4 Equipamentos e Instrumentação Equipamentos estáticos 2

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Equipamentos e Instrumentação Aplicada
Equipamentos Estáticos
Superior de Tecnologia em Petróleo e Gás
Professora – Mariana Lima Acioli Murari
Monitora – Suellen Santos de Santana
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São utilizados para desenvolver basicamente:
Acondicionamento de materiais;
Condução de fluidos;
Transformações fisioquímicas;
Aquecimento de fluidos;
Resfriamento de fluidos. 
Introdução
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TUBULAÇÕES
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São condutos fechados destinados ao transporte de fluidos. 
Possuem tubos de tamanhos padronizados;
Usado para transporte de todos os fluidos (materiais pastosos, líquidos e gasosos). 
Na prática: 
Condutos rígidos são chamados de tubos;
Condutos flexíveis são chamados de mangueiras, ou mangotes.
Tubulações
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Os tubos podem ser classificados em:
Metálicos 
Metálicos ferrosos:
Aço carbono, aço liga, aço inoxidável, ferro fundido e ferro forjado.
Metálicos não ferrosos:
Cobre e ligas de cobre, alumínio, chumbo, níquel, entre outros. 
Não metálicos
Cimento-amianto, PVC, borracha, concreto, vidro, plástico, entre outros.
Classificação dos tubos
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Aço carbono
Usados para transferir hidrocarbonetos, vapor, água, entre outros. 
Limitações:
Produtos químicos corrosivos;
Fator temperatura.
Principais tipos de tubos
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Aço-liga e aço inoxidável
Usados serviços especiais (fluidos corrosivos, fluidos à altas temperaturas, entre outros). 
Elementos de liga mais usados:
Cr e Mo – para altas temperaturas;
Ni – para baixas temperaturas.
Materiais metálicos não ferrosos
Usados geralmente para fins específicos (pequenos diâmetros).
Ar de instrumento, tubos de permutador, entre outros.
Principais tipos de tubos
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Os tubos são identificados por um número chamado diâmetro nominal (DN). 
De DN 1/8” até 12”:
Não corresponde a nenhuma dimensão física nos tubos;
De DN 14” até 36”:
O DN coincide com o D. Ext. (diâmetro externo) dos tubos.
Diâmetros comerciais
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Para cada DN fabricam-se tubos com várias espessuras de parede, chamada de Schedule (Sch). 
Maior o Sch, maior a espessura da parede.
Espessuras de paredes dos tubos
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São usados para conectar tubos, válvulas e outros acessórios e equipamentos. 
Eles também servem para mudar a direção, variar o diâmetro da tubulação, interromper ligações, entre outros. 
Acessórios/ligações
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Classificam conforme a sua função. 
Para mudar a direção usa-se:
 Curvas de raio longo (45°, 90°);
Curvas de raio curto (45°, 90°);
Joelhos (45°, 90°).
Acessórios/ligações - Classificação
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Para derivação usa-se:
T normal;
Selas;
Cruzetas.
Acessórios/ligações - Classificação
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Para variar o diâmetro usa-se:
Redução concêntrica;
Redução excêntrica.
Acessórios/ligações - Classificação
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Para ligações de tubos entre si usa-se:
Luvas;
Uniões;
Flanges.
Acessórios/ligações - Classificação
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Para fechar a extremidade de um tubo usa-se:
CAP;
Bujões;
Flanges cegos.
Acessórios/ligações - Classificação
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Para isolar trechos de tubulações e equipamentos usa-se:
Raquetes;
Figuras-oito.
Acessórios/ligações - Classificação
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TROCADORES DE CALOR
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São equipamentos onde dois fluidos com temperatura diferentes trocam calor através de uma interface metálica. 
Na indústria de petróleo: 
Empregado para economizar calor;
Empregado para atender às necessidades de processo.
Trocadores de calor
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Os trocadores de calor podem ter a seguinte classificação:
Aquecimento
Aquecedor: Quando aquece o fluido de processo por meio de vapor de água, ou outro meio.
Classificação dos trocadores de calor
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Refervedor: Quando vaporiza um líquido por meio de vapor d’água, ou outro fluido quente (produto de fundo em torres de destilação).
