Instalações Industriais
CEFET
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Prof. Alexandre2016.1
prof. [email protected]
MATERIA PF e P3
“Instalações Industriais”
Prof. Alexandre
Bibliografia:
Tubulações Industriais – Materiais, Projeto, Montagem.Silva Telles, P.C.10a. edição, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2001.
Equipamentos Industriais e de Processos.Macintyre, A. J. Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1997.
Sumário
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- Introdução- Generalidades- Classificação- Normas de Tubulações- Processos de Fabricação- Diâmetros Comerciais- Espessuras de Parede dos Tubos- Materiais- Requisição de Compra de Tubos- Ligações entre Tubos- Flanges e Juntas- Parafusos e Estojos para Flanges- Válvulas- Conexões- Classe de Pressão- Perda de carga- Juntas de Expansão- Instrumentação Industrial- Estudos de casos
TUBOS - Condutos fechados, destinados ao transporte de fluidos
TUBULAÇÃO – Conjunto de tubos, e seus diversos acessórios
Sem superfície livre, com o fluido tomando toda a área da seção transversal (Conduto Forçado)
DEFINIÇÃO:
CARACTERÍSTICAS:
Exceção: Tubulações de esgoto
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Líquidos
FAIXA DE TEMPERATURA:
Vácuo absoluto até 1000 MPa (≅100 kg/mm2)
MATERIAIS TRANSPORTADOS:
FAIXA DE PRESSÃO:
Gases
Materiais Pastosos
Fluidos com Sólidos em Suspensão
Aproximadamente zero absoluto até temperatura de fusão de metais
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ÇÕ
ES
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TR
OS
TUBULA ÇÕES INDUSTRIAIS
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EM INDÚSTRIA DE PROCESSOS:
20 a 25% do Investimento Total
40 a 45% do Custo Total de Montagem
20% do Custo Total de Projeto
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Acidentes por Equipamentos
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CLASSIFICAÇÃO PRIMÁRIA:
TUBOS FLEXÍVEIS Mangueiras ou Mangotes
TUBOS RÍGIDOS
Dutos (Transporte de fluidos entre instalações)
Tubos (Transporte de fluidos dentro da mesma instalação industrial)
PIPES Tubos de transporte de fluidos (inclusive dutos)
TUBES Tubos de troca térmica (trocadores de calor, caldeiras, fornos)
No Brasil:
Nos Estados Unidos:
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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO EMPREGO:
TUBULAÇÕESINDUSTRIAIS
Tubulaçõesde Processo
Tubulaçõesde Utilidades
Tubulaçõesde Instrumentação
Tubulaçõesde Transmissão
TubulaçõesHidráulicas
Tubulaçõesde Drenagem
Tubulaçõesdentro deInstalaçõesIndustriais
Tubulaçõesfora deInstalaçõesIndustriais
Tubulações deTransporte
DistribuiçãoColeta
AduçãoTransporteDrenagem
Tubulações deDistribuição
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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO FLUIDO CONDUZIDO:
Tubulaçõespara Água
Tubulaçõespara Óleos
Tubulaçõespara Ar
Tubulaçõespara Gases
Tubulaçõespara Vapor
Tubulaçõespara Esgotose Drenagem
Tubulaçõespara FluidosDiversos
Água potávelÁgua de alimentação de caldeirasÁgua industrial
Água doce
Água de irrigaçãoÁgua de incêndioÁgua salgada e outras águas agressivas
Vapor superaquecidoVapor saturadoVapor exaustoCondensado
Petróleo cruProdutos intermediários e finais do petróleoÓleos vegetaisÓleos hidráulicos
Ar comprimido industrialAr comprimido de instrumentação
Gás de iluminaçãoGás naturalGases de petróleo, gases de sínteseGases de alto-fornoCO2, oxigênio, hidrogênio etc.
Esgoto pluvial, lama de drenagemEsgoto industrialEsgoto sanitárioGases residuaisDrenagem de emergência
Produtos químicos diversosPasta de papelMisturas refrigerantes
Óleos e gorduras comestíveis etc.xaropesbebidas
Produtos petroquímicosProdutos alimentares
Tintas, resinas, vernizes, solventes, etc.
