1 INTRODUÇÃO Pode-se iniciar a incursão pelo complexo mundo industrial dos processos químicos e físicos, apresentando a definição dada por A. D.

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1 1 INTRODUÇÃO Pode-se iniciar a incursão pelo complexo mundo industrial dos processos químicos e físicos, apresentando a definição dada por A. D. Little: Qualquer processo químico, qualquer que seja a sua escala, pode ser decomposto numa série coordenada do que se podem denominar ações unitárias, como moagem, mistura, aquecimento, absorção, condensação, filtração, cristalização, etc. O número destas operações unitárias básicas não é muito grande e relativamente poucas delas estão presentes num processo particular qualquer. A complexidade provém da diversidade das condições, como a temperatura, a pressão, etc., sob as quais as ações unitárias devem ser realizadas nos diversos processos, e das limitações dos materiais de construção e do projeto dos equipamentos, impostas pelo caráter físico e químico das substâncias reagentes. Mais recentemente, incluiu-se, no que se chama de operações unitárias, o transporte de fluidos, a transferência de calor, a destilação, a umidificação, a absorção de gases, entre outros. Todas as operações unitárias são baseadas em princípios da ciência que são traduzidos nas aplicações industriais nos mais diversos campos. O escoamento de fluidos, por exemplo, é estudado na hidrodimâmica ou na mecânica dos fluidos. A transferência de calor tem sido objeto de muitas investigações pelos físicos e matemáticos. Sob o enfoque de interesse do curso, isto é, a interferência que um operador de processo tem sobre um determinado processo químico, leva em conta como agir, ou melhor, como controlá-lo. Para tanto, é necessário que o operador tenha o pleno conhecimento do processo de transformação em voga. As variáveis de processo, tais como, temperatura, pressão e vazão, os tipos de equipamentos envolvidos, que podem ser bombas, vasos, torres e reatores. Analogicamente a um automóvel, o operador de processo é o motorista, cuja função primeira e mais importante, é dirigir. Fará melhor seu trabalho, entretanto, se tiver conhecimento sobre a mecânica do motor, tipo de combustível, sistema de óleo e freio, etc. Este curso pretende iniciar o aluno nas técnicas básicas necessárias para o manuseio e controle dos processos químicos.

2 2 UNIDADES E MEDIDAS A observação e o controle de qualquer processo dinâmico envolvem medidas de unidades. São elas: Comprimento: medida de uma dimensão, por exemplo, a distância entre duas cidades é dada normalmente em quilômetros (km), a largura de uma peça em centímetros (cm) ou metros (m). Área: medida de duas dimensões que identifica uma área, m 2 ou km 2. Volume: associado ao espaço, portanto, três dimensões, o volume ocupado por uma caixa pode ser expresso em m 3. Massa: se as medidas anteriores definem a localização, esta identifica a matéria, assim quando dizemos que algo pesa 20 kg, caracteriza-se o quanto tem em massa. Das quatro unidades básicas acima citas, pode-se fazer algumas associações: A terceira associação apresenta uma propriedade importante, uma determinada quantidade de matéria por um determinado volume, isto é, a densidade. Quanto às duas anteriores, basta lembrar que a fiação da rede elétrica leva em conta a massa por metro do fio para se calcular o peso entre dois postes e a gramatura de uma folha de impressão é apresentada como a massa de papel por unidade de área. Tempo: a medida temporal de qualquer fenômeno. Pode-se desdobrar mais ainda as associações entre as unidades:

3 Além da velha conhecida velocidade, duas medidas de vazão surgem: a vazão volumétrica e a vazão mássica, dividindo a segunda pela primeira, aparece a densidade como resultado. A outra medida, que aparentemente só está associada ao tempo, é utilizada para medir a rotação de um eixo, esta medida é a freqüência: rotações por minuto ou rotações por segundo. Misturando mais um pouco: Obtém-se então a força, que é massa vezes aceleração, conhecida também como N (newton). Agora, se a força for aplicada sobre uma determinada área, ocorrerá ali uma pressão. Continuando, a força aplicada faz um corpo se deslocar, gastando energia e, finalmente, sabendo-se o tempo gasto neste trabalho de deslocamento, se saberá a potência. Temperatura: a medida do calor. Uma questão importante quando se usa um instrumento de medida de temperatura é saber como ele é calibrado. Alguns referenciais usados são os pontos de fusão e ebulição de materiais. Toma-se a água como exemplo: A escala Celsius racionaliza melhor a lógica, divide o intervalo entre os pontos de fusão e ebulição em 100 graus, a partir de zero. A escala Fahrenheit, mais antiga, divide o intervalo em 180 graus, a partir de 32. A partir dessa relação entre as escalas de temperatura, passa-se a analisar como se faz as transformações de um sistema de medidas para outro. Isto ainda tem importância na medida que existem várias destes sistemas. Tanto na indústria como em laboratórios os instrumentos indicam mediadas diversas. Para um americano uma pessoa tem febre a partir de 99 F, o que não diz nada para um brasileiro. Assim, a transformação é feita da seguinte forma:

