Projecto de Rede de Distribuição de Gás...

Departamento

de Engenharia Mecnica

Pedro Relvas Marques 0

Projecto de Rede de Distribuio

de Gs Natural Projecto apresentado para a obteno do grau de Mestre em

Equipamentos e Sistemas Mecnicos

Especializao em Projecto, Instalao e Manuteno de Sistemas Trmicos

Autor

Pedro Daniel Relvas Dias Marques

Orientador

Eng Antnio Manuel de Morais Grade

Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

Coimbra, Dezembro, 2014

Projecto de Rede de Gs Natural Agradecimentos

Pedro Relvas Marques i

AGRADECIMENTOS

Agradeo minha famlia e amigos.

Agradeo instituio ISEC a oportunidade que me deu de poder valorizar o meu percurso

acadmico, a todos os professores e em particular ao meu orientador Eng. Antnio Manuel

de Morais Grade, pela forma motivada e profissional como leccionaram este mestrado.

Projecto de Rede de Gs Natural Resumo

Pedro Relvas Marques ii

RESUMO

O gs natural foi introduzido em Portugal em 1997. Desde essa data, a estrutura de consumo

de gs natural evidencia que, logo aps o sector da produo de electricidade, o sector

industrial que regista o maior consumo de gs natural.

O consumo de gs natural reduz de forma significativa as emisses de CO2 para a atmosfera,

em comparao com outros combustveis fsseis (p. ex.: carvo, nafta), pois uma energia

mais limpa e menos poluente. Apresenta tambm a vantagem ser energeticamente mais

eficiente.

Este trabalho prope a realizao de um projecto, de carcter real, de uma rede de gs natural

para abastecimento de uma unidade industrial.

O projecto pretende definir os critrios de caracterizao e dimensionamento de uma rede de

gs, passando pela determinao das condies tcnicas, procedimentos de construo,

montagem, inspeces e ensaios necessrios ao abastecimento, com gs natural, dos

equipamentos/queimadores existentes em uma unidade industrial.

O projecto envolver a definio das caractersticas da instalao, como a categoria de

localizao, tipo de funcionamento do posto de regulao e medida, presso de operao e

caudal do gs, assim como a determinao dos caudais de operao, dimetros e espessuras

das tubagens, perdas de carga e velocidades de escoamento. Para o posto de regulao e

medida acresce o dimensionamento para a determinao dos respectivos equipamentos, tais

como os filtros, reguladores de presso, vlvulas de alvio e contadores.

PALAVRAS-CHAVE

Gs natural, rede de gs, dimensionamento, posto de regulao e medida, perdas de carga,

velocidades de escoamento, espessura das tubagens, procedimentos de construo, inspeces

e ensaios.

Projecto de Rede de Gs Natural Abstrat

Pedro Relvas Marques iii

ABSTRACT

The natural gas was introduced in Portugal in 1997. Since then the structure of natural gas

consumption shows that, after the sector of electricity production, is the industrial sector that

registers the highest consumption of natural gas.

The consumption of natural gas significantly reduces the CO2 emissions to the atmosphere,

compared to other fossil fuels (e.g. coal, thick fuel-oil), because it is a cleaner and less

polluting energy. It also presents the advantage to be more energy efficient.

This work proposes the implementation of a real world project, of a natural gas network for

supply an industrial unit.

The project intends to define the criteria for characterization and sizing of a gas network, the

determination of technical conditions, construction procedures, assembly, inspection and

testing, required to supply natural gas to the existing equipment/burners in an industrial unit.

The project will involve defining the characteristics of the installation, such as location

category, type of operation of the regulation and metering station, pressure operation and gas

flow rates, as well as the calculations for determining the working flow rates, pipe diameters

and thickness, pressure drops and gas velocities. For the regulation and metering station, is

also needed to make the calculations for the determination of its equipment, such as filters,

pressure regulators, relief valves and flow meters.

KEYWORDS

Natural gas, gas network, pipe sizing, regulation and metering station, pressure drops, flow

velocities, pipe thickness, construction procedures, inspections and testing.

Projecto de Rede de Gs Natural ndice

Pedro Relvas Marques iv

ndice

1. INTRODUO ................................................................................................................................................. 1

2. TERMINOLOGIAS E DEFINIES ............................................................................................................. 3

3. RESPONSABILIDADES DO PROJECTISTA .............................................................................................. 6

4. DESCRIO GERAL ...................................................................................................................................... 7

4.1 REA DE INFLUNCIA ................................................................................................................................... 7 4.2 DESCRIO DO PROJECTO ........................................................................................................................... 7 4.3 CONDIES DE OPERAO E DE PROJECTO ................................................................................................ 7 4.4 CARACTERSTICAS DO GS A TRANSPORTAR .............................................................................................. 8 4.5 CARACTERSTICAS DOS APARELHOS CONSUMIDORES ................................................................................ 8 4.6 DESCRIO DA REDE DE GS PROJECTADA ................................................................................................ 9

5. CARACTERSTICAS DA INSTALAO .................................................................................................. 10

5.1 CARACTERSTICAS DO PRM E REDE DE DISTRIBUIO ........................................................................... 10 5.1.1 Classificao ........................................................................................................................................ 11

5.1.1.1 Categoria de Localizao ............................................................................................................... 11 5.1.1.2 Tipo de Funcionamento ................................................................................................................. 11 5.1.1.3 Presso de Operao ...................................................................................................................... 11 5.1.1.4 Caudal de Gs ................................................................................................................................ 11

5.1.2 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS ................................................................................................................. 12 5.1.2.1 Tubagem e Acessrios ................................................................................................................... 12 5.1.2.2 Juntas Dielctricas ......................................................................................................................... 14 5.1.2.3 Vlvulas de Seccionamento ........................................................................................................... 15 5.1.2.4 Filtros ............................................................................................................................................. 16 5.1.2.5 Reguladores de Presso ................................................................................................................. 18 5.1.2.6 Vlvulas de Alvio ......................................................................................................................... 19 5.1.2.7 Contadores ..................................................................................................................................... 20 5.1.2.8 Manmetros ................................................................................................................................... 22 5.1.2.9 Termmetros .................................................................................................................................. 23

6. DIMENSIONAMENTO DA INSTALAO ............................................................................................... 24

6.1 PRM ............................................................................................................................................................ 24 6.1.1 Pressupostos ........................................................................................................................................ 24 6.1.2 Clculo da Tubagem ........................................................................................................................... 24

6.1.2.1 Caudal Mximo ............................................................................................................................. 24 6.1.2.2 Dimetro da Tubagem ................................................................................................................... 25 6.1.2.3 Perdas de Carga ............................................................................................................................. 25 6.1.2.4 Velocidade de Escoamento ............................................................................................................ 26 6.1.2.5 Espessura da Tubagem .................................................................................................................. 27

6.1.3 Clculo dos Equipamentos ................................................................................................................. 27 6.1.3.1 Filtros ............................................................................................................................................. 27 6.1.3.2 Reguladores de Presso ................................................................................................................. 28 6.1.3.3 Vlvulas de Alvio ......................................................................................................................... 29 6.1.3.4 Contador ........................................................................................................................................ 29

6.2 REDE INTERIOR DE DISTRIBUIO ............................................................................................................ 30 6.2.1 Pressupostos ........................................................................................................................................ 30 6.2.2 Clculo da Tubagem ........................................................................................................................... 31

6.2.2.1 Caudais .......................................................................................................................................... 31 6.2.2.2 Dimetro da Tubagem ................................................................................................................... 31 6.2.2.3 Perdas de Carga ............................................................................................................................. 33 6.2.2.4 Velocidade de Escoamento ............................................................................................................ 34 6.2.2.5 Espessura da Tubagem .................................................................................................................. 35

7. PROCEDIMENTOS DE CONSTRUO .................................................................................................... 36

7.1 INSPECO NA RECEPO DE MATERIAIS ................................................................................................ 36 7.1.1 Certificados de Materiais ................................................................................................................... 36

Projecto de Rede de Gs Natural ndice

Pedro Relvas Marques v

7.1.2 Vlvulas ............................................................................................................................................... 36 7.1.3 Tubos e Acessrios em Ao ................................................................................................................ 37 7.1.4 Resultados da Recepo ..................................................................................................................... 37

7.2 TRANSPORTE, MANUSEAMENTO E ACONDICIONAMENTO DOS MATERIAIS ............................................. 38 7.2.1 Transporte ........................................................................................................................................... 38 7.2.2 Manuseamento .................................................................................................................................... 39 7.2.3 Acondicionamento .............................................................................................................................. 39

7.3 SOLDADURA................................................................................................................................................. 40 7.3.1 Consumveis de Soldadura ................................................................................................................. 40

7.3.1.1 Armazenamento e Manuseamento dos Consumveis..................................................................... 42 7.3.1.2 Gases de Proteco ........................................................................................................................ 42 7.3.1.3 Conservao dos Elctrodos Bsicos ............................................................................................. 43 7.3.1.4 Regenerao dos Elctrodos Bsicos ............................................................................................. 44

