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i DEDICATÓRIA É com muito amor e carinho que dedico inteiramente esta obra aos meus alunos da FATEC-SP, a causa primeira deste trabalho. Também desejo dedicá-la a minha esposa Cleuza e às minhas filhas. “Amarás o Senhor teu Deus, com todo teu coração, com toda tua alma e com toda tua mente.” Mateus 22,37 ii AGRADECIMENTOS Agradeço a minha filha Íris Cristina que na época da implantação da disciplina suplementar “Materiais para Tubulação” executou todo o trabalho de digitação, xerocopiou catálogos, recortou e colou figuras no sentido de viabilizar a edição daquela apostila que foi a precursora deste trabalho. Agradeço a auxiliar de docente e minha ex-aluna Lis Eulália Cabrini que muito contribuiu com a digitação e principalmente com a formatação de textos e tabelas. Agradeço ainda a todos, professores e funcionários do Departamento de Hidráulica pelo incentivo. E finalmente agradeço ao Senhor meu Deus por esta oportunidade de compartilhar meus parcos conhecimentos. iii PREFÁCIO Desde o início de meus trabalhos com projetos de tubulação já me interessei de uma maneira muito especial pela especificação técnica. Esse fascínio pela disciplina me levava à procura de maiores conhecimentos desses materiais e ao estudo de procedimentos e das normas técnicas pertinentes. Como muitos tive grandes dificuldades neste sentido pois o maior obstáculo era a carência de bibliografia da disciplina. Fui adquirindo meus conhecimentos com a aquisição dos poucos livros existentes no mercado sobre o assunto e, principalmente, na vida prática, em empresas de engenharia consultiva e no chamado “chão de fábrica”. No início da década de 1990 fui animado pelo Departamento de Hidráulica a implantar a disciplina suplementar “Materiais para Tubulação” sobre este fascinante assunto. Desde o início esta disciplina suplementar foi muito procurada pelos alunos da FATEC das modalidades de civil, de mecânica e de soldagem e não demorou muito para este curso se tornar muito conhecido na FATEC a ponto de se tornar uma disciplina “obrigatória” para os alunos com interesse na área de tubulação. De início foi elaborada uma pequena apostila para acompanhamento da disciplina suplementar que ainda hoje alguns ex-alunos a conservam em sua vida profissional. Com a implantação do curso de Hidráulica e Saneamento Ambiental a disciplina Materiais para Tubulação passou a ser curricular e então nasceu a idéia de se elaborar um manual técnico para acompanhamento da disciplina que em princípio deveria se chamar “Manual Técnico de Válvulas Manuais e Componentes para Tubulação em Materiais Ferrosos” mas em homenagem à disciplina o manual passou a se chamar simplesmente “Materiais para Tubulação” como também era conhecida a nossa primeira apostila. Este manual técnico tem como objetivo principal o estudo da aplicação de materiais para tubulação no âmbito acadêmico, como acompanhamento da disciplina Materiais para Tubulação e deverá, por si só, ser suficiente em todos os sentidos, ter a teoria básica, a aplicação, a especificação do material, as iv dimensões, as fotos e os principais fabricantes para que o aluno tenha tudo à mão, sem ter que recorrer a catálogos ou normas técnicos no momento de executar um trabalho acadêmico. Os fabricantes e os produtos aqui mencionados são aqueles existentes no mercado na época da elaboração deste manual técnico e, portanto, para uma referência profissional, haverá a necessidade da confirmação de todos os dados do produto em um catálogo atualizado visto que melhorias e modificações acontecem de uma forma dinâmica. O Manual Técnico atualmente está dividido em três volumes; o primeiro volume faz um apanhado sobre os materiais metálicos, o segundo volume é sobre tubos e conexões e o terceiro volume sobre válvulas e acessórios. O quarto volume, sobre exercícios, em breve deverá fazer parte deste trabalho. Professor Célio Carlos Zattoni Julho de 2005 I ÍNDICE ANALÍTICO VOLUME 1 1. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS FERROSOS 1 1.1. AÇO CARBONO 1 1.2. AÇO LIGA 2 1.3. AÇO INOXIDÁVEL 2 1.4. FERRO FUNDIDO 2 2. EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA 4 2.1. INTRODUÇÃO 4 3. EFEITOS DA TEMPERATURA 5 3.1. FLUÊNCIA 5 3.2. MÓDULO DE ELASTICIDADE (MÓDULO DE YOUNG) 5 3.3. LIMITE DE RESISTÊNCIA 5 3.4. FRATURA FRÁGIL 5 4. CORROSÃO 7 4.1. CORROSÃO 7 4.2. CORROSÃO ELETROQUÍMICA 7 4.2.1. CAUSAS DA CORROSÃO 7 4.2.2. TIPOS DE CORROSÃO 8 4.3. PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO 10 4.3.1. FATORES QUE INFLUENCIAM A CORROSÃO 10 4.3.2. PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO 11 4.3.3. COMO EVITAR A CORROSÃO 11 5. NORMAS 14 5.1. INTRODUÇÃO 14 5.2. EXEMPLOS DE NORMAS NBR / ABNT 17 5.3. EXEMPLOS DE NORMAS ASME / ANSI 18 5.4. EXEMPLOS DE NORMAS MERCOSUL 18 5.5. EXEMPLOS DE NORMAS DIN 18 5.6. EXEMPLOS DE NORMAS ASTM 19 5.7. EXEMPLOS DE NORMAS API 19 6. MEIOS DE LIGAÇÃO 20 6.1. MEIOS DE LIGAÇÃO 20 6.2. LIGAÇÕES ROSCADAS 20 6.3. LIGAÇÕES SOLDADAS 20 6.4. LIGAÇÕES FLANGEADAS 21 6.4.1. TIPOS DE FLANGES 22 6.4.2. FACEAMENTO DOS FLANGES 22 6.4.3. ACABAMENTO DA FACE DOS FLANGES 23 II 6.4.4. CLASSES DE PRESSÃO 23 6.4.5. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 23 6.5. LIGAÇÕES DO TIPO PONTA E BOLSA 24 6.5.1. PONTA E BOLSA COM JUNTA ELÁSTICA 24 6.5.2. PONTA E BOLSA COM JUNTA MECÂNICA 24 6.5.3. PONTA E BOLSA COM JUNTA TRAVADA 25 6.6. OUTROS TIPOS DE LIGAÇÃO 25 6.6.1 LIGAÇÕES SANITÁRIAS 25 6.6.2. ENGATES 27 6.6.3. DERIVAÇÕES SOLDADAS TIPO “BOCA-DE-LOBO” 27 6.6.4. PEQUENAS DERIVAÇÕES COM USO DE MEIA-LUVA 27 6.6.5. DERIVAÇÕES COM USO DE COLARES E SELAS 28 6.6.6. SUGESTÃO PARA A ESCOLHA DO TIPO DE DERIVAÇÃO 28 7. TUBOS 30 7.1. INTRODUÇÃO 30 7.2. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À APLICAÇÃO 30 7.3. CLASSIFICAÇÃO QUANTO AOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 30 7.4. CÁLCULO DA ESPESSURA DA PAREDE DE TUBOS 31 7.4.1. REQUISITOS SEGUNDO A NORMA ASME / ANSI B31.3 31 7.4.2. SELEÇÃO DA ESPESSURA NORMALIZADA 31 7.4.3. RELAÇÃO ENTRE O DIÂMETRO NOMINAL E A ESPESSURA 32 7.4.4. LIMPEZA NAS TUBULAÇÕES 32 7.4.5. PRESSÃO DE TESTE 32 7.5. EMPREGO DE CORES PARA IDENTIFICAÇÃO DE TUBULAÇÕES – NBR 6493 33 8. ISOLAMENTO TÉRMICO 34 8.1. INTRODUÇÃO 34 8.2. ISOLAMENTO TÉRMICO A FRIO 34 8.3. NORMAS A CONSULTAR 34 8.4. MATERIAIS 34 8.5. ISOLAMENTO TÉRMICO A QUENTE 35 8.6. NORMAS DA ABNT A CONSULTAR 35 8.7. MATERIAIS 36 8.8. APLICAÇÃO DE ISOLANTES TÉRMICOS (FRIO OU QUENTE) 37 9. TABELAS TÉCNICAS 38 9.1. COMPARAÇÃO ENTRE DIVERSOS TIPOS DE AÇO INOX 38 9.2. FORMAS DE APRESENTAÇÃO DE DIVERSOS TIPOS DE AÇO 38 9.3. PROPRIEDADES DOS AÇOS-LIGA EM FUNÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA E SUAS APLICAÇÕES INDUSTRIAIS 39 9.4. TABELAS DE DIMENSÕES DE TUBOS CONFORME ABNT NBR 5580 40 9.5. TABELAS DE DIMENSÕES DE TUBOS CONFORME ABNT NBR 5590 41 9.6. NORMA ASME / ANSI B36.10 – AÇO CARBONO E AÇO LIGA 42 9.7. NORMA ASME / ANSI B36.19 – AÇO INOX 47 9.8. DIMENSÕES E PESOS PARA TUBOS DE AÇO INOX COM E SEM COSTURA – PADRÃO OD 49 9.9. COMPOSIÇÃO QUÍMICA PARA TUBOS DE AÇO INOX COM E SEM COSTURA 50 9.10. TENSÃO ADMISSÍVEL PARA AÇOS DE TUBOS DE AÇO CARBONO 51 9.11. TENSÃO ADMISSÍVEL PARA TUBOS DE AÇO INOX 52 9.12. TENSÃO ADMISSÍVEL EM FLANGES DE AÇO – CONFORME ASME / ANSI B16.5 54 9.13. TUBOS DE AÇO CARBONO – CARACTERÍSTICAS GERAIS 55 9.14. TUBOS DE AÇO INOX – CARACTERÍSTICAS GERAIS 56 9.15. MÓDULO DE ELÁSTICIDADE 57 9.16. LIMITES MÁXIMOS DE TEMPERATURA 57 9.17. PRINCIPAIS ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS PARA TUBOS 58 III ÍNDICE ANALÍTICOVOLUME 2 1. CONEXÕES DE FERRO MALEÁVEL 59 1.1. INTRODUÇÃO 59 1.2. PRINCIPAIS FABRICANTES 59 1.3. CONEXÕES DE FERRO MALEÁVEL CLASSE 10 – ROSCA BSP 60 1.3.1. TABELA DE PRESSÃO 62 1.3.2. ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 60 1.3.3. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 60 1.3.4. APLICAÇÃO 60 1.4. TABELA DIMENSIONAL 61 2. CONEXÕES DE FERRO MALEÁVEL CLASSE 150 – ROSCA NPT 72 2.1. TABELA DE PRESSÃO 72 2.1.1. ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 72 2.1.2. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 72 2.1.3. APLICAÇÃO 72 2.2. TABELA DIMENSIONAL 73 3. CONEXÕES DE FERRO MALEÁVEL CLASSE 20 – ROSCA NPT 78 3.1. PRESSÃO DE SERVIÇO – ASME / ANSI B16.3 78 3.2. PRESSÃO DE SERVIÇO – ASME / ANSI B16.39 78 3.3. PRESSÃO DE SERVIÇO – NBR 6925 78 3.4. ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 79 3.5. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 79 3.6. APLICAÇÃO 79 3.7. TABELA DIMENSIONAL 79 3.8. EXEMPLO DE LISTA DE MATERIAL 83 4. CONEXÕES DE AÇO FORJADO 85 4.1. INTRODUÇÃO 85 4.2. PRINCIPAIS FABRICANTES 85 4.3. NORMAS DE FABRICAÇÃO 86 4.4. CORRELAÇÃO ENTRE TUBO E CONEXÃO 86 4.5. TABELA DIMENSIONAL - CLASSE 2000# - ROSCADO 86 4.5.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 87 4.6. TABELA DIMENSIONAL - CLASSE 3000# - ROSCADO 87 4.6.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 88 4.7. TABELA DIMENSIONAL - CLASSE 6000# - ROSCADO 88 4.7.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 88 4.8. BUCHA DE REDUÇÃO E BUJÃO 89 4.8.1. EXEMPLO DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 89 4.9. UNIÃO ROSCADO - CLASSES 2000# E 3000# 90 4.9.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 90 4.10. UNIÃO ROSCADO - CLASSE 6000# 90 4.10.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 91 4.11. TABELA DIMENSIONAL - CLASSE 3000# - ENCAIXE E SOLDA 91 4.11.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 92 4.12. TABELA DIMENSIONAL - CLASSE 6000# - ENCAIXE E SOLDA 92 4.12.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 92 4.13. UNIÃO ENCAIXE E SOLDA - CLASSE 3000# 93 IV 4.13.