4 Uma pessoa, para os parâmetros brasileiros, começa a ter febre em temperatura acima de 37 C. Já a temperatura de ebulição da água é de 100 C ou 212 F. Uma outra importante medida é a temperatura termodinâmica, K (Kelvin), introduzida para que se possa considerar o zero absoluto, 0 K, a transformação para C é o acréscimo do valor 273,15. Assim, a temperatura de ebulição da água é 373,15 K (273,15 mais 100 C). Para a transformação reversa, isto é, de K para C, diminui-se 273,15. Uma outra transformação deve também ser considerada. Diz a notícia que a cada 10 C de aumento de temperatura, a umidade relativa do ar sobe 5%, a questão que se coloca então: qual é a variação em F para a umidade subir os mesmo 5%? Apresentam-se na Tabela 2.1 as principais medidas e seus fatores de transformação para os sistemas internacional e inglês. Alguns exemplos:

5 Tabela 2.1 Conversões de medidas entre os sistemas inglês e internacional

6 3 BALANÇO MATERIAL Uma vez que se sabe como quantificar as variáveis de um processo, convém agora identificá-las. Um processo químico é composto por um conjunto de operações unitárias e cada uma delas possui sua própria característica, quanto as correntes que ingressam na unidade como as que saem, assim como os insumos energéticos. Estas correntes ou fluxos são quantificadas através de variáveis de processo, tais como, vazão mássica e vazão volumétrica. Em alguns sistemas, pode-se também usar vazão molar. O balanço material é um arranjo dessas correntes de maneira que se possa ver com clareza o que entra, o que sai de uma unidade e que pode ser acumulado ou consumido dentro dela. Um exemplo simples é o consumo diário de água de um casa, o balanço material deve ser realizado levando-se em consideração duas medidas: a vazão medida no hidrômetro durante as últimas 24 horas e a variação do nível do reservatório de água neste mesmo período: Pelo exemplo acima, o consumo de água da casa durante o período de um dia é a diferença das medidas do hidrômetro entre os dois dias mais o volume gasto do reservatório. Um outro exemplo de balanço material é mostrado abaixo:

7 Inicialmente é feito um balanço total das quatro correntes, uma de entrada e três de saídas - a única corrente dada é a da entrada, 1000 t/h - não é possível o cálculo do balanço sem as vazões das correntes de saída. Quando se fazem os balanços materiais individuais para cada componente água, petróleo e gás, as vazões de cada um deles e de cada saída são devidamente calculadas. Se for feita, agora, a soma das três correntes de saída o resultado é 1000 t/h. Para que não haja confusão, é recomendável que se especifique os percentuais das correntes, no caso acima aparece % P, que significa percentual em peso; podem também ser usados % V e % M, respectivamente, para percentuais em volume e em molar.

8 Exercícios do capítulo Ex-3.1 Ex-3.2

9 4 MECÂNICA DOS FLUIDOS A compreensão de como a água flui, seja por córregos, seja por condutos, sempre foi uma das grandes curiosidades da humanidade. As antigas civilizações, notadamente a romana, levaram esta curiosidade a níveis sofisticados de aplicação tecnológica. Entretanto, a formalização físico-matemática do que veio a ser considerada mecânica dos fluidos apareceu a partir do século XVIII com Daniel Bernouilli e século XIX com Osborne Reynolds. 4.1 Teorema de Bernouilli (Princípio da Conservação da Energia) Uma das formas de se entender um sistema dinâmico, que é o caso de fluidos em movimento, é analisar os conteúdos energéticos de pontos distintos do mesmo. Sabe-se pela física clássica que a soma das energias em um ponto dentro de um fluido ideal é a mesma que para um outro ponto, ou seja, a energia total é mantida. O que diferencia é a quantidade relativa de cada tipo de energia. O ponto 1 está mais alto que o ponto 2, portanto, possui mais energia geométrica; por outro lado, no ponto 2 o fluido está com maior velocidade e tem, por isso, mais energia cinética. A energia potencial diz respeito à pressão que o fluido está submetido, tanto no ponto 1 como no ponto 2, o fluido está exposto à pressão atmosférica e assim suas energias potenciais são idênticas. O balanço energético fica:

10 Quanto se somam termos, como é o caso desta equação, é necessário que todos eles possuam a mesma unidade. Assim é: Todas as formas de energia que o teorema de Bernouilli apresenta têm como medida o metro. Uma pessoa mergulha até o fundo de uma piscina cuja profundidade é de 4 metros., qual será a pressão em atm (mmhg) que seus tímpanos sofrem? Um exemplo da aplicação direta da equação de Bernouilli é apresentada a seguir:

11 4.2) Princípio da conservação de energia para fluidos reais Quando um fluido é transportado de um ponto a outro, como se viu acima, obedece a Lei de conservação de energia. Por exemplo, a água de um depósito localizado na parte superior de um prédio escoa naturalmente, por gravidade, para qualquer torneira; entretanto, para que esse depósito seja mantido com nível tornar-se necessária a ação de uma bomba, que descola a água da rede localizada na rua até o reservatório. Nos dois casos, tanto a água descendo para as torneiras, como a que está sendo bombeada, há um gasto de energia inerente a próprio movimento da água. Analogamente, quando um carro se desloca por uma via ascendente e logo depois precisa descê-la, embora no segundo momento gaste menos combustível, desgasta da mesma maneira os pneus. Para os fluidos reais, se introduz esta correção de perda de energia, chamada de perda de carga, p. Esta perda de carga esta associada à turbulência do fluxo, à viscosidade do fluido e ao atrito deste com as paredes do conduto. No caso do exemplo da represa, é necessário acrescentar o custo energético da perda de carga referente à tubulação que escoa a água até o ponto 2. Na medida que se desconta esta energia perdida, a velocidade da água nesse ponto será um pouco menor daquela calculada. 4.3) Experiência de Reynolds

12 Antes de tratar a metodologia de cálculo da perda de carga, é conveniente compreenderse o caminho experimental que governou tal desenvolvimento científico. É bastante comum neste tipo de conhecimento experimental a realização de aparatos que simulem na prática concepções científicas e dela se tire informações. Este é o caso do experimento de Reynolds, esquematicamente mostrado a seguir: Reynolds montou um tubo de vidro de um determinado diâmetro por onde fluia água e ao mesmo tempo injetou um filete de corante. Ele percebeu que, quando a vazão de água era baixa, o comportamento do fluxo de corante era linear. Num segundo momento, fez aumentar o fluxo de água até que a linha de corante começasse a ter uma leve instabilidade. Com um maior fluxo de água, o filete deixava de existir e o corante se dispersava totalmente na água. Ele chamou o primeiro comportamento da água como regime laminar, o segundo momento de regime de transição e o último como regime turbulento. Utilizando esta lógica de comportamento da água, tendo como indicador o corante, Reynolds repetiu o experimento para vários outros diâmetros e tipos de líquidos. Com a tabulação dos dados retirados de cada ensaio: diâmetro do tubo, velocidade do fluxo do líquido, assim como a densidade e a viscosidade do líquido; e utilizando um método matemático conhecido como análise dimensional, ele encontrou um número que levou o seu nome: Número de Reynolds, N Re. O N Re, como se vê acima, é dito adimensional, na medida que se use as unidades adequadamente, o resultado é a unidade. Ao se substituir os valores das variáveis, seja nas unidades do sistema internacional ou inglês, o resultado numérico será sempre o mesmo. O N Re entre 2100 e 3500 identifica um escoamento de transição, que é instável, podendo existir um escoamento laminar ou turbulento, e mesmo os dois concomitantemente. Isto pode ser observado abrindo-se lentamente uma torneira de água.

