1 1 Tubulações seus acessórios

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Tubulações
e seus acessórios
Tubulações
e seus acessórios
s tubulações são condutos fechados destinados ao transporte de to-
dos os tipos de fluidos (líquidos, gasosos, pastosos e suas misturas), entre
os equipamentos dentro da unidade e entre a unidade e o armazenamen-
to/consumo. Podem ser rígidas (tubos) ou flexíveis (mangueiras ou man-
gotes). Como pode ser visto na foto abaixo.
Unidade 1
Ponte de tubulação
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*De acordo
com o livro
Tubulações
Industriais,
de Pedro C.
Silva Telles
Quanto ao emprego
TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS
Tubulações dentro
de instalações industriais
Tubulações de
processo
Tubulações de
transporte
Tubulações de
distribuição
Tubulações de
utilidades Adução Distribuição
Tubulações de
instrumentação Transporte Coleta
Tubulações de
transmissão
hidráulica
Drenagem
Tubulações de
drenagem
Tubulações fora
de instalações industriais
CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES*
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sQuanto ao fluido conduzido
TUBULAÇÕES PARA ÁGUA
Água
tratada
Água potável
Água de
alimentação
de caldeira
Água industrial
CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES
Água salgada
e outras
águas
agressivas
Água de
incêndio
Água de
irrigação
TUBULAÇÕES PARA VAPOR
Vapor
superaquecido
Vapor
saturado
Vapor
exausto
Vapor
condensado
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Quanto ao fluido conduzido
CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES
AR COMPRIMIDO
Ar comprimido
industrial
TUBULAÇÕES
PARA HIDROCARBONETOS
Petróleo cru Produtos
intermediários
e finais de
petróleo
Produtos
petroquímicos
Óleos
hidráulicos
Ar comprimido de
instrumentação
Ar comprimido para
usos especiais
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sQuanto ao fluido conduzido
CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES
TUBULAÇÕES PARA GASES
Gás de
iluminação
TUBULAÇÕES PARA
ESGOTOS E DRENAGEM
Esgoto pluvial,
lama de
drenagem
Efluentes
industriais
(líquidos e
gasosos)
Esgoto
sanitário
Drenagem de
emergência
Gás
natural
Gases de
petróleo,
gases de
síntese
Gases de
alto-forno
Oxigênio Gases
especiais
CO2
Nitrogênio
Hidrogênio
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Óleos e
gorduras
comestíveis
Produtos
alimentares
Tintas
Vernizes
Solventes
Resinas
Outros
Ácidos
Álcalis
Amônia
Álcool
Cloro
Uréia
Soda
Sabões
Outros
Misturas
refrigerantes
Pasta de
papel
Quanto ao fluido conduzido
TUBULAÇÕES
PARA FLUIDOS DIVERSOS
CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES
Bebidas
Xaropes
LEMBRE-SE DISSO
Os tubos que fazem parte de máquinas
e equipamentos (caldeiras, fornos,
trocadores de calor, bombas e
compressores, distribuidores e serpentinas
em vasos etc.) são considerados parte
destes, e não da tubulação
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Materiais
O material da tubulação e acessórios, bem como dos equipamentos, deve
ser adequado às condições de trabalho que lhes serão impostas. Nestes
casos a experiência assume papel preponderante na identificação dessas
condições. São elas:
Propriedades do fluido transportado: densidade, viscosidade, contami-
nantes, ataque corrosivo sobre o material, sólidos em suspensão, gases dis-
solvidos ou líquidos dispersos, toxidez, explosividade
Agressividade do meio: tubulação aérea, enterrada, ambiente salino
Condições de operação: temperatura e pressão de trabalho e suas variações
Intensidade e natureza dos esforços aplicados: tração, compressão, flexão
Segurança exigida: fluido muito perigoso, não-contaminação do flui-
do por corrosão do material
Disponibilidade e custo dos materiais, entre outros
Tubos metálicos
AÇOS-CARBONO
São os mais empregados em refinarias por possuírem a melhor relação
resistência/custo. Seu uso é generalizado, com exceção para fluidos mui-
to corrosivos, temperaturas muito altas ou muito baixas.
AÇOS-LIGA
São utilizados em algumas aplicações especiais em que não se empregam
os aços-carbono
AÇOS INOXIDÁVEIS
São utilizados em aplicações com corrosão mais severa que a dos aços-liga
FERRO FUNDIDO
São para baixa pressão e poucos esforços mecânicos (águas doces e sal-
gadas, esgotos etc.)
