Instalações Industriais
Normas
e
Materias
Breve cronologia do surgimento das Normas
1880
1898
1901
1917
1918
1919
1940
1947
-
ASME (American Society of Mechanical Engineers)
ASTM (American Society for Testing and Materials)
BSI (British Standards Institution)
DIN (Deutsches Institut für Normung)
ANSI (American National Standard Institute)
AWS (American Welding Society)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
ISO (International Organization for standartization)
TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS
E ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES
NORMAS TÉCNICAS E PRINCIPAIS APLICAÇÕES
Algumas das normas mais usuais:
 ANSI – American National Standard Institute
ANSI.B.31 - American Standard Code for Pressure Piping
Trata de tubulações de pressão
Obs. Antiga ASA B 31 e USAS B 31
ANSI.B.31.3
Normas gerais de tubulações de refinaria, terminais, instalações de
processamento, armazenamento e carregamento de produtos de
petróleo
A ANSI. B 31 atende a um a ampla classe de tubulações de pressão.
Entre outros aspectos enfoca:
Cálculo de espessura, flexibilidade, acessórios, fabricação
montagem, inspeção e teste.
Na edição de 1955 estava subdividida em sete seções :
Seção 1 - Tubos para geração de vapor
Seção 2 - Ar e gases
Seção 3 - Refinaria (tubulações em geral para processamento,
armazenamento, carregamento e oleodutos)
Seção 4 - Vapor e água quente
Seção 5 - Refrigeração
Seção 6 - Suportes, meios de ligações/fixação, detalhes de projeto,
expansão e flexibilidade, ligações soldadas (procedimentos,
qualificação e inspeção).
Seção 7 - Materiais, especificações e identificação.
Obs. Em 1959, as seções 1, 2 e 5 geraram após reestruturação , as
normas ANSI, B.31.1. B.31.2 e B.31.5 respectivamente. A seção 3
passou a ANSI B.31.3 (Petroleum Refinery Piping) e ANSI B.31.4
(Oil Transportation Piping).
A seção 6 foi extinta, sendo seus itens distribuídos em outras
seções.
Três outras normas foram então criadas:
 ANSI B.31.6 (Chemical Industrial Process Piping)- voltadas para
as Indústrias Químicas e de Processos.
 ANSI B. 31. 7. Tubulações em Centrais Nucleares e,
 ANSI b.31.8 (Gas Transportation and Distribution Piping)
Obs. A Norma ANSI B-31.3, (Petroleum Refinary Piping) é um
desdobramento da Seção 3
Outro desdobramento da Seção 3 gerou a ANSI B 31.4 Oil
Transportation Pipe - trata de tubulações de óleo e naftas fora das
refinarias, terminais, etc.
Especificação de Materiais
 ASTM (American Society for Testing and Materials)
P/ tubos, válvulas, acessórios, parafusos, juntas, materiais de
isolamento, etc..
Outras,
 API 5L ... Tubos de aço carbono c/ e s/ costura (média qualidade)
 API 5LX Tubos de alta resistência
 ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
 ISO/R13.... Tubo ferro fundido
 ISO/R51 .. Tubo de aço p/ transporte de combustíveis líquidos
 DIN (Deutscher Institur fur Normung)... Tubos, válvulas e
acessórios
 ASME (American Society of Mechanical Engineers)
Power Boilers - Seção I - P/ tubulações de geração de vapor
Obs. A Norma ANSI é de uso corrente e talvez a mais importante pela
abrangência.
TUBOS – PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Especificação para Tubos:
Deve constar:
Material de construção, processo de fabricação, espessura x diâmetro,
sistemas de ligação.
Processos de Fabricação:
Laminação, Extrusão, Fundição, Forjados.
TUBOS SEM COSTURA
Laminação
Etapas: Laminação (formação do tubo)
Desempeno por rolos
Calibradores
Alisamento (mandrilamento)
Extrusão
A etapa de extrusão consta de: matriz, mandril e êmbolo,
temperatura ≈ de 1200º C.
1ª fase – tubo curto e grosso
2ª fase - laminação e desempeno
 Fundição
Vazado dentro de moldes (material no estado líquido)
Tubos de ferro fundido, vidro, porcelana, cimento, borracha, PVC...
Pode-se usar o processo centrífugo.
 Forjado
Para tubos de parede grossa ( p/ pressões muito elevadas).
O lingote é furado a frio, e o pré-tubo conformado sob
aquecimento e recebe pancadas contra o madril até atingir
a espessura desejada.
