Desenho e Projeto de Tubulação Industrial

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1 Desenho e Projeto de Tubulação Industrial Módulo III Aula 01

2 1. CONEXÕES E OS MEIOS DE LIGACÕCES Dificilmente uma tubulação se desenvolve em uma linha reta, sempre ocorre algum tipo de alteração, como mudança de diâmetro, de direção, fechamento da extremidade de um tubo, derivação, assim como, ligações de tubos entre si. Também há necessidade de instalação de válvulas de diversos tipos, de instrumentos que controlam um fluxo, ou que fazem uma indicação, e outros que registram determinadas variáveis, isso tudo com a finalidade de atender toda e qualquer particularidade que possa apresentar um determinado processo. As conexões vieram então para dar condição e facilitar a montagem desses elementos, lembrando que, o nome conexão dado a essas pecas, não traduz fielmente sua aplicação, por exemplo: uma curva, provoca a mudança de direção, um te da origem a uma derivação, um flange cego interrompe um fluxo, portanto são elementos que entram na composição de uma tubulação, podendo então receber o nome de componentes; uma válvula, um instrumento, são elementos que se juntam a tubulação, formando um conjunto, passando então a ter a finalidade especifica de um acessório. Podemos então definir que as conexões são elementos aplicados em tubulação, para criarem condição de operação da linha, permitindo a mudança de direção, derivação, bloqueio, ampliação ou redução e acoplamentos, como também, dando condição de montagem e desmontagem de uma linha, para facilitar a manutenção SUAS FINALIDADES E PRINCIPAIS TIPOS: PERMITEM FAZER MUDANÇAS DE DIREÇÃO: Curvas, joelhos ou cotovelos; PERMITEM FAZER DERIVAÇÕES: Tes. retos, tes de 45graus, tes de redução, meias luvas, cruzetas, colares e selas; PERMITEM FAZER BLOQUEIOS: Tampões, flanges cegos, caps e bujões; PERMITEM FAZER AMPLIAÇÕES OU REDUÇÕES: Reduções excêntricas ou concêntricas, luvas de redução, niples de redução, flanges de redução e buchas de redução; PERMITEM FAZER ACOPLAMENTOS: Luvas, flanges, uniões e niples; ILUSTRAÇÃO DE CONEXÕES: TUBULARES: Curva 90 RL Curva 90 RC Curva 45 Curva 180 RL Curva 180 RC Tê Reto Cruzeta Cap Tê Redução Tê 45 1

3 Redução Conc. Redução Exc. Pestana Niple Red. Conc. Niple red. Exc. FORJADAS: Cotovelo 90º Cotovelo 45º Tê Cruzeta Luva Meia Luva Cap Bujão Bucha red Colar OS MEIOS DE LIGAÇÕES EXEMPLO DE INSTALAÇÕES COM COLARES: De acordo com a ilustração acima, percebe-se que e possível termos um mesmo tipo de conexão, porem com tipos de ligações diferentes, onde nesse caso aparece uma ligação com extremidades roscadas, onde temos um colar roscado, e outra ligação com extremidades chanfradas, que se esta 2

4 usando o mesmo tipo de conexão, que se trata de um colar, porem com extremidade para solda de topo. AS CONEXÕES DE TUBULAÇÃO SÃO ENTÃO CLASSIFICADAS, DE ACORDO COM O TIPO DE EXTREMIDADES, OU LIGAÇÃO, SENDO: A. Conexões roscadas ou rosqueadas; B. Conexões de encaixe e solda; C. Conexões para solda de topo; D. Conexões flangeadas; E. Conexões de ponta e bolsa; F. Conexões para ligações de compressão, e outras. A. CONEXÕES ROSQUEADAS OU ROSCADAS As conexões roscadas são fabricadas em vários tipos, diâmetros, materiais e classe de pressão ou espessuras, entre elas: AÇO CARBONO FORJADO (ASTM A105 E A181); Classe de pressão de 2000#, 3000#, 6000# e 9000# com diâmetros ate 4 ; FERRO MALEÁVEL PRETO OU GALVANIZADO (ASTM A197); Classe de pressão de 150# e 300# com diâmetros até 6 ; FERRO FUNDIDO (ASTM A126); Classe de pressão de 125# e 250# com diâmetros até 8 ; LATÃO; Classe de pressão de 125# e 250# com diâmetros até 4 ; PLÁSTICO (PVC); Espessura serie 40, 80 e 120 com diâmetros ate 4 ; Esse e o tipo de conexão utilizado nas instalações residenciais, comerciais e em pequena escala nas industriais, são de baixo custo, de fácil montagem e as únicas usadas para tubos galvanizados. Faz-se necessário o uso de vedantes, para que não ocorra vazamento, gerando descrédito e restrições quanto a aplicações de roscas em processos que se exija alta responsabilidade. As roscas de conexões são produzidas em serie e com equipamentos especiais, portanto apresentam alta qualidade, agora, para a realização de um trabalho de instalação seguro, e importante conhecer as particularidades de como se efetuam e atuam os acoplamentos roscados. A mais importante observação para obtenção de um acoplamento adequado, e a verificação de que existem diferentes classes de pressão com roscas diferentes, e escolher as conexões corretas, levara ao resultado desejado. Rosca Macho Rosca Fêmea 3