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 93 4.14. UNIÃO ENCAIXE E SOLDA - CLASSE 6000# 93 4.14.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 94 4.15. REDUÇÃO DE ENCAIXE 94 4.15.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 94 4.16. COLAR DE TOPO - STANDARD E EXTRA-FORTE 94 4.16.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 95 4.17. COLAR ROSCADO - CLASSES 3000# E 6000# 95 4.17.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 95 4.18. COLAR DE ENCAIXE E SOLDA - STANDARD E SCH 160 95 4.18.1. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 96 4.19. COLAR DE TOPO DE REDUÇÃO - STANDARD E EXTRA-FORTE 96 4.20. COLAR ROSCADO DE REDUÇÃO - CLASSE 3000# 96 4.21. COLAR ROSCADO DE REDUÇÃO - CLASSE 6000# 97 4.22. COLAR ENCAIXE E SOLDA DE REDUÇÃO - STANDARD E EXTRA-FORTE 97 4.23. COLAR ENCAIXE E SOLDA DE REDUÇÃO - SCH 160 97 4.24. EXEMPLOS DE LISTA DE MATERIAL 98 5. CONEXÕES TUBULARES DE AÇO FORJADO 100 5.1. INTRODUÇÃO 100 5.2. PRINCIPAIS FABRICANTES 100 5.3. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 100 5.4. APLICAÇÕES 101 5.5. DIMENSÕES CONFORME ASME / ANSI B16.9 E B16.28 101 5.6. EXEMPLO DE LISTA DE MATERIAL 110 6. CONEXÕES DE AÇO INOXIDÁVEL 112 6.1. DIMENSÕES CONFORME ASME / ANSI B16.9 E B16.28 112 6.2. PESTANAS - MSS-SP 43 119 6.2.1. EXEMPLO DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 119 6.3. PESTANAS - ASME /ANSI B16.9 120 6.3.1. EXEMPLO DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 121 6.4. EXEMPLO DE LISTA DE MATERIAL 121 7. TUBOS E CONEXÕES DE FERRO FUNDIDO 122 7.1. INTRODUÇÃO 122 7.2. TABELA DE PRESSÃO – TUBOS PONTA E BOLSA 122 7.3. TABELA DE PRESSÃO – TUBOS COM FLANGES 123 7.4. ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 123 7.5. APLICAÇÃO 123 7.6. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 123 7.7. TUBOS DE SÉRIE K7 124 7.8. TUBOS DA SÉRIE K9 125 7.9. TUBOS E CONEXÕES DE FERRO FUNDIDO 125 7.10. EXEMPLO DE LISTA DE MATERIAL 138 8. FLANGES 139 8.1. INTRODUÇÃO 139 8.2. PRINCIPAIS FABRICANTES 139 8.3. FLANGES CONFORME A NORMA ANSI 139 8.4. AÇO CARBONO PARA FLANGES 140 8.5. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 140 V 8.6. TABELA DE DIMENSÕES - CLASSES 125# E 150# 141 8.7. TABELA DE DIMENSÕES - CLASSES 250# E 300# 142 8.8. TABELA DE DIMENSÕES - FLANGES DE REDUÇÃO 143 8.9. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 143 8.10. FLANGES CONFORME NORMA DIN 143 8.11. DIMENSÕES DOS FLANGES CONFORME NORMA DIN PN10 144 8.12. DIMENSÕES DOS FLANGES CONFORME NORMA DIN PN16 145 8.13. DIMENSÕES DOS FLANGES CONFORME NORMA DIN PN25 146 8.14. DIMENSÕES DOS FLANGES CONFORME NORMA DIN PN40 147 8.15. EXEMPLO DE LISTA DE MATERIAL 148 9. CONEXÕES GOMADAS DE AÇO CARBONO 149 9.1. INTRODUÇÃO 149 9.2. PRINCIPAIS FABRICANTES 149 9.3. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 149 9.4. APLICAÇÕES 149 9.5. TABELA DE DIMENSÕES CONFORME AWWA C208 149 9.6. EXEMPLO DE APLICAÇÃO 175 9.7. EXEMPLO DE LISTA DE MATERIAL 176 10. OUTRAS CONEXÕES 178 10.1. INTRODUÇÃO 178 10.2. ENGATES RÁPIDOS 178 10.3. PRINCIPAIS FABRICANTES 178 10.4. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 178 10.5. BICO ESCALONADO OU BICO ESPIGÃO 179 10.6. PRINCIPAIS FABRICANTES 179 10.7. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 180 10.8. TERMINAIS PARA MANGUEIRAS 180 10.9. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 181 10.10. CONEXÕES COM ANEL DE CRAVAÇÃO 181 10.11. LIGAÇÕES RECOMENDADAS 181 10.12. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 181 10.13. PRINCIPAIS FABRICANTES 181 10.14. ACOPLAMENTOS AWWA C606 182 10.15. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 182 10.16. PRINCIPAIS FABRICANTES 182 VI ÍNDICE ANALÍTICO VOLUME 3 1. VÁLVULAS 183 1.1. INTRODUÇÃO 184 1.2. UMA BREVE HISTÓRIA DA INDÚSTRIA DE VÁLVULAS 184 1.3. A INDÚSTRIA DA VÁLVULA 186 1.4. TIPOS DE VÁLVULAS 186 1.5. FUNÇÕES 186 1.6. ESPECIFICAÇÃO 186 1.7. SISTEMA CONSTRUTIVO DAS VÁLVULAS 187 1.8. CLASSES DE PRESSÃO 196 1.9. CONCEITOS SOBRE TIPOS DE VÁLVULAS 197 1.10. FABRICANTES DE VÁLVULAS 198 2. VÁLVULAS DE GAVETA 202 2.1. INTRODUÇÃO 203 2.2. APLICAÇÃO 203 2.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 203 2.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 203 2.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE GAVETA 203 2.6. SISTEMA CONSTRUTIVO 204 2.7. SISTEMAS DE VEDAÇÃO 209 2.8. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 209 2.9. MATERIAIS CONSTRUTIVOS DAS VÁLVULAS 211 2.10. CLASSES DE PRESSÃO 213 2.11. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 213 2.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 215 2.13. TABELAS TÉCNICAS 216 2.14. FABRICANTES 221 3. VÁLVULAS DE ESFERA 222 3.1. INTRODUÇÃO 223 3.2. APLICAÇÃO 223 3.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 223 3.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 223 3.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE ESFERA 223 3.6. SISTEMA CONSTRUTIVO 224 3.7. SISTEMAS DE VEDAÇÃO DA SEDE 227 3.8. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 227 3.9. MATERIAIS CONSTRUTIVOS DAS VÁLVULAS 228 3.10. CLASSES DE PRESSÃO 228 3.11. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 229 3.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 230 3.13. TABELAS TÉCNICAS 231 3.14. FABRICANTES 234 VII 4. VÁLVULAS DE MACHO 235 4.1. INTRODUÇÃO 236 4.2. APLICAÇÃO 236 4.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 236 4.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 236 4.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE MACHO 236 4.6. MEIOS DE LIGAÇÃO 237 4.7. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS 237 4.8. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 237 4.9. MATERIAIS CONSTRUTIVOS DAS VÁLVULAS 237 4.10. CLASSES DE PRESSÃO 237 4.11. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 237 4.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 239 4.13. TABELAS TÉCNICAS 240 4.14. FABRICANTES 243 5. VÁLVULAS DE GUILHOTINA 244 5.1. INTRODUÇÃO 245 5.2. APLICAÇÃO 245 5.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 245 5.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 245 5.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE GUILHOTINA 245 5.6. MATERIAIS CONSTRUTIVOS DAS VÁLVULAS 246 5.7. MEIOS DE LIGAÇÃO 246 5.8. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS 246 5.9. CLASSES DE PRESSÃO 246 5.10. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 246 5.11. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 247 5.12. TABELAS TÉCNICAS 248 5.13. FABRICANTES 250 6. VÁLVULAS DE GLOBO 251 6.1. INTRODUÇÃO 252 6.2. APLICAÇÃO 252 6.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 252 6.4.PRINCIPAIS DESVANTAGENS 253 6.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE GLOBO 253 6.6. SISTEMA CONSTRUTIVO 254 6.7. SISTEMAS DE VEDAÇÃO 259 6.8. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 259 6.9. MATERIAIS CONSTRUTIVOS DAS VÁLVULAS 260 6.10. CLASSES DE PRESSÃO 261 6.11. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 262 6.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 265 6.13. TABELAS TÉCNICAS 266 6.14. FABRICANTES DE VÁLVULAS GLOBO 271 6.15. FABRICANTES DE VÁLVULAS DE AGULHA 271 7. VÁLVULAS BORBOLETA 272 7.1. INTRODUÇÃO 273 7.2. APLICAÇÃO 273 7.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 273 7.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 273 VIII 7.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA BORBOLETA 274 7.6. SISTEMA CONSTRUTIVO 274 7.7. SISTEMAS DE VEDAÇÃO 275 7.8. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 275 7.9. MATERIAIS CONSTRUTIVOS DAS VÁLVULAS 277 7.10. CLASSES DE PRESSÃO 279 7.11. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 279 7.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 281 7.13. TABELAS TÉCNICAS 282 7.14. FABRICANTES 284 8. VÁLVULAS DIAFRAGMA 285 8.1. INTRODUÇÃO 286 8.2. APLICAÇÃO 286 8.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 286 8.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 287 8.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DIAFRAGMA 287 8.6. MATERIAIS CONSTRUTIVOS 288 8.7. MEIOS DE LIGAÇÃO 289 8.8. FORMATO DO CORPO 289 8.9. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 290 8.10. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 290 8.11. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 292 8.12. TABELAS TÉCNICAS 293 8.13. FABRICANTES 295 9. VÁLVULAS DE MANGOTE 296 9.1. INTRODUÇÃO 297 9.2. APLICAÇÃO 297 9.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 297 9.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 297 9.5. IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE MANGOTE 297 9.6. SISTEMA CONSTRUTIVO 298 9.7. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 299 9.8. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 300 9.9. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 302 9.10. TABELAS TÉCNICAS 303 9.11. FABRICANTES 305 10. VÁLVULAS DE RETENÇÃO 306 10.1. INTRODUÇÃO 307 10.2. APLICAÇÃO 307 10.3. O EMPREGO DO BY-PASS 308 10.4. VÁLVULA DE RETENÇÃO TIPO DISCO INTEGRAL 308 10.5. VÁLVULA DE RETENÇÃO TIPO FLAP 309 10.6. VÁLVULA DE RETENÇÃO TIPO PORTINHOLA SIMPLES 310 10.7. VÁLVULA DE RETENÇÃO TIPO PISTÃO 311 10.8. VÁLVULA DE RETENÇÃO VERTICAL TIPO DISCO 312 10.9. VÁLVULA DE RETENÇÃO TIPO DISCO DUPLO OU DUPLEX 313 10.10. VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PÉ 314 10.11. EXEMPLO DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DE VÁLVULA DE RETENÇÃO 315 10.