7.3.2 Procedimentos de Soldadura ............................................................................................................. 44 7.3.3 Qualificao dos Soldadores .............................................................................................................. 45 7.3.4 Preparao para a Soldadura ............................................................................................................ 46

7.3.4.1 Preparao dos Topos .................................................................................................................... 46 7.3.4.2 Posicionamento dos Tubos e Acessrios ....................................................................................... 46 7.3.4.3 Pr-aquecimento ............................................................................................................................ 46 7.3.4.4 Soldadura ....................................................................................................................................... 47

7.3.5 Inspeco das Soldaduras .................................................................................................................. 48 7.3.5.1 Exame Visual ................................................................................................................................. 48 7.3.5.2 Exame Radiogrfico ...................................................................................................................... 48 7.3.5.3 Exame por Ultra-sons .................................................................................................................... 49 7.3.5.4 Exame por Lquidos Penetrantes ................................................................................................... 49

7.3.6 Defeitos nas Soldaduras ..................................................................................................................... 49 7.3.6.1 Aceitabilidade de Defeitos ............................................................................................................. 49 7.3.6.2 Reparao das Soldaduras ............................................................................................................. 50

7.4 PINTURA ................................................................................................................................................... 50 7.4.1 Sistema de Pintura .............................................................................................................................. 50 7.4.2 Preparao das Superfcies ................................................................................................................ 51 7.4.3 Mtodo ................................................................................................................................................. 51 7.4.4 Inspeco da Pintura .......................................................................................................................... 53

7.4.4.1 Visual ............................................................................................................................................. 53 7.4.4.2 Ensaio de Espessura ....................................................................................................................... 54 7.4.4.3 Ensaio de Adeso........................................................................................................................... 54 7.4.4.4 Ensaio de Porosidade ..................................................................................................................... 54

7.5 IDENTIFICAO E RASTREABILIDADE DAS SOLDADURAS E MATERAIS ........................... 55 7.5.1 Identificao de Soldaduras ............................................................................................................... 55 7.5.2 Identificao dos Componentes ......................................................................................................... 56 7.5.3 Transferncia de Marcas ................................................................................................................... 57

7.6 ENSAIOS DE PRESSO ................................................................................................................................. 57 7.6.1 Ensaio de Resistncia Mecnica ........................................................................................................ 58 7.6.2 Ensaio de Estanquidade ..................................................................................................................... 58

7.7 RECEPO DA OBRA ................................................................................................................................... 59 7.7.1 Documentao Final ........................................................................................................................... 59 7.7.2 Pr-comissionamento.......................................................................................................................... 60 7.7.3 Comissionamento ................................................................................................................................ 60 7.7.4 Recepo Provisria ........................................................................................................................... 60 7.7.5 Recepo Definitiva ............................................................................................................................ 60

8. CONDIES TCNICAS DE MONTAGEM E COLOCAO EM OBRA .......................................... 61

9. EXPLORAO, MANUTENO E SEGURANA DA REDE ............................................................... 66

10. CONCLUSES ............................................................................................................................................. 68

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS............................................................................................................... 69

ANEXOS .............................................................................................................................................................. 72

Projecto de Rede de Gs Natural ndice de Figuras

Pedro Relvas Marques vi

ndice de Figuras Figura 1 Vista geral de um Posto de Regulao e Medida (PRM)..10

Figura 2 Vista parcial de uma Rede de Interior de Distribuio............10

Figura 3 Tubagem........12

Figura 4 Acessrios..........12

Figura 5 Junta Dielctrica.......14

Figura 6 Vlvula tipo Wafer.......15

Figura 7 Vlvula de Borboleta tipo LUG..15

Figura 8 Vlvula de Bola.15

Figura 9 Filtro tipo G......16

Figura 10 Regulador de Presso .......18

Figura 11 Vlvula de Alvio .......19

Figura 12 Contador de Turbina.........20

Figura 13 Manmetro.............22

Figura 14 Termmetro........23

Projecto de Rede de Gs Natural ndice de Tabelas

Pedro Relvas Marques vii

ndice de Tabelas Tabela 1 Caractersticas do Gs Natural ..8

Tabela 2 Caractersticas dos Aparelhos Consumidores da Instalao........8

Tabela 3 Dimetros e Espessuras de Tubagem.13

Tabela 4 Tipos e Caractersticas de Elctrodos....42

Tabela 5 Afastamento entre Suportes....62

Tabela 6 Tubagens Vista: Afastamento entre Infraestruturas ....64

Tabela 7 Tubagens Embebidas: Afastamento entre Infraestruturas .65

Projecto de Rede de Gs Natural Simbologia

Pedro Relvas Marques viii

SIMBOLOGIA

A rea do filtro [m2]

Cg Coeficiente de caudal do regulador [adm]

dc Densidade corrigida do gs natural [adm]

Dext Dimetro exterior da tubagem [mm]

Di Dimetro interior da tubagem [mm]

Dicalculo Dimetro interior terico calculado [mm]

dr Densidade relativa do gs natural [adm]

e Espessura da tubagem [mm]

E Limite elstico do ao da tubagem [N/mm2]

F Factor de segurana relativo categoria de localizao [adm]

h Diferena de cota entre o incio e o fim do troo [m]

J Perda de carga quadrtica/linear mdia [mbar2/m] / [mbar/m]

Kg Coeficiente de caudal [adm]

Lcritico Percurso que corresponde ao maior comprimento de tubagem [m]

Leq Comprimento equivalente [m]

Leq.max Comprimento equivalente do percurso critico [m]

P Presso absoluta [bar]

P0 Presso em condies normais [bar]

PA Presso de abastecimento [mbar]

Patm Presso atmosfrica [mbar]

PCI Poder calorfico inferior [MJ/m3]

PE Presso absoluta entrada [bar]

Pf Presso final [mbar]

Pfc Presso final corrigida [mbar]

Pi Presso inicial [mbar]

Pmax Presso mxima de operao [bar]

Pmc Presso absoluta mdia corrigida [mbar]

P(n) Potncia nominal, em condies normais [kW]

PS Presso absoluta sada [bar]

Projecto de Rede de Gs Natural Simbologia

Pedro Relvas Marques ix

Ptotal Perda de presso [mbar]

Padm Perda de carga acumulada admissvel [mbar]

Q Caudal de gs natural [m3/h]

t Temperatura de servio do gs natural [C]

T Temperatura de servio [K]

T0 Temperatura absoluta em condies normais [K]

V Velocidade [m/s]

V0 Volume corrigido [m3/h]

Vb Volume bruto [m3/h]

Projecto de Rede de Gs Natural Abreviaturas

Pedro Relvas Marques x

ABREVIATURAS

AISI American Iron and Steel Institute

ANSI American National Standard Institute

API American Petroleum Institute

APTA Associao de Produtores de Tubos e Acessrios.

ASME American Society of Mechanical Engineers

ASTM American Society for Testing and Materials

AWS American Welding Society

CE Conformit Europene, Conformidade Europeia

DIN Deutsches Institut fr Normung, (German Institute for Standardization)

EN European Norm

GTAW Gs Tungsten Arc Welding

IRGN Instalao Receptora de Gs Natural

NP Norma Portuguesa

NPT National Pipe Thread

PCI Poder Calorfico Inferior

PED Pressure Equipment Directive

PRM Posto de Regulao e Medida

SMAW Shielded Metal Arc Welding

VACPAC Elctrodos Embalados a Vcuo

Captulo 1


1. INTRODUO

Devido s preocupaes ambientais a utilizao de gs natural na indstria tem aumentado de

forma significativa, dado este ser o mais limpo dos combustveis fsseis, reduzindo assim a

emisso de gases poluentes para a atmosfera e respeitando a presente legislao ambiental.

O gs natural que abastece as redes de gs em Portugal recebido por via terrestre, entrando o

gasoduto do Magrebe em Portugal por Campo Maior e por via martima, abastecido pelo

terminal de gs liquefeito localizado em Sines.

O gs natural transportado por redes de alta presso (84 bar), denominadas por redes de

transporte ou gasodutos de 1 Escalo, pertena da REN-Gasodutos. Esta por sua vez distribui

o gs natural s respectivas concessionrias regionais, como EDP Gs, Lusitaniags,

Lisboags ou Setgs, etc.

Este trabalho consiste na realizao de um projecto, incluindo caracterizao,

dimensionamento e especificaes de construo, montagem, inspeces e ensaios de uma

rede de gs para assegurar o abastecimento com gs natural de uma unidade industrial,

constituda por diversos equipamentos/queimadores, estando estes dispostos nas instalaes

em locais distintos.

Este projecto inicia-se num PRM (Posto de Regulao e Medida) de 2 Classe, abastecido por

uma rede primria de gs natural instalada na via pblica (com a presso entre 4 bar exclusive

e 20 bar inclusive). O PRM, j nas instalaes da indstria em causa, reduz a presso

proveniente a montante para a presso necessria ao abastecimento da indstria. A jusante do

PRM desenvolve-se numa rede interior de distribuio fazendo o abastecimento aos

respectivos queimadores.

