projetista de tubulação_ ii-materiais

7/29/2019 Projetista de Tubulao_ II-MATERIAIS

1/68

Prof. Luis Dantas


2/68

II-MATERIAISII.1 Materiais utilizados na fabricao de tubos

II.1.1. Ao com teor de carbono at 2%II.1.2. Ao ligaII.1.3. Teor de carbono acima de 2% - Ferro fundidoII.1.4. O cobre e outras ligas no ferrosas

II.2. Fatores de influncia na seleo de materiais para confeco de tubosII.3. Especificao de material para tubos de ao

II.3.1. Aos CarbonoII.3.2. Aos LigadosII.3.3. Aos de alta resistncia e baixa liga (ARBL)

II.4. Principais propriedades dos materiais para os tubosII.4.1. Tubos fabricados em Ao carbono

II.4.2. Tubos fabricados em ao inoxidvelII.4.3. Tubos fabricados em ferro fundidoII.5. Recomendaes e normas aplicadas a tubos de ao em geral

II.5.1. Recomendaes para os tubos fabricados em ao- liga sem costuraII.5.2. Recomendaes para os tubos mecnicos - sem costuraII.5.3. Recomendaes para os tubos de ao - carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4. Recomendaes para os tubos eletrodutos tipo galvanizados

II.6. Principais normas de aplicao de tubos existentes no mercado

II.6.1. Normas utilizadas para fabricao de tubos para troca trmicaII.7. Exerccios


3/68

II-MATERIAIS

INTRODUO

II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%II.1.2 Ao liga

II.1.3 Teor de carbono acima de 2% - FerrofundidoII.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas


4/68

Os materiais slidos tm sido convenientemente

agrupados em trs classificaes bsicas, metais,

cermicos e polmeros.

Adicionalmente a essas classificaes bsicas, existem

trs outros grupos de materiais importantes na engenharia:

os compsitos, os semicondutorese os biomateriais.

MATERIAISINTRODUO


5/68

Os referidos materiais slidos so classificados em seis grupos

principais, a saber: Materiais metlicos: so, normalmente, combinaes de elementosmetlicos;

Materiais cermicos: so compostos situados entre os elementosclassificados como metlicos e no metlicos;

Materiais polmeros: compreendem os materiais comuns, compostosde plsticos e borrachas;

Materiais compsitos: consistem de mais de um tipo de material, etm sido de composio desenvolvida pela engenharia;

Materiais semicondutores: possuem propriedades eltricas que so

intermedirias entre aquelas apresentadas pelos condutores eltricos epelos materiais isolantes;

Biomateriais: so empregados em componentes destinados implantao no interior do corpo humano para fins de substituio departes do corpo doente ou peas danificadas.

MATERIAISINTRODUO


6/68

Um metal, de determinado tipo, assim como qualquer outra

substncia ou matria, formada por elementos qumicos sendo,

geralmente, descrito como um aglomerado de tomos, de carter

metlico, em que os eltrons da camada de valncia fluem

livremente.A maioria dos metais quimicamente estvel, com a exceo

notvel dos metais alcalinos e alcalino-terrosos.

Vale lembrar que os no-metais so mais abundantes nanatureza do que os metais, mas estes ltimos, de fato, constituem a

maioria dos elementos da tabela peridica. Alguns metais bem

conhecidos so abaixo listados:

MATERIAISINTRODUO


7/68

o

Alumnio;

o Cobre;

o Ouro;

o Ferro;

o Prata;

o Titnio;

o Urnio;

o Zinco.

MATERIAISINTRODUO


8/68

MATERIAISINTRODUO


9/68

Composto de materiais slidos

Liga metlica - Liga uma mistura, com propriedades especficas, que

contm, ao menos, dois elementos metlicos. Eis os exemplos abaixo:

Ao(ferro, carbono e outros);

Lato(cobre e zinco);

Bronze(cobre e estanho, podendo ainda conter outros elementos);

Duralumnio(alumnio e cobre, podendo ainda conter outros elementos).