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 317 10.13. TABELAS TÉCNICAS 318 10.14. FABRICANTES 323 IX 11. VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO 324 11.1. INTRODUÇÃO 325 11.2. APLICAÇÃO 325 11.3. PRINCIPAIS VANTAGENS 325 11.4. PRINCIPAIS DESVANTAGENS 325 11.5.IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO 326 11.6. SISTEMA CONSTRUTIVO 326 11.7. MATERIAIS CONSTRUTIVOS 327 11.8. ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS 327 11.9. INSTALAÇÃO DAS VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO 327 11.10. ACESSÓRIOS PARA AS VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO AUTO-OPERADAS 328 11.11. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 329 11.12. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 331 11.13. TABELAS TÉCNICAS 333 11.14. FABRICANTES DE VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO 335 11.15. FABRICANTES DE VÁLVULAS DE CONTROLE AUTO-OPERADAS 335 12. VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO 336 12.1. INTRODUÇÃO 337 12.2. APLICAÇÃO 337 12.3.IDENTIFICAÇÃO DAS PARTES DE UMA VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO 337 12.4. INSTALAÇÃO 338 12.5. SISTEMA CONSTRUTIVO 338 12.6. EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA 329 12.7. EXEMPLO DE FOLHA DE DADOS 331 12.8. TABELAS TÉCNICAS 333 12.9. FABRICANTES 335 13. ACESSÓRIOS 344 13.1. INTRODUÇÃO 345 13.2. APLICAÇÃO 345 13.3. FILTROS 345 13.4. VISORES DE FLUXO 347 13.5. VENTOSAS 347 13.6. SEPARADOR DE UMIDADE 348 13.7. PURGADORES 349 13.8. MANÔMETROS 350 13.9. TERMÔMETROS 351 14. GLOSSÁRIO 353 15. BIBLIOGRAFIA 359 16. REFERÊNCIA BILBLIOGRÁFICA 359 1 1. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS FERROSOS As ligas ferrosas são, em princípio, divididas em dois grupos: · Aços, com teores de carbono (C) até 2,0%; · Ferros fundidos, com teores de carbono (C) acima de 2,0% e raramente superior a 4,0%. 1.1. 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. CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS Cor Acinzentada Peso Específico 7,8 Kgf/dm3 Fusão 1350 A 1400°C Maleabilidade Boa Ductibilidade Boa Tenacidade Boa Usinagem Ótima Soldabilidade Ótima A tabela apresenta os usos gerais dos aços em função de seus teores de carbono (C), bem como a maleabilidade e soldabilidade dos mesmos. TEOR DE CARBONO (C) APLICAÇÕES MALEABILIDADE E SOLDABILIDADE 0,05 a 0,15% Chapas, fios, parafusos, tubos, estirados, produtos de caldeiraria. Grande maleabilidade. Fácil soldagem. 0,15 a 0,30% Barras laminadas e perfiladas, tubos, peças comuns de mecânica. Maleável. Soldável. 0,30 a 0,40% Peças especiais de máquinas e motores. Ferramentas para a agricultura. Difícil soldagem. 0,40 a 0,60% Peças de grande dureza, ferramentas de corte, molas, trilhos. Muito difícil soldagem 0,60 a 1,50% Peças de grande dureza e resistência, molas, cabos, cutelaria. Não se solda. 2 1.2. AÇO LIGA São aços que recebem a adição de um ou mais elementos de liga no processo de fabricação, conforme a finalidade a que se destinam. Os elementos de liga mais usuais são: níquel (Ni), cromo (Cr), vanádio (V), cobalto (Co), silício (Si), manganês (Mn), tungstênio (W), molibdênio (Mo) e alumínio (Al). No capítulo 2 o assunto será abordado com mais detalhes. TABELA DOS AÇOS LIGADOS Baixa Liga Até 5% de elementos de liga Média Liga de 5% a 10% de elementos de liga Alta Liga acima de 10% de elementos de liga 1.3. AÇO INOXIDÁVEL Caracterizam-se, fundamentalmente, por resistirem à corrosão atmosférica, embora possam igualmente resistir à ação de outros meios gasosos ou líquidos. Os aços adquirem passividade quando ligados com alguns outros elementos metálicos, entre os quais os mais importantes são o cromo (Cr) e o níquel (Ni) e, em menor grau, o cobre (Cu), o silício (Si), o molibdênio (Mo) e o alumínio (Al). O cromo (Cr) é, de fato, o elemento mais importante, pois é o mais eficiente de todos, quando empregado em teores acima de 10%. Os aços inoxidáveis são, portanto, aços de alta liga, contendo de 12% a 26% de cromo (Cr), até 22% de níquel (Ni) e freqüentemente pequenas quantidades de outros elementos de liga. 1.4. FERRO FUNDIDO Os ferros fundidos são ligas de ferro (Fe) e carbono (C) com alto teor de carbono. Em média, possuem de 3% a 4% de carbono em sua composição. A temperatura de fusão dos ferros fundidos é de cerca de 1200ºC. Sua resistência à tração é da ordem de 10 a 20 kgf/mm². Na fabricação, as impurezas do minério de ferro e do carvão (coque), deixam no ferro fundido pequenas porcentagens de silício (Si), manganês (Mn), enxofre (S) e fósforo (P). 3 O silício (Si) favorece a formação de Ferro Fundido Cinzento. Os ferros fundidos classificam-se, segundo o estado do carbono no ferro fundido, nas seguintes categorias: Ferro fundido cinzento ou lamelar Liga ferro-carbono-silício, com teor de carbono acima de 2,0% e silício presente em teores de 1,20% a 3,00%; a quantidade de carbono é superior à que pode ser retida em solução sólida na austenita; esse teor de carbono e mais a quantidade elevada de silício promovem a formação parcial de carbono livre, na forma de lamelas ou “veios” de grafita. Nessas condições, o ferro fundido cinzento apresenta fratura com coloração escura, de onde provém a sua denominação. Microestrutura do ferro fundido cinzento, grafita em forma de lamelas. Ferro fundidonodular ou ductil Liga ferro-carbono-silício caracterizada por apresentar grafita na forma esferoidal, resultante de um tratamento realizado no material ainda em estado líquido (“nodulização”). Microestrutura do ferro fundido nodular, grafita em forma esferoidal. Ferro fundido maleável ou branco Ferro fundido temperado Ferro fundido especial Apesar de apresentarem em geral propriedades mecânicas inferiores às dos aços, elas podem ser consideravelmente modificadas pela adição de elementos de liga e tratamentos térmicos adequados. Os ferros fundidos podem substituir os aços e até serem mais adequados, em muitas aplicações. Por exemplo: estruturas e elementos deslizantes de máquinas são construídos quase sempre em ferro fundido, devido à maior capacidade de amortecer vibrações, melhor estabilidade dimensional e menor resistência ao deslizamento, em razão do poder lubrificante do carbono livre em forma de grafita. 4 2. EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA 2.1. INTRODUÇÃO: Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência levaram à descoberta de aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certos elementos ao aço carbono. Conseguiram-se assim Aços-Liga com características tais como resistência à tração e à corrosão, elasticidade, dureza, etc. bem melhores do que as do aço carbono comum. A seguir serão apresentados os elementos de liga comumente empregados pela indústria e seus efeitos. ELEMENTOS EFEITOS Alumínio (Al) Desoxida o aço. No processo de tratamento termo-químico chamado nitretação, combina-se com o nitrogênio, favorecendo a formação de uma camada superficial duríssima. Carbono (C) A quantidade de carbono influi na dureza, no limite de resistência e na soldabilidade. Cobalto (Co) Influi favoravelmente nas propriedades magnéticas dos aços. Além disso, o cobalto, em associação com o tungstênio, aumenta a resistência dos aços ao calor. Cromo (Cr) O cromo confere ao aço alta resistência, dureza, elevado limite de elasticidade e boa resistência à corrosão em altas temperaturas. Enxofre (S) É um elemento prejudicial ao aço. Torna-o granuloso e áspero, devido aos gases que produz na massa metálica. Enfraquece a resistência do aço. Considerado como uma impureza. Fósforo (P) Em teores elevados torna o aço frágil e quebradiço, motivo pelo qual deve-se reduzir ao mínimo possível sua quantidade, já que não se pode eliminá-lo integralmente. Considerado como uma impureza. Manganês (Mn) O manganês, quando adicionado em quantidade conveniente, aumenta a resistência do aço ao desgaste e aos choques, mantendo-o dúctil. Molibdênio (Mo) Sua ação nos aços é semelhante à do tungstênio. Emprega-se, em geral, adicionado com cromo, produzindo os aços cromo-molibdênio, de grande resistência, principalmente a esforços repetidos. Níquel (Ni) Foi um dos primeiros metais utilizados com sucesso para dar determinadas qualidades ao aço. O níquel aumenta a resistência e a tenacidade do mesmo, eleva o limite de elasticidade, dá boa ductilidade e boa resistência à corrosão. Silício (Si) Torna o aço mais duro e tenaz. Previne a porosidade e concorre para a remoção dos gases e dos óxidos. Influi para que não apareçam falhas ou vazios na massa do aço. É um elemento purificador e tem o efeito de isolar ou suprimir o magnetismo. Os aços-silício contêm de 1 a 2% de silício. Tungstênio (W) É geralmente adicionado aos aços com outros elementos. O tungstênio aumenta a resistência ao calor, a dureza, a resistência à ruptura e o limite de elasticidade. Vanádio (V) Melhora, nos aços, a resistência à tração, sem perda de ductilidade, e eleva os limites de elasticidade e de fadiga. 5 3. EFEITOS DA TEMPERATURA 3.1. FLUÊNCIA Defini-se como fluência (creep) ao fenômeno de deformação permanente, lenta e progressiva, que se observa nos materiais metálicos, ao longo do tempo, quando submetidos à tração sob alta temperatura. Denomina-se “faixa de fluência” (creep range) à faixa de temperatura em que o fenômeno passa a ser significativo. 3.2. MÓDULO DE ELASTICIDADE (Módulo de Young) O módulo de elasticidade diminui com o aumento da temperatura. Essa diminuição é pouco acentuada no intervalo 0-250°C e mais acentuada para temperaturas superiores a 250°C. 3.3. LIMITE DE RESISTÊNCIA O limite de resistência diminui com o aumento da temperatura de um modo geral (para T > 200°C). O limite de resistência deverá ser tomado na curva característica de cada material. 