normas e materiais de tubulações 21.03.19

Prévia do material em texto

Instalações Industriais
Normas
e
Materias 
Breve cronologia do surgimento das Normas
1880 - ASME (American Society of Mechanical Engineers)
1898 - ASTM (American Society for Testing and Materials)
1901 - BSI (British Standards Institution)
1917 - DIN (Deutsches Institut für Normung)
1918 - ANSI (American National Standard Institute)
1919 - AWS (American Welding Society)
1940 - ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
1947 - ISO (International Organization for standartization)
ANSI.B.31 - American Standard Code for Pressure Piping
Trata de tubulações de pressão 
Obs. Antiga ASA B 31 e USAS B 31
TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS 
E ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES
NORMAS TÉCNICAS E PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Algumas das normas mais usuais:
 ANSI – American National Standard Institute 
ANSI.B.31.3
Normas gerais de tubulações de refinaria, terminais, instalações de 
processamento, armazenamento e carregamento de produtos de 
petróleo
A ANSI. B 31 atende a um a ampla classe de tubulações de pressão.
Entre outros aspectos enfoca:
Cálculo de espessura, flexibilidade, acessórios, fabricação
montagem, inspeção e teste.
Na edição de 1955 estava subdividida em sete seções :
Seção 1 - Tubos para geração de vapor
Ar e gasesSeção 2 -
Seção 3 - Refinaria (tubulações em geral para processamento,
armazenamento, carregamento e oleodutos)
Seção 4 - Vapor e água quente
Seção 5 - Refrigeração
Seção 6 - Suportes, meios de ligações/fixação, detalhes de projeto,
expansão e flexibilidade, ligações soldadas (procedimentos,
qualificação e inspeção).
Seção 7 - Materiais, especificações e identificação.
Obs. Em 1959, as seções 1, 2 e 5 geraram após reestruturação , as
normas ANSI, B.31.1. B.31.2 e B.31.5 respectivamente. A seção 3
passou a ANSI B.31.3 (Petroleum Refinery Piping) e ANSI B.31.4
(Oil Transportation Piping).
A seção 6 foi extinta, sendo seus itens distribuídos em outras
seções.
Três outras normas foram então criadas:
 ANSI B. 31. 7. Tubulações em Centrais Nucleares e, 
 ANSI b.31.8 (Gas Transportation and Distribution Piping)
 ANSI B.31.6 (Chemical Industrial Process Piping)- voltadas para 
as Indústrias Químicas e de Processos.
Obs. A Norma ANSI B-31.3, (Petroleum Refinary Piping) é um
desdobramento da Seção 3
Outro desdobramento da Seção 3 gerou a ANSI B 31.4 Oil
Transportation Pipe - trata de tubulações de óleo e naftas fora das
refinarias, terminais, etc.
 ASTM (American Society for Testing and Materials)
P/ tubos, válvulas, acessórios, parafusos, juntas, materiais de
isolamento, etc..
Outras, 
 API 5L ... Tubos de aço carbono c/ e s/ costura (média qualidade)
 API 5LX Tubos de alta resistência
 ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
 ISO/R13.... Tubo ferro fundido
 ISO/R51 .. Tubo de aço p/ transporte de combustíveis líquidos
 DIN (Deutscher Institur fur Normung)... Tubos, válvulas e 
acessórios
 ASME (American Society of Mechanical Engineers)
Power Boilers - Seção I - P/ tubulações de geração de vapor 
Obs. A Norma ANSI é de uso corrente e talvez a mais importante pela 
abrangência.
Especificação de Materiais
TUBOS – PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
TUBOS SEM COSTURA
Processos de Fabricação: 
Laminação, Extrusão, Fundição, Forjados.
Laminação
Etapas: Laminação (formação do tubo)
Desempeno por rolos
Calibradores
Alisamento (mandrilamento)
Especificação para Tubos: 
Deve constar:
Material de construção, processo de fabricação, espessura x diâmetro,
sistemas de ligação.
 Fundição
Extrusão
A etapa de extrusão consta de: matriz, mandril e êmbolo, 
temperatura ≈ de 1200º C.
1ª fase – tubo curto e grosso
2ª fase - laminação e desempeno
Vazado dentro de moldes (material no estado líquido)
Tubos de ferro fundido, vidro, porcelana, cimento, borracha, PVC...
Pode-se usar o processo centrífugo.
