LISTA DE EXERCÍCIOS 1

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LISTA DE EXERCÍCIOS II
Cálculo de Estruturas e Tubulações Industriais NOME: JOSÉ MARCELO NATANAEL BARBOSA NETO MATRÍCULA: 201651260974
1- Como podem ser classificadas as tubulações dentro das instalações industriais? Comente cada classe.
· As tubulações de processo: são as tubulações do fluido ou dos fluidos que constituem a finalidade básica das indústrias cuja atividade principal é o processamento, a armazenagem ou distribuição de fluidos. Um exemplo são as tubulações de óleo das refinarias, terminais e instalações de armazenagem ou distribuição de dutos de petróleo.
· As tubulações de utilidades: são as indicadas para fluidos auxiliares ou tubulações em geral nas indústrias. São utilizados para tubulações em geral de refrigeração, aquecimento, vapor entre outros e para finalidades eventuais como: manutenção, limpeza, combate a incêndio, etc.
· As tubulações de instrumentação: são usadas para transmissão de sinais de ar comprimido para as válvulas de controle e instrumentos automáticos. As tubulações de instrumentação não são destinadas ao transporte de fluidos.
· As tubulações de transmissão hidráulica: Que também não se destinam ao transporte de fluidos, são tubulações de líquidos sob pressão para os comandos e servomecanismos hidráulicos.
· As tubulações de drenagem: trabalham sem pressão e com fluidos variados e não definidos, pois são responsáveis pelo transporte de fluidos a um destino conveniente.
Processo – fluidos para processamento: óleo em refinarias e
vapor em
Processo – fluidos para processamento: óleo em refinarias e vapor em
2- Quanto ao material, as tubulações podem ser classificadas em três tipos, quais são? Fale sobre suas aplicações, vantagens e desvantagens.
· Tubos metálicos ferrosos: Tubos metálicos são aqueles compostos por algum tipo de metal, seja ele mais tenso, ou leve, assim como mais robusto. Dentre os principais, destacam-se: aço inoxidável, aço carbono, aço-liga, ferro ligado, ferro fundido, ferro forjado e ferro modular
· Tubos metálicos não ferrosos: De um modo geral, os tubos metálicos não ferrosos são pouco utilizados dentre os ambientes industriais devido ao seu alto custo. Entretanto, entre os modelos que ainda são usados, pode-se destacar: Cobre; Latão; Alumínio; Cupro-níquel; Titânio; Níquel e ligas; Metal Monel; Chumbo e Zircônio. Neste sentido, o procedimento de estanqueidade também deve ser realizado por uma empresa de confiança, a fim de certificar que não há vazamento de fluidos.
· Materiais plastificados: Os tubos de plástico também são bastante utilizados no âmbito industrial, especialmente, por causa da crescente tecnológica que, de certa forma, melhorou o composto químico de materiais, como o PVC, por exemplo. Sendo assim, entre os principais modelos, listamos: Cloreto de poli-vinil (PVC), Polietileno, Acrílicos, Acetato de celulose, Epoxi, Poliéster, Fenólicos. Vale lembrar que esse tipo de tubulação conta com a vantagem de não oxidação, ou seja, não enferruja. Além disso, o modelo é muito utilizado no transporte de gases, uma vez que precisa, antes de tudo, passar pelo procedimento de medidor de vazão para gases.
3- Quais são os quatro processos de fabricação de tubulações, como cada um funciona? Fabricação de tubos por Laminação:
Lingote aquecido acerca de 1200°C elevado ao laminador; O tubo passa pelos laminadores formados por rolos de cone duplo e é pressionado por uma ponteira também cônica; O tubo ainda quente passa por outros bancos de laminadores para reduzir suas dimensões e alongar seu comprimento;
Neste momento o tubo possui uma série de defeitos como empenos e ondulações superficiais, este então passa por laminadores para regularizar; Para finalizar o tubo passar por acabamento sem processos de calibragem das dimensões, esta operação também é feita em laminadores.
Fabricação de tubos por Extrusão:
Neste processo um tarugo maciço do material em alta temperatura é posto em uma câmara. Posteriormente, é furado por uma haste e forçado por uma prensa a passar por uma matriz que contém o formato da tubulação. Em seguida o tubo passa por laminadores para regularizar suas medidas. Fabricação de tubos por Fundição: Neste processo o material do tubo, em estado líquido, é despejado em moldes especiais, onde solidifica adquirindo a forma final de tubulação; este processo utiliza ferros fundidos ou materiais não ferrosos, os moldes podem ou não ser centrifugados (girar enquanto solidifica).
Fabricação de tubos com costura:
Soldagem longitudinal, para pequenos e médios diâmetros (até 450mm) utiliza-se bobinas, neste processo a chapa passa por rolos conformadores deformando-se até o formato da tubulação e então é feito a costura. Neste caso normalmente usa-se soldagem por resistência elétrica; Para grandes diâmetros, usa-se chapas avulsas que são conformadas por prensas ou por calandras, deixando-as no formato da tubulação para a soldagem. Neste caso normalmente usa-se soldagem por arco submerso ou TIG.
Soldagem Helicoidal, neste caso uma bobina é enrolada em formato helicoidal e então soldado formando a tubulação. A soldagem pode ser feita por dentro e por fora ou somente por fora, a depender da qualidade desejada. Normalmente usa-se arco submerso. Normalmente este processo é utilizado para tubulação de grandes diâmetros e submetidas a baixas pressões;
 (
4-
 