13 4.4) O método do cálculo da perda de carga O cálculo da perda de carga, p, será feito através da equação de Darcy-Weisbach: Equações experimentais, como é o caso, nem sempre tem consistência no que se refere ao balanço de unidades, basta-se verificar os expoentes de Q e D. A única incógnita que aparece acima é f, o fator de atrito. Este fator é um corretor que está associado ao tipo de tubulação e o regime de fluxo, isto é, ao N Re. Uma forma de se apresentar o método de cálculo da perda de carga de uma tubulação é através de um exemplo: Uma vazão de 40 metros cúbicos por hora de água a 20 passa por uma tubulação de 3 de aço comercial e de 50 metros de comprimento do ponto a para o ponto b, conforme esquema abaixo. 1º passo: Cálculo do N Re No Gráfico 1 (viscosidades de líquidos e gases versus temperatura) encontra-se o valor da viscosidade (μ) da água em 25 C, que é aproximadamente 1cP (centipoise). A Tabela 2.1 mostra as conversões de unidades para viscosidade: 1 cp é equivalente a 0,001 kg/(m.s).

14 Gráfico 4.1 Viscosidade de vários fluidos A densidade da água em 25 C é 1000 kg/m 3.

15 A Tabela 4.1 mostra os padrões de tubulações, para transporte de água em temperatura ambiente o padrão é SCH-40, logo, o diâmetro interno de um tubo de 3 nominal é 0,0779 m. Tabela 4.1 Medidas padrões de tubulaçãos 2º passo: Cálculo do fator de fricção, f, e a perda de carga, p O fator do atrito, f, é uma função do N Re e de da rugosidade relativa da tubulação. A rugosidade relativa é E/D, onde E é a rugosidade interna da tubulação e D é o diâmetro

16 interno da tubulação. Os valores de E são tabelados para cada tipo de tubulação e sua unidade é comprimento. Assim, a relação E/D é adimensional. No Gráfico 4.2, a abscissa é o diâmetro do tubo e as linhas diagonais identificam os matérias dos tubos: uma linha vertical em 3 corta a diagonal de aço comercial, deste ponto uma linha horizontal chega no valor de E/D igual a 0,0006. Gráfico 4.2 Cálculo da rugosidade relativa No Gráfico 4.3, segue-se a linha curva relativa ao valor de E/D, 0,0006, a partir da vertical esquerda até encontrar o valor da linha vertical do N Re calculado acima. Do ponto de intersecção deles, segue-se horizontalmente para a esquerda até o valor do f, 0,019.

17 Cálculo da p O valor da perda de carga de 3,4 metros significa a energia irreversível que aquela vazão de água gasta por atrito nas paredes da tubulação e pela viscosidade do fluido, tanto faz que a vazão seja, como o calculado, de a para b, como de b para a. Agora, se fosse pedido calcular a energia total do transporte de água do ponto a para o ponto b a 10 metros, para a mesma vazão de 40 metros cúbicos por hora, o que se faria? Para que a água vá de a para b, é necessário vencer, além da perda de carga, a altura de 10 metros. Aplicando a equação de Bernouilli:

18 Gráfico 4.3 Cálculo do fator de atrito, f, a partir da rugosidade relativa e do Número de Reynolds Este valor de 13,4 m significa a energia que uma bomba necessita para impulsionar uma vazão de 40 metros cúbicos por hora de água a um nível mais elevado em 10 metros. O que aconteceria se a água fosse de b para a?

19 Uma outra questão que se coloca é que normalmente as tubulações não são retilíneas, como os exemplos tratados acima. Quando uma tubulação é projetada, tanto na indústria como na construção civil, leva-se em conta os desvios e as restrições de fluxo para que a fluido possa alcançar seu destino. Para exemplificar isto, usando o mesmo comprimento de tubulação entre os pontos a e b, e a mesma altura de 10 metros, mas por outro caminho: Introduz-se a definição de comprimento equivalente, L eq : o quanto vale cada acessório em termos de comprimento de linha. A Tabela 4.2 mostra esses comprimentos equivalentes em metros, para diversos acessórios, em função do diâmetro da linha: Os cálculos acima realizados, seja qual for o sistema, indicam valores de energia necessária para promover o transporte de uma certa vazão de um líquido de um ponto para outro. É evidente que, se para um determinado processo, só a vazão for alterada, a energia também será outra. No caso de líquido, seu transporte se dará pela ação de uma bomba. Quando o fluido a ser considerado for um gás, o método de cálculo é praticamente o mesmo, a fórmula de cálculo da perda de carga será uma adaptação da equação acima usada. Deverá ser considerada a variação de densidade, já que um gás é compressível. Os equipamentos que transportam gases são os compressores e ventiladores. Para concluir, quando se quer avaliar o uso de uma bomba são necessárias entre outras duas informações básicas: a vazão do fluido e a energia total para transportá-lo. O que também é válido para os compressores e ventiladores.

