EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ESTÁTICOS

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EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS 
ESTÁTICOS 
 
SENAI 
PETROBRAS 
CTGÁS-ER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Natal / RN 
2011 
EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ESTÁTICOS 
© 2009 CTGÁS-ER 
Qualquer parte desta obra poderá ser reproduzida, desde que citada a fonte. 
 
Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis– CTGÁS-ER 
 
Diretor Executivo 
Rodrigo Diniz de Mello 
 
Diretor de Tecnologias 
Pedro Neto Nogueira Diógenes 
 
Diretor de Negócios 
José Geraldo Saraiva Pinto 
 
Unidade de Negócios de Educação – UNED 
 
Coordenadora 
Maria do Socorro Almeida 
 
Elaboração 
Sandro Ricardo Alves Farias 
 
Diagramação 
Lidigleydson de Melo Torres 
 
 
 
 
FICHA CATALOGRÁFICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CENTRO DE TECNOLOGIAS DO GÁS E ENERGIAS RENOVÁVEIS – CTGÁS -ER 
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SUMÁRIO 
 
CAPÍTULO 1 – TANQUE DE ARMAZENAMENTO .................................................... 5 
1.1 - INTRODUÇÃO .................................................................................................... 5 
1.2 - CLASSFICAÇÃO DOS TANQUES DE ARMAZENAMENTO .............................. 8 
1.3 - SELEÇÃO DO TIPO DE TANQUE DE ARMAZENAMENTO EM FUNÇAO DO 
PRODUTO ARMAZENADO ...................................................................................... 15 
1.4 - LOCALIZAÇÃO DE UM PARQUE DE ARMAZENAMENTO ............................. 16 
1.5 - CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO ........................................................... 17 
1.6 - DIQUES E BACIA DE CONTENÇÃO ............................................................... 18 
 
CAPÍTULO 2 – TROCADOR DE CALOR ................................................................. 19 
2.1 - INTRODUÇÃO .................................................................................................. 19 
2.2 - CLASSIFICAÇÃO DE TROCADORES DE CALOR .......................................... 20 
2.2.1- CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA
 .................................................................................................................................. 20 
2.2.2 - CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM O TIPO DE CONSTRUÇÃO ............. 24 
2.2.3 - CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO A DISPOSIÇÃO DAS CORRENTES ............ 31 
2.2.4 - CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A UTILIZAÇÃO ................................. 33 
 
CAPÍTULO 3 - VASOS DE PRESSÃO ..................................................................... 35 
3.1 - INTRODUÇÃO .................................................................................................. 35 
3.2 – CLASSIFICAÇÃO E FINALIDADES DOS VASOS DE PRESSÃO ................... 37 
3.3 - DESCRIÇÃO ..................................................................................................... 40 
3.4 – DIMENSÕES CARACTERÍSTICAS ................................................................. 41 
3.5 – ABERTURAS E REFORÇOS ........................................................................... 42 
3.6 – PEÇAS INTERNAS DOS VASOS DE PRESSÃO ............................................ 48 
3.7 – PEÇAS INTERNAS EM TROCADORES DE CALOR ...................................... 53 
3.8 – PEÇAS EXTERNAS DOS VASOS DE PRESSÃO ........................................... 54 
3.9 – SUPORTES ...................................................................................................... 57 
3.10 CÓDIGO DE PROJETO .................................................................................... 60 
3.11 – MATERIAIS .................................................................................................... 62 
3.12 – DEFINIÇÕES ................................................................................................. 65 
3.13- VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO ......................................................... 67 
3.14– TESTE DE PRESSÃO .................................................................................... 71 
 
CAPÍTULO 4 - TUBULAÇÕES ................................................................................. 76 
4.1 - INTRODUÇÃO .................................................................................................. 76 
4.2 – CLASSIFICAÇÃO DOS TUBOS ....................................................................... 76 
4.3 - PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ..................................................................... 77 
4.4- MATERIAIS PARA TUBOS ................................................................................ 79 
4.5 – MEIOS DE LIGAÇÃO ....................................................................................... 88 
4.6 - CONEXÕES ...................................................................................................... 92 
4.7 - VÁLVULAS........................................................................................................ 95 
4.8 - SISTEMA CONSTRUTIVO DAS VÁLVULAS.................................................... 97 
 
CAPÍTULO 5 - TORRES DE RESFRIAMENTO ..................................................... 105 
5.1- INTRODUÇÃO ................................................................................................. 105 
5.2 - GENERALIDADES .......................................................................................... 110 
5.3 -TIPOS E CONCEPÇÕES DE PROJETOS ...................................................... 112 
5.4 -CLASSIFICAÇÃO ............................................................................................ 114 
5.5 – TORRES DE RESFRIAMENTO OU DE ARREFECIMENTO ......................... 116 
5.6 – ASPECTOS OPERACIONAIS ........................................................................ 133 
5.7 - PROBLEMAS EM SISTEMAS RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA .......................... 135 
 
CAPÍTULO 6 - PURGADORES DE VAPOR, FILTROS E DISPOSITIVOS 
SEPARADORES ..................................................................................................... 139 
6.1 - O QUE É VAPOR ? ......................................................................................... 139 
6.2 - POR QUE SE UTILIZA O VAPOR? ................................................................ 139 
6.3 - TIPOS DE VAPOR .......................................................................................... 140 
6.4 - ELIMINAÇÃO DO CONDENSADO ................................................................. 141 
6.5 - CASOS TÍPICOS DE EMPREGO DE PURGADORES ................................... 144 
6.6 - PRINCIPAIS TIPOS DE PURGADORES DE VAPOR .................................... 147 
6.7 – EFEITOS DA CONTRAPRESSÃO ................................................................. 154 
6.8 - GOLPE DE ARIETE ........................................................................................ 155 
6.9 - OCORRÊNCIA DE VAPOR PRESO ............................................................... 157 
6.10 - DRENAGENS COLETIVAS ......................................................................... 158 
6.11 - MÉTODOS DE AVALIAÇÃO EM PURGADORES ........................................ 160 
CAPÍTULO 7 - FILTROS E OUTROS DISPOSITIVOS SEPARADORES .............. 164 
7.1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................ 164 
7.2 – EMPREGO DA FILTRAÇÃO .......................................................................... 165 
7.3 – CLASSFICIAÇÃO DOS FILTROS PARA LÍQUIDOS ..................................... 166 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 172 
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CAPÍTULO 1 – TANQUE DE ARMAZENAMENTO 
 
O Objetivodeste capítulo é apresentar uma introdução geral sobre os tanques de 
armazenamento e suas aplicações nas indústrias de processamento químico e afins. 
Principais componentes e acessórios. Dispositivos de segurança. Principais 
aspectos de construção e montagem. Manutenção e inspeção. Norma API 650. 
 
1.1 - INTRODUÇÃO 
 
Tanques de armazenamento são equipamentos de caldeiraria pesada, 
sujeitos à pressão aproximadamente atmosférica, normalmente na faixa de 0 a 0,5 
psig e destinados, principalmente, ao armazenamento de produtos nas industrias de 
processamento químico, usinas de açúcar e álcool, termoelétricas, siderúrgicas, 
papel e celulose, petróleo e seus derivados. 
 
Esta apostila tem o objetivo de apresentar de forma geral os tanques de 
armazenamento atmosféricos, cilíndricos, verticais, não enterrados, de fabricação 
soldada e construídos com chapas de aço carbono. Estes equipamentos tipicaments 
encontrados em refinarias, terminais de armazenamento, bases de distribuição, 
parques industriais, industrias petroquímicas, usinas, etc. 
 
A construção de um tanque de armazenamento normalmente é 
regulamentada pela norma norma americana API 650 “ Welded Steel Tanks for Oil 
Storage” do American Petroleum Institure (API). No Brasil, utiliza-se, também, a 
norma NBR 7821 “Tanques Soldados para Armazenamento de Petróleo e 
Derivados”, publicado pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
 
Atualmente, os tanques de armazenamento convencionais – projeto 
convencional e material de fabricação nacional – são construídos numa ampla faixa 
de capacidades, desde 100 barris (16 m3) até aproximadamente 550.000 barris 
(87.500 m3). 
 
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Projetos especiais permitem a construção de tanques de armazenamento 
com capacidade superior a 1.000.000 barris (159.000 m3). Os maiores tanques de 
armazenamento construídos no Brasil, pertencentes à PETROBRAS, apresentam 
capacidade da ordem de 550.000 barris. 
 
A construção de um tanque de armazenamento merece a mais cuidadosa 
atenção possível, principalmente devido aos seguintes motivos: 
 
 
 Elevado investimento de capital envolvido; 
 São equipamentos imprescindíveis ao funcionamento de uma 
unidade operacional; 
 
 
Na Figura 1.1 é indicado os principais componentes de um tanque de 
armazenamento. Na Figura 1.2 ilustramos alguns tanques utilizados em unidades 
industriais. 
 