TUBOS COM COSTURA*
Disposição da solda
 Solda de topo ou solda sobreposta (em relação as bordas)
 Solda longitudinal ou solda radial (conformação)
Tipos de solda:
 Solda elétrica (Arco protegido, adição de metal do eletrodo).
 Arco submerso ou
 Com gás inerte
 Resistência elétrica
* Tubos de diâmetros maiores que 12” e a partir de 4”.
Obs.
Solda radial
Solda em espiral
MATERIAIS PARA TUBULAÇÕES
ALGUNS MATERIAIS TÍPICOS DE TUBULAÇÕES
 AÇO CARBONO
Características: baixo custo, fácil soldagem.
Tipos :
 Galvanizado (Zn)
 Preto
Temperatura de operação: de - 40ºC a 450ºC serviço contínuo
(ANSI B 31)
Tipos: (Alguns mais usuais):
ASTM A- 106 (alta qualidade)
S/ costura
Ø nominal - 1/8 “ a 24 “
Acalmado* (Si até 0,1% ), (uso para temperatura elevada)
* remoção de bolhas de H2
Aço carbono
Grau A *- baixo carbono até 0,25% p/ Temp. > 400º C, Mn 0,27%, 34 kgf/mm2
Grau B - médio
até 0.30%, Mn, 0,29%, Si 0,1%,
41 kgf/mm2
Grau C - alto
até 0,35%, uso até 200º C,
48 kgf/mm2
(encurvamento) *
 ASTM
A- 53 ≈ (API 5L) (média qualidade) uso geral. Disponível
acalmado e efervecente.
Disponível com e sem costura
Ø nominal - 1/8 “ a 24 “, nos graus A e B.
Obs. Se necessário encurvamento a frio usar grau A
 ASTM A – 120. Disponível com e sem costura
Ø nominal - 1/8 “ a 12 “
Obs. 1 - Se utilizado em temperatura elevada ocorre grafitização.
2 - Não exigência de composição química definida
3 - A norma ANSI B 31 proíbe o emprego do ASTM A- 120
para altas pressões assim como para Hidrocarbonetos, inflamáveis e
produtos tóxicos. Não apresenta restrição para água, ar comprimido e
condensado.
 ASTM A-333. Tubos sem costura recomendados para baixas
temperaturas (refrigeração). 0,3% de C e 0,4 a 1% de Mn. Outros
elementos de composição: S de 1 a 1,5 % resistência à oxidação.
Associados ou não a outros elementos, ainda que em baixo percentual,
Ni, Cr, ex. 310, 314.
Outros:
Tubos com costura


ASTM A134 – por solda elétrica arco protegido
Ø nominal > 16 ”.
ASTM A135 - por solda de resistência elétrica
Ø nominal até 30 ”.
Ambos proibidos para temperatura maior que 100º C, como
também para Hidrocarbonetos, vapor d´água e produtos tóxicos.
Características do aço carbono
A 370º C início de fluência (creep)
530º C intensa oxidação (scaling)
> 440º C grafitização. Torna-se quebradiço (precipitação de carbono)
Obs. Quanto mais carbono, mais duro perdendo características de
ductilidade e soldagem.
informações complementares
Efervescente
Acalmado - com 0,1% de Si - modifica o equilíbrio termodinâmico,
reduzindo a quantidade de gás adsorvido - granulometria mais fina.
COMPOSIÇÃO DE ALGUNS AÇOS CARBONO
ANSI Série 44 ( Mn de 0,3 a 1,65%, P 0,04 %máx., S 0,05% máx).
Série 11 resulfurizado tendo15 composições, S acima de 0,33%.
Série 12 Resulfurizados e refosforizados.
Série 40 Mo, 0,2% a 0,25%.
Série 41 Cr 0,95 % , Mo 0,3%.
AÇOS INOXIDÁVEIS E AÇOS LIGAS
 Baixa
 Média
 Alta
liga
“
“
até 5%
de 5 a 10 %
maior que 10%.
Justificativa de uso: corrosão, temperaturas elevadas e baixas, não
contaminantes, segurança, etc..
ELEMENTOS MODIFICADORES DE PROPRIEDADES
Elementos
Mo - Resistência à cristalização (aumenta a resistência à fluência),
mantendo a resistência mecânica (mesmo em temperatura elevada).
reduz corrosão alveolar. Ideal para HC, hidrogênio, vapor. Ótimo para
temperaturas elevadas. Aumenta a resistência a corrosão via úmida.
