TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

Tubos são condutos fechados, destinados principalmente aotransporte de fluidos.

A grande maioria dos tubos funciona como condutos forçados,isto é sem superfície livre, com o fluido tomando toda a áreada seção transversal

Chama-se tubulação um conjunto de tubos e de diversosacessórios.

A necessidade da existência das tubulações decorreprincipalmente do fato de o ponto de geração ou dearmazenamento dos fluídos estar, em geral, distante do seuponto de utilização.

Usam-se tubulações para o transporte de todos os materiaiscapazes de escoar, isto é, todos os fluidos conhecidos,líquidos ou gasosos, assim como materiais pastosos e fluídoscom sólidos em suspensão com as mais variadas faixas detemperatura e pressão.

O destaque das tubulações na industrias é de granderelevância;uma vez que todas possuem redes de tubulaçõesde maior ou menor importância, e quase todas essas redessão essenciais ao funcionamento da indústria.

A importância é ainda maior nas chamadas industrias deprocesso nas quais as tubulações são os elementos físicos deligação entre os equipamentos (vasos de pressão,reatores,tanques, bombas, trocadores de calor etc.) por onde circulamos fluídos de processo e de utilidades.

Nestas indústrias o valor das tubulações representa, emmédia, 20% a 25% do custo total da instalação industrial.

Tubulações de fluídos que constituem a finalidade básica daindústria, cuja atividade principal é o processamento, aarmazenagem ou a distribuição de fluidos.Exemplos: tubulações de óleo em refinarias, tubulações deprodutos químicos em indústrias químicas etc.

Tubulações de fluídos auxiliares nas indústrias e também astubulações em geral que se dedicam a outras atividades.Podem servir não só ao funcionamento da indústria (sistemade refrigeração, aquecimento etc.) como também a outrasfinalidades normais ou eventuais (manutenção,limpeza,combate a incêndio etc.) Costumam ainda constituirredes de utilidades aquelas aplicadas em água doce, águasalgada, vapor e ar comprimido nas industrias em geral

Tubulações para a transmissãode sinais de ar comprimidopara as válvulas de controle e instrumentos automáticos.

Tubulações de transmissão hidráulica sob pressão para oscomandos e servomecanismos hidráulicos

Redes encarregadas de coletar e conduzir ao destinoconveniente os diversos efluentes fluídos de uma instalaçãoindustrial.

Redes encarregadas de coletar e conduzir ao destinoconveniente os diversos efluentes fluídos de uma instalaçãoindustrial.

Redes ramificadas fora das instalações industriais.Exemplo: água, vapor etc.

Troncos empregados para o transporte de líquidos e de gasesa longas distâncias fora da instalação industrial.Exemplos: adutoras de água, oleodutos e gasodutos

É grande a variedade dosmateriais atualmenteutilizados na fabricação detubos

Entre todos os materiais industriais existentes , o aço-carbonoé o que apresenta menor relação custo/resistência mecânica,alem de ser um material fácil de soldar e de conformar, etambém fácil de ser encontrado no comércio.

Em uma refinaria de petróleo, por exemplo, mais de 90% detoda tubulação é de aço-carbono.

Por todos esses motivos, o aço-carbono é o chamado“material de uso geral” em tubulações industriais, isto é, só sedeixa de empregar o aço carbono quando houver algumacircunstância especial que o proíba, e desta forma todos osoutros materiais são utilizados apenas em alguns casosespeciais de exceção.

As propriedades do aço-carbono são grandementeinfluenciadas por sua composição química e pelatemperatura.

Emprega-se o aço carbono para a água doce, vapor de baixapressão, condensado, ar comprimido óleos, gases e muitosoutros fluidos pouco corrosivos, em temperaturas desde -45°C,e a qualquer pressão.