Classificação dos trocadores de calor
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Gerador de vapor: Quando gera vapor d’água, aproveitando o calor de um líquido quente proveniente do processo.
Classificação dos trocadores de calor
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Resfriamento
Resfriador: Quando resfria fluidos através da utilização de água como meio de resfriamento.
Classificação dos trocadores de calor
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Condensador: Quando condensa um fluido pelo uso de água como fluido refrigerante.
Classificação dos trocadores de calor
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Resfriador a ar: Quando resfria vapores, ou líquidos que passam por feixes de tubos tipo serpentina e usa corrente de ar impulsionada por pás movidas a motor elétrico.
Classificação dos trocadores de calor
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Intercambiadores
Quando há troca de calor entre dois fluidos do processo.
Aquece o fluido por meio do uso de um outro fluido mais quente que se resfria.
Classificação dos trocadores de calor
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Espelhos fixos
Casco;
Carretéis e tampas dos carretéis;
Chicanas; 
Espaçadores;
Feixe tubular.
Tipos dos trocadores de calor
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Considere:
T1 – temperatura de entrada do fluido quente;
T2 – temperatura de saída do fluido quente;
t1 – temperatura de entrada do fluido frio;
t2 – temperatura de saída do fluido frio;
Tipos dos trocadores de calor
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Tampa flutuante
De um lado, o feixe tem espelho fixo entre os flanges do carretel e do casco.
Do outro lado, o espelho flutuante é fixado entre a tampa flutuante e o anel bipartido.
O feixe de tubos pode ser removido;
Permite limpeza mecânica e manutenção do lado externo dos tubos;
Tipos dos trocadores de calor
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Tubos em “U”
Possui um feixe constituído de tubos curvados em forma de “U” e mandrilados ao espelho.
Os tubos podem se mover livremente;
O feixe pode ser removido do casco;
Permite limpeza mecânica e manutenção do lado externo dos tubos;
Tipos dos trocadores de calor
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A escolha do fluido que passa no casco, ou pelos tubos deve atender às melhores condições para o processo, menor custo de construção e fácil manutenção. 
De maneira geral, passam pelos tubo: 
Fluido que exija material mais caro, ou revestimento anticorrosivo;
Água;
Fluido de menor viscosidade, ou que se permita maior perda de carga;
Fluidos de maior pressão;
Fluidos mais sujos, exceto em no caso de feixe tubular “U”;
Fluidos de maior temperatura.
Trocadores de calor – Escolha do fluido
OBS: 
** Quando essas condições forem conflitantes, a precedência deve ser, se possível, seguindo a ordem indicada. 
** Como regra geral, os vapores condensando devem, normalmente, passar pelo casco e vapores d’água condensando deve, normalmente, passar pelos tubos.
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TANQUES
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Os tanques têm fundamental importância para o processamento de petróleo.
São armazenadas as cargas para unidades de processamento e seus derivados;
Usados para estocar insumos para processamento. 
Tanques
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Quanto à função
Tanques de armazenamento
Estoque de produtos de alimentação, produtos derivados e insumos à pressão atmosférica.
Tanques de resíduo
Produtos fora da especificação, ou provenientes de operações indevidas.
Tanques de mistura
Para obtenção de misturas de produtos.
Ex: Tanques de gasolina, tanques de soluções cáusticas.
Classificação dos tanques
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Classificação dos tanques
Quanto ao tipo de teto
Teto fixo
Possuem uma estrutura de sustentação do teto que varia em função do tamanho do mesmo.
Teto flutuante
São utilizados para armazenamento de produtos com frações leves (petróleo, naftas, gasolinas, entre outros).
Evita a formação de espaço com vapor.
O tipo de teto fixo mais utilizado em refinarias de petróleo é o de teto cônico (em forma de um cone voltado para cima com o vértice no centro).
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TORRES
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Servem para separar ou absorver componentes de misturas homogêneas.
Separação: Feita por destilação (torre de destilação);
Absorção: Feita em torres absorvedoras, para separar produtos corrosivos, ou indesejáveis no produto final.