MATERIAISINTRODUO


10/68


Geralmente, materiais puros no renem todas as qualidadesnecessrias para uma determinada utilizao tcnica.

Praticamente todos os aos contm, alm do carbono, os elementossilcio e o mangans. Os elementos enxofre e fsforo encontram-setambm presentes como impurezas. Aos inoxidveis contm, alm doselementos existentes nos aos normais, os elementos cromo, nquel e, emalguns casos, o molibdnio.

Quando os aos possuem elementos de adio que acrescentamcaractersticas especiais ao ao, como aumento da resistncia corroso,aumento da resistncia temperatura, aumento da resistncia dureza eaumento da resistncia trao e outras caractersticas, so classificadoscomo aos especiais.

MATERIAISINTRODUO


11/68


Os aos especiais podem conter os elementos: cobalto, vandio,

tungstnio, alumnio, cobre, boro e outros.

Como os metais possuem a caracterstica de se oxidarem, quando

expostos ao oxignio, o metal combina-se com o oxignio formando

um xido, que no possui algumas das principais propriedades dos

metais como o brilho e a ductilidade.

No ferro, por exemplo, a esta camada de xido dado o nome de

ferrugem.

MATERIAISINTRODUO


12/68


A forma original da maioria dos metais encontrados na

natureza combinada ao oxignio, e, depois de purificada, d

origem ao metal puro.

As mais conhecidas formas de minerais metlicos so a

bauxita (alumnio) e a hematita (ferro).

Alguns, contudo, podem ser encontrados na forma pura

como a platina, o ouro e a prata.

MATERIAISINTRODUO


13/68


A indstria petroqumica vem, ao longo dos anos,

trabalhando em conjunto com seus fornecedores de

tubos e caldeiraria, no entendimento dos mecanismos

de falhas dessas aplicaes e no desenvolvimento de

novos materiais para aumentar a segurana e a

confiabilidade dos processos.

MATERIAISINTRODUO


14/68


A tecnologia do uso de ligas metlicas na composio de tubos de

caldeiraria para as indstrias no setor de fabricao proporcionou melhoria

nas operaes.

Como avanos tecnolgicos, surgiram os aos inox duplex, e os super

duplex e o recurso tecnolgico da utilizao de ligas com adio de alumnio

nos aos refratrios, possibilitando atingir temperaturas de operao por

volta de 1100 C.

Neste caso, uma aplicao especfica para os fornos de pirlise. Afabricao deste tipo de tubo se faz pelo processo de fundio por

centrifugao, o que leva produo de tubos conhecidos como tubos

fundidos e centrifugados.

MATERIAISINTRODUO


15/68


O uso de materiais especiais para fabricao de tubos, tais como

ao-duplex e ligas de ao, contribuiu para uma revoluo tecnolgica.

A partir de ento, produziram-se tubos com parede com capacidade

de poder suportar temperaturas de valores entre 1000 e 1100C.

MATERIAISINTRODUO


16/68


O desafio, tanto para tubos quanto para caldeirarias, a fabricao

de equipamentos e materiais (ligas de ao) que suportem altssimas

temperaturas em torno de 800C, o que permite melhor desempenho dos

equipamentos.

As usinas siderrgicas tm evoludo com a produo de materiais

cada vez mais "ligados" adquirindo maior domnio na elaborao de

frmulas que atendam cada necessidade, ou seja, observa-se umamelhoria no processo produtivo, sem perder de vista o meio como estes

materiais devem ser ligados (processo de soldagem).

MATERIAISINTRODUO


17/68

II-MATERIAIS

II.1 Materiais utilizados na fabricao detubos

II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%

II.1.2 Ao ligaII.1.3 Teor de carbono acima de 2% - Ferrofundido

II.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas


18/68

Materiais utilizados na fabricao de tubos

Como j mencionado, o ao uma liga ferro-carbono, produzida

nas usinas siderrgicas, na maioria das vezes, pelo refino do ferro

gusa (obtido em altos-fomos pela transformao do minrio de

ferro), pela refuso de sucatas e, para a obteno em menor

quantidade, pela reduo direta do minrio.

