Curso de Tubulações Industriais

Prévia do material em texto

CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 1 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
 
 
 
 
 
 
Módulo I 
 
Aula 01 - Tubos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rev.A 
 
 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 2 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
 
 
Esta apostila tem por objetivo instruir os alunos, de forma prática e objetiva, a fim de obter 
conhecimentos na área de tubulação industrial. 
Tem o intuito de ensiná-los a escolher, definir e especificar corretamente os materiais e normas 
para a execução dos projetos ligados à área química, petroquímica, alimentícia, etc. 
Também a instruí-los quanto à execução de desenhos de fluxogramas, plantas, isométricos, 
equipamentos e suportes de tubulações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 3 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
SUMÁRIO: 
 
 
1. Definição 
2. Materiais 
2.1. Características Principais dos Materiais para Tubos 
2.1.1. Aço Carbono 
2.1.2. Ferro Fundido 
2.1.3. Aços-Liga Inoxidáveis 
2.1.4. Aços-Liga 
2.1.5. Aços-Inoxidáveis 
2.1.6. Metais Não Ferrosos 
2.1.7. Cobres e suas Ligas 
2.1.8. Alumínio e suas Ligas 
2.1.9. Chumbo 
2.1.10. Níquel e suas Ligas 
2.1.11. Titânio, Zircônio e suas Ligas 
2.1.12. Não Metálicos 
2.1.13. Aço com Revestimento Interno 
 
3. Processo de Fabricação de Tubos 
3.1. Tubos Sem Costura 
3.2. Tubos Com Costura 
 
4. Ligações 
5. Extremidades 
6. Espessuras de Paredes 
7. Dimensional 
8. Normalização 
9. Referências Bibliográficas 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 4 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
1. DEFINIÇÃO: 
 
 
Tubo de Condução - são elementos vazados, normalmente de forma cilíndrica e seção constante, com 
garantia de estanqueidade e resistência à pressões internas ou externas, utilizadas como condutores de 
materiais sólidos (granulados ou particulados), líquidos, pastosos ou gasosos. Utilizados nas indústrias 
de produção de petróleo e gás natural, bem como em refinarias e indústrias químicas e petroquímicas, 
nos gasodutos e nas redes de gás, nos produtos derivados do petróleo, nas farmacêuticas, nas 
alimentícias, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 5 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
2. MATERIAIS: 
 
Há uma grande variedade de materiais para fabricação de tubos. Abaixo estão alguns dos principais 
mais usados: 
 Fatores que influenciam na seleção da escolha do material: 
 
¾ Tipo de fluído; 
¾ Resistência ao escoamento do fluído; 
¾ Estrutural; 
¾ Custo e facilidade para instalação, 
¾ Condições de temperatura e de pressão; 
¾ Resistência à corrosão; 
¾ Durabilidade; 
¾ Disponibilidade do material. 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 6 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
2.1. Características Principais dos Materiais 
 
2.1.1. Tubos de Aço Carbono 
Liga ferro-carbono contendo geralmente de 0,05% até cerca de 2,0% de carbono (C), 
além de certos elementos residuais, como o manganês (Mn), o silício (Si), o fósforo (P) 
e o enxofre (S) resultantes dos processos de fabricação. 
As principais características do aço carbono são: baixo custo, excelentes qualidades 
mecânicas, fácil de soldar e de conformar. É o “material de uso geral” em tubulações 
industriais. 
Nas indústrias de processamento, mais de 80% dos tubos são de aço-carbono, devido 
suas características. 
 
 
 
2.1.2. Tubos de Ferro Fundido 
São usados para água, gás, água salgada e esgotos, em serviços de baixa pressão, 
temperatura ambiente e sem grandes esforços mecânicos. 
Ótima resistência à corrosão do solo. 
São padronizados pelo diâmetro externo de 2” a 48” com as extremidades: Lisas, Flange 
Integral ou Ponta e Bolsa. 
Seguem as normas EB-43 e P-EB-137 DA ABNT e são testados para pressões de até 3 
mpa (≅ 30 kgf/cm2) 
Ferro fundido nodular com adição de Si, Cr ou Ni, aumenta a resistência mecânica. 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 7 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
2.1.3. Tubos de Aços-Liga e Inoxidáveis 
Aços-ligas são todos os aços que possuem qualquer quantidade de outros elementos, 
além dos que entram na composição dos aços carbonos. 
Os tubos de aços-liga ou de aços inoxidáveis são bem mais caros que os aços-carbono, 
além do que a soldagem, conformação e montagem também são mais difíceis e mais 
caras. 
 
