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Tubulações Industriais

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 7-8 – ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAIS DE TUBULAÇÃO

Problema Geral da Seleção dos Materiais

Prof.: Kaio Dutra

oA seleção correta dos materiais adequados para cada serviço gera sempre umagrande problemática para os projetistas.

oSegue os principais fatores que influenciam a seleção de um material:oFluido conduzido: Deve ser considerado os seguintes aspectos relativos ao fluido:

natureza e concentração do fluido, impurezas e contaminantes presentes, existência ounão de gases dissolvidos e de sólidos em suspensão, temperatura, pH, caráter oxidanteou redutor, flamabilidade ponto de fulgor, toxidez, explosividade, ataque corrosivo aosmateriais, possibilidade de contaminação do fluido, máximo tolerável dessacontaminação.

oCondições de serviço: O material deve ser capaz de resistir à pressão em toda a faixa devariação de temperatura possível de ocorrer. Interessa portanto, para todos os fatores,conhecer os valores de regime e também os extremos, em muitos casos pode ainda sernecessário conhecer a probabilidade e duração de ocorrência desses extremos. Aspropriedades dos fluidos também podem variar muito em função da temperatura:densidade, viscosidade, pressão de vapor, ataque corrosivo sobre os metais etc.


Prof.: Kaio Dutra

oSegue os principais fatores que influenciam a seleção de um material:oNível de tensões no material: O material deve resistir aos esforços solicitantes, e

por isso a sua resistência mecânica deve ser compatível com o nível de tensõesque se tenha. Deve ser observado que em qualquer tubulação existemfrequentemente numerosos esforços além da pressão interna.oNatureza dos esforços mecânicos: Independentemente do nível de tensões, a

natureza dos esforços existentes, também condiciona a seleção do material. Osmateriais frágeis, por exemplo, não devem ser utilizados quando ocorremesforços dinâmicos, choques ou altas concentrações de tensões.oDisponibilidade dos materiais: Quase todos os materiais para tubos têm

limitações de disponibilidade, isto é, não se encontram no comércio sob todas asformas e em todos os diâmetros e espessura. Existem também a necessidade ounão de importação, as quantidades mínimas exigidas para a compra, os prazosde entrega etc.


Prof.: Kaio Dutra

oSegue os principais fatores que influenciam a seleção de um material:oSistemas de ligações: O material deverá ser adequado ao sistema de ligação que

se deseja empregar. O sistema de ligações, por sua vez, dependerá danecessidade ou não de desmontagem, diâmetro da tubulação, custo, grau desegurança, condições de serviço, recursos de que se dispõe para a montagemetc.oCusto do material: É evidentemente um fator importantíssimo e muitas vezes o

decisivo. Para cada aplicação prática existem sempre vários materiais possíveis: omelhor será o que for mais econômicos. Deverá ser considerado não só o custodireto, como também o tempo de vida e os consequentes custos de reposição,instalação e paralisação do sistema.oSegurança: Quanto ao risco potencial da tubulação ou do local for grande, ou

ainda quando o serviço da tubulação for muito importante, há necessidade deemprego de materiais que ofereçam o máximo de segurança, de forma a evitar apossibilidade de rupturas, vazamentos ou outros acidentes.


Prof.: Kaio Dutra

oSegue os principais fatores que influenciam a seleção de um material:oExperiências Prévias: A decisão por um determinado material obriga sempre que se

investigue e analise a experiência prévia que possa existir com esse material no mesmoserviço.

oFacilidade de Fabricação e Montagem: Todos os materiais têm determinadas limitaçõesquanto às possibilidades de fabricação e de montagem, que devem ser consideradaspara a seleção de materiais. Entre essas limitações incluem-se a soldabilidade,usinabilidade, facilidade de conformação etc.

oVelocidade do Fluido: Para alguns materiais a velocidade do fluido pode influirgrandemente nas resistências à corrosão e à erosão do material.

oPerda de Carga: Quando, por exigência de serviço, é impossível um determinado limitepara as perdas de carga, o material deverá ser de baixo coeficiente de atrito paraatender a essa exigência.

oTempo de Vida Previsto: O tempo de duração mínima do material tem de sercompatível com o tempo de vida útil previsto para a tubulação.