ácidos, álcalis, enxofre fundidoamônia, álcoolcloro, uréia, sodasabões etc.
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CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MATERIAL:
Tubos metálicos
Aços-carbonoAço-ligaAço inoxidável
Ferrosos
Ferro ligadoFerro forjado Ferro fundido
Ferro nodular
CobreLatãoCobre-níquel
Níquel e suas ligasChumbo TitânioZircônio
AlumínioNão-ferrosos
Tubos não-metálicos
Materiais poliméricos
PVCPolietilenoAcrílico
EpóxiPoliésterFenólico
Acetato de celulose
Cimento-amianto
Concreto armadoBarro vidrado
VidroCerâmicaPorcelana
Elastômeros
Metais ferrosos
Asfalto
Materiais poliméricosTubos de aço com revestimento interno de
CerâmicosConcretoElastômeros
Metais não ferrosos
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Regra geral:
� N-76 (maioria das instalações industriais “on-shore”)� N-2444 (dutos, bases e terminais) � ET-200.03 (instalações “off-shore” – E&P)
Devem ser seguidas:Nas diversas fases do projeto e diferentes situações
Considerando:
� Pressão de Projeto� Temperatura de projeto� Serviço (sobreespessura de corrosão / revestimento )
Diâmetros e serviços não atendidos pelas normas acima � empregar as normas N-1673 e N-1693
NORMAS DE TUBULAÇÃO:
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Normas Internacionais mais utilizadas - Projeto
ASME B31.3 – Process Piping
ASME B31.4 – Liquid Petroleum Transportation Piping
ASME B31.8 – Gas Transmission and Distribution Piping
Reorganização do comitê de Normas Técnicas Americano
� ANSI passa a operar c/ procedimentos ASME (1978)
ASME: American Society of Mechanical EngineersANSI: American National Standards Institute, similar a ABNT
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE TUBOS
TUBOS SEM COSTURA
� Laminação
� Extrusão
� Fundição
TUBOS COM COSTURA
Chapas calandradas e soldadas
� Longitudinal (maioria dos casos)
� Helicoidal (categoria D – ASME B 31.3)
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FABRICAÇÃO DE TUBOS POR LAMINAÇÃO
AÇOS-LIGA
AÇOS-CARBONO
AÇOS INOXIDÁVEIS
Diâmetro entre 3” e 26”
1ª TIPO - TUBO SEM COSTURA: LAMINAÇÃO
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PROCESSO DE LAMINAÇÃO MANNESMANN
1º Laminador Oblíquo
2º Laminador Oblíquo
Desempenadora de Rolos
Laminador com MandrilLaminador Calibrador
1º TIPO -TUBO SEM COSTURA: LAMINAÇÃO
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PROCESSO DE EXTRUSÃO
ALUMÍNIO
AÇO ( < 3 in de diâmetro)
COBRE POLÍMEROS
LATÃO
OUTROS METAIS NÃO-FERROSOS
2º TIPO - TUBO SEM COSTURA: EXTRUSÃO
Filme: extrusão tubo
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
FERRO FUNDIDO
AÇOS ESPECIAIS NÃO FORJÁVEIS
MATERIAIS NÃO METÁLICOS
O material do tubo, em estado líquido, é despejado em moldes especiais, onde solidifica-se adquirindo a forma final.
