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Dimensionamento de tubulaesParte I
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DIMENSES DE TUBOS (DIMETROS COMERCIAIS DE TUBOS)
Dimetros nominais Iron Pipe Sise IPSDefinidos pela norma: ANSI B 36.10 - Aos carbono e aos liga, (1/8 a 36) ANSI B 36.19 - Ao inoxidvel, (1/8 a 12)Obs. Para o mesmo dimetro externo (dimetro nominal) tem-se diferentes opes de parede Diferentes dimetros internosA espessura definida por: srie, no , #, ou Schedule (SCH)Schedule number (SCH), srie, regido pela ANSI B36-10. . Schadules disponveis, # 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160.Dimetros nominais comuns; 1/8, 1/4, 3/8,1/2, 3/4 , 1, 1 1/2, 2, 3, 4, 6.......26, 30e 36.Menos comuns: 1 1/4 , 2 1/2 , 3 1/2, 5.
Iron Pipe Sise IPS
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DETERMINAO DA ESPESSURA DE PAREDE
Norma ANSI B. 31 Onde: t m = espessura (mnima) de parede (pol) (mm)P = Presso interna de projeto (psi) MPaD = Dimetro externo (pol) (mm)SE = coeficiente de stress (psi) MPa, Onde : S, Tenso admissvel para o material, excluso qualidade de solda e fator de junta. E, fator de qualidade de fundio ou de solda. Eficincia de solda (para tubos sem costura = 1)Y = Coeficiente de reduo (varia com o material e a temperatura). Ex. ao carbono at 480 C , Y=0,4c = Soma de sobre-corroso, eroso,...profundidade de roscas, Obs. 1- Dimenses espessura de rosca ANSI B2.1 2- Se a tolerncia no for especificada adotar 0.02 (0,5mm)
Obs, para t D/4 .................. t = tm - c
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Exemplo: Calcular a espessura mnima necessria para um tubo de dimetro nominal 8 (8,625, externo (tabela) ao carbono s/ costura, Tenso admissvel na T proj. = 12350 psi. e P proj. 800psi, T projeto 600 F, com sobrespessura de corroso c= 0,05. Obs. Ver tenso admissvel Perry 6 ed. Item 23
Aplicando uma tolerncia de 12,5 % a 1,125 x 0,322 = 0,362
Para atender a esta espessura, Tubo # 80 espessura = 0,500 # 60 = 0,406 # 40 = 0,322
Para ANSI A 53 B ( S =15500)...... t = 0,268 tm = 0,301 Neste caso, a srie # 40 atenderia, pois tem espessura de 0,332
= 0,322 *ASTM A 53 A (S =12350)
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TENSO MXIMA EM UM TUBO DE ESPESSURA t , SUBMETIDO A UMA PRESSO P.
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P =empuxo sobre os pontos de fixao (Kg ou T)A = rea da seo transversal (cm2) = dilatao livre do tubo (cm)L = comprimento do tubo (cm)E = mdulo de elasticidade do material (kg/cm2)Analisando o efeito da fora gerada pela dilatao trmicaTemos que:tenso interna (kg/cm2) P = S. A dilatao unitria (cm/cm) Logo, a equao acima poder ser escrita,ou entoS = e .E
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Obs. Disposio tridimensional mais flexvel que a plana. O efeito de toro cerca de 30% mais eficiente do que a flexo. Ainda, quanto mais simtrico o arranjo melhor o traado. Sistema tridimensional permite maior liberdade de movimento tubulao.Frmula original Onde: Sa = limite admissvel para a resultante das tenses secundrias combinadasEc = mdulo de elasticidade na temperatura de trabalhoD = nominal externo * ( pol) **(mm)Y = Somatrio das dilataes * (pol) **(mm) L = Comprimento da tubulao * (ft) **(m) U = distncia entre os pontos fixos * (ft) **(m)
* sistema ingls
FLEXIBILIZAO DE UMA TUBULAO SUJEITA A UMA VARIAO DE TEMPERATURAFrmula simplificada Teste rpido (ANSI B 31- 10)
** sistema internacional
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Controlando a dilatao trmica
No utilizar segmento em linha reta entre dois pontos Empregar acessrios deformveis (juntas de expanso) Quando espao reduzido, grande dilatao e tubulao de grande dimetro PretensionamentoAdequando um traado de uma tubulao
Quanto maior o comprimento desenvolvido para a tubulao, em relao aos pontos fixos, melhor a flexibilidade Quanto mais simtrico melhor a distribuio dos esforos Quanto menor a desproporo, entre os seguimentos , idem Sempre que possvel adotar arranjo tridimensional
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Presso de Projeto*
Definida na Norma ANSI B-31. *Tenso admissvel nas condies extremas de projeto (diferente de operao). Condio simultnea de maior severidade.
Temperatura de projeto Correspondente aquela da presso de projeto eleita. Ex. duas condies distintas 1 - 800 F e 300 psi Sh= 6500psi 2 - 70 F e 900psi Sh= 20000psi
* Escolhe-se a condio mais crtica, na qual a tenso admissvel apresenta menor valor. No exemplo colocado, a 1 condio.PRESSO E TEMPERATURA DE PROJETO
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Presso de choque (golpe de arete) Situaes onde esto sujeitas elevaes bruscas de presso: Parada brusca , partidas de bombas,etc...