5 DIFERENÇAS A SEREM OBSERVADAS: Ângulo de conicidade: 1/16 Ângulo do filete: 55 Crista do Filete: Arredondado Ângulo de conicidade: 1/16 Ângulo do filete: 60 Crista do Filete: Canto vivo ROSCA BSP Como já foi visto no assunto extremidades de tubos, que segundo as recomendações NBR NM ISO 7.1 (antiga ABNT NBR 6414), e ISO 7-1 as roscas BSP do tipo internas (fêmea), são usinadas na forma paralela e as externas (macho), na forma cônica. Ao introduzir-se uma peca na outra acontece o encosto da crista da rosca da peca macho com a raiz da rosca fêmea e vice-versa. Inicia-se nesse momento a vedação que se efetua com o aperto da mão e posteriormente com o aperto da chave ROSCA NPT O acoplamento da rosca NPT se inicia com o encosto dos flancos dos filetes da rosca macho com os da rosca fêmea ao apertar normalmente. 4

6 A completa estanqueidade se efetiva quando e aplicado o aperto a chave, este aperto faz com que exista a pressão entre os flancos em todos os filetes acoplados. Essa pressão exercida entre os flancos dos filetes forçam os mesmos a se moldarem, eliminando a rugosidade e as irregularidades, criando assim, uma completa justaposição. O uso do elemento vedante se restringe a eventuais existências de mínimas irregularidades nos filetes da rosca, onde não se consegue total justaposição dos flancos dos filetes da rosca macho, com os da rosca fêmea ao apertar. VEDANTES A função dos vedantes e a de eliminar as imperfeições das roscas preenchendo os minúsculos vazios criando um ajustamento perfeito, eliminando vazamentos. Na escolha do vedante deve ser considerado: O material a ser conduzido; O preço da compra; A facilidade de obtenção e aplicação. VEDANTES MAIS USADOS Pastas: As pastas encontradas normalmente no mercado já preparadas para uso, apresentam grande facilidade de aplicação o que diminui consideravelmente a mão-de-obra; Fitas: São encontradas no comercio em rolos de diversas dimensões, apresentam facilidade de aplicação e obtenção, não ressecam e possuem grande durabilidade. São aplicadas em muitos tipos de tubulação facilitando a desmontagem e o enroscamento, e resistem pressões compatíveis com as tubulações, sem absorção de líquidos; Tintas: Normalmente empregadas na forma de zarcão. Apresenta baixo custo, facilidade de aplicação e uso em grande variação de fluidos a serem conduzidos. O zarcão e uma tinta especial, que e utilizada com fibras, e facilmente encontrado no mercado, porem esta drasticamente no desuso, pelo fato de ressecar e ocasionar trincas que proporcionam vazamentos. B. CONEXÕES ENCAIXE E SOLDA Essas conexões como o próprio nome diz, possuem uma região interna, destinada ao encaixe da tubulação, para tal ligação, basta introduzir a ponta do tubo no encaixe e fazer a solda pelo lado de fora na região das extremidades. São utilizadas em grande escala, dentro das indústrias em tubulações de pequeno diâmetro, ate 1.1/2, porem devido a esse tipo de ligação, são instaladas em sistemas não muito severos, embora apresentem boa segurança contra vazamentos e suportem grandes pressões. As conexões quando fabricadas forjadas, suas espessuras de parede são denominadas por classes de pressão, ao invés de schedule, sendo: classe 3000#, 6000# e 9000#, e a norma ASME B16.11 permite o emprego dessas pecas com tubos de espessuras serie 80, 160 e XXS, respectivamente, admitindo-se que a resistência mecânica seja equivalente. 5