3º TIPO - TUBO SEM COSTURA: FUNDIÇÃO
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COSTURA SOLDADA LONGITUDINAL
MATÉRIA-PRIMABobina de Chapa Fina (Pequenos Diâmetros)
� Com metal de adição
- arco submerso (SAW)
� Sem metal de adição
- resistência (ERW)
Chapa Plana Avulsa (Médios e Grandes Diâmetros)
1º TIPO - TUBO COM COSTURA: CALANDRADA E SOLDADA LONGITUDINAL
Filme: tubo com costura
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COSTURA SOLDADA HELICOIDAL
AÇOS-LIGA
AÇOS-CARBONO
AÇOS INOXIDÁVEIS
POLÍMEROS
FERRO FORJADO
METAIS NÃO-FERROSOS
Bom desempenho em relação à flexão
Elevada tensão residual de solda
2º TIPO - TUBO COM COSTURA: CALANDRADA E SOLDADA HELICOIDAL
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AEXTREMIDADES
LISA CHANFRADA ROSQUEADA
TIPOS DE EXTREMIDADE:
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AÇO-CARBONO / AÇO-LIGA: ASME B.31.10 1/8” a 36”Øn
AÇO-INOXIDÁVEL: ASME B.31.19 1/8” a 12”Øn
Øn ≠ Øi ≠ Øe1/8” a 12”
DIÂMETRO NOMINAL Øn
Øn = Øe14” a 36”
ØeØi
Esp
DIÂMETROS COMERCIAIS:
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Antes da norma ANSI B36.10
Após a norma ANSI B36.10
�Peso Normal ( standard �S)
�Extra-Forte ( extra-strong � XS )
�Duplo Extra-Forte ( double extra-strong �XXS)
�Séries – Schedule Number
�Séries padronizadas:10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160
ESPESSURAS DE PAREDE DOS TUBOS:
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Sch 40 Sch 80 Sch 160
ASCHEDULE – ASME B.36.10
Øi = 0,815”Øi = 0,957”Øi = 1,049”Esp = 0,250”Esp = 0,179”Esp = 0,133”
Øn = 1”
Øe = 1,315”
Sch ≈ 1000 PS
Sch 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160
Standard (S) Extra-Strong (XS) Double Extra-Strong (XXS)
TUBING: , EspØe
S XS XXS
onde:
P – pressão interna de trabalho (psig)
S – tensão admissível do material (psi)
SÉRIE ESPESSURA DE PAREDE
ESPESSURAS DE PAREDE DOS TUBOS:
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Sch 40 Sch 80 Sch 160
ASCHEDULE – ASME B.36.10
Øi = 0,815”Øi = 0,957”Øi = 1,049”Esp = 0,250”Esp = 0,179”Esp = 0,133”
Øn = 1”
Øe = 1,315”
Sch ≈ 1000 PS
Sch 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160
Standard (S) Extra-Strong (XS) Double Extra-Strong (XXS)
S XS XXS
onde:
P – pressão interna de trabalho (psig)
S – tensão admissível do material (psi)
SÉRIE ESPESSURA DE PAREDE
ESPESSURAS DE PAREDE DOS TUBOS:
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ASCHEDULE – ASME B.36.10
ESPESSURAS DE PAREDE DOS TUBOS:
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ASCHEDULE – ASME B.36.10
ESPESSURAS DE PAREDE DOS TUBOS:
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Fatores Determinantes para a Escolha do Material Adequado
Pressão
Temperatura
Fluido Conduzido (Corrosão / Contaminação)
Custo
Segurança
Sobrecargas Externas
Resistência ao Escoamento (Perda de Carga)
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VANTAGENS
�Menor relação custo x resistência mecânica
� Facilidade de usinagem, conformação e soldagem
� Ampla faixa de utilização: - 45ºC a 400ºC
� Refinaria: mais de 90% das tubulações
� Fácil de ser encontrado no comércio
DESVANTAGENS
�Resistência mecânica cai muito p/ Temp. > 400ºC (creep)
� Temperaturas > 530ºC, oxidação superficial – carepa
� Baixa resistência à corrosão – sobreespessura corrosão
� Contato c/ solo �corrosão por pite
TUBO DE AÇO-CARBONO
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%c
RESIST. MECÂNICA
Gráfico 1
%c
DUREZA
Gráfico 2
%c
MÓD. ELASTICIDADE
Gráfico 3
%c
SOLDABILIDADE
Gráfico 4
%c
FRAGILIDADE
Gráfico 5
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ASTM (American Society for Testing and Materials)
Exemplo:
ASTM A-106
aço-carbono
sem costura
1/8” a 26”Øn
acalmado com silício
p/ temperaturas elevadas
graus
A
B
C
%Cmáx= 0,25 / σr= 34kg/mm2
%Cmáx= 0,30 / σr= 42kg/mm2
%Cmáx= 0,35 / σr= 48kg/mm2
API (American Petroleum Institute)
alta qualidade
Exemplo:
API 5L
aço-carbono
com ou sem costura
qualidade média
1/8” a 26”Øn
graus A ou B
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- ASTM A-53 – Tubos de média qualidade, c/ ou s/ costura, 1/8” a 26”, uso geral.