FERRO FORJADO
São para tubulações secundárias de água, ar comprimido e condensado
FERROSOS
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No geral, em relação ao aço-carbono, são mais caros, possuem maior re-
sistência à corrosão e, com exceções, menor resistência a esforços e a tem-
peraturas elevadas.
COBRE, LATÕES E COBRE-NÍQUEL
Serpentinas e sistemas de aquecimento e refrigeração
ALUMÍNIO
Sistemas de aquecimento e refrigeração
NÍQUEL E LIGAS
Meios corrosivos usuais, ácidos diluídos e álcalis quentes
METAL MONEL
Água salgada, ácidos diluídos e produtos com exigência de não-contaminação
CHUMBO
Esgotos, gases, ácido sulfúrico em qualquer concentração, sempre a bai-
xa pressão e temperatura
TITÂNIO, ZIRCÔNIO
Propriedades excelentes, mais leves, porém de preço ainda muito elevado
Tubos não-metálicos
MATERIAIS PLÁSTICOS
PVC, polietileno, acrílicos, acetato de celulose, epóxi, poliésteres, fenóli-
cos etc. Aplicações específicas diversas, com baixa resistência a tempe-
ratura e pressão, sendo muitas vezes inertes a agentes muito corrosivos
CIMENTO-AMIANTO (transite)
Esgotos
CONCRETO ARMADO
Água e esgoto
NÃO-FERROSOS
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BARRO VIDRADO
Esgoto
ELASTÔMEROS (borrachas)
Diversas aplicações com baixas temperaturas
VIDRO, CERÂMICAS E PORCELANA
Aplicações especiais, corrosão severa e pureza absoluta
Revestimentos internos e externos para tubos metálicos
Aliam uma boa resistência mecânica da alma metálica com as caracterís-
ticas anticorrosivas ou anti-abrasivas do revestimento:
ZINCO
AÇOS-LIGA E INOXIDÁVEIS (clading)
MATERIAIS PLÁSTICOS
ELASTÔMEROS (borrachas, ebonite)
ASFALTO, ESMALTES ASFÁLTICOS
CONCRETOS
VIDRO, PORCELANA
ISOLAMENTO COM ARGAMASSA REFRATÁRIA
Podemos ver, na foto abaixo, alguns exemplos de tubos.
Conjunto de tubos
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Dimensões comerciais
Diâmetros nominal e externo
Os tubos são fabricados em uma série de diâmetros externos definidos por
norma (em polegadas), identificados pelos diâmetros nominais: 1/8”, 1/4”,
3/8”, 1/2”, 3/4”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2”, ..., 4”, 5”, 6”, 8”, 10”, ..., 36”). Até 12”
o diâmetro externo é diferente do nominal, e de 14” até 36” o diâmetro
externo coincide com o nominal. Para cada diâmetro nominal o diâmetro
externo é o mesmo, variando a espessura de parede e, conseqüentemen-
te, o diâmetro interno.
Espessuras e diâmetro interno
Antes da norma os tubos eram fabricados com as espessuras (ou pesos):
PESO NORMAL (standard – S ou STD)
EXTRAFORTE (extra-strong– XS)
DUPLO EXTRAFORTE (double extra strong – XXS)
Segundo as normas, fabricam-se tubos com várias espessuras de pa-
rede, denominadas “séries” (schedule – SCH). Estas foram padronizadas
em 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160. Quanto maior o SCH, maior
a espessura e, conseqüentemente, menor o diâmetro interno. Para os aços
inoxidáveis as séries são acrescidas da letra “S”, indo de 5S até 80S.
Fabricação
COM COSTURA – Obtidos por meio de curvatura de uma chapa
SEM COSTURA– Obtidos por meio de perfuração a quente
EXEMPLOS
Tubos de
aço-carbono e aços-liga
Tubos de
aços inoxidáveis
ANSI B.36.10
Diâm. nominais de 1/8” até 36”
ANSI B.36.19
Diâm. nominais de 1/8” até 12”
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Extremidades
PONTAS LISAS (ESQUADREJADAS)
PONTAS CHANFRADAS (solda de topo)
PONTAS ROSQUEADAS (API–5B e ANSI/ASME B.1.20.1)
Outros materiais
A tubulação de materiais metálicos não-ferrosos e não-metálicos, ainda
hoje não tão largamente empregada, e mesmo a de aço, pode ser encon-
trada no mercado com padronização diferente. Nestes casos devem ser
consultadas as normas aplicáveis e tabelas dos fabricantes.