3.4. FRATURA FRÁGIL Denomina-se fratura frágil à ruptura repentina do material a um nível de tensão bem inferior ao limite de resistência (LR) ou mesmo ao limite de escoamento (LE) do material. Essas fraturas são caracterizadas pela propagação rápida, em várias direções e a perda total da peça atingida. Para acontecer a fratura frágil são necessárias as três condições abaixo, simultaneamente: · Elevada tensão de tração, da ordem da tensão de escoamento do material; · Existência de entalhe; · Temperatura na zona de comportamento frágil ou na zona de transição. As fraturas frágeis são ainda influenciadas por: · Forte tensão de tração, em geral, próxima do limite de escoamento; · Espessura da peça: a resistência à fratura frágil é inversamente proporcional à espessura da peça; 6 · Distribuição de tensões na peça: quanto mais irregular forem as tensões menor será a resistência da peça; · Composição química: a presença de níquel (Ni) e manganês (Mn) é benéfica e a presença de fósforo (P), enxofre (S), molibdênio (Mo), nitrogênio (N) e cromo (Cr) é prejudicial, isto é, favorece o aparecimento da fratura frágil. · Tratamento térmico: a ausência do tratamento térmico de alívio de tensões favorece o aparecimento de altas concentrações de tensão onde favorece o aparecimento da fratura frágil. · Outros fatores de menor importância tais como: forma, laminação, fabricação, etc. 7 4. CORROSÃO 4.1. CORROSÃO Defini-se como corrosão a deterioração sofrida por um material em conseqüência da ação química ou eletroquímica do meio, aliada ou não a esforços mecânicos. A corrosão mais comum é a corrosão eletroquímica, caracterizada pelo transporte de cargas elétricas por meio de um eletrólito em um meio favorável, geralmente aquoso. A corrosão química é devida ao ataque de produtos químicos sobre os materiais metálicos, provocando a sua oxidação. 4.2. CORROSÃO ELETROQUÍMICA 4.2.1. Causas da corrosão Para que se inicie a corrosão, é necessário que o sistema seja constituído dos quatro componentes a seguir: (cumpre lembrar que a falta de pelo menos um dos componentes bloqueia o processo de corrosão) · Anodo e catodo: duas peças metálicas de materiais diferentes ou do mesmo material ou ainda duas regiões distintas da mesma peça metálica, próximas ou distantes uma da outra. · Eletrólito: qualquer condutor elétrico tal como umidade, soluções aquosas ácidas ou alcalinas. · Circuito metálico: é a continuidade metálica unindo o anodo ao catodo. A diferença de potencial entre o anodo e o catodo pode se originar de inúmeras causas, tais como: metais diferentes, ligas metálicas diferentes, diferenças entre partes deformadas a frio, diferença entre estados de tensões, diferenças de tratamento térmico, irregularidades microscópicas, etc. A corrosão mais freqüente é aquela devido às irregularidades microscópicas, que são as diferenças que existem entre os grãos que constituem o material. Essas diferenças podem ser quanto a forma, natureza, tamanho, orientação, etc. Assim a corrosão eletroquímica é muito acentuada porque este material é 8 constituído basicamente de grãosde ferrita (ferro alfa) e cementita (carboneto de ferro) que são grãos de diferentes naturezas. Nos materiais puros ou ligas monofásicas (solução sólida) não existem grãos de natureza diferente, razão pela qual são mais resistentes à corrosão eletroquímica. 4.2.2. Tipos de corrosão A corrosão eletroquímica pode se apresentar numa grande variedade de formas. Pode-se classificar a corrosão em uniforme e localizada. A corrosão localizada pode ser classificada em localizada macroscópica e microscópica. · Corrosão uniforme Também conhecida como corrosão generalizada, é aquela que se apresenta em toda a peça de uma forma geral, causando uma perda constante da espessura. Pode ser facilmente controlada e prevista. As causas são as diferenças pelas irregularidades microscópicas dos grãos. · Corrosão localizada macroscópica Alveolar (Pitting) É a corrosão que se apresenta em forma de “alvéolos” ou “pites” que são pequenos pontos onde a concentração da corrosão é muito intensa. A causa principal é a ocorrência de pontos fortemente anódicos em relação à área adjacente. Galvânica É a corrosão que se origina do contato entre dois metais ou ligas metálicas diferentes em um meio eletrolítico. A corrosão é tanto mais intensa quanto mais distanciados estiverem os dois metais ou ligas metálicas na série galvânica é tanto maior de acordo com as proporções entre o anodo e o catodo. A região corroída sempre será a região anódica. De um modo geral deve-se evitar o contato entre metais com grande diferença de potencial. Na impossibilidade de se evitar esse contato é necessário ter uma grande quantidade de material catódico para que a corrosão não ataque uma pequena área. Quando os dois metais tiverem uma pequena diferença de potencial, a corrosão galvânica é praticamente insignificante. Pode-se controlar este tipo de corrosão com a colocação de anodos de sacrifício, que consiste de elementos fortemente anódicos para serem corroídos. 9 Série galvânica para a água do mar: Magnésio Zinco Alumínio Ligas de alumínio Aço carbono Aço carbono com cobre Ferro fundido Aço liga Cr e Cr-Mo Aço inox 12 Cr Aço inox 17 Cr Aço inox 27 Cr Ativos Aço liga Ni Aço inox 18 Cr – 8 Ni Aço inox 25 Cr – 20 Ni Ativos Chumbo Níquel Ligas de Níquel Ativos Latão Cobre Cobre níquel Metal monel Níquel Ligas de níquel Passivos Aço inox 12 Cr Aço inox 17 Cr Aço inox 18 Cr – 8 Ni Aço inox 27 Cr Aço inox 25 Cr – 20 Ni Passivos Titânio Prata Ouro Platina ANODO CATODO Seletiva É uma forma de corrosão onde á atacado apenas um elemento da liga metálica resultando uma estrutura esponjosa sem resistência mecânica. Um exemplo de corrosão seletiva é a corrosão grafítica que ocorre no ferro fundido cinzento em contato com meios ácidos ou água salgada, onde o ferro á atacado resultando uma estrutura esponjosa composta de carbono livre e carbonetos. Outro exemplo é a desincificação que consiste na migração do zinco, ficando o latão reduzido a uma estrutura esponjosa de cobre puro, sem resistência mecânica. Corrosão sob contato Também chamada de corrosão intersticial e corrosão em frestas, por ser uma corrosão que acontece em locais onde pequena quantidade de um fluido permanece estagnado em cavidades ou espaços confinados. Um exemplo é a folga entre a peça e a arruela ou a porca e outro seria nas conexões do tipo encaixe/solda, o espaço entre o tubo e o encaixe. Corrosão–erosão É a corrosão que aparece com a velocidade relativa do fluido em relação à peça corroída. Cumpre lembrar, que um fluido pode não corroer uma peça em velocidades baixas, mas ser corrosivo em altas velocidades , com o efeito se tornando máximo quando o ângulo de incidência está entre 20 e 30°C. Como exemplo é citado a corrosão em peças de movimento rápido como pás, hélices, rotores e em curvas e conexões com redução. 10 Biológica É a corrosão devido à ação de micro-organismos que atacam os metais produzindo ácidos, destruindo a camada apassivadora, destruindo revestimentos, despolarizando áreas catódicas. Pode aparecer em águas paradas, principalmente em equipamentos que ficam por longo período ao tempo, a espera de utilização. · Corrosão localizada microscópica Sob tensão (stress-corrosion) É provocada pela tensão e um meio corrosivo. Se manifesta pelo aparecimento de trincas perpendiculares ao sentido do esforço. Esse esforço pode ser de causas externas, tensão residual, tensões devido ao trabalho frio, soldagem, etc. Muito perigosa pois pode inutilizar uma peça em pouco tempo. Intergranular É a corrosão formada por trincas ao longo da periferia dos grãos do metal. Essas trincas após atingirem determinada dimensão destacam partes do material por ação de pequenas tensões. Incisiva É a corrosão que se forma ao longo de soldas e recebe o nome de “fio de faca”. É uma variante da corrosão intergranular. 4.3. PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO 4.3.1. Fatores que influenciam a corrosão Antes de se falar em proteção dos materiais deve-se primeiramente estudar os fatores aceleradores da corrosão para se decidir sobre o melhor antídoto. Entre os fatores que influenciam a corrosão são citados: Temperatura Com o aumento da temperatura tem-se o aumento da atividade química o que acelera a corrosão. Cumpre lembrar que um equipamento ou tubulação que trabalha permanentemente quente e por algum motivo permanecer parado e frio por algum tempo sofrerá uma corrosão mais intensa neste período inativo. Velocidade Como já foi visto as altas velocidades e o turbilhonamento pode ocasionar a corrosão-erosão. Umidade A umidade promove uma gama maior de tipos de corrosão como a corrosão sob tensão, alveolar e sob-contato além de reagir com ácidos formando ácidos diluídos altamente corrosivos e aumentar a condutividade elétrica. Esforços cíclicos Havendo a possibilidade do aparecimento da corrosão sob tensão os esforços cíclicos serão os responsáveis pelo agravamento da corrosão e nestes pontos poderá haver a intensificação das tensões de fadiga. 