Estas ligas ferrosas so conhecidas como ao.

Comercialmente, todo ao produzido pode ser dividido em 2

grupos: aos no ligados e aos ligados.


19/68


Aos no ligados: So aqueles que no possuem

nenhum elemento de liga (p.ex. Cromo (Cr), Nquel (Ni),

Molibdnio (Mo) etc), isto , em sua composio qumica

constam predominantemente Ferro (Fe), alm de Mangans

(Mn), Silcio (Si), Fsforo (P) e Enxofre (S) e, principalmente, o

Carbono (C).

Esse elemento, conforme o seu teor percentual, ir

aumentar ou diminuir a resistncia do ao


20/68


Aos ligados:os acrscimos de elementos de liga

especficos (Cromo (Cr), Nquel (Ni), Molibdnio (Mo),

Tungstnio (W), Vandio (V), etc), conferem ao ao, conforme

a sua aplicao, diversas propriedades, sejam elas deresistncia, de elasticidade, de temperabilidade, de resistncia

corroso, de tenacidade etc.

Portanto, a estrutura e as propriedades dos aosdependem do teor de Carbono ou da presena ou no de

elementos de liga (aos ligados) neles contidos.


21/68


Ligas terrosas - As ligas terrosas so, em princpio, divididas

em dois grupos:

Aos, com teores de carbono (C) at 2,0%.

Ferros fundidos, com teores de carbono (C) acima de 2,0%

e raramente superior a 4,0%.


22/68

II-MATERIAIS






23/68

Ao com teor de carbono at 2%

Liga ferro-carbono (ao ligado) contendo geralmente de0,008% at cerca de 2,0% de carbono (C), alm de certos

elementos residuais, como o mangans (Mn), o silcio (Si), o

fsforo (P) e o enxofre (S) resultantes dos processos de

fabricao.

As caractersticas principais do ao carbono esto

relacionadas na tabela 2.1. A tabela 2.2 apresenta os usos

gerais dos aos em funo de seus teores de carbono (C),

bem como a maleabilidade e soldabilidade dos mesmos.


24/68



25/68



26/68

II-MATERIAIS






27/68

Ao liga

So aos que recebem a adio de um ou mais

elementos de liga no processo de fabricao, conforme a

finalidade a que se destinam.

Os elementos de liga mais usuais so: nquel (Ni),

cromo (Cr), vandio (V), cobalto (Co), silcio (Si), mangans

(Mn), tungstnio (W), molibdnio (Mo) e alumnio (Al). A tabela

2.3 abaixo relaciona os aos ligados.


28/68

Ao liga


29/68

Ao ligaAo inoxidvel

Caracteriza-se, fundamentalmente, por resistir corroso

atmosfrica, embora possa igualmente resistir ao de outrosmeios gasosos ou lquidos.

Os aos adquirem passividade (estado de certos metais queno reagem na presena de agentes oxidantes fortes por terem a

superfcie recoberta por um filme inativo), quando ligados comalguns outros elementos metlicos.

O cromo (Cr) , de fato, o elemento mais importante, pois o mais eficiente de todos, quando empregado em teores acima de

10%. Os aos inoxidveis so, portanto, aos de alta liga, contendode 12% a 26% de cromo (Cr), at 22% de nquel (Ni) efrequentemente pequenas quantidades de outros elementos de ligacomo nquel (Ni); em menor grau, o cobre (Cu); o silcio (Si); omolibdnio (Mo) e o alumnio (Al).


30/68

Ao ligaEfeitos dos Elementos de Liga

Devido s necessidades industriais, a pesquisa e aexperincia levaram descoberta de aos especiais, mediante

a adio e a dosagem de certos elementos ao ao carbono.

Conseguiram-se assim aos-liga com caractersticas

tais como, resistncia trao e corroso, elasticidade,

dureza etc. bem melhores do que as do ao carbono comum.