Prof.: Kaio Dutra

oPara a maioria dos tipos de serviços mais usuais, já existem materiais consolidados pela tradição,pelas práticas de projetistas e de usuários, ou pelas normas e códigos.

oPara os casos listados abaixo, estão recomendas as especificações de tubulações e acessórios:o Tubulações para água doce;o Tubulações para águas agressivas;o Tubulações para vapor;o Tubulações para hidrocarbonetos;o Tubulações para ar comprimido;o Tubulações para temperaturas elevadas;o Tubulações para baixas temperaturas;o Tubulações para gases;o Tubulações para hidrogênio;o Tubulações para ácidos e para álcalis;o Tubulações para esgotos e para drenagem.

Tubulações para Água Doce

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oA água doce limpa, com reação neutra (pH entre 6 e 10), é um fluido de baixacorrosão, para o qual os seguintes materiais podem ser indicados:oTubulações de baixa pressão e temperatura moderada (até 10 kg/cm²e até 60°C), nãoenterradas:oTubos, até 4" de diâmetro: Aço-carbono galvanizado (ASTM A-120), ou ferro maleável

galvanizado, com ligações rosqueadas; para ramais e redes de distribuição de pequenodiâmetro podem ser usados tubos de PVC, também rosqueados.

oVálvulas, até 4" de diâmetro: Bronze, com mecanismo interno também de bronze,rosqueadas.

oTubos, diâmetros de 2", ou maior: Aço-carbono (ASTM A-120 ou A-134), com sobreespessurapara corrosão de 1,2mm, ligações de solda de topo. Para diâmetros de 3", ou maior, sãotambém muito usados os tubos de ferro fundido, com ligações de ponta e bolsa.

oVálvulas, diâmetros de 3", ou maior: Ferro fundido, com mecanismo interno de bronze,extremidades com flanges de face plana.

oFlanges: Aço-carbono forjado (ou fabricados de chapa), tipo sobreposto, face plana.o Juntas: Borracha natural ou papelão hidráulico.


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oTubulações de baixa pressão e temperatura moderada (até 10kg/cm² e até60°C), enterradas:

oTubos, até 2" de diâmetro: PVC, com ligações rosqueadas.

oTubos, diâmetros de 3" ou maior: Ferro fundido, com ligações de ponta ebolsa; para diâmetros de 20", ou maiores, podem ser usados os tubos deconcreto armado.

oVálvulas (qualquer diâmetro) flanges e juntas: Como acima, para astubulações não enterradas.


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oTubulações para pressões e temperaturas mais elevadas, não enterradas, dentro deinstalações industriais, inclusive para alimentação de caldeiras:oTubos, até 1.1/2'' de diâmetro: Aço-carbono (ASTM A-53 ou API-SL), com

sobreespessura para corrosão de 1,2mm, ligações de solda de encaixe.oTubos, diâmetros de 2", ou maiores: Aço-carbono (ASTM A- 53 ou API-SL), com

sobreespessura para corrosão de 1,2mm, ligações de solda de topo.oVálvulas, até 1.1/2'' de diâmetro: Aço-carbono forjado (ASTM A-105), com

mecanismo interno de aço inoxidável 410, extremidades para solda de encaixe.oVálvulas, diâmetros de 2" ou maior: Aço-carbono fundido (ASTM A-216), com

mecanismo interno de aço inoxidável 410, extremidades com flanges de face comressalto.

oFlanges: Aço-carbono forjado, tipo "de pescoço", face com ressalto.oJuntas: Papelão hidráulico.