Obs. 1) Presso de choque : A Norma sugere Valor de P = 60 vezes o valor da velocidade em (ft/s). 2) Para tubos ferro fundido)* Valor da presso = (P mx. operao + P.choque)
Condies transitrias passveis de causar fadiga, Elevao de presso,....Parada/partida de bomba: Arete Vcuo (suco)Resfriamento de fluido gasoso vcuoExpanso por elevao da temperaturaCongelamento Dilatao do fluido x contrao/fragilizao do metal.
CONSIDERAES DE PROJETO
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Consideraes quanto a temperatura de operao pratica adotar no projeto uma temperatura um pouco superior aquela temperatura mxima de operao da linha (temperatura do fluido circulante)
Temperatura considerada para tubos, vlvulas e acessrios
Se temperatura do fluido for superior a 0 C Tubos no isolados: Se rosqueados (tubos vlvulas e acessrios) 95% da temperatura do fluido Se flangeados (tubos, vlvulas e acessrios flangeados) 90% da temperatura do fluido Parafusos e porcas dos flanges 80 % da temperatura do fluido
Tubos isolados Isolamento trmico externo Temperatura igual a do fluido Isolamento interno Deduzir perda trmica equivalente atravs do isolamento Se a temperatura do fluido for inferior a 0 C Materiais com temperatura igual a temperatura do fluido
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Principais esforos mecnicos a que podem estar submetidas tubulaes industriais
Presso interna e externa Peso Tubo, Fluido Acessrios, vlvulas, isolamento, Fluidos durante teste hidrosttico Peso de outros tubos suportados ou apoiados Plataformas , pessoas, neve , terra (soterrados), veculos,etc.. Ao dinmica Movimento do fluido, Ventos Impactos de natureza mecnica , golpes de ariete, Vibraes Dilataes trmicas Tubulao, Equipamentos aos tubos conectados, Tenses residuais de montagem da linha, Atrito dos suportes, Esforos de desalinhamentos, etc..
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Algumas formas de correo
Instalar de forma adequada os suportes Instalar acessrios sempre que possvel prximos aos pontos de sustentao Evitar e minimizar cargas externas Instalar guias e contraventos Colocar patins ou roletes Instalar amortecedores de vibrao Flexibilizar de forma adequada a linha
Esforos mais relevantes Presso DilataoPrincipais formas de tenso presentes em uma tubulao
Tenso longitudinal Conseqncia da presso, movimento fletor, (pesos, dilataes, equipamentos) e esforo residual de montagem. Tenso circunferencial Conseqncia da presso, deformao por achatamento resultante de esforos fletores atuantes Tenso radial Tenso de cisalhamento circunferencial Conseqncia de esforos de toro
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Tenso primria X Tenso secundria
Primria , esforo externo e internos permanentes................ Valor constante.Secundrias, (cclicas), dilataes, movimento de equipamentos a custa de dilatao.....................Diminuem devido ao relaxamento espontneo ao longo do tempo .........acomodao dos esforosTenso admissvel X fator de segurana
O critrio para escolha do fator de segurana depende:Tipo de materialCritrio de clculo : > ou < grau de arbitrariedadeTipos e freqncia de esforosIncerteza do materialDefeitos de fabricao do material, montagem, etcSeguranaTenso admissvel
Obs. Dados tabelados referem-se a tenses bsicas de trao e flexo, para esforos estticos e permanentes
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Condies transitrias de trabalho ou diferentes tipos de esforos
Esforo transitrio de cisalhamento e toro Adota-se 80% da tenso admissvel bsica
Tenses secundrias no permanentes de curta durao, A custa de vento, condies anormais de operao, etc
Ciclo de 10h consecutiva em um total de 110 h/ano Adota-se fator de 1,33% da tenso admissvel Ciclo de 50h consecutiva em um total de 500 h/ano Adota-se fator de 1,20% da tenso admissvel
Cada seo da norma adota diferentes critrios na adoo das tenses admissveis de acordo com a severidade e risco da operao como mostra a tabela a seguir
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ApndiceCritrio para a utilizao da Tenso admissvel para tubos de ao
Seo daANSIreasTenso admissveis bsicas(o menor dos valores obtidos)B.31.1Centrais de vaporTr/4Te/6 Tdf0,8TrfB.31.2Tubulaes de ar e gasesTr/2,66----- ----------B.31.3Refinarias e Instalaes petrolferasTr/3Te/1,6 Tdf0,8TrfB.31.4Oleodutos-----Te/1,39----------B.31.5RefrigeraoTr/4Te/1,6----------B.31.6Industrias QumicasTr/3Te/1,6Tdf0,8TrfB.31.7Centrais NuclaresTr/3TeTdf0,8TrfB.31.8Transporte e distribuio de gases-----Te/1,1----------
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Resumo sobre valores adotados para tenso admissvelde acordo com a severidade das condies operacionais Obs. Valores bsicos so aqueles adotados para esforos de trao, de toro e de flexo, esttico e permanentes
Esforos estticos e permanentes de cisalhamento, Empregar 80% das tenses admissveis bsicas
Situaes adversas
Variaes ocasionais acima das condies de projeto devero permanecer dentro dos seguintes limites em relao a presso de projeto:Sob restrio, permitido exceder a faixa de presso ou a tenso admissvel para a presso de projeto na temperatura da referida condio por no mais que:
33% para no mais que 10h em condio contnua e no mais que 100h/ano.
20% para no mais que 50h em condio contnua e no mais que 500h/ano.
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Referncia
Tubulaes Industriais Pedro Carlos da Silva TellesLivros Tcnicos e Cientficos Editor S.A.4 Edio - 1976
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