Tubulações Industriais ECID

Ecid CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 1

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Módulo I

Aula 01 - Tubos

Rev.A



APRESENTAÇÃO

Esta apostila tem por objetivo instruir os alunos, de forma prática e objetiva, a fim de obter

conhecimentos na área de tubulação industrial.

Tem o intuito de ensiná-los a escolher, definir e especificar corretamente os materiais e normas

para a execução dos projetos ligados à área química, petroquímica, alimentícia, etc.

Também a instruí-los quanto à execução de desenhos de fluxogramas, plantas, isométricos,

equipamentos e suportes de tubulações.



SUMÁRIO: 1. Definição

2. Materiais

2.1. Características Principais dos Materiais para Tubos

2.1.1. Aço Carbono

2.1.2. Ferro Fundido

2.1.3. Aços-Liga Inoxidáveis

2.1.4. Aços-Liga

2.1.5. Aços-Inoxidáveis

2.1.6. Metais Não Ferrosos

2.1.7. Cobres e suas Ligas

2.1.8. Alumínio e suas Ligas

2.1.9. Chumbo

2.1.10. Níquel e suas Ligas

2.1.11. Titânio, Zircônio e suas Ligas

2.1.12. Não Metálicos

2.1.13. Aço com Revestimento Interno

3. Processo de Fabricação de Tubos

3.1. Tubos Sem Costura

3.2. Tubos Com Costura

4. Ligações

5. Extremidades

6. Espessuras de Paredes

7. Dimensional

8. Normalização

9. Referências Bibliográficas



1. DEFINIÇÃO: Tubo de Condução - são elementos vazados, normalmente de forma cilíndrica e seção constante, com

garantia de estanqueidade e resistência à pressões internas ou externas, utilizadas como condutores de

materiais sólidos (granulados ou particulados), líquidos, pastosos ou gasosos. Utilizados nas indústrias

de produção de petróleo e gás natural, bem como em refinarias e indústrias químicas e petroquímicas,

nos gasodutos e nas redes de gás, nos produtos derivados do petróleo, nas farmacêuticas, nas

alimentícias, etc.



2. MATERIAIS: Há uma grande variedade de materiais para fabricação de tubos. Abaixo estão alguns dos principais mais usados:

Fatores que influenciam na seleção da escolha do material:

Tipo de fluído; Resistência ao escoamento do fluído; Estrutural; Custo e facilidade para instalação, Condições de temperatura e de pressão; Resistência à corrosão; Durabilidade; Disponibilidade do material.



2.1. Características Principais dos Materiais

2.1.1. Tubos de Aço Carbono

Liga ferro-carbono contendo geralmente de 0,05% até cerca de 2,0% de carbono (C), além de certos elementos residuais, como o manganês (Mn), o silício (Si), o fósforo (P) e o enxofre (S) resultantes dos processos de fabricação. As principais características do aço carbono são: baixo custo, excelentes qualidades mecânicas, fácil de soldar e de conformar. É o “material de uso geral” em tubulações industriais. Nas indústrias de processamento, mais de 80% dos tubos são de aço-carbono, devido suas características.

2.1.2. Tubos de Ferro Fundido São usados para água, gás, água salgada e esgotos, em serviços de baixa pressão, temperatura ambiente e sem grandes esforços mecânicos. Ótima resistência à corrosão do solo. São padronizados pelo diâmetro externo de 2” a 48” com as extremidades: Lisas, Flange Integral ou Ponta e Bolsa. Seguem as normas EB-43 e P-EB-137 DA ABNT e são testados para pressões de até 3 mpa (≅ 30 kgf/cm2) Ferro fundido nodular com adição de Si, Cr ou Ni, aumenta a resistência mecânica.



2.1.3. Tubos de Aços-Liga e Inoxidáveis

Aços-ligas são todos os aços que possuem qualquer quantidade de outros elementos, além dos que entram na composição dos aços carbonos. Os tubos de aços-liga ou de aços inoxidáveis são bem mais caros que os aços-carbono, além do que a soldagem, conformação e montagem também são mais difíceis e mais caras. Casos onde se justificam o uso:

altas temperaturas (acima de 400ºC); baixas temperaturas (abaixo de 0ºC); alta corrosão; não contaminação (alimentícias e farmacêuticas); segurança (inflamáveis, tóxicos e explosivos).

2.1.4. Tubos de Aços-Liga

Existem duas classes gerais de aços-liga: aços-liga molibdênio (Mo) e cromo molibdênio (Cr-Mo); os aços-liga níquel (Ni).

As principais especificações da ASTM são: A-333, A-335, A-671 e A-672.

Especificação ASTM e grau – Tubos sem Costura

A-335 Gr. P1 A-335 Gr. P5 A-335 Gr. P11 A-335 Gr. P22 A-33 Gr. 3 A-33 Gr. 7

2.1.5. Tubos de Aços-Inoxidáveis

Existem duas classes gerais de aços-inoxidáveis: austeníticos (não magnéticos) – AISI 304, 304L, 316, 316L, 321 e 347; ferríticos e martensíticos – AISI 405.



2.1.6. Tubos de Metais Não-Ferrosos De um modo geral são de pouca utilização, devido ao alto custo. Comparando com o Aço Carbono temos:

Melhor resistência à corrosão; Preço mais elevado; Menor resistência mecânica; Menor resistência às altas temperaturas; Melhor comportamento em baixas temperaturas.

2.1.7. Cobre e suas Ligas Excelente resistência ao ataque:

Da água, inclusive salgada; Dos álcalis e dos ácidos diluídos; De muitos compostos orgânicos; De numerosos outros fluidos corrosivos.

Severo efeito de corrosão sob-tensão, quando em contato com:

Amônia; Aminas; Compostos Nitrados.

Observações:



o Devido ao alto coeficiente de transmissão de calor são muito empregados em serpentinas, como tubos de aquecimento ou refrigeração.

o Não devem ser empregados para produtos alimentares ou farmacêuticos pelo fato de deixarem resíduos tóxicos pela corrosão.

o Principais especificações ASTM são: Cobre B-88, Latão B-111, Cuproníquel B-466.

2.1.8. Alumínio e suas Ligas Excelente resistência ao contato com:

A atmosfera; A água; Muitos compostos orgânicos, inclusive ácidos orgânicos,

Observações: o A resistência mecânica é muito baixa (a adição de Si, Mg ou Fe melhora a

resistência mecânica). o Devido ao alto coeficiente de transmissão de calor são muito empregados em

serpentinas, como tubos de aquecimento ou refrigeração. o Os resíduos resultantes da corrosão não são tóxicos. o Principal especificação é a ASTM B.111

2.1.9. Chumbo Baixa resistência mecânica; Pesado; excepcional resistência à corrosão; Pode trabalhar com H2SO4 (ácido sulfúrico) em qualquer concentração.

Usado para tubulação de esgoto, sem pressão, tanto predial, quanto industrial.

2.1.10. Níquel e suas Ligas Apresentam, simultaneamente, excepcional resistência à corrosão, e muito boas qualidades mecânicas e de resistência às temperaturas, tanto elevadas como baixas. O custo muito elevado desse material, restringe o seu uso a poucos casos especiais. Principais Tipos:

Níquel Comercial; Metal Monel (67% Ni, 30% Cu); Inconel (80% Ni, 20% Cr).



2.1.11. Titânio, Zircônio e suas Ligas Materiais com propriedades extraordinárias tanto de resistência à corrosão, como resistência às temperaturas e qualidades mecânicas; além disso, o peso específico é cerca de 2/3 do peso dos aços. A principal desvantagem é o preço extremamente elevado.

2.1.12. Tubos Não-Metálicos

Plásticos (grupo mais importante) O uso de tubos de plástico tem aumentado nos últimos anos, principalmente como substitutos para os aços inoxidáveis.



Principais vantagens: Pouco peso; Alta resistência à corrosão; Coeficiente de atrito muito baixo; Facilidade de fabricação e manuseio; Baixa condutividade térmica e elétrica; Cor própria e permanente.

Principais desvantagens: Baixa resistência ao calor; Baixa resistência mecânica; Pouca estabilidade dimensional; Insegurança nas informações técnicas; Alto coeficiente de dilatação; Alguns plásticos podem ser combustíveis.

Observações: o Resistem aos ácidos e álcalis diluídos; o Não resistem aos ácidos e álcalis concentrados; o A maioria dos plásticos sofre um processo de decomposição lenta, quando expostos

por muito tempo à luz solar ( ação dos raios U.V.).

2.1.13. Tubos de Aço com Revestimento Interno Revestimento anti-corrosivo, ou para evitar a contaminação do fluído conduzido. Finalidades:

Revestimento anti-abrasivos e anti-erosivos; Revestimentos refratários (isolamento térmico interno).

Alguns Materiais de Revestimento:

Concreto; Plásticos (teflon, epóxi, fenólicos, etc.); Borrachas; Grafita; Porcelana; Asfalto.

Observação: o Para serviços com alta corrosão, é importante que o revestimento seja absolutamente

perfeito e contínuo para que não haja um ponto de corrosão localizada, pois o efeito poderá ser pior do que se o tubo estivesse sem revestimento.



3. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE TUBOS:

3.1. Processo de Fabricação: Tubo sem Costura

a) Laminação:

Laminador Oblíquo (Mannesmann)

Laminadores de Acabamento

Figura 1.1 - livro texto (pág. 04)



b) Extrusão e Fundição

Figura 1.3 - livro texto (pág. 06)

3.2. Processo de Fabricação: Tubo com Costura

a) Costura Soldada - Longitudinal e Espiral:

Figura 1.4 e 1.5 - livro texto (pág. 07)

b) Tubos Soldados por Resistência Elétrica



4. LIGAÇÕES: Existem basicamente quatro tipos de ligações de tubos:

Ligações soldadas; Ligações rosqueadas; Ligações flangeadas; Ligações de ponta e bolsa.

5. EXTREMIDADES: Existem quatro tipos de extremidades:

Lisa – tubos são simplesmente esquadrejados, permitindo uniões com solda de topo ou solda de encaixe, uniões com bolsa e uniões por compressão.

Com chanfro – tubos com ponta chanfrada têm uso freqüente em uniões com solda de topo.

Com rosca – tubos com ponta rosqueada, são muito empregados para tubos galvanizados de ferro forjado e de aço. Os tipos de roscas deverão ser cônicas, normalmente NPT, BSP ou WHITWORTH (as paredes destes tubos deverão ser grossas – sch 80 e sch160 - face o enfraquecimento do tubo pelo rosqueamento).

Com bolsa – tubos com ponta e bolsa, são usados nas instalações de utilidades (água, esgoto e líquidos corrosivos), como os tubos de ferro fundido, cimento amido, pvc e de concreto.