 
 
Figura 1.1 - Principais componentes de um tanque de armazenamento 
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a) 
 
b) 
 
 
c) 
Figura 1.2 - a) Refinaria b) Região de produção (E&P-UN-RNCE). c) Terminal 
marítimo ( fonte: freefoto.com) 
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1.2 - CLASSFICAÇÃO DOS TANQUES DE ARMAZENAMENTO 
 
1.2.1 - Quanto a forma geométrica 
 
 CILÍNDRICOS HORIZONTAIS 
 CILÍNDRICOS VERTICAIS 
 ESFÉRICOS MODIFICADOS 
 
1.2.1.1 - Cilíndricos Horizontais 
São sempre de pequeno porte, utilizados como tanques subterrâneos ou 
instalados sobre selas ou estruturas. 
Para um mesmo volume, ocupam maior espaço do que os verticais e a 
construção, por ser mais robusta, é também mais cara. 
Como tanques aéreos, normalmente são empregados quando se deseja 
fluxo por gravidade ou quando há necessidade de auxiliar a sucção de bombas. 
 
1.2.1.2 - Cilíndricos Verticais 
Constituem a grande maioria dos tanques encontrados nas industrias. 
Cobrem toda a faixa de volumes e são de construção mais barata. 
 
1.2.1.3 - Esféricos Modificados 
São utilizados para o armazenamento de gases ou líquidos voláteis, em 
pressões acima da atmosférica. São projetados para resistirem à pressão que se 
desenvolve no interior sem que haja alteração do volume interno, por isso são 
providos de válvulas de segurança. 
 
1.2.2 Quanto a Pressão Interna 
 
 Atmosféricos 
 Baixa Pressão 
 
1.2.2.1 - Atmosféricos 
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São utilizados para a estocagem de fluídos de baixa volatilidade, ou seja, 
aqueles com pressão de vapor absoluta inferior a atmosférica na temperatura de 
armazenamento. Admitem pressão interna máxima de 17.4 Kpa (0,18 Kgf/cm2) 
 
1.2.2.1 -Baixa Pressão 
Utilizados para a estocagem de fluidos que têm, na temperatura de 
armazenamento, pressão de vapor absoluta entre 17,65 e 102,97 Kpa (0,18 e 1,05 
Kgf/cm2). 
 
1.2.3 - Quanto ao material de construção 
 
 Metálicos 
 Plásticos 
 Concreto armado 
 Madeira 
 
1.2.3.1 - Tanques Metálicos 
 
• Aço carbono - Material utilizado em todos os tanques metálicos, quando 
resistência à corrosão e temperatura não forem fatores limitantes. 
 
• Aços liga – Os aços liga são geralmente empregados em tanques para 
armazenagem de fluidos em temperatura inferirores a -20°C.. 
 
• Aços inoxidáveis – Empregado para armazenagem de líquidos corrosivos ou que 
não possam ser contaminados por produtos de corrosão. São largamente usados 
nas industrias alimentícia e farmacêutica.. 
 
• Metais não ferrosos – Empregados em tanques pequenos, por motivo de 
corrosão ou contaminação. As ligas de alumínio são mais utilizadas, pelo custo e 
pela boa resistência a oxidação. 
 
 
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. 
Figura 1.3 -. tanque de aço carbono 
 
 
Figura 1.4 -. Tanque de aço inoxidável (fonte: freefoto.com) 
 
1.2.3.2. Tanques Plásticos 
 
O uso de materiais plásticos na construção de tanques vem sendo 
incrementado como substituto para os aços inoxidáveis e ligas não ferrosas, devido 
a excelente resistência à corrosão. Como limitantes da utilização, estão as baixas 
resistências a temperaturas e propriedades mecânicas inferiores às das ligas 
metálicas. A resistência mecânica dos materiais plásticos é aumentada com a 
utilização de fibras de vidro incorporadas ao material plásticos. 
 
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Figura 1.5 - Tanque de PRFV instalado na planta de dióxido de cloro da Aracruz 
Celulose (Fonte: Tecniplas) 
 
Fibras de vidro 
As fibras de vidro têm uma menor resistência à tração e um módulo de 
elasticidade mais baixo do que as fibras de carbono e do que as fibras de aramido, 
embora apresentem um maior alongamento. A sua densidade é também maior, no 
entanto, devido à sua versatilidade e baixo custo, são de longe o material mais 
usado para reforçar os plásticos 
 
1.2.3.3. Tanques de Concreto Armado 
 
Empregados em grandes reservatórios de água e em estações de 
tratamento e purificação de líquidos. 
 
1.2.3.4. Tanques de Madeira 
 
Está em desudo nas instalações industriais. São do tipo cilíndrico vertical e 
de pequena capacidade. 
 
 
 
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1.2.4 - Quanto ao tipo de construção 
 
 Soldados 
 Rebitados 
 Aparafusados 
 
• Soldados – Representam a imensa maioria dos tanques metálicos. Podem ser 
fabricados em todas as formas e dimensões e armazenar a maioria dos fluidos 
utilizados. 
 
• Rebitados – Tipo de construção muito utilizada no passado, mas inteiramente 
superada nos dias atuais. 
 
• Aparafusados – Sistema de construção usado em tanques pequenos, utilizados 
em instalações provisórias. Na indústria do petróleo são muito utilizados nos campos 
de produção. 
 
1.2.5 - Quanto a Temperatura de Armazenamento do Fluído 
 
 Temperatura Ambiente Aquecidos 
 Refrigerados 
 
• Temperatura Ambiente – Grande maioria das situações de armazenagem de 
fluidos. 
 
• Aquecidos – Para armazenagem de líquidos viscosos ou de alto ponto de fusão. 
 
• Refrigerados – Para armazenagem de líquidos em baixas temperaturas ou gases 
liquefeitos. 
 
 
 
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1.2.6- Quanto ao Tipo de Teto 
 
 
 Teto fixo 
 Teto móvel 
 Teto flutuante 
 Teto em diafragma flexível 
 Tetos mistos 
 
1.2.6.1. Tanques de Teto Fixo 
 
São tanques cujos tetos estão diretamente ligados à parte superior de seus 
costados. Podem ser autoportantes ou suportados. 
- autoportantes, nos quais os tetos são apoiados diretamente no costado; 
- suportados, aqueles em que o teto é apoiado por uma estrutura metálica interna. 
 
De acordo com a forma de construção, os tetos fixos são classificados como: 
 
• Teto Cônico – Apresentam a forma aproximada de um cone reto. Podem ser do 
tipo autoportante ou suportado. 
 
• Teto Curvo – Apresenta a forma aproximada de uma calota esférica. Geralmente 
são do tipo autoportante. 
 
• Teto em Gomos – Variantes do teto curvo, podendo ser semiesferoidal ou tipo 
guarda chuva, no qual qualquer seção horizontal é sempre um polígono regular. 
 
1.2.6.2. Tanques de Teto Móvel 
 
São tanques cujos tetos se movimentam externamente ao costado, em 
função da pressão de seu espaço vapor. Um selo líquido ou seco entre o teto móvel 
e o costado evita as perda por evaporação. 
 
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1.2.6.3. Tanques de Teto Flutuante 
 
São tanques cujos tetos estão diretamente apoiados na superfície do líquido 
armazenado, no qual flutuam, acompanhando sua movimentação durante os 
períodos de esvaziamento e enchimento. São utilizados como o objetivo de 
minimizar as perdas por evaporação devido à movimentação de produto. 
 
2.6.4. Tanques de Teto com Diafragma flexível 
 
São tanques em que os tetos são fixos ao costado, mas apresentam a 
possibilidade de variar o volume do espaço vapor em conseqüência da modificação 
da pressão de armazenamento. Essa variação se dá em razão da existência de uma 
membrana flexível, de material resistente ao produto armazenado, que se ajusta à 
variação do espaço vapor. 
 
1.2.6.5. Tanques de Teto Mistos 
 
Os tanques de tetos mistos são empregados com as mesmas finalidades 
dos tanques de teto flutuante, com as vantagens adicionais do teto fixo. Esses 
tanques oferecem um bom controle das perdas por evaporação sem apresentarem 
os problemas de drenagem dos tetos flutuantes 
 
 
 
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1.3 - SELEÇÃO DO TIPO DE TANQUE DE ARMAZENAMENTO EM FUNÇAO DO 
PRODUTO ARMAZENADO 
 
Apenas como informação, a tabela A-1 da norma N-270, recomenda o tipo 
de tanque de armazenamento a ser adotado em função do produto armazenado. 
 