- ASTM A-106 – Tubos de alta qualidade, s/ costura, 1/8” a 26”, para altas temperaturas.
- ASTM A-120 – Tubos de qualidade estrutural, c/ ou s/ costura, 1/8” a 26”. Utilizados apenas para serviços de baixa responsabilidade
- ASTM A-134 – Tubos de qualidade estrutural, c/ costura (SAW), 16” ou maiores, para serviços de baixa responsabilidade.
- ASTM A-135 – Tubos de qualidade estrutural, c/ costura (ERW), 2” a 30”, para serviços de baixa responsabilidade.
- ASTM A-333 – Tubos de alta qualidade, empregados para serviços com baixas temperaturas, c/ ou s/ costura.
- ASTM A-671 – Tubos c/ costura (SAW), 16” ou maiores, para serviços com baixas temperaturas ou temperatura ambiente.
- ASTM A-672 – Tubos c/ costura (SAW), 16” ou maiores, para serviços de altas pressões e temperaturas moderadas.
- API 5L – Tubos de média qualidade, c/ ou s/ costura, de 1/8” a 64”.
- API 5LX – Tubos de aço carbono de alta resistência, c/ ou s/ costura, de 1/8” a 64”.
ESPECIFICAÇÕES MAIS USUAIS
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TUBO DE AÇO-LIGA
Maior custoPior p/ soldar
Altas temperaturas
Alta corrosão
Não contaminação
Cr
Resistência à fluênciaMo
Resistência à corrosãoNi
EmpregoBaixas temperaturas
Segurança
TUBO DE AÇO INOX
Resistência à oxidação
MATERIAIS: TUBOS DE AÇO-LIGA E AÇOS INOXIDÁVEIS
Desvantagens
Austenítico16 - 26Cr%
6 - 22Ni%
Ferrítico 12 - 30Cr%
Altas temperaturasBaixas temperaturasResistência à fluência
Resistência à corrosãoSolda fácil
Mais barato
Difícil de soldar
Resistência à corrosão
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MATERIAIS: TUBOS DE FERRO
TUBO DE FERRO FUNDIDO
Baixa responsabilidade
Boa resistência à corrosãoBaixa resistência mecânica
ÁguaÁgua salgadaEsgoto
TUBO DE FERRO FORJADO (GALVANIZADO) Zincagem de imersão a quente
ÁguaAr comprimidoCondensado
≤ 4”
2” a 24”Øe
P/ HIDROCARBONETOS0ºC < T < 150ºC
Øn
ASME B.31.3
P ≤ 1 MPa (dentro da unidade)P ≤ 2,7 MPa (fora da unidade)
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MATERIAIS: TUBOS DE METAIS NÃO-FERROSOS
COBRE E SUAS LIGASCobre puro (ASTM B-68, B-75 e B88)Latão (ASTM B-111)Cobre-níquel (ASTM B-466)
RefrigeraçãoAquecimentoInstrumentação
Alto custoCST em presença de NH3Produtos de corrosão tóxicos
Desvantagens
Elevada condutividade térmicaResistência à corrosão
Vantagens
1/4” a 12” Esp. BWGØe
1/2” a 12” Sch 20 e 40Øn
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TUBOS DE METAIS NÃO-FERROSOS
NÍQUEL E SUAS LIGASNíquel ComercialMonel (67% Ni, 30% Cu)Inconel (80% Ni, 13% Cu)
Água salgadaÁcidos diluídosNão-contaminação
Altíssimo custoDesvantagem
Excepcional resistência à corrosãoVantagens
Resistência mecânica ( T e T)
CriogeniaAltas temperaturas
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TUBOS DE METAIS NÃO-FERROSOS
ALUMÍNIO (ASTM B-241)
RefrigeraçãoAquecimentoCriogenia
Baixo ponto de fusãoBaixa resistência mecânica
Produtos de corrosão não são tóxicos