Fale
 
sobre
 
as
 
tubulações
 
de
 
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paralelo com
 
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tubulações
 
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aço
 
inoxidáveis
 
e
 
ferro
 
fundido.
)
o Aço Carbono é a composição da liga que confere ao aço o seu nível de resistência mecânica. Na primeira fase de fabricação do aço, ele é apenas um ferro gusa, um produto imediato da redução do minério de ferro pelo coque ou carvão e calcário em altas temperaturas. Só depois que os elementos de liga são adicionados ou suprimidos nesse ferro é que surgem as grandes famílias de aço. O que traz mais resistência ao aço é o elemento carbono, principal endurecedor em relação ao ferro. Alguns outros elementos como o manganês, o silício e o fósforo, também ajudam a dar ainda mais resistência ao material.
O Aço Carbono possui diversas vantagens, principalmente se comparado a outro tipo de aço, veja abaixo algumas: Ótimo custo/benefício, Alta resistência, Baixo ponto de fusão, Alta soldabilidade, Aplicabilidade e versatilidade
Desvantegens: O aço-carbono é um material de baixa resistência à corrosão, por esta razão, é quase sempre necessário o acréscimo de algumas sobre espessura para com bater a corrosão, seja este interna ou externa. O contato direto com o solo causa não só a ferrugem como uma corrosão por pites penetrantes, que é mais grave em solos úmidos ou ácidos, o que deve ser sempre evitado.
Os tubos de aço inox são largamente utilizados nas indústrias em geral, seja não condução de sólidos, líquidos ou gases. Sua utilização vai desde tubos capilares até os de grande biltola, onde exige-se uma resistência à oxidação e/ou uma resistência à ataques químicos internos ou externos por ambiente agressivo. Famosos por sua versatilidade, os tubos de aço inox são fabricados em inúmeros tipos de acordo com sua aplicação.
O ferro fundido é uma liga formada por três elementos: o ferro, o carbono e o silício. No entanto, a presença do carbono sempre é maior que 2%, o que justifica a sua alta resistência à corrosão. O tubo de ferro fundido é largamente utilizado em sistemas de saneamento básico, bem como em vários materiais hidráulicos especialmente utilizado em sistemas hidráulicos de água bruta, água potável e irrigação, por tolerar altas pressões, o tubo de ferro fundido apresenta excelente ductilidade, permite uma grande absorção de esforços e movimentos do terreno em sistemas de canalizações. Pode ser utilizado em sistemas de saneamento domésticos, prediais, industriais e, principalmente, para coletar e afastar efluentes industriais e esgotos sanitários. O tubo de ferro fundido é um material que atende às exigências de sustentabilidade por se tratar de um material totalmente reciclável. Com isso o fator determinanteda escolha da tubulação adequada, vai ser o seu processo.
5- Quais são os principais materiais não ferrosos utilizados na fabricação de tubulações? Comente suas aplicações e características.
De um modo geral, os tubos metálicos não ferrosos são pouco utilizados dentre os ambientes industriais devido ao seu alto custo.Entretanto, entre os modelos que ainda são usados, pode-se destacar: Cobre; Latão; Alumínio; Cupro-níquel; Titânio; Níquel e ligas; Metal Monel; Chumbo e Zircônio.
Aplicações:
· Cobre e suas ligas: Fabricam tubos com uma grande variedade desses materiais, como: cobre, latão (cobre-zinco) e cobre-níquel. Estes tubos apresentam boa resistência a corrosão e boa condutividade térmica. Podem ser empregados em linhas de gás, ar comprimido, água salgada e ácidos diluídos. Não podem ser usados com produtos alimentícios ou farmacêuticos;