Casos onde se justificam o uso: 
¾ altas temperaturas (acima de 400ºC); 
¾ baixas temperaturas (abaixo de 0ºC); 
¾ alta corrosão; 
¾ não contaminação (alimentícias e farmacêuticas); 
¾ segurança (inflamáveis, tóxicos e explosivos). 
 
 
2.1.4. Tubos de Aços-Liga 
 
Existem duas classes gerais de aços-liga: 
¾ aços-liga molibdênio (Mo) e cromo molibdênio (Cr-Mo); 
¾ os aços-liga níquel (Ni). 
 
As principais especificações da ASTM são: A-333, A-335, A-671 e A-672. 
 
 
Especificação ASTM e grau – Tubos sem Costura 
 
¾ A-335 Gr. P1 
¾ A-335 Gr. P5 
¾ A-335 Gr. P11 
¾ A-335 Gr. P22 
¾ A-33 Gr. 3 
¾ A-33 Gr. 7 
 
 
 
2.1.5. Tubos de Aços-Inoxidáveis 
 
Existem duas classes gerais de aços-inoxidáveis: 
¾ austeníticos (não magnéticos) – AISI 304, 304L, 316, 316L, 321 e 347; 
¾ ferríticos e martensíticos – AISI 405. 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 8 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
 
2.1.6. Tubos de Metais Não-Ferrosos 
De um modo geral são de pouca utilização, devido ao alto custo. 
 
Comparando com o Aço Carbono temos: 
¾ Melhor resistência à corrosão; 
¾ Preço mais elevado; 
¾ Menor resistência mecânica; 
¾ Menor resistência às altas temperaturas; 
¾ Melhor comportamento em baixas temperaturas. 
 
 
2.1.7. Cobre e suas Ligas 
 
Excelente resistência ao ataque: 
¾ Da água, inclusive salgada; 
¾ Dos álcalis e dos ácidos diluídos; 
¾ De muitos compostos orgânicos; 
¾ De numerosos outros fluidos corrosivos. 
 
 
 
Severo efeito de corrosão sob-tensão, quando em contato com: 
¾ Amônia; 
¾ Aminas; 
¾ Compostos Nitrados. 
 
Observações: 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 9 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
o Devido ao alto coeficiente de transmissão de calor são muito empregados em 
serpentinas, como tubos de aquecimento ou refrigeração. 
o Não devem ser empregados para produtos alimentares ou farmacêuticos pelo fato de 
deixarem resíduos tóxicos pela corrosão. 
o Principais especificações ASTM são: Cobre B-88, Latão B-111, Cuproníquel B-466. 
 
 
2.1.8. Alumínio e suas Ligas 
 
Excelente resistência ao contato com: 
¾ A atmosfera; 
¾ A água; 
¾ Muitos compostos orgânicos, inclusive ácidos orgânicos, 
 
 
Observações: 
o A resistência mecânica é muito baixa (a adição de Si, Mg ou Fe melhora a 
resistência mecânica). 
o Devido ao alto coeficiente de transmissão de calor são muito empregados em 
serpentinas, como tubos de aquecimento ou refrigeração. 
o Os resíduos resultantes da corrosão não são tóxicos. 
o Principal especificação é a ASTM B.241 
 
 
2.1.9. Chumbo 
¾ Baixa resistência mecânica; 
¾ Pesado; 
¾ excepcional resistência à corrosão; 
¾ Pode trabalhar com H2SO4 (ácido sulfúrico) em qualquer concentração. 
 
Usado para tubulação de esgoto, sem pressão, tanto predial, quanto industrial. 
 
 
2.1.10. Níquel e suas Ligas 
Apresentam, simultaneamente, excepcional resistência à corrosão, e muito boas 
qualidades mecânicas e de resistência às temperaturas, tanto elevadas como baixas. 
O custo muito elevado desse material, restringe o seu usoa poucos casos especiais. 
 
 
 
 
Principais Tipos: 
¾ Níquel Comercial; 
¾ Metal Monel (67% Ni, 30% Cu); 
¾ Inconel (80% Ni, 20% Cr). 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 10 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
2.1.11. Titânio, Zircônio e suas Ligas 
Materiais com propriedades extraordinárias tanto de resistência à corrosão, como 
resistência às temperaturas e qualidades mecânicas; além disso, o peso específico é cerca 
de 2/3 do peso dos aços. 
A principal desvantagem é o preço extremamente elevado. 
 
 
 
 
2.1.12. Tubos Não-Metálicos 
 
Plásticos (grupo mais importante) 
O uso de tubos de plástico tem aumentado nos últimos anos, principalmente como 
substitutos para os aços inoxidáveis. 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 11 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
Principais vantagens: 
¾ Pouco peso; 
¾ Alta resistência à corrosão; 
¾ Coeficiente de atrito muito baixo; 
¾ Facilidade de fabricação e manuseio; 
¾ Baixa condutividade térmica e elétrica; 
¾ Cor própria e permanente. 
 