7 C. CONEXÕES COM SOLDA DE TOPO São peças que permitem soldagem direta com tubos ou componentes entre si, razão pela qual recebem o nome de solda de topo, para tal, possuem um chanfro apropriado nas extremidades, também chamado de bisel, que e definido pela norma ANSI B16.25, assim como, e definido pela norma ASME B31que as ligações entre esses elementos devem ser sempre de mesmo numero de schedule, evitando saliências internas nas instalações. Esse e o tipo de montagem de conexão mais eficiente, resistindo tanto vibrações como fadigas excessivas, e justamente por essa razão responde pelo maior índice de aplicações dentro de uma instalação industrial, a grande maioria são de aço carbono, fabricadas sem costura ate 12, e com costura para diâmetros maiores, e estão padronizadas na norma ASME B16.9, onde as curvas são fabricadas em dois tipos denominados de raio longo e de raio curto, sendo o raio médio de curvatura equivalente a uma vez e meia o diâmetro nominal, para a curva de raio longo e no de raio curto é igual ao próprio diâmetro nominal. A qualidade da soldagem e responsável pela resistência, funcionamento, eficiência e tempo de vida útil de todo o sistema, exigindo por isso, equipamentos de alta tecnologia, conhecimento, experiência, qualificação e, treinamento especializado, para execução de tais conexões, gerando em função disso um custo elevado, alem do tempo necessário requerido ser maior do que para outras opções de conexão D. CONEXÕES FLANGEADAS São conexões que o emprego deve ser restringido apenas aos poucos casos em que seja necessária uma grande facilidade de montagem e desmontagem, mesmo assim, seu uso não e muito comum, pois são usadas em tubulações de grandes diâmetros, o que as tornam pecas de custo elevado, e, ao mesmo tempo, de grande peso e volume, criando assim a necessidade de manutenção constante, e possibilidade de vazamentos nas juntas. As mais comuns são geralmente fabricadas em ferro ou aço fundido, principalmente, embora haja conexões flangeadas de muitos outros materiais, inclusive de material plástico reforçado, como também, de material não ferroso, sendo as ferro fundido produzidas com flange de face plana e somente nas classes de pressão 125# e 250# com diâmetro nominal ate 24, obedecendo as diretrizes de acordo com a norma P-PB-15 da ABNT, e da ANSI B16.1, onde se permite serem utilizadas em tubulações de baixa pressão e com grandes diâmetros, em compensação, as de aço fundido, são definidas para instalação em linhas de altas temperaturas e pressões de trabalho elevadas, que são estabelecidas pela norma ANSI B16.5, e nesse caso são fabricadas com flanges com face de ressalto ou face para junta de anel, sendo divididas em 6 (seis) classes de pressões de operação, entre 150# e 1500#, e nos diâmetros nominais de ate 24 E. Conexões Ponta e Bolsa As ligações de ponta e bolsa e um sistema de baixo custo, de fácil montagem, suas ligações permitem, em alguns casos, pequenos movimentos angulares e ate mesmo axiais nas juntas, e 6

8 continua sendo utilizada atualmente em grande escala para instalações enterradas, onde no caso dos tubos de concreto e barro vidrado, a ponta e bolsa e praticamente o único meio de ligação existente. Nas junções dessas instalações, onde a ponta lisa de um tubo encaixa-se dentro da bolsa do outro tubo, coloca-se um material de vedação, que servira para dar estanqueidade ao conjunto, sendo os principais: PARA TUBOS DE FERRO FUNDIDO Chumbo derretido e estopa alcatroada, ou anéis retentores de borracha ou de plástico; PARA TUBOS DE CONCRETO Argamassa de cimento com anéis de borracha; PARA TUBOS DE BARRO VIDRADO Argamassa de cimento; PARA TUBOS DE MATERIAL PLÁSTICO Adesivo adequado a resina plástica. A norma ANSI B31, só permite o uso dessas ligações em tubulações para água ou esgoto. F. CONEXÕES DE COMPRESSÃO As conexões para ligação de compressão, são sistemas bastante eficientes e muito usados, a questão e que devido o alto custo, e sendo fabricadas principalmente de metais não ferrosos ou aço inoxidável, e para tubos em polegadas ou milímetros, porem todos de pequeno diâmetro, isso faz com que, sejam indicadas apenas para aplicações em circuitos hidráulicos, sistemas de controle e processos de instrumentação. Possuem vedação perfeita, seguras e livres de vazamentos, suportando altas vibrações, vácuo, golpes de ondas de pressão, altas pressões e temperaturas elevadas; A ligação se faz com vários sistemas diferentes, um muito comum consiste em se fazer o uso de acessórios especiais que por meio de aperto de uma porca de rosca fina, comprimem as paredes do tubo contra uma anilha, ou luva, de material especifico, que permite em função do aperto, atingir um contato de metal contra metal, dando origem a um cravamento inteiramente estanque, e devido a esse sistema, não transmitindo o torque do aperto ao tubo. Encontra-se no comercio uma variedade muito grande dessas pecas, são todas fáceis de montar e desmontar com rapidez, não requerendo ferramentas especiais nem tão pouco experiência ou qualificação profissional do montador. 7