· Alumínio e suas ligas: São tubos muito leves, boa resistência a corrosão e alta transferência de calor. É amplamente utilizado para linhas de baixas temperaturas, pois são mais baratos que alguns aços liga e suportam temperaturas de até-270°C. Porém, devidos seu baixo ponto de fusão, não podem ser aplicados para temperaturas acima de 200°C. Características: em geral os materiais não-ferrosos apresentam maior curto em comparação com os aços-carbono, porém apresentam peculiaridades que justificam seu uso em casos específicos, tais como: Condutividade térmica; Resistência a corrosão e Leveza.
6- Com relação as tubulações plásticas, quais suas vantagens e desvantagens perante outros materiais? Cite pelo menos dois tipos de plásticos e suas características quando aplicados na fabricação de tubulações.
Vantagens: Pouco denso; Alta resistência a corrosão; Baixo custo; Baixo coeficiente de atrito; Facilidade de fabricação; Baixa condutividade térmica.
Desvantagens: Baixa resistência ao calor; Baixa resistência mecânica; Pouca estabilidade dimensional; Alto coeficiente de dilatação (15 vezes maior que o aço);
Alguns plásticos são facilmente inflamáveis;
Polietileno: É o termo plástico mais leve e o mais barato. Tem boa resistência aos ácidos minerais e água salgada. Material combustível de baixa resistência mecânica com limites de temperatura variando entre 30° a 80°C. Usado na fabricação de tubos flexíveis (mangueiras) de baixo custo;
7- Cite os principais meios de ligação de tubulação, comente suas particularidades, aplicações e materiais.
Os diversos meios usados para conectar tubos, servem não só para as varas de tubos entre si, como também para ligar tubos às válvulas, aos diversos acessórios e também aos equipamentos como: bombas, turbinas, vasos de pressão, tanques, etc.
Principais Meios De Ligações De Tubos: o Ligações rosqueadas; o Ligações soldadas; o Ligações flangeadas; o Ligações de ponta e bolsa; o Ligações de compressão; o Ligações patenteadas
8- Com relação as ligações por solda, cite e comente os dois principais métodos.
Em tubulações industriais, a maior parte das ligações são soldadas com solda de fusão, com adição de eletrodo, de dois tipos principais: o Solda de topo; o Solda de encaixe.
Vantagens: o Resistência mecânica; o Estanqueidade perfeita e permanente; o Boa aparência; o Facilidade na aplicação de isolamento térmico ou pintura; o Nenhuma necessidade de manutenção, devida a sua resistência mecânica.
Desvantagens: o Dificuldade de desmontagem; o Necessidade de mão de obra especializada para sua execução, e o fato de ser um trabalho a quente, o que pode exigir cuidadas com ambientes com combustíveis, inflamáveis ou explosivos.
9- Cite os principais tipos de flanges e seus faceamentos, comente suas diferenças e explique com desenhos ilustrativos.
Flanges são elementos que unem dois componentes de um sistema de tubulação. Geralmente são unidos por parafusos e montados em pares, permitindo também o desmonte sem operações destrutivas. Sua função básica é vedar a conexão e não permitir que fluidos escapem da mesma.
· Flanges Cegos: é o modelo mais comum do mercado, não possui um furo no centro e é usado principalmente para extremidades de sistemas de tubulação, permitindo a inspeção da linha e a sua continuação futura. Usado para fechamento de linhas e seções flangeadas, em outras palavras ele interrompe a passagem de fluidos em tubulações, válvulas e bombas.