A tabela 2.4 apresenta os elementos de liga comumente

empregados pela indstria e seus efeitos.


31/68

Ao ligaEfeitos dos Elementos de Liga

Elementos de liga Efeitos

Alumnio (Al) Desoxida o ao. No processo de tratamento termo-qumico chamado nitretao, combina-se como nitrognio, favorecendo a formao de uma camada superficial durssima.

Carbono (C) A quantidade de carbono influi na dureza, no limite de resistncia e na soldabilidade.

Cobalto (Co) Cobalto em associao com o tungstnio aumenta a resistncia dos aos ao calor.

Cromo (Cr)O cromo confere ao ao alta resistncia, dureza, elevado limite de elasticidade e boa

resistncia corroso em altas temperaturas.

Enxofre (S) E um elemento prejudicial ao ao. Enfraquece a resistncia do ao. E considerado comoimpureza.

Fsforo (P) Em teores elevados torna o ao frgil e quebradio. E considerado como impureza.

Mangans (Mn)O mangans, quando adicionado em quantidade conveniente, aumenta a resistncia do ao ao

desgaste e aos choques, mantendo-o dctil.

Molibdnio (Mo) Sua ao nos aos semelhante do tungstnio. Emprega-se geralmente com cromo.

Nquel (Ni) Foi um dos primeiros metais utilizados com sucesso para dar determinadas qualidades ao ao. Onquel aumenta a resistncia e a tenacidade do ao.

Silcio (Si)Torna o ao mais duro e tenaz. E um elemento purificador e tem o efeito de isolar ou suprimir o

magnetismo.

Tungstnio (W) geralmente adicionado aos aos com outros elementos. O tungstnio aumenta a resistncia ao

calor, a dureza, a resistncia ruptura e o limite de elasticidade.

Vandio (V)Melhora, nos aos, a resistncia trao, sem perda de ductilidade, e eleva os limites de

elasticidade e de fadiga.

Tabela 2.4 - Elementos de liga usado em um ao liga - Fonte: www.aquanex.com.br


32/68

II-MATERIAIS






33/68

Teor de carbono acima de 2% - Ferro fundido

Os ferros fundidos so ligas de ferro (Fe) e carbono (C)com alto teor de carbono.

Em mdia, possuem de 3% a 4% de carbono em suacomposio. A temperatura de fuso dos ferros fundidos decerca de 1200C.

Sua resistncia trao da ordem de 10 a 20kgf/mm2.

Na fabricao, as impurezas do minrio de ferro e docarvo (coque), deixam no ferro fundido pequenasporcentagens de silcio (Si), mangans (Mn), enxofre (S) efsforo (P).

O silcio (Si) favorece a formao de um tipo particularde ferro fundido conhecido como ferro fundido cinzento.


34/68


Os ferros fundidos classificam-se ento, segundo

quantidade do carbono presente, nas seguintes categorias:

Ferro fundido cinzento ou lamelar

Ferro fundido nodular ou dctil

Ferro fundido malevel ou branco

Ferro fundido temperado

Ferro fundido especial


35/68


Nos ferros fundidos, em geral, as propriedadesmecnicas so inferiores s dos aos, e podem serconsideravelmente modificadas pela adio de elementos deliga e tratamentos trmicos adequados.

Os ferros fundidos podem substituir os aos, maisadequados, em muitas aplicaes.

Por exemplo, as estruturas e os elementos deslizantes

de mquinas so construdos, quase sempre, em ferrofundido, devido maior capacidade de amortecer vibraes,melhor estabilidade dimensional e, em alguns casos, menorresistncia ao deslizamento, em razo do poder lubrificante docarbono livre em forma de grafita.


36/68

II-MATERIAIS






37/68

O cobre e outras ligas no terrosas

Os tubos fabricados em cobre so mais dispendiosos do que osde ao, mas apresentam vantagens para instalaes que trabalham em condiesprximas da presso e temperatura de 20, como nas redes de distribuio de guae aquecimento central.