6. ESPESSURAS DE PAREDES: Todos os tubos são designados por um número chamado “diâmetro nominal ips” (iron pipe size) ou “bitola nominal”. Até 12” o diâmetro nominal não corresponde à nenhuma dimensão física do tubo; a partir de 14” o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos. Norma dimensional ABNT Pela norma ANSI.B.36.10, foram adotadas as “séries” (Schedule Number) para designar a espessura ou peso dos tubos. O número de série, é o número obtido aproximadamente pela seguinte expressão:

P= Pressão interna de trabalho em psig

Série = S

P1000 onde:

S= Tensão admissível do material em psig As séries padronizadas por esta norma são: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160, onde a espessura da parede cresce proporcionalmente à série (sch). Para o mesmo diâmetro nominal, existem várias “séries” diferentes, isto é, várias espessuras diferentes, onde os diâmetros internos serão diferentes e os externos serão sempre iguais. Exemplo:



Exemplo de especificação para requisição de tubos:

Diâmetro nominal; Espessura da parede ou série (sch); Tipo de extremidade (lisa, chanfrada e rosqueada) Processo de fabricação (com ou sem costura); Especificação do material; Tipo de acabamento ou de revestimento; Quantidade

Observação: Normalmente indica-se a quantidade total em unidade de comprimento ou em peso.

A indicação do comprimento da barra de tubo pode variar em função do processo de fabricação (tamanho padrão normalmente de 6 metros).

Exemplo: 18 metros de tubo, DN 4”, sch 40, pontas chanfradas, sem costura, ASTM-A-106 Gr B, conforme ASME B36.10.

Interpretação da norma ASTM Exemplo: ASTM-A-106 Gr. B ASTM - AMERICAN SOCIETY TESTING MATERIALS A – Define o tipo de material, no caso o “A” indica o material ferroso. 106 – Define geralmente a forma de apresentação do material. É o número de ordem de especificações. No caso é o tubo e aço carbono sem costura para emprego a alta temperatura. Gr. B – Define as propriedades dos materiais.



7. DIMENSIONAL



Notas:

7.1. Esta tabela inclui tubos de todos os tipos de aços: aço-carbono e aços de baixa liga (norma ANSI B.36.10), e aços inoxidáveis (norma ANSI B.36.19).

7.2. A norma ANSI B.36.19 só abrange tubos até o diâmetro nominal de 12”. 7.3. As designações “Std”, “XS” e “XXS” correspondem às espessuras denominadas “standart”, “extra-forte” e

“duplo extra-forte” da norma ANSI B.36.10. 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.36.19 para os tubos de aços inoxidáveis.

7.4. 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.

7.5. Nesta tabela estão omitidos alguns diâmetros e espessuras não usuais na prática. Para a tabela completa, contendo todos os diâmetros de espessuras, consulte as normas ANSI B.36.10 e ANSI B.36.19.

7.6. Os pesos indicados nesta tabela correspondem aos tubos de aço-carbono ou de aços de baixa liga. Os tubos de aços inoxidáveis ferríticos pesam 5% menos, e os inoxidáveis austeníticos cerca de 2% mais.

7.7. Esses mesmos números apresentam também a vazão em l/seg. para a velocidade de 1m/seg. Anexo I – livro de tabelas (pág. 18 e 19)



8. NORMALIZAÇÃO Norma ANSI.B.31 – AMERICAN NATIONAL STANDARD CODE FOR PRESSURE PIPING (Norma Norte-Americana, para tubulações pressurizadas). Principais Especificações Técnicas para Tubos: ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas



ASTM – American Society for Testing and Materials

DIN – Deutsches Institut für Normung

API - American Petroleum Institute

AWWA American Water Works Association



9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS TELLES, Pedro Carlos Silva, Tubulações Industriais: Materiais, Projetos e Montagens. 6.ed. São Paulo: LTC, 1982. 252p. TELLES, Pedro Carlos Silva; BARROS, Darcy G. de Paula, Tabelas e gráficos para Projetos de tubulações. 6.ed. Rio de Janeiro: Interciência, 1992. 191p.

Catálogos de Fabricantes:

Ciwal Válvulas; Conexões Tupy; Ermeto; Flacon; Flaminas; Sfay-Filtros.

Nota: Estas referências correspondem às quatro primeiras aulas do curso “Tubulações Industriais”.

Módulo I Aula 02 - Conexões

SUMÁRIO:

1. Conexões

2. Meios de Ligação

3. Conexões Rosqueadas

4. Conexões Encaixe e Solda

5. Conexões Solda de Topo

6. Conexões com Flanges

7. Conexões Ponta e Bolsa

8. Conexões de Compressão

9. Peças Pré-fabricadas 9.1 Curvas em Gomos 9.2 Conexões Gomadas de Aço Carbono conforme norma AWWA 9.3 Bocas de Lobo Simples 9.4 Bocas de Lobo com Anel de Reforço

10. Conexões Patenteadas

1. CONEXÕES

Definição São elementos usados em tubulação, para facilitar a manutenção e a operação da linha, com as respectivas finalidades:

• Mudança de direção: curvas e cotovelos;

• Derivações: colares, cruzetas e selas;

• Mudar seções (ampliar ou reduzir): reduções, luvas de redução, niples de redução e buchasde redução;

• Acoplamento: luvas, uniões, adaptadores, niples, virola e flanges;

• Bloqueio: tampões, caps, bujões e flanges-cegos.

2. MEIOS DE LIGAÇÃO

• Rosqueadas; • Flangeadas; • Soldadas; • Bolsa; • Compressão; • Patenteadas.

3. CONEXÕES ROSQUEADAS

Definição: São ligações de baixo custo, de fácil execução e montagem, sendo normalmente utilizadas em diâmetros pequenos. As ligações rosqueadas são as únicas usadas para tubos galvanizados. Desvantagens:

• Não são aconselháveis para média e alta pressão; • É necessário usar vedantes, para que não haja vazamentos; • Possuem tendência à enferrujar, dificultando com isso a sua desmontagem.

São normalmente utilizadas em instalações prediais e em tubulações industriais secundárias (água, ar, condensado de baixa pressão, etc), com diâmetro de uso comum de até 2”. Porém, fabricam-se diâmetros maiores, referente a cada tipo de material, conforme tabela abaixo. Os principais são:

As dimensões destas conexões estão padronizadas em diversas normas e os tipos de roscas estão padronizados conforme figuras e tabelas abaixo.

BSP - British Standard Pipe Theread

Exemplo de Montagem:

5. CONEXÕES ENCAIXE E SOLDA

Definição: São usadas geralmente na área industrial com diâmetros de até 1.1/2”, mas são fabricadas nos diâmetros nominais de 1/8” até 4”, em aço-carbono forjado, nas especificações ASTM-A-105, ASTM-A-181 e ASTM-A-350, e em aços-liga e aços-inoxidáveis, na especificação ASTM-A-182. São divididas em três classes: 3000#, 6000# e 9000#, correspondente aos tubos de espessuras 80, 160 e XXS respectivamente. As dimensões são padronizadas pela norma ANSI.B.16.11. Vantagens: Possuem maior segurança contra vazamentos e suportam grandes pressões. Desvantagens: Não permitem o desmonte da tubulação e dificulta a operação de soldagem em locais de difícil acesso.


6. CONEXÕES SOLDA DE TOPO

Definição: É o tipo de montagem de conexão mais resistente, tanto para vibração como para fadiga. Sua capacidade para resistir a vibrações e fadiga é determinada pela resistência e integridade da conexão soldada. São normalmente usadas em tubulações com diâmetro nominal acima de 2”, na sua grande maioria em aço-carbono, que são fabricados desde ½” até 42” de diâmetro nominal em diversas espessuras (schedule). São fabricadas em aço-carbono e aços-liga, nas especificações ASTM-A-234 e em aços-inoxidáveis na especificação ASTM-A-403. Suas dimensões são padronizadas pela norma ANSI.B.16.9. Vantagens: Possuem maior segurança contra vazamentos e suportam grandes pressões. Desvantagens: O custo do equipamento de soldagem e o treinamento especializado necessário para efetuar tais conexões podem ser elevados. Além disso, o tempo necessário para instalar conexões por solda a topo em um sistema é maior que o requerido para instalar outras opções de conexões. O grau de conhecimento e experiência do instalador também deve ser levado em conta, por ser essencial a qualidade das soldas. O acesso para manutenção em tubulações soldadas é muito difícil.


7. CONEXÕES COM FLANGES

Definição: São fabricadas principalmente em ferro fundido e de aço fundido. As conexões em ferro fundido são empregadas em tubulações de grande diâmetro e baixa pressão (adutoras, linhas de água e de gás), e também, onde aja a necessidade de facilitar a desmontagem. São peças fabricadas com flange de face plana, em duas classes de pressão (125# e 250#), nos diâmetros nominais de 1” até 24”. Estão padronizadas na norma P-PB-15 da ABNT e ANSI.B.16.1. As conexões de aço-fundido são empregadas para altas pressões de temperatura de trabalho. São fabricadas nos diâmetros de 2” até 24”, com face de ressalto, ou face para junta de anel e seis classes de pressão (150#, 300#, 400#, 600#, 900# e 1500#), conforme norma padronizada ANSI.16.5. Vantagens: Permitem fácil remoção de acessórios e equipamentos. Desvantagens: Alto custo, necessidade de manutenção, grande peso e volume, riscos de vazamentos nas juntas.

8. CONEXÕES PONTA E BOLSA

Definição: São fabricadas de 2” a 24” em ferro fundido, nas classes de pressão nominal 125# e 250#. Vantagens: Fácil montagem, permitem flexibilidade (pequena nas juntas), ideal para tubulações subterrâneas (água e esgoto). Desvantagens:

Baixa pressão, necessidade de apoio nas junções e está sujeita à vazamentos.

Exemplo de montagem:

9. CONEXÕES DE COMPRESSÃO

Definição: As conexões oferecem ligações seguras e livres de vazamentos, além de suportar altas pressões, vácuo, vibrações, golpes e temperaturas elevadas. Elas não transmitem o torque de aperto ao tubo. São recomendadas para serviços em baixa, média e alta pressão, dentro das faixas de segurança de todos os tubos metálicos comumente usados e encontrados no mercado. São empregadas em diversas aplicações em circuitos de instrumentação, sistemas de controle e processos. São fabricadas em aço inoxidável, aço carbono, cobre ou latão, para tubos com dimensões em polegadas ou milímetros. São rápidas e fáceis de montar, necessitando de um mínimo de informações para sua instalação e não requerem uso de ferramentas especiais de montagem. Vantagens: Facilidade de montagem e desmontagem, suportam altas vibrações, choques e ondas de pressão e possuem vedações perfeitas. Desvantagens: Alto custo.