• Melhor resistência à corrosão• Preço mais elevado• Menor resistência mecânica• Menor resistência às altas temperaturas• Melhor comportamento em baixas temperaturas

DE UM MODO GERAL SÃO DE POUCA UTILIZAÇÃO DEVIDO AO ALTO CUSTO

Comparação geral com o Aço Carbono:

• Da atmosfera• Da água, inclusive salgada• Dos álcalis e dos ácidos diluídos• De muitos compostos orgânicos• De numerosos outros fluidos corrosivosSevero efeito de corrosão sob-tensão quando em contatocom:• Amônia• Aminas• Compostos Nitrados

DEVIDO AO ALTO COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO DE CALOR SÃOUSUALMENTE EMPREGADOS EM SERPENTINAS, COMO TUBOS DEAQUECIMENTO OU REFRIGERAÇÃONÃO DEVEM SER EMPREGADOS PARA PRODUTOS ALIMENTARES OUFARMACÊUTICOS PELO FATO DE DEIXAREM RESÍDUOS TÓXICOS PELACORROSÃO

DEVIDO AO ALTO COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO DECALOR SÃO EMPREGADOS EM SERPENTINAS, COMOTUBOS DE AQUECIMENTO OU REFRIGERAÇÃO

Muito boa resistência ao contato com:

• A atmosfera• A água• Compostos orgânicos,• Ácidos orgânicos

A RESISTÊNCIA MECÂNICA É MUITO BAIXAA adição de Si, Mg ou Fe melhora a resistência mecânica.

• Baixa resistência mecânica• Pesado

CARACTERÍSTICAS• excepcional resistência à corrosão• Pode trabalhar com H2SO4 em qualquer concentração

MATERIAIS COM PROPRIEDADES EXTRAORDINÁRIAS TANTO DERESISTÊNCIA À CORROSÃO, COMO RESISTÊNCIA ÀS TEMPERATURAS EQUALIDADES MECÂNICAS; ALÉM DISSO O PESO ESPECÍFICO É CERCA DE2/3 DO PESO DOS AÇOS.A PRINCIPAL DESVANTAGEM É O PREÇO EXTREMAMENTE ELEVADO

PRINCIPAIS TIPOS• Níquel Comercial• • Metal Monel (67% Ni, 30% Cu)• Inconel (80% Ni, 20% Cr

RESISTÊNCIA À CORROSÃO, E BOAS QUALIDADES MECÂNICAS E DE RESISTÊNCIA ÀS TEMPERATURAS, TANTO ELEVADAS COMO BAIXAS.

PLÁSTICOS (GRUPO MAIS IMPORTANTE)

A UTILIZAÇÃO DE TUBOS DE PLÁSTICO TEM CRESCIDO NOS ÚLTIMOSANOS, PRINCIPALMENTE COMO SUBSTITUTOS PARA OS AÇOSINOXIDÁVEIS

VANTAGENS• Pouco peso• Alta resistência à corrosão• Coeficiente de atrito muito baixo• Facilidade de fabricação e manuseio• Baixa condutividade térmica e elétrica• Cor própria e permanente

TERMOPLÁSTICOS (para dia. pequenos) Polímeros decadeia reta (Podem ser moldados pelo calor)

TERMOESTÁVEIS (Termofixos, para diâmetros grandes)Polímeros de cadeia ramificada (Não podem ser moldados)

DESVANTAGENS• Baixa resistência ao calor• Baixa resistência mecânica• Pouca estabilidade dimensional• Insegurança nas informações técnicas• Alto coeficiente de dilatação• Alguns plásticos podem ser combustíveis

A seleção adequada é um problema difícil porque, na maioriados casos, os fatores determinantes podem ser conflitantesentre si. Caso típico é corrosão versus custo.

Os principais fatores que influenciam são:

Fluido conduzido – Natureza e concentração do fluidoImpurezas 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 sejamcondições transitórias ou eventuais.)

Nível de tensões do material – O material deve terresistência mecânica compatível com a ordem de grandezados esforços presentes. ( pressão do fluido, pesos, ação dovento, reações de dilatações térmicas, sobrecargas, esforçosde montagem etc.

Natureza dos esforços mecânicos – Tração; Compressão;Flexão; Esforços estáticos ou dinâmicos; Choques; 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 tipode montagem.