 
Principais desvantagens: 
¾ Baixa resistência ao calor; 
¾ Baixa resistência mecânica; 
¾ Pouca estabilidade dimensional; 
¾ Insegurança nas informações técnicas; 
¾ Alto coeficiente de dilatação; 
¾ Alguns plásticos podem ser combustíveis. 
 
Observações: 
o Resistem aos ácidos e álcalis diluídos; 
o Não resistem aos ácidos e álcalis concentrados; 
o A maioria dos plásticos sofre um processo de decomposição lenta, quando expostos 
por muito tempo à luz solar ( ação dos raios U.V.). 
 
 
2.1.13. Tubos de Aço com Revestimento Interno 
Revestimento anti-corrosivo, ou para evitar a contaminação do fluído conduzido. 
 
Finalidades: 
¾ Revestimento anti-abrasivos e anti-erosivos; 
¾ Revestimentos refratários (isolamento térmico interno). 
 
 
Alguns Materiais de Revestimento: 
¾ Concreto; 
¾ Plásticos (teflon, epóxi, fenólicos, etc.); 
¾ Borrachas; 
¾ Grafita; 
¾ Porcelana; 
¾ Asfalto. 
 
 
Observação: 
o Para serviços com alta corrosão, é importante que o revestimento seja absolutamente 
perfeito e contínuo para que não haja um ponto de corrosão localizada, pois o efeito 
poderá ser pior do que se o tubo estivesse sem revestimento. 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 12 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
3. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE TUBOS: 
 
 
 
3.1. Processo de Fabricação: Tubo sem Costura 
 
a) Laminação: 
 
 
 
 
Laminador Oblíquo 
(Mannesmann) 
 
 
Laminadores de Acabamento 
 
Figura 1.1 - livro texto (pág. 04) 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 13 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
b) Extrusão e Fundição 
 
Figura 1.3 - livro texto (pág. 06) 
 
 
3.2. Processo de Fabricação: Tubo com Costura 
 
a) Costura Soldada - Longitudinal e Espiral: 
 
 
Figura 1.4 e 1.5 - livro texto (pág. 07) 
 
b) Tubos Soldados por Resistência Elétrica 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 14 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
4. LIGAÇÕES: 
 
Existem basicamente quatro tipos de ligações de tubos: 
¾ Ligações soldadas; 
¾ Ligações rosqueadas; 
¾ Ligações flangeadas; 
¾ Ligações de ponta e bolsa. 
 
 
5. EXTREMIDADES: 
 
Existem quatro tipos de extremidades: 
¾ Lisa – tubos são simplesmente esquadrejados, permitindo uniões com solda de topo ou solda de 
encaixe, uniões com bolsa e uniões por compressão. 
 
 
 
¾ Com chanfro – tubos com ponta chanfrada têm uso freqüente em uniões com solda de topo. 
 
 
¾ Com rosca – tubos com ponta rosqueada, são muito empregados para tubos galvanizados de ferro 
forjado e de aço. Os tipos de roscas deverão ser cônicas, normalmente NPT, BSP ou 
WHITWORTH (as paredes destes tubos deverão ser grossas – sch 80 e sch160 - face o 
enfraquecimento do tubo pelo rosqueamento). 
 
 
 
¾ Com bolsa – tubos com ponta e bolsa, são usados nas instalações de utilidades (água, esgoto e 
líquidos corrosivos), como os tubos de ferro fundido, cimento amido, pvc e de concreto. 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 15 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
6. ESPESSURAS DE PAREDES: 
 
 
Todos os tubos são designados por um número chamado “diâmetro nominal ips” (iron pipe size) ou 
“bitola nominal”. 
Até 12” o diâmetro nominal não corresponde à nenhuma dimensão física do tubo; a partir de 14” o 
diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos. 
 
 
 
Norma dimensional ABNT 
 
Pela norma ANSI.B.36.10, foram adotadas as “séries” (Schedule Number) para designar a espessura ou 
peso dos tubos. O número de série, é o número obtido aproximadamente pela seguinte expressão: 
 
 
 
 
P= Pressão interna de trabalho em psig 
Série = 
S
P1000 onde: 
 S= Tensão admissível do material em psig 
 
 
 
 
As séries padronizadas por esta norma são: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160, onde a 
espessura da parede cresce proporcionalmente à série (sch). 
Para o mesmo diâmetro nominal, existem várias “séries” diferentes, isto é, várias espessuras diferentes, 
onde os diâmetros internos serão diferentes e os externos serão sempre iguais. 
 