Tubulações para Águas Agressivas

Prof.: Kaio Dutra

oA água do mar, águas salobras, águas muito salinas e águas poluídas de um modo geral,são extremamente agressivas para o aço-carbono e vários outros materiais metálicos. Acorrosão aumenta com a temperatura e também para velocidades de circulação muitoaltas ou muito baixas.

oPara estes casos podem ser recomendados os seguintes materiais:o Tubos, diâmetros até 4": PVC ou aço galvanizado (para pressões maiores). Com o aço galvanizado

pode haver séria corrosão nas emendas dos tubos. Para tubulações curtas ou de diâmetro pequeno,podem ser empregados o metal Monel ou o cobro-níquel, que têm ótima resistência à água salgada;o uso desses materiais é entretanto restrito devido ao custo elevado.

o Tubos, diâmetros de 6" ou maior: Aço-carbono, com revestimento interno de concreto, de plásticosou de borrachas; o uso do concreto é o mais comum pelo fato de ser o mais barato. O revestimentoé aplicado por centrifugação e costuma ter uma espessura de 4 a 8mm.

oVálvulas, diâmetro até 2": Bronze, com mecanismo interno também de bronze, extremidadesrosqueadas.

oVálvulas, diâmetros de 3", ou maior: A solução mais comum é o emprego de válvulas de ferrofundido, flangeadas, com mecanismo interno de bronze.

Tubulações para Vapor

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oO vapor é um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem serempregados até a sua temperatura limite de resistência mecânica aceitável.

oOs tubos de aço (de qualquer tipo), são ligados com solda de encaixe para diâmetros até11/2''— 2", e com solda de topo para diâmetros maiores. As válvulas de aço são deconstrução forjada, com extremidades para solda de encaixe, para diâmetros até 2", efundidas, com extremidades flangeadas ou para solda de topo, em diâmetros maiores.

oAs válvulas de bloqueio de diâmetros até 8" costumam ser válvulas de globo; paradiâmetros maiores usam-se válvulas de gaveta.

oEm quaisquer tubulações para vapor é muito importante a perfeita e completadrenagem do condensado formado.

oOs acessórios de tubulação devem ser para solda de encaixe, até 1.1/2'', e para solda detopo, em diâmetros maiores; em qualquer caso, devem ser sempre do mesmo materialdos tubos.

Tubulações para Vapor

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Tubulações para Hidrocarbonetos

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oA corrosividade dos hidrocarbonetos, e portanto a seleção de materiais paratubulações em serviços com hidrocarbonetos, depende fundamentalmente datemperatura e da presença de impurezas.

oOs tubos de aço (de qualquer tipo), com diâmetros até 1 ½ '' — 2", têm ligaçõesde solda de encaixe, e os de diâmetros maiores têm ligações de solda de topo. Asválvulas de aço com diâmetros até 1 ½ '' — 2", são de construção forjada, comextremidades para solda de encaixe, e as de diâmetros maiores são fundidas,com extremidades flangeadas.

oTodos os flanges devem ser de aço forjado (aço-carbono ou aços-liga, de acordocom o material do tubo),

Tubulações para Hidrocarbonetos

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oMateriais para tubos:

oMateriais para válvulas:o Temperaturas até 280°C: Carcaça de aço-carbono, mecanismo interno de aço inoxidável tipo 410.

o Temperaturas até 350°C: Carcaça de aço-liga 5 Cr — ½ Mo, mecanismo interno de aço inoxidáveltipo 410; para alto enxofre o mecanismo interno deve ser de aço inoxidável tipos 430 ou 304.

oMateriais para as juntas dos flanges:o Flanges de classes de pressão 105# e 300#, para temperatura até 250ºC: junta plana de papelão

hidráulico. Flanges de classes 150# e 300#, para temperaturas mais altas, e flanges de classes 400# e600#: Junta metálica em espiral, de aço inoxidável, com recheio de amianto. Flanges de classes900#, ou acima: Junta de anel metálico de aço inoxidável.