Para tubos de parede grossa ( p/ pressões muito elevadas).
O lingote é furado a frio, e o pré-tubo conformado sob
aquecimento e recebe pancadas contra o madril até atingir
a espessura desejada.
 Forjado
 Solda de topo ou solda sobreposta (em relação as bordas)
 Solda longitudinal ou solda radial (conformação)
Tipos de solda:
 Solda elétrica (Arco protegido, adição de metal do eletrodo).
 Arco submerso ou 
 Com gás inerte
 Resistência elétrica
Obs.* Tubos de diâmetros maiores que 12” e a partir de 4”.
TUBOS COM COSTURA*
Disposição da solda
Solda radial
Solda em espiral
ASTM A- 106 (alta qualidade) 
S/ costura 
Ø nominal - 1/8 “ a 24 “
Acalmado* (Si até 0,1% ), (uso para temperatura elevada)
* remoção de bolhas de H2
MATERIAIS PARA TUBULAÇÕES
ALGUNS MATERIAIS TÍPICOS DE TUBULAÇÕES
 AÇO CARBONO
Características: baixo custo, fácil soldagem.
Tipos : 
 Galvanizado (Zn) 
 Preto
Temperatura de operação: de - 40ºC a 450ºC serviço contínuo 
(ANSI B 31) 
Tipos: (Alguns mais usuais): 
Grau B - médio até 0.30%, Mn, 0,29%, Si 0,1%,
Grau C - alto até 0,35%, uso até 200º C, 
41 kgf/mm2
48 kgf/mm2
Grau A *- baixo carbono até 0,25% p/ Temp. > 400º C, Mn 0,27%,
Aço carbono
(encurvamento) *
34 kgf/mm2
 ASTM A-333. Tubos sem costura recomendados para baixas
temperaturas (refrigeração). 0,3% de C e 0,4 a 1% de Mn. Outros
elementos de composição: S de 1 a 1,5 % resistência à oxidação.
Associados ou não a outros elementos, ainda que em baixo percentual,
Ni, Cr, ex. 310, 314.
 ASTM A- 53 ≈ (API 5L) (média qualidade) uso geral. Disponível
acalmado e efervecente. 
Disponível com e sem costura 
Ø nominal - 1/8 “ a 24 “, nos graus A e B.
Obs. Se necessário encurvamento a frio usar grau A
 ASTM A – 120. Disponível com e sem costura 
Ø nominal - 1/8 “ a 12 “
Obs. 1 - Se utilizado em temperatura elevada ocorre grafitização.
2 - Não exigência de composição química definida
3 - A norma ANSI B 31 proíbe o emprego do ASTM A- 120
para altas pressões assim como para Hidrocarbonetos, inflamáveis e
produtos tóxicos. Não apresenta restrição para água, ar comprimido e
condensado.
Outros:
Tubos com costura
 ASTM A134 – por solda elétrica arco protegido 
Ø nominal > 16 ”.
 ASTM A135 - por solda de resistência elétrica
Ø nominal até 30 ”.
Ambos proibidos para temperatura maior que 100º C, como 
também para Hidrocarbonetos, vapor d´água e produtos tóxicos.
Características do aço carbono
A 370º C início de fluência (creep)
530º C intensa oxidação (scaling)
> 440º C grafitização. Torna-se quebradiço (precipitação de carbono)
Obs. Quanto mais carbono, mais duro perdendo características de 
ductilidade e soldagem.
informações complementares
Efervescente
Acalmado - com 0,1% de Si - modifica o equilíbrio termodinâmico,
reduzindo a quantidade de gás adsorvido - granulometria mais fina.
COMPOSIÇÃO DE ALGUNS AÇOS CARBONO
ANSI Série 44 ( Mn de 0,3 a 1,65%, P 0,04 %máx., S 0,05% máx).
Série 11 resulfurizado tendo15 composições, S acima de 0,33%.
Série 12 Resulfurizados e refosforizados.
Série 40 Mo, 0,2% a 0,25%.
Série 41 Cr 0,95 % , Mo 0,3%. 
AÇOS INOXIDÁVEIS E AÇOS LIGAS
 Baixa liga até 5% 
 Média “ de 5 a 10 %
 Alta “ maior que 10%.
Justificativa de uso: corrosão, temperaturas elevadas e baixas, não 
contaminantes, segurança, etc..
