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Tubulações Industriais CLASSIFICAÇÃO Os principais tipos de materiais para tubos: Os principais tipos de materiais para tubos: CLASSIFICAÇÃO Processo industrial de fabricação de tubos: Tubos sem costura Laminação Extrusão Fundição Tubos com costura - Fabricação por solda FABRICAÇÃO Fabricação de tubos por LAMINAÇÃO: � Lingote aquecido a 1.200ºC; � Utiliza laminador obliquo (rolos duplos cônicos); � 1ª passagem têm paredes grossas; � 2ª passagem afina as paredes; � Calibragem de diâmetros e alisamento das superfícies. FABRICAÇÃO LAMINADOR CALIBRADOR: FABRICAÇÃO Fabricação de tubos por EXTRUSÃO: � Um tarugo cilíndrico maciço do material, em estado pastoso, é colocado em um recipiente de aço debaixo de uma poderosa prensa. � Para qualquer aço, a temperatura de serviço é cerca de 1.200ºC. � As prensa são sempre verticais e o esforço pode chegar a 15MN (aproximadamente 1.500t). � Fabricam-se tubo de pequeno diâmetro (abaixo de 80mm) e tubos de alumínio, cobre, latão, chumbo, além de outros metais não-ferrosos e materiais plásticos. FABRICAÇÃO Fabricação de tubos por EXTRUSÃO: FABRICAÇÃO Fabricação de tubos por FUNDIÇÃO: � O material em estado líquido é despejado em moldes especiais para solidificação; � Fabricam-se por esse processo tubo de ferros fundidos, de alguns aços especiais não forjáveis e da maioria dos materiais não metálicos. FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Fabricam-se tubos de aço-carbono, aço-liga, aço inoxidável e ferro forjado, em toda a faixa de diâmetros usuais na indústria. � Existem duas disposições da costura soldada: longitudinal e helicoidal. FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Costura helicoidal: FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Costura helicoidal: FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Costura longitudinal: � A matéria-prima pode ser uma bobina de chapa enrolada, ou chapas planas avulsas. � Na fabricação a partir de chapas planas avulsas, a conformação pode ser feita em prensas ou calandras. � Para diâmetros de tubos até 760mm, a chapa é calandrada no sentido longitudinal. FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Costura longitudinal: � Para diâmetros maiores, no sentido transversal, porque a maior largura comercial de chapas de aço é 2,44m. � A soldagem é feita em seguida, exigindo a forma ASME B.31 que a solda seja de topo. FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Costura longitudinal: FABRICAÇÃO Fabricação de tubos COM COSTURA: � Costura longitudinal: FABRICAÇÃO MATERIAIS TUBOS DE AÇO CARBONO � É o mais utilizado nas indústrias de forma geral, podendo alcançar valores superiores a 90% das tubulações. � Emprega-se o aço carbono para água doce, vapor de baixa pressão, condensado, ar comprimido, óleos, gases e outros fluidos poucos corrosivos, em temperatura desde -45°°°°C, e a qualquer pressão. � As propriedades do aço carbono são fortemente influenciadas por sua composição química e pela temperatura. MATERIAIS TUBOS DE AÇO CARBONO � Os aços para tubos a quantidade de carbono é limitada em 0,35%, sendo que até 0,30% de C a solda é bastante fácil, e até 0,25% de C os tubos podem ser facilmente dobrados a frio. � A resistência mecânica do aço carbono começa a sofrer redução em temperaturas superiores a 400°°°°C, em função do tempo, devido ao fenômeno de deformações permanentes por fluência. MATERIAIS TUBOS DE AÇO CARBONO � As deformações por fluência serão tanto maiores e mais rápidas quanto mais elevada for a temperatura, maior for a tensão do material e mais longo for o tempo exposto à alta temperatura. MATERIAIS O QUE É FLUÊNCIA? É uma deformação plástica que ocorre num material, sob tensão constante ou quase constante, em função do tempo. A temperatura tem um papel importantíssimo nesse fenômeno. Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da deformação. MATERIAIS TUBOS DE AÇO CARBONO É recomendado os seguintes limites máximos de temperatura para tubulações de aço carbono: � Tubulações principais, serviço contínuo: 450ºC. � Tubulações secundárias, serviços contínuo: 480°°°°C. � Máximos eventuais de temperatura, de curta duração e não coincidentes com grandes esforços mecânicos: 520ºC. MATERIAIS TUBOS DE AÇO CARBONO O aço carbono apresenta uma transição de comportamento de dúctil para frágil em baixas temperaturas, ficando sujeito à fraturas frágeis repentinas, com perda total do equipamento. De um modo geral, não se empregam aços carbono para serviços em que possam ocorrer temperaturas inferiores a -45°°°°C, ainda que sejam eventuais ou de curta duração. Na faixa de zero a -45°°°°C pode-se usar aço carbono dentro de determinado requisitos. MATERIAIS ESPECIFICAÇÃO DE TUBOS DE AÇO CARBONO As principais especificações norte americana para tubos de aço carbono são: � Especificações da ASTM (American Society for Testing and Materials). � Especificações do API (American Petroleum Institute). A exigência da especificação também se aplica aos outros componentes da tubulação, tais como válvulas, acessórios diversos, flanges, parafusos etc. MATERIAIS ESPECIFICAÇÃO DE TUBOS DE AÇO CARBONO API 5LX : Os graus A e B, das especificações A53, A106, A135 e API-5L, e o grau C, da especificação A106, têm os seguintes valores: OBS: Conforme norma ASME B.31.3, estes tubos não devem ser empregados para temperaturas superiores a 200°°°°C. MATERIAIS ESPECIFICAÇÃO DE TUBOS DE AÇO CARBONO API 5LX : Especificação para tubos com ou sem costura, de aços-carbono de alta resistência, especial para oleodutos e gasodutos. OBS: Para tubulações com diâmetro nominal até 2”, prefere-se usar os tubos de grau A, que são mais facilmente dobrados a frio; para diâmetros nominal de 3” ou maior, prefere-se usar tubos de grau B, que possui maior resistência mecânica. MATERIAIS AÇOS-LIGA E AÇOS INOXIDÁVEIS São todos os aços que possuem qualquer quantidade de outros elementos. Dependendo da quantidade total de elementos de liga, distinguem-se: • AÇOS DE BAIXA LIGA - com até 5%; • AÇOS DE LIGA INTERMEDIÁRIA - entre 5 e 10%; • AÇOS DE ALTA LIGA - com mais de 10%. MATERIAIS AÇOS-LIGA E AÇOS INOXIDÁVEIS Os aços inoxidáveis são os que contém pelo menos 12% de cromo. Todos os tubos de aço-liga são mais caros que os do tipo aço-carbono. MATERIAIS AÇOS-LIGA E AÇOS INOXIDÁVEIS MATERIAIS AÇOS-LIGA E AÇOS INOXIDÁVEIS Os principais casos em que se justifica o emprego de aços especiais são: a) Altas temperaturas: acima do limite de uso do aço carbono. b) Baixas temperaturas: abaixo de -45ºC. c) Alta corrosão: caso de fluidos corrosivos. d) Exigência de não-contaminação: produtos alimentares e farmacêuticos. e) Segurança: fluidos perigosos, inflamáveis, tóxicos. MATERIAIS TUBOS DE AÇOS-LIGA Duas classes de aços-liga são importantes como material para tubulações: a) Aços-liga molibdênio e cromo-molibdênio: contém até 1% de Mo e até 9% de Cr, em diversas proporções, sendo materiais ferríticos, específicos para emprego em temperaturas elevadas. b) Aços-liga níquel: os aços-liga contendo níquel são materiais específicos para uso em temperaturas muito baixas, sendo a temperatura limite tanto mais baixa quanto maior for a quantidade de níquel. MATERIAIS TUBOS DE AÇOS INOXIDÁVEIS 1) AUSTENÍTICOS: Contém basicamente 16% a 26% de Cr e 6% a 22% de níquel. Apresentam uma extraordinária resistência à fluência e à oxidação, tendo temperaturas de utilização mais elevadas. Mantém o comportamento dúctil mesmo em temperaturas extremamente baixas. São utilizadas em serviços para temperaturasmuito elevadas, muito baixas, corrosivos oxidantes, produtos alimentares e farmacêuticos etc. MATERIAIS TUBOS DE AÇOS INOXIDÁVEIS 2) FERRÍTICOS: Apresentam menor resistência à fluência e a corrosão em relação aos austeníticos. Possuem menor temperatura de início de oxidação, sendo por isso mais baixas as temperaturas limites de uso. São materiais mais baratos do que os austeníticos e menos sujeitos aos fenômenos de corrosão por pites e sob tensão. São difíceis de soldar e não são adequados a serviços de baixa temperaturas. MATERIAIS TUBOS DE AÇOS INOXIDÁVEIS 2) FERRÍTICOS: exemplo da corrosão por pite: MATERIAIS TUBOS DE AÇOS INOXIDÁVEIS Corrosão sob tensão (CST) CST = tensões mecânicas (residuais ou aplicadas) + ambiente agressivo MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Estão definidos pela norma americana ANSI B.36.10 e para os tubos de aços inoxidáveis pela norma ANSI B.36.19. São designados por um número chamado “diâmetro nominal IPS” ou “bitola nominal”. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS A norma ANSI B.36.10 abrange tubos com diâmetros nominais de 1/8” até 36” e a norma ANSI B.36.19 abrange tubos de 1/8” até 12”. De 1/8” até 12” o diâmetro nominal não corresponde a nenhuma dimensão física dos tubos. De 14” até 36”, o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com várias espessuras de parede, denominadas “séries” (schedule). Para cada diâmetro nominal, o diâmetro externo é sempre o mesmo, variando apenas o diâmetro interno, que será tanto menor quanto maior for a espessura do tubo. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Ex. seções transversais em tubos de 1” de diâmetro nominal. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Os diâmetros nominais padronizados pela norma ANSI B.36.10 vão de 1/8” até 36”. Os tubos de diâmetros acima de 36” não são padronizados, sendo fabricados apenas por encomenda, e somente com costura. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS A normalização dimensional das normas ANSI B.36.10 e 36.19 foi adotada pela norma brasileira P-PB-225, da ABNT. Para tubos sem costura os comprimentos nunca são fixos, variando na prática entre 6 e 10m, embora existam tubos com comprimento de até 18m. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Os tubos de aço são fabricados com três tipos de extremidade, de acordo com o sistema de ligação a ser utilizado. • Pontas lisas, simplesmente esquadrejadas; • Pontas chanfradas, para uso com solda de topo; • Pontas rosqueadas (API-5B e ANSI ASME B.1.20.1). MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Tipos de extremidades de tubos de aço: MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Antes da norma ANSI B.36.10 os tubos de cada diâmetro nominal eram fabricados em três espessuras diferentes: • Peso normal (Standard – S); • Extraforte (Extra-strong – XS); • Duplo extra-forte (Double extra-strong – XXS). Apesar de obsoletas, estas designações ainda são recorrentes. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Para tubos de peso normal até 12”, o diâmetro interno é aproximadamente igual ao diâmetro nominal. Pela norma ANSI B.36.10 foram adotadas as “séries” (schedule number), para designar a espessura (ou peso) dos tubos. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS O número de série é um número obtido aproximadamente pela seguinte expressão: Série = 1000 . P / S Onde: P = pressão interna de trabalho em psig. S = tensão admissível do material em psi. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS A norma ANSI B.36.10 padronizou as séries 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160. A série 40 corresponde ao antigo “peso normal” nos diâmetros até 10”, e são as espessuras mais comumente usadas na prática, 3” ou maiores. Para os tubos acima de 10”, a série 40 é mais pesada do que o antigo peso normal. MATERIAIS DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS Para os tubos até 8”, a série 80 corresponde ao antigo XS. Fabricam-se ainda tubos até 8” com a espessura XXS, que não têm correspondente exato em número de série, sendo próxima da 160. MATERIAIS TUBOS DE AÇO FABRICADOS NO BRASIL TUBOS SEM COSTURA: tubos pretos com pontas lisas ou chanfradas, de ½” a 14” de diâmetro nominal. TUBOS COM COSTURA DE SOLDA LONGITUDINAL POR ARCO SUBMERSO: tubos pretos com pontas chanfradas, de 12” a 48” de diâmetro nominal, e espessura de até 25mm. MATERIAIS TUBOS DE AÇO FABRICADOS NO BRASIL TUBOS COM COSTURA DE SOLDA LONGITUDINAL POR RESISTÊNCIA ELÉTRICA: tubos pretos, com pontas lisas, chanfradas ou rosqueadas de diâmetro até 18”f. TUBOS COM COSTURA DE SOLDA HELICOIDAL: tubos pretos, com pontas chanfradas, de 24” a 72”f. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS São diversos meios, utilizados para conectar tubos, que servem não só para ligar os tubos às válvulas, às conexões e demais acessórios de tubulação, e aos equipamentos. • Ligações rosqueadas. • Ligações soldadas. • Ligações flangeadas. • Ligações de ponta e bolsa. • Outros sistemas de ligação: ligações de compressão, ligações patenteadas etc. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES ROSQUEADAS: É o meio mais antigo. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES ROSQUEADAS: � Em tubos de pequeno diâmetro são de baixo custo e de fácil execução. � O diâmetro nominal máximo de uso corrente é de 2”, embora existam peças de até 4”. � As roscas são cônicas, de forma que com o aperto, há interferência entre os fios da rosca, garantindo a vedação. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES ROSQUEADAS: � São empregadas quando se deseja que a ligação seja facilmente desmontável. � Esse tipo enfraquece a parede dos tubos, dessa forma se utiliza sempre tubos de parede grossa. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS Tem as seguintes vantagens: � Resistência mecânica boa (quase sempre equivalente à do tubo inteiro). � Estanqueidade perfeita e permanente. � Boa aparência. � Facilidades na aplicação de isolamento térmico e de pintura. � Nenhuma necessidade de manutenção. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS Já as desvantagens, bem menos importante, são: � Dificuldade de desmontagem da tubulação; � Necessita de mão-de-obra específica; � Cuidados especiais com segurança (explosões, incêndios, e outros). MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS A mais utilizada é a solda por fusão, com adição de eletrodo. � Solda de topo, e � Solda de encaixe MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS – SOLDA DE TOPO MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS – SOLDA DE TOPO É o sistema mais utilizado para as ligações entre tubos de 2”, ou maiores, em tubulações de qualquer tipo de aço. Pode ser empregada em toda a faixa usual de pressões e temperaturas, inclusive para serviços severos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS – SOLDA DE TOPO São também empregadas em tubos de metais não-ferrosos soldáveis, usando-se solda elétrica e consumíveis do mesmo material dos tubos. Podem ainda ser utilizadas em tubos de materiais termoplásticos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS – SOLDA DE ENCAIXE MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS – SOLDA DE ENCAIXE É utilizado na maioria dos tubos industriais com diâmetros até 1 1/2”, inclusive, em toda faixa usual de pressões e de temperatura. É empregada também em tubos de 4”, de materiais não-ferrosos e de plásticos. As varas de tubos são ligadas uma às outras por meio de luva ou de uniões, semelhante às peças usadas nas ligações rosqueadas. Os tubos são soldados nas luvas ou uniõescom um único cordão externo de solda em ângulo. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES SOLDADAS – SOLDA DE ENCAIXE As varas de tubos são ligadas uma às outras por meio de luva ou de uniões, semelhante às peças usadas nas ligações rosqueadas. Os tubos são soldados nas luvas ou uniões com um único cordão externo de solda em ângulo. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES FLAGEADAS: É composta de dois flanges, um jogo de parafusos ou estojos com porca e uma junta de vedação. Como regra geral, deve-se utilizar o menor número possível por ser ponto de possível vazamento e devido ao seu custo. Os flanges podem ser integrais com o tubo, ou independentes, soldados ou rosqueados ao tubo. A série padronizada de flanges é definida pela norma ASME B.16.5. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES FLAGEADAS: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES FLAGEADAS: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÕES FLAGEADAS: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange integral: São utilizados apenas em alguns casos raros de tubulações de ferro fundido ou de alguns plásticos laminados, sempre para diâmetros de 2”, ou maiores. É o tipo mais antigo de flange e também o que é proporcionalmente o mais resistente. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange integral: É o tipo mais antigo de flange e também o que é proporcionalmente o mais resistente. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange de pescoço: É o mais utilizado para quaisquer pressões e temperaturas, para diâmetros de 2”, ou maiores. De todos os flanges não integrais é o mais resistente, com melhor transmissão de esforços do flange para o tubo. A montagem é mais cara devido necessidade de Chanfros para solda. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange de pescoço: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange sobreposto: É mais barato e mais fácil de instalar, porque a ponta do tubo encaixa no flange, facilitando o alinhamento. O flange é ligado ao tubo por duas soldas em ângulo, uma interna e outra externa. Só pode ser utilizado para tubulações em serviços não severos, porque o aperto admissível é bem menor. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange sobreposto: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange rosqueado: são usados apenas para tubulações de metais não-soldáveis e para algumas tubulações de materiais não metálicos. A norma ASME B.31.3. recomenda que sejam feitas soldas de vedação entre o flange e o tubo, quando em serviços perigosos. O aperto permissível com esses flanges é pequeno. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange rosqueado: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange de encaixe: É semelhante ao sobreposto, porém é mais resistente e tem um encaixe completo para a ponta do tubo, dispensando a solda interna. É usado na maioria das tubulações de qualquer tipo de aço, em pequeno diâmetro, até 1 ½”. Devido à descontinuidade interna não se recomendam para serviços com corrosão em frestas. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange de encaixe: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange solto: não ficam presos à tubulação, e sim soltos, capazes de deslizar livremente sobre o tubo. A vantagem desses flanges é o fato de ficarem completamente fora do contato com o fluido circulante. A resistência mecânica desses flanges é bem inferior aos demais apresentados. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange solto: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Flange cego: são flanges fechados em forma de disco, utilizados para extremidades de linhas ou fechamento de bocais flangeados. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS TIPOS DE FLANGES: Resumo: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face com ressalto: é o tipo de face mais comum para flanges de aço, aplicável a quaisquer condições de pressão e temperatura. O ressalto tem 2,0mm de altura para as classes de pressão 150# e 300#(*), e 7mm de altura para as classes de pressão mais elevadas. (*) 150# e 300# são classes de pressão (ratings) FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face com ressalto: A seleção entre os diversos tipos de superfície do ressalto depende basicamente do tipo de junta adotada e do serviço. FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS plana: é o faceamento usual nos flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis, como o plástico, por exemplo. O aperto da junta é muito inferior ao obtido em igualdade de condições com a face anterior. FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS plana: é o faceamento usual nos flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis, como o plástico, por exemplo. O aperto da junta é muito inferior ao obtido em igualdade de condições com a face anterior. FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS plana: Os flanges de face plana podem ter o acabamento de face lisa ou ranhurada. O acabamento mais comum são as ranhuras espiraladas, para juntas não metálicas. FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS plana: Os flanges de face plana podem ter o acabamento de face lisa ou ranhurada. O acabamento mais comum são as ranhuras espiraladas, para juntas não metálicas. FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face para junta anel: é usado em flanges de aço para serviços severos, de altas pressões e temperaturas, como por exemplo, vapor, HC. FACEAMENTO DOS FLANGES: A face desses flanges tem um rasgo circular profundo de seção trapezoidal, onde se encaixa uma junta em forma de anel metálico. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face para junta anel: FACEAMENTO DOS FLANGES: A dureza da face dos fanges deve ser sempre superior à do anel metálico da junta, recomendando- se para aço carbono dureza 120 Brinell. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face de macho e fêmea: Bem mais raros do que os anteriores, são usados para serviços especiais com fluidos corrosivos. FACEAMENTO DOS FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face de macho e fêmea: FACEAMENTO DOS FLANGES: Com esses tipos de faceamentos, os flanges que acoplam entre si são diferentes um do outro. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS Face de flange com virola: Aplica-se somente aos flanges soltos, que trabalham junto com uma virola. FACEAMENTO DOS FLANGES: A face do flange deve ter a borda interna arredondada e não precisa ter acabamento fino, porque o assentamento da junta de vedação fica na face da virola. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: Idealmente todos os flanges deveriam ser de construção forjada. Devido ao alto custo e à dificuldade de obtenção no Brasil de forjados grandes, podem-se permitir outras alternativas para os flanges de 10 a 12”, ou maiores, tais como flanges de pescoço e sem pescoço. O emprego de flanges de aço fundido é desaconselhável para quaisquer tubulações. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: exemplo de fabricação por forjamento (biela automotiva): MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: Exemplo de flange sendo forjada: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: Exemplo de flange forjada: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: Para flanges de aço forjado, são as seguintes as principais especificações de material da ASTM: A-181:flanges forjados de aço-carbono para uso geral. A-105: idem, de aço-carbono acalmado com Si, para temperaturas elevadas. A-182: idem, de aços-liga Mo, Cr-Mo e de aços inoxidáveis. A-350: idem, de aço-carbono e de aços-liga Ni para baixas temperaturas. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: Os flanges são sempre designados pelo diâmetro nominal do tubo a que se destinam. Ex. um flange de 8” significa um flange apropriado para tubo de 8” de diâmetro nominal. Essa mesma observação aplica-se a todos os demais acessórios e componentes de tubulações. A norma dimensional de uso mais generalizado aqui no Brasil é a ASME B.16.5, que abrange flanges de aço forjado, de todos os tipos, nos diâmetros nominais até 24”. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: A norma ASME B.16.5 define sete séries de flanges, denominadas de “classe de pressão” e designadas pelo números adimensionais 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#. Essas sete classes de pressão nominal abrangem todos os tipos de flanges, desde o diâmetro nominal ½” até 24”, com algumas exceções. Para cada uma dessas classes de pressão tem-se, para cada material, uma curva de interdependência entra a pressão admissível e temperatura. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: A norma B.16.5 estabelece, para cada diâmetro nominal e cada classe de pressão, todas as dimensões dos flanges. Desta forma, todos os flanges de mesmo diâmetro nominal e mesma classe de pressão terão suas dimensões iguais e se adaptarão ao mesmo tubo. Terão, entretanto, pressões admissíveis diferentes para a mesma temperatura, se forem de materiais diferentes. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO: Na prática, em cada caso, a seleção do flange normalizado adequado a cada aplicação é feita simplesmente pela consulta a essas curvas da normas, em função do material do flange e da temperatura e pressão de projeto da tubulação. Os flanges do tipo anel não são normalizados por nenhuma norma e terão de ser calculados especialmente em cada caso. No Brasil fabricam-se flanges de aço de acordo com a norma ASME B.16.5 de 1” até 24”, nas classes 150# até 2500#. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: Quando em serviço, a junta está submetida a uma forte compressão provocada pelo aperto dos parafusos, e também a um esforço de cisalhamento, devido à pressão interna do fluido circulante. Para que não haja vazamento através da junta é necessário que a pressão exercida pelos parafusos seja bem superior à pressão interna do fluido. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: Cargas de união flangeadas: � Força Radial: É originada pela pressão interna e tende a expulsar a junta. � Força de separação: É também originada pela pressão interna e tende a deparar os flanges � Força dos parafusos: É a força total exercida pelo aperto dos parafusos � Carga do flange: É a força que comprime os flanges contra a junta. Inicialmente é igual a força dos parafusos, após a pressurização do sistema é igual a força dos parafusos menos a força de separação MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: A junta também deverá ser suficientemente deformável e elástica para se moldar às irregularidades das superfícies dos flanges, garantindo a vedação. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: O material das juntas deverá ainda resistir à ação corrosiva do fluido, bem como a toda faixa possível de variação de temperaturas. Com flanges de face com ressalto usam-se juntas planas em forma de coroa circular, cobrindo apenas o ressalto dos flanges, por dentro dos parafusos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: As juntas para flanges de face plana cobrem a face completa dos flanges, inclusive a furação dos parafusos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: Para os flanges de face tipo macho e fêmea, as juntas são em forma de coroa circular estreita, encaixando-se no fundo da ranhura. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: Com os flanges de face para junta anel usam-se juntas de anel metálico maciço, geralmente de seção oval, que se encaixam nos rasgos circulares dos flanges. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES: As juntas para flanges podem ser não-metálicas, semimetálicas ou metálicas. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES (materiais): � BORRACHA NATURAL � BORRACHAS SINTÉTICAS � PAPELÕES HIDRÁULICOS (FIBRA ARAMIDA) � MATERIAIS PLÁSTICOS � JUNTAS METÁLICAS FOLHEADAS ou EM ESPIRAL (MISTA) � JUNTAS METÁLICAS MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS PARA FLANGES (materiais): MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS NÃO METÁLICAS: � Borracha natural: usada para água, ar, condensado até 60°°°°C. � Borrachas sintéticas: usadas para óleos até 80°°°°C. � Materiais plásticos: usados para fluidos corrosivos em baixas pressões e temperatura ambiente. � Papelão hidráulico: é um nome genérico para designar diversas classes de juntas de amianto comprimido grafitado com um material aglutinante. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS SEMIMETÁLICAS: São constituídas de uma lâmina metálica, torcida em espiral, com enchimento de amianto entra cada volta. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS SEMIMETÁLICAS: As juntas semimetálicas em espiral, que são notáveis pela sua excelente elasticidade, costumam ter um dispositivo de centralização para facilitar o correto posicionamento dos flanges. Para emprego com essas juntas, recomenda-se o acabamento liso para a face dos flanges, com rugosidade máxima de 0,003 mm (125 RMS). MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS JUNTAS METÁLICAS: � Juntas metálicas folheadas: são juntas com uma capa metálica, plana ou corrugada e enchimento de amianto; a espessura da junta é de 2 a 3mm. � Juntas metálicas maciças: são juntas metálicas com faces planas ou ranhuradas. Usam-se essas juntas com flanges de face com ressalto e de macho e fêmea. � Juntas metálicas de anel: são anéis metálicos maciços de seção ovalada ou octogonal. As dimensões do anel, que variam com o diâmetro e com a classe de pressão nominal do flange, estão padronizadas na norma ASME B.16.20. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS PARAFUSOS E ESTOJOS DE FLANGES: Para a ligação de um flange no outro e aperto da junta, empregam-se dois tipos de parafusos: � Parafusos de máquina. � estojos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS PARAFUSOS PARA FLANGES: � São parafusos cilíndricos com a cabeça integral sextavada ou quadrada. � A parte rosqueada nunca abrange todo o corpo do parafuso. � As dimensões do parafuso estão padronizadas na norma ASME B.18.2 e as dimensões dos filetes de rosca na norma ASME B.1.20.1. � São designados pelo comprimento e pelo diâmetro nominal da rosca. � A norma ASME B.31.3 permite o uso de parafusos de máquina de aço-carbono, para flanges até 300#. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS ESTOJOS PARA FLANGES: � São barras cilíndricas rosqueadas com porcas e contraporcas independentes; � A parte rosqueada pode ou não abranger todo o comprimento; � Permitem melhor aperto do que os parafusos de máquina, porque a parte mais fraca desse parafusos é justamente a ligação do corpo com a cabeça. � Os filetes de rosca dos estojos devem ser obtidos por rolamento e não por corte (usinagem). � São designados pelo comprimento total e pelo diâmetro nominal da rosca. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS PARAFUSO E ESTOJOS PARA FLANGES: O aperto dos parafusos de uma ligaçãoflangeada traciona os parafusos, comprime a junta, e introduz esforços de flexão nos flanges. As normas fixam limites para a tensão de escoamento do aço dos parafusos, para uso com flanges de materiais de fraca resistência, como o ferro fundido, por exemplo. No aperto dos parafusos distingue-se o aperto inicial e o aperto residual. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS PARAFUSO E ESTOJOS PARA FLANGES: APERTO INICIAL: Tem a finalidade de adaptar as juntas às faces do flange, amoldando-a às imperfeições. Valores do Aperto Inicial: • Juntas de Borracha de 2,5 a 4 MPa • Juntas de Papelão Hidráulico de 8 a 12 MPa • Juntas Metálicas de 20 a 40 MPa MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS PARAFUSO E ESTOJOS PARA FLANGES: APERTO RESIDUAL – Tem o objetivo de combater o efeito da pressão interna (Pi) na tubulação tendendo a separar os flanges. (Valor do Aperto Residual 1,5 a 2 vezes Pi) APERTO FINAL – Para compensar os efeitos de dilatações devido a variações de temperatura MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS PARAFUSO E ESTOJOS PARA FLANGES: Quando se tratar de estojo, as porcas devem ficar preferencialmente a igual distância das extremidades, deixando passar para cada lado pelo menos um fio de rosca, mas não mais que a metade da extensão da porca. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÃO PONTA E BOLSA: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÃO PONTA E BOLSA: São utilizadas em: � Tubulações de Ferro Fundido; � Tubulações de Barro Vidrado e Cimento Amianto; � Tubulações de Concreto; � Tubulações de Materiais Plásticos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÃO PONTA E BOLSA: A ponta lisa de um tubo encaixa-se dentro da bolsa do outro tubo, no interior da qual se coloca o elemento de vedação que servirá para dar estanqueidade ao conjunto. O elemento vedante deve ser elástico, ou ter perfeita aderência ao tubo. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÃO PONTA E BOLSA: Elemento de vedação usados conforme material: Tubos de ferro fundido: Anéis retentores de borracha ou de materiais plásticos, que se alojam com pequena pressão em um encaixe por dentro da bolsa. Tubos de concreto ou de cimento-amianto: Argamassa de cimento com anéis de borracha. Tubos de barro vidrado: Argamassa de cimento. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÃO PONTA E BOLSA: MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS LIGAÇÃO PONTA E BOLSA: LIGAÇÕES CORRENTES AO LONGO DA TUBULAÇÃO SERVIÇOS NÃO- SEVEROS DIÂMETRO ATÉ 4” LIGAÇÕES ROSQUEADAS COM LUVAS DIÂMETRO DE 6” ou MAIORES LIGAÇÕES DE SOLDA DE TOPO SERVIÇOS SEVEROS DIÂMETRO ATÉ 1½” LIGAÇÕES DE SOLDA DE ENCAIXE COM LUVAS DIÂMETRO DE 2” ou MAIORES LIGAÇÕES DE SOLDA DE TOPO LIGAÇÕES NOS EXTREMOS DA TUBULAÇÃO ou ONDE FOR EXIGIDA FACILIDADE DE DESMONTAR SERVIÇOS NÃO- SEVEROS DIÂMETRO ATÉ 4” LIGAÇÕES ROSQUEADAS COM UNIÕES DIÂMETRO DE 6” ou MAIORES LIGAÇÕES FLANGEADAS COM FLANGES ROSQUEADOS ou SOBREPOSTOS SERVIÇOS SEVEROS DIÂMETRO ATÉ 1½” LIGAÇÕES DE SOLDA DE ENCAIXE COM FLANGES DE ENCAIXE DIÂMETRO DE 2” ou MAIORES LIGAÇÕES FLANGEADAS COM FLANGES DE PESCOÇO MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS OUTROS MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS: � Ligações para tubos de plásticos; � reforçados com fibras de vidro (tubos FRP); � Ligações de compressão; � Ligações patenteadas diversas; � Ligações em tubos com revestimentos; � internos anticorrosivos. MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS OUTROS MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS: LIGAÇÕES PARA TUBOS DE PLÁSTICOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE VIDRO (TUBOS FRP). MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS OUTROS MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS: LIGAÇÕES POR COMPRESSÃO MEIOS DE LIGAÇÕES DE TUBOS OUTROS MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS: LIGAÇÕES PATENTEADAS DIVERSAS
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