Custo dos materiais – Fator freqüentemente decisivo. Deve-se considerar o custo direto e também os custos indiretosrepresentados pelo tempo de vida, e os conseqüentes custosde reposição e de paralisação do sistema.

Tempo de vida previsto – O tempo de vida depende danatureza e importância da tubulação e do tempo deamortização do investimento.

Segurança – Do maior ou menor grau de segurança exigidodependerão a resistência mecânica e o tempo de vida.

Facilidade de fabricação e montagem – Entre as limitaçõesincluem-se a soldabilidade, usinabilidade, facilidade deconformação etc.

Experiência prévia – É arriscado decidir por um materialque não se conheça nenhuma experiência anterior emserviço semelhante.

Tempo de vida para efeito de projeto é de

aproximadamente 15 anos.

Laminador mandrilador

Tubos com diâmetro interno

entre 57 e 426 mm, com espessura entre 3 e 30 mm

Laminador de tubos com costura

Tubos com diâmetro interno entre 10 e 114 mm e espessura de parede entre 2 e 5 mm

Os diversos meios usados para conectar tubos, servemnão só para as varas de tubos entre si, como também paraligar tubos às válvulas, aos diversos acessórios e tambémaos equipamentos como: bombas, turbinas, vasos depressão, tanques, etc.

- Ligações rosqueadas;- Ligações soldadas;- Ligações flangeadas;- Ligações de ponta e bolsa;- Ligações de compressão;- Ligações patenteadas

A escolha do meio de ligação a usar depende de muitosfatores entre os quais: material e diâmetro da tubulação,finalidade e localização da ligação, custo, grau de segurançaexigido, pressão e temperatura de trabalho, fluido contido,necessidade ou não de desmontagem, existência ou não derevestimento interno nos tubos, etc. Em todas as tubulaçõesexistem sempre, ou quase sempre, três classes de ligações:

�Ligações de emenda entre dois tubos;�Ligações entre um tubo e uma conexão de tubulação(curva, joelho, tê, redução etc.), ou entre duas conexões;�Ligações extremas da tubulação, onde a tubulação se ligaa um equipamento ou a uma máquina (tanque, vaso, filtro,bomba, compressor etc.), ou ligações da tubulação compeças desmontáveis (válvulas, purgadores de vapor, etc.) daprópria tubulação.

São uns dos mais antigos meios de ligações para tubos.Para tubos de pequenos diâmetros, essas ligações são debaixo custo e de fácil execução.EMPREGO: Diâmetro nominal: 2”a 4”.

Em tubulações industriais, a maior parte das ligações sãosoldadas com solda de fusão, com adição de eletrodo, dedois tipos principais:� Solda de topo;� Solda de encaixe.

Desvantagens:� Dificuldade de desmontagem;� Necessidade de mão de obra especializada para sua execução, e ofato de ser um trabalho a quente, o que pode exigir cuidadas comambientes com combustíveis,inflamáveis ou explosivos.

Vantagens:� Resistência mecânica;� Estanqueidade perfeita e permanente;� Boa aparência;� Facilidade na aplicação de isolamento térmico ou pintura;� Nenhuma necessidade de manutenção, devida a sua resistênciamecânica.

A solda de topo é o sistema mais usado para as ligações entretubos de 1 ½” até 2” ou maiores, de aços de qualquer tipo.Pode ser aplicada em toda a faixa usual de pressões e detemperaturas, inclusive para serviços severos, sendo por issoo sistema de ligação mais empregado para tubulações de 2”ou maiores, em indústrias de processamento.

SOLDA DE ENCAIXE (OU DE SOQUETE):

Esse tipo de ligações soldadas (ver figura ao lado) é usadona maioria dos tubos industriais com diâmetros até 1½” até2”, inclusive, em toda faixa usual de pressões e detemperaturas, para tubos de aço de qualquer tipo. A solda deencaixe é empregada também, embora não exclusivamente,em tubos até 4”, de metais não-ferrosos e de plásticos.