11 Superfície do metal Cumpre lembrar que quanto mais perfeita for a superfície do material melhor será a resistência contra a corrosão alveolar. Atmosfera Quando tem-se uma atmosfera muito agressiva, como por exemplo a temperatura associada à acidez, é possível ter um processo de corrosão muito intenso, sendo muitas vezes mais significativo que a corrosão interna dos equipamentos e tubulações. Interface molhado/seco Nos equipamentos que trabalham parcialmente cheios a interface molhado/seco pode favorecer a corrosão devido à dissolução de gases no líquido e consequentemente a variação da concentração do fluido e também devido a diferença de potencial entre região molhada e seca. 4.3.2. Proteção contra corrosão Na tentativa de proteger tubulações e equipamentos contra a corrosão é possível observar dois aspectos diferentes ou mesmo um enfoque intermediário. Em primeiro lugar pode-se atacar o problema logo no início do projeto pela escolha do material, detalhes de projeto, revestimentos de proteção, proteção catódica, tratamento térmico, etc. Todos esses métodos e princípios são meios de controle da corrosão, isto é evitar o início do processo ou ter um controle eficaz no caso da corrosão uniforme. Em segundo lugar pode-se aceitar a corrosão como inevitável e adotar um sistema de controle com o emprego da “sobre-espessura para corrosão”. Cumpre lembrar, que esta sobre-espessura é destinada à corrosão e portanto não deverá ser considerada para efeito de cálculos mecânicos como a determinação da distânciaentre suportes, por exemplo. 4.3.3. Como evitar a corrosão Tipo de corrosão Meio de proteção Uniforme Escolha do material adequado Tratamento superficial Detalhes de projeto Alveolar Escolha do material adequado Tratamento superficial Detalhes de projeto Sob tensão Escolha do material Alívio de tensões Detalhes de projeto Martelamento Seletiva Escolha do material 12 Galvânica Evitar contato de materiais diferentes Anodos de sacrifício Proteção galvânica Sob contato Escolha dos materiais Detalhes de projeto Incisiva Escolha dos materiais Intergranular Escolha dos materiais Corrosão-erosão Escolha dos materiais Sobre-espessura Revestimento com materiais adequados a. Tratamento superficial Existem dois tipos de tratamento superficial: o tratamento com revestimentos permanentes (galvanização, argamassa de cimento, plásticos, borrachas, etc.) e o tratamento com revestimentos não permanentes (tintas). Ambos servem para impedir o contato da tubulação ou do equipamento com o meio agressivo, promovendo dessa forma sua proteção. Revestimentos Aplicação Utilização Normas Poliuretano Líquido sem solvente Adutoras Revestimento interno Revestimento externo Instalação aérea, enterrada e submersa DIN 30671 ANO 1987 Poliuretano-Tar sem solvente Esgoto Emissário Revestimento interno DIN 30671 ANO 1987 Epoxi-Tar sem solvente Esgoto Revestimento interno NBR 12309 Epoxi puro sem solvente Adutoras Revestimento interno NBR 12309 Argamassa de cimento Adutoras Esgoto Revestimento interno NBR 10515 Fitas de Polietileno aplicadas a frio Adutoras Esgoto Revestimento externo Instalação enterrada AWWA C209 / C214 Epoxi líquido Gás Revestimento interno API RP 5L2 Epoxi Mastic Alumínio Adutoras Revestimento externo Instalação aérea Ambiente não agressivo PETROBRÁS N-2288 Revestimento Coal Tar Enamel Tipo I Coal Tar Enamel Tipo II Gás Óleo Derivados de Petróleo Mineroduto Água Revestimento externo Instalação enterrada AWWA C203 BSI – BS 4164 PETROBRÁS N-1207 PETROBRÁS N-650 NBR 12780 SABESP E - 45 Fusion Bonded Epoxi Gás Óleo Derivados de Petróleo Mineroduto Água Revestimento externo Instalação enterrada AWWA C213 Galvanização Gás Óleo Água Revestimento interno Revestimento externo ASTM A153 13 b. Sobre-espessura Quando não podemos evitar a corrosão por completo devemos adotar uma sobre-espessura para corrosão. Note que esta sobre-espessura tem por objetivo adicionar uma certa quantidade de material para o sacrifício da corrosão. Portanto um valor que se acrescenta ao valor da espessura calculada da tubulação. A sobre-espessura para corrosão é destinada a controlar a corrosão uniforme e outras formas tais como as que atacam a espessura mas de nada vale para corrosão localizada microscópica. Para tubulações em geral são adotados os seguintes valores para a sobre- espessura para corrosão: · Até 1,5mm para serviços de baixa corrosão · Até 2,0mm para serviços de média corrosão · Até 3,5mm para serviços de alta corrosão 14 5. NORMAS 5.1. Introdução: Normas técnicas são códigos elaborados por entidades, que têm por finalidade a promoção da normalização entre as mais diversas atividades do conhecimento humano no sentido de promover a facilidade da prestação de serviços, da indústria, do comércio, da educação, da saúde, enfim de todas as atividades de cunho intelectual, científico, tecnológico e econômico. Existem muitos códigos e normas, regulando projetos, fabricação, montagem e utilização de tubos e acessórios para as mais diversas finalidades, detalhando materiais, condições de trabalho, procedimentos de cálculo, bem como padronizando suas dimensões. Os aços, em geral, são classificados em grau, tipo e classe. O grau normalmente identifica a faixa de composição química do aço. O tipo identifica o processo de desoxidação utilizado, enquanto que a classe é utilizada para descrever outros atributos, como nível de resistência e acabamento superficial. A designação do grau, tipo e classe utiliza uma letra, número, símbolo ou nome. Existem associações de normalização nacionais, regionais e internacionais. Dentre as nacionais podemos citar a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – que tem a finalidade de normalização em nosso país. A seguir é apresentada uma breve descrição dessas organizações: Fundada em 1940, a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – é o órgão responsável pela normalização técnica no Brasil, fornecendo a base necessária ao desenvolvimento tecnológico nacional. É uma entidade privada, sem fins lucrativos, reconhecida como Fórum Nacional de Normalização – ÚNICO – através da Resolução n.º 07 do CONMETRO, de 24.08.1992. É membro fundador da ISO (International Organization for Standardization), da COPANT (Comissão Pan-americana de Normas Técnicas) e da AMN (Associação Mercosul de Normalização). Fundada em 1918, A ANSI – American National Standards Institute, é uma organização privada sem fins lucrativos que administra e coordena a normalização voluntária e o sistema de avaliação de conformidade norte- americano. A Missão da ANSI é aumentar a competitividade dos negócios e a qualidade de vida norte-americana promovendo a elaboração de normas consensuais voluntárias e os sistemas de avaliação de conformidade. 15 A American Welding Society (AWS) foi fundada em 1919 como uma entidade sem fins lucrativos, tendo como objetivo o desenvolvimento de normas voltadas para a aplicação de soldas e matérias correlatas. Do chão de fábrica ao mais alto edifício, de armamento militar a produtos de casa, a AWS continua dando suporte a educação e tecnologia da solda, para assegurar o fortalecimento e competitividade na vida de todos os americanos. DIN - Deutsches Institut für Normung (Instituto alemão para Normalização), é uma associação registrada, fundada em 1917. Sua matriz está em Berlim. Desde 1975 é reconhecido pelo governo alemão como entidade nacional de normalização, sendo o representante dos interesses alemães a nível internacional e europeu. A DIN oferece um foro no qual os representantes das indústrias, organizações de consumidores, comércio, prestadores de serviço, ciência, laboratórios técnicos, governo, em resumo qualquer um com um interesse na normalização, pode se encontrar de forma ordenada para discutir e definir as exigências de padrões específicos e registrar os resultados como Normas Alemãs. A BSI - British Standards Institution, se tornou o primeiro Instituto nacional de normas do mundo depois que foi fundado em 1901 como Comitê de Normas para Engenharia. Este Instituto estabeleceu um legado de serviço à comunidade empresarial que tem sido mantido por mais que um século. O grupo AFNOR é composto por uma associação e duas subsidiárias voltadas para a área comercial. A AFNOR – Association Française de Normalisation, foi criada em 1926; É reconhecida como órgão de utilidade pública e está sob a tutela do ministério da indústria. A AFNOR trabalha em colaboração com organizações profissionais e muitos sócios nacionais e regionais. A AFNOR atua num sistema central de normalização combinado diversos comitês setoriais de normalização dos poderes públicos e mais de 20.000 peritos. A AFNOR é o representante francês do CEN e da ISO e representa esses organismos na França. A Internacional Organization for Standardization (ISO) é uma federação mundial, composta por aproximadamente 140 países através de suas Entidades Nacionais de Normalização, sendouma de cada país. A ISO é uma organização não-governamental fundada em 1947. Sua missão é promover o desenvolvimento da normalização e atividades relacionadas no mundo, com a finalidade de facilitar o comércio internacional de bens e serviços, e para desenvolver a cooperação nas esferas intelectual, atividade científica, tecnológica e econômica. O trabalho de ISO resulta em acordos internacionais que são publicados como Normas Internacionais. Fundada em 1880 como American Society of Mechanical Engineers, hoje ASME International é uma organização educacional e técnica sem fins lucrativos que atende a mais de 125.000 associados em todo o mundo O trabalho da sociedade é executado por sua diretoria eleita e por seus cinco conselhos, 44 seções e centenas de comitês em 13 regiões ao redor do mundo. Fundada em 1898, a ASTM International é uma das maiores organizações de desenvolvimento de normas voluntárias do mundo. A ASTM International é uma organização sem fins lucrativos, foro para o desenvolvimento e publicação de normas consensuais voluntárias para materiais, produtos, sistemas, e serviços. Possui mais de 20.000 sócios representantes de produtores, usuários, consumidores finais e representantes de governo desenvolvendo documentos que servem como uma base para fabricação, procedimentos e atividades regulamentadas. 