· Flange com Pescoço: é projetado para transferir tensão para a tubulação. Isso reduz a concentração de pressão em sua base. Esse modelo é conhecido pelo seu pescoço cônico e resistência à deformação. Possui extremidade chanfrada, favorecendo solda de topo e ensaio de radiografia na linha. É utilizado para variadas condições de pressão e temperatura devido à sua estrutura e, por isso, é um elemento conhecido de vedação no mercado. Este flange recebe solda circunferencial no pescoço facilitando o exame da solda por raio X. São resistentes à tensões e reduzem as turbulências e erosões dentro das tubulações
· O Flange Solto: Conhecido também como Flange Lap-Joint, é feito com um cômodo à inserção stub- end, aplicado em tubulações que requerem desmontagem frequentes. Este Flange é empregado em montagens de linhas que fazem uso de pestanas e não estão sujeitos à corrosão pelo fluido, por ser fabricado em aço carbono. Pode girar e permite fácil alinhamento dos furos.
· Flange sobreposto: O Flange Sobreposto desliza sobre a tubulação antes de ser soldado, não permitindo ligação direta com conexão tubular, nem ensaio de radiografia na linha. Facilita a condução de fluidos e é aplicável em pequenas bitolas. Esse modelo é de fácil aplicação, sendo mais econômico do que o modelo de Flange Pescoço. Precisa de solda do lado interno e externo, ideal para aplicações de baixa pressão, mas pode ser utilizado em diversas temperaturas e pressão moderada
· Flange rosqueado : O Flange Roscado é um dispositivo econômico, de fácil montagem, utilizado em diferentes aplicações industriais. Pode ser unido ao tubo sem a necessidade de soldas e seu uso é mais adequado em médias pressões e temperatura ambiente. É provido de rosca interna e usado para conectar outros componentes roscados em baixa pressão. Podem ser aplicados também em pequenas bitolas.
A face do assentamento dos flanges pode ser de vários tipos, dos quais os mais usuais são os descritos a seguir:
· Face com ressalto: É o tipo de face mais comum para flanges de aço, aplicável a quaisquer condições de pressão e temperatura.
· Face plana: : 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
· Face de macho e fêmea: 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 550ºC; é empregado também para fluidos perigosos, tóxicos etc.
· Face para junta de anel: Esses faceamentos são usados para serviços especiais com fluidos corrosivos, porque neles a junta está confinada não havendo quase contato da junta com o fluido.
· Face de flange com virola: : Esse tipo de faceamento se aplica somente aos flanges soltos, que trabalham em conjunto com uma virola
· Flanges:
· Faces
10- Fale sobre as principais juntas para vedação de flanges, comente seu emprego nos tipos de flange.
Nos segmentos industriais, as juntas de vedação para flanges são especialmente utilizadas nas indústrias de siderurgia, papel e celulose, mineração, açúcar e álcool, farmacêutico e alimentício. Elas também são normalmente usadas no setor de manutenção industrial, equipamentos da indústria naval e automotiva. As juntas de vedação para flanges podem ser empregadas em aplicações que utilizem tampas de caldeiras, estufas, fornos, empilhadeiras, geradores, bombas, entre outros. Especialmente usadas para unir duas superfícies ásperas ou rugosas, as juntas de vedação para flanges são fabricadasem vários padrões podendo ser confeccionadas nos seguintes materiais: PTFE puro e expandido, Papelão
hidráulico Metálica lisa ou perfurada, Cortiças, Alumínios, Feltros, Tecidos e Borrachas.
· Juntas de vedação para flanges de face com ressalto (RF) Quando se fala em face com ressalto, refere-se a altura do ressalto (1/4” e 1/6”), em que o diâmetro das juntas cortadas quase tocam os parafusos e o acabamento dessa junta pode ser com ranhuras ou liso.