Efeito semelhante apresenta o Cobre quando presente.
Risco de fratura a temperaturas baixas.
Cr - Aumenta resistência à corrosão em temperatura elevada porém
fragiliza mecanicamente, por isso normalmente incorpora-se o Mo.
Obs. Tubos de aço inoxidável com mais de 10% de Cr
apresentam facilidade para soldagem.
S - Melhora a usinagem.
Cr / Mo – Excelente resistência à corrosão
Ni – Bom para temperaturas baixas. Eleva o limite de elasticidade,
mantendo-o ductil e com elevada tenacidade.
Ex. De ligas contendo níquel: A 335 Cr- Mo, A 333 Ni.
Si e Al também atribuem resistência à corrosão a temperaturas
elevadas. Ambos quando adicionados a liga servem para
acalmar a liga (remoção de gases absorvidos).
Si – suprime magnetismo de uma liga, enquanto o Co favorece
as propriedades magnéticas da liga. Nos aços carbono, em
concentrações mais elevadas torna a liga mais dura e tenaz.
V – Aumenta a resistência a tração, melhorando assim os limites de
elasticidade, trazendo
em consequência a boa ductilidade e
aumentando também a resistência a fadiga.
Outros modificadores: Mn, Co, B, terras raras, W, etc.
Austenítico - Cr- Ni (não magnéticos) - Apresentam resistência à
fluência e oxidação.
Não estabilizados – Estão sujeitos à precipitação de Carbêto de Cromo
”sensitização”, quando submetidos a temp. de 450º C a 850º C ,
perdendo, em conseqüência, a resistência a corrosão.
O Ti, Ta e Nb estabilizam a liga, ex. ANSI 321.
Obs. O Mo também estabiliza a liga inibindo a precipitação de
carbêto de cromo.
Alguns aços inoxidáveis de uso freqüente e algumas características
importantes
ANSI 304 (austenítico) Cr- Ni 18-8 , 0.1 % de C
ANSI 304 L, Ti e Nb para temperatura baixa. (– 273º C)
ANSI 303
Cr-Ni , fácil usinagem
Ferríticos – (magnéticos), de 12 a 30 % de Cr- Baixo custo. Baixa
propriedade mecânica, Apresentam baixa corrosão sob tensão mas
são difíceis de soldar.
Martensíticos – apresentam maiores teores de C, são mais duros,
apresentando maior resistência mecânica e à abrasão.
 FERRO FUNDIDO
Tipo – (normalmente galvanizados),
Aplicação :
Água, gás, água salgada e esgoto.
Recomendados, p/ temperatura baixa (ambiente),
Pressão baixa e sem esforço mecânico.
Apresentam boa resistência à corrosão.
São fabricados com ponta e bolsa ou com flanges.
METAIS NÃO FERROSOS
 COBRE E LIGAS.
Resistência à oxidação. Usado para trocadores de
calor, serpentinas, sistemas de refrigeração (Freon).
Não pode ser usado em contato com amônia, ácido
nítrico e aminas. Apresentam corrosão sob tensão.
 ALUMÍNIO E LIGAS
Criogenia e aquecimento
 CHUMBO:
Uso em unidades de ácido sulfúrico.
 Outros:
Níquel, Titânio, Zircônio e suas ligas.
Para aplicações que envolvem alta temperatura.
NÃO METÁLICOS
 POLIMÉRICOS: PE, PP, PVC, Epoxi, Poliésteres, ABS,
 OUTROS MATERIAS:
porcelana, grafite,.....
Vidro, concreto, borracha,
Os não metais (polímeros, cerâmica) podem ainda ser
usados como revestimento interno de tubos metálicos.
SELEÇÃO DO MATERIAL – CRITÉRIOS
 Diâmetro
 Custo
 Condição de serviço ( P e T )
 Fluido, tipo (gás ou líquido), presença de impurezas, sólidos
suspensos, pH, concentração
 Nível de tensão a que estará submetida à tubulação (dilatação
Térmica, peso da tubulação).
 Esforços mecânicos: compressão, flexão, vibração.
 Segurança
 Facilidade de obtenção (compra), reposição, ...