Exemplo de montagem:

10. PEÇAS PRÉ-FABRICADAS

Definição: São fabricadas com pedaços de tubos ou chapas, e tem a mesma função das conexões vistas anteriormente, ou seja, mudança de direção ou derivação de linhas. 9.1 Curvas em Gomos Essas curvas têm, em relação às curvas sem costura de diâmetros e espessuras iguais, uma resistência e uma flexibilidade bem menores. As arestas e soldas são pontos de concentrações de tensões e também pontos sujeitos a corrosão e a erosão. Elas são usadas, principalmente nos casos com diâmetro acima de 20” (devido ao alto custo) e dificuldade de obtenção de outros tipos de curvas de grandes diâmetros. Para tubulações de pressões e temperaturas moderadas (classe de pressão: 150 à 400#), em diâmetros acima de 8” Padronização conforme norma ANSI.B.31. Em tubulações de aço-liga ou inoxidáveis, não é aplicável o uso de curva em gomos, embora não seja proibido por norma.

9.2 Conexões Gomadas de Aço Carbono conforme norma AWWA São conexões obtidas pelo corte e solda de segmentos de tubos de aço carbono. Com esse processo podem-se obter os mais variados tipos de conexões como curvas de raio curto, de raio longo, tes, derivações, cruzetas, etc. Essas conexões são padronizadas pela norma AWWA C208 e praticamente podem ser consideradas como peças artesanais. Exemplos de especificação técnica: Conexões gomadas de aço carbono ASTM A283 / C, obtidas de tubos conforme AWWA C200, dimensões conforme AWWA C208, espessura standard, extremidades chanfradas para solda de topo conforme ASME/ANSI B16.25. Aplicações: Em geral em adutoras de água bruta, água tratada, estações elevatórias de água e esgoto em instalações industriais de água de resfriamento e em usinas hidrelétricas. Exemplo: Adutoras, água de resfriamento e drenagens. 9.3 Bocas de Lobo Simples Tem a característica de ser de baixo custo, é de fácil execução por ter uma única solda, não requer peças especiais, porém são de fraca resistência e sofrem perda de carga elevada.

9.4 Bocas de Lobo com Anel de Reforço Têm melhor resistência mecânica, são de concentração de tensões mais abrandadas, de baixo custo e de fácil execução, porém têm perda de carga elevada e controle de qualidade e inspeção radiográfica difíceis.

10.CONEXÕES PATENTEADAS

Definição: São ligações de montagem e desmontagem fácil e permitem movimentos angulares e pequenos movimentos axiais.



Módulo I

Aula 03 – Flanges e Acessórios

Rev.A



SUMÁRIO: 1. Flanges

2. Tipos de Flanges

2.1. Flange Pescoço (Welding Neck) 2.2. Sobreposto ( Slip - On) 2.3 Roscado (Screwed Flanged - SCD) 2.4 Encaixe (socket-weld - SW) 2.5 Solto (lap joint) 2.6 Flange Cego (blind)

3. Classificação dos tipos de Faces para Flanges

3.1 Face com Ressalto (raised face - RF) 3.2 Face Plana (flat face - FF) 3.3 Face para Junta de Anel (ring type joint - RTJ) 3.4 Face de Macho e Fêmea (male & female)

4. Acabamento da Face dos Flanges 5. Materiais 6. Acessórios

6.1 Flange de Orifício 6.2 Placa de Orifício – elemento primário

7. Juntas para Flanges

7.1 Tipos mais usados: 7.1.1 Juntas não Metálicas 7.1.2 Juntas Semi-metálicas em Espiral 7.1.3 Juntas Semi-metálicas Folheadas 7.1.4 Juntas Metálicas Maciças 7.1.5 Juntas Metálicas de Anel (JTA)

8. Parafusos e Estojos para Flanges 9. Figura 8 e Raquetes 10. Filtros para Tubulações 11. Visores de Fluxo



1. Flanges

Definição São peças que se destinam a fazer a ligação entre o tubo e válvulas, acessórios e

equipamentos e entre tubos onde se necessita uma desmontagem/montagem rápida.

Para fazer uma ligação flangeada necessitamos de dois flanges, um jogo de parafusos e uma

junta de vedação.

São ligações empregadas em todos os diâmetros, para tubos de aços carbono, aço

inoxidável, ferro fundido e materiais metálicos não ferrosos.



2. Tipos de Flanges

2.1. Flange Pescoço (Welding Neck) É o mais usado em tubulações industriais para quaisquer pressões e temperaturas, para diâmetros de 1 ½'' ou maiores. Mais resistentes que os flanges não integrais, que permite melhor aperto; O flange é ligado ao tubo por uma única solda (de topo), ficando a face interna do tubo perfeitamente lisa. A montagem com esses flanges é cara porque cada pedaço de tubo ligado a ele deve ter os extremos chanfrados para solda, e tem de ser cortado na medida certa, com muito pequena tolerância no comprimento. Para requisição de material além dos itens como diâmetro, material e classe de pressão deve ser também mencionado o schedule do flange (compatível com o tubo a ser soldado).

Esquema de Montagem



2.2. Sobreposto ( Slip - On) É um flange mais barato e mais fácil de se instalar do que o WN, porque a ponta do tubo encaixa no flange, facilitando o alinhamento e evitando a necessidade do corte do tubo na medida exata. O flange é ligado ao tubo por duas soldas em angulo, uma interna e outra externa. Esse flange só pode ser usado para tubulações em serviços não severos, porque o aperto permissível é bem menor, as tensões residuais são elevadas e as descontinuidades de seção dão origem à concentração de esforços e facilitam a erosão e a corrosão. São desaconselhados para serviços cíclicos, serviços sujeitos a grande variação de temperatura ou sujeitos à corrosão sob contato (crevice corrosion). Não devem também ser empregados para serviços com hidrogênio.

Esquema de Montagem



2.3. Flange Roscado (Screwed Flanged - SCD) Em tubulações industriais esses flanges são usados apenas para tubos de metais não-soldáveis (ferro fundido por exemplo), e para alguns tipos de tubos não-metálicos, como os de materiais plásticos. Empregam-se também para tubos de aço e de ferro forjado em tubulações secundárias (água, ar comprimido etc.) e em redes prediais. A norma ANSI.B.31 recomenda que sejam feitas soldas de vedação entre o flange e o tubo, quando em serviços com fluidos inflamáveis, tóxicos, ou perigosos de um modo geral.

Esquema de Montagem



2.4. Encaixe (socket-weld - SW) Esse flange é semelhante ao sobreposto, porém é mais resistente e tem um encaixe completo para a ponta do tubo, dispensando-se por isso a solda interna. É o tipo de flange usado para a maioria das tubulações de aço de pequeno diâmetro, até 2". Por causa da descontinuidade interna não se recomendam esses flanges para serviços sujeitos à corrosão sob contato. Idem ao flange de pescoço para requisição de material além dos itens como diâmetro, material e classe de pressão deve ser também mencionado o schedule do flange (compatível com o tubo a ser soldado).

Esquema de Montagem



2.5. Solto (lap joint) Flange solto Esses flanges não ficam como os demais presos à tubulação, e sim soltos, capazes de deslizar livremente sobre o tubo. Quando se empregam esses flanges, solda-se a topo na extremidade do tubo uma peça especial denominada virola (pestana) (stub-end), que servirá de batente para o flange. A grande vantagem desses flanges é o fato de ficarem completamente fora do contato com o fluido circulante, sendo por isso muito empregados em serviços que exijam materiais caros especiais, tais como aços inoxidáveis, ligas de Ni etc., bem como para tubos com revestimentos internos. Para todos esses serviços, os flanges podem ser de material barato, como ferro ou aço-carbono, ficando apenas os tubos e a pestana de material especial.

Esquema de Montagem



2.6. Flange Cego (blind) São flanges fechados,usados para extremidades de linhas ou fechamento de bocais flangeados.

Esquema de Montagem



3. Classificação dos Tipos de Faces para Flanges

3.1 Face com Ressalto (raised face - RF)

É o tipo de face mais comum para flanges de aço, aplicável a quaisquer condições de pressão e temperatura. O ressalto tem 1/16" de altura para as classes de pressão 150# e 300#, e 1/4" de altura para as classes de pressão mais elevadas. A superfície do ressalto pode ser ranhurada (com ranhuras concêntricas ou espiraladas ou lisa, sendo as ranhuras espiraladas o acabamento mais comum e mais barato. De acordo com a norma MSS-SP-6, da "Manufacturers Standardization Society" (que não é seguida por todos os fabricantes), as ranhuras devem ter uma profundidade de até 0,15 mm e passo de 0,5 a 1,0 mm. O ressalto liso pode ter vários graus de acabamento, de acordo com a necessidade do serviço ou o tipo da juntas.

3.2 Face Plana (flat face - FF)

É o faceamento usual nos flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis, como os plásticos, por exemplo. O aperto da junta é muito inferior ao obtido em igualdade de condições com os flanges de face com ressalto. Entretanto, se os flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis tivessem faces com ressalto, o aperto dos parafusos poderia causar fraturas nas bordas do flange em conseqüência da flexão. É importante observar que para acoplar com os flanges de face plana das válvulas e equipamentos fabricados de ferro fundido, só se devem usar flanges também de face plana, mesmo quando esses flanges forem de aço.

3.3 Face para Junta de Anel (ring type joint - RTJ)

Esse tipo de face é usado em flanges de aço para serviços severos, de altas pressões e temperaturas, como por exemplo vapor (para flanges de classe 600#, ou acima), ou hidrocarbonetos (para flanges de classe 900#, ou acima) ou, em quaisquer casos, para temperaturas acima de 550 C; é empregado também para fluidos perigosos, tóxicos etc., em que deva haver maior segurança contra vazamentos.



A face dos flanges tem um rasgo circular profundo, onde se encaixa uma junta em forma de anel metálico. Consegue-se nesses flanges uma melhor vedação com o mesmo grau de aperto dos parafusos, não só devido à ação de cunha da junta de anel nos rasgos dos flanges como, também, porque a pressão interna tende a dilatar a junta de anel apertando-a contra as paredes dos rasgos. Os flanges para junta de anel garantem também melhor vedação em serviços com grandes variações de temperatura. A dureza da face dos flanges deve ser sempre superior à do anel metálico da junta, recomendando-se os seguintes valores mínimos, de acordo com o material: aço-carbono: 120 Brinell; aços-liga e aços inoxidáveis tipos 304, 316, 347 e 321: 160 Brinell; aços inoxidáveis tipos 304L e 316L: 140 Brinell.

3.4 Face de Macho e Fêmea (male & female) Face de lingüeta e ranhura (tongue & groove) – Esses faceamentos, bem mais raros do que os anteriores, são usados para serviços especiais com fluidos corrosivos, porque neles a junta está confinada, não havendo quase contato da mesma com o fluido. Note-se que, com esses faceamentos os flanges que se acoplam entre si são diferentes um do outro.