Extrativas;
Retificadoras;
Fracionadoras, entre outras.
Torres
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Principais classes de tipos de torres
Torres de pratos, ou bandejas:
Estoque de produtos de alimentação, produtos derivados e insumos à pressão atmosférica.
Tipos das torres
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Tipos das torres
Torres recheadas:
Produtos fora da especificação, ou provenientes de operações indevidas.
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FORNOS
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Nas plantas de processo de petróleo, os fornos tubulares tem a finalidade de fornecer calor pela queima de combustíveis e transmitir ao fluido que circula numa serpentina de tubos.
Fornos: Fornece calor para grandes vazões de fluidos a altas temperaturas;
Fornos reatores: Fornecer calor para reações químicas;
75 a 80% da energia consumida por uma unidade média é obtida pela queima de derivados combustíveis nos fornos e caldeiras.
Fornos
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Fornos de aquecimento
Pré-aquecedores de carga de torres fracionadas;
Refervedores de torres fracionadas;
Aquecedores de carga de reatores.
Classificação dos fornos
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Fornos reatores
Reformadores para unidades de H2 e NH3;
Fornos de pirólise;
Tipos dos fornos
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Têm as seguintes funções:
Isolar a câmara de combustão do elementos estruturais;
Irradiar o calor não absorvido pelos tubos para dentro da câmara;
Evitar perdas de calor para o exterior;
Evitar que os gases de combustão formem ácidos corrosivos.
Refratários
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CALDEIRAS
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É um trocador de calor que tem a finalidade de produzir vapor a partir de um fluido vaporizante e energia térmica.
A energia térmica pode ser obtida:
Queima de combustível sólido:
Combustível líquido;
Combustível gasoso;
Resistências elétricas;
Usinas termonucleares utilizam a fissão do urânio 235.
Caldeiras
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Classificação das caldeiras
Existem duas classes de geradores de vapor.
Flamotubulares (tubos de fogo)
Os gases quentes provenientes da combustão passam no interior dos tubos, externamente, fica a água.
Pressão limitada a 15 atm;
Pequena taxa de vaporização.
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Aquatubulares (tubos de água)
As chamas e os gases de combustão envolvem os tubos, circula água internamente nos tubos.
Podem produzir grande quantidade de vapor;
Presssões na ordem de 2000 t. 
Classificação das caldeiras
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PURGADORES
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São equipamentos utilizados para eliminar condensados das tubulações que transportam vapor ou ar comprimido.
Condensado em tubulações de vapor:
Perda de calor para o meio ambiente;
Arraste de gotículas;
Em trechos de tubulação fria;
Em trechos de tubulações bloqueadas.
Condensado em tubulações de ar comprimido:
Condensação da umidade do ar;
Arraste do óleo de lubrificação dos compressores.
Purgadores
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Remoção do condensado nas linhas de vapor
Conservar a energia do vapor;
Evitar vibrações e martelos hidráulicos nas tubulações;
Reduzir efeitos de corrosão.
Purgadores
Remoção do condensado nas linhas de ar comprimido
Reduzir danos aos instrumentos;
Minimizar perdas nos processos que o ar é utilizado.
Remove-se o condensado das linhas de ar comprimido, porque os arrastes de óleo ou água danificam os instrumentos e prejudicam o processo em que o ar é utilizado.
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Purgadores mecânicos
De bóia;
De panela invertida.
Classificação dos purgadores
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Classificação dos purgadores
Purgadores termostáticos
De expansão metálica;
De expansão líquida;
De expansão balanceada (fole);
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Classificação dos purgadores
Purgadores especiais
Termodinâmicos;
De impulso.
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Tabela comparativa para purgadores
O quadro seguinte apresenta um resumo comparativo das principais características dos tipos mais importantes de purgadores de vapor.
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Bibliografia
MUSTAFA, G. S. Equipamentos de Troca Térmica: Trocadores de Calor. Volume 1, Ed. 1. Salvador, 2010.
REIS, Carlos V.; COSTACURTA, Rui Fernando. Equipamentos Estáticos. Paraná, 2002 (Apostila).
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