Acessórios e meios de ligação
Classificação quanto à finalidade
Fazer mudanças de direção 22 ½º, 45º, 90º e 180º:
CURVAS DE RAIO LONGO
CURVAS DE RAIO CURTO
CURVAS DE REDUÇÃO
JOELHOS (elbows)
JOELHOS DE REDUÇÃO
Fazer derivações em tubulações:
TÊS DE 90º (normais)
TÊS DE 45º
TÊS DE REDUÇÃO (mudam também o diâmetro)
PEÇAS EM “Y”
CRUZETAS (crosses)
CRUZETAS DE REDUÇÃO
SELAS (saddles)
COLARES (sockolets, weldolets etc.)
ANÉIS DE REFORÇO
Fazer mudanças de diâmetro:
REDUÇÕES CONCÊNTRICAS
REDUÇÕES EXCÊNTRICAS
REDUÇÕES BUCHA
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Fazer ligações entre tubos:
LUVAS (couplings)
UNIÕES
FLANGES
NIPLES
VIROLAS (para uso com flanges soltos)
JUNTAS DE EXPANSÃO
Fazer o fechamento da extremidade de um tubo:
TAMPÕES (caps)
BUJÕES (plugs)
FLANGES CEGOS
Fazer o isolamento de equipamentos e trechos de tubo:
RAQUETE
FIGURA-OITO
Agora observe a Figura 1.
FIGURA 1 ACESSÓRIOS E MEIOS DE LIGAÇÃO
CURVAS DE 90º CAP CELA
CURVAS DE 45º TÊ
REDUÇÃO REDUÇÃO
CONCÊNTRICA
REDUÇÃO
EXCÊNTRICA
CRUZETA
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Principais meios de ligação empregados
LIGAÇÕES PARA SOLDA DE TOPO E PARA SOLDA DE ENCAIXE
É o sistema mais usado para a ligação de tubos, acima de 2", para aços de
qualquer tipo e metais não-ferrosos soldáveis, pois garantem estanquei-
dade. Para a execução das soldas existem normas que regulamentam o tipo
de eletrodo, o tipo de inspeção, o tratamento térmico etc. Não são desmon-
táveis, como podemos ver na Figura 2.
LIGAÇÕES ROSQUEADAS
É um método de baixo custo e fácil execução.
Sua utilização é limitada a tubos de pequenos di-
âmetros (até 4") e para ligações de baixa pres-
são. Podem ser desmontadas. Veja a Figura 3.
LIGAÇÕES FLANGEADAS
As ligações flangeadas compreendem dois flan-
ges, jogo de parafusos, porcas e uma junta. São
empregadas em uma série de situações, em es-
pecial por serem facilmente desmontáveis,
como por exemplo: na montagem de válvulas,
interligação das tubulações aos equipamentos,
tubulações de aço com revestimento interno,
extremidades com acessos para limpeza etc.
Existem diversos tipos de flanges: de pescoço,
sobreposto, rosqueado, de encaixe, solto, integral,
de anel e cego. Quanto à face, podemos ter: face plana, com ressalto (macho
e fêmea), e para juntas e anel. Observe os tipos de flanges na Figura 4.
FIGURA 2 LIGAÇÕES PARA SOLDA
FIGURA 3 LIGAÇÕES ROSQUEADAS
De topo e de encaixe
FIGURA 4 LIGAÇÕES FLANGEADAS
SOBREPOSTO DE PESCOÇO ROSQUEADO DE ENCAIXE SOLTO
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O processo de fabricação ideal para flanges é o forjamento. Porém,
devido à dificuldade de obtenção de peças grandes forjadas, os flanges
de diâmetros de 10” ou superiores podem ser fabricados por outros pro-
cessos, como por exemplo barras dobradas e soldadas em anel.
A norma ANSI/ASME B.16.5 define sete séries de flanges de aços forja-
dos, denominadas de “classes de pressão” (ratings) e designadas pelos
números adimensionais 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#. Para
cada uma dessas classes, tem-se, para cada material, uma curva de inter-
dependência entre a pressão admissível e a temperatura máxima em que
podem ser empregados. Os flanges mais usados em refinaria correspon-
dem às classes 150# e 300#.