4. Acabamento da Face dos Flanges

Os flanges são fabricados com ressalto (ou face lisa) e podem ser requisitados com os acabamentos da junção abaixo mencionados. Não havendo especificação o flange será de ressalto e o acabamento com ranhura STANDART.

1 – Ranhura STANDART Espiral contínua, com passo de 0,70mm a 1,00mm, raio 1,60mm a 2,40mm e profundidade resultante de 0,06mm a 0,080mm. 2 – Ranhura Espiral Espiral contínua em V de 90º passo 0,60mm a 1,00mm raio 0,00 a 0,40mm. 3 – Ranhura Tipo 125 RMS Espiral contínua, passo 0,30mm a 0,40mm raio 0,30mm a 0,40mm. 4 – Ranhura Concêntrica Concêntrica em V de 90º passo 0,60mm a 1,00mm raio 0,00 a 0,40mm e profundidade de aproximadamente de 0,13mm a 0,40mm.



5. Materiais

As principais especificações da ASTM para flanges forjados são:

São sete as classes de pressão para flanges, especificadas pela norma ANSI.B.16.5: 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500#, 2500#. A partir da edição de 1981, a norma ANSI/ASME B.16.5 inclui também as tabelas de dimensões e pressões admissíveis em unidades SI, definindo as classes: PN20, PN50, PN68, PN100, PN150, PN250 e PN420.

Além dos flanges de aço, existem ainda flanges de ferro fundido, ferro maleável, metais não ferrosos e vários materiais plásticos.

6. Acessórios

6.1 Flange de Orifício

São flanges usados para medição de vazão, no qual é instalado uma placa de orifício, entre os flanges e juntas. Cada flange dispõe de uma tomada para medição.

6.2 Placa de Orifício – elemento primário

Os elementos geradores de pressão diferencial constituem-se em restrições para o fluxo quando montados em tubos; a análise do comportamento da pressão indica estabilidade na região montante do elemento primário, com pequeno aumento na região adjacente à placa; após a



passagem do fluído pelo orifício ocorre uma queda brusca na pressão, iniciando-se, posteriormente, a recuperação parcial, completada na região de 8 diâmetros na jusante da placa.

Fabricados e calculados conforme normas internacionais como ISA RP 3.2 , ISO 5167, SHELL, SPINK, MULLER entre outras, em materiais como aço inox e aços liga, nas classes de pressão de 150 a 2500 lbs.



7. Juntas para Flanges

Definição: Junta é o elemento de vedação existente em todas as ligações flangeadas. 7.2 Tipos mais usados:

7.1.1 Juntas não metálicas: As espessuras variam de 0,4 a 3mm, sendo a de 1,5mm a espessura mais usada. Os materiais mais comuns são:

Borracha Natural Borrachas Sintéticas Materiais Plásticos Papelão Hidráulico

7.1.2 Juntas Semi-metálicas em Espiral

7.1.3 Juntas Metálicas Folheadas

7.1.4 Juntas Metálicas Maciças

7.1.5 Juntas Metálicas de Anel (JTA)





8. Parafusos e Estojos para Flanges Definição: É o elemento de ligação entre os flanges e aperto das juntas. São dois os tipos de parafusos:

Parafuso de máquina (machine bolts) Estojos (stud bolts).

9. Figura 8 e Raquetes

Definição: São acessórios instalados em uma tubulação, entre flanges, quando se necessita de um bloqueio rigoroso e absoluto ou por economia (sendo eles mais baratos do que as válvulas), ou em locais onde o bloqueio seja feito esporadicamente. Fabricado em diversos materiais como aço carbono, aço inox e aços liga nos diâmetros de 1/2” a 60”, em classes de pressão de 150 a 2500lbs.



10. Filtros para Tubulações

Definição: São peças destinadas a reter poeiras, sólidos em suspensão e corpos estranhos, em correntes de líquidos ou de gases.

Dividem-se em duas classes:

Temporários (provisórios) – são filtros cujas finalidades são trabalhar na linha A instalação de um pré-filtro na tubulação de entrada/abastecimento da bomba (sucção) é uma questão de valorizar a segurança, pois impedirá que um corpo estranho (pequeno cavaco de solda, um parafuso perdido, um pedaço de pano ou estopa) entre na câmara de bombeamento, travando as engrenagens entre si ou uma delas com a parte interna do corpo da bomba. Não é procedimento correto a instalação de filtro na tubulação de descarga.



Permanentes – são filtros especificados para trabalhar nas linhas continuamente, fazendo parte delas. São alguns os tipos de filtro: tipo Y e Vertical.

11. Visores de Fluxo

Definição:



São elementos destinados a mostrar, numa análise visual, se há ou não fluxo na tubulação. Possuem um mostrador de vidro e no seu interior um labirinto destinado a dar turbulência no fluxo, tornando-se visível ao observador.



Módulo I

Aula 04 - Válvulas

Rev.A



SUMÁRIO: 1. VÁLVULAS

2. CLASSIFICAÇÃO DAS VÁLVULAS

2.1. Válvulas de Bloqueio

2.1.1 Válvulas de Gaveta

2.1.2 Válvulas de Macho

2.1.3 Válvulas Esfera

2.1.4 Válvulas de Comporta ou Guilhotina

2.2. Válvulas de Regulagem

2.2.1 Válvulas de Globo

2.2.2 Válvulas de Agulha

2.2.3 Válvulas de Controle

2.2.4 Válvulas Borboleta

2.2.5 Válvulas de Diafragma

2.3. Válvulas de Retenção

2.4. Válvulas de Alívio

2.4.1 Válvula de Segurança.

2.4.2 Válvula de Alívio.

2.4.3 Válvula de Segurança e Alívio.

2.5. Válvula de Quebra-vácuo

2.6. Ventosas

2.7. Válvulas Redutoras de Pressão

3. EXTREMIDADES DAS VÁLVULAS

4. MEIO DE OPERAÇÃO DAS VÁLVULAS

5. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DAS VÁLVULAS

6. SELEÇÃO DE VÁLVULAS

7. PRINCIPAIS NORMAS SOBRE VÁLVULAS



1. VÁLVULAS Definição: Válvula é um acessório destinado a bloquear, restabelecer, controlar ou interromper o fluxo

de uma tubulação. Além de controlar o fluxo, controlar o nível, o volume, a pressão, a

temperatura e a direção dos líquidos e gases nas tubulações. Essas válvulas, por meio da

automação, podem ligar e desligar, regular, modular ou isolar.

Seu diâmetro pode variar de menos de 1” até maiores que 72”.



2. CLASSIFICAÇÃO DAS VÁLVULAS

2.1. Válvulas de Bloqueio

Destinam-se apenas a estabelecer ou interromper o fluxo, ou seja, só devem trabalhar completamente abertas ou completamente fechadas.

Válvulas de gaveta Válvulas de macho Válvulas de esfera Válvulas de comporta

2.1.1 Válvulas de Gaveta

Aplicação São utilizadas como válvulas de bloqueio (on/off) em serviços de água, óleo ou gás para fluidos sem sólidos em suspensão ou com poucos sólidos. Também não devem ser empregadas onde os fluidos transportados venham a se solidificar no interior das válvulas que é o caso de resinas, tintas e vernizes.

Principais vantagens:

Passagem livre quando totalmente abertas, grande diversidade de diâmetros, a variedade dos meios de ligação, aplicação em larga gama de pressão e temperatura, além de permitir o fluxo nos dois sentidos e ter uma fácil manutenção.

Principais desvantagens: Dificilmente dão uma vedação absolutamente estanque. Não são indicadas em operações freqüentes, não devem ser usadas para regulagem de fluxo, as grandes dimensões externas e o custo elevado de alguns modelos.



2.1.2 Válvulas de Macho

Aplicação: As válvulas de macho aplicam-se principalmente nos serviços de bloqueio de gás, em quaisquer diâmetros, temperaturas e pressões. E também no bloqueio rápido de água, vapor e líquidos em geral (em pequenos diâmetros e baixas pressões). Também são recomendadas para serviços com líquidos que deixem sedimentos, ou que tenham sólidos em suspensão. Para as válvulas de 3 ou 4 vias, o macho é furado em “T”, em “L” ou em cruz, dispondo assim, as válvulas com 3 ou 4 bocais para ligação às tubulações. São empregadas nos diâmetros de até 4”.



Principais vantagens: Fluxo ininterrupto nos dois sentidos, construção simples e robusta, fechamento rápido e, em alguns tipos de construção, proteção da superfície de vedação.

2.1.3 Válvulas Esfera

Principais vantagens:

Passagem livre quando totalmente abertas, a estanqueidade perfeita, uma razoável diversidade de diâmetros, a variedade dos meios de ligação, o fato do fluido não entrar em contato com os internos, indicadas para operações freqüentes, abertura e fechamento rápido, ampla gama de pressões, o baixo custo para os modelos com esferas micro-fundidas além de permitir o fluxo nos dois sentidos.

Principais desvantagens:

Não devem ser usadas para regulagem de fluxo, por usar material resiliente na vedação da sede limita a gama de temperatura e o custo elevado de alguns modelos com esferas forjadas.



2.1.4 Válvulas de Comporta ou Guilhotina

Principais vantagens: Baixa perda de carga, fluxo ininterrupto nos dois sentidos, construção simples e extremamente curta, ocupando pequeno espaço na instalação. Principais desvantagens: Sua principal desvantagem é a não ter uma estanqueidade total.



2.2. Válvulas de Regulagem

São destinadas especificamente para controlar o fluxo, podendo trabalhar em qualquer posição de fechamento parcial.

Válvulas de globo Válvulas de agulha Válvulas de controle Válvulas de borboleta (podem trabalhar como válvulas bloqueio) Válvulas de diafragma (podem trabalhar como válvulas bloqueio)

2.2.1 Válvulas de Globo

Principais vantagens. Controle parcial do fluxo, acionamento mais rápido que as válvulas de gaveta, perfeita estanqueidade, a variedade dos meios de ligação, aplicação em larga gama de pressão e temperatura e ter uma fácil manutenção. Podem ser instaladas para operações freqüentes.

Principais desvantagens. Não admitem fluxo nos dois sentidos e a perda de carga excessiva nos modelos com passagem em “S”.



2.2.2 Válvulas de Agulha

Principais vantagens: A válvula de agulha é uma variação das válvulas globo e, portanto de funcionamento idêntico. As válvulas de agulha são indicadas para serem utilizadas em aparelhos de instrumentação de ar comprimido, gases e líquidos homogêneos em geral com baixa viscosidade.