Uma ligação flangeada é composta de dois flanges, um jogo de parafusosou estojos com porcas e uma junta de vedação.

1. Para ligar os tubos com as válvulas e os equipamentos (bombas,compressores, tanques, vasos etc.), e também em determinados pontos,no correr da tubulação, onde seja necessário facilidade de desmontagem,nas tubulações em que, para ligar uma vara na outra, sejam usadosnormalmente outros tipos de ligação: solda, rosca, ponta e bolsa etc. Estãoincluídas neste caso todas as tubulações de aço, ferro forjado, metais não-ferrosos e grande parte das tubulações de plásticos, onde se empregamnormalmente as ligações de solda ou de rosca. Incluem-se também amaioria das tubulações de ferro fundido, cujas varas de tubo sãousualmente ligadas com ponta e bolsa, como veremos adiante.

As ligações flangeadas, que são ligações facilmente desmontáveis,empregam-se principalmente para tubos de 2” ou maiores, em dois casosespecíficos:

A ligação de ponta e bolsa é um sistema muito antigo, masainda usado correntemente para as seguintes classes detubulações:�Tubulações de ferro fundido e de ferro-ligados para água,esgotos e líquidos corrosivos.�Tubulações de ferro fundido para gás.�Tubulações de barro vidrado e de cimento-amianto.�Tubulações de concreto simples ou armado.

Empregam-se também ligações de ponta e bolsa paraalgumas tubulações de materiais plásticos termoestáveis, emdiâmetros grandes. Para todas essas tubulações, emprega-se a ponta e bolsa em toda a faixa de diâmetros em que sãofabricadas. No caso das tubulações de barro vidrado, cimentoamianto e concreto, a ponta e bolsa é praticamente o únicosistema de ligação usado.

Para uso com ponta e bolsa, as varas de tubos sãoassimétricas, tendo, cada uma, a ponta lisa em um extremo ea bolsa no outro extremo.A ponta lisa de um tubo (ver figura ao lado) encaixa-se dentroda bolsa do outro tubo, no interior da qual coloca-se oelemento de vedação que servirá para darestanqueidade ao conjunto. O elemento vedante deve serelástico, ou ter perfeita aderência ao tubo; deve também serresistente ao fluido contido, não dissolvendo nemcontaminando o mesmo. São os seguintes os elementosvedantes geralmente empregados:

São os seguintes os elementos vedantes geralmente empregados:

�Tubos de ferro fundido: Anéis retentores de borracha ou de materiaisplásticos, que se alojam, com pequena pressão, em um encaixe por dentro da bolsa. Para esses tubos são diferentes os perfis e detalhes da ponta e da bolsa dos tubos, conforme se destinem a serviço com líquidos ou com gases.

�Tubos de concreto ou de cimento-amianto: Argamassa de cimento com anéis de borracha.

�Tubos de barro vidrado: Argamassa de cimento.

São sistemas empregados para tubos de pequeno diâmetro(em geral até 60 mm), de aço-carbono, aços inoxidáveis emetais não-ferrosos, principalmente para serviços de altaspressões, com gases e com óleos, e também para linhas dear de instrumentação; alguns tipos podem trabalhar compressões até 200 MPa. Em todas essas ligações, a vedaçãoé obtida pela interferência metálica entre o tubo e uma luva,podendo a interferência ser conseguida por vários meios,mas sempre a frio.

No exemplo mostrado na figura abaixo, a interferência se dápela penetração na parede do tubo de duas arestas de umaluva de aço de alta dureza, causada pelo aperto de umaporca de rosca fina. Em qualquer caso, a vedação é muitoboa e a ligação não constitui um ponto fraco na tubulação.Uma das vantagens das ligações de compressão é o fato denão serem um “trabalho a quente”, como é qualquersoldagem, por exemplo, podem assim ser feitas, com todasegurança mesmo na presença de combustíveis ouinflamáveis.

Essas ligações são todas não rígidas, permitindo sempre um razoável movimento angular e um pequeno movimento axial entre as duas varas de tubo.