16 O Comitê Mercosul de Normalização (CMN) é uma associação civil, sem fins lucrativos, não governamental, reconhecido pelo Grupo Mercado Comum – GMC, através da Resolução n° 2/92, de 01.11.1991. A partir de 04.04.2000 através de um convênio firmado com o Grupo Mercado Comum, o comitê passou a se chamar Asociación Mercosur de Normalización e passou a ser o único organismo responsável pela gestão da normalização voluntária no âmbito do Mercosul. A Asociación é formada pelos organismos nacionais de normalização dos países membros, que são: Argentina: IRAM Instituto Argentino de Normalización – Brasil: ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas – Paraguai: INTN Instituto Nacional de Tecnologia y Normalización – Uruguai: UNIT Instituto Uruguayo de Normas Técnicas. A missão do CEN - Comitê Europeu de Normalização, é promover harmonização técnica voluntária na Europa juntamente com seus membros mundiais e seus associados na Europa. Harmonização diminui barreiras de comércio, promove segurança, facilita a troca de produtos, sistemas e serviços, e promovendo compreensão técnica comum. Na Europa o CEN trabalha em sociedade com CENELEC - o Comitê europeu para Normalização Electrotécnica e ETSI - o Instituto Europeu de Normalização das Telecomunicações. A Comissão Pan-americana de Normas Técnicas, conhecida como COPANT, é uma associação civil, sem fins lucrativos. Tem autonomia operacional completa e é de duração ilimitada. Os objetivos básicos da COPANT são promover o desenvolvimento da normalização técnica e atividades relacionadas em seus países membros com o objetivo de promover o desenvolvimento industrial, científico e tecnológico, beneficiando a troca de bens e serviços, bem como facilitando a cooperação nos campos intelectual, científico e social. Fundada em 1906, a Internacional Electrotechnical Commission (IEC) é a organização mundial que elabora e publica normas internacionais para as áreas da eletricidade, eletrônica e tecnologias relacionadas. A IEC foi fundada como resultado de uma resolução do Congresso Elétrico Internacional realizado em St. A Louis (USA) em 1904. A associação reúne mais de 60 países, incluindo as maiores e mais desenvolvidas nações do mundo e um número crescente de países em desenvolvimento. O IEEE (I - 3E) - Institute of Electrical and Eletronics Engineers, é uma associação profissional técnica, sem fins lucrativos, com mais de 375.000 sócios individuais em 150 países. O nome completo é o Instituto de Elétrico e Eletrônica Cria, Inc., embora a organização seja popularmente conhecida simplesmente como I-E-E-E. Através de seus membros, o IEEE é a principal autoridade nas áreas técnicas que variam de engenharia da computação, tecnologia biomédica e telecomunicações, até energia elétrica, aeroespacial e eletrônica popular, entre outros. A American Water Works Association é uma sociedade educacional e científica internacional, sem fins lucrativos, dedicada ao estudo da qualidade da água. Fundada em 1881, a AWWA possui mais de 55.500 membros que trabalham em diversos setores que envolvem a água. A AWWA possui centenas de normas e procedimentos. Tópicos que inclui recursos hídricos, tratamento de água, tubulação e acessórios, desinfecção, entre outros. A seguir é apresentado algumas das normas mais usadas em tubulações industriais, hidráulica, saneamento e de interesse geral. 17 5.2. Exemplos de normas da ABNT: NORMAS NBR / ABNT NBR 5029 TUBO DE COBRE E SUAS LIGAS, SEM COSTURA, PARA CONDENSADORES, EVAPORADORES E TROCADORES DE CALOR NBR 5443 TUBO DE AÇO DE PAREDE DUPLA PARA CONDUÇÃO DE FLUIDOS NBR 5580 TUBOS DE CONDUÇÃO, SEM MATÉRIA PRIMA ESPECIFICADA, NAS SÉRIES LEVE, MÉDIA E PESADA. PODEM SER FORNECIDOS COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA NBR 6414 (BSP) (COM OU SEM LUVA). NBR 5581 TUBOS DE AÇO DE BAIXO CARBONO E CARBONO-MOLIBDENIO-SILÍCIO PARA AQUECIMENTO EM REFINARIAS NBR 5582 TUBOS DE AÇO CROMO-MOLIBDÊNIO E CROMO-MOLIBDÊNIO-SILÍCIO PARA AQUECIMENO EM REFINARIAS NBR 5583 TUBOS DE BAIXO CARBONO, DEFORMADOS A FRIO, PARA CONDENSADORES E TROCADORES DE CALOR NBR 5584 TUBOS DE AÇO CROMO-MOLIBDÊNIO-SILÍCIO PARA CONDENSADORES E TROCADORES DE CALOR NBR 5885 TUBOS DE AÇO CARBONO, COM ROSCA ANSI, PARA CONDUÇÃO DE FLUIDOS EM INSTALAÇÕES COMUNS NBR 5590 TUBOS DE CONDUÇÃO NOS GRAUS A E B, COM COMPOSIÇÃO QUÍMICA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DEFINIDAS. SENDO O DE GRAU A APTO A SER DOBRADO, FLANGEADO E SERPENTINADO; E O GRAU B PODENDO SOFRER DOBRAMENTO E FLANGEAMENTO LIMITADOS. SÃO FORNECIDOS NORMALMENTE NAS SÉRIE 40 E SÉRIE 80. PODE SER FORNECIDO COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA NBR 12912 (NPT) (COM OU SEM LUVA). NBR 5592 TUBOS DE AÇO MÉDIO CARBONO, PARA CALDEIRAS E SUPERAQUECEDORES NBR 5593 TUBOS DE AÇO CARBONO-MOLIBDÊNIO PARA CALDEIRAS E SUPERAQUECEDORES NBR 5594 TUBOS DE AÇO CARBONO PARA CALDEIRAS E SUPERAQUECEDORES DE ALTA PRESSÃO NBR 5595 TUBO DE AÇO-CARBONO SOLDADO POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA PARA CALDEIRAS NBR 5597 ELETRODUTOS RÍGIDOS DE AÇO CARBONO, TIPO PESADO, COM ROSCA NBR 5598 ELETRODUTOS RÍGIDOS DE AÇO CARBONO, COM REVESTIMENTO PROTETOR, TIPO MÉDIO E PESADO, COM ROSCA NBR 5599 TUBOS DE AÇO DE PRECISÃO, COM COSTURA NBR 5602 TUBOS DE AÇO, COM E SEM COSTURA, PARA CONDUÇÃO, UTILIZADOS EM BAIXA TEMPERATURA NBR 5603 TUBOS DE AÇO FERRÍTICO, SEM COSTURA, PARA CONDUÇÃO, UTILIZADOS EM ALTAS TEMPERATURAS NBR 5622 TUBO DE AÇO-CARBONO COM COSTURA HELICOIDAL PARA USO EM ÁGUA, AR E VAPOR DE BAIXA PRESSÃO EM INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS NBR 5645 TUBO CERÂMICO PARA CANALIZAÇÕES NBR 5647 TUBOS DE PVC RÍGIDO PARA ADUTORAS E REDES DE ÁGUA NBR 5648 TUBO DE PVC RÍGIDO PARA INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA FRIA NBR 5688 TUBO E CONEXÃO DE PVC RÍGIDO PARA ESGOTO PREDIAL E VENTILAÇÃO NBR 5922 TUBOS DE AÇO CARBONO PARA INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL EM MOTORES DIESEL NBR 6321 TUBOS DE AÇO CARBONO PARA SERVIÇOS EM ALTAS TEMPERATURAS NBR 6358 TUBOS DE AÇO-CARBONO E AÇO LIGA SEM COSTURA PARA TROCA TÉRMICA NBR 6591 TUBOS DE AÇO CARBONO, PERFIS REDONDOS, QUADRADOS E RETANGULARES PARA FINS INDUSTRIAIS NBR 7362 TUBO DE PVC RÍGIDO COM JUNTA ELÁSTICA, COLETOR DE ESGOTO NBR 7543 TUBOS SEM E COM COSTURA DE AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO, PARA CONDUÇÃO NBR 7560 TUBOS DE FERRO FUNDIDO DÚCTIL CENTRIFUGADO COM FLANGES ROSCADOS OU SOLDADOS NBR 7661 TUBO DE FERRO FUNDIDO CENTRIFUGADO, DE PONTA E BOLSA, PARA LÍQUIDOS SOB PRESSÃO, COMJUNTA NÃO ELÁSTICA NBR 7662 TUBO DE FERRO FUNDIDO CENTRIFUGADO PARA LÍQUIDOS SOB PRESSÃO COM JUNTA ELÁSTICA NBR 7663 TUBO DE FERRO FUNDIDO DÚCTIL CENTRIFUGADO, PARA CANALIZAÇÕES SOB PRESSÃO NBR 7665 TUBO DE PVC RÍGIDO DEFOFO COM JUNTA ELÁSTICA PARA ADUTORAS E REDES DE ÁGUA NBR 8161 TUBOS E CONEXÕES DE FERRO FUNDIDO PARA ESGOTO E VENTILAÇÃO NBR 8261 TUBOS DE AÇO CARBONO, PARA FINS ESTRUTURAIS NBR 8417 TUBO DE POLIETILENO PARA LIGAÇÃO PREDIAL DE ÁGUA NBR 8890 TUBO DE CONCRETO ARMADO DE SEÇÃO CIRCULAR PARA ESGOTO SANITÁRIO NBR 8910 TUBO DE ALUMÍNIO PARA IRRIGAÇÃO NBR 9793 TUBO DE CONCRETO SIMPLES DE SEÇÃO CIRCULAR PARA ÁGUAS PLUVIAIS NBR 9794 TUBO DE CONCRETO ARMADO DE SEÇÃO CIRCULAR PARA ÁGUAS PLUVIAIS NBR 9809 TUBOS DE ALUMÍNIO PN 80 COM ENGATE RÁPIDO PARA IRRIGAÇÃO 18 NBR 9915 ANEL DE VEDAÇÃO DE BORRACHA PARA JUNTA ELÁSTICA DE TUBOS E CONEXÕES DE AÇO PONTA E BOLSA NBR 10252 TUBOS DE AÇO-LIGA FERRÍTICOS E AUSTENÍTICOS SEM COSTURA, PARA CALDEIRAS, SUPERAQUECEDORES E PERMUTADORES NBR 10564 TUBO DE POLIETILENO PARA IRRIGAÇÃO NBR 10570 TUBOS E CONEXÕES DE PVC RÍGIDO COM JUNTA ELÁSTICA PARA COLETOR PREDIAL E SISTEMA CONDOMINIAL DE ESGOTO SANITÁRIO NBR 10843 TUBOS DE PVC RÍGIDO PARA INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUAS PLUVIAIS NBR 12016 TUBOS DE AÇO ZINCADO PN 150 COM JUNTA DE ENGATE RÁPIDO PARA IRRIGAÇÃO NBR 13206 TUBO DE COBRE LEVE, MÉDIO E PESADO, SEM COSTURA, PARA CONDUÇÃO DE ÁGUA E OUTROS FLUÍDOS NBR 14228 TUBOS EXTRUDADOS DE ALUMÍNIO PARA IRRIGAÇÃO NBR 14312 TUBOS DE PVC RÍGIDO COM JUNTA SOLDÁVEL OU ELÁSTICA PN 40 E PN 80 PARA SISTEMAS PERMANENTES DE IRRIGAÇÃO 5.3. Exemplos de normas da ANSI/ASME: NORMAS ASME / ANSI ASME / ANSI B16.1 CAST IRON PIPE FLANGES AND FLANGED FITTINGS ASME / ANSI B16.3 MALLEABLE IRON THREADED FITTINGS ASME / ANSI B16.4 CAST IRON THREADED FITTINGS ASME / ANSI B16.5 PIPE FLANGES AND FLANGED FITTINGS ASME / ANSI B16.9 FACTORY-MADE WROUGHT STEEL BUTTWELDING FITTINGS ASME / ANSI B16.10 FACE-TO-FACE AND END-TO-END DIMENSIONS OF VALVES ASME / ANSI B16.11 FORGED STEEL FITTINGS, SOCKET-WELDING AND THREADED ASME / ANSI B16.12 CAST IRON THREADED DRAINAGE FITTINGS ASME / ANSI B16.14 FERROUS PIPE PLUGS, BUSHINGS AND LOCKNUTS WITH PIPE THREADS ASME / ANSI B16.15 CAST BRONZE THREADED FITTINGS ASME / ANSI B16.18 CAST COPPER ALLOY SOLDER JOINT PRESSURE FITTINGS ASME / ANSI B16.20 METALLIC GASKETS FOR PIPE FLANGES-RING-JOING, SPIRAL-WOULD, ANDJACKETED ASME / ANSI B16.21 NONMETALLIC FLAT GASKETS FOR PIPE FLANGES ASME / ANSI B16.24 CAST COPPER ALLOY PIPE FLANGES AND FLANGED FITTINGS ASME / ANSI B16.25 BUTTWELDING ENDS ASME / ANSI B16.28 WROUGHT STEEL BUTTWELDING SHORT RADIUS ELBOWS AND RETURNS ASME / ANSI B16.34 VALVES - FLANGED, THREADED, AND WELDING END ASME / ANSI B16.36 ORIFICE FLANGES ASME / ANSI B16.38 LARGE METALLIC VALVES FOR GAS DISTRIBUTION ASME / ANSI B16.39 MALLEABLE IRON THREADED PIPE UNIONS ASME / ANSI B16.42 DUCTILE IRON PIPE FLANGES AND FLANGED FITTINGS, CLASSES 150 AND 300 ASME / ANSI B16.45 CAST IRON FITTINGS FOR SOLVENT DRAINAGE SYSTEMS ASME / ANSI B16.47 LARGE DIAMETER STEEL FLANGES: NPS 26 THROUGH NPS 60 ASME / ANSI B36.10 