 Tempo de vida (compatível com o tempo de vida útil da instalação)
 Velocidade do fluido
 Perda de carga
 Acabamento interno
 Facilidade de montagem – custo de reposição e tempo de parada
ALGUMAS SITUAÇÕES (USOS)
 ÁGUA DOCE
Desenterrado, pressão e temp. baixa: A 120, válvulas de bronze
ligação por rosca. Diâmetros maiores, Fe fundido, solda ou flange. Se
serviço mais severo, A-53 sobre-espessura de 1,2 mm, solda de
encaixe (diâmetro pequeno). Se diâmetro maior, solda de topo.
Válvula de aço forjado e interno de inox. Para diâmetros muito
maiores, uso de flange.
 ÁGUA SALGADA
Aço revestido com PVC ou borracha (para diâmetros maiores que 4”)
Obs. O inox está sujeito à corrosão sob tensão.
 VAPOR (pouco corrosivo)
Restrição: devem apresentar resistência mecânica à pressão sob
temperatura elevada.
Ligações – Até 2” solda encaixe, acima deste diâmetro solda de topo.
O mesmo para as válvulas.
Acessórios
Válvulas de bloqueio: globo para até 8” e gaveta p/ diâmetros maiores.
 HIDROCARBONETOS
Válvulas: Até 260º C, corpo em aço carbono, internos em inox 410.
Até 350º C, corpo em aço liga. Internos em inox 410. Se,
porém % enxofre elevado, internos em inox 430 ou 304.
Na escolha do material pesam os teores de enxofre e cloretos
1% de S
Aço carbono até 320º C +1,2mm Aço liga Cr/Mo - 5/0,5% até 400º C + 1,2mm
3% de S
até 260º C +1,2mm
até 350
+ 1,2mm
>3% deS
até 250º C + 4 a 6 mm
até 350 + 4 a 6 mm
.
 ACESSÓRIOS E CONEXÕES:
Até 2” solda de encaixa, Ø > que 2” - flange de pescoço ou solda de topo.
 AR COMPRIMIDO
Até 7 kg/cm2 :
A – 120, galvanizado e diâmetro até 4”, rosqueadas.
Se diâmetro maior que 4”, A – 120 + 1,2 mm de sobre espessura
ou A – 134.
Pressão > 7 kg/cm2
A 53 + 1,2 mm de sobrespessura, solda de topo Ø > 2”.
Até 2”, solda de encaixe.
Válvulas:
Até 3”, bronze e rosca.
Ø > 3” Fe fundido, interno em bronze, flange.
Ø >>> corpo forjado, interno 410, flange com ressalto.
OPERAÇÕES EM ELEVADA TEMPERATURA
Até 550º C (máx 570º C) aço liga Cr/Mo
De 700º C (máx 880º C) inox 304
De 750º C (máx 880º C)
316
De 850º C (máx 1150º C)
Inconel - Ni > 60%, Incaloy Ni >40%,
Hasteloy (Stellite) Mo até 30% e Co até 2%.
OPERAÇÕES EM TEMPERATURAS BAIXAS
Até (- 65º C), aço liga com Ni.
Até (- 100º C) cobre, latão, bronze.
Até (- 195º C) inox 316(Mo), 317(Mo), 321(Ti)
Até (- 250º C) inox 304, 310, 347
Monel Ni/Cu 67/30
Inconel Ni/Cr 80/13
Bibliografia
Tubulações Industrial
Pedro Carlos da Silva Telles, 4ª ed. 1976
Faculdade de Tecnologia de São Paulo – Departamento de hidráulica
Materiais para tubulações Prof. Celio Carlos Zattoni – São Paulo 2005
Vol 1 Materiais metálicos
Vol 2 Tubos e conexões
Vol 3 Válvulas e acessórios
Curso de Tubulações Industriais
Faculdade de Engenharia Química de Lorena
Professor Antonio Clélio Ribeiro
 Outros
Sites
http://www.matweb.com/Search/MaterialGroupSearch
Obs. Site muito bom – características físicas de ligas , composição, etc,
Exemplo de algumas Normas ( Do livro - Materiais para tubulações Prof. Celio
Carlos Zattoni – São Paulo 2005 -Faculdade de Tecnologia de São Paulo –
Departamento de hidráulica - Vol 1 Materiais metálicos
Calendário 1º semestre 2010
2
4
2
4
2
4
2
4
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Março
1
3
8
10
15
17
22
24
29
31
Abril
5
7
12
14
19
21
26
28
Maio
3
5
10
12
17
19
24
26
Junho
2
7
9
14
16
21
23
28
Julho
5
7
Feriado
31
27 dias de aula
Segunda chamada geral
Semana de estudos
Exame final