Tubulações para Ar Comprimido

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oO ar comprimido é também um fluido de baixa corrosão, para o qual osseguintes materiais podem ser recomendados:oTubulações de baixa pressão (até 7 kg/cm²):

oTubos, até 4" de diâmetro: Aço-carbono galvanizado (ASTM A-120), com ligações rosqueadas.

oVálvulas, até 4" de diâmetro: Bronze, com mecanismo interno de bronze, extremidadesrosqueadas.

oTubos, diâmetros de 2", ou maior: Aço-carbono (ASTM A-120 ou A-134), com sobreespessurapara corrosão de 1,2mm, com ligações de solda de topo.

oVálvulas, diâmetros de 3", ou maior: Ferro fundido, com mecanismo interno de bronze,extremidades com flanges de face plana.

Tubulações para Ar Comprimido

Prof.: Kaio Dutra

oO ar comprimido é também um fluido de baixa corrosão, para o qual osseguintes materiais podem ser recomendados:oTubulações de alta pressão (mais de 7 kg/cm²):

o Tubos: Aço-carbono (ASTM A-53 ou API-5L), com sobreespessura para corrosão de 1,2 mm,com ligações para solda de encaixe em diâmetros até 1.1/2''—2", e solda de topo emdiâmetros maiores.

oVálvulas: Aço-carbono forjado, com extremidades para solda de encaixe, para diâmetros até1.1/2''—2", e aço-carbono fundido, com extremidades com flanges de face com ressalto, paradiâmetros maiores; em todos os casos o mecanismo interno será de aço inoxidável tipo 410.

oPara qualquer caso, todos os flanges devem ser de aço-carbono forjado, comface de ressalto. Para temperaturas até 60°C, ou pressões até 10 kg/cm², asjuntas poderão ser de borracha natural; para temperaturas ou pressões maiselevadas deverão ser de papelão hidráulico,

Tubulações para Temperaturas Elevadas

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oNa tabela abaixo estão mostrados os limites de temperatura aceitáveis paradiversos materiais, que poderão orientar a seleção de materiais para tubulaçõesem serviços não corrosivos em temperaturas elevadas.

Tubulações para Temperaturas Elevadas

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oAs temperaturas limites de resistência mecânica são os valores, acima dos quais, aresistência do material (resistência à fluência) está muito baixa, não sendo por issoeconômico o emprego do material.

oEm todos os casos recomenda-se também o seguinte:o Sistema de ligação dos tubos: Diâmetros até 1.1/2”, solda de encaixe; diâmetros de 2”, ou maior, soldado

de topo.

o Flanges: Aço (material de acordo com os tubos), tipo de pescoço ou tipo de anel, face de ressalto paraclasses de pressão até #400, ou temperaturas até 550°C, e face para junta de anel, para classes depressão ou temperaturas mais altas.

oVálvulas: Material da carcaça de acordo com os tubos; construção forjada com extremidades para soldade encaixe, para diâmetros até 1.1/2”; fundidas, com extremidades flangeadas, para diâmetros de 2”, oumaior. Mecanismo interno de aço inoxidável tipo 410, para temperaturas até 600°C, aço inoxidável tipo446, para temperaturas até 600°C.

o Juntas para flanges: Juntas semimetálicas em espiral, de aço inoxidável com recheio de amianto, paraflanges de classe de pressão de até #400; juntas de anel metálico, para condições mais severas.

Tubulações para Baixas Temperaturas

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oEm temperaturas muito baixas alguns metais (como é o caso do aço-carbono)perdem a ductilidade, ficando sujeitos a fraturas frágeis repentinas.


