1. TubulaçõesIndustriais: Generalidades,Classificação,1 1.1 Tubos e Tubulações,1 1.2 ClassificaçãodasTubulaçõesIndustriais Quanto ao Emprego, 2 1.3 ClassificaçãodasTubulaçõesIndustriais Quanto ao Fluido Conduzido,3 2. ..2.3 , Tubos: Materiais, Processosde Fabricação,NormalizaçãoDimensional,4 2.1 Prinéipáis Máiêriais paráTúbos, 4 2.2 Processosde Fabricaçãode Tubos,5 Fabricaçãode Tubos por Laminação,5 2.4 Processosde Extrusãoe de Fundição, 6 2.5 Fabricaçãode Tubos com Costura,6 2.6 Tubos de Aço-Carbono,9 2.7 Especificaçõesde Material paraTubos de Aço-Carbono, 10 2.8 Aços-Liga e Aços Inoxidáveis-Casos Gerais de Emprego,11 2.9 TybosdeAços-Li~a, 12 2.10 Tubos de Aços Inoxidáveis, 12 2.11 Diâmetros Comerciaisdos "Tubos para Condução"de Aço, 13 2.12 Espessurasde Parededos "Tubos para Condução" de Aço, 14 2.13 Dadospara Encomendaou Requisiçãode Tubos, 15 2.14 Tubos de Aços Fabricadosno Brasil, 15 2.15 Tubos de Ferro Fundido e de Ferro Forjado, 15 2.16 Tubos de Metais Não-Ferrosos,16 2.17 Diâmetros e Espessuras dos Tubos Não-Ferrosos,17 2.18 Tubos Não-Metálicos, 17 2.19 Tubos de Materiais Plásticos,..18 2.20 Principais Materiais Plásticospara Tubulações,19 2.21 Tubos de Aço com RevestimentosInternos, 20 3 Meios de ligação de Tubos,22 3.1 Meios de Ligação de Tubos,22 3.2 LigaçõesRosqueadas; 22 3.3 Ligações Soldadas,23 3.4 Solda de Topo e Soldade Encaixe, 24 3.5 Ligações Flangeadas,25 3.6 Tipos de Flangespara Tubos,25 3.7 Faceamentodos Flanges,27 SUMARI( Classesde PressãoNominal, 28 3..8 Fabricação,Materiais e Nonnalização de Flangesde Aço 3.9 Ranges de Outros Materiais,30 3.10 Juntaspara Ranges,3J 3.11 Parafusose Estojos paraRanges,32 3.12 Ligaçõesde Pontae nolsa, 33 "" 4 Válvulas,38 4.1 Definição, 38 4.2Classificaçãodii.S Válvulii.S;38 .",.".",.,"',""",.,- ",,- 43 Construçãodas Válvulas,39 4.4 Meios de Operaçãodas Válvulas, 41 4.5 Válvulas de Gaveta,43 4.6 Válvulas de Macho,45 4.7 Válvulas de Globo, 46 4.8 Válvulas de Retenção,48 4.9 Válvulas de Segurançae de Alívio, 50 4.10 Válvulas de Controle, 51 4.11 Outros Tipos Importantesde Válvulas, 52 4.12 Materiais de Construçãoe Condiçõesde Trabalho das Válv las,53 4.13 Seleçãode VáJvulas.54 I .4.14 eJ:incipaj~.LiI:!I!,~-,<!ç.,E!l:QD~~Q,.clÇ.Y"~l~~~;,?_~-,.".. 4.15 Dadospara Encomendaou Requisiçãode Válvulas. 58 4.16 Principais Normas sobreVálvulas. 59 5, Conexõesde Tubulação,61 5..1 Classificaçãodas Conexõesde Tubulação,61 5.2 Conexõespara Solda de Topo, 61 5.3 Conexõespara Solda de Encaixe,62 5.5 ConexõesFlangeadas,64 5.6 Conexõesde Ligação -Niples, 65 5.7 Oútros Tipos de Conexõesd~ Tubulação,65 5.8 Curvasem Gomos e DerivaçõesSoldadas,66 5.9 Outros Acessóriosde Tubulação,69 6. Juntasde Expansão,72 6.1 Juntasde Expansão,72 6.2 Movimentos das Juntasde Expansão,74 6.3 Juntasde Telescópio,74 6.4 Juntasde Fole, 75 6.5 Tipos de Juntasde Expansãode Fole, 76 6.6 Juntasde Expansãode Tecido, 77 7 Purgadoresde Vapor, SeparadoresDiversose Filtros, 78 7.1 Definição e Finalidadesdos Purgadoresde v'apor, 78 ! 