Tubulações Industriais. Profª Karla Silva

Transcrição

1 Tubulações Industriais Profª Karla Silva

2 Aula 1 Tubulações Industriais Tubos Materiais Processos de Fabricação Normalização Dimensional Meios de Ligação de Tubos

3 Bibliografia

4 Tubulações Industriais Definição: Conjunto de tubos e seus acessórios

5 Tubulações Industriais 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).

6 Tubulações Industriais 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

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

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9 Tubulações Industriais Nomenclatura:

10 Tubulações Industriais 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.

11 Tubulações Industriais

12 Tubulações Industriais

13 Tubulações Industriais 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.

14 Tubulações Industriais Fabricação de Tubos Tubos S/ Costura LAMINAÇÃO (rolling) EXTRUSÃO (extrusion) FUNDIÇÃO (casting) Tubos C/ Costura SOLDA (welding)

15 Tubos S/ costura: LAMINAÇÃO Laminador Oblíquo = Mannesmann

16 Tubos S/ costura: EXTRUSÃO

17 Tubos S/ costura: FUNDIÇÃO (líquido moldado!) Ferro fundido (Nodular) Aços especiais não forjáveis Concreto Cimento- amianto Barro-vidrado

18 Tubos C/ Costura: SOLDA Em Espiral (helicoidal) De Topo (butt-weld) Sobreposta (lap-weld)

19 Tubos C/ Costura: SOLDA 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

20 Tubulações Industriais Vídeos Linha de fabricação: S/ Costura: Solda: Cortador de Tubos Expansor de Tubos Curvador de Tubos Alicate Selador de Tubos Imagem vale mais do que palavras!

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

22 Materiais para Tubos (outros)

23 De onde vem o Ferro? De onde vem o Aço? De onde vem o PVC?

24 Ferro a Aço Fonte:

25 Curiosidade: Melhorando a eficiência do processo de obtenção

26 Curiosidade: Detalhes do processamento

27 Atualidade: Obtenção por reciclagem

28 PVC

29 Materiais para Tubos: comparação dos custos

30 Tubulações Industriais 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.

31 Especificação de Material para Tubos de Aço

32 Normas para tubos de aço: ANSI x ABNT ANSI American National Standards Institute

33 Diâmetros Nominal de tubos de aço

34 Diâmetros comerciais de tubos de aço

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36 Dimensionamento do Diâmetro da Tubulação

37 Especificações para Compra de Tubos

38 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

39 Cálculo da Espessura da Parede do Tubo em Função da Pressão Interna Cálculo da Espessura da Parede do Tubo Norma ANSI/ASME. B.31

40 Tubos de Aço-Carbono (ASTM: A-53, A-106, A-120) (Fe, C, Mg, Ph, pequena adição em alguns aços de Si, Al, Cu) Baixo Custo Chamados de uso geral, pois representa 90% dos tubos das indústrias 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

41 Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis (Bem + caros que os Aço Carbono. Soldagem, conformação e montagem + difíceis e + 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 caras) Aços Inoxidáveis: Austenítico (não magnético)- Corrosão intergranular pela precipitação de carboneto de Cr ou

42 Entendendo a composição!

43 Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis (ASTM: A-312) Microestrutura Capacidade de ser tratado Elementos de liga Série termicamente básicos Martensítica fig 4 Endurecível Cromo 400 Ferrítica fig 5 Não endurecível Cromo 400 Austenítica fig 6 Não endurecível Cromo-Níquel 300

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46 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.

47 Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis - Ferrítica 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.

48 Tubos de Ligas e Aços Inoxidáveis - Austenítico 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.

49 Aço Inoxidável Austenítico 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.

50 Meios de Ligação de Tubos

51 Meios de Ligação de Tubos: Ligações Rosqueadas

52 Meios de Ligação de Tubos: 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.

53 Meios de Ligação de Tubos: Ligações Flangeadas

54 Meios de Ligação de Tubos: Ligações de Ponta e Bolsa

55 Meios de Ligação de Tubos: Uniões específicas para tubulações sanitárias 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.

56 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. c) Rosca: É sanitária e deve ser de fácil desmontagem para limpeza e inspeção. É composta de macho, niple, porca e anel.

57 NBR 6493/ 1993

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59 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)

60 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)

61 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)