2.2.3 Válvulas de Controle

Definição:

É um nome genérico para designar uma grande variedade de válvulas utilizadas para controlar automaticamente variáveis como pressão, temperatura, vazão, nível etc. São usadas em combinação com instrumentos automáticos, e comandadas à distância. Existem três tipos de atuadores: pneumáticos, hidráulicos ou elétricos (ver item 4). Há uma gama muito grande quanto ao tipo das válvulas de controle. Abaixo seguem alguns exemplos:





2.2.4 Válvulas Borboleta

Principais Vantagens: As vantagens são muitas, como facilidade de montagem, construção compacta, robusta, leve, ocupa pouco espaço, excelentes características de escoamento, com alta capacidade de vazão, baixo custo e boa performance como válvula de regulagem e de controle. Principais Desvantagens Não deve ser instalada próxima a outras válvulas, acessórios ou conexões. Depois de um determinado tempo de operação podem apresentar vazamentos decorrentes do desgaste natural das partes internas.

2.2.5 Válvulas de Diafragma

Principais Vantagens: Estanqueidade absoluta, isolamento total do mecanismo em relação ao fluido, fluxo contínuo e nos dois sentidos, baixa perda de carga, instalação em qualquer posição, limitação automática de fechamento evitando torque demasiado no diafragma, ausência de engaxetamento na haste, de extrema importância no transporte de gases, versatilidade e facilidade para o revestimento do corpo, possui vida útil longa, manutenção simples, sem a necessidade de retirada da válvula da linha,



Principal Desvantagem: Pressão e temperatura de trabalho limitada ao elastômero do diafragma.

2.3. Válvulas de Retenção

Definição:

As válvulas de retenção caracterizam-se pela auto-operação proporcionada pelas diferenças de pressão entre montante e jusante exercidas pelo fluido em conseqüência do próprio fluxo, não havendo necessidade da atuação do operador. As válvulas de retenção são denominadas de “válvulas unidirecionais” e são instaladas com a finalidade de evitar a inversão no sentido do fluxo, o refluxo.Quando ocorre a interrupção no fornecimento de energia das bombas e, conseqüentemente ocorre a parada do escoamento, as válvulas de retenção se fecham impedindo o refluxo e retendo a coluna do fluido na tubulação. Como função secundária, são importantes para a manutenção da coluna de líquido durante



a paralisação e fundamentais também para se evitar que a sobre-pressão causada por golpes de aríete resultantes da parada brusca do escoamento chegue às bombas.

2.4. Válvulas de Segurança e Alívio

Definição:

São válvulas que têm por finalidade a proteção pessoal e a proteção de linhas e equipamentos. Usa a energia do próprio fluido para a sua operação (abertura ou fechamento).



2.4.1 Válvula de Segurança.

São destinadas a trabalhar com fluídos elásticos (vapor, ar, gases).

2.4.2 Válvula de Alívio.

São destinados a trabalhar com líquidos.

2.4.3 Válvula de Segurança e Alívio.

A construção das válvulas de segurança e de alívio é basicamente a mesma. A diferença está no perfil da sede e do tampão.

2.5. Válvula de Quebra-vácuo

Semelhante às válvulas de segurança, com a diferença de que se abrem de fora para dentro. São empregadas para proteção de tubulações de grande diâmetro e pequena espessura de parede. É indicada também para aquecedores, tanques, terminais de combustível, etc. Não permite fluxo de dentro para fora da tubulação.



2.6. Ventosas

Devem ser instaladas nos pontos altos das linhas com a finalidade de expelir o ar deslocado pelo líquido durante o enchimento da tubulação, expelir automaticamente o ar acumulado durante a operação e admitir ar durante o processo de esvaziamento da tubulação, bem como manter a pressão de esvaziamento dentro dos limites previstos em projeto, evitando o colapso e protegendo a tubulação. Existem dois modelos de ventosa, o primeiro denominado de “ventosa simples”, que tem como função expelir continuamente o ar acumulado durante a operação da linha. O segundo denominado de “ventosa de tríplice função” que tem como funções: expelir continuamente o ar acumulado durante a operação, expelir o ar deslocado durante o enchimento da linha e admitir ar durante o esvaziamento da linha. Na instalação se requer uma válvula de bloqueio entre a ventosa e a linha, para manutenção. São usadas em adutoras.



2.7. Válvulas Redutoras de Pressão

Definição:

Regulam, sem intervenção de qualquer ação externa, a pressão de jusante da válvula (são válvulas automáticas). Principais vantagens. Regulação da pressão do fluido para que se possa fazer a aplicação na pressão mais conveniente e podendo ser empregada em qualquer tipo de fluido e ser fabricada com diferentes matérias. Principais desvantagens. Custo final pois uma válvula redutora de pressão sempre requer a instalação de uma estação redutora de pressão. Além disso, requerem uma manutenção constante.

3. EXTREMIDADES DAS VÁLVULAS

Como já vimos nas aulas anteriores, as extremidades das válvulas são correspondentes às extremidades dos tubos, conexões e flanges (rosquedas, flangeadas, solda de encaixe, solda de topo, ponta e bolsa e as instaladas sem flanges – tipo “Wafer”).



Wafer – modelo de válvulas instaladas entre dois flanges com parafusos passantes em volta do corpo da válvula. São usadas principalmente para válvulas borboletas, e também de retenção e de esfera, para pressões moderadas e temperaturas ambientes.

4. MEIO DE OPERAÇÃO DAS VÁLVULAS

Existem vários sistemas usados para a operação das válvulas, os principais são:

Operação Manual: por meio de volante, alavanca, de engrenagens, parafusos sem fim, etc.

Operação Motorizada: pneumática, hidráulica e elétrica. Operação Automática: válvulas de alívio e redutoras de pressão.



5. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DAS VÁLVULAS

Aço carbono fundido - ASTM A216 e A-352; Aço carbono forjado - ASTM A105 e A-181; Aços-ligas – diversos; Aço inoxidáveis - AISI-304, 316, 410, etc; Aço carbono laminado – SAE-1020; inox fundido - ASTM A-351 CF8 ou ASTM A-351 CF8M; Ferro fundido - ASTM A126; Ferro maleável – ASTM A-197; Ferros fundidos especiais; Bronzes - ASTM B-61 e outras; Latões, metal Monel, níquel, etc; Materiais plásticos – PVC e outros

Para os mecanismos internos (definidos como Trim), os principais materiais usados são os seguintes:

Aço inoxidável AISI 410



Aço inoxidável AISI 304 Aço inoxidável AISI 316 Bronze – ASTM B-62

6. SELEÇÃO DE VÁLVULAS

É feita em duas etapas :

Seleção do tipo geral da válvula Especificação das diversas características e detalhes da válvula selecionada

Fatores de influência na seleção do tipo da válvula (dados sobre o projeto)

Finalidade da válvula (bloqueio, regulagem, retenção etc.) Natureza e estado físico do fluido Condições de corrosão, erosão, depósito de sedimentos, presença de sólidos etc. Pressão e temperatura (valores de regime e valores extremos) Diâmetro nominal da tubulação Necessidade ou de: fechamento estanque, fechamento rápido, operação freqüente,

comando remoto, comando automático, resistência a fogo. Custo Espaço disponível e posição de instalação

Dados adicionais para as válvulas de segurança

pressão de abertura, norma de cálculo e tempo para abertura descarga livre ou valor da contra pressão de descarga vazão máxima, mínima e de regime letra indicativa da área do orifício de descarga necessidade ou não de fole de balanceamento

Dados adicionais para as válvulas de controle

tipo de curva característica de fechamento vazão máxima, mínima e de regime, coeficiente de vazão (Cv) perda de carga (máxima e mínima) posição desejada da mola (normalmente fechada ou aberta) características do ar de comando nível máximo de ruído admissível



Exemplo de como especificar uma válvula: Fluido: água potável Instalação: aparente Pressão de serviço: baixa Temperatura: ambiente Válvula gaveta, diâmetro nominal de 1”, corpo e castelo de bronze fundido ASTM B62, classe 125#, castelo roscado ao corpo, haste fixa com rosca interna, cunha inteiriça cônica deslizante, volante de lumínio e extremidades roscadas conforme ABNT NBR 6414 (BSP).

7. PRINCIPAIS NORMAS SOBRE VÁLVULAS

São as seguintes as principais normas brasileiras e americanas sobre válvulas industriais: EB-141 da ABNT Padroniza dimensões, materiais, construção, condições de trabalho, testes de aceitação, etc, dos seguintes tipos de válvulas para refinarias e instalações semelhantes: Válvulas de aço fundido, de gaveta (até 24”), de globo (até 8”) e de retenção (até 12”) com extremidades flangeadas, das classes 150#, 300#, 400#, 600#, 900# e 1500#. Válvulas de aço forjado, de gaveta, de globo e de rentenção, se 1/” a 1.1/2”, com extremidades rosqueadas e para solda de encaixe das classes 600#, 900# e 1500#. P-PB-37 da ABNT Válvulas de gaveta e retenção de ferro fundido, para água e esgotos, até 24”, com extremidades flangeadas e para ligações de ponta e bolsa. Normas do ANSI ANSI.B.16.10 – Dimensões de válvulas flangeadas e para solda de topo, de gaveta, de macho, de esfera, de globo, de retenção e de controle de aço fundido, aço forjado e de ferro fundido, até 24”, das classes 150# e 2500#.



ANSI B.16.34 – Pressões admissíveis e espessuras mínimas de válvulas de aço fundido e aço forjado, até 30”, das classes 150# a 2500# com extremidades flangeadas ou para solda de topo. ANSI.B.16.104 – Tolerâncias de estanqueidade para válvulas de de controle. Normas API (American Petroleum Institute) API-6D – Válvulas de gaveta, de esfera, de macho e de retenção, de aço, para oleodutos, classes 150# a 2500#. API-526 – Válvulas de segurança de aço, flangeados, classes 150# a 2500#. API-593 – Válvulas macho, de ferro dúctil, flangeadas. API-594 – Válvulas de retenção tipo “wafer”, de ferro fundido, classes 125# e 250#, e de aço fundiod, clases 150# a 2500#. API-597 – Válvulas de gaveta, tipo “vnturi”, flangeadas ou para solda de topo. API-598 – Inspeção e testes de válvulas. API-599 – Válvulas de macho, de aço, flangeadas ou para solda de topo, classes 150# a 2500#. API-600 – Válvulas de gaveta de aço, flangeadas ou para solda de topo, classes 150# a 2500#. API-602 – Válvulas de gaveta de aço, de pequeno diâmetro. API-603 – Válvulas de gaveta leves, classe 150# resistentes à corrosão. API-604 – Válvulas de gaveta e de macho, de ferro nodular, classes 150# e 300#. API-606 – Válvulas de gaveta, de aço, de pequeno diâmetro, com corpo extendido. API-609 – Válvulas de borboleta de ferro fundido, classe 125#, e de aço fundido, classe 150#. Todas as normas acima incluem dimensões, materiais, construção, condições de trabalho, testes de aceitação, etc. ISA-RP 4.1 (Norma da “Intrument Society of América”) – Padroniza dimensões de válvulas de controle.

CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 1

Profº José Aparecido de Almeida

Módulo II

Aula 01 – Isolamentos Térmicos e Sistemas de

Aquecimento para Tubulação.

Rev.A



SUMÁRIO: 1. Isolamento Térmico - Definição

1.1. Classes de Isolamentos Térmicos 1.2. Colocação dos Isolamentos Térmicos 1.3. Isolamento Interno 1.4. Isolamento Externo 1.5. Material 1.6. Espessuras dos Isolamentos térmicos 1.7. Detalhes de Montagem 1.8. Normas a Consultar – Isolamento a Frio 1.9. Normas da ABNT a Consultar – Isolamento a Quente

2. Sistema de Aquecimento para Tubulações

2.1. Aquecimento por Tubos Externos Paralelos (Steam Tracing) 2.2. Disposição dos Tubos de Aquecimento 2.3. Diâmetros de Trocos de Suprimentos e de Recolhimentos 2.4. Comprimento Máximo Admissível 2.5. Material 2.6. Dilatação Diferencial 2.7. Aquecimento de Válvulas 2.8. Montagem 2.9. Isolamento Térmico 2.10. Coleta de Condensado 2.11. Identificação das Linhas Aquecidas 2.12. Detalhes de Montagem

3. Outros Sistemas de Aquecimento

3.1. Tubo de aquecimento enrolado externamente 3.2. Tubo de aquecimento integral 3.3. Tubo de aquecimento interno 3.4. Camisa externa 3.5. Aquecimento elétrico


1. Isolamento Térmico - Definição



Isolamentos Térmicos – tem como principal finalidade, reduzir as trocas de calor dos tubos e equipamentos para o meio ambiente ou vice e versa.



1.1 Classes de Isolamentos Térmicos

o Isolamento Quente: para linhas com temperaturas de operação, acima da temperatura ambiente.

o Isolamento Frio: para linhas com temperaturas de operação, abaixo da temperatura ambiente.

Para ambos os casos, o isolamento térmico pode ser usado por diversos motivos e finalidades específicas:

Economia; Serviço – evitar o congelamento, a vaporização, a polimerização ou transformações

químicas no fluído. Nestes casos, o isolamento pode ser aplicado em tubulações de quaisquer temperaturas ( tanto quentes como frias);

Proteção pessoal – o isolamento dever ser aplicado em todas as tubulações com temperaturas acima de 60ºC, desde que haja possibilidade de contato com pessoas.

Para linhas frias pode haver a necessidade do isolamento térmico para evitar a formação de orvalho ou de gelo na superfície do tubo, devido à condensação da umidade do ar.

Normalmente por questões econômicas, as linhas quentes são isoladas quando trabalham acima de 80ºC.

1.2 Colocação dos Isolamentos Térmicos

Isolamento interno Isolamento externo.

1.3 Isolamento Interno

Usado para linhas de grandes diâmetros (acima de 24”) e para temperaturas muito elevadas. São argamassas refratárias aplicadas à pistola ou a mão. É necessário soldar uma tela

metálica por pontos, para dar maior aderência a argamassa.



1.4 Isolamento Externo

Usado tanto para tubulações quentes ou frias e para quaisquer diâmetros.

1.5 Material

Um material de baixa condutividade térmica será o isolante ideal, sendo que a condutividade dos diversos tipos de materiais varia com a espécie de sólido usado. Quase todos os tipos de materiais de isolamento podem ser construídos em formas de seções moldadas, cuja vantagem é a velocidade de montagem.



1.6 Espessuras dos Isolamentos térmicos Teoricamente as espessuras para os isolamentos térmicos deveriam ser calculadas em função de suas finalidades e características. Porém por questões práticas e econômicas, na maioria dos casos adotam-se simplesmente as espessuras já consagradas pelo uso. Estes dados são fornecidos em tabelas de diversos autores e fabricantes. Para a proteção pessoal a espessura do isolamento térmico usada é normalmente de 25mm.

Nestas tabelas temos alguns exemplos de como especificar as espessuras dos isolamentos:



Notas: o Os testes hidrostáticos devem ser realizados antes da montagem do isolamento térmico. Nos

casos em que esta prática não for viável, deve-se deixar as regiões a serem inspecionadas provisoriamente sem isolamento.

o Nos pontos onde são necessárias medições periódicas de espessura da tubulação,recomenda-

se que sejam deixadas aberturas dotadas de caixas para medições periódicas.

1.7 Detalhes de Montagem



1.8 Normas a Consultar – Isolamento a Frio

ASTM C552 - Cellular Glass Block and Pipe Thermal Insulation ASTM C591 - Rigid Preformed Cellular Urethane Thermal Insulation

1.9 Normas da ABNT a Consultar – Isolamento a Quente

NBR 10662 Isolantes térmicos pré-moldados se silicato de cálcio NBR 11363 Isolantes térmicos de lã de rocha NBR 11364 Lã de rocha em placas NBR 8994 Chapas de ligas de alumínio para proteção de isolantes térmicos



2. Sistema de Aquecimento para Tubulações

Finalidade: O aquecimento das tubulações é feito com as seguintes finalidades:

Manter os líquidos de alta viscosidade em condições de escoamento. Manter determinados líquidos, por exigência de serviço, dentro de certos limites de

temperatura. Preaquecer os tubos no início do funcionamento, para liquefazer depósitos sólidos que se

tenham formado no interior dos tubos enquanto o sistema esteve parado.

Fotos: www.actec.ind.br



2.1 Aquecimento por Tubos Externos Paralelos (Steam Tracing) Aquecimento por tubos externos paralelos é feito por um ou mais tubos de vapor paralelos, de pequeno diâmetro, justapostos externamente ao tubo principal. Os tubos de vapor são amarrados com arame no tubo a aquecer, e o conjunto todo é envolvido com isolante térmico.

Vantagens:

Baixo custo inicial; Facilidade de manutenção; Impossibilidade de contaminação do fluído circulante pelo vapor e vice versa.

Desvantagens: Aquecimento irregular e difícil controle; Aquecimento inicial lento.

2.2 Disposição dos Tubos de Aquecimento



2.3 Diâmetros de Trocos de Suprimentos e de Recolhimentos

2.4 Comprimento Máximo Admissível



2.5 Material Para temperatura de vapor até 200ºC e para diâmetros até ½”, os tubos de aquecimento, podem ser de cobre sem costura, recozimento macio, especificação ASTM B.88, tipo K e alumínio extrudados especificação ASTM B.210. Para temperaturas de vapor mais altas e diâmetros maiores, os tubos de aquecimento são de aço carbono.

2.6 Dilatação Diferencial



2.7 Aquecimento de Válvulas

Quando for preciso aquecer o castelo da válvula, prever uniões para não dificultar a manutenção.

2.8 Montagem O trajeto dos tubos de aquecimento dever ser estudada de forma que o fluxo de vapor seja

de preferência descendente. Não é conveniente que os tubos de aquecimento sejam muito curtos, para que as

quantidades de condensados recolhidos nos purgadores não sejam excessivamente pequenas.

Cada vez que tem de prever uma conexão rosqueada no tubo de aquecimento, a mesma deverá ser colocada fora do revestimento.



Os tubos de aquecimento deverão ser colocados de maneira que interfiram o mínimo possível com os suportes, estruturas, etc.

Prever um número suficiente de uniões para permitir a desmontagem da instalação. As curvas nos tubos de aquecimento devem ser feitas por encurvamento de tubos (não usar

cotovelos). Tubos de aquecimento paralelos só devem ser instalados na tubulação, depois do teste

hidrostático da mesma.

2.9 Isolamento Térmico

Toda instalação será revestida (tubo aquecido, alimentação de vapor e coleta de condensado).

Pode se conseguir melhor eficiência da troca de calor preenchendo-se os espaços entre os tubos de aquecimento e o tubo a aquecer com cimentos especiais (tipo “Thermon”).



2.10 Coleta de Condensado



2.11 Identificação das Linhas Aquecidas



o No Isométrico

Indicar somente se a linha estiver aquecida em parte ou totalmente. Quando estiver aquecida parcialmente, representar o início e o fim do comprimento a aquecer (usar anotações do fluxograma).



2.12 Detalhes de Montagem





3. Outros Sistemas de Aquecimento

3.1 Tubo de aquecimento enrolado externamente É bem mais caro e mais difícil de ser construído do que os tubos paralelos, porém permite um aquecimento mais intenso e uniforme.

3.2 Tubo de aquecimento integral Sistema raro, empregado apenas em tubos não ferrosos fabricados por extrusão (alumínio, latão etc.)

3.3 Tubo de aquecimento interno

Principais Desvantagens Construção cara e complicada. Problemas de dilatação diferencial entre os tubos (o tubo de vapor é mais quente e se

aquece mais depressa). Possibilidade de contaminação do fluido circulante. Dificuldade de localização e de reparo dos vazamentos. Não permite a limpeza mecânica interna da tubulação.



3.4 Camisa externa Custo de implantação e de manutenção elevados permite aquecimento rápido, intenso e controlado

3.5 Aquecimento elétrico Consiste na colocação de fios elétricos, longitudinalmente ou em espiral, por fora da tubulação. Utiliza uma corrente, de baixa voltagem e alta intensidade, controlada por termostato que mede a temperatura da parede do tubo. O custo de instalação e operacional são relativamente altos. Vantagens:

Muito bom controle do aquecimento. Aquecimento rápido, de partida instantânea , e uniforme em toda a tubulação. Baixo custo de manutenção.




TELLES, Pedro Carlos Silva, Tubulações Industriais: Materiais, Projetos e Montagens. 6.ed. São Paulo: LTC, 1982. 252p. TELLES, Pedro Carlos Silva; BARROS, Darcy G. de Paula, Tabelas e gráficos para Projetos de tubulações. 6.ed. Rio de Janeiro: Interciência, 1992. 191p.

Sites consultados:

http://www.demec.ufmg.br http://www.fibraben.com.br/acessorios.htm

Nota: Estas referências correspondem as aulas do segundo módulo do curso “Tubulações Industriais”.