 
 
 
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1.4 - LOCALIZAÇÃO DE UM PARQUE DE ARMAZENAMENTO 
 
Como parque de armazenamento entendemos a área destinada à 
armazenagem e transferência de produtos, onde se situam os tanques de 
armazenagem, armazéns e bombas de transferência. 
Alguns aspectos devem ser considerados para escolha do local aonde 
serão construídos o parque de armazenamento. Os principais aspectos que deverão 
ser avaliados são: 
 
• Natureza do solo – um dos mais importantes fatores a analisar. Uma escolha 
inadequada implicará, fatalmente, em elevado custo de fundação para os tanques de 
armazenamento; 
 
• Necessidade de ampliação – o local escolhido deverá apresentar área suficiente 
para as expansões futuras; 
 
• Facilidade de operação – a elevação do terreno, na região dos tanques de 
armazenamento, deverá facilitar as condições de sucção das bombas de 
movimentação do produto armazenado; 
 
• Facilidade de acesso e segurança operacional – a área a ser ocupada pelo 
parque de armazenamento deverá ser de fácil acesso, completamente limpa, 
desmatada; A localização dos tanques de armazenamento deverá sempre visar a 
segurança operacional, com a máxima redução de riscos para as área vizinhas. 
 
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Figura 1.6 - Área com recalque e com área empoçada 
 
 
Figura 1.7 - Facilidade de operação conforme localização dos tanques. 
 
1.5 - CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO 
 
A capacidade de armazenamento ou tancagem de uma unidade operacional 
dependerá de diversos fatores, entre os quais citamos: 
 
 tipo de unidade operacional: refinaria, base de distribuição etc; 
 produto armazenado; 
 produção ou demanda da unidade operacional; 
 consumo da região; 
 tipo de desastre utilizado para o suprimento da unidade operacional. 
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1.6 - DIQUES E BACIA DE CONTENÇÃO 
 
Diques apropriados são normalmente construídos em torno de cada tanque, 
ou conjunto de tanques, limitando uma região que se denomina bacia de contenção 
Os diques e a bacia de contenção objetivam a segurança da instalação de 
armazenamento, apresentando basicamente as seguintes finalidades: 
 
 conter o produto armazenado em caso de rompimento do tanque de 
armazenamento ou tubulação; 
 conter o produto armazenado em caso de falha de operação ou 
qualquer outro eventual vazamento proveniente do tanque de 
armazenamento ou de suas tubulações 
 limitar um incêndio a uma pequena área. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 2 – TROCADOR DE CALOR 
 
Objetivo: Descrever conceitos de trocadores de calor e a importância do sistema de 
transferência de calor. Serão apresentados os principais tipos de trocadores de 
calor. Conhecer as normas TEMA e ASME VIII. Processos de fabricação. 
 
Equipamentos de Troca Térmica 
 
Os trocadores de calor são equipamentos que facilitam a transferência de 
calor entre dois ou mais fluidos em temperaturas diferentes. Foram desenvolvidos 
muitos tipos de trocadores de calor para emprego em diversos níveis de 
complicação tecnológica e de porte, como usinas elétricas a vapor, usinas de 
processamento químico, aquecimento e condicionamento de ar em edifícios, 
refrigeradores domésticos, radiadores de automóveis, radiadores de veículos 
espaciais, etc. Nos tipos comuns, como trocadores de calor casco tubo e radiadores 
de automóveis, a transferência de calor se processa principalmente por condução e 
convecção, de um fluido quente para um fluido frio, separados por uma parede 
metálica. Em certos tipos de trocadores de calor, como as torres de resfriamento, o 
fluido quente (por exemplo, a água) é resfriado por um mistura direta com o fluido 
frio (por exemplo, o ar); isto é, a água é nebulizada, ou que cai em uma corrente 
induzida de ar, é resfriada por convecção e por vaporização. 
O projeto de trocadores de calor é um assunto complexo. A transferência de 
calor e a perda de carga, o dimensionamento e a avaliação de desempenho, e os 
aspectos econômicos têm papéis importantes no projeto final. Por exemplo, embora 
sejam muito importantes as considerações de custo nas aplicações de grande porte, 
as considerações de peso e dimensões são o fator dominante na escolha do projeto 
para aplicações espaciais e aeronáuticas. 
 
2.1 - INTRODUÇÃO 
 
Freqüentemente, em um processo químico, estamos interessadosem 
transferir energia térmica de um sistema para a vizinhança ou entre partes de um 
sistema. Isto é feito através de um equipamento, chamado de Trocador de Calor, no 
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qual entre em contato térmico com algum outro fluido com temperatura diferente. 
Este equipamento é muito comum de ser encontrado em indústrias. 
 
Podemos classificar os trocadores de diversas maneiras: quanto ao modo 
de troca de calor, quanto ao número de fluidos, tipo de construção, etc. De uma 
forma mais básica, duas classificações vão nos interessar: aquela que divide os 
trocadores entre aqueles que utilizam o contato direto e os de contato indireto e 
uma outra que os classifica em função das suas características de construção. 
 
 
2.2 - CLASSIFICAÇÃO DE TROCADORES DE CALOR 
 
 De acordo com os processos de transferência 
 
 De acordo com o tipo de construção 
 
 De acordo com a disposição da corrente 
 
 De acordo com sua utilização 
 
 
2.2.1- Classificação de acordo com processos de transferência 
 
 Contato indireto 
 
 Contato direto 
 
 
2.2.1.1 - Trocadores de calor de contato indireto 
 
Em um trocador de calor de contato indireto, os fluidos permanecem 
separados e o calor é transferido continuamente através de uma parede 
impermeável, e recebem o nome de trocadores de calor de superfície. Não há 
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mistura dos fluidos, existe uma parede entre elas, que possui forma especial, em 
função do tipo de operação que realiza. 
Os trocadores de contato indireto classificam-se em: trocadores de 
transferência direta e de armazenamento. 
 
a. Tipo de Trocadores de Transferência Direta 
 
Neste tipo, há um fluxo contínuo de calor do fluido quente ao frio através de 
uma parede que os separa. Não há mistura entre eles, pois cada corrente 
permanece em passagens separadas. Este trocador é designado como um trocador 
de calor de recuperação, ou simplesmente como um recuperador. 
Alguns exemplos de trocadores de transferência direta são trocadores de: 
placa e tubular, 
Recuperadores constituem uma vasta maioria de todos os trocadores de 
calor. 
 
 
Figura 2.1 – Trocador de calor de transferência direta 
 
 
 
 
 
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b. Trocadores de armazenamento 
 
Em um trocador de armazenamento, os ambos fluidos percorrem 
alternativamente as mesmas passagens de troca de calor. A superfície de 
transferência de calor geralmente é de uma estrutura chamada matriz. Em caso de 
aquecimento, o fluido quente atravessa a superfície de transferência de calor e a 
energia térmica é armazenada na matriz. Posteriormente, quando o fluido frio passa 
pelas mesmas passagens, a matriz “libera” a energia térmica. Este trocador também 
é chamado regenerador. 
 
 
Figura 2.2 – Trocador de calor de armazenamento. 
 
2.2.1.2 - Trocadores de calor de contato direto 
 
 
No tipo de contato direto, a transferência de calor ocorre entre dois fluidos 
imiscíveis, como um gás e um líquido, que entram em contato direto. As torres de 
resfriamento (condensadores com nebulização para vapor de água e outros vapores, 
utilizando pulverizadores de água, são exemplos típicos de trocadores por contato 
direto). 
Neste trocador, os dois fluidos se misturam. Comparado a recuperadores de 
contato indireto e regeneradores, são alcançadas taxas de transferência de calor 
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muito altas. Sua construção é relativamente barata. As aplicações são limitadas aos 
casos onde um contato direto de dois fluxos fluidos é permissível. 
 
 
 
Figura 2.3 – Secção através de uma torre de resfriamento com convecção natural 
(fonte: Ozisik,1990) 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2.2 - Classificação de acordo com o tipo de construção 
 
Os trocadores de calor podem ser classificados de acordo com as 
características construtivas. Os principais tipos de trocadores de calor são os 
tubulares, de tubo aletado, de placa,de placa aletada, e regenerativos 
 
2.2.2.1 – Trocadores de calor tipo duplo tubo 
 
Os trocadores de calor tipo duplo tubo ou dupla canalização, como o próprio 
nome sugere, são constituídos de dois tubos, um inserido dentro do outro, 
concentricamente, formando dois espaços de escoamento, um por dentro do tubo 
interno e outro pelo espaço anular entre os tubos interno e externo. 
 