20 Tabela 4.2 Perdas de carga de acessórios Exercícios do capítulo: Ex-4.1

21 Como é possível, usando apenas tubulações e a equação de Bernouilli, transportar água de um ponto mais baixo para um outro mais alto? Tal qual os romanos faziam. Ex-4.2 Uma linha de 5 de aço comercial (SCH-40) de 100 m de comprimento interliga dois vasos. Com uma vazão de 45 m 3 /h água a 25 C sai do vaso 1 com uma pressão de 2 atm, a que pressão a água chega no vaso 2? Considerar que os vasos estão na mesma altura.

22 5 TRANSPORTE DE FLUIDOS 5.1 Bombas São máquinas hidráulicas destinadas a incrementar a energia de um líquido a ser transportado, através da energia mecânica recebida de uma fonte motriz. Parte desta energia é sob forma de pressão e parte por energia cinética. a) Bombas de deslocamento positivo (volumétricas): o líquido confinado no compartimento de sucção é deslocado de uma posição para outra. A descarga pode ser intermitente (bomba alternativa Fig.5.1a, b e c) ou contínua (bomba rotatória Fig.5.1.d e e). Figura 5.1.a Bomba alternativa com um pistão Figura 5.1.b Bomba alternativa com engrenagens

23 Figura 1.c Bomba alternativa com lóbulos Figura 1.d Bomba alternativa com um parafuso Figura 1.e Bomba de Arquimedes As bombas alternativas são utilizadas para altas pressões e pequenas vazões. Muito usadas como bombas dosadoras e adequadas para bombeamento de líquidos contendo gases, são auto-escorvantes. b) Bombas dinâmicas (de fluxo): as mais importantes e mais usadas são as bombas centrífugas. A bomba centrífuga (Fig. 5.2) converte a energia mecânica fornecida por um elemento acionador em energia cinética cedida ao líquido a ser

24 bombeado. Esta energia que o líquido transporta pode ser transformada em energia potencial, isto é, energia de pressão. Figura 5.2 Bomba centrífuga O elemento rotatório da bomba centrífuga é denominado rotor (Fig. 5.3). O princípio de operação básico é o rotor preenchido de líquido, que quando começa a girar, desloca o líquido através das palhetas para o exterior pela força centrífuga. O centro do rotor é o ponto de menor pressão e também o local de entrada do líquido. Bombas centrífugas de vários estágios (Fig. 5.4) são construídas como se fossem uma seqüência de bombas simples, alcançam altas pressões. Figura 5.3 Rotor de uma bomba centrífuga

25 Figura 5.4 Bomba centrífuga de múltiplos estágios 5.2 Características das bombas Vazão de uma bomba centrífuga é diretamente proporcional à rotação do rotor. Head (H) de uma bomba centrífuga é a altura manométrica que corresponde a diferença de pressão entre os bocais de carga e descarga Cavitação: a sucção de uma bomba centrífuga é uma região de baixa pressão, onde pode ocorrer a formação de bolsões de vapor, que, ao passarem para a região posterior de pressão mais elevada, implodem. Este fenômeno é chamado de cavitação, que ocorrendo de forma repetitiva pode danificar qualquer material. Curva de altura manométrica x vazão: é a relação entre a vazão de uma bomba centrífuga e a altura manométrica alcançada. Potência: Potência = (vazão).(head).(densidade). (0,00366)/(eficiência) Onde a vazão é em m 3 /h, head em m, densidade em t/m3. A eficiência depende da qualidade do equipamento, pode chegar a 1. Para o exemplo em que a vazão de água é de 40 m3/h, o head que a bomba precisa é de 65,777 metros: Potência = 40 x 65,777 x 1 x 0,00366 / 1 = 9,6 10 hp 5.2 Compressores e ventiladores

26 a) Compressores de deslocamento positivo: o mais usado é o compressor alternativo (Fig. 5.5): baseia-se fundamentalmente na redução do volume de um gás, este é admitido em uma câmara onde seu volume é gradualmente diminuído. Quando uma determinada pressão é atingida, abre-se uma válvula de descarga e o gás é empurrado para a tubulação de descarga. Um outro tipo é o compressor com dois helicóides (Fig. 5.6). Figura 5.5 Compressor de dois estágios Figura 5.6 Coração de um compressor a parafusos helicoidais b) Compressores dinâmicos: a elevação de pressão é alcançada por meio da conversão da energia cinética em energia de pressão. O gás admitido entra em contato com impulsores dotados de alta velocidade, acelerando-o, o que faz aumentar sua velocidade. Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores, obrigando uma elevação de pressão (Fig. 5.7)