7.2 CasosTfpicos de Empregoe Locais de Instalaçãode purgadpres,79 7.3 Detalhesde Instalaçãodos Purgadoresde Vapor, 81 7.4 Principais Tipos de Purgado~es de Vapor, 81 Ii' 7.5 Seleçãoe Dirnensionamentodos Purgadoresde Vapor, 8-'+ ~e ,8 fspec SUMÁRIO/ xi 7.6 Cálculo da Quantidadede Condensadoa Eliminar, 86 7.7 Outros Dispositivos Separadores,88 7.8 Filtros para Tubulações,89 7.9 Filtros Provisórios e Permanentes, 90 comendaçõesdeMat erjaís.par:ãAlguns.Serviços ffi caçõ.ces.. de"Mate~i<!l.cd~J"ubu,L~_çã 0",.92. 8.1 Problema Geralda Seleçãodos Materiais, 92 8.2 Tubu]açõesparaÁgua Doce, 94 8.3 Tubu]açõesparaÁguas Agressivas,95 -~,:4.Tu!?~J~ç2e~p~aYap~~,~~? "~ 8.5 Tubulaçõespara Hidrocarbonetos,91" 8.6 Tubulaçõespara Ar Comprimido, 98 8.7 Tubu]açõesparaTemperaturasElevadas,98 8.8 TubulaçõesPiITacBaixa~_Temperaturas, 29 8.9 Tubu]açõespara Gases,100 8.10 Tubulaçõespara Hidrogênio, 100 8.11 TubulaçõesparaÁcidos e para Á]calis, 100 8.12 Tubu]açõesparaEsgotose para Drenagem,101 8.13 Especificaçõesde Material de Tubulação,102 8.14 Exemplos de Especificaçõesde Material de Tubulação,103 9 Disposiçãodas Construçõesem uma Instalação Industrial, 107 9.1 A Disposição Geralda~Construçõesem Relação aoProjeto de Tubulações,107 9.2 Disposição Geral dasAreas e Construçõesno Terreno,108 9.3 DisposiçãoDentro dasÁreasde Processo,112 1J.4Plantasde Arranjo, 118 10. Arranjo e Detalhamentode Tubulações,120 10.1 10.2 10.3 10.4 ]0.5 ]0.6 10.7 ]0.8 ]0.9 10JO .10..1] Considerações Básicas, 120 egras eraJspara o rranJo e u u açoes ao- u erraneas, Vãos entre Suportes de Tubulação, 123 .: Tubulações em Áreas de Processo e Tubulações Externas, 125 Arranjo de Tubulações em Áreas de Processo, 127 Arranjo de Tubulações Externas, 128 Facilidades para Montagem, Operação e Manutenção, 130 Fixação de Cotas de Elevação de Tubulações e de Equipamentos, 132 Deta1hes de Tubulação, 134 Tubulações Subterrâneas, 139 TQbu1açõesdeEsgot.os, ]40 11. Suportesde Tubulação,143 11.1 11;2 11.3 11.4 11.5 J1.6 11.7 11.8 11.9 Definição e Classificaçãodos Suportesde Tubulação,143 Cargasque Atuam sobreos Suportes,143 SuportesFixos, 144 Contatoentre os Tubos e os Suportes,146 SupoI1esSemimóveis,SupoI1esparaTubuJaçõesVerticais. 149 SuportesEspeciaisparaTubuJaçõesLeves, J49 SupOI1es Móveis. J49 SupoI1esde MoJa. 152 SupOI1es de Contrapeso,154 ;1 ~ ij ;1 :j I! !i l , SUMARIO 11.10 11.11 11.12 11.13 11.14 L.l~ Suportesque Limitam os Movimentos das Tubu]ações,~54 Finalidadesdos Suportesque Limitam os Movimentos d STubulações,155 Exemplosde Empregoe LocaJizaçaodos Dispositivos d Limitação de Movimentos. 156 SuportesparaTubu]açõesSujeitas a Vibrações, 158 Es~doGlobal do ~onjunto de Suportes, ]59 -- f ., ~Q()os 'r -,1 ,tl;Uçao~ dos"Supal1es"de~'I:uhuIaçaQvJ5!l- =j""'--';"'" .~,F_-'="===' .~-~,-==" ,- 12. Sistemas Especiaisde Tubulação,162 164 !j.. 12.4 Tubulaçõespara Tanques,Vasose Outros Reservatórios,IIM 12.5 Tubulaç~esem Áreas ~e.Arrnazenagemde Líquidos Co~bustívejs ou Inflamáveis, 166.12.6 Outros SIstemasEspecIaIs,168 I 13 Desenhosde Tubulações,169 13.] 13.2 13.3 13.4 13.5 -13.6 Tipos de Desenhosde Tubu]ações,]69 i Identificação de Tubu]ações,Vasos.Equipamentose Instrumentos,]69 FJuxogramas,170 I -I Plantasde Tubu]açao, ] 74 Plantasde TubulaçãoFora de Áreas de Processo,] 80 RotlnaparaoDesennõdãsPIantas dé Tubulâção. 