9 BOCAS DE LOBO E DERIVAÇÕES SOLDADAS Em uma derivação de quaisquer dimensões iguais, o emprego de peças em te é mais indicada, porém, existem muitos outros tipos de derivações soldadas, nas de diâmetros diferentes e acima de 2, onde o diâmetro do tubo principal for maior do que o do ramal, o sistema bastante usual e a solda direta de um tubo no outro, instalação essa que recebe o nome de boca de lobo, ela pode ser do tipo penetrante (também chamada de inserida), sobreposta ou com anel de reforço, todas possuem a característica de ser de baixo custo, de fácil execução, possuindo uma única solda e não requerem pecas especiais. BOCA-DE-LOBO PENETRANTE 8

10 BOCA-DE-LOBO SOBREPOSTA Embora algumas normas relativas a tubulações, desaconselham o emprego de bocas de lobo para fazer derivações, alegando fraca resistência, concentrações de tensões, perda de carga elevada, dificuldade do controle de qualidade e da inspeção dos ensaios não destrutíveis, mesmo assim, a maioria das tubulações industriais ate mesmo para os serviços considerados severos, são as bocas de lobo usualmente aceitas e empregadas. Para derivações de ramais pequenos, com diâmetros ate 1.1/2, e usual a utilização de uma meia luva, que vai soldada direto ao tubo, embora a norma ASME B31 admite esse sistema, para ramais ate 2, agora para os ramais com diâmetros acima desse permitido pela norma (2 ), torna-se muito comum a utilização principalmente de colares ou ate mesmo de selas soldadas. TUBOS CURVADOS E CURVAS EM GOMOS E possível se curvar tubos de aço de qualquer tipo e qualquer diâmetro, permitindo com isso a mudança de direção de uma tubulação, sem a utilização de curvas convencionais padronizadas e ainda, com a garantia de menor risco de vazamento, menor custo, menor perda de carga e menor desgaste por corrosão e erosão, porem a questão e que essas curvas ocupam geralmente maiores espaços físicos, portanto, devido as limitações para execução, controle de fabricação, inspeção e propriamente os espaços disponíveis para instalação, acabam tornando-as, em muitos casos nada ideais. Da mesma forma que as curvas de tubos curvados são padronizadas e aceitas pelas normas ANSI B31, o mesmo ocorre com as curvas em gomos, que empregam-se também muito, nas tubulações industriais, e, são usadas principalmente em tubos de aço carbono em diâmetros maiores que 20, para operarem em pressões e temperaturas moderadas. Dependendo do numero e do ângulo de inclinação dos cortes nos pedaços de tubos cortados, e possível obter-se curvas com qualquer ângulo de mudança de direção. 9

11 LIGAÇÕES DE NIPLES As conexões e válvulas com extremidades roscadas ou encaixe e solda, não podem ser diretamente conectadas uma a outra, ao contrario do que acontece com as conexões flangeadas e para solda de topo, que permitem ligações entre si. Sendo os niples constituídos por pedaços curtos de tubo, são eles preparados especialmente para permitir a ligação entre os elementos com extremidades roscados ou para encaixe e solda. Os niples podem ser paralelos, isto e, de mesmo diâmetro, e servem nesse caso também para fazer pequenos trechos de tubos, e os niples redução, são em geral fabricados por repuxamento (estampagem) de pedaços de tubos, com diâmetros diferentes nas extremidades, e são utilizados principalmente nos diâmetros pequenos ate 1.1/2, que e a faixa em que se usam tubulações com rosca ou com encaixe e solda Exemplo de utilização de Niples. 10

12 CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE RAMIFICAÇÕES Após a apresentação dos diversos tipos de conexões que foram vistos nos itens anteriores, tornase comum, em alguns casos, o questionamento de qual seria a melhor opção de aplicação, onde uma determinada conexão seria mais indicada, mais eficiente, mais correta, assim como, apresentando um rendimento com maior aproveitamento. A escolha final deve ser baseada em vários critérios, alem dos exigidos pelas normas, entre eles, critérios econômicos, prazos de fornecimento e instalação, e outras diretrizes. Abaixo apresentamos uma tabela com a orientação a ser seguida para a seleção do tipo de ramificação: 11