WELDED AND SEAMLESS WROUGHT STEEL PIPE ASME / ANSI B36.19 STAINLESS STEEL PIPE 5.4. Exemplos de normas Mercosul: NORMAS MERCOSUL NM 60 TUBOS DE AÇO CARBONO, SOLDADOS POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA, PARA TROCADORES DE CALOR E CONDENSADORES NM 61 TUBOS DE AÇO CARBONO, SOLDADOS POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA PARA USO NA CONDUÇÃO NM121 TUBOS DE AÇO CARBONO SOLDADOS POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA PARA CALDEIRAS E SUPERAQUECEDORES PARA SERVIÇOS DE ALTA PRESSÃO NM119 TUBOS DE AÇO DE BAIXO CARBONO SEM COSTURA, ACABADOS A FRIO, PARA TROCADORES DE CALOR E CONDENSADORES 5.5. Exemplos de normas da DIN: NORMAS DIN DIN 1615 TUBOS NÃO SUJEITOS A REQUISITOS ESPECIAIS DIN 1626 TUBOS SUJEITOS A REQUISITOS ESPECIAIS QUANTO A PRESSÃO E TEMPERATURA DIN 1628 TUBOS DE ALTA PERFORMANCE QUANTO A PRESSÃO E TEMPERATURA 19 DIN 2440 TUBOS DE CONDUÇÃO, SEM MATÉRIA PRIMA ESPECIFICADA, PARA PRESSÕES DE NO MÁXIMO 25 KGF/CM2 PARA LÍQUIDOS E 10 KGF/CM2 PARA AR E GAZES NÃO PERIGOSOS. PODEM SER FORNECIDOS COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA BSP (COM OU SEM LUVA). ESTA NORMA É PRATICAMENTE IGUAL A NORMA BRASILEIRA NBR 5580 CLASSE M. DIN 2441 TUBOS DE CONDUÇÃO, SEM MATÉRIA PRIMA ESPECIFICADA, PARA PRESSÕES DE NO MÁXIMO 25 KGF/CM2 PARA LÍQUIDOS E 10 KGF/CM2 PARA AR E GAZES NÃO PERIGOSOS. PODEM SER FORNECIDOS COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA BSP (COM OU SEM LUVA). ESTA NORMA É PRATICAMENTE IGUAL A NORMA BRASILEIRA NBR 5580 CLASSE P. DIN 2442 TUBOS DE AÇO COM ROSCA E LUVAS, COM EXIGÊNCIAS ESPECIAIS DIN 2448 TUBOS DE AÇO PARA CALDEIRAS, APARELHOS E OUTROS FINS DIN 17175 TUBOS DE AÇO RESISTENTES AO CALOR 5.6. Exemplos de normas da ASTM: NORMAS ASTM ASTM A53 TUBOS DE CONDUÇÃO NOS GRAUS A E B, COM COMPOSIÇÃO QUÍMICA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DEFINIDAS. SENDO O DE GRAU A APTO A SER DOBRADO, FLANGEADO E SERPENTINADO; E O GRAU B PODENDO SOFRER DOBRAMENTO E FLANGEAMENTO LIMITADOS. PODE SER FORNECIDO COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA (COM OU SEM LUVA). ESTA NORMA É PRATICAMENTE IGUAL A NORMA BRASILEIRA NBR 5590. ASTM A106 TUBOS DE AÇO CARBONO, PARA EMPREGO A ALTAS TEMPERATURAS ASTM A120 TUBOS DE CONDUÇÃO, SEM MATÉRIA PRIMA ESPECIFICADA. PODEM SER FORNECIDOS COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA (COM OU SEM LUVA). ASTM A135 TUBOS DE CONDUÇÃO NOS GRAUS A E B, COM COMPOSIÇÃO QUÍMICA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DEFINIDAS. SENDO O DE GRAU A APTO A SER DOBRADO A FRIO. COM DIÂMETRO NOMINAL VARIANDO DE 2” A 30”. PODE SER FORNECIDO COM EXTREMIDADES LISAS, CHANFRADAS OU COM ROSCA (COM OU SEM LUVA). ASTM A161 TUBOS DE AÇO BAIXO CARBONO-MOLIBDÊNIO, PARA EMPREGO EM REFINARIAS ASTM A178 TUBOS PARA CALDEIRAS, SUPERAQUECEDORES E VASOS DE PRESSÃO ASTM A179 TUBOS DE AÇO BAIXO CARBONO, DEFORMADOS A FRIO, PARA TROCADORES DE CALOR E CONDENDADORES ASTM A192 TUBOS DE AÇO CARBONO, PARA CALDEIRAS DE ALTA PRESSÃO ASTM A199 TUBOS DE AÇO-LIGA, DEFORMADOS A FRIO, PARA TROCADORES DE CALOR E CONDENSADORES ASTM A200 TUBOS DE AÇO-LIGA, PARA EMPREGO EM REFINARIAS ASTM A209 TUBOS DE AÇO-LIGA CARBONO-MOLIBDÊNIO, PARA CALDEIRAS E SUPERAQUECEDORES ASTM A210 TUBOS DE AÇO CARBONO, PARA CALDEIRAS E SUPERAQUECEDORES ASTM A213 TUBOS DE AÇO-LIGA FERRÍTICO E AUSTENÍTICO, PARA CALDEIRAS, SUPERAQUECEDORES E TROCADORES DE CALOR ASTM A333 TUBOS DE AÇO PARA SERVIÇOS A BAIXA TEMPERATURA ASTM A334 TUBOS DE AÇO CARBONO E AÇO-LIGA PARA EMPREGO A BAIXA TEMPERATURA ASTM A335 TUBOS DE AÇO-LIGA FERRÍTICO, PARA EMPREGO A ALTA TEMPERATURA ASTM A406 TUBOS DE AÇO-LIGA FERRÍTICO, COM TRATAMENTO TÉRMICO ESPECIAL, PARA EMPREGO A ALTA TEMPERATURA ASTM A423 TUBOS DE AÇO DE BAIXA LIGA ASTM A500 TUBOS PARA USO ESTRUTURAL EM GERAL ASTM A513 TUBOS PARA USO MECÂNICO EM GERAL ASTM A556 TUBOS DE AÇO CARBONO, DEFORMADOS A FRIO, PARA AQUECEDORES DE ÁGUA ASTM A700 PADRÕES PARA EMPACOTAMENTO E CARREGAMENTO DE PRODUTOS TUBULARES 5.7. Exemplo de normas da API: NORMAS API API 5A TUBOS DE PERFURAÇÃO, REVESTIMENTO E BOMBEAMENTO PARA POÇOS PETROLÍFEROS API 5AC TUBOS DE REVESTIMENTO E BOMBEAMENTO PARA POÇOS PETROLÍFEROS COM PROPRIEDADES RESTRITAS API 5AX TUBOS DE PERFURAÇÃO, REVESTIMENTO E BOMBEAMENTO PARA POÇOS PETROLÍFEROS COM EXIGÊNCIAS ESPECIAIS API 5B ESPECIFICAÇÃO DE ROSCAS, CALIBRES E INSPEÇÃO DE ROSCAS PARA CASING, TUBING E LINE-PIPE API 5L TUBOS PARA CONDUÇÃO DE PRODUTOS PETROLÍFEROS API 5LX TUBOS PARA CONDUÇAÕ DE PRODUTOS PETROLÍFEROS COM EXIGÊNCIAS ESPECIAIS 20 6. MEIOS DE LIGAÇÃO 6.1. MEIOS DE LIGAÇÃO Existem diversos meios de ligação utilizados para fazer a união de tubos, conexões, válvulas e acessórios. Os mais utilizados são as ligações roscadas, soldadas, flangeadas e as do tipo ponta e bolsa.6.2. LIGAÇÕES ROSCADAS São as ligações de baixo custo, de relativa facilidade de execução porém seu emprego está limitado ao diâmetro DN=150 (6”), mas raramente empregado além de DN=50 (2”). Rosca BSP (NBR 6414 ou DIN 2999 ou ISO 7/1) É o tipo de rosca utilizado em instalações domiciliares, instalações prediais e em instalações industriais de baixa responsabilidade. A rosca macho apresenta uma inclinação de 1:16 e a rosca fêmea se apresenta paralela. Usada principalmente em tubulações da classe 10 ou classe 150# e os tubos usados devem ter as dimensões conforme a norma NBR 5580 classes L, M ou P ou ainda conforme as normas DIN. A vedação se dá pelo aperto dos filetes e pela adição de um vedante, atualmente o vedante mais usado é a fita de PTFE. Rosca NPT (NBR 12912 ou ASME/ANSI B1.20.1) É o tipo de rosca utilizado primordialmente em instalações industriais. A rosca macho e a fêmea apresentam uma inclinação de 1:16. Usada em tubulações de baixa pressão, classe 150#, de média pressão, classe 300# e nas tubulações de alta pressão das classes 2000#, 3000# e 6000# e os tubos usados devem ter as dimensões conforme a norma NBR 5590 classes N, R ou DR ou ainda com dimensões conforme as normas ASME/ANSI B36.10 e ASME/ANSI B36.19, não sendo permitido a utilização de roscas em tubos das séries SCH 5S e 10S. A vedação se dá pelo aperto dos filetes e pela adição de um vedante, atualmente o vedante mais usado é a fita de PTFE. 6.3. LIGAÇÕES SOLDADAS São as principais ligações para tubos de aço carbono, aço liga e aço inox. São também usadas para tubos metálicos não ferrosos. As ligações soldadas têm sempre uma resistência mecânica equivalente à resistência do tubo, estanqueidade perfeita, boa aparência, sem necessidade de manutenção e grande facilidade para a aplicação de pinturas e isolantes térmicos. 21 As mais utilizadas são as ligações com solda de topo, encaixe e solda e a brasagem. Solda de topo (Butt welding) ASME/ANSI B16.25 É o tipo de ligação comumente empregado para tubulação de todos os diâmetros, porém mais empregado para DN³50 (2”). Para solda de topo em tubos com dimensões conforme ASME/ANSI B36.10 e ASME/ANSI B36.19 as pontas dos tubos devem ser chanfradas conforme a norma ASME/ANSI B16.25 e os tubos com dimensões conforme as normas DIN devem ser chanfradas conforme a norma DIN 2559. Encaixe e solda ou soquetadas (Socket welding) Muito usada em instalações industriais de todas as faixas de pressão e temperatura. Este tipo de ligação está definido na norma ASME/ANSI B16.11 para DN£100 (4”) mas normalmente utilizado para DN£50 (2”) para tubos de aço carbono, aço ligado e aço inox para serviços de todos os tipo mas é recomendável que se evite o uso deste tipo de ligação com fluidos de alta corrosão. Brasagem (Brazing) Usada principalmente para tubulações metálicas não ferrosas, tubos de cobre e conexões de latão ou bronze. São soldas executadas com material diferente do material do tubo ou da conexão com baixo ponto de fusão (geralmente o estanho). 6.4. LIGAÇÕES FLANGEADAS Flanges são peças especiais que se destinam a fazer a ligação entre tubos, conexões, válvulas, acessórios e equipamentos e entre tubos, onde se deseja uma montagem/desmontagem rápida ou freqüente. Cada ligação flangeada necessita de um jogo de parafusos e uma junta de vedação. São ligações empregadas em todos os diâmetros para tubos de ferro fundido, aço carbono, aço liga, aço inox, plásticos e também em válvulas e acessórios de materiais não ferrosos. A norma DIN e a norma ASME / ANSI padronizam diversos tipos de flanges, para aço carbono, para aço inox, ferro fundido e materiais metálicos não ferrosos. Os flanges mais comuns são o flange sobreposto, o flange de pescoço, o flange roscado, o flange de encaixe, o flange solto e o flange cego. 22 6.4.1. Tipos de flanges Flange sobreposto (SO – Slip-on) É o tipo mais comum e o de instalação mais fácil, pois não necessita de exatidão no corte e a ligação é feita com duas soldas, uma interna e a outra externa. Seu uso deve ser limitado a 400°C e a 20 bar (~20,0kgf/cm2). Flange de pescoço (WN – Welding-neck) Pode ser usado para qualquer combinação de pressão e temperatura. Ligado ao tubo por uma única solda, de topo, dá origem a menores tensões residuais que o tipo sobreposto. Sua montagem exige que o tubo seja cortado na medida exata e biselado para solda de topo. Flange roscado (SCR – Screwed) Especialmente indicado para tubos não soldáveis tais como ferro fundido, aço galvanizado e materiais plásticos. Flange de encaixe (SW – Socket-weld) Muito parecido com o tipo sobreposto porém mais resistente pois tem um encaixe completo para a ponta do tubo e necessita apenas de uma soda externa e por isso desenvolve menor tensão residual que o sobreposto. Não é recomendado para serviços de alta corrosão. Flange solto (LJ – Lap-joint) Este tipo de flange não é fixo à tubulação, podendo deslizar livremente no tubo, só se detendo na extremidade do tubo onde é soldado uma peça denominada de pestana (stub-end). São utilizados em tubulações de materiais nobres, de custo elevado, pois os flanges soltos não entram em contato com o fluido e portanto pode ser de material menos nobre. Flange cego (Blind) São utilizados em finais de linhas e fechamento de bocais proporcionando um tamponamento de fácil remoção. Flange de redução São indicados onde se deseja uma redução diretamente no flange, sem uso de conexões de redução na tubulação. É um tipo de flange pouco usual. 