 
Exemplo: 
 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 16 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
 
 
Exemplo de especificação para requisição de tubos: 
 
¾ Diâmetro nominal; 
¾ Espessura da parede ou série (sch); 
¾ Tipo de extremidade (lisa, chanfrada e rosqueada) 
¾ Processo de fabricação (com ou sem costura); 
¾ Especificação do material; 
¾ Tipo de acabamento ou de revestimento; 
¾ Quantidade 
 
 
Observação: 
 
Normalmente indica-se a quantidade total em unidade de comprimento ou em peso. 
 A indicação do comprimento da barra de tubo pode variar em função do processo de fabricação 
(tamanho padrão normalmente de 6 metros). 
 
 
 
Exemplo: 
 
18 metros de tubo, DN 4”, sch 40, pontas chanfradas, sem costura, ASTM-A-106 Gr B, conforme 
ASME B36.10. 
 
 
Interpretação da norma ASTM 
 
 
Exemplo: ASTM-A-106 Gr. B 
 
 
ASTM - AMERICAN SOCIETY TESTING MATERIALS 
 
A – Define o tipo de material, no caso o “A” indica o material ferroso. 
 
106 – Define geralmente a forma de apresentação do material. É o número de ordem de especificações. 
No caso é o tubo e aço carbono sem costura para emprego a alta temperatura. 
 
Gr. B – Define as propriedades dos materiais. 
 
 
 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 17 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
7. DIMENSIONAL 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 18 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
Notas: 
7.1. Esta tabela inclui tubos de todos os tipos de aços: aço-carbono e aços de baixa liga (norma ANSI B.36.10), e 
aços inoxidáveis (norma ANSI B.36.19). 
7.2. A norma ANSI B.36.19 só abrange tubos até o diâmetro nominal de 12”. 
7.3. As designações “Std”, “XS” e “XXS” correspondem às espessuras denominadas “standart”, “extra-forte” e 
“duplo extra-forte” da norma ANSI B.36.10. As designações 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 e 160 são os 
“números de série” (schedule number) dessa mesma norma. As designações 5S, 10S, 20S, 40S e 80S são da 
norma ANSI B.36.19 para os tubos de aços inoxidáveis. 
7.4. As espessuras em mm indicadas na tabela são os valores nominais, as espessuras mínimas correspondentes 
dependerão das tolerâncias de fabricação, que variam com o processo de fabricação do tubo. Para tubos sem 
costura a tolerância usual é ± 12,5% do valor nominal. 
7.5. Nesta tabela estão omitidos alguns diâmetros e espessuras não usuais na prática. Para a tabela completa, 
contendo todos os diâmetros de espessuras, consulteas normas ANSI B.36.10 e ANSI B.36.19. 
7.6. Os pesos indicados nesta tabela correspondem aos tubos de aço-carbono ou de aços de baixa liga. Os tubos 
de aços inoxidáveis ferríticos pesam 5% menos, e os inoxidáveis austeníticos cerca de 2% mais. 
7.7. Esses mesmos números apresentam também a vazão em l/seg. para a velocidade de 1m/seg. 
 
 
Anexo I – livro de tabelas (pág. 18 e 19) 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 19 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
 
 
8. NORMALIZAÇÃO 
 
Norma ANSI.B.31 – AMERICAN NATIONAL STANDARD CODE FOR PRESSURE PIPING 
(Norma Norte-Americana, para tubulações pressurizadas). 
 
 
Principais Especificações Técnicas para Tubos: 
 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 20 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
ASTM – American Society for Testing and Materials 
 
 
 
DIN – Deutsches Institut für Normung 
 
 
 
API - American Petroleum Institute 
 
 
 
AWWA American Water Works Association 
 
 
CURSO DE TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 21 
 
Profº Jose Aparecido de Almeida 
 
 
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 
 
TELLES, Pedro Carlos Silva, Tubulações Industriais: Materiais, Projetos e Montagens. 6.ed. São 
Paulo: LTC, 1982. 252p. 
 
 
TELLES, Pedro Carlos Silva; BARROS, Darcy G. de Paula, Tabelas e gráficos para Projetos de 
tubulações. 6.ed. Rio de Janeiro: Interciência, 1992. 191p. 
 
 
 
Catálogos de Fabricantes: 
 
¾ Ciwal Válvulas; 
¾ Conexões Tupy; 
¾ Ermeto; 
¾ Flacon; 
¾ Flaminas; 
¾ Sfay-Filtros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Estas referências correspondem às quatro primeiras aulas do curso “Tubulações Industriais”.