O projecto pretende aplicar os vrios critrios de dimensionamento para as condutas de gs

natural, pelo que ir abranger todas as categorias de presso de servio.

O projecto envolver as seguintes fases:

Enquadramento, memria descritiva, clculos da instalao, peas desenhadas, caractersticas

do gs natural, caudal de projecto, presso de servio, velocidade de escoamento, perda de

carga, critrios utilizados para os clculos, legislao, normas aplicveis e especificaes de

construo.

Captulo 1 Introduo


O projecto ir abranger os 2 seguintes enquadramentos distintos:

1) PRM Posto de Regulao e Medida

Dimensionamento da tubagem e acessrios, clculo de perda de carga e velocidade

de escoamento do gs;

Dimensionamento dos filtros, reguladores, vlvulas de alvio, vlvulas de

seccionamento e contadores de gs;

Caracterizao do PRM.

2) Ramal interior de distribuio rede area em ao dentro das instalaes da

indstria

Dimensionamento da tubagem e acessrios, clculo de perda de carga e velocidade

de escoamento do gs;

Localizao e caractersticas de consumo dos queimadores;

Especificaes de construo.

O presente trabalho estabelece a realizao de um projecto de engenharia nas reas de

mecnica para a execuo da Instalao Receptora de Gs Natural (IRGN) de uma unidade

industrial, quando abastecida por uma rede primria (4 bar < P 20 bar) de Gs Natural.

Captulo 2


2. TERMINOLOGIAS E DEFINIES

Instalao de gs: entende-se como sendo as instalaes receptoras de gs natural

canalizado.

Normas aplicveis: so as normas europeias, portuguesas ou outras tecnicamente

equivalentes.

Gs natural: um combustvel gasoso pertencente 2 famlia, grupo H, intermutvel com o

da rede europeia e com ndice de Wobbe compreendido entre 48,1 MJ/m3 e 58,0 MJ/m3,

calculado nas condies de referncia (1,013 bar e 0 C), em relao ao poder calorfico

superior.

Metro cbico normal m3(n): a quantidade de gs seco contida no volume de um metro

cbico temperatura de 0 C e presso absoluta de 1,013 bar.

Presso de projecto: a presso considerada na verificao das velocidades. Este valor

considerado ser sempre inferior ao valor da presso mxima de servio.

Presso de servio: a presso relativa a que ser operada cada uma das partes das

instalaes de gs em condies normais de utilizao. Normalmente ser igual presso de

projecto.

Presso mxima de servio: a mxima presso relativa da rede qual ser ligada a

instalao de gs.

Captulo 2 Terminologias e Definies


Classificao das redes de gs em funo da presso [36]:

Presso > 20 bar Rede de transporte. Gasoduto de 1 escalo. Construda em

ao, com um dimetro mnimo de 100 mm (4).

4 bar < Presso 20 bar Rede primria. Gasoduto de 2 escalo.

Construda em ao.

1,5 bar < Presso 4 bar Rede secundria. Rede de distribuio

Construda em ao ou polietileno (rede enterrada). Presso 1,5 bar Rede de utilizao. Construda em ao, polietileno (rede

enterrada) ou cobre.

Categorias de presses de servio:

Baixa presso Presso 50 mbar

Mdia presso 50 mbar < Presso 4 bar

Alta presso Presso > 4 bar

Ramal interior: conjunto de tubagens e acessrios compreendido entre a vlvula de

seccionamento da concessionria, exclusive, e a vlvula de seccionamento entrada do Posto

de Regulao e Medida, inclusive.

Posto de regulao e medida (PRM): conjunto de equipamento, tubagens e acessrios

compreendido entre as vlvulas de seccionamento de entrada e sada do posto, excluindo

ambas.

Esta definio tem como base os requisitos do Regulamento Tcnico do Projecto,

Construo, Explorao dos Postos de Reduo de Presso a Instalar nos Gasodutos de

Transporte e nas Redes de Distribuio de Gases Combustveis, e inclui ainda unidades de

contagem e a instrumentao necessria ao tratamento e registo das medies efectuadas.

Captulo 2 Terminologias e Definies


Rede interior de distribuio: conjunto de tubagens e acessrios compreendido entre a

vlvula de sada do PRM, inclusive, e a vlvula de entrada dos grupos de regulao ou na sua

ausncia, a primeira vlvula a montante do ponto de consumo, incluindo a mesma em

qualquer dos casos.

Instalao receptora de gs natural (IRGN): constituda por um posto de regulao e

medida (PRM) e uma rede interior de distribuio, com o propsito de abastecer uma unidade

industrial.

Grupos de regulao: conjunto de tubagens, acessrios e equipamentos, compreendido entre

a vlvula de entrada dos grupos de regulao, exclusive, e as vlvulas de corte aos aparelhos

de gs, incluindo estas.

Captulo 3


3. RESPONSABILIDADES DO PROJECTISTA O projectista de redes de Gs responsvel pela totalidade dos elementos que constituem a

instalao, tendo em ateno os objectivos da unidade industrial, nos termos do Decreto-Lei

521/99, Art. 5.

O projectista assumir a responsabilidade tcnica da execuo do projecto (Decreto-Lei

263/89, Art. 6) e responsabilizar-se, nos termos da lei civil, por danos causados a terceiros

que sejam motivados por erros da sua interveno no projecto.

O projecto de uma rede de gs deve ser submetido aprovao por uma entidade inspectora

reconhecida pela Direco Geral da Geologia e da Energia.

O termo de responsabilidade do projectista, deve declarar para os efeitos do disposto no n. 1

do Art. 10. do decreto-lei n. 555/99 de 16 de Dezembro, na redaco que lhe foi conferida

pela Lei n 60/2007, de 4 de Setembro que o Projecto de Instalao Receptora de Gs Natural

de que autor, observa as normas legais e regulamentares aplicveis.

No decorrer da construo, ser da responsabilidade do tcnico de gs nomeado, conhecer e

fazer cumprir os requisitos deste projecto, e nos casos omissos ou nele no referidos

expressamente, fazer cumprir a legislao e regulamentos tcnicos aplicveis.

Ser ainda da competncia do tcnico de gs nomeado, propor durante a execuo, as

alteraes que considere necessrias para melhorar as solues apresentadas neste projecto, na

vertente tcnica, funcional, qualidade, segurana e econmica.

Captulo 4


4. DESCRIO GERAL

4.1 rea de Influncia

A Instalao Receptora de Gs Natural (IRGN) de abastecimento a uma unidade industrial

ser construda em Portugal Continental.

4.2 Descrio do Projecto

A Instalao Receptora de Gs Natural, constituda por um Posto de Regulao e Medida

(PRM) e uma Rede Interior de Distribuio, com o propsito de abastecer uma unidade

industrial.

4.3 Condies de Operao e de Projecto

O PRM da unidade industrial ser abastecido a gs natural a alta presso, pela distribuidora

local, atravs de uma rede primria, com a presso de operao entre 4 bar exclusive e 20 bar

inclusive, garantindo a distribuidora o abastecimento unidade industrial com presses

relativas acima de 3,5 bar.

A jusante do PRM, a presso relativa de operao aps reduo ser de 3,5 bar para

abastecimento dos queimadores dos aparelhos consumidores existentes na unidade industrial.

CONDIES DE OPERAO:

TEMPERATURA (C) 15

PRESSO RELATIVA (bar) 3,5

As condies de operao acima mencionadas, so as adoptadas como referencia no projecto

em questo.

Captulo 4 Descrio Geral


4.4 Caractersticas do Gs a Transportar

O gs combustvel considerado para elaborao do projecto o gs natural a fornecer pelas

concessionrias e com as caractersticas mdias consideradas no quadro seguinte:

Caractersticas Gs Natural, 2 Famlia, Tipo H

Composio qumica mdia (% Volume)

Metano (CH4) = 83,70

Etano (C2H6) = 7,60

Azoto (N2) = 5,40

Propano (C3H8) = 1,92

n-Butano (NC4H10) = 0,40

i-Butano (IC4H10)= 0,30

Dioxido de Carbono (CO2) = 0,23 n-Pentano (NC5H12) = 0,09 n-Hexano (NC6H14) = 0,08

Soma Normalizada dos

Hlio (He) = 0,20 i-Pentano (IC5H12) = 0,08 Componentes 100

Poder Calorfico Superior - PCS

[MJ/m3 (n)] Poder Calorfico Inferior - PCI

[MJ/m3 (n)]

42,00

37,91

Peso molecular

18,78

Densidade relativa Densidade Corrigida

ndice de Wobbe [MJ/m3 (n)]

0,65 0,62

52,09

Tabela 1 Caractersticas do Gs Natural [22]

4.5 Caractersticas dos Aparelhos Consumidores

Os caudais de gs dos aparelhos consumidores foram obtidos atravs da equao 1 da pg. 24.

