entre 2 e 4,5%, teores acima desses deixam o ferro fundido mais duro do que o aço, e pela presença do silício, sua estrutura se altera, tornandoo mais frágil, não permitindo então laminálos, forjálos, ou vergálos em qualquer temperatura. São usados os tubos de ferro fundido, em serviços de baixa pressão e temperatura. Na fabricação do tubo de ferro fundido nodular, tratase de um material obtido com a adição de elementos como o magnésio, o mesmo ocorre com o tubo de ferro ligado que é 25

27 obtido com adição de silício, cromo ou níquel. Com tratamento térmico adequado esses materiais podem apresentar propriedades mecânicas, como a ductilidade, a tenacidade, a usinabilidade, as resistências mecânicas e a corrosão, melhores do que o ferro fundido comum e ate mesmo as de alguns aços carbono, resistindo muito bem ao ataque da maioria dos ácidos e com excepcional resistência a fluidos abrasivos. O tubo de ferro fundido maleável, que se trata do ferro forjado, é um material que reúne as vantagens do aço e as do ferro fundido, assim, ele possui ao mesmo tempo, alta resistência mecânica e alta fluidez no estado liquido, o que lhe permite ser usado na produção de pecas complexas e finas; As conexões de tubulação produzidas com esses materiais são conhecidas no mercado como conexões de ferro maleável ASTM A197, galvanizado, ou ate mesmo, conexões Tupy, e são aplicadas nas indústrias em sistemas não severos, onde baixa temperatura e pressão predominam, e de acordo com a norma ABNT NBR 15526, são aprovadas para instalações em linhas de gás, e serão tratadas com mais detalhes no próximo modulo no assunto conexões. Porem, para o uso de tubos de ferro fundido em determinadas áreas de processo, independente da classe de ferro, fica bastante restringido, em função de normas vigentes existentes que limitam suas aplicações. TUBOS DE METAIS NÃO FERROSOS Os metais não ferrosos são utilizados para serviços corrosivos, assim como em processos com temperaturas muito baixas, e existem também algumas ligas não ferrosas com extraordinária resistência a temperaturas muito elevadas, como e o caso do Inconel, que pertence a família de ligas a base de Níquel e podem ser aplicados em níveis superiores dos limites usuais dos aços inoxidáveis. Devido principalmente ao seu alto custo, e assim como o surgimento de novos materiais, os metais não ferrosos vem cada vez mais sendo substituídos pelos materiais plásticos, com vantagens consideráveis de preço e eficiência em suas aplicações. COBRE E SUAS LIGAS Cobre O denominado cobre comercial contem pelo menos 98% de cobre na sua composição química, e isso faz sua utilização bastante comum na fabricação de tubos de condução, ele e um dos metais termodinamicamente estáveis, e por esse motivo, apresenta excelente resistência a corrosão em geral, o que lhe confere uma boa resistência a atmosfera, mesmo quando úmida ou poluída, bem como a água salobra ou salgada em baixas velocidades (em altas velocidades e turbilhonamento podem resultar em corrosão). A sua temperatura limite de utilização e moderada, e fica na marca de 200graus Celsius, valores acima desse, observase uma forte redução na resistência mecânica, atribuída as transformações metalúrgicas. O emprego do cobre em tubulação e atualmente muito reduzido, devido ao custo elevado desse metal, e também, a sua baixa resistência mecânica, optandose nos casos em que for indicado, substituir pelos latões e bronzes, que são de maior resistência e mais baratos. Mesmo assim, o cobre é usado para tubos de pequeno diâmetro, e devido ao alto coeficiente de transmissão de calor, esses tubos são empregados em serpentinas, e como tubos de aquecimento e refrigeração, os resíduos da sua corrosão são, em geral, bastante tóxicos, o que limita o uso para produtos alimentares ou farmacêuticos, porém, o cobre tem sido ainda o material tradicionalmente usado em varias indústrias de bebidas. 26

28 Latão Os latões são ligas de cobre com ate 40% de zinco e pequenas quantidades de alumínio, estanho, ferro e outros elementos. Uma das variedades dessa liga recebe o nome de latão naval, esses materiais são usados, principalmente, para tubos e espelhos de trocadores de calor, bem como para válvulas de pequeno diâmetro e para pecas internas em válvulas grandes, todos para serviços de baixa pressão e temperatura moderada, e, também, com ar, vapor e águas em geral, inclusive água salgada e salobra, lembrando dos limites apresentados para o caso do cobre, que são os mesmo a ser considerados para aplicações dos latões. Bronze Os bronzes industriais são ligas de cobre com estanho(sn), alumínio(al), fósforo(p), silício(si) e outros, contendo de 85 a 95% de cobre. Os bronzes têm resistência a corrosão semelhante ao cobre comercial, porem, as suas qualidades mecânicas e de resistência a temperatura são bem melhores, podendo alguns tipos, trabalhar em serviços contínuos ate 370graus Celsius, permanecendo, entretanto, o mesmo limite de temperaturas baixas de (menos) 200graus Celsius. São empregados, assim como os latões, principalmente, para a construção de válvulas pequenas, para o mecanismo interno de válvulas grandes e para espelhos de trocadores de calor. 27