Desvantagens
Muito levesResistência à corrosão
Vantagens
Alta condutividade térmica
Não-contaminação
1/4” a 12” Esp. BWGØe
1/2” a 12” Sch 20 e 40Øn
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TITÂNIO, ZIRCÔNIO E SUAS LIGAS
Desvantagem
Muito levesResistência à corrosão
Vantagens
Resistência mecânica em altas temperaturas
Altíssimo custo
Água salgadaÁcidos diluídosAltas temperaturas
MATERIAIS: TUBOS DE METAIS NÃO-FERROSOS
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CHUMBO
Esgoto PredialIndustrial
Baixo ponto de fusãoBaixa resistência mecânica
Desvantagens Muito pesados
Excelente resistência à corrosãoVantagem
Baixa dureza
Transporte de H2SO4
1/4” a 12”Øi
MATERIAIS: TUBOS DE METAIS NÃO-FERROSOS
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TUBOS DE MATERIAIS POLIMÉRICOS
PVCPOLIETILENO
Coeficiente dilatação térmicaEstabilidade dimensionalDesvantagensResistência temperatura
Vantagem
Resistência mecânica
TERMOPLÁSTICOS
EPÓXITERMOFIXOS
Resistência à corrosãoPerda de carga
Fáceis de trabalharLeves
Aparência
TEFLON
Ação luz solar
MATERIAIS: TUBOS DE MATERIAIS NÃO-METÁLICOS
Filme: tubo corrugado
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TUBOS NÃO METÁLICOS
EsgotoCimento Amianto
ØConcreto Armado
EsgotoBarro Vidrado (Manilhas)
Vidro
Cerâmica
Mangueira e MangotesElastômeros
NaturalSintética (Neoprene, SBR)
Esgoto c/
MATERIAIS: TUBOS DE MATERIAIS NÃO-METÁLICOS
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MATERIAIS: TUBOS METÁLICOS COM REVESTIMENTO INTERNO
REVESTIMENTOSAnticorrosivosAntierosivosRefratários
Boa resistência mec.Boa soldabilidadeBaixo custo
Altas temp.Abrasão
Corrosão
AÇO CARBONOREVESTIMENTO
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Fonte : Silva Telles
MATERIAIS: TUBOS CLADEADOS
Catálogo: Butting
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REQUISIÇÃO DE COMPRA DE TUBOS
QUANTIDADE (comp. ou peso)
NORMAREQUISIÇÃO
Sch
MATERIAL
Øn
EXTREMIDADESPROCESSO DE FABRICAÇÃO
REVESTIMENTOS
Exemplo:
1500m, 10”, Sch 40, ASME B.36.10, ASTM A-53 GrA, sem costura, extremidade chanfrada, preto
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MEIOS DE LIGAÇÃO
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Ligações roscadas
Ligações soldadas
Ligações flangeadas
Tubos de ferro fundido e tubing requerem conexõesespeciais inerentes às suas características de projeto
Ø 4”
MEIOS DE LIGAÇÃO
LIGAÇÕES ROSQUEADASÁgua
Custo
Fácil execução
Vazamentos
Resistência mecânica
ArCondensado
Luva rosqueada
Tubo
União rosqueada
Tubo
Porca
Tipos de rosca?
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MEIOS DE LIGAÇÃO LIGAÇÕES ROSQUEADAS
BSP e BSPT
A rosca BSP ou BSPT é indicada para conexões mais robustas, pois a profundidade dos fios de rosca permitem uma maior segurança em casos de vibração ou pressão na conexão.
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MEIOS DE LIGAÇÃO LIGAÇÕES ROSQUEADAS
NPT
A rosca