Aparelho Quant. Potncia Unitria

[kW ] Caudal Unitrio

[m3(n)/h] Caudais Totais

[m3(n)/h]

Forno n 1 (principal com secador) 1 Un 8.424,44 800,0 800,0

Forno n 2 1 Un 2.000,81 190,0 190,0

Fornos n 3 e 4 2 Un 1.579,58 150,0 300,0

Secadores n 1,2 e 3 3 Un 842,44 80,0 240,0

Paletizadoras n 1 e 2 2 Un 105,31 10,0 20,0

Total: 1.550,0

Tabela 2 Caractersticas dos Aparelhos Consumidores da Instalao

Captulo 4 Descrio Geral


4.6 Descrio da Rede de Gs Projectada

Para uma correcta compreenso das caractersticas da instalao, aconselha-se a consulta da

planta e do isomtrico constantes nos anexos.

A instalao caracteriza-se pela existncia de uma rede de gs natural com os seguintes

elementos:

- Um PRM;

- Uma rede interior de distribuio com dimensionamento adequado para abastecimento dos

aparelhos consumidores.

A rede interior de distribuio tem incio aps a vlvula de corte geral ao edifcio, localizada

sada do PRM. Esta tubagem estende-se, em toda a sua totalidade, por tubagem area em ao,

a uma presso de servio de 3,5 bar.

Aps a vlvula de corte geral ao edifcio a tubagem de 6, com 4,5m metros prolonga-se at

atingir a parede do edifcio. A, a tubagem elevada em 4 metros na parede exterior do

edifcio, atravessa a parede do edifcio com avano de 0,5 m de tubagem.

J dentro do edifcio, a linha principal, aps 50 metros instalados nos suportes fixados na

estrutura principal do edifcio, tem a primeira derivao em tubo de ao de 2.1/2 indo

abastecer o forno n2. Depois desta derivao, a linha principal reduz de 6 para 5 e aps 30

metros existe uma derivao, em tubo de 2, abastecendo o secador n 1. Continuando 20 m

na linha principal de 5 existe uma nova derivao em tubo de 3, que reduz para 2,

abastecendo o secador n 2 e reduz tambm para 2.1/2 abastecendo o forno n 3. Nos 10

metros seguintes da linha principal existe outra derivao em tubo de 4 abastecendo o forno

principal n 1 com secador incorporado. De seguida, a linha principal reduz de 5 para o

dimetro de 3 e aps 20 m deriva em tubagem de 3, seguida de derivao reduzindo para 2

para abastecer o secador n 3 e reduzindo tambm para 2.1/2 para abastecer o forno n 4. A

linha principal termina derivando para uma linha de 1 com 22 m passando por um regulador

de presso (reduz a presso para 30 mbar) abastecendo a 1 as duas paletizadoras ns 1 e 2.

O dimensionamento desta rede efectuado no captulo 6.2.

Captulo 5


5. CARACTERSTICAS DA INSTALAO

5.1 Caractersticas do PRM e Rede de Distribuio

Figura 1 Vista geral de um Posto de Regulao e Medida (PRM)

Figura 2 Vista parcial de uma Rede Interior de Distribuio

Captulo 5 Caractersticas da Instalao


5.1.1 Classificao

A IRGN, compostas por PRM e rede de distribuio, classificada em funo da categoria de

localizao geogrfica, do tipo de consumo, da presso de operao e dos caudais mximo e

mnimo horrio de gs necessrios.

5.1.1.1 Categoria de Localizao

A rede de abastecimento IRGN, de acordo com a Portaria 390/94 Regulamento Tcnico

Relativo ao Projecto, Construo, Explorao e Manuteno de Gasodutos de Transportes de

Gases Combustveis, pertence Categoria 2 [36].

5.1.1.2 Tipo de Funcionamento

O PRM projectado ser um PRM de funcionamento CRTICO [22] dada a natureza do

consumo de gs dos aparelhos existentes na unidade fabril.

Uma interrupo no prevista, sem agendamento prvio, pode causar graves problemas, em

particular, paragens de produo, com os consequentes prejuzos da inerentes.

Assim, no seguimento do acima referido, este PRM dever dispor de uma segunda linha (de

reserva) de regulao e medida, por forma a garantir que, caso a linha em uso avarie, de forma

automtica a segunda linha entrar de imediato em funcionamento, garantindo o fornecimento

ininterrupto de gs para a unidade industrial.

5.1.1.3 Presso de Operao

O PRM projectado , de acordo com a legislao, classificado como 2 Classe [34], dado que

as presses a montante so iguais ou inferiores a 20 bar e superiores a 4 bar.

5.1.1.4 Caudal de Gs

A IRGN e, em particular, o PRM so dimensionado para o caudal mximo instantneo

correspondente potncia trmica total de projecto, i.e., o caudal mximo previsto de gs



natural a fornecer para satisfazer a soma de todas as potncias trmicas dos aparelhos

consumidores instalados.

5.1.2 Equipamentos e Materiais

5.1.2.1 Tubagem e Acessrios

Figura 3 Tubagem Figura 4 Acessrios

Os tubos devem possuir certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1. Devem ser em

ao, de acordo com a norma API 5L e qualidade Gr.B.

Os acessrios devem tambm possuir certificao de fabrico EN 10204, inspeco 3.1.

Devem ser em ao sem costura, de acordo com a norma ASTM A 234 grau WPB e o seu

controlo dimensional deve cumprir as normas ASME B16.5 e ASME B16.9.

Todas as soldaduras devem ser sujeitas a controlo no destrutivo atravs de radiografia

industrial por gamagrafia ou raio X para soldaduras com o tipo de junta topo-a-topo e atravs

de lquidos penetrantes para soldaduras com junta tipo de canto.

A tubagem e os acessrios devem estar, identificados de forma indelvel com, pelo menos, os

seguintes dados:

Identificao do fabricante;

Qualidade do ao;

Dimenso (dimetro X espessura da parede);

Identificao para rastreabilidade.



No PRM, o tipo de ligaes das tubagens aos equipamentos existentes no PRM devem ser

sempre flangeadas para dimetros superiores a 50 mm [22]. Na rede interior de distribuio

no existe esta restrio, podendo existir ligaes soldadas.

A tubagem no pode ser roscada na sua extremidade para dimetros superiores ou iguais a 50

mm. Para dimetros abaixo de 50 mm podem as suas extremidades ser roscadas.

O artigo 9 da Portaria n. 386/94 Regulamento tcnico relativo ao projecto, construo,

explorao e manuteno de redes de distribuio de gases combustveis, no permite o uso

de tubos com espessura de parede inferior aos seguintes valores:

Dimetro externo (mm)

Dimetro externo (pol)

Espessura mnima (mm)

42,4 1 2,3 48,3 1 2,3 60,4 2 2,3 76,1 2 2,6 88,9 3 2,6

114,3 4 2,6 141,3 5 2,6 168,3 6 3,5 219,1 8 3,5

Tabela 3 Dimetros e Espessuras de Tubagem [35]



5.1.2.2 Juntas Dielctricas

Figura 5 Junta Dielctrica

As juntas de isolamento elctrico devem ser instaladas no incio do PRM, de forma a isolar

electricamente o PRM, tornando-o assim independente da rede de gs de abastecimento a

montante do mesmo.

Podero ser do tipo monobloco. Devem ser em ao, com as extremidades do mesmo material

da tubagem de forma a garantir boa soldabilidade. O seu interior isolante dever ser composto

por fibra de vidro com resina epxida.

Devem possuir as seguintes caractersticas dielctricas [22]:

Teste de rigidez dielctrica, para 5.000 V AC, 50 Hz => junta aprovada se no

existir descarga elctrica;

Teste de resistncia elctrica, para 500 V, DC => junta aprovada se leitura acima de

5 MOhm.

Devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1.



5.1.2.3 Vlvulas de Seccionamento

Figura 6 Vlvula tipo Wafer Figura 7 Vlvula Borboleta tipo LUG

Figura 8 Vlvula de Bola

As vlvulas de seccionamento tm como finalidade isolar os equipamentos ou troos de

tubagem. Podem ser do tipo borboleta ou de macho esfrico. Devero ser de dimetros

idnticos aos das tubagens adjacentes e instaladas como indicado no projecto.

As vlvulas de seccionamento devem respeitar a norma API 6D: Specification for steel gate,

plug, ball and check valves for pipeline service.

As vlvulas instaladas nos limites do PRM, entrada e sada do mesmo, sero

impreterivelmente do tipo macho esfrico.

As vlvulas de macho esfrico devem ter o corpo em ao ASTM A-105, devem ser de

obturador de passagem franca e com esfera em ao inoxidvel AISI 304 ou AISI 316 e

manobra de de volta.



Sero flangeadas quando aplicadas no PRM e de soldar quando aplicadas na rede de

distribuio.

Devem existir entrada de qualquer edifcio onde existam aparelhos de consumo.

Em cada aparelho de queima deve existir uma vlvula de macho esfrico.

Todas as vlvulas devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1, e apresentar

a marcao com a respectiva declarao de conformidade.

5.1.2.4 Filtros

Figura 9 Filtro tipo G

Em cada uma das duas linhas de regulao e medio do PRM, existir um filtro na entrada.