Modernamente, o PVC tem vindo a substituir o cobre no primeiro caso,exceto para o transporte de gua quente.

No aquecimento central, o polietileno tambm tem vindo a ser cada vezmais utilizado em detrimento do cobre.

Os tubos de cobre so mais leves do que os de ao, muito resistentes corroso e de manipulao mais econmica e simples.

Podem ser fornecidos em rolos, quando o dimetro exterior no excede os22 mm, ou em barras, contudo, devem ser recozidos ou endurecidos.

Para instalaes muito longas e, em especial de traado sinuoso, prefervel usar tubo em rolo recozido devido facilidade de o curvar.


38/68

O cobre e outras ligas no terrosas

Existem ainda condutos em duralumnio e outras ligas de

cobre-alumnio, que apresentam boa resistncia qumica.

Os tubos de dimetro at 2" so muito usados em instalaes de

ar comprimido, vapor de baixa presso, refrigerao, gua e leos.

Ressalta-se que os tubos em alumnio e suas ligas so muito leves

e apresentam uma boa resistncia oxidao, exceto cidos e lcalis. So

ainda mais leves do que os condutos de cobre.


39/68

Exerccios


40/68

Exerccios


41/68

II-MATERIAIS

II.2 Fatores de influncia na seleo de

materiais para confeco de tubos


42/68

Fatores


43/68

II-MATERIAIS

II.3 Especificao de material para

tubos de aoII.3.1 Aos Carbono

II.3.2 Aos LigadosII.3.3 Aos de Alta Resistncia e Baixa

Liga (ARBL)


44/68

Especificaes: aos carbono


45/68

II-MATERIAIS




Liga (ARBL)


46/68

Especificaes: aos ligados


47/68

II-MATERIAIS




Liga (ARBL)


48/68

Especificaes: ARBL


49/68

II-MATERIAIS

II.4 Principais propriedades dos

materiais para os tubos

II.4.1Tubos fabricados em ao carbono

II.4.2Tubos fabricados em ao inoxidvelII.4.3Tubos fabricados em ferro fundido


50/68

Propriedades: ao carbono


51/68

II-MATERIAIS




II.4.2Tubos fabricados em ao inoxidvel

II.4.3Tubos fabricados em ferro fundido


52/68

Propriedades: ao inox

Figura 2.1 - Tubos de ao inox comcostura - Fonte: www.aquanex.com.br
http://www.aquanex.com.br/http://www.aquanex.com.br/


53/68

Propriedades: ao inox

Figura 2.2 - Tubo de ao sem costura -Fonte: wvw.steelpipe.com.br


54/68

II-MATERIAIS




II.4.2Tubos fabricados em ao inoxidvelII.4.3Tubos fabricados em ferro fundido


55/68

Propriedades: ferro fundido


56/68

II-MATERIAIS

II.5 Recomendaes e normas

aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricadosem ao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos -

sem costuraII.5.3 Recomendaes para os tubos de ao -carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4 Recomendaes para os tubos eletrodutos

tipo galvanizados


57/68

Reconendaes: tubos de ao-liga sem costura


58/68

II-MATERIAIS


aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricados emao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos

- sem costuraII.5.3 Recomendaes para os tubos de ao -carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4 Recomendaes para os tubos eletrodutos

tipo galvanizados


59/68

Reconendaes: tubos mecnicos sem costura


60/68

II-MATERIAIS


aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricados emao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos -


tipo galvanizados


61/68

Recomendaes: tubos de ao-carbono com

costura, pretos e galvanizados


62/68

II-MATERIAIS


aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricados emao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos -


tipo galvanizados


63/68

Recomendaes: tubos eletrodutos galvanizados


64/68

II-MATERIAIS

II.6 Principais normas de aplicaode tubos existentes no mercado

II.6.1 Normas utilizadas para fabricao detubos para troca trmica


65/68

Normas


66/68

II-MATERIAIS

II.7 Exerccios


67/68

Exerccios


68/68

Exerccios

projetista de tubulação_ ii-materiais

Documents