Módulo II

Aula 02 – Purgadores de Vapor

Rev.A



SUMÁRIO: 1. Definição

2. Causas do aparecimento de condensado em tubos de vapor 3. Finalidade

4. Empregos de purgadores 5. Acumuladores ou Botas 6. Casos em que se devem colocar obrigatoriamente os purgadores

7. Eliminação de condensado em equipamentos

8. Tipos de purgadores

8.1. Purgadores de bóia

8.2. Purgadores de balde

8.3. Purgadores termodinâmicos

8.4. Purgadores eletrônicos

9. Instalações típicas

10. Fatores que influenciam na escolha de um purgador

11. Características dos purgadores

12. Casos típicos de emprego de purgadores

13. Separadores de umidade

14. Golpe de Aríete

15. Referências bibliográficas



INTRODUÇÃO: Esta aula é referente a purgadores, mas antes de entrarmos neste assunto, vamos falar um pouco sobre vapor e sua importância Como outras substâncias, a água pode se apresentar nos estados sólido (gelo), líquido (água) e gasoso (vapor). Estudaremos a água nos estados líquido, gasoso e a transição de um estado para outro. Ao cedermos calor para a água, sua temperatura aumenta até atingir um determinado valor. A partir deste, a água não tem mais como se manter em estado líquido. Esse valor corresponde ao PONTO DE EBULIÇÃO, isto é, qualquer adição de calor fará com que parte desta água ferva, se transformando em vapor. Podemos considerar, de forma sintética que vapor nada mais é que a união do elemento químico ÁGUA com o elemento físico ENERGIA OU CALOR. POR QUE SE UTILIZA O VAPOR ? O vapor é utilizado como meio de transmissão de energia desde a Revolução Industrial. À princípio, utilizava-se vapor no preparo de alimentos. Hoje, o vapor tornou-se uma ferramenta flexível e versátil para a indústria quando se necessita de aquecimento. O vapor é gerado à partir da água, fluído relativamente barato e acessível em grande parte do planeta. Sua temperatura pode ser ajustada com precisão, controlando sua pressão através de válvulas. Transporta grandes quantidades de energia com pouca massa e, ao retornar ao estado líquido, cede essa energia ao meio que se deseja aquecer. É facilmente transportado através de tubulações, podendo percorrer grandes distâncias entre os pontos de geração (Caldeiras) e utilização.



PRODUÇÃO DE VAPOR Para melhor explicar a produção de vapor, utilizaremos o exemplo da figura abaixo:

Suponhamos um cilindro com a parte inferior vedada, envolvido com isolamento térmico com eficiência de 100 %, de tal forma que não haja perda de calor para a atmosfera e contendo 1 kg de água à temperatura de 0°C (ponto de fusão). Essa condição será tomada, doravante, como ponto de referência, onde passaremos a considerar, para nossos propósitos, que a QUANTIDADE DE CALOR existente nessa massa de água é igual a ZERO. Supondo que a pressão exercida sobre a água seja atmosférica, qualquer adição de calor absorvida pela água fará com que sua temperatura se eleve, conforme mostra a figura.

A temperatura da água aumentará até que se atinja o valor de 100°C. Nessas condições, qualquer aumento adicional de calor fará com que a água não consiga se manter em estado líquido, sendo que uma parte dessa massa ferverá, ou melhor, se transformará em vapor, conforme figura 3.



Quanto maior a quantidade de calor absorvida pelo sistema, maior será a massa de água transformada em vapor, conforme as figuras 4 e 5.



À partir do momento em que se esgotar completamente a massa de água, a temperatura do processo voltará a aumentar, sendo que teremos somente a presença de vapor (gás), conforme a figura 6.

Observando a posição final do gráfico Temperatura x Calor, podemos dividí-lo em três partes distintas, conforme a figura 7:

O calor absorvido por kg de água líquida até a temperatura de ebulição é chamado de CALOR SENSÍVEL (símbolo CS). O calor adicional necessário para converter 1 kg de água em vapor é chamado de CALOR LATENTE (símbolo CL). A soma do Calor Sensível e do Calor Latente corresponde ao CALOR TOTAL por kg de vapor (símbolo CT). Concluindo, quando essa massa de 1 kg de água à temperatura de 100°C tiver recebido o Calor Total, toda a água estará transformada em vapor, à pressão atmosférica.



1. Definição

Purgadores de vapor são dispositivos automáticos que separam e eliminam o condensado formado

nas tubulações de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar o vapor.



2. Causas do aparecimento de condensado em tubos de vapor

Em tubulações de vapor úmido o condensado se forma por precipitação da própria umidade. Em tubulações de vapor saturado o condensado aparece em conseqüência das perdas de calor

por irradiação ao longo da linha. Em tubulações de vapor saturado ou superaquecido o condensado pode aparecer em

conseqüência do arrastamento de água, proveniente da caldeira. Em quaisquer tubulações de vapor, o condensado sempre se forma na entrada em operação do

sistema, quando todos os tubos estão frios, e, também, quando o sistema é tirado de operação e o vapor vai-se condensando aos poucos no interior dos tubos.

O condensado é formado também nos equipamentos de aquecimento a vapor, como serpentinas, refervedores, aquecedores, estufas, etc.

3. Finalidade É importante a remoção do condensado do ar e de outros gases existentes nas tubulações de vapor, pelas seguintes razões:

Conservar a energia do vapor; Evitar vibrações e golpes de aríete nas tubulações; Evitar a erosão rápida das palhetas nas turbinas; Diminuir os efeitos da corrosão; Evitar o resfriamento do vapor.

4. Empregos de purgadores

Os purgadores de vapor são empregados nos seguintes casos: a. Para eliminação do condensado formado nas tubulações de vapor em geral; b. Para reter o vapor nos equipamentos de aquecimento à vapor.

É importante ressaltar que o sistema de instalação do purgador é completamente diferente entre estes dois casos. Existem dois tipos de instalações para purgadores: aberto ou fechado. Sistema aberto: o condensado é descartado para a atmosfera por um dreno, sem o seu aproveitamento.



Sistema fechado: o condensado é descartado para um coletor, onde será reaproveitado no processo.

5. Acumuladores ou Botas



Para drenagem do condensado em linhas de vapor, é necessário instalar, um acumulador (também conhecido como bota) na parte inferior do tubo.

6. Casos em que se devem colocar obrigatoriamente os purgadores:



Todos os pontos baixos e todos os pontos de aumento ou de elevação. Nos trechos de tubulações em nível, deve ser colocado um purgador em cada 100 a 250 metros. Quanto mais baixa for a pressão do vapor, mais numerosos deverão ser os purgadores. Todos os pontos extremos no sentido do fluxo fechados com tampões, flanges cegos, etc. Imediatamente antes de todas as válvulas de bloqueio, válvulas de retenção, válvulas de

controles e válvulas redutoras de pressão (neste caso destina-se a eliminar o condensado, quando a válvula estiver fechada).

7. Eliminação de condensado em equipamentos:

A finalidade da instalação de purgadores em equipamentos é aumentar ao máximo o tempo de permanência do vapor dentro do equipamento, para que o vapor possa ceder todo o seu calor. Os purgadores devem ser instalados na própria tubulação de vapor e colocados o mais próximo possível da saída do aparelho.

8. Tipos de Purgadores



8.1. Purgadores de bóia.



Recomendados para os sistemas de vapor , de ar comprimido e outros gases onde não se tem a presença de óleo dissolvido no condensado. Existem vários modelos de purgadores de bóia.

8.2. Purgadores de Balde invertido. Recomendados para os sistemas de vapor , de ar comprimido e outros gases onde se tem a presença de óleo dissolvido no condensado. Existem dois modelos de purgadores de balde invertido, um normal e outro de alta capacidade.

8.3. Purgadores termodinâmicos.

Recomendados para os sistemas de vapor saturado, têm um funcionamento muito simples, compacto e robusto sem necessidade de manutenção constante.

8.4. Purgador eletrônico.



Recomendados para os sistemas de ar comprimido, para condensado com ou sem a presença de óleo, têm a instalação e o funcionamento muito simples, sem necessidade de manutenção constante. Funciona por meio de uma válvula solenóide de ação direta, conjugado a dois emporizadores, o primeiro controla a abertura, que pode ser ajustado para a duração de 0,5 a 10s, e o segundo controla a freqüência das aberturas, que pode ser ajustada de 30s a 45min.

9. Instalações Típicas

10. Fatores que influenciam na escolha de um purgador:



Natureza de instalação e finalidade do purgador. Pressão e temperatura do vapor na entrada do purgador, flutuações da pressão e da temperatura. Descarga do condensado para a atmosfera ou para uma linha de retorno; pressão e temperatura

do condensado (no caso da linha de retorno) e respectivas flutuações. Quantidade de condensado a ser eliminada, por hora ou por dia; flutuações na quantidade de

condensado. Necessidade ou não de descarga contínua e de descarga rápida. Perda admitida de vapor vivo. Quantidades de ar e de outros gases presentes no vapor. Ocorrências de golpes de aríete ou de vibrações na tubulação. Ação corrosiva ou erosiva do vapor ou de condensado. Facilidades necessárias de manutenção. Custo inicial.

11. Características dos Purgadores



12. Casos típicos de emprego de purgadores:



13. Separadores de umidade.

Devem ser instalados nas linhas horizontais contendo gazes onde se deseja remover a umidade contida em forma de gotículas em suspensão. A construção do separador se baseia na passagem do fluido gasoso por uma chicana onde as gotículas de liquido, por sua inércia, deverão ficar retidas e formando gotas maiores que serão encaminhadas para um ponto de drenagem ou purga. Separador de umidade horizontal, classe 125#, corpo em ferro fundido cinzento ASTM A126/B, extremidades flangeadas conforme ASME/ANSI B16.1-125#FP.

Separador de umidade vertical, classe 125#, corpo em ferro fundido cinzento ASTM A126/B, extremidades roscadas conforme ASME/ANSI B1.20.1 (NPT).



14. Golpe de Ariete A maior parcela de formação de condensado ocorre na partida, no momento em que toda a instalação se encontra fria. A figura abaixo mostra como esse condensado vai se depositando nessa tubulação:

O gradual aumento da massa de condensado poderá formar uma barreira compacta, que se arrasta pela tubulação a altas velocidades. No momento em que encontra um obstáculo (purgador, válvula, filtro ou mudanças de direção), o impacto causado por essa massa se dá de forma violenta, provocando alto nível de ruído e, pior, o rompimento de conexões e acessórios e também riscos aos operadores. Esses riscos serão maiores se as tubulações formarem pontos baixos, conforme figura abaixo.

Com o objetivo de minimizar a ocorrência de golpes de ariete, as linhas de vapor devem ser drenadas a cada 30 metros e em TODOS os pontos baixos, e construídas com inclinação favorável ao fluxo.

Deve-se evitar a montagem de reduções concêntricas, por ser forte potencial de golpes de aríete. A forma correta de montagem de reduções de tubulações é a utilização de reduções excêntricas.