Este tem como funo fazer a reteno de eventuais impurezas arrastadas pelo fluxo do gs e

que possam vir a prejudicar o bom funcionamento dos equipamentos existentes no prprio

PRM e dos aparelhos consumidores existentes na unidade industrial, abastecidos por gs

natural.

O gs, ao penetrar no corpo do filtro, que tem um dimetro maior que a tubagem de entrada,

fazendo-o perder velocidade, origina que as impurezas arrastadas pelo gs e mais densas que

este, acabem, por aco da gravidade, depositadas no fundo do filtro. Assim, o gs ao passar

pelo elemento filtrante do tipo cartucho sai livre de impurezas.



Os filtros devem ser fabricados de acordo com a norma DIN 3386, sendo que a sua construo

deve ser em ao, com as extremidades flangeadas. Na parte superior ter uma flange, que

permite o acesso ao elemento filtrante, para possibilitar a sua limpeza ou substituio. Na

parte inferior deve possuir uma vlvula de purga para permitir libertar para o exterior as

impurezas que se acumulam no seu fundo.

A perda de carga mxima do elemento filtrante no deve exceder 200 mbar [22]

considerando o regime de caudal mximo.

A sua capacidade de reteno deve ser de 97,5% para partculas iguais ou superiores a 5

microns e de 100% para reteno de condensados [22].

Por forma a verificar o correcto funcionamento dos filtros estes devem dispor de um

manmetro diferencial, colocado entre a entrada e a sada do elemento filtrante, indicador de

colmatao do mesmo.

PRINCIPAIS CARACTERISTICAS DOS FILTROS [22]:

Perda de carga mxima admissvel 200 mbar

Capacidade de reteno de partculas 5 m 97,5 %

Capacidade de reteno de condensados 100%

Os filtros devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1 e devem cumprir a

legislao dos equipamentos sob presso PED, de acordo com a directiva europeia 97/23/CE,

fazendo-se acompanhar com a marcao e respectiva declarao de conformidade.



5.1.2.5 Reguladores de Presso

Figura 10 Regulador de Presso

Os reguladores de presso tm como funo a reduo de presso de abastecimento do PRM

para a presso pretendida de sada do mesmo. Os reguladores tambm garantem que a presso

sada se mantem uniforme independentemente da presso a montante e do consumo a

jusante.

Os reguladores de presso devem ser fabricados de acordo com a norma EN 334: Gas

pressure regulators for inlet pressures up to 100 bar.

Calcula-se os parmetros do regulador para a presso mnima de entrada e verifica-se se

garante o fornecimento do caudal mximo do PRM.

Devem ser do tipo de aco directa, equipados com dispositivos de segurana, como as

vlvulas de bloco que actuam por aco da mxima e mnima presso de funcionamento, de

rearme manual. Devem ser flangeados e o seu corpo deve ser em ao, de acordo com ASTM

A-105.

A sua classe de preciso deve ser AC5. Deve ser confirmado que o regulador mantm a

presso de sada em 5% do caudal nominal (valor para que foi calibrado) [22].

A tubagem para a instrumentao e tomadas de presso dos reguladores deve ser em ao sem

costura, de dimetro 10 mm, em ao inoxidvel AISI 316.



Os reguladores de presso devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1 e

devem cumprir a legislao dos equipamentos sob presso PED, de acordo com a directiva

europeia 97/23/CE, fazendo-se acompanhar com a marcao e respectiva declarao de

conformidade.

5.1.2.6 Vlvulas de Alvio

Figura 11 Vlvula de Alvio

As vlvulas de alvio tm como funo a despressurizao do sistema caso exista

sobrepresses provocadas por avarias dos equipamentos, em particular do regulador, aumento

da presso por sobreaquecimento caso no exista consumo, ou por golpes de ariete

eventualmente provocados pelo fecho e abertura rpida das vlvulas de seccionamento. Estas

devem ser colocadas no PRM a jusante do regulador de forma a salvaguardar a rede interior

de distribuio.

As vlvulas devem ser dimensionadas para permitirem, quando accionadas, a sada de 5% do

caudal nominal da instalao, com uma preciso verificada de 10% [22]. Devem ser

calibradas para uma presso inferior presso de segurana mxima e superior presso de

sada do regulador.

As vlvulas de alvio devem possuir uma tubagem de escape com dimetro igual ou superior a

um dcimo do dimetro da tubagem principal, sendo a tubagem e a prpria vlvula, no

mnimo, de dimetro DN25. Alm disso dever ser aberta para a atmosfera a um nvel de,

pelo menos, 3 metros acima do solo [22] e deve possuir na sua extremidade um dispositivo

anti-retorno de chama, que tambm impea a entrada de gua.



Entre a tubagem principal e a tomada de presso da vlvula de alvio, dever existir uma

vlvula (na posio de aberta quando a IRGN esteja em funcionamento) permitindo assim a

sua retirada para ensaios.

As vlvulas de alvio devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1 e devem

cumprir a legislao dos equipamentos sob presso PED, de acordo com a directiva europeia

97/23/CE, fazendo-se acompanhar com a marcao e respectiva declarao de

conformidade.

5.1.2.7 Contadores

Figura 12 Contador de Turbina

Os contadores tm a funo de medir o gs consumido pelos aparelhos de queima existentes

na unidade industrial em projecto.

Podem ser volumtricos, de mbolos rotativos ou de membrana, ou de turbina.

Os fornecimento dos contadores so da responsabilidade da empresa distribuidora de gs e

tm de estar de acordo com a norma EN 12261 Gas meters Turbine gas meters.

A dimenso do contador selecciona-se em funo dos caudais mximos e mnimos do PRM.

Neste projecto e para o caudal de gs consumido, ser instalado um contador de turbina,

sendo este constitudo por um troo recto de tubagem onde no seu interior est colocada uma

turbina apoiada em chumaceiras, com o seu eixo centrado na tubagem. O fluxo do gs

provoca a rotao da turbina, aumentando proporcionalmente com o caudal volumtrico de

gs. Este movimento, atravs do nmero de voltas do rotor da turbina, transmite por um sem

fim, ao totalizador, dispositivo este que indica o volume total de gs medido.



O contador deve ter um erro mximo de 2%, permitido para consumos entre o caudal

mnimo e 20% do caudal mximo, e um erro de 1% para consumos entre 20% do caudal

mximo e o caudal mximo do PRM [22].

O contador a instalar deve ter uma dinmica de 20 ou superior, i.e., deve medir um caudal

mnimo igual ou inferior a 5 % do caudal mximo [22].

O contador deve ficar instalado entre vlvulas para garantir a sua manuteno ou substituio,

sendo que a montante e a jusante do contador devem existir troos rectos de tubagem com o

dimetro igual ao dimetro nominal do contador. Assim, para permitir manter o regime

laminar do fluxo de gs, os troos a montante e a jusante do contador, devem ter

respectivamente, um comprimento recto de 5 vezes e de 3 vezes o seu dimetro nominal [22].

Para este PRM deve ser previsto instalar um nico contador, sendo que o circuito de tubagem

onde este se encontra instalado, deve possuir uma tubagem de by-pass ao prprio contador, de

forma a se poder desviar o gs, permitindo assim efectuar a sua manuteno e/ou substituio

em caso de avaria.

Ainda que no fazendo parte do mbito deste projecto e dado que a presso de operao do

PRM igual ou superior a 0,5 bar, deve obrigatoriamente e adicionalmente instalao do

contador ser instalado tambm um corrector de volume. Este dispositivo electrnico tem

como finalidade corrigir a medida de consumo parametrizado pela presso e temperatura do

gs.

Os contadores devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1 e devem

cumprir a legislao dos equipamentos sob presso PED, de acordo com a directiva europeia

97/23/CE, fazendo-se acompanhar com a marcao e respectiva declarao de

conformidade.



5.1.2.8 Manmetros

Figura 13 Manmetro

Os manmetros para medir a presso relativa da instalao, devem ser instalados a montante e

a jusante dos reguladores. Devem ser roscados a uma vlvula porta-manmetros do tipo

agulha de 1/2 rosca NPT, com purga de segurana incorporada na prpria vlvula.

Devem ser do tipo tubo de Bourbon com interior em banho de glicerina, construdos em inox,

com um dimetro de 100 mm, possuidores de classe de preciso 0,6% [22], com o respectivo

erro mximo admissvel associado classe.

A montante do regulador, o campo de medida deve ser de 0 a 25 bar. A jusante do regulador,

o campo de medida deve ser de 0 a 6 bar.

Os manmetros devem fazer-se acompanhar por um certificado de calibrao emitido por

uma entidade acreditada, de acordo com a NP EN 837-1/2/3 Manmetros de tubo de

Bourdon.



5.1.2.9 Termmetros

Figura 14 Termmetro

O termmetro para medir a temperatura instantnea do gs natural, deve ser instalado a

jusante do contador, no interior de uma bainha de ao, por forma a permitir ser retirado sem

interromper o fluxo de gs. Deve estar no interior da bainha, em banho de leo mineral para

melhorar a transmisso de calor.