181' c,"~., 13.7 13.8 13.9 13.10 DesenhosIsométricos,182 Outros Desenhosde Tubulação, ]88 Lista de Linhas e Outros Documentos, 190 ObservaçõessobrePráticade Desenhos,192 14, Projeto de Tubulações,194 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 Documentosde que se Compõeum Projeto de Tubulaçõ4, 195 EspecificaçõesGeraisdeTubulação, 196 i A Informática e o Projetode Tubulações, 197 Interdependênciaentreo Projeto de Tubulaçõese os Ou~ s Projetos, 199 Informaçõesque DevemSerRecebidasde Outros Projet s,199 Informaçõesque DevemSer Fomecidasaos OutrosProje os,200 InformaçõesAdicionais Necessáriasao Projeto de Tubul ções,201 Seqüênciade Serviçosem um Projeto de Tubulações,201 15. Montageme Testesde Tubulações,204 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10 15.I I Pré-Montagemde Peçasde Tubulação,204 i Recomendaçõespara a Pré-Montagemde Peçasde Tubul~ção,205 Soldas,208 I Exames Não-Destrlitivos das Soldas, 210 TratamentosTérmicos. 212 ' Preparaçãopara a Mo~tagemde Tubulações,214 I Montagemde Tubulações,215 I Limpeza das Tubulações,217 ! CasosEspeciaisde Montagemde Tubulações,217 1 Ajustagemde SuportesFixos e deSupones de Molas, 21~ Construçãode TubulaçõesSubterrâneas,219 ! SUMÁRIO 15.12 Testesde PressãoemTubulaçõese em Válvulas, 220 15.13 Preparaçãoe Execuçãode Testesde Pressãoem Tubulações,221 15.14 Estimativa de Serviçosde Tubulação,222 16 Aquecimento,IsolamentoTérmico, Pintura e Proteção,224 16,1 16.2 16.3 16.4 16.5 .."", 16.6 16.7 16.8 J6.9 16.10 16.11 16.12 16.13 16.14 16.15 17 Finalidadesdo Aquecimentodas Tubulações,224 SistemasUsadosparao Aquecimento,225 Aquecimento por Meio de Tubos Externos Paralelos,226 Aquecimento Elétrico, 229 Finalidades e Empregosdos Isolamentos Térmicos. 230 " ". -".". "" Sistemasde Colocaçãodos Isolamentos"Térmicos,231 Materiais Usadospara o IsolamentoTérmico Externo,231 Espessurasdos IsolamentosTérmicos,231 Cálculo ~a ~pessura do IsolamentoTérmico, 234 Aplicação dolsolamento Térmico Externo, 234 Pintura dasTubulaçõesIndustriais,236 Preparaçãodas Superfíciespara a Pintura, 236 Tintas e Sistemasde Aplicação, 237 Proteçãode TubulaçõesEnterradase Submersas,239 ProteçãoCat6dica,240 Normas,Códigos e Especificações,241 i7.1 17.2 17.3 17.4 17.5 PrincipaisNormas e Códigos sobre Tubulações,241 "American National StandardCode for PressurePiping.' -ASME.B.31, 242 "ProcessPiping" -ASME.B.3 I .3,243 Normase EspecificaçõesdaABNT, do ANSI e da ASTM, 243 Principais Normas Técnicasda PETROBRÁS sobreTubulações,245 Bibliografia, 246 ÍReiee,~49 XIII J .J TUBOS e TUBULAÇÕES Tubos sãocondutosfechados.destinadosprincipalmenteao transportede fluidos. Todos os tubos sãode seçãocircular. apresentando-se como cilindros ocos. A grandemaioria dostubosfuncionacomocondutosforçados,isto é. semsuperfícielivre. com o fluido tomando toda a área da seçãotransversal.Fazemexceçãoapenasastubulações de esgoto. e àsvezesasde água. que trabalhamcom superfície livre, como canais. tubUJaçaO'" um conjunto de tuboSe de seusdiversos acessórios. A necessidadeda existênciadas tubulaçõesdecorre principalmentedo fato deo ponto de geraçãoou de armazenagemdosfluidos estar,emgeral. distante do seuponto de utilização. Usam-se tubulaçõespara o transporte de todos os materiaiscapazesde escoar,isto é,todos os fluidos conhecidos,líquidos ou gasQsos, assimcomo materiaispastosos e fluidos comsólidos