Desenho e Projeto de Tubulação Industrial Módulo IV Aula 06
Suportes de tubulação Definição e classificação dos suportes de tubulação Os suportes de tubulação (pipe-supports) são os dispositivos destinados a suportar os pesos e os demais esforços exercidos pelos tubos ou sobre os tubos, transmitindo esses esforços diretamente ao solo, às estruturas vizinhas, a equipamentos ou,ainda, a outros tubos próximos. Existe uma grande variedade de tipos e de modelos diferentes de suportes de tubulação. De acordo com a função principal que exercem, os suportes podem ser classificados em: Suportes destinados a sustentar os pesos Apoiados. Imóveis Pendurados Semimóveis (pipe-hangers). Suportes de mola (spring-hangers). Móveis Suportes de contrapeso. Suportes destinados a limitar os movimentos dos tubos (restraints): Dispositivos de fixação total Ancoragens (anchors). Dispositivos que permitem apenas movimentos em uma direção. Guias (guides). Dispositivos que impedem o movimento em um sentido. Batentes (stops). Dispositivos que impedem os movimentos laterais. Contraventos (bracing). Dispositivos que absorvem as vibrações, amortecedores. Essa classificação é apenas didática, não podendo ser aplicada rigorosamente, porque a maioria dos dispositivos de suporte preenche mais de uma das funções acima; por exemplo, quase todos os suportes que limitam os movimentos também sustentam os pesos e, reciprocamente, todos os suportes que se destinam a sustentar os pesos causam alguma limitação aos movimentos dos tubos. SUPORTES SEMIMÓVEIS (pendurais) SÃO EMPREGADOS PARA TUBOS LEVES SITUADOS DENTRO DE PRÉDIOS OU GALPÕES PRESOS ÀS LAGES E OUTRAS ESTRUTURAS. 1
SUPORTES PARA TUBOS VERTICAIS Para sustentação do tubo vertical, qualquer que seja seu diâmetro, seu peso ou seu comprimento basta um único suporte, Colocado na sua extremidade superior. SUPORTES ESPECIAIS PARA TUBOS LEVES ø até 1 ½. Para tubos de pequeno diâmetro que correm isolados, é mais econômico o emprego de ferragens compradas prontas. (braçadeiras, grampos, pendurais etc.) SUPORTES MÓVEIS Admitem movimentos verticais sem deixar de sustentar o peso da tubulação TIPOS DE SUPORTES MÓVEIS Suporte de mola simples ou de carga variável. Suporte de mola de carga constante. Suportes de contrapeso. 2
SUPORTE DE MOLA CARGA VARIÁVEL (A força para comprimir a mola aumenta à medida que aumenta o deslocamento.) HÁ SEMPRE ALGUMA TRANSFERÊNCIA DE CARGA PARA OS SUPORTES VIZINHOS. DE CARGA CONSTANTE Através da ação de alavancas, a capacidade do suporte é praticamente constante. APLICAÇÕES: Grandes deslocamentos 150 mm Quando a carga suportada for muito grande Quando a colocação de um suporte de carga variável resultar em variação de carga superior a 12%. 3
DADOS NECESSÁRIOS PARA ENCOMENDA 1 - Tipo de suporte (carga variável ou carga constante) 2 Carga a suportar e K da mola 3 Dimensão e direção do movimento vertical 4 Disposição de montagem 5 Espaço disponível 6 Esquema da tubulação (isométrico mostrando a dimensão e). (Localização de todos os suportes). 7 Existência ou não de vibrações SUPORTES DE CONTRAPESO São usados quando se tem grande carga simultaneamente com grandes deslocamentos. PRINCIPAIS DESVANTAGENS. 1 O contrapeso aumenta a carga na estrutura 2 Tendência a vibrações 3 Ocupa muito espaço. SUPORTES QUE LIMITAM OS MOVIMENTOS DAS TUBULAÇÕES 1 ANCORAGENS Soldagem direta do tubo na viga de apoio. Chumbadores presos no concreto. Braçadeiras aparafusadas para materiais não soldáveis 4
Ancoragem de suporte 2 GUIAS SÃO UTILIZADAS PARA EVITAR MOVIMENTOS ANGULARES DA TUBULAÇÃO. 3 BATENTES (direcionam o movimento do tubo) 4 CONTRAVENTO (vergalhão de aço preso a braçadeiras ou a orelhas soldadas ao tubo) Usados para impedir o movimento lateral em tubos suportados por pendurais MOTIVOS QUE LEVAM À RESTRIÇÃO DE MOVIMENTO DAS TUBULAÇÕES. 1 Orientar e dirigir os movimentos causados pelas dilatações térmicas. 2 Proteger pontos fracos do sistema. 3 Evitar que as tubulações, ao se dilatarem, se esbarrem uma contra as outras, ou contra paredes, equipamentos etc. 4 Evitar flechas exageradas (evitar a flambagem ou dilatação do ramal) 5