Deve ser de mercrio, com escala de -10 C a 50 C, com a graduao mnima de 1 C e

preciso de 0,5 % [22].

Captulo 6


6. DIMENSIONAMENTO DA INSTALAO 6.1 PRM

6.1.1 Pressupostos Para o clculo do PRM de 2 Classe dever ser considerado os seguintes pressupostos [22]:

Presso mxima de entrada 19 barg

Presso mnima de entrada 6 barg

Presso mxima de sada 4 barg

Velocidade mxima no filtro 30 m/s

Perda de carga mxima admissvel no filtro 200 mbar

Velocidade mxima a montante dos reguladores 30 m/s

Velocidade mxima na linha de contagem 25 m/s

Deve-se respeitar o nvel mximo sonoro previsto para o local da instalao nos termos do

Decreto-Lei n 292/2000 e tambm evitar fenmenos vibratrios provocados por velocidades

de escoamento do gs excessivas.

O desenho isomtrico e os resultados do dimensionamento do PRM encontram-se nos anexos.

6.1.2 Clculo da Tubagem 6.1.2.1 Caudal Mximo

Para o clculo dos caudais de gs dos aparelhos consumidores, aplica-se [4]:

Q =P() 3,6PCI em que:

Q Caudal de gs natural, em m3(n)/h; P(n) Potncia nominal do aparelho de consumo, em kW; PCI Poder Calorfico Inferior, em MJ/m3(n).

(1)

Captulo 6 Dimensionamento da Instalao


O PRM deve ser dimensionado para o caudal mximo da instalao, correspondente ao

somatrio dos caudais de todos os aparelhos consumidores existentes na instalao.

6.1.2.2 Dimetro da Tubagem

Para o clculo dos dimetros das tubagens, consideraremos os dimetros das tubagens de

entrada e sada, aplicando-se [4]:

D =354 QVP

em que:

Di Dimetro interior da tubagem, em mm; Q Caudal do gs no troo, em m3/h; V Velocidade em m/s; P Presso absoluta no troo, em bar.

6.1.2.3 Perdas de Carga Para o clculo da perda, aplica-se [4]:

P = (P + P) 48,6 10 L d Q, D!, P

Para o clculo da perda de carga esttica, aplica-se [4]:

P = P + 0,1293 (1 d$) h

A perda de carga acumulada no final de cada troo em estudo, ser:

&'( = P P

(2)

(3)

(4)

(5)



em que:

Ptotal Perda de presso de cada troo, em mbar; Pi Presso inicial de cada troo, em mbar;

Pf Presso final de cada troo, em mbar; Pfc Presso final corrigida de cada troo, em mbar; Leq Comprimento equivalente, em m (ao L acresce 20% para

compensao de perdas de carga localizadas); Q Caudal do gs no troo, em m3/h; Di Dimetro interior da tubagem, em mm; dc Densidade corrigida do gs, valor corrigido da densidade relativa por

influncia da viscosidade cinemtica do gs; dr Densidade relativa do gs; h Diferena de cota entre o incio e o fim do troo, em m (positivo se

sobe e negativo se desce).

6.1.2.4 Velocidade de Escoamento

Para o clculo da velocidade de escoamento do gs natural, aplica-se [4]:

V =354 QPDP

em que:

V Velocidade em m/s; Q Caudal do gs no troo, em m3/h; P Presso absoluta no troo, em mbar; t Temperatura de servio do gs natural, em C; Patm Presso atmosfrica, em mbar; Di Dimetro interior da tubagem, em mm.

(6)



6.1.2.5 Espessura da Tubagem

Para o clculo da espessura mnima das tubagens, aplica-se [36]:

e = P) D)20EF em que:

e Espessura da tubagem, em mm; Pmax Presso absoluta mxima de operao (considerar a presso de

ensaio de resistncia mecnica), em bar; Dext Dimetro exterior da tubagem, em mm; E Limite elstico do ao da tubagem (a tubagem a instalar API

5L Gr. B, logo E = 241 N/mm2); F Factor de segurana relativo categoria de localizao (categoria 2

=> F = 0,6) (Portaria n. 390/94).

6.1.3 Clculo dos Equipamentos

6.1.3.1 Filtros

Para o clculo dos filtros do PRM, aplica-se [22] [25]:

K, = Q-P. (P/ P0)

A = QP/ V 3600 em que:

Kg Coeficiente de Caudal (de acordo com caractersticas do filtro indicadas pelo fabricante);

Q Caudal, em m3/h; PS Presso absoluta de sada no filtro, em bar; PE Presso absoluta de entrada no filtro, em bar. A rea do filtro, em m2;

V Velocidade no elemento filtrante, em m/s.

(7)

(8)

(9)



6.1.3.2 Reguladores de Presso

Os reguladores de presso do PRM, sero calculados em funo do regime de fluxo de gs,

podendo ser [22] [25]:

Regime snico, quando a presso absoluta de entrada no regulador superior a 2 vezes a

presso absoluta de sada do regulador (Pentrada 2 x Psada):

C, = Q0,526 P/

Regime subsnico, quando a presso absoluta de entrada no regulador inferior a 2 vezes a

presso absoluta de sada do regulador (Pentrada < 2 x Psada):

C, = Q0,526 P/ sen4106,78 6P/ P0P/ 7

em que:

Cg Coeficiente de caudal do regulador; Q Caudal, em m3/h; PE Presso absoluta de entrada no regulador, em bar, Ps Presso absoluta de sada no regulador, em bar.

No projecto em estudo e na sequncia da presso mxima de entrada ser superior ao dobro da

presso mxima de sada do regulador, considera-se o regime snico.

(10)

(11)



6.1.3.3 Vlvulas de Alvio

Para o clculo das vlvulas de alvio, estas devem ser dimensionadas para permitirem, quando

accionadas, a sada de 5% do caudal nominal da instalao [22]. Devem tambm ter um

dimetro mnimo de DN25, sendo que as vlvulas de alvio e as respectivas tubagens de

escape devem ter os dimetros iguais ou superiores a um dcimo do dimetro da tubagem

principal [22].

6.1.3.4 Contador

Para o dimensionamento do contador devem ser calculados os volumes brutos mximo e

mnimo, em funo com as condies de servio, aplicando-se [22]:

V8 =V9 P T8P8 T

V8 =V9 P 273,151,01325 (273,15 + t)

em que:

Vb Volume bruto, em m3/h (determinar mximo e mnimo); V0 Volume corrigido, em m3(n)/h (caudal nominal mximo e mnimo

da instalao); P Presso absoluta de servio, em bar; P0 Presso em condies normais (1,01325 bar); T Temperatura de servio, em K; T0 Temperatura absoluta em condies normais (273,15 K); t Temperatura em condies de servio, em C.

(12)

(13)



6.2 Rede Interior de Distribuio

6.2.1 Pressupostos

A implantao da rede interior de distribuio est definida na planta e no desenho isomtrico

que se encontram nos anexos.

Para o clculo da rede interior de distribuio devero ser considerados os seguintes

pressupostos [22]:

a) A perda de carga ocorrida no percurso da instalao no deve prejudicar o

correcto funcionamento dos aparelhos consumidores.

Para a seco de tubagem de presso de servio em Mdia Presso, a perda de

carga mxima admissvel acumulada entre a vlvula de corte geral ao edifcio e os

aparelhos consumidores no deve exceder os 30mbar.

Para a seco de tubagem de presso de servio em Baixa Presso, a perda de

carga mxima admissvel acumulada entre o regulador de presso e os aparelhos

consumidores no deve exceder os 1,5mbar.

b) O projectista deve respeitar o nvel mximo sonoro previsto para o local da

instalao nos termos do Decreto-Lei n 292/2000 e tambm evitar fenmenos

vibratrios provocados por velocidades de escoamento do gs excessivas.

A velocidade de escoamento do gs no deve ultrapassar os 15 m/s em qualquer

ponto da rede para a seco de tubagem com presso de servio em Mdia

Presso e os 10 m/s para a seco de tubagem com presso de servio em Baixa

Presso, para evitar que surjam fenmenos vibratrios ou rudos normalmente

associados a velocidades elevadas.

Com base nestes pressupostos foram elaboradas as tabelas de clculo constantes nos anexos,

sendo os valores das perdas de carga e velocidades correspondentes aos dimetros nominais

em causa.



6.2.2 Clculo da Tubagem 6.2.2.1 Caudais

Para o clculo dos caudais dos aparelhos consumidores existentes na instalao, aplica-se [4]:

Q =P() 3,6PCI

em que:

Q Caudal de gs natural, em m3(n)/h; P(n) Potncia nominal do aparelho de consumo, em kW; PCI Poder Calorfico Inferior, em MJ/m3(n).

6.2.2.2 Dimetro da Tubagem

Para o clculo da perda de cada troo linear em estudo deve seguir-se os seguintes passos,

aplicando [4]:

para mdia presso:

Leq.max = Leq x Lcritico

Leq.max = 1,2 x Lcritico

em que:

Leq.max Comprimento equivalente do percurso critico, em m; Leq Comprimento equivalente, em m (ao L acresce 20% para

compensao de perdas de carga localizadas); Lcritico Percurso que corresponde ao maior comprimento de tubagem, em

m.