· Juntas de vedação para flanges de face plana ou lisa (FF) As juntas de face lisa cobrem toda face, quando as juntas têm furação para passar os parafusos cujo dimensionamento é pareado com o dos flanges. Juntas de vedação para flanges por desenho
· As juntas de vedação para flange por desenho possuem excelente compressão com ótimo ajuste podendo substituir as juntas metálicas sem comprometer o desempenho. Sempre lembrando que toda escolha de junta é determinada pelas características do fluido, temperatura e pressão.
· Juntas de vedação para flanges envelopadas As juntas envelopadas são fabricadas em PTFE puro com enchimento de material metálico ou não metálico. São normalmente indicadas e preparadas para flanges em situações de processos altamente corrosivos ou suscetíveis a contaminações.
· Juntas de vedação para flanges espirais A junta espiral metálica entra nessa lista onde as serrilhadas e dupla camisa também podem ser utilizadas para vedação de flanges, mas as espirais possuem uma combinação de material adequado para absorver altas e severas alterações de temperatura e pressão. Com seu formato em forma de espiral, permite preencher as irregularidades dos flanges, assegurando uma vedação bem hermética com ótima resistência a quaisquer variações das condições operacionais.
11- Classifique as válvulas quanto a sua funcionalidade, cite exemplos.
· Válvula esfera: Utilizada na indústria naval, pois é muito resistente a corrosões, com pressão e temperaturas altas.
· Válvula borboleta: É usada para gases e líquidos à baixa pressão. Tem uma ação bastante rápida, e de baixo custo e apresenta baixa queda de pressão.
· Válvula de retenção: É usada em ampla faixa de pressão e de temperatura. Sua função é reter a volta do fluxo na tubulação.
· Válvula gaveta: É usada em ampla faixa de temperatura e pressão. Funciona com o deslizamento de um disco por dentro do fluido.
· Válvula globo: Regula o fluxo e apresenta um fechamento eficaz em fluidos que tenham partículas sólidas em suspensão.
· Válvula de diafragma: É utilizada com todos os tipos de gases, fluidos abrasivos e corrosivos e em fluidos que apresentam altos índices em sólidos em suspensão.
12- Faça um comparativo entre as válvulas gaveta e válvulas globo, informando suas funcionalidades, faça um desenho para ilustrar sua explicação.
Como as válvulas globo oferecem um bom controle para regular o fluxo de líquido ou gás, elas geralmente são utilizadas em operações frequentes de abertura e fechamento de linhas, como acontece com a indústria de gás e petróleo, a qual exige um efetivo controle de vazão em qualquer nível desejado.
Já as válvulas gaveta podem ser encontradas em diversos sistemas de distribuição, em decorrência da sua capacidade de cortar líquidos. Sua aplicação pode ser vista em setores químicos, de usina, mineração, alimentício e hidráulico
13- Faça um comparativo entre as válvulas de retenção e as válvulas de e alívio, informe suas diferenças funcionais em uma instalação.
VÁLVULAS DE ALIVÍO E DE RETENÇÃO E ALIVÍO PARA INSTALAÇÃO DE ÁGUA. O disco (21) de uma válvula de retenção (11) é uma peça deformável elástica com um orifício central que cruza de um lado a outro (23) por meio do qual está montado sobre um bastão (25). Além disso, do lado contrário (21b) ao de seu assento principal fixo (19), há um rebordo ou borda circular (35) que se apóia contra um assento secundário móvel (37). Quando uma eventual pressão inversa é suficientemente excessiva para deformar o disco ao ponto de que a borda se separe do assento secundário, uma via de fuga se abre pelo orifício central do disco para aliviar o excesso de pressão. Como o diâmetro da borda é bastante menor do que o do assento primário, se obtém uma válvula de retenção que incorpora, além disso, a função de alívio. O mesmo princípio pode prescindir a função de retenção em uma válvula de alívio ou segurança, unicamente