ELEMENTOS MODIFICADORES DE PROPRIEDADES
Elementos 
Mo - Resistência à cristalização (aumenta a resistência à fluência),
mantendo a resistência mecânica (mesmo em temperatura elevada).
reduz corrosão alveolar. Ideal para HC, hidrogênio, vapor. Ótimopara
temperaturas elevadas. Aumenta a resistência a corrosão via úmida.
Efeito semelhante apresenta o Cobre quando presente.
Risco de fratura a temperaturas baixas. 
Cr - Aumenta resistência à corrosão em temperatura elevada porém 
fragiliza mecanicamente, por isso normalmente incorpora-se o Mo.
Obs. Tubos de aço inoxidável com mais de 10% de Cr
apresentam facilidade para soldagem.
S - Melhora a usinagem.
Cr / Mo – Excelente resistência à corrosão
Ni – Bom para temperaturas baixas. Eleva o limite de elasticidade, 
mantendo-o ductil e com elevada tenacidade.
Ex. De ligas contendo níquel: A 335 Cr- Mo, A 333 Ni.
Si e Al também atribuem resistência à corrosão a temperaturas
elevadas. Ambos quando adicionados a liga servem para 
acalmar a liga (remoção de gases absorvidos).
Si – suprime magnetismo de uma liga, enquanto o Co favorece 
as propriedades magnéticas da liga. Nos aços carbono, em 
concentrações mais elevadas torna a liga mais dura e tenaz.
V – Aumenta a resistência a tração, melhorando assim os limites de
elasticidade, trazendo em consequência a boa ductilidade e
aumentando também a resistência a fadiga.
Outros modificadores: Mn, Co, B, terras raras, W, etc.
Austenítico - Cr- Ni (não magnéticos) - Apresentam resistência à 
fluência e oxidação.
Não estabilizados – Estão sujeitos à precipitação de Carbêto de Cromo
”sensitização”, quando submetidos a temp. de 450º C a 850º C ,
perdendo, em conseqüência, a resistência a corrosão.
O Ti, Ta e Nb estabilizam a liga, ex. ANSI 321. 
Obs. O Mo também estabiliza a liga inibindo a precipitação de 
carbêto de cromo.
Alguns aços inoxidáveis de uso freqüente e algumas características 
importantes
ANSI 304 (austenítico) Cr- Ni 18-8 , 0.1 % de C
ANSI 304 L, Ti e Nb para temperatura baixa. (– 273º C)
ANSI 303 Cr-Ni , fácil usinagem 
Ferríticos – (magnéticos), de 12 a 30 % de Cr- Baixo custo. Baixa 
propriedade mecânica, Apresentam baixa corrosão sob tensão mas 
são difíceis de soldar.
Martensíticos – apresentam maiores teores de C, são mais duros, 
apresentando maior resistência mecânica e à abrasão.
 FERRO FUNDIDO 
Tipo – (normalmente galvanizados),
Aplicação :
Água, gás, água salgada e esgoto.
Recomendados, p/ temperatura baixa (ambiente),
Pressão baixa e sem esforço mecânico.
Apresentam boa resistência à corrosão.
São fabricados com ponta e bolsa ou com flanges.
METAIS NÃO FERROSOS
 COBRE E LIGAS.
Resistência à oxidação. Usado para trocadores de
calor, serpentinas, sistemas de refrigeração (Freon).
Não pode ser usado em contato com amônia, ácido
nítrico e aminas. Apresentam corrosão sob tensão.
 ALUMÍNIO E LIGAS
Criogenia e aquecimento
 CHUMBO:
Uso em unidades de ácido sulfúrico.
 Outros: 
Níquel, Titânio, Zircônio e suas ligas. 
Para aplicações que envolvem alta temperatura.
NÃO METÁLICOS
 POLIMÉRICOS: PE, PP, PVC, Epoxi, Poliésteres, ABS,
 OUTROS MATERIAS: Vidro, concreto, borracha, 
porcelana, grafite,.....
Os não metais (polímeros, cerâmica) podem ainda ser 
usados como revestimento interno de tubos metálicos.
SELEÇÃO DO MATERIAL – CRITÉRIOS
 Diâmetro
 Custo
 Condição de serviço ( P e T )
 Fluido, tipo (gás ou líquido), presença de impurezas, sólidos
suspensos, pH, concentração 
 Nível de tensão a que estará submetida à tubulação (dilatação
Térmica, peso da tubulação).
 Esforços mecânicos: compressão, flexão, vibração.