J = (PA + Patm)2 - ((PA - Padm) + Patm)2

Leq.max

(14)

(15)

(17)

(16)



em que:

J Perda de carga quadrtica mdia absoluta, em mbar2/m; PA Presso de abastecimento, em mbar; Patm Presso atmosfrica, em mbar; Padm Perda de carga acumulada admissvel, em mbar; Leq.max Comprimento equivalente do percurso critico, em m.

Dicalculo = 48,6 x dc x Qtroo1,82

1/4,82

J x 10-6

em que:

Dicalculo Dimetro interior terico calculado, em mm; dc Densidade corrigida do gs, valor corrigido da densidade relativa

por influncia da viscosidade cinemtica do gs; Qtroo Caudal do gs no troo, em m3/h; J Perda de carga quadrtica mdia, em mbar2/m.

para baixa presso:

Leq.max = Leq x Lcritico

Leq.max = 1,2 x Lcritico

em que:

Leq.max Comprimento equivalente do percurso critico, em m; Leq Comprimento equivalente, em m (ao L acresce 20% para

compensao de perdas de carga localizadas); Lcritico Percurso que corresponde ao maior comprimento de tubagem, em

m.

J = Padm

Leq.max

(19)

(18)

(21)

(20)



em que:

J Perda de carga linear mdia, em mbar/m; Padm Perda de carga acumulada admissvel, em mbar; Leq.max Comprimento equivalente do percurso critico, em m.

Dicalculo = 23200 x dc x Qtroo1,82

1/4,82

J

em que:

Dicalculo Dimetro interior terico calculado, em mm; dc Densidade corrigida do gs, valor corrigido da densidade relativa

por influncia da viscosidade cinemtica do gs; Qtroo Caudal do gs no troo, em m3/h; J Perda de carga linear mdia, em mbar/m.

6.2.2.3 Perdas de Carga

Pela frmula de Renouard para o clculo da perda de cada troo linear em estudo, aplica-se

[4]:

Mdia Presso

P = (P + P) 48,6 10 L d Q, D!, P

Baixa Presso

P = P 23200 L d Q, D!,

(22)

(23)

(24)



Para o clculo da perda de carga esttica, aplica-se [4]: Mdia e Baixa Presso

P = P + 0,1293 (1 d$) h A perda de carga acumulada no final de cada troo em estudo, ser:

&'( = P P em que:

Ptotal Perda de presso de cada troo, em mbar; Pi Presso inicial de cada troo, em mbar;

Pf Presso final de cada troo, em mbar; Pfc Presso final corrigida de cada troo, em mbar; Leq Comprimento equivalente, em m (ao L acresce 20% para

compensao de perdas de carga localizadas); Q Caudal do gs no troo, em m3/h; Di Dimetro interior da tubagem, em mm; dc Densidade corrigida do gs, valor corrigido da densidade relativa por

influncia da viscosidade cinemtica do gs; dr Densidade relativa do gs; h Diferena de cota entre o incio e o fim do troo, em m (positivo se

sobe e negativo se desce).

6.2.2.4 Velocidade de Escoamento

Para o clculo da velocidade de escoamento de cada troo linear em estudo deve seguir-se os

seguintes passos, aplicando [4]:

Clculo da presso mdia para mdia presso

P =2 [(P + P); (P + P);]3 [(P + P) (P + P)]

(25)

(26)

(27)



Clculo da presso mdia para baixa presso

P = P + P2 + P Seguido de:

V =354 QPDP

em que:

Pmc Presso absoluta mdia corrigida no troo, em mbar; Pi Presso inicial de cada troo, em mbar; Patm Presso atmosfrica, em mbar; Pfc Presso final corrigida, em mbar; V Velocidade em m/s; Q Caudal do gs no troo, em m3/h; t Temperatura de servio do gs natural, em C; Di Dimetro interior da tubagem, em mm.

6.2.2.5 Espessura da Tubagem

Para o clculo da espessura mnima das tubagens dos troos, aplica-se [36]:

e = P) D)20EF em que:

e Espessura da tubagem, em mm; Pmax Presso absoluta mxima de operao (considerar a presso de

ensaio de resistncia mecnica), em bar; Dext Dimetro exterior da tubagem, em mm; E Limite elstico do ao da tubagem (a tubagem a instalar API

5L Gr. B, logo E = 241 N/mm2); F Factor de segurana relativo categoria de localizao (categoria 2

=> F = 0,6) (Portaria n. 390/94).

(28)

(30)

(29)

Captulo 7


7. PROCEDIMENTOS DE CONSTRUO

7.1 Inspeco na Recepo de Materiais

Estabelece as actividades a realizar na inspeco de recepo de materiais fornecidos pelo

cliente ou adquiridos pelo empreiteiro para as actividades inerentes ao projecto em estudo,

com o objectivo de cumprir os requisitos contratuais e tcnicos.

A recepo com inspeco qualitativa ser efectuada sempre que seja exigido pelo contrato ou

especificao tcnica aplicvel.

Para a recepo de materiais deve-se estar na posse da seguinte documentao:

Encomenda do material, em particular os requisitos de inspeco de recepo;

Certificados de fabrico do tipo indicados na encomenda;

Resultados de ensaios ou inspeces realizadas pelo fabricante;

Outros documentos especficos do material em anlise.

7.1.1 Certificados de Materiais

Deve-se verificar, para todos os materiais, se os certificados esto em conformidade com os

requisitos da especificao tcnica ou documento equivalente aplicvel.

7.1.2 Vlvulas

Verificar a conformidade, em relao especificao tcnica, de:

Tipo de vlvula;

Dimetro;

Captulo 7 Procedimentos de Construo


Tipo de ligao (flangeada, roscada, para soldar, etc.);

Outros aspectos a considerar pelo tcnico responsvel.

De salientar que para a indstria de gs as vlvulas so exclusivas para o efeito, como no caso

das vlvulas do tipo porta manmetros, sendo que estas devem ser especiais, prprias para

funcionamento com gs, com purga especfica para a prvia despressurizao, por forma a

garantir a segurana do utilizador.

Deve-se fazer uma inspeco visual para verificar o estado da superfcie exterior e de ligao

do corpo da vlvula, por forma a averiguar a presena ou no de danos inaceitveis.

7.1.3 Tubos e Acessrios em Ao

Verificar a conformidade, em relao especificao tcnica, de:

Dimetro;

Norma aplicvel e grau do material;

Tipo de acessrio (quando aplicvel);

Caractersticas do revestimento (quando aplicvel).

Atravs de inspeco visual, verificar:

Revestimento/pintura;

Oxidao;

Tamponamento de todos os tubos.

7.1.4 Resultados da Recepo

No final do procedimento da recepo de materiais, deve-se tomar uma das seguintes aces:

Aceitao;

Aceitao Condicional;

Rejeio.



7.2 Transporte, Manuseamento e Acondicionamento dos Materiais

Estabelece os requisitos para o transporte, manuseamento e acondicionamento de tubagens e

acessrios de modo a evitar danos, alterao ou inutilizao das suas caractersticas iniciais.

O seguinte equipamento deve ser preparado e mantido em condies de funcionamento:

Cintas de nylon ou grampos revestidos a Teflon, para suspenso das tubagens que

no puderem ser manuseadas mo;

Cavaletes em madeira;

Roletes;

Barrotes limpos, sem pregos, farpas ou falhas;

Escavadoras com vlvula de bloqueio do sistema hidrulico ou gruas com suporte

para elevao.

O pessoal que executa este procedimento deve usar equipamento de proteco individual

adequado, nomeadamente capacete, luvas e botas de proteco.

7.2.1 Transporte

Em todos os transportes devem ser salvaguardadas as recomendaes dos fabricantes de

tubagens e acessrios no que respeita ao seu transporte.

A tubagem deve ser transportada em plataforma com apoios, que no danifiquem a superfcie

dos tubos, no mnimo em quatro seces.

A plataforma deve estar isenta de elementos, como pregos e farpas, que possam causar danos

s superfcies da tubagem, pelo que previamente colocao da tubagem na plataforma, a

plataforma deve ser inspeccionada e garantir as suas boas condies.

estritamente proibido que sejam ultrapassados os limites legais de peso e tambm da

dimenso da plataforma. Os tubos de maior dimetro devem ser os primeiros a serem

colocados na plataforma, seguindo-se por ordem decrescente os restantes tubos.



No caso dos acessrios, estes devem ser transportados, separando-os por tipo e por espcie, e

de modo que a acomodao dos mesmos no provoque danos. As suas caractersticas,

superfcies e funcionalidade devem ser salvaguardados.

7.2.2 Manuseamento

A tubagem pode ser movimentada mo. No entanto, no caso dessa impossibilidade, deve ser

manuseada com o auxlio de cintas de nylon ou colocando nas suas extremidades grampos

propriamente protegidos, com revestimento de teflon evitando danificar os topos da tubagem.