5 Ancorar as tubulações nos limites de área (transmissão de esforço de um lado para o outro). 6 Subdividir sistemas muitos complexos. 7 Isolar as vibrações ou aumentar a freqüência natural das mesmas, para diminuir a amplitude e evitar ressonâncias. Cargas que atuam sobre os suportes As cargas que atuam sobre os suportes são as seguintes: Pesos: Peso próprio dos tubos, válvulas, e outros acessórios da rede de tubulações. Peso do fluido contido. Peso do isolamento térmico; se houver. Sobrecargas diversas exercidas sobre a tubulação, tais como peso de outros tubos, pessoas, plataformas, estruturas etc., apoiadas na tubulação. Forças de atrito provenientes dos movimentos relativos entre os tubos e os suportes. Cargas conseqüentes das dilatações térmicas dos tubos. Cargas devidas a ações dinâmicas diversas, tais como golpes de aríete, acelerações do fluido circulante, vibrações, ação do vento etc. Todas essas cargas devem ser avaliadas para se poder calcular as cargas exercidas sobre os suportes e transmitidas ao solo ou às estruturas e fundações. Para o peso do fluido contido, considera-se, na maioria dos casos, o peso da água (para o teste hidrostático), quando for superior ao do próprio fluido, ou o peso do fluido, quando superior ao da água. Tratando-se de tubulações de grande diâmetro para gases essa consideração pode levar a um excessivo super dimensionamento dos suportes; permite-se então, nesses casos, não levar em conta o peso da água, desde que seja possível a construção de suportes provisórios para o teste hidrostático. Em um grupo de tubos paralelos no mesmo suporte, não há evidentemente necessidade de considerar todos os tubos cheios de água, porque os testes não precisam ser simultâneos.é importante salientar que todos os equipamentos ligados à rede de tubulações (vasos, tanques, bombas etc.), devem ter suportes ou bases próprias, não se omitindo que sejam simplesmente suportados pela tubulação, mesmo quando se tratar de equipamentos pequeno. 6
Suportes que limitam os movimentos dos tubos Como já vimos no Sub-título Definição e classificação dos suportes de tubulação, são quatro os tipos gerais mais importantes de suportes que restringem os movimentos dos tubos: ancoragens, guias, batentes e contraventos. As ancoragens são pontos de fixação total, isto é, são suportes que restringem completamente todos os movimentos dos tubos. As guias mais comumente empregadas são suportes que permitem apenas deslocamentos axiais dos tubos, restringindo os demais movimentos. Existem ainda guias transversais, que permitem somente movimentos transversais do tubo, e guias de pinos, que permitem somente movimento angular horizontal. Os batentes impedem apenas os deslocamentos axiais em um ou em ambos os sentidos. Os contraventos são dispositivos que a rigor não deveriam estar incluídos entre os suportes de tubulação, porque não suportam os pesos exercidos pelos tubos, limitando apenas os movimentos laterais dos mesmos. 7
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Todos os dispositivos de restrição não têm evidentemente, na realidade, uma eficiência total, que exigiria uma rigidez absoluta do suporte e uma imobilidade também absoluta da estrutura ou fundação a que o mesmo esteja ligado. Por essa razão, nenhum desses dispositivos impede de maneira total os movimentos que teoricamente deveria impedir. A Fig. mostra vários modelos usuais desses suportes. Quanto mais pesada for a tubulação mais robustos têm de ser os dispositivos, porque maiores serão as forças e momentos de reação a que deverão resistir. Além de maior robustez, deve ser prevista também, para os tubos grandes, uma melhor distribuição de tensões nas paredes, para evitar concentrações de esforços e mesmo o colapso do tubo. Nas ancoragens em geral é feita a soldagem direta do tubo na chapa ou na viga de apoio, por intermédio de barras chatas, perfis ou estruturas especiais. Em algumas ancoragens usam-se chumbadores presos diretamente ao piso ou à estrutura de concreto. As guias para os tubos horizontais consistem, na maioria das vezes, em barras chatas ou em perfis, soldados também na viga ou na chapa de apoio, deixando uma pequena folga (1,5 mm a 3 mm) de cada lado do tubo. Quanto maior for o diâmetro do tubo maior terá de ser o comprimento da guia (medido paralelamente ao tubo), para evitar possíveis movimentos angulares da tubulação. As guias usadas para os tubos horizontais geralmente não impedem os movimentos verticais do tubo, que é combatido simplesmente pelo peso da tubulação. As guias para os tubos verticais devem limitar os movimentos transversais da tubulação em duas direções ortogonais. Para os tubos com isolamento térmico as ancoragens, guias e batentes devem ser modificados para conter o patim de proteção do isolamento. Os contraventos resumem-se freqüentemente a vergalhões de aço engatado em braçadeiras ou em orelhas soldadas ao tubo, trabalhando apenas à tração. Empregam-se os contraventos para evitar movimentos laterais em tubos suportados por pendurais ou suportes de molas, caso em que geralmente não é possível a colocação de guias. Em tubulações com grandes movimentos verticais, os contraventos costumam ser de molas, para que os tubos tenham maior liberdade de movimentos. Para evitar a solda de elementos estruturais na parede do tubo, recomenda-se para os tubos de aços-liga o uso de ancoragens com braçadeiras aparafusadas. As ancoragens para tubos de plásticos são também de tipo semelhante, 9