emsuspensão,todosemtoda afaixa de variaçãodepressõesetemperaturasusuaisna indústria: desdeo vácuoabsolutoatécercade 1000MPa (= 100kgl mm"),e desdepróximo do zero absolutoaté as temperaturas de metais emfusão. O emPregode tubulaçõespelo homemantecedeprovavelmentea história escrita.Foramdescobertosvestígios ouredescompletasde tubulaçõesnasruínas da Babilônia. da China antiga,de Pompéiae em muitas outras. Os primeiros tubos metálicos foram feitos de chumbo, séculos antesda Era Cristã, havendoinstalaçõesco~pletas com essematerial nastermasde Roma Antiga, com tubulações inçlusive para águaqpente..A primeirapro(iução de tubos de ferrofundidQçorneçou naE~ropa Central, por volta do século XV. existindo algumas instalações anti- gasdessetipo, para água,ainda em funcionamento,como, por exemplo,as instalaçõespara aSfontes dosjardins do Paláciode Versalhes,na França. Ostubosde aço,quehoje dominam largamente quasetodos os campos de aplicação industrial, sãode desenvolvimentorelativamenterecente,datandode 1825o primeiro tubo de aço,fabricado na Inglaterra. Só em 1886, com a primeira patente dos irmãos Mannesmann,do "laminador oblíquo", foi possível produzir economicamentetubos de aço semcostura. Por essaépoca os tubos de aço eram necessáriosprincipalmente para reSIStIr-àspressões cada vez maiS -alIaSaas tubulações de vapor. A importância das tubulações na indústria é enorme; todas as indústrias têm redes de tubulações de maior ou menor importância, e quase todas essasredes são essenci~is ao funcionamento da indústria. A importância é ainda maior nas chamadas indústrias de processo(*). nas quais as tubulações são os elementos físicos de.ligação entre os equipamentos (vasos de pressão, reatores. tanques. bombas, trocadoresdecaloretc.), por onde circulam os fluidos de processo e de utilidades. Nessas indústrias. o valor das tubulações representa, em média, 20 a25% qo custo total da instalação industri~, a montagem das tubulações atinge, em média, 45 a 50% do custo total da montagem de todos os equipamentos, e o projetodás.ttibulações vale. em média. 20% do custo total do projeto da indústria. (') .indústria de processo.. é um nome genérIco para designar a" indúslria" em que materiais fluidos sofrem transformações fí"ic..., c/ou quími",.,. ou a" que "C dedicam à armazenagem. manuseio ou distribuição dc fluido". Dentro es"as indústria.~citam-se. por exemplo. a indú"lria do petróleo. as indú"tria, química" e petroquimicas. muitas indústrias alimentares e larmacêulicas. a pane térmica da.' centrais lermoelétricas. 0$ terminai" de armazenagem e de di"tribui,iio de prt,.. dutos de pelróleo. bem como,.' in'talaçõ"" de procc",arncnlo dc petróleo e/ou de gás naturJI. cm t"rrJ " no mar TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS Chamam-se tubulações de processo às tubulaçõe!; do flui o ou dos fluidos que constituem a finalidade básica da ind stria. nas indústrias cuja atividade principal é o processa nto. a armazenagem ou a distribuição de fluidos. Tais xíveis", são mais comumente denominados de mang\Jeiras são. por exemplo. as tubulações de óleos em refinarias. tcrou m~gotes. min is e instalações de armazenagem ou distribuição de proNa nomenclatura americana os tubos são chamados eo.".tli!bula(fÕe&..