TELLES, Pedro Carlos Silva, Tubulações Industriais: Materiais, Projetos e Montagens. 6.ed. São Paulo: LTC, 1982. 252p. TELLES, Pedro Carlos Silva; BARROS, Darcy G. de Paula, Tabelas e gráficos para Projetos de tubulações. 6.ed. Rio de Janeiro: Interciência, 1992. 191p. Sites Pesquisados: www.spiraxsarco.com.br




Módulo II

Aula 03 – Curvas e Juntas de Expansão

Rev.a



SUMÁRIO: 1. Curvas de Expansão – Definição 2. Juntas de Expansão – Definição 3. Tipos de Juntas de Expansão

3.1. Juntas de Expansão de Fole

3.2. Juntas de Expansão de Borracha

3.3. Junta de Expansão de Telescópio

4. Casos onde se justificam as juntas de expansão




Introdução: Dilatação térmica A maioria dos materiais dilata-se quando aquecida e contrai-se, quando resfriada. Por estarem relacionados com o aumento ou a diminuição da temperatura dos corpos, esses fatos são conhecidos, como dilatação e contração térmica. Para resolvermos os problemas de flexibilidade nas tubulações devido a dilatação térmica, são usados alguns acessórios (juntas de expansão) ou são feitas mudanças no traçado das linhas.

Cálculo de Flexibilidade É o cálculo das tensões internas e das reações nos pontos com restrição de movimentos, provenientes das dilatações térmicas. O cálculo é feito separadamente para cada trecho de tubulação entre dois pontos de ancoragem.

Casos de Dispensa do Cálculo de Flexibilidade

Quando a tubulação for idêntica à outra já calculada ou existente. Quando a tubulação for semelhante e com condições mais favoráveis de flexibilidade (por exemplo,

uma tubulação de mesmo traçado geométrico de outra de maior diâmetro e de mesma temperatura, ou de outra de mesmo diâmetro com temperatura mais elevada.)

Tubulações trabalhando em temperatura ambiente, não expostas ao sol e não sujeitas a lavagem com vapor.

Tubulações enterradas. Verificação e Melhoria da Flexibilidade das Tubulações O cálculo da flexibilidade é um método de verificação e não de dimensionamento direto, ou seja, desenha-se uma determinada configuração e, em seguida, verifica-se a flexibilidade.



Flexibilidade das Tubulações Todas as tubulações devem ter sempre que possível um traçado que lhes proporciona uma flexibilidade própria para que se possa absorver as dilatações térmicas por meio de flexões ou torções dos diversos trechos. Como regra geral não deve haver nenhum trecho de tubo reto entre dois pontos extremos.



1. Curvas de Expansão - Definição:

São mudanças dos planos das tubulações com trechos retos para se obter flexibilidade, causada pela dilatação térmica. Para tubulações longas que devam seguir necessariamente uma direção geral retilínea, a flexibilidade é obtida subdividindo-se a tubulação em vários trechos retos sucessivos, em cada um dos quais será colocado uma curva de expansão.

Normalmente, curvas de expansão são instaladas em trechos horizontais e geralmente em elevação superior aos demais tubos paralelos.



Instala-se várias curvas de expansão no mesmo local por uma questão de aproveitamento de espaço e economia (suportes e fundações)

2. Juntas de Expansão - Definição:

Juntas de expansão são projetadas para absorver uma quantidade determinada de movimentos tanto axial como angular ou lateral, além de reduzir ou eliminar vibrações mecânicas, em tubulações e equipamentos.



3. Tipos de Juntas de Expansão:

Existem três tipos gerais de juntas de expansão: juntas de telescópio, juntas de fole (sanfona) e de borracha, especificadas para cada tipo de serviço.







2.1. Juntas de Expansão de Fole:







2.2. Juntas de Expansão de Borracha:





2.3. Junta de Expansão de Telescópio



4. Casos onde se justificam as juntas de expansão:

Quando o espaço disponível é insuficiente para instalar curvas de expansão. Em tubulações com diâmetro acima de 20”, ou material da tubulação muito caro. Para tubulações com exigências de serviço que devam ter trajetos diretos retilínios, com

mínimo de perdas de carga ou de turbilhonamentos. Para tubulações sujeitas à vibrações de grande amplitude. Para tubulações ligadas a equipamentos que não possam sofrer grandes esforços

transmitidos pelas tubulações. Para a ligação direta ente dois equipamentos.

Desvantagens:

Mais caras do que instalações de curvas de expansão (principalmente para diâmetros pequenos).

Sujeito a defeitos, vazamentos, desgastes. Necessidade constante de inspeção e de manutenção.

Dados necessários para determinar o tipo de junta

diâmetro nominal. comprimento máximo de instalação. pressão de operação. movimentos a absorver ( axial, lateral, angular ). temperatura de operação. tipo de fluído. material da tubulação existente. norma da tubulação. tipo de terminais ( ponta p/solda ,flange etc. ).





Sites consultados:

http://www.dinatecnica.com.br – Juntas de expansão http://www.debas.eel.usp.br/~clelio/pdf/aula10.pdf




Módulo II

Aula 04 – Fluxogramas, Numeração de Linhas,

Especificações e Lista de Linhas.

Rev.A



SUMÁRIO: 1. Fluxograma - Definição

1.1. Simbologia

2. Classificação das Tubulações Industriais Quanto ao Fluído Conduzido 3. Numeração de Linhas 4. Listas de Linhas 5. Especificação de Material de Tubulação

6. Abreviaturas

6.1. Projetos industriais

7. Simbologia de Instrumentação




1. Fluxograma - Definição:

Fluxograma: é uma representação simbólica, que descreve a sequência das fases de um processo, visando o estudo do seu funcionamento. Tem por objetivo e finalidade, melhorar a visualização do processo, sendo uma ferramenta útil para verificar como os vários passos do processo estão relacionados entre si, na análise das causas de um inconveniente, para descobrir eventuais falhas de procedimento ou seqüência de operações. Eles se apresentam como desenhos esquemáticos e sem escala, não tem nenhum efeito de fabricação, construção ou montagem. Normalmente são feitos dois tipos de fluxogramas: o de processo e o de engenharia. Fluxograma de Processo São elaborados na fase inicial do projeto e neles devem constar:

Equipamentos de caldeiraria importantes (tanques, torres, vasos, permutadores de calor, etc.); Máquinas importantes (bombas, compressores, etc.); Tubulações principais, com indicação de fluído contido e do sentido de fluxo; Principais válvulas; Principais instrumentos.

Fluxograma Mecânico ou de Engenharia São elaborados numa etapa mais avançada do projeto, onde devem constar os seguintes dados:

Todos os equipamentos de caldeiraria, com sua identificação e características básicas; Todas as máquinas com sua identificação e características básicas; Todas as tubulações, inclusive secundárias e auxiliares, com indicação do sentido de fluxo,

identificação completa e condições ou exigências especiais de serviço. Todas as válvulas, assim como todos os acessórios especiais (purgadores de vapor, filtros,

raquetes, figura 8, etc.), Todos os instrumentos identificados e suas malhas de funcionamento.

Para se ter uma melhor clareza, os fluxogramas devem seguir certa ordem na disposição dos equipamentos e tubulações, independente de sua verdadeira localização. Vamos definir algumas regras.

Para linhas principais: usar um traço mais forte, para melhor se sobressair das outras; Linhas horizontais: devem ser contínuas e linhas verticais são interrompidas ao se cruzarem; Colocar setas de sentido de fluxo nas mudanças de direção; Os vasos, tanques, torres e demais equipamentos de processo devem estar na parte central do

desenho; Bombas, compressores e outras máquinas devem ser colocados na parte inferior do desenho;

Observação: Para cada disciplina é criada uma lista de identificação para definir os nomes dos equipamentos, linhas de tubulação e instrumentos de uma área. Esta identificação é denominada como Tag (lê-se tague).



T-31

B-3

1A

V-3

3

B-3

1BB-

32A

B-3

2B

T-32

B-3

3A

V-31

B-3

3BB-

34A

B-34

B

V-3

2

P-31

P-3

3P-

36

P-3

2

P-3

4

P-3

5

PROJ

.

DATA

TÍTU

LO

RE

V.

DES

.

NÚM

ERO

VE

RIF.

APR

OV.

REV

.

AP

RO

V.

DE

SC

RI

ÇÃ

OD

AT

AP

OR



1.1. Simbologia

Para todos os tipos usuais de vasos, equipamentos e válvulas, instrumentos, etc, existem convenções de desenhos que devem ser sempre obedecidas.





































2. Classificação das Tubulações Industriais Quanto ao Fluído Conduzido (Caso Mais Importante).



3. Numeração de Linhas

Para todo projeto é necessário adotar uma sistemática de identificação para todas as tubulações. Esta identificação é importante, para se ter o controle desde a fase de projeto, fabricação, montagem, inspeção, teste, operação e manutenção. Normalmente as linhas são identificadas por uma sigla composta com as seguintes características:

2” diâmetro nominal; V classe de fluído; 304 número de ordem da linha (seqüencial); D especificação de materiais.

Exemplo: 2"-V-304-Bv. Nota: “V” = vapor.

4. Listas de Linhas

É necessário a criação de uma lista de linhas de tubulação, onde nela constarão os principais dados e características, tais como:

Número da linha; Pressão de projeto; Pressão de operação; Pressão de teste; Temperatura de projeto; Temperatura de operação; Tipo e espessura de isolamento; Número do fluxograma ao qual ela pertence; Ponto de início; Ponto de chegada; Etc.







A lista de abreviações para produtos, abaixo relacionada, representa apenas um exemplo, pois cada empresa define e adota seus padrões em função de sua necessidade usual.

Produto Símbolo Ácidos AC Água para Geração de Vapor AV Água para Incêndio AGI Água para Resfriamento de Máquinas ARM Água para Resfriamento de Retorno ARR Água para Uso Industrial AD Água Potável AP Ar Comprimido de Instrumento AI Ar Comprimido de Serviço AS Condensado de Alta Pressão CA Condensado de Baixa Pressão CB Descarga de Válvula de Segurança SV Esgoto Ácido EA Esgoto Sanitário ES Gás Inerte GI Hidrocarbonetos em Geral HC Hidrogênio HD Óleo Lubrificante OL Oxigênio O2 Produtos Químicos PQ Soda Cáustica SC Vapor de Baixa Pressão VB Vapor de Alta Pressão VA

5. Especificação de Material de Tubulação

São normas específicas detalhando todos os materiais de tubulações de cada classe de serviços em um determinado projeto ou instalação. Por uma questão de economia, costuma-se abranger certo número de serviços semelhantes para uma mesma especificação. Por exemplo: para linhas de água, ar de serviço e nitrogênio que trabalhem com as mesmas características de projeto (temperatura, pressão, e sobre espessura de corrosão, etc.), usamos a mesma especificação, como mostra a tabela de especificação “C”, conforme página 30.











Exemplos de tabelas para derivações:



6. Abreviaturas

6.1. Projetos industriais As abreviações em sua maioria já são padronizadas e usadas no âmbito das empresas de engenharia, porém algumas delas são definidas e adotadas em função da necessidade e uso de cada empresa.



7. Simbologia de Instrumentação


















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