A tubagem no deve ser arrastada. Os tubos e acessrios no devero ser atirados para o cho.

Sero usados grampos em quantidade suficiente, caso se pretenda movimentar mais do que

um tubo.

Caso a tubagem e acessrios sejam fornecidos com proteco nos topos ou superfcie, estas

proteces s devem ser removidas imediatamente antes da sua aplicao em obra.

As caractersticas e funes dos acessrios, devero ser do conhecimento do tcnico que ir

manuse-los, para que este tome as precaues necessrias para evitar danific-los.

Deve evitar-se a danificao das marcaes de fbrica, como a identificao da tubagem ou

acessrios, durante o seu manuseio, para que permaneam de fcil leitura e identificao.

Aquando da movimentao para instalao das tubagens deve-se evitar que as suas

superfcies entrem em contacto com possveis infraestruturas existentes, evitando possveis

danos, quer nas tubagens quer nas infraestruturas.

De modo a evitar o arrastamento da tubagem pelo solo ou outra superfcie, deve-se utilizar

roletes com as dimenses e em quantidades apropriadas ao dimetro da tubagem que se

pretende movimentar.

7.2.3 Acondicionamento

Tubos

As tubagens devem ser acondicionadas em locais prprios para o efeito. Esse local deve ser

plano e de fcil acesso.

A tubagem ser empilhada sobre barrotes e entre cavaletes de madeira.



Entre as camadas de tubagem empilhada, a tubagem deve apoiada em, pelo menos, trs

seces equidistantes do centro, sobre barrotes de madeira.

A tubagem deve ser colocada por tipo de material, dimetros e espessuras.

A tubagem dever ser retirada do local de acondicionamento onde se encontra armazenada,

medida que vai sendo necessria para a sua instalao.

Acessrios

O local de armazenamento para o acondicionamento dos acessrios deve garantir que as

suas caractersticas, marcaes e funes no sejam alteradas ou danificadas.

Os acessrios devem ser acondicionados no respectivo local de armazenamento, em

compartimentos separados por tipo e espcie de material, promovendo assim a sua fcil

identificao para aplicao em obra.

Os acessrios devero ser retirados do local de acondicionamento onde se encontram

armazenados, medida que vo sendo necessrios para a sua instalao, devendo s nessa

altura ser retirados das suas embalagens originais.

7.3 Soldadura

7.3.1 Consumveis de Soldadura

Consoante as espessuras dos materiais a soldar, o processo de soldadura a utilizar deve ser

GTAW ou GTAW + SMAW.

O processo GTAW cria um arco elctrico entre o elctrodo de tungstnio (no consumvel)

e o material base, para fundir o material de adio, designado de vareta, e o metal base,

criando assim a junta soldada.

O processo SMAW cria um arco elctrico entre o elctrodo revestido e o material base,

formando assim a junta soldada.

Os consumveis de soldadura do processo SMAW devero ser conformes s seguintes

especificaes [1]:



AWS A 5.1

AWS A 5.2

AWS A 5.5

AWS A 5.17

AWS A 5.18

AWS A 5.20

AWS A 5.28

AWS A 5.29

Neste projecto, deve-se utilizar elctrodos de acordo com a norma AWS 5.1, elctrodos

para ao carbono, sendo a sua interpretao simblica a seguinte [15]:

E XXYZ

E - elctrodo revestido

XX - tenso mnima de rotura, em ksi (x1000, em psi)

Y - posio de soldadura

YZ - Tipo de revestimento e caractersticas elctricas do circuito

a) Posies de soldadura [15]

1: baixo, horizontal, vertical, tecto (todas as posies)

2: baixo, horizontal

3: j no se usa

4: baixo, horizontal, vertical descendente, tecto

b) Tipo de revestimento e caractersticas elctricas do circuito [15]

Abrange os algarismos de 0 a 8 e podem ser do tipo cido, bsico, celulsico ou rutlico,

sendo que, para este projecto, o elctrodo aconselhado a usar o elctrodo bsico, dado

que, para as caractersticas da tubagem e acessrios a soldar, este elctrodo apresenta as

propriedades mecnicas apropriadas, ainda que seja de material higroscpico necessitando

de cuidados no seu armazenamento e utilizao, por forma a no serem contaminados com

humidade.



Designao Tipo de

revestimento Corrente de soldadura

XX10 celulsico (sdio) CC+ XX20 cido CC- XXY1 celulsico (potssio) CC+ / CA XXY2 rutlico (sdio) CC- / CA XXY3 rutlico (potssio) CC+ / CC- / CA XXY4 rutlico (p de ferro) CC+ / CC- / CA XXY5 bsico (sdio) CC+ XXY6 bsico (potssio) CC+ / CA XXY7 cido (p de ferro) CC- / CA XXY8 bsico (p de ferro) CC+ / CA

Tabela 4 Tipos e Caractersticas de Elctrodos [15]

Dependendo do metal de base, os elctrodos a utilizar esto de acordo com o respectivo

procedimento de soldadura qualificado. Tendo em considerao a nomenclatura anterior o

elctrodo a utilizar dever ser da classe E7018.

Devem ter certificao de fabrico NP EN 10204, inspeco 3.1.

7.3.1.1 Armazenamento e Manuseamento dos Consumveis

Os materiais de adio devem ser armazenados e manuseados de modo a evitar que eles

prprios e os respectivos invlucros se danifiquem.

Os materiais de adio que so fornecidos em invlucros abertos devem ser protegidos da

deteriorao.

Os materiais de adio com revestimento sero protegidos contra excessos de humidade.

Os materiais de adio que visivelmente apresentem sinais de deteriorao ou que tenham

sido incorrectamente armazenados, no devero ser utilizados.

7.3.1.2 Gases de Proteco

As atmosferas de proteco aos arcos podero ser de vrios tipos de gases inertes, gases

activos ou misturas.



A pureza e grau de humidade das atmosferas tm grande influncia na soldadura e devero

ter valores adequados ao processo e materiais de base.

A atmosfera protectora ser qualificada para o material, respeitando sempre o estabelecido

no procedimento de soldadura.

Os gases de proteco devem ser mantidos nos recipientes em que foram fornecidos e os

recipientes devem ser armazenados afastados de temperaturas elevadas. Os gases de pureza

questionvel e os contidos em recipientes danificados no sero utilizados.

No permitido o armazenamento de gases diferentes no mesmo recipiente.

7.3.1.3 Conservao dos Elctrodos Bsicos

Os elctrodos bsicos devem ser armazenados nas embalagens originais intactas em

ambiente controlado. Antes do seu emprego os elctrodos devem ser tratados da seguinte

maneira:

Elctrodos fornecidos em invlucros Vacpac [15]:

Aps a abertura do invlucro os elctrodos devem ser mantidos em estufa temperatura de

70C / 120 C at sua utilizao.

Os elctrodos no devem permanecer fora da estufa por longos perodos de tempo (mximo

de duas horas) sob pena de absorverem uma quantidade excessiva de humidade. Se tal

acontecer, os elctrodos devero ser submetidos a um tratamento de secagem, aps o qual

devero, de novo, ser armazenados em estufa.

Elctrodos contidos em invlucros no metlicos [15]:

Aps a abertura do invlucro os elctrodos devem ser submetidos a um tratamento de

regenerao.

Seguidamente, devem ser mantidos em estufas temperatura de 70 C / 120 C at sua

utilizao.

Quando, em casos excepcionais, os elctrodos no sejam mantidos temperatura de 70 C /

120 C, podem ser reutilizados depois de passarem por um tratamento de regenerao. Tal

tratamento no pode ser efectuado mais de trs vezes.



Em qualquer dos casos, as indicaes do fabricante sero sempre

respeitadas.

7.3.1.4 Regenerao dos Elctrodos Bsicos

A regenerao dos elctrodos bsicos deve ser feita temperatura de 300 C, 50 C

conforme as indicaes do fabricante, normalmente entre uma a trs horas, excepo de

elctrodos Vacpac [15].

No forno, que deve ser por aquecimento elctrico, os elctrodos devem ser colocados

deitados e sem os invlucros.

No fim da regenerao os elctrodos devem ser colocados imediatamente nas estufas de

conservao entre 70 C / 120 C [15].

Devero ser mantidos registos dirios das verificaes efectuadas s temperaturas das estufas

utilizadas para a obra.

7.3.2 Procedimentos de Soldadura

Todas as soldaduras a realizar devero cumprir o estipulado num procedimento de

soldadura previamente aprovado.

Os procedimentos de soldadura devero ser realizados de acordo com as normas API 1104

ou NP EN 287.

A execuo dos procedimentos de soldadura dever ser efectuada simulando as condies

reais de obra. Aps a realizao das soldaduras e de acordo com API 1104, estas devem ser

radiografadas. A qualidade destas soldaduras ser testada em laboratrio, pelo que, para

isso, sero retirados provetes das mesmas para o efeito.

As dimenses e a metodologia dos provetes para os ensaios em laboratrio, devem cumprir

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