29 Cobreníquel São as ligas a base de cobre de melhor resistência a corrosão e a temperatura elevada, e como também de preço mais alto. São usados, principalmente, para feixes tubulares de trocadores de calor, onde possa circular água salgada ou outras águas agressivas e nos quais a temperatura ou a velocidade são mais altas do que o permissível para as ligas de cobre que são de custo mais acessíveis. São também, muito utilizados para tubulações de pequenos diâmetros, onde não é possível o emprego de tubos de aço carbono com revestimento interno anticorrosivo, devido a dificuldade de aplicação e inspeção do revestimento. As principais especificações de material da ASTM para esses tubos e pecas fundidas são: Tubos de Cobre: B68 Pecas fundidas; B75 Tubos sem costura; B88 Tubos para água; Tubos de Latão: B111 Tubos para condensadores; Tubos de Bronze: B61 Pecas fundidas; B315 Tubos para troca de calor; Tubos de Cobre níquel: B369 Pecas fundidas; B466 Tubos para troca de calor; ALUMÍNIO E SUAS LIGAS Os tubos desses materiais têm como principal propriedade a leveza, com cerca de 1/3 a 1/4 do peso especifico do aço, isso aliado a uma boa resistência a corrosão e a um alto poder de transmissão de calor. Devido ao seu excelente comportamento em temperaturas extremamente baixas, desde 273 ate 200graus Celsius, isso faz do alumínio o material de menor custo que pode ser usado em tubulações para serviços em temperaturas muito baixas, inclusive serviços criogênicos com gases liquefeitos, e onde haja a exigência de nãocontaminacão. 28

30 A grande desvantagem do alumínio e suas ligas, e o seu baixo ponto de fusào (685 graus Celsius), por essa razão, as tubulações de alumínio serão completamente destruídas por qualquer incêndio que ocorra, o que proíbe o emprego desse material, ainda que o risco de incêndio seja remoto. As principais especificações de material da ASTM para tubos de alumínio são: B210 Tubos sem costura; B234 Tubos para troca de calor; B345 Tubos para condução. NÍQUEL E SUAS LIGAS De todas as ligas de Níquel, o metal Monel é o de maior emprego em equipamentos de processo, sendo usado para tubulações e válvulas de pequenos diâmetros, para tubos de troca de calor e para material de revestimento anticorrosivo. O metal Monel é adequado para água salgada e outras águas agressivas em condições de severas velocidades e turbilhonamento, assim como, acido sulfúrico, diluído, acido clorídrico diluído e outros serviços corrosivos, como também com exigência de nãocontaminação. O custo muito elevado desses materiais e que restringe sua aplicação apenas em poucos casos especiais. CHUMBO E LIGAS A propriedade notável do chumbo é a sua extraordinária resistência a corrosão, o que o torna o material resistente a uma vasta gama de meios corrosivos, desde que a velocidade relativa do fluido seja moderada. O chumbo tem resistência praticamente indefinida a qualquer tipo de atmosfera ou água, bem como ao contato com o solo. Pode ser aplicado como material de revestimento anticorrosivo ou para tubulações de pequeno diâmetro e baixa responsabilidade, com temperatura ambiente e sem pressão. 29

31 Os revestimentos desse material são de fácil aplicação, porém seus resíduos de corrosão são muito tóxicos, impedindo seu uso em determinados serviços. TITANIO, ZIRCONIO E SUAS LIGAS O comportamento do titânio em meios fortemente oxidantes é superiores aos dos aços inoxidáveis, pode usado para água salgada mesmo em velocidades altas e em regime turbulento, para determinados meios corrosivos, a resistência do zircônio, pode ser melhor do que a do titânio, assim como, ele suporta uma faixa mais extensa de temperatura, podendo ir ate 480 graus Celsius, enquanto o limite de temperatura admissível para o titânio e de 300 graus Celsius. Devido ao preço muito elevado desses metais, o seu emprego restringese a casos extremos de serviços de alta corrosão, como, por exemplo, alguns condensadores de topo de torres de fracionamento. TUBOS NÃO METÁLICOS MATERIAIS PLÁSTICOS O uso de tubulações de materiais plásticos na indústria vem sendo utilizados como substitutos dos aços inoxidáveis, e dos metais não ferrosos, o aperfeiçoamento continuo desse material, assim como, o baixo custo, tende a tornar cada vez maior sua aceitação e aplicação. Pelo conjunto de vantagens e desvantagens, os materiais plásticos são, de um modo geral, utilizados para serviços em temperaturas ambiente ou moderada, com baixos esforços mecânicos, e onde exista a necessidade de nãocontaminação e a exigência de alta resistência a corrosão, esses materiais são recomendados para utilização em contato direto com o solo, a presença de correntes elétricas parasitas no local não geram corrosão galvânica. Agora, quase todos os materiais plásticos sofrem um processo de decomposição quando expostos por longo tempo a intempérie, em virtude da ação dos raios ultravioletas, os quais os tornam quebradiços, e mudando sua coloração. Para situações desse tipo se faz necessário a adição de pigmentos escuros na sua composição química, que fará com que haja uma melhora quanto a oposição a esse efeito. 30