6.4.2. Faceamento dos flanges Face plana Este tipo de faceamento é usado para materiais frágeis e quebradiços ou para materiais sujeitos ao amassamento onde devemos ter um contato pleno para propiciar o aperto final. Face com ressalto Este tipo de faceamento é o mais comum e é usado para as mais variadas combinações de pressão e temperatura. 23 Face com junta de anel Este tipo de faceamento é usado para serviços severos em altas pressões ou temperaturas com fluidos inflamáveis ou corrosivos onde se deseja absoluta segurança contra vazamentos. Face do tipo macho-fêmea Este tipo de faceamento do tipo lingüeta e ranhura é de uso mais raro e é usado em serviços mais severos sujeitos a pressões elevadas. 6.4.3. Acabamento da face dos flanges O acabamento da face dos flanges pode ser com ranhuras ou liso. Quando se empregam flanges com faces com acabamento ranhurado deve-se usar juntas de amassamento para a vedação e quando se utilizam flanges com face lisa deve-se usar juntas do tipo reação. 1 Ranhura Standard Espiral contínua Passo de 0,7 a 1,0 mm Raio de 1,6 a 2,4 mm Profundidade resultante de 0,026 mm a 0,080 mm 2 Ranhura Espiral Espiral contínua em “V” de 90° Passo de 0,6 a 1,0 mm Raio de 0,00 a 0,4 mm 3 Ranhura Tipo 125rms Espiral contínua Passo de 0,3 a 0,4 mm Raio de 0,3 a 0,4 mm 4 Ranhura Concêntrica Ranhura concêntrica em “V” de 90° Passo de 0,6 a 1,0 mm Raio de 0,00 a 0,4 mm Profundidade de 0,13 a 0,4 mm 6.4.4. Classes de pressão NORMA MATERIAL CLASSE DE PRESSÃO ASME/ANSI B16.1 Ferro Fundido 125# – 250# ASME/ANSI B16.5 Aço 150# – 300# – 400# – 600# – 900# – 1500# – 2500# ASME/ANSI B16.24 Bronze e Latão 150# – 300#. DIN (DIVERSAS) Diversos PN 2,5 – PN 6 – PN 10 – PN 16 – PN 25 – PN 40 – PN 64 PN 100 – PN 160 – PN 250 – PN320 6.4.5. Processos de fabricação Pode-se classificar em três tipos principais de fabricação de flanges: os forjados, os usinados e os fundidos. 24 Flanges forjados A norma ASME/ANSI B16.5 estabeleceas dimensões dos flanges forjados de aço carbono, aço ligado e de aço inoxidável e as normas da ASTM estabelecem a composição química e as propriedades físicas dos aços empregados na forja. Flanges usinados São flanges que não podem ser usados em condições severas, tendo seu uso limitado às baixas pressões e temperaturas ambientes. Para seu uso em condições mais severas deverá ser objeto de cálculo de sua resistência mecânica. Flanges fundidos A norma ASME/ANSI B16.1 estabelece as dimensões dos flanges de ferro fundido e a norma ASME/ANSI B16.24 estabelece as dimensões dos flanges de bronze e de latão fundido e diversas normas da ASTM estabelecem a composição química e as propriedades físicas dos materiais fundidos. 6.5. LIGAÇÕES DO TIPO PONTA E BOLSA São ligações usadas principalmente em tubos de ferro fundido e de plásticos mas também existente em aço carbono porém de uso menos freqüente. Uma das principais características desse tipo de ligação é a relativa facilidade e a rapidez da montagem em comparação com mesma ligação executada por solda de topo. 6.5.1. Ponta e bolsa com junta elástica Este tipo de junta é utilizado tanto para tubos e conexões de ferro fundido e de plásticos como o pvc, polipropileno ou pvc reforçado com fibra de vidro. Constitui de uma junta de borracha, de montagem deslizante, constituída pelo conjunto formado pela ponta do tubo, bolsa contígua de outro tubo ou conexão e pelo anel de borracha. 6.5.2. Ponta e bolsa com junta mecânica Atualmente apenas utilizado em luvas, para facilidade de manutenção ou quando se executam reparos em tubulações existentes. 25 6.5.3. Ponta e bolsa com junta travada TRAVADA INTERNA TRAVADA EXTERNA Este tipo de junta é utilizado para tubos e conexões de ferro fundido onde não serão executados os blocos de ancoragem para absorção do empuxo devido à pressão interna para garantir o equilíbrio de toda a tubulação. No mercado, pode-se encontrar dois tipos de junta travada, a interna e a externa. 6.6. OUTROS TIPOS DE LIGAÇÃO 6.6.1 Ligações sanitárias São ligações especiais usadas em serviços sanitários em indústrias alimentícias em geral, indústrias de bebidas, farmacêuticas, cosméticos e outras. Essas ligações são empregadas em tubos, conexões, válvulas e acessórios com a finalidade de conexão e desconexão com muita rapidez e segurança para limpeza e desinfecções periódicas. As conexões, válvulas e acessórios fabricados com este tipo de ligação têm as dimensões apropriadas para emprego em tubos com diâmetro externo tipo “OD” conforme norma ASTM A270 e impróprios para tubos com as dimensões conforme a norma ASME/ANSI B36.19. As conexões são fabricadas de aço inox com polimento sanitário e a vedação é feita por meio de um anel de vedação de elastômero que pode ser de buna-N, viton, ptfe (teflon®), epdm ou silicone. Existem no mercado nacional quatro tipos de ligação sanitária, a saber: 26 · Ligação conforme a norma alemã DIN 11851 – Conhecida como DIN. · Ligação conforme a norma inglesa BS 1864 – Conhecida como RJT. · Ligação conforme a norma sueca SMS 1145 – Conhecida como SMS. · Ligação conforme a norma ISO 2852 – Conhecida como Clamp ou TC. Ligação DIN Ligação RJT Ligação SMS Ligação CLAMP ou TC Entre os tipos DIN, RJT e SMS não existem diferenças visuais significativas, além do meio de vedação e do tipo de rosca utilizado pois os seus componentes são do tipo união com um anel de vedação. Já o tipo Clamp ou TC é composto por dois niples, um anel de vedação entre eles e o aperto é proporcionado por meio de uma braçadeira. 27 6.6.2. Engates São acessórios destinados a fazer a interligação entre a tubulação rígida, máquinas ou equipamentos à outros pontos onde se necessita o emprego de condutos flexíveis ou semi-flexíveis. São denominados engates rápidos aqueles que têm a finalidade de conexão e desconexão com muita facilidade e rapidez. 6.6.3. Derivações soldadas tipo “boca-de-lobo” Outro tipo de ligação de uso muito comum na indústria é a ligação feita diretamente de um tubo com o outro tubo para formar uma derivação, substituindo um “TE” ou um “TE de redução”. Essas derivações recebem o nome de “boca de lobo”, quando é executada sem a utilização de qualquer outra peça intermediária. A norma ASME/ANSI B31 aceita esse tipo de derivação para ramais de DN³50 (2”) desde que o tubo tronco tenha diâmetro igual ou superior ao diâmetro do ramal e ainda indica, com detalhes, os casos onde são necessários reforços. Na própria norma está descrito o método de cálculo para esses esforços. As principais vantagens para o uso de bocas-de-lobo são o baixo custo e a facilidade de execução e as principais desvantagens consiste na fraca resistência, concentração de tensões, elevada perda de carga e o difícil controle da qualidade. Certos projetistas limitam seu uso a 250°C ou a 20,0 kgf/cm2. 6.6.4. Pequenas derivações com uso de meia-luva Para pequenos ramais, de diâmetros inferiores a DN 50 (2”) é muito comum o emprego de uma meia-luva, soldada diretamente na linha tronco. A norma ASME/ANSI B31 aceita esse tipo de ligação para qualquer combinação de temperatura e pressão desde que a linha tronco tenha DN³100 (4”) e a meia-luva tenha resistência suficiente. As principais vantagens para uso de meias-luvas consiste no baixo custo e na facilidade de execução e a única desvantagem é a elevada perda de carga localizada. 28 6.6.5. Derivações com uso de colares e selas Os colares e as selas são peças especiais forjadas que são soldadas diretamente sobre a linha-tronco e servem de reforço para a derivação. São usados para qualquer tipo de derivação com diâmetros superiores a DN 25 (1”), inclusive para ramais com o mesmo diâmetro da linha-tronco, para qualquer combinação de pressão e temperatura. As principais vantagens para o uso de colares consiste na sua excelente resistência mecânica, facilidade de execução e pequena concentração de tensões e as desvantagens consistem em um custo um pouco mais elevado, pois se necessita de um tipo de peça para cada combinação de diâmetros, dificultando a compra, a estocagem e a montagem. Para o emprego de selas, as vantagens são inúmeras, excelente resistência mecânica, pequena perda de carga, uma boa distribuição de tensões e não há limites de pressão e temperatura para o seu uso, mas em contrapartida as desvantagens também são muitas, elevado custo, pois se trata de peças importadas e de difícil montagem. 6.6.6. Sugestão para a escolha do tipo de derivação 14 ” 12 ” 10 ” 8” 6” BOCA-DE-LOBO 4” PRESSÃO x TEMPERATURA 3” MODERADOS 2” D IÂ M ET R O D O R A M A L A TÉ 1 ½ ” TES TES OU COLARES MEIA-LUVA PRESSÃO x TEMPERATURA MODERADOS ATÉ 1 ½” 2” 3” 4” 6” 8” 10” 12” 14” ATÉ 24” 29 DIÂMETRO DA LINHA-TRONCO 14 ” 12 ” 10 ” 8” 6” COLAR OU TE PRESSÃO x TEMPERATURAS ELEVADOS 4” COLAR 3” PRESSÃO x TEMPERATURA 2” ELEVADOS D IÂ M ET R O D O R A M A L A TÉ 1 ½ ” TES TES OU COLARES COLAR PRESSÃO x TEMPERATURA ELEVADOS ATÉ 1 ½” 2” 3” 4” 6” 8” 10” 12” 14” ATÉ 24” DIÂMETRO DA LINHA-TRONCO 30 7. TUBOS 7.1. INTRODUÇÃO Tubo é um conduto fechado, oco, geralmente
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