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oEm todos os casos recomenda-se o seguinte:oSistema de ligação dos tubos: Diâmetros até 1.1/2”, solda de encaixe; diâmetros de

2”, ou maior, soldado de topo.

oFlanges: Do tipo de pescoço ou tipo de anel, face de ressalto material de acordocom os tubos.

oVálvulas: Material da carcaça de acordo com os tubos; construção forjada comextremidades para solda de encaixe, para diâmetros até 1.1/2”; fundidas, comextremidades flangeadas, para diâmetros de 2”, ou maior.

oConexões de tubulação: Material e tipo de extremidade de acordo com os tubos.

oJuntas para flanges: Juntas semimetálicas em espiral, de aço inoxidável com recheiode amianto.


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oOs gases quando secos, isto é, mantidos em temperatura acima do seu ponto deorvalho, são em geral pouco corrosivos. Por esse motivo, em muitas tubulações paragases em refinarias, indústria químicas e petroquímicas, usinas siderúrgicas etc. aseleção do material depende unicamente da temperatura, podendo ser empregado oaço-carbono, e os diversos aços-liga e aços inoxidáveis de acordo com seus limites detemperatura.

oPara os gases em temperaturas abaixo do ponto de orvalho, poderá haver severacorrosão devido à formação de ácidos diluídos, sendo muitas vezes necessários tubosde materiais mais resistentes à corrosão, ou à colocação de revestimentosanticorrosivos de plásticos, borrachas, concretos etc.

oPara a distribuição de gases de baixa pressão as tubulações podem ser enterradas,podendo-se empregar tubos de ferro fundido de ponta e bolsa.

Tubulações de Hidrogênio

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o A presença do hidrogênio, tanto como gás puro como em mistura com outros gasesou líquidos, causa a fragilidade dos aços em temperaturas elevadas e o empolamentodo aço-carbono em temperaturas moderadas, devido à penetração do hidrogênioatômico no metal e ainda descarboretação superficial que diminui a resistênciamecânica dos aços.oEm qualquer condição, inclusive para temperatura ambiente, os aços-carbono devem

ser sempre totalmente acalmados (especificações ASTM A-106 ou A-672).oEm todas as tubulações que trabalham com hidrogênio em pressão superior a 4

kg/cm², todas as ligações devem ser com solda de topo, devendo-se evitar as roscas esoldas de encaixe. Por esse motivo, não se devem usar tubos com diâmetro inferior a1".oO emprego de flanges deve ser apenas onde for absolutamente indispensável, não

devendo serem usados flanges rosqueados, sobrepostos ou para solda de encaixe.

Tubulações para Ácidos e para Álcalis

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oComo primeira indicação, alguns materiais que podem serrecomendados para serviços com três dos ácidos minerais fortes maisimportantes: ácidos sulfúrico, clorídrico e nítrico.

oTodas as recomendações de material estão em função da temperaturaou da concentração dos ácidos.oÁcido sulfúrico:oAço-carbono: Temperatura ambiente, para concentrações acima de 85% e velocidade até 1 m/s.

oChumbo, aso inoxidável especial "Carpenter 20": Concentrações até 90% em temperaturas ate100°C.

oMetal Monel: Concentrações até 60%.

oMateriais plásticos: Concentrações até 70%, para temperaturas ate 50°C.


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oÁcido clorídrico:oBronze, cobre, metal Monel: Temperatura ambiente, para concentrações até 10%.

oMateriais plásticos: Temperatura ambiente para concentrações até 50%.

oCobre-níquel: Concentrações até 40% para temperatura ambiente, e até 10% paratemperaturas até 100°C.

oVidro, porcelana: Qualquer condição de temperatura ou de concentração.

oÁcido nítrico:

oAço inoxidável tipo 304L: Concentrações até 95%.

oAlumínio: Concentrações acima de 95%, em temperatura ambiente.

oMateriais plásticos: Concentrações até 40%, em temperaturas até 50°C.

oVidro, porcelana: Qualquer condição de temperatura ou de concentração.