à8..v.ap or,~ll.;C.-entrais..leJ: ,,~=,=~="Câê""'Pipe"'"'oU"de' "tub e?;'ó "Entre,es.ges"d Gis..term@s"nãQ,háuma",c ~du t .~d~cf>e1:rój mel tricas. t~bulações de produtos químicos em indústrias distinção muito rígida. De um modo geral o termo "pipe" Na prática, chamam-se geralmente de tubos (ou vul- garmente de "canos'") apenas os condutos ríe:idos. Os condutos flexíveis, embora às vezes chamados. de "tubos fle- ,.-'"'""= é usado para os tubos cuja função é propriamente de con- duzir fluidos, enquanto que o termo "tube" emprega-se para os tubos destinados primordialmente a outras funções,. tais "c como trocarc~putubos defeix~~!u~ul~~es~~e~en tinas de caldeiras, fomos, trocadores de calor etc.), transmitir pressão, conduzir sinais (tubos de instrumentação), funcionar como vigas ou como elementos estruturais etc. ., A "Comisión Pan-Americanade Normas Tecnicas" (COPANT) recomenda que se chame de "tubos para condução" os tubos destinados ao transporte de fluidos, e que se chame simplesmente de "tubos" os que se destinam primordialmente a qualquer outra finalidade. Embora essa nomenclatura recomendada não seja de uso corrente aqui no Brasil. deve ser feito esforço para introduzi-Ia entre todos que lidam com tais materiais. livro Trataremos apenas dos tubos para condução, pais componentes aqui nesse que são osprinci- quí icas etc. As tubulações de utilidades são as tubulações de fluidos auxiliares nas indústrias cuja atividade principal é o prr;?essamento, a armazenagem ou a distribuição de fluitria que se dedicam a outras atividades. As tubulações de uti[ adespodem servir não só ao funcionamentO da indú5tria p~priamente.~ita (sis~ema5 de refrigeração. aqueci: me to. vapor para acionamento de máquina., elc.). como tam ém a outras finaJidades normais ou eventuai.,. tais co o: manutenção. limpeza. combate a incêndio elc. Costu m constituir tubulaçõe5 Qe utilidades asredes de água doc .água salgada, vapor. condensado e ar comprimido, nas indústrias em gera]. I Tubulações de instrumentação são as tubulações para a tt ontrole nsmissãoe instru.mentos de sinais de arautomátiç9:_s. comprit:r)jdo~.!~~_9~.!l.1._a.s para as v,ílvulas de .pe- -- que as tubulações, de fluidos diversos, para os instrumeí1- das redes de tubulação... ,... tos utomáticos. As tubulações de instrumentação não são 1.2 CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES Existe uma imensa variedade de casos de emprego de des inadas ao transporte de fluidos. As tubulações de transmissão hidráulica, que também não se destinam ao transporte de fluidos. são a5 tubulações de I quidos sob pressãopara os comand05 e servomecanismos tubulações na indústria. Sem pretender dar uma classificação que abranja todos os casos, podemos classmcar as tu- hid áulicos. Deve ser ob.servado que. em q.ualquer caso, o,st~bos INDUSTRIAIS QUANTO AO EMPREGO 6ijIaêoes macisrrials na:; :;~~uillte~ "Ia~~e~ piineipais emprego: Tubulações de processo Tubulações de utilidades Tubulações dentro de instalações industriais Tubulações de instrumentação Tubulações de transmissão hidráulica Tubulações de drenagem 1 f rUbUlações de { transporte fora de industriais adoção transporte drenagem Tubulações instalações (cal eiras, fomos, trocadores de calor, motoresetc.), não são considerados como pertencentes àsredes de tubulação. As tubulações de drenagem são as redes encarregadas de oletar e conduzir ao destino conveniente os diversos efl entes fluidos de urna instalação industrial. Preferimos. nes a classificação, não incluí-Ias corno tubulações de utilidad s, por cau5a.da característica peculiar a qua.