 Segurança
 Facilidade de obtenção (compra), reposição, ...
 Tempo de vida (compatível com o tempo de vida útil da instalação)
 Velocidade do fluido
 Perda de carga
 Acabamento interno
 Facilidade de montagem – custo de reposição e tempo de parada
ALGUMAS SITUAÇÕES (USOS)
 ÁGUA DOCE
Desenterrado, pressão e temp. baixa: A 120, válvulas de bronze
ligação por rosca. Diâmetros maiores, Fe fundido, solda ou flange. Se
serviço mais severo, A-53 sobre-espessura de 1,2 mm, solda de
encaixe (diâmetro pequeno). Se diâmetro maior, solda de topo.
Válvula de aço forjado e interno de inox. Para diâmetros muito
maiores, uso de flange.
 ÁGUA SALGADA 
Aço revestido com PVC ou borracha (para diâmetros maiores que 4”)
Obs. O inox está sujeito à corrosão sob tensão.
 VAPOR (pouco corrosivo)
Restrição: devem apresentar resistência mecânica à pressão sob
temperatura elevada.
Ligações – Até 2” solda encaixe, acima deste diâmetro solda de topo.
O mesmo para as válvulas.
Acessórios 
Válvulas de bloqueio: globo para até 8” e gaveta p/ diâmetros maiores.
 HIDROCARBONETOS 
Válvulas: Até 260º C, corpo em aço carbono, internos em inox 410.
Até 350º C, corpo em aço liga. Internos em inox 410. Se, 
porém % enxofre elevado, internos em inox 430 ou 304.
Na escolha do material pesam os teores de enxofre e cloretos
1% de S Aço carbono até 320º C +1,2mm Aço liga Cr/Mo - 5/0,5% até 400º C + 1,2mm
3% de S até 260º C +1,2mm até 350 + 1,2mm
>3% deS até 250º C + 4 a 6 mm até 350 + 4 a 6 mm
.
 ACESSÓRIOS E CONEXÕES:
Até 2” solda de encaixa, Ø > que 2” - flange de pescoço ou solda de topo.
 AR COMPRIMIDO
Até 7 kg/cm2 : 
A – 120, galvanizado e diâmetro até 4”, rosqueadas.
Se diâmetro maior que 4”, A – 120 + 1,2 mm de sobre espessura
ou A – 134.
Pressão > 7 kg/cm2
A 53 + 1,2 mm de sobrespessura, solda de topo Ø > 2”.
Até 2”, solda de encaixe.
Válvulas: 
Até 3”, bronze e rosca. 
Ø > 3” Fe fundido, interno em bronze, flange.
Ø >>> corpo forjado, interno 410, flange com ressalto.
OPERAÇÕES EM ELEVADA TEMPERATURA
Até 550º C (máx 570º C) aço liga Cr/Mo
De 700º C (máx 880º C) inox 304
De 750º C (máx 880º C) 316
De 850º C (máx 1150º C) Inconel - Ni > 60%, Incaloy Ni >40%, 
Hasteloy (Stellite) Mo até 30% e Co até 2%.
OPERAÇÕES EM TEMPERATURAS BAIXAS
Até (- 65º C), aço liga com Ni.
Até (- 100º C) cobre, latão, bronze.
Até (- 195º C) inox 316(Mo), 317(Mo), 321(Ti) 
Até (- 250º C) inox 304, 310, 347
Monel Ni/Cu 67/30
Inconel Ni/Cr 80/13
Bibliografia
Tubulações Industrial 
Pedro Carlos da Silva Telles, 4ª ed. 1976
Faculdade de Tecnologia de São Paulo – Departamento de hidráulica
Materiais para tubulações Prof. Celio Carlos Zattoni – São Paulo 2005
Vol 1 Materiais metálicos
Vol 2 Tubos e conexões
Vol 3 Válvulas e acessórios
Curso de Tubulações Industriais
Faculdade de Engenharia Química de Lorena
Professor Antonio Clélio Ribeiro
 Outros
Sites 
http://www.matweb.com/Search/MaterialGroupSearch
Obs. Site muito bom – características físicas de ligas , composição, etc, 
Exemplo de algumas Normas ( Do livro - Materiais para tubulações Prof. Celio 
Carlos Zattoni – São Paulo 2005 -Faculdade de Tecnologia de São Paulo –
Departamento de hidráulica - Vol 1 Materiais metálicos