27 Figura 5.7 Compressor centrífugo multistágio c) Ventiladores e sopradores: estes equipamentos operam em pressões suficientemente baixas que sua compressicilidade é desprezível, isto é, os volumes de entrada e saída dos gases são idênticas (Fig. 5.8 a 10) Figura 5.8 Ventilador centrífugo

28 Figura 5.9 Ventilador a fluxo axial Figura 5.10 Soprador bilobado

29 6 TUBULAÇÕES, ACESSÓRIOS E VÁLVULAS 6.1 Tubulações Tubulação é um conduto forçado destinado ao transporte de fluidos. Uma tubulação é constituída de uma série de tubos de tamanhos padronizados. Usam-se tubulações para o transporte de todos os fluidos, materiais líquidos e pastosos, fluidos com sólidos em suspensão e sólidos fluidizados. a) Classificação das tubulações quanto ao emprego Tubulações de processo: são as tubulações dos fluidos da indústria cuja finalidade básica é o processamento, armazenagem e distribuição. São exemplos as tubulações de produtos derivados do petróleo em refinarias, terminais e instalações de distribuição. Tubulações de utilidades: são aquelas que transportam os fluidos auxiliares nas indústrias onde a atividade principal é o processamento. Servem não só ao funcionamento do processo industrial, como nas atividades de manutenção, combate a incêndio, limpeza, etc. Tubulações de instrumentação: são as tubulações para a transmissão de sinais de ar comprimido para as válvulas de controle e instrumentos automáticos. Tubulações de transmissão hidráulica: são as tubulações de líquidos sob pressão para os comandos e servomecanismos hidráulicos. Tubulações de drenagem: são as redes encarregadas de coletar e conduzir os efluentes líquidos de uma instalação industrial. Trbalham sem pressão e com fluidos variados. b) Classificação dos tubos Metálicos ferrosos: aço carbono, aço liga, aço inoxidável, ferro fundido e ferro forjado. Metálicos não-ferrosos: cobre, alumínio, chumbo, níquel e outros metais e ligas. Não-metálicos: cimento-amianto, plástico, vidro, cerâmica, barro vitrificado, borracha, concreto e PVC. Os tubos podem ser de aço carbono revestido internamente ou externamente com outro tipo de material, como o cimento, plástico, etc. A água salgada é transportada através de tubulação de aço carbono com revestimento interno de concreto, o que alia alta resistência mecânica à resistência à corrosão. c) Espessuras comerciais (Tabela 4.1) As paredes dos tubos de aço têm espessuras padronizadas, para o mesmo diâmetro nominal, pode variar a espessura da parede de acordo com o trabalho a que se destina a tubulação. A espessura é designada através de uma numeração: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 120, 140 e 160. Conhecidos com Schedule number (SCH). Quanto maior severidade de

30 trabalho (temperatura e pressão altas), maior será o SCH. Abaixo segue o exemplo para tubos com diâmetro nominal de 4 : Diâmetro Diâmetro Diâmetro Espessura Schedule nominal interno interno da parede 4 4,5 4,026 0, ,5 3,826 0, ,5 3,264 0, ,5 3,438 0, d) Uso dos principais tipos de tubos Tubos de aço-carbono: representam a maior parte de todos os tubos produzidos, tem uso bastante generalizado, exceto para produtos corrosivos e altas e baixas temperaturas. Tubos de aço-liga: usados para serviços especiais, como produtos corrosivos, altas e baixas temperaturas. Tubos de aço inoxidável: são usados em condições mais severas de corrosão. Tubos de ferro fundido: para águas doce e salgada, esgoto, para serviços de baixa pressão e sem grandes esforços mecânicos. Tubos metálicos não ferrosos e não metálicos: incluem-se as ligas de cobre (latão, bronze e monel) para usos diversos. Os tubos de chumbo utilizados em instalações auxiliares de água, esgoto, ácidos, etc. Os tubos plásticos têm alta resistência à corrosão, mas com baixa resistência à pressão e temperatura. 6.2 Acessórios (Fig. 6.1 e 2) Os acessórios de tubulações têm a finalidade de: Permitir mudanças de sentido do fluxo em tubos: curvas e joelhos. Fazer derivações em tubos: tês, cruzetas, selas, anéis e peças emy. Permitir mudanças de diâmetro de tubos: reduções excêntricas, reduções concêntricas e buchas de redução. Ligar tubos entre si: luvas, uniões, niples e flanges. Fechar extremidades de tubos: caps, bujões e flanges cegos. Ligar tubulações: ligações rosqueadas, flangeadas, soldadas, ponta e bolsa e de compressão