~etodas as tub laçôes de drenagem de trabalharem sem pressão e com flui os muito variados e freqüentemente mal definidos. Para quaisqueíclasses de tubulações dentro doslimites e urna instalação industrial devemos distinguir sempre dois casos gerais, corno veremos no Capo 10: Tubulaçõesno interior dasáreasde trabalhoOUde processamentode fluidos (tubulaçõesem unidades Tubulações I Industriais ee { de processo). Tubulaçõesexternas,isto é,as lil1hasfora dasáreas de processo,que são astubUlaçõesem áreasde armazenagemde fluidos, tubulaçõesde imerligação entre área.~ de processoede armazenagem etc. i A distinção entre essas duas classes de tubulações é Tubu]açõesde diStribUiÇãO imfonante porque, como será visto no Capo 10. em muitos , distribuiçãO co]eta '. .AÇÕES Água INDUSTRIAIS; CLASSIFICAÇÃO coleta (de drenagem,esgotosetc.)quandoo fluxo sedá em direção às linhas-tronco. Não trataremosaqui especificamentedas tubulações fora de insta]açõesindustriais. casos, para o mesmo serviço, são completamente diferentes os critérios de traçado e aTTanjo da.~ tubulações. sistemas de suportes etc. As tubulações de transporte são os troncos empregados para o transporte de líquidos e de gases a longas distâncias fora de instalações industriais. Estão incluídas nesta tI ass e"ã S'adutoras~d e "ágtla~: as-t ub ttlaçóes ~ e trafl sp ()rte-oo= óleos e de gases (oleodutos e gasodutos) e os coletores de ].3 drenagem. As tubulações de distribuição são as redes ramificadas fora de instalações industriais; podem ser de distribuição propriamente dita (de água, vapor etc.) quando ofluxo se9á GENERALIDADES. CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES CONDUZIDO Quantoao fluido conduzidosão os seguintesoscasos ."~~,~.i~P9.~~tes,.4~~~p~~go ~~~~ul aç~~si~dus~~s:,. em Qir~ç?9"às "~~~~m.iAa.gesd..q~or~~a"i~",~,ge- Agua potável doce ~gua ?Fali~entaç~o de caldeirasIAgua r~dustnal e.outra Tubulações para Água ~gua sal~adAa Agua de rncendlo Agua de irrigação , águas agressivas I Vapor superaquecidl Tubulações para Vapor' Vapor saturado Vapor exáusto Condensado I Petróleo Tubulações para 6leos Tubulaçõespara Tubulações para Gases Tubulações para Esgotose Drenagem cru I Produtos intem1ediári~s e,finais do petróleo l óleos vegetais Óleos hidráulicos ! I Ar comprimido indust ial Gás de iluminação Gás natural f Gasesde petróleo,gas s de síntese Gasesde alto-forno CO~,oxigênio, hidrog~nioetc. Esgoto pluvial, lamadF drenagem Esgoto ind~s~al I Esgoto sa~ltá~o I Gases resIduaIs , Drenagemde emergên~ia Produtos petroquímicgs Produtos alimentares I Tubulações para Fluido$ Diversos r bebidas i xaropes óleos e gordurascomestíveisetc. Tintas, resinas,vemiz~s,solventesetc Pasta de Misturas Produtos papel j refrigerantes químicos áci~O~' amoma, ál,calis, a]cool enxofre I divLrsos élor_o. I saboes uréia. etc. soda fundido