14- Quais são os principais tipos de conexões quanto a suas formas de ligação? Cite exemplos e fale sobre suas aplicabilidades.
CONEXÃO ROSCADA
É o tipo de conexão mais simples, que consiste em fazer uma rosca macho na ponto de um tubo para encaixe em uma rosca fêmea em outro elemento de conexão.
As formas mais comuns de conexão roscada entre dois tubos são por luva e por união.
CONEXÃO SOLDADA
Conexão soldada consiste na adição de material entre dois componentes para uni-los.
Os tipos de solda mais comuns são:
· Solda de topo
Tipo de solda mais comum para ligação de tubos.
Consiste na abertura de um chanfro ou bisel nas extremidades a serem conectadas e o preenchimento de solda “por cima”.
· Solda de encaixe
Esse tipo de solda é mais comum na conexão entre tubo e elemento de linha, como válvulas.
Consiste no “encaixe” do tubo no bocal ou conexão, e preenchimento de solda no ângulo de contato entre as partes.
CONEXÃO FLANGEADA
E por último, temos as conexões flangeadas.
Consiste na ligação entre duas extremidades por flanges, por parafusos ou estojo e uma junta de vedação.
Os flanges podem ser ligados aos tubos por solda de topo, no caso de flange WN, por solda de encaixe, no caso de SO e SW, ou roscado, para flanges roscadas.
15- Uma alternativa ao uso de conexões é a aplicação de curvas de gomo e derivações, fale sobre estes meios de ligação apresentando seus tipos e situações onde é possível aplica-los. 
O nome curva de gomo é devido à capacidade que a peça tem de assumir praticamente qualquer ângulo de inclinação, gerando uma mudança de direção. O bom funcionamento de uma tubulação está diretamente ligado à qualidade dos acessórios e equipamentos que nela são implementados. Um bom exemplo de equipamentos que fazem toda a diferença no resultado final de muitos tipos de tubulações em indústrias, pedreiras, usinas e chaminés é a curva de gomo.
As curvas de gomo quase sempre vêm acompanhadas de dutos, servem para desviar a direção da tubulação de algum obstáculo (vigas, colunas, suportes, etc.) afim de conduzir a tubulação no local desejado.
O produto confeccionado por um fabricante de curva de gomo nada mais é do que uma peça reforçada, feita com chapa de aço e utilizada na junção de tubos, peças como essas são amplamente utilizadas em tubulações de aço carbono e, algumas vezes, em tubulações feitas com materiais à base de polímeros plásticos. Dependendo das proporções e diâmetros dos artigos produzidos pelo fabricante de curva de gomo, tem-se uma flexibilidade e resistência que podem ser maiores ou menores. Com experiência de mercado e reconhecimento pela qualidade na prestação de todos os serviços, a Eleandro Calhas e Coifas técnicas específicas e padronizadas para obter o melhor resultado na confecção das suas peças.
16- Com relação as juntas de expansão, quando existe a necessidade de aplica-las em 
tubulações industriais?
17- Apresente pelo menos quatro fatores que influenciam na seleção dos materiais para 
tubulações.
18- Para tubulação de agua doce, descreva os materiais que podem ser usados, faça uma 
distinção entre as faixas de diâmetros utilizadas, informe também as ligações e empregadas.
19- Para tubulação de ar comprimido, descreva os materiais que podem ser usados, faça 
uma distinção entre as faixas de diâmetros utilizadas, informe também as ligações e 
empregadas.
20- Para tubulação de vapor, descreva os materiais que podem ser usados, faça uma 
distinção entre as faixas de diâmetros utilizadas, informe também as ligações e empregadas.