As dimensões dos flanges (espessura, número de parafusos, diâmetro ex-
terno) variam de acordo com as classes de pressão e são definidas por norma.
Nas ligações com flanges, existe uma junta que é o elemento de veda-
ção. O material da junta deverá ser deformável e elástico, para compen-
sar as irregularidades das faces dos flanges e garantir vedação perfeita.
Deverá ser especificado para suportar a agressividade do fluido e as vari-
ações de temperatura, pressão e esforços a que o flange está sujeito.
Existem diversos tipos de juntas, sendo que as mais comuns nas refi-
narias são:
NÃO-METÁLICAS
São largamente empregadas, para flanges de face plana e com ressalto. Po-
dem ser de borracha, materiais plásticos e papelão hidráulico (com grafite)
SEMIMETÁLICAS
São juntas planas com espiral metálico recheado de amianto. São usadas para
fluidos em condições severas, com altas temperaturas e/ou altas pressões
METÁLICAS FOLHEADAS
São juntas com capa metálica plana ou corrugada e enchimento de amianto
METÁLICAS MACIÇAS
Têm faces planas ou ranhuradas de diferentes metais
ANÉIS METÁLICOS
Podem ser de seção ovalada ou octogonal
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Outros meios de ligação
LIGAÇÕES DE PONTA E BOLSA
Tubulações de ferro fundido, barro e concreto
LIGAÇÕES PARA TUBOS PLÁSTICOS REFORÇADOS
Feita com niples e adesivos especiais
LIGAÇÕES DE COMPRESSÃO
Para tubos de pequeno diâmetro e espessura, metálicos e não-metálicos
Aquecimento de tubulações
O aquecimento das tubulações tem as seguintes finalidades principais:
Manter ou aumentar as condições de escoamento de líquidos de alta
viscosidade ou que se tornem sólidos à temperatura ambiente
Manter a temperatura do fluido dentro dos limites definidos, nos casos
em que se deseja evitar condensação, reações químicas ou para manter
as propriedades do fluido (densidade, viscosidade etc.) dentro de uma
especificação
Preaquecer as tubulações no início do funcionamento, para liquefazer
depósitos sólidos e evitar choques térmicos de fluidos quentes com a tu-
bulação fria
O aquecimento pode ser realizado apenas durante a partida da unida-
de, eventual ou continuamente, dependendo da finalidade. A correta apli-
cação de isolamento térmico nos trechos aquecidos é fundamental para a
eficiência dos sistemas.
Os principais sistemas utilizados para o aquecimento de tubulações são
os seguintes:
TUBOS DE AQUECIMENTO (tracing) – O aquecimento pode ser feito com o
vapor (steam tracing), ou outro fluido quente disponível que seja aplicá-
vel, através de um ou mais tubos que correm juntamente com a tubula-
ção a ser aquecida. A disposição dos tubos de tracing pode ser paralela à
tubulação principal (externa ouinternamente), ou enrolada externamen-
te. Veja a Figura 5, na página a seguir.
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CAMISA EXTERNA – Neste sistema o fluido de aquecimento corre em uma
tubulação de maior diâmetro, formando uma camisa em torno da tubula-
ção a ser aquecida.
AQUECIMENTO ELÉTRICO – Neste sistema são colocados fios elétricos (re-
sistências), paralelamente ou enrolados na tubulação a ser aquecida, por
onde passa uma corrente de baixa voltagem e grande intensidade. São
econômicos para grandes extensões de tubulação.
Isolamento térmico
O isolamento térmico tem como princípio a redução da troca de calor entre o
meio ambiente e os equipamentos protegidos na unidade industrial. Sua uti-
lização tem as seguintes finalidades principais:
Economia de energia empregada no aquecimento ou resfriamento dos
fluidos no processo, evitando as perdas de calor de fluidos quentes para o
ambiente, ou o aquecimento de fluidos frios pelo ambiente
Estabilidade operacional, pois o excesso de perdas distribuídas pela
planta dificulta o controle das operações
FIGURA 5 ACESSÓRIOS E MEIOS DE LIGAÇÃO
1 TUBO
TUBOS HORIZONTAIS
2 TUBOS 3 TUBOS
TUBOS VERTICAIS
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Proteção pessoal, evitando queimaduras no contato do operador com
a tubulação, ou em algumas situações, para evitar o desconforto da exces-
siva irradiação de calor
Proteção das estruturas, evitando eventuais contatos de materiais in-
flamáveis com as superfícies quentes
Evitar condensação de umidade, com respingos e corrosão
Observe a Figura 6.