31 Figura 61 Acessórios de tubulações

32 Figura 6.2 Acessórios de tubulações (continuação) 6.3 Válvulas a) Válvulas gaveta (Fig. 6.3) Este é o tipo de válvula de bloqueio de uso mais generalizado, chega a representar mais de dois terços do total, mas esta sendo substituída por válvulas de bloqueio mais leves e baratas (de esfera e borboleta). b) Válvula borboleta (Fig. 6.4) Figura 6.3 Válvula gaveta Pode ser usada como válvula de bloqueio e de regulagem. O fechamento é feito pela rotação de uma peça circular, um disco, em torno de um eixo perpendicular à direção do

33 escoamento do fluido e possuem boa vedação. São leves e baratas e de fácil adaptação ao comando remoto. Figura 6.4 Válvula borboleta c) Válvula de diafragma (Fig. 6.5) Sã válvulas sem gaxetas, muito usadas para regulagem ou bloqueio de fluidos corrosivos, tóxicos ou inflamáveis. O fechamento é feito por um diafragma flexível que é apertado contara a sede, o mecanismo móvel que controla o diafragma fica completamente foara de contato com o fluido. Figura 6.5 Válvula de diafragma c) Válvula de macho (Fig. 6.6) São utilizadas principalmente nos serviços de bloqueio de gases e bloqueio rápido de água, vapor e líquidos. Uma das vantagens de seu uso é o pequeno espaço ocupado. Uma variação deste tipo de válvula é a existência de uma esfera em vez do macho.

34 Figura 6.6 Válvula de macho d) Válvula globo (Fig.6.7) O fechamento é feito por meio de um tampão que se ajusta contra uma única base, podem trabalhar em qualquer posição de fechamento, isto é, são válvulas de regulagem. São usadas para serviços de regulagem e fechamento com estanqueidade em linha com água, óleos e líquidos em geram, também para linhas com vapor e gases. Figura 6.7 Válvula globo d) Válvula de retenção (Fig.6.8) Esta válvula permite a passagem do fluido em um único sentido, fechando-se automaticamente por diferença de pressões, exercidas pelo fluido em conseqüência do próprio escoamento, se houver tendência à inversão de fluxo. Essa válvula é usada quando se quer impedir a possibilidade de retorno do fluido por inversão no sentido do escoamento. Caso típico de uso é a linha de recalque de bomba, instalada logo após a bomba. Conforme mostra a figura 12, existem três tipos de válvula de retenção: (a) por levantamento, que são adequadas para gases e vapores e líquidos que não possuam

35 resíduos, (b) de esfera, muito boas para líquidos viscosos, e (c) de portinhola, que é a mais usual. Figura 6.8 Válvula de retenção: (a) por levantamento, (b) de esfera e (c) de portinhola. e) Válvula de segurança e alívio (Fig. 6..9) Controla a pressão a montante, abrindo-se automaticamente, quando a pressão ultrapassar o valor para o qual a válvula estiver ajustada, que se denomina pressão de abertura da válvula. Uma vez aliviada a pressão, a válvula fecha-se automaticamente pela ação da mola. Pelo aperto desta mola, pode-se ajustar a pressão de abertura. Figura 6.9 Válvula de segurança e alívio Uma variação é a válvula que possui um contrapeso em vez de mola. Todas as válvulas são chamadas de segurança quando destinadas a trabalhar com fluidos elásticos (vapores e gases) e de alívio, com líquidos. Atualmente, já existem válvulas que servem tanto para gases como para líquidos. f) Válvula de controle (Fig. 6.10) Em combinação com instrumentos de controle, a válvula de controle é usada para comandar à distância vazões e pressões de fluxos de fluidos. Possui um atuador pneumático que faz movimentar uma haste contra um diafragma preso a uma mola. O equilíbrio entre a pressão de ar e a mola controla o posicionamento da haste, aumentando ou diminuindo o fluxo.

36 Figura 6.10 Válvula de controle