 
 
 
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Figura 2.5 – Trocador de calor duplo tubo (fonte: Kreith,1997) 
 
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2.2.2.2 – Trocadores de calor tipo casco e tubos 
 
Os trocadores de calor tubulares são amplamente usados e fabricados em 
muitos tamanhos, com muitos arranjos de escoamento e em diversos tipos. Podem 
operar em extremo domínio de temperaturas e de pressões. A facilidade de 
fabricação e o custo relativamente baixo constituem a principal razão para seu 
emprego disseminado nas aplicações de engenharia. Um modelo comumente 
empregado, o trocador de casco e tubos, consiste em tubos, cilindros montados em 
casco cilíndrico, com eixos paralelos ao eixo do casco. A Figura 2.5 ilustra esse tipo 
de trocador de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.6 – Trocador de calor casco e tubos (fonte: trocalor) 
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Os trocadores de calor de casco e tubo, também chamados de multi-
tubulares, são constituídos de um feixe de tubos de pequeno diâmetro (em geral ¼” 
a 1”) por dentro dos quais escoa um dos fluidos. O feixe é envolvido por uma 
carcaça de forma usualmente cilíndrica, escoando o outro fluido externamente ao 
feixe através do espaço determinado pela carcaça. 
Na Figura 2.6 são mostradas as principais partes componentes de um 
trocador de calor casco e tubos. Os principais componentes são o feixe de tubos, o 
casco, os cabeçotes e as chicanas. As chicanas sustentam os tubos, dirigem a 
corrente do fluido na direção normal aos tubos e aumentam a turbulência do fluido 
no casco. São disponíveis muitas variações do trocador de casco e tubos, as 
diferenças estão no arranjo das correntes do escoamento e nos detalhes de 
construção. 
 
 
 
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Figura 2.7 – Principais partes componentes de um trocador casco e tubos(Ozisik e 
Kreith) 
 
Quanto à espécie dos fluidos, podemos ter líquido para líquido, líquido para 
gás ou gás para gás. Os trocadores do tipo líquido para líquido são os de aplicação 
mais comum. Ambos os fluidos são bombeados através do trocador; a transferência 
de calor no lado dos tubos, e no lado do casco, ocorre por convecção forçada. Uma 
vez que o coeficiente de transferência de calor é alto com o fluxo do líquido, não há 
geralmente necessidade de aletas. 
A disposição líquido para gás também é comumente empregada; neste 
casos, usam-se em geral aletas no lado do tubo em que flui o gás, onde o 
coeficiente de transferência de calor é baixo. 
Os trocadores do tipo gás para gás são adotados nos exaustores de gás e 
nos recuperadores de pré-aquecimentodo ar nos sistemas de turbinas de gás, nos 
sistemas criogênicos de liquefação de gás, e nos fornos de aço. 
Estes são trocadores muito versáteis, feitos de uma variedade de materiais 
e tamanhos e são extensivamente usados em processos industriais. 
 
 
 
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2.2.2.3 – Trocadores de calor de placa 
 
Como o nome indica, os trocadores de calor são geralmente construídos de 
placas delgadas. As placas podem ser lisas ou onduladas. Já que a geometria da 
placa não pode suportar pressões ou diferenças de temperaturas tão altas quantu 
um tubo cilíndrico, são ordinariamente projetados para temperaturas ou pressões 
moderadas. 
 
2.2.2.4 – Trocadores de calor de placa aletada 
 
A Figura 2.6 ilustra configurações típicas de placas aletadas. As aletas 
planas ou onduladas são separadas por chapas planas. Correntes cruzadas, 
contracorrente, ou correntes paralelas podem ser obtidos com facilidade mediante a 
orientação conveniente das aletas em cada lado da placa. Os trocadores de placa 
aletada são geralmente empregados nas trocas de gás para gás. 
 
 
 
Figura 2.8 – Trocadores de calor de placa aletada (fonte: Ozisik) 
 
2.2.2.5 – Trocadores de calor de tubo aletado 
 
Quando se precisa de um trocador que opere em alta pressão, ou de uma 
superfície extensa de um lado, utilizam-se os trocadores de tubo aletado. A Figura 
2.7 ilustra duas configurações típicas, uma com tubos cilíndricos e outra com tubos 
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chatos. Os trocadores de tubo aletado podem ser utilizados em um largo domínio de 
pressão do fluido nos tubos, não ultrapassando cerca de 30 atm e operam em 
temperaturas que vão desde baixas, nas aplicações criogênicas, até cerca de 
870°C. 
 
 
Figura 2.9 – Trocadores de calor de tubo aletado (fonte: Ozisik) 
 
2.2.2.6 – Trocadores de calor regenerativos 
 
Os trocadores de calor regenerativos podem ser ou estáticos ou dinâmicos. 
O tipo estático não tem partes móveis e consiste em uma massa porosa (por 
exemplo, bolas, seixo, etc) através da qual passam alternadamente fluidos quentes e 
frios. Uma válvula alternadora regula o escoamento periódico dos dois fluidos. 
Durante o escoamento do fluido quente,o calor é transferido do fluido quente para o 
miolo do trocador regenerativo. Depois o escoamento do fluido quente é 
interrompido, e inicia o escoamento do fluido frio. Durante a passagem do fluido frio, 
transfere-se calor do miolo para o fluido frio. Os regeneradores do tipo estático 
podem ser pouco compactos, para uso em altas temperaturas como nos pré-
aquecedores de ar, na fabricação de coque e nos tanques de fusão de vidro. 
Nos regeneradores do tipo dinâmico, o miolo tem a forma de um tambor 
que gira em torno de um eixo de modo que uma parte qualquer passa 
periodicamente através da corrente quente e, em seguida, através da corrente fria. O 
calor armazenado no miolo durante o contato com o gás quente é transferido para o 
gás frio durante o contato com a corrente fria. O exemplo típico de regenerador 
rotativo é o pré-aquecedor regenaritvo de ar Ljungstrom, Figura 3.8.Os 
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regeneradores rotativos só são convenientes para a troca de calor de gás para gás, 
pois somente com gases a capacidade calorífica do miolo, que transfere o calor, é 
muito maior do que a capacidade calorífica do gás escoante. Não é conveniente 
para a transferência de calor líquido para líquido, pois a capacidade calorífica do 
miolo de transferência de calor é muito menor do que a capacidade calorífica do 
líquido. 
 
 
Figura 2.9 – Trocadores de calor de tubo aletado (fonte: Ozisik) 
 
2.2.3 - Classificação segundo a disposição das correntes 
 
Existem numerosas possibilidades para a disposição do escoamento nos 
trocadores de calor. Vamos resumir aquis as principais. 
 
2.2.3.1 – Correntes paralelas 
Os fluidos quente e frio entram na mesma extremidade do trocador de calor, 
fluem na mesma direção, e deixam juntos a outra extremidade, como está ilustrado 
na Figura 2.10a. 
 
2.2.3.2 – Contracorrente 
Os fluidos quente e frio entram em extremidades opostas do trocador de 
calor e fluem em direções opostas, como está indicado na Figura 2.10b. 
 
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2.2.3.3 – Correntes cruzadas 
Os fluidos fluem perpendicularmente um ao outro, como está indicado na 
Figura 2.10. 
 
 
Figura 2.10 – (a) Corrente paralelas, (b) contracorrente, e (c) correntes cruzadas 
(Ozisik) 
 
2.2.3.3 – Escoamento multipasse 
 
A configuração de escoamento com passes múltiplos é empregada 
frequentemente no projeto de trocadores de calor, pois a multipassagem intensifica a 
eficiência global, acima das eficiências individuais. A Figura 2.11 
 
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Figura 2.11 – Dispositivo de escoamento de múltiplos passes (Ozisik) 
a) Um passe no casco, dois passes nos tubos, 
b) dois passes no casco, quatro passes nos tubos, 
(c) três passes no casco, seis passes nos tubos. 
 
2.2.4 - Classificação de acordo com a utilização 
 
Os trocadores de calor são designados por termos correspondentes às 
modificações que realizam nas condições de temperatura ou estado físico do fluido 
de processo. No caso de o equipamento operar com dois fluidos de processo, 
prevalece, se possível, a designação correspondente ao serviço mais importante. 
Através deste critério, os trocadores de calor são classificados como: 
 
a) Rresfriador (cooler) – resfria um líquido ou gás por meio de água, ar ou 
salmoura; 
b) Refrigerador (chiller) – resfria também um fluido processa através da 
evaporação de um fluido refrigerante, como amônia, propano ou 
hidrocarboneto (neste caso a operação chama-se refrigeração). 
c) Condensador (condenser) – retira calor de um vapor até a sua condensação 
parcial ou total, com o auxilio de um meio frio; 
d) Aquecedor (heater) – aquece o fluido de processo, utilizando, em geral, 
vapor fluido térmico, excluído o fogo direto; 
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e) Vaporizador (vaporizer) – cede calor ao fluido de processo vaporizando-o 
total ou parcialmente através de circulação natural ou forçada. O termo 
“refervedor de vapor” (steam generator) aplica-se ao vaporizador que gera 
vapor d´água, aproveitando calor excedente de um fluido de processo. 
f) Evaporador (evaporador) – promove concentração de uma solução pela 
evaporação do líquido, de menor ponto de ebulição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 3 - VASOS DE PRESSÃO 
 
 
 
 
Objetivo: Apresentar os conceitos gerais dos vasos de pressão, função e finalidade, 
tipos e concepções de projeto, dimensões, apresentar componentes internos e 
externos, Código ASME Seç. VIII-Div.1, materiais utilizados, válvula de segurança e 
alívio, suportes, exemplos de acidentes industriais envolvendo vasos de pressão. 
 