FIGURA 6 ISOLAMENTO TÉRMICO EXTERNO
CINTA DE
AÇO INOXIDÁVEL
FOLHA
DE ALUMÍNIO
PAPEL
IMPERMEÁVEL
CALHAS
PRÉ-MOLDADAS
DE ISOLAMENTOTUBO
ARAME
GALVANIZADO
Os materiais para isolamento apresentam-se principalmente na forma
de pré-moldados (meia circunferência ou especiais), placas, argamassas
e mantas. São constituídos, principalmente, de material à base de amian-
to prensado, cimentos isolantes, sílica de cálcio, lã de rocha, lã de vidro,
espumas de diferentes polímeros, entre outros.
Drenos e respiros
São pequenas derivações com válvulas, instaladas nos locais necessários
ao longo dos trechos. Os drenos são usados para a eliminação de líquidos
confinados em pontos baixos da tubulação, e os respiros são utilizados para
a eliminação de gases confinados em pontos altos da tubulação.
São muito importantes para que se tenham procedimentos de partida,
parada e limpeza eficientes e seguros.
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TUBULAÇÕES E SEUS ACESSÓRIOS
DEFINIÇÃO
Tubulações são condutos fechados destinados ao transporte de todos os tipos de fluidos: para
água, vapor, ar comprimido, hidrocarbonetos, gases, esgotos e drenagem, fluidos especiais etc.
11
RESUMO
A UNIÃO DE TUBULAÇÕES A
ACESSÓRIOS, EQUIPAMENTOS ETC.
É FEITA GERALMENTE POR MEIO DE:
4
Diâmetros nominais – 1/8”, 1/4”, 3/8”, 1/2”,
3/4”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2”, ..., 4”, 5”, 6”, 8”,
10”, ..., 36”).
Schedule – 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100,
120, 140, 160. Para os aços inoxidáveis de
5S até 80S.
Fabricação – com costura ou sem costura
Mudança de direção – curva de raio longo,
curvas de redução, joelhos
Derivação em tubulações – Tês de 90º,
peças em “Y”, cruzetas
Mudança de diâmetro – reduções
concêntricas, excêntricas e de bucha
Ligações entre tubos – luvas, uniões,
flanges, niples
Fechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tubo –
tampões, bujões e flanges
Isolamento de equipamentos e trechos
de tubo – raqueta
QUANTO AO MATERIAL,
A TUBULAÇÃO PODE SER DE:
Aços-carbono (principais), aços-liga, aços
inoxidáveis, ferro fundido, ferro forjado
Cobre, latões e cobre-níquel, níquel e ligas,
metal monel, titânio, zircônio, chumbo
Materiais plásticos (PVC, polietileno,
acrílicos, acetato de celulose, epóxi,
poliésteres, fenólicos etc.), cimento-amianto,
concreto armado, elastômeros (borrachas),
vidro, cerâmicas e porcelana
Revestimentos – zinco clading, polímeros,
elastômeros (borrachas, ebonite) etc.
Ligações para solda de topo e solda de encaixe
Ligações rosqueadas
Ligações flangeadas
Manter ou aumentar as condições de
escoamento de líquidos de alta viscosidade ou
que se tornem sólidos à temperatura ambiente
Manter a temperatura do fluido dentro dos
limites definidos
Preaquecer para liquefazer depósitos sólidos
e evitar choques térmicos
Steam tracing (tracejamento com vapor)
Camisa externa
Aquecimento elétrico
Economia de energia
Estabilidade operacional
Proteção pessoal
Proteção das estruturas
Impedimento da condensação
1
AS FINALIDADES DO AQUECIMENTO
DE TUBULAÇÕES SÃO:
5
OS SISTEMAS UTILIZADOS PARA O
AQUECIMENTO SÃO:
6
O ISOLAMENTO TÉRMICO É
UTILIZADO PRINCIPALMENTE PARA:
7
QUANTO ÀS DIMENSÕES
COMERCIAIS:
2
OS ACESSÓRIOS
TÊM COMO FINALIDADE:
3
MUITA
ATENÇÃO
Os drenos e respiros eliminam
líquidos confinados em pontos
baixos e gases confinados em
pontos altos da tubulação