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oPara as tubulações em serviços com álcalis (soda cáustica, soluções de soda etc.), aseleção de materiais depende essencialmente da temperatura, podendo-se distinguirtrês casos:oTemperaturas até 40°C: Permite-se o emprego de aço-carbono, sem limitações.

oTemperaturas entre 40°C e 70°C: Permite-se ainda o uso do aço-carbono, devendo entretanto serfeito um completo tratamento térmico de alívio de tensões em todas as soldas, curvas de tubodobrado, ou qualquer outra região submetida a algum trabalho de conformação a frio.

oAs válvulas devem ser de metal Monel.

oTemperaturas acima de 70°C: Recomendam-se tubos e válvulas de cobre, bronze ou metal Monel.Podem ser empregados ainda, para quaisquer concentrações, a resina epóxi (até 80°C).

oEm quaisquer serviços com ácidos ou com álcalis, deve ser tomado muito cuidadocom a possibilidade de ação galvânica entre metais diferentes em contato, quepoderá resultar em corrosão muito intensa devido ao meio fortemente eletrolítico.

Tubulações para Esgotos e para Drenagem

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oQuase todas as tubulações de esgotos são enterradas, tanto para esgoto pluvial comopara esgoto sanitário e esgoto industrial; fazem exceção apenas pequenos trechosem subsolos e subterrâneos de edifícios. A maior parte dessas tubulações funcionasem pressão, como canais, como superfície livre de líquido.oPara as tubulações de esgoto pluvial adotam-se tubos de barro vidrado, cimento-

amianto, ferro fundido ou concreto, todos com ligações de ponta e bolsa.oA escolha dos materiais para tubulações de esgoto industrial depende da natureza e

do grau de corrosividade da corrente líquida. Para a maioria dos casos, satisfazem ostubos de chumbo, PVC e barro vidrado para os diâmetros médios, e concreto armadopara os diâmetros muito grandes.oEm quaisquer casos de tubulações de esgotos, com ligações de ponta e bolsa, deve

ser verificado se o material dos tubos e também o material de vedação das juntasresistem à ação corrosiva da corrente líquida.

Especificação de Materiais de Tubulação

Prof.: Kaio Dutra

oChama-se especificação de materiais de tubulação às normas específicas detalhandotodos os materiais para as tubulações das diversas classes de serviço, em umdeterminado projeto ou instalação.

oCada serviço é caracterizado principalmente por um determinado fluido, emdeterminadas condições de pressão e de temperatura.

oPara a elaboração das especificações de material de um determinado projeto, oprimeiro passo é a listagem de todos os serviços que existam, com suas característicascompletas, que devem incluir pelo menos as seguintes:oFluidos, com suas condições de corrosão e possíveis exigências de não-contaminação, segurança etc.

oLimites de pressão e de temperatura.

oLimites de diâmetros das tubulações.

oExigências ou não usuais, ou recomendações, quanto a tipo de válvulas, meio de ligação, juntas etc.

Especificação de Materiais de Tubulação

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oCada especificação de material serádesignada por uma sigla alfabética, escolhidaarbitrariamente.

oAs especificações devem conter pelo menosas seguintes informações:

Exemplo de Especificação de Material de Tubulação

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Exercícios:

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1. Apresente pelo menos quatro fatores que influenciam na seleção dosmateriais para tubulações.

2. Para tubulação de agua doce, descreva os materiais que podem ser usados,faça uma distinção entre as faixas de diâmetros utilizadas, informe tambémas ligações e empregadas.

3. Para tubulação de ar comprimido, descreva os materiais que podem serusados, faça uma distinção entre as faixas de diâmetros utilizadas, informetambém as ligações e empregadas.

4. Para tubulação de vapor, descreva os materiais que podem ser usados, façauma distinção entre as faixas de diâmetros utilizadas, informe também asligações e empregadas.

5. Para tubulações de esgoto e drenagem, cite os materiais que podem serutilizados.

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