3.1 - INTRODUÇÃO 
 
O nome vaso de pressão designa genericamente todos os recipientes 
estanques de qualquer tipo, dimensões, formato ou finalidade, capazes de conter um 
fluido pressurizado. Dentro de uma definição tão abrangente inclui-se uma enorme 
variedade de equipamentos, desde uma simples panela de pressãode cozinha, até 
os mais sofisticados reatores nucleares. 
 
Vasos de pressão são todos os reservatórios destinados ao armazenamento 
e processamento de líquidos e gases sob pressão ou sujeitos a vácuo total ou 
parcial. 
 
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Neste curso trataremos de vasos de pressão que podem ser considerados 
“equipamentos de processo”. Denominamos equipamentos de processo os 
equipamentos em indústrias de processo, que são as indústrias nas quais materiais 
sólidos ou fluidos sofrem transformações físicas e/ou químicas, ou as que se 
dedicam à armazenagem, manuseio ou distribuição de fluidos. Dentre essas 
indústrias podemos citar, entre outras, as refinarias de petróleo, as industrias 
químicas e petroquímicas em geral, grande parte das industrias alimentares e 
farmacêuticas, a parte térmica das centrais termoelétricas, os terminais de 
armazenamento e de distribuição de produtos de petróleo, bem como as instalações 
de processamento de petróleo e/ou de gás natural, em terra ou no mar. 
 
Nas indústrias de processo existem três condições específicas 
características que tornam necessário um maior grau de confiabilidade para os 
equipamentos, em comparação com o que é normalmente exigido para as demais 
indústrias em geral: 
 
- A grande maioria dessas indústrias de processo trabalha em regime 
contínuo, dia e noite, durante meses a fio. Os equipamentos ficam, portanto, 
submetidos a um regime severo de operação, porque não há paradas diárias para 
manutenção e inspeção. 
 
- Os diversos equipamentos formam uma cadeia contínua, através do qual 
circulam os fluidos de processo. Deste modo, a falha ou paralisação de um único 
equipamento, por qualquer motivo, obriga geralmente a paralisação de toda 
instalação. 
 
Vasos de pressão e tubulações são utilizados em diversos ramos da 
indústria, podendo-se citar as indústrias químicas, petroquímicas, de petróleo, 
alimentícia, siderúrgica, etc. Estes equipamentos são empregados para conter e 
transportar fluidos, muitas vezes perigosos. 
 
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O objetivo de um projeto de fabricação adequada é assegurar que tais 
equipamentos possam exercer suas funções, sem risco considerável, submetidos 
aos carregamentos, temperaturas e pressões previstas. 
 
A construção de um vaso de pressão envolve uma série de cuidados 
especiais relacionados a seu projeto, fabricação, montagem e testes. Isto porque um 
vaso de pressão representa: 
 Grande risco: Normalmente opera com grandes pressões e 
temperaturas elevadas. 
 Alto investimento: É um equipamento de custo unitário elevado. 
 Papel importante na continuidade operacional do processo. 
 
Exemplo de aplicações 
 
 Indústrias químicas e petroquímicas 
 Indústrias alimentares e farmacêuticas 
 Refinarias 
 Terminais de armazenagem e distribuição de petróleo e derivados; 
 Estações de produção de petróleo em terra e no mar 
 
3.2 – CLASSIFICAÇÃO E FINALIDADES DOS VASOS DE PRESSÃO 
 
Os vasos de pressão podem ser classificados em dois grupos: 
 
› Vasos não sujeitos a chama: 
 
 Vasos de armazenamento e acumulação 
 Torres de destilação fracionada, retificação, absorção, etc,... 
 Reatores diversos 
 Esferas de armazenamento de gases 
 Permutadores de calor 
 Aquecedores 
 Resfriadores 
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 Condensadores 
 Refervedores 
 Resfriadores a ar 
 
› Vasos sujeitos a chama 
 
 Caldeiras 
 Fornos 
 
A Figura 3.1 mostra um grande vaso de pressão sendo preparado para ser 
transportado. 
 
 
Figura 3.1 – Vaso de pressão de grandes dimensões sendo 
preparado para o transporte. 
 
 
O código ASME – Pressure Vessel Boiler Code, define vasos de pressão 
como sendo todos os reservatórios, de qualquer tipo, dimensões ou finalidade, não 
sujeitos a chama, que contenham qualquer fluído em pressão manométrica igual ou 
superior a 1,02 kgf/cm2 ou submetidos à pressão externa. 
 
Os vasos de pressão são empregados em três condições distintas. 
 
 
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 Armazenamento de gases sob pressão 
Os gases são armazenados sobre pressão para que se possa ter um grande peso 
num volume relativo pequeno. 
 Acumulação intermediária de líquidos e gases 
Isto ocorre em sistemas onde é necessária a armazenagem de líquidos ou gases 
entre etapas de um mesmo processo ou entre processos diversos. 
 
 Processamento de gases e líquidos 
Inúmeros processos de transformação em líquidos e gases precisam ser efetuados 
sob pressão. 
 
Numerosos processos de transformações físicas, bem como muitas reações 
químicas precisam ser efetuados em ambientes sob pressão. 
 
Alguns processos são realizados em ambiente de vácuo: os vasos para 
esses casos, também chamados de vasos de pressão, trabalham sujeitos à pressão 
atmosférica externa. 
 
A faixa de variação de pressões e de temperaturas de trabalho dos vasos 
de pressão muito extensa. Existem vasos de pressão trabalhando desde o vácuo 
absoluto até cerca de 4.000 kg/cm2. 
 
Os vasos de pressão podem ter grandes dimensões e peso, havendo 
alguns com mais de 60m de comprimento, e outros com mais de 200t de peso. 
 
Da mesma forma, é enorme a quantidade de fluidos que podem estar 
contidos nos vasos, incluindo-se praticamente todos os que sejam de uso industrial: 
líquidos, gases, mistura de líquidos e gases, líquidos ou gases com sólidos em 
suspensão etc. 
 
 
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3.3 - DESCRIÇÃO 
 
3.3.1 - COMPONENTES 
 
Num vaso de pressão podemos distinguir os seguintes componentes: 
 
- Corpo (casco ou costado) - Normalmente cilíndrico, cônico, esférico ou 
combinação dessas formas. 
 
- Tampos - Denominan-se tampos as peças de fechamento dos cascos 
cilíndricos dos vasos de pressão. Normalmente nos tipos elípticos, semi-elípticos, 
toro-esféricos, semi-esféricos, cônicos. Toro-cônicos e planos. 
 
Existe uma grande variedade de tampos planos, como mostram alguns 
exemplos da figura. Os tipos (e) e (f) são tampos não removíveis para vasos de 
baixa pressão. O tipo (g) tem um flange cego aparafusado removível, e o tipo (h) 
também é removível mediante a retirada de um anel rosqueado no corpo cilíndrico, 
que o mantém no lugar. 
 
 
 
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Figura 3.2 – Alguns tipos de tampos para vasos de pressão 
 
3.4 – DIMENSÕES CARACTERÍSTICAS 
 
As dimensões características de um vaso de pressão são as seguintes: 
 
 Diâmetro interno (DI) 
 Diâmetro externo (DE) 
 Comprimento entre tangentes (CET) 
 
O comprimento entre tangentes é o comprimento total do corpo cilíndrico, ou 
a soma dos comprimentos dos corpos cilíndricos e cônicos sucessivos. As linhas de 
tangência, que limitam o comprimento entre tangentes, são linhas traçadas próximo 
a ambos os extremos do casco, na tangência entre o corpo cilíndrico e os tampos de 
fechamento. A figura apresenta alguns vasos de pressão típicos e suas dimensões 
características. 
 
 
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Figura 3.3 – Alguns tipos de tampos para vasos de pressão 
 
3.5 – ABERTURAS E REFORÇOS 
 
Todos os vasos de pressão têm sempre várias aberturas com diversas finalidades. 
Bocais são aberturas feitas nos vasospara: 
 
 Ligação com tubulações de entrada e saída de produto.. 
 Instalação de válvulas de segurança. 
 Instalação de instrumentos, drenos e respiros. 
 
 
 
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Figura 3.3 – Conexões de entrada e saída de 
produto 
 
 
 
 
Figura 3.4 – Bocal de instalação da 
válvula de segurança. 
 
 
 
Entrada de fluido 
Saída de Gás 
Saída de Fluido 
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Figura 3.5– Conexões de instrumentos 
 
 
Podem ainda existir aberturas feitas para permitir a ligação entre o corpo do 
vaso e outras partes do mesmo vaso; por exemplo, ligação a potes de drenagem 
(sumps). Uma abertura num vaso de pressão, embora necessária ao seu 
funcionamento, é um ponto de concentrações de tensões. Para combater este efeito 
é necessário a colocação de reforços junto as aberturas feitas num vaso de pressão. 
Os reforços normalmente utilizados são: 
 
 anel de chapa soldado ao pescoço tubular e à parede do vaso. 
 Disco de chapa de maior espessura, soldado de topo no vaso. 
 Percas forjadas integrais. 
 Pescoço tubular com maior espessura. 
 
O disco de chapa soldado ao pescoço tubular e a parede do vaso é 
permitido para qualquer diâmetro mas não deve ser usado quando a espessura da 
parede do vaso e igual ou superior a 50,0 mm. Não é recomendado para serviços 
com baixa temperatura, serviços cíclicos ou serviço com hidrogênio. As figuras 3 e 4 
apresentam tipos de reforço de aberturas previstos pelos códigos de projeto. 
 
Os dois requisitos básicos necessários ao material que é colocado como 
reforço junto a aberturas num vaso de pressão são: 
 
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1- Deverá ser suficiente para compensar o enfraquecimento da parede do vaso 
provocado pela abertura; 
2- Deverá ser colocado dentro de determinado limites, a partir da extremidades 
da abertura, para minimizar o efeito de concentrações de tensões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3.6 – Tipos de Reforço de Aberturas. 
 
 
 
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Figura 3.7 – Tipos de Reforço de Aberturas – conforme norma PETROBRAS N-
253. 
 
 
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3.6 – PEÇAS INTERNAS DOS VASOS DE PRESSÃO 
 
 
A variedade de tipos e detalhes de peças internas em vasos de pressão é 
muito grande, dependendo essencialmente do serviço para o qual o vaso se destina. 
 
Todas as peças internas que devam ser desmontáveis, (grades, bandejas, 
distribuidores, defletores, extratores de névoa, etc.). Devem ser obrigatoriamente 
subdivididas em seções, de tal maneira que cada seção possa passar com facilidade 
através das bocas de visita dos vasos. A Figura 3.8 apresenta detalhes típicos de 
peças internas dos vasos de pressão. 
 
 
 
 
Figura 3.8 – Peças internas de Vasos de Pressão. 
 
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Os distribuidores, Figura 3.8(b), são tubos interno, com ou sem 
ramificações, para espalhar o líquido que entra no vaso, devendo para isso possuir 
furos ou rasgos convenientemente colocados. Os flanges internos para permitir a 
desmontagem dos distribuidores costumam ser peças leves, recortadas de chapas, 
pelo fato de não estarem sujeitos a esforços de pressão. 
 
As bandejas, Figura 3.8 (c), construídas de chapa, destinam-se a conter 
borbulhadores ou válvulas. As bandejas tem sempre um vertedouro, e são cortadas 
alternadamente à direita e à esquerda (ou no centro e nas extremidades); devem ter 
um alçapão removível para permitir a passagem de pessoas durante a montagem ou 
manutenção. 
 
As grades, Figura 3.8(e), construídas de barras chata e de vergalhões, 
destinam-se a sustentar recheios, leitos de catalisador, eliminadores de névoa 
(demister) etc. 
 
Tanto as bandejas como as grades são geralmente construídas em seções 
retangulares desmontáveis. As grades e as bandejas são sustentadas por um anel 
periférico de chapa ou de barra chata soldado ao casco. A Figura 3.9 apresenta o 
interno de uma torre de processo. 
 
 
Figura 3.9 – Bandejas internas de um torre de processo. 
 
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Outras peças internas comuns em vasos de pressão são os defletores, 
chicanas, calhas, coletores, chaminés, potes de selagem e quebra-vórtices 
 
Os defletores, chicanas, calhas e coletores são peças com a finalidade de 
dirigir a corrente fluida, evitar impactos, ou coletar a saída de líquidos. Os quebras 
vórtices evitam a formação de vórtices. 
Todas as peças são construídas de chapas, e geralmente soldadas à 
parede do vaso. 
As peças internas desmontáveis, com exceção das vigas principais de 
sustentação de bandejas, grades etc., devem ser projetadas de forma que tenham, 
sempre que possível. O peso máximo de 24kg. Devem ter dimensões tais que 
possibilitem a fácil passagem através das bocas de visita do vaso. 
A fixação das peças internas desmontáveis é normalmente feita por 
aparafusamento. 
Todas as peças internas soldadas à parede do vaso devem ser sempre do 
mesmo material do vaso, ou pelo menos de material de mesmo “número P”, como 
definido pelo código ASME, Seção VIII. 
 
A Figura 3.10 e Figura 3.11 ilustram impelidores internos utilizados em 
reatores. 
 
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Figura 3.10 – Impelidores internos em vasos de pressão. 
 
 
 
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Figura 3.11 – Impelidores internos em vasos de pressão (cont.) 
 
 
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3.7 – PEÇAS INTERNAS EM TROCADORES DE CALOR 
 
Os permutadores tem sempre um conjunto especial de peças internas que é 
formada de: feixe tubular, espelho, chicanas, tirantes e tubos espaçadores. Na 
Figura 3.12 é apresentado um esquema básico dos componentes interno de um 
trocador de calor do tipo casco tubo. 
 
 
Figura 3.12 – Peças internas de um permutador de calor. 
 
 
 
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3.8 – PEÇAS EXTERNAS DOS VASOS DE PRESSÃO 
 
Os vasos de pressão podem ter diversos tipos de acessórios externos, 
dentre os quais podemos citar como exemplo: 
 Reforço de vácuo 
 Anéis de suporte de isolamento térmico externo 
 Chapas de ligação, orelhas ou cantoneiras para suportes de 
tubulação, plataformas, escadas ou outras estruturas. 
 Suportes para turcos de elevação e outros flanges cegos 
 
A Figura 3.13 e Figura 3.14 apresentam os desenhos esquemáticos de uma 
torre com diversos acessórios externos. 
 
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Figura 3.13 – Peças externas de um vaso de pressão. 
 
Figura 3.14 – Peças externas de um vaso de pressão. 
 
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A Figura 3.15 apresenta o desenho esquemático de um vaso de pressão 
com diversos acessórios externos e internos. 
 
 
Figura 3.15 – Vaso de pressão típico completo. 
 
 
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3.9 – SUPORTES 
 
Existem vários tipos de estruturas de suporte, tanto para vasos verticais 
como para vasos horizontais. 
 
Vasos Verticais são usualmente sustentados por uma “saia”de chapa, 
embora vasos verticais de pequenas dimensões possam também ser sustentados 
em sapatas ou colunas. 
 
As torres devem ser suportadas por meio de saias. 
 
As esferas para armazenagem de gases também são sustentadas por 
colunas, soldadas ao casco aproximadamente na linha do equador da esfera. 
 
A maioria dos vasos horizontais são suportados em dois berços (selas), 
sendo que para permitir a dilatação do vaso, em um dos berços os furos para os 
chumbadores são ovalados. 
 
São comuns vasos horizontais superpostos, principalmente em 
permutadores de calor. 
 
A Figura 3.16 e Figura 3.17 apresentam diversos tipos de suportação de 
vasos de pressão. 
 
 
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Figura 3.16 – Suportação de Vasos de pressão. 
 
Figura 3.17 – Suportação de Vasos de pressão (cont.). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3.10 CÓDIGO DE PROJETO 
 
Entre 1870 e 1910, pelo menos 10.000 explosões em caldeiras foram 
registradas na América do Norte. Após 1910, a taxa se elevou para 1.300 a 1400 
falhas ao anos. Em 1905, ocorreu uma explosão de caldeira em uma fábrica de 
sapatos em Brockton, Massachusetts (EUA), matando 58 pessoas e 117 feridos, que 
motivou a criação de uma norma regulatória, denominada Massachusetts Rules, 
sobre o projeto e construção de caldeiras, emitida em 1907. 
 
 
 
 
 
Figura 3.18 – Explosão em uma fábrica de sapatos – EUA. 
 
 
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O Comitê de Caldeiras ASM foi criado em 1911, com a publicação da 
primeira edição do código em 1914-1915. Em 1924, seria publicada a Seção VIII, 
referentes a vasos de pressão não sujeitos a chama. 
 
3.10.1 – Código ASME-The American Society of Mechanical Engineers 
 
 
 
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3.11 – MATERIAIS 
 
3.11.1 – Introdução 
 
 
 
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3.12 – DEFINIÇÕES 
 
Neste item são apresentadas definições de alguns termos que necessitam 
ser bem esclarecidas. 
 
 
 
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3.13 - VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO 
 
Texto baseado no Guia de Inspeção de Equipamentos n°.10- Inspeção de 
Válvulas de Segurança e Alívio. 
 
 
 
 
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3.14 – TESTE DE PRESSÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Anexo I 
 
ACIDENTES INDUSTRIAIS
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FEYZIN (França – 1966) 
 
• vazamento de propano em esfera 
• nuvem de 1 m de altura dirige-se direção da rodovia 
• Estima que a uma distância de 160 m ocorre a ignição 
• Bombeiros não familiarizados com incêndios em refinarias 
• não resfriamento da esfera em chamas 
• 1h 30min após vazamento esfera explode 
• 18 mortes e 81 feridos 
 
 
 
 
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REDUC (Brasil – 1972) 
 
• 30 março 1972 
• BLEVE em uma (1.600 m3) das 5 esferas de GLP 
• congelamento da válvula quando drenagem da esfera 
• 37 mortes (da REDUC e FABOR) e 53 feridos 
 
 
 
Figura – Tampão caiu a 1 km de distância 
 
 
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 FLIXBOROUGH (Inglaterra – 1974 ) 
 
• 01 de julho de 1974 (sábado – 16:53h) 
• ruptura de “tubulação” de 20” usada como bypass de tanque em manutenção 
• Explosão de nuvem 
• 28 mortos na planta e centenas de feridos leves externamente, com destruição 
total da planta 
• atinge casas a 5 km 
• Inquérito público pelo Parlamento Britânico 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 4 - TUBULAÇÕES 
 
Objetivo: Apresentar os termos e fundamentos de tubulação industrial e os 
principais acessórios. Meios de ligação. Materiais. Classificação dos tubos. Tipos de 
Válvula. 
 
4.1 - INTRODUÇÃO 
 
Tubo é um conduto fechado, oco, geralmente circular destinado ao 
transporte de fluidos. 
 
Tubulação é um conjunto de tubos, conexões, válvulas e acessórios 
formando uma linha para a condução de fluidos. 
 
Os tubos são necessários para transportar fluidos transmitindo potência de 
uma entrada (geralmente um bomba) para uma saída (usualmente um reservatório). 
Porém, o movimento do fluido no interior do tubo está sujeito a perdas de velocidade 
(carga) ao longo de toda a extensão da tubulação, principalmente se houver 
variações na seção. Estas variações de seção ocorrem nas curvas, conexões, 
válvulas e demais acessórios. 
 
Os tubos podem ser classificados em tubos sem costura e tubos com 
costura. Os tubos sem costura são fabricados por laminação (Figura 4.3) e que 
apresentam diâmetros grandes, por extrusão (Figura 4.4) e que apresentam 
diâmetros pequenos e por fundição. Já os tubos com costura são fabricados por 
solda (Figura 4.5). 
 
4.2 – CLASSIFICAÇÃO DOS TUBOS 
 
Os tubos podem ser classificados em tubos sem costura e tubos com 
costura. Os tubos sem costura são fabricados por laminação (Figura 4.1) e que 
apresentam diâmetros grandes, por extrusão (Figura 4.2) e que apresentam 
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diâmetros pequenos e por fundição. Já os tubos comcostura são fabricados por 
solda (Figura 4.3). 
 
4.3 - PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.1 – Processo de fabricação de tubos por laminação 
 
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Figura 4.2 – Processo de fabricação de tubos por EXTRUSÃO 
 
 
Figura 4.3 – Processo de fabricação de tubos com costura 
 
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4.4 - MATERIAIS PARA TUBOS 
 
É muito grande a variedade dos materiais atualmente utilizados para a 
fabricação de tubos. Só a ASTM especifica mais de 500 tipos diferentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4.4.1 - FATORES DE INFLUÊNCIA NA SELEÇÃO DE MATERIAIS 
 
A seleção adequada é um problema difícil porque, na maioria dos casos, os 
fatores determinantes podem ser conflitantes entre si. Caso típico é corrosão versus 
custo. 
 
Os principais fatores que influenciam são: 
 
Fluido conduzido – Natureza e concentração do fluido, Impurezas ou 
contaminantes; pH; Velocidade; Toxidez; Resistência à corrosão; Possibilidade de 
contaminação. 
 
Condições de serviço – Temperatura e pressão de trabalho. (Consideradas as 
condições extremas, mesmo que sejam condições transitórias ou eventuais.) 
 
Nível de tensões do material – O material deve ter resistência mecânica 
compatível com a ordem de grandeza dos esforços presentes. (pressão do fluido, 
pesos, ação do vento, reações de dilatações térmicas, sobrecargas, esforços de 
montagem etc. 
 
Natureza dos esforços mecânicos – Tração; Compressão; Flexão; Esforços 
estáticos ou dinâmicos; Choque s; Vibrações; Esforços cíclicos etc. 
 
Disponibilidade dos materiais – Com exceção do aço-carbono os materiais tem 
limitações de disponibilidade. 
 
Sistema de ligações – Adequado ao tipo de material e ao tipo de montagem. 
 
Custo dos materiais – Fator freqüentemente decisivo. Deve-se consideraro custo 
direto e também os custos indiretos representados pelo tempo de vida, eos 
conseqüentes custos de reposição e de paralisação do sistema. 
 
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Segurança – Do maior ou menor grau de segurança exigido dependerão a 
resistência mecânica e o tempo de vida. 
 
Facilidade de fabricação e montagem – Entre as limitações incluem-se a 
soldabilidade, usinabilidade, facilidade de conformação etc. 
 
Experiência prévia – É arriscado decidir por um material que não se conheça 
nenhuma experiência anterior em serviço semelhante. 
 
Tempo de vida previsto – O tempo de vida depende da natureza e importância da 
tubulação e do tempo de amortização do investimento. 
Tempo de vida para efeito de projeto é de aproximadamente 15 anos. 
 
4.4.2 - TUBOS DE AÇO CARBONO 
 
Os tubos de aço-carbono são de uso geral devido as suas excelentes 
qualidades mecânicas, facilidade de soldar e de se trabalhar mecanicamente 
(dobramento, pintura e usinabilidade), por serem de baixo custo e podem serem 
usados para transportar óleos, ar, vapor, vapor condensado, gases e demais fluidos 
não corrosivos. Entretanto os tubos de aço-carbono que estão exposto ao ar 
atmosférico sofrem corrosão (ferrugem) e os que estão enterrados em contato direto 
com o solo sofrem também corrosão. 
 
De acordo com as especificações de cada fabricante, pode-se estimar que 
as faixas de temperatura de serviço de tubos de aço são: 
 
 450ºC para serviço severo 
 480ºC para serviço não severo 
 520ºC máximo em picos 
 370ºC começa deformação por fluência 
 530ºC oxidação intensa (escamação) 
 -45ºC torna-se quebradiço 
 
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Externamente, pode-se protegê-lo com revestimentos ou até mesmo usar 
um tubo com uma espessura maior. Internamente, usa-se uma proteção com 
revestimento. Por exemplo, a galvanização é feita com Zinco depositado a quente. 
 
Como se sabe, os resíduos de corrosão do aço não são tóxicos, porém 
podem mudar a cor e o sabor do fluido conduzido. O aço-carbono sofre ação 
corrosiva dos ácidos minerais, principalmente quando diluídos ou quentes, e 
suportam o os álcalis. 
 
Comercialmente, os tubos de aço-carbono são disponibilizados sem 
tratamento (tubo preto) ou protegidos com revestimento de zinco depositado a 
quente (tubo galvanizado). 
 
Uma outra opção para resistir a corrosão é o uso de tubos de aços-liga ou 
de aços inoxidáveis, que são mais caros que os aços-carbono e apresentam os 
processos de soldagem, conformação e montagem mais difíceis e caros. 
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4.4.3 -TUBOS DE AÇOS-LIGA E AÇOS IOXIDÁVEIS 
 
 
 
 
 
 
 
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4.4.4 - ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAL PARA TUBOS DE AÇO 
 
 
A tabela 4.1 apresenta as principais especificações de materiais para tubos 
conforma a norma ASTM American Society Of Mechanical Engineers para tubos. 
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Figura 4.4 – Normas ASTM para tubos 
Os diâmetros comerciais dos tubos de aço são especificados pela American 
National Standards Institute através da norma ANSI B36.10 para aço carbono e aço 
liga e pela norma ANSI B.36.19 para aço inoxidáveis. Os tubos são especificados 
por um número denominado “diâmetro nominal ips” (iron pipe size) ou bitola nominal. 
Até o valor de 12”, o diâmetro nominal não corresponde à nenhuma dimensão física 
do tubo, mas a partir de 14”, o diâmetro nominal é o diâmetro externo dos tubos. 
 
 
Norma dimensional ABNT 
A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas adotou a norma ANSI 
B36 desprezando a polegada do diâmetro nominal e usando o número como 
designação. 
 
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Para cada Diâmetro Nominal fabricam-se tubos com várias espessuras de 
parede, denominadas “séries” ou “schedule”. Para cada diâmetro nominal o diâmetro 
externo é sempre constante, variando apenas o diâmetro interno, que será Tanto 
menor quanto maior for a espessura de parede do tubo. 
 
 
 
 
A Figura 4.5 apresenta a espessura de tubos de acordo com a norma ANSI 
B.36.10 (fonte: catálogo CONFORJA). 
 
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Figura 4.6 – Espessura para tubos conforme norma ANSI B.36.10 
 
 
 
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4.5 – MEIOS DE LIGAÇÃO 
 
 
4.5.1 – Principais meios de ligação 
 
 Ligações rosqueadas – Figura 4.6. 
 Ligações soldadas – Figura 4.7. 
 Ligações flangeadas – Figura 4.8. 
 Ligações de ponta e bolsa. 
 Ligações de compressão. 
 Ligações patenteadas. 
 
 
4.5.2 – Fatores que interferem na escolha do meio de ligação 
 
 Material e diâmetro da tubulação, 
 Finalidade e localização, 
 Custo, 
 Grau de segurança exigido, 
 Pressão e temperatura de trabalho, 
 Fluido conduzido, 
 Necessidade ou não de desmontagem e 
 Existência ou não de revestimento interno no tubo 
 
 
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Figura 4.7 – Ligação Roscada 
 
 
 
Figura 4.8 – Ligação soldada para tubos 
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IMPORTANTE: 
A norma ANSI/ASME B31.3 contém inúmeras recomendações sobre 
soldagem dos tubos, incluindo seqüência de soldagem, tratamentos térmicos, 
qualificação de soldadores, testes de inspeção e aceitação etc. 
 
LIGAÇÕES FLANGEADAS 
São facilmente desmontáveis e aplicadas em diâmetros de 2” ou maiores. 
 
 
Figura 4.9– Ligação flangeada para tubos 
 
 
UTILIZAÇÃO 
 
1. Ligação de tubos com válvulas e equipamentos e também nos pontos da 
tubulação que for necessário desmontagem. 
2. Ligações correntes em tubulações de aço que possuam revestimento 
interno anticorrosivo. 
 
 
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Figura 4.10– Tipos de flanges 
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4.6 CONEXÕES 
 
 
4.6.1 – Classificação das conexões de tubulação 
 
 
 
Figura 4.11 – Classificação das conexões 
 
 
4.6.2 – Principais meios de ligação 
 
Figura 4.12 – Acessórios e conexões de tubos 
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4.6.3 – Conexões para solda de topo 
 
 
 
Figura 4.13 – Acessórios para soldagem 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4.6.4 – Conexões para solda de encaixe 
 
 
Figura 4.14 – Acessórios para solda de encaixe 
 
 
4.6.5 – Conexões rosqueadas 
 
 
 
Figura 4.15 – Acessórios para conexões roscada 
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4.7 -. VÁLVULAS 
 
4.7.1 - Introdução 
 
Válvula é um acessório que raramente percebemos o seu funcionamento e, 
normalmente, ignoramos a sua importância. Sem os sistemas modernos de válvulas, 
não haveria água pura e fresca em abundância nos grandes centros, o refino e 
distribuição de produtos petrolíferos seriam muito lentos e não existiria aquecimento 
automático nas casas. 
Por definição, uma válvula é um acessório destinado a bloquear, 
restabelecer, controlar ou interromper o fluxo de uma tubulação. As válvulas de hoje 
podem, além de controlar o fluxo, controlar o nível, o volume, a pressão, a 
temperatura e a direção dos líquidos e gases nas tubulações. Essas válvulas, por 
meio da automação, podem ligar e desligar, regular, modular ou isolar. 
Seu diâmetro pode variar de menos de uma polegada até maiores que 72 
polegadas. 
Podem ser fabricadas em linhas de produção, em bronze fundido, muito 
simples e disponível em qualquer loja de ferramentas ou até ser o produto de um 
projeto de precisão, com um sistema de controle altamente sofisticado, fabricada de 
uma liga exótica de metal para serviço em um reator nuclear. 
As válvulas podem controlar fluidos de todos os tipos, do gás mais fino a 
produtos químicos altamente corrosivos, vapores superaquecidos, abrasivos, gases 
tóxicos e materiais radioativos. 
Podem suportar temperaturas criogênicas à de moldagem de metais, e 
pressões desde altos vácuos até pressões altíssimas. 
 
4.7.2 - Classificação das válvulas 
 
4.7.2.1 - Válvula de bloqueio 
São as que predominantemente trabalham em condições de abertura e 
fechamento (ON/OFF) total da passagem do fluido. Sua operação pode ocorrer 
manualmente, por dispositivos elétricos, pneumáticos ou hidráulicos. 
• válvulas de gaveta 
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• válvulas de macho 
• válvulas de esfera 
• válvulas de comporta 
 
4.7.2.2 - Válvula de regulagem 
São as que apresentam a capacidade de modulação do fluxo. A sua 
operação é manual por meio de volante ou alavanca, podendo trabalhar em 
qualquer posição de fechamento parcial. 
• válvulas de globo 
• válvulas de agulha 
• válvulas de controle 
• válvulas de borboleta (pode trabalhar como válvula de bloqueio) 
• válvulas de diafragma (pode trabalhar como válvula de bloqueio) 
 
4.7.2.3 - Válvula que controlam a pressão a montante 
São as que apresentam a capacidade inerente da modulação das 
características do fluxo como a vazão, pressão ou temperatura automaticamente, 
sem a intervenção manual. Algumas delas são idênticas às válvulas de bloqueio mas 
internamente concebidas para modulação. As suas características são pré-
estabelecidas para cada aplicação. 
Válvula que controlam a pressão a montante 
• válvulas de segurança e de alívio 
• válvulas de contrapressão 
• válvulas de excesso de vazão 
Válvula que controlam a pressão a jusante 
• válvulas redutoras e reguladoras de pressão 
 
4.7.2.4 - Válvula unidirecional (fluxo em um sentido) 
São as que apresentam a capacidade de impedir o refluxo do fluido. São 
consideradas como válvulas auto-operadas pois sua operação ocorre pela ação 
direta do fluido. 
• válvulas de retenção 
• válvulas de retenção e fechamento 
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• válvulas de pé 
 
Existe uma grande variedade de válvulas, e, em cada tipo, existem diversos 
subtipos, cuja escolha depende não apenas da natureza da operação a realizar, mas 
também das propriedades físicas e químicas do fluido considerado, da pressão e da 
temperatura a que se achará submetido, e da forma de acionamento pretendida. 
 
 
Para selecionar uma válvula é importante, primeiramente, estabelecer a sua 
função e o que se espera dela. A própria avaliação dessa função irá influir na 
escolha da válvula mais adequada. As válvulas são, normalmente, empregadas em 
duas funções básicas de bloquear e restabelecer o fluxo e regulagem desse fluxo. 
Outras funções podem ser consideradas, como a prevenção de contra fluxo, 
controles diversos e segurança. 
 
Existem vários fatores que precisamos considerar antes da escolha da 
melhor válvula. Segue alguns dos itens necessários: temperatura e pressão do fluido 
e suas propriedades, vazão, diâmetro da tubulação, modo de acionamento da 
válvula, sistema de deslocamento da válvula, tipo de extremidade, material de 
construção, classe de pressão, entre outras. 
 
4.8 - Sistema construtivo das válvulas. 
 
 Quanto ao meio de ligação dos extremos, as válvulas podem ter as suas 
extremidades com os mais variados meios de ligação. 
 
4.8.1 -Extremidades roscadas 
As válvulas com os extremos roscados são empregadas onde se deseja a 
facilidade da montagem e desmontagem ou ainda onde a solda se torna difícil ou em 
muitos casos impossíveis. 
Normalmente empregadas em válvulas de pequenos diâmetros fabricadas 
em bronze, que são especialmente indicadas para as instalações residenciais e 
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prediais e para as instalações industriais de pequena responsabilidade como em 
serviços de baixa pressão e temperaturas ambientes e para fluidos não perigosos. 
 
 
Figura 4.16 – Válvula roscada 
 
4.8.2 - Extremidades do tipo encaixe e solda (soquetadas) 
 
As válvulas com os extremos do tipo encaixe e solda são empregadas 
primordialmente em instalações industriais de responsabilidade e onde se deseja 
uma estanqueidade perfeita e ainda facilidade e rapidez na montagem. 
São indicadas para serviços com altas pressões e temperaturas. 
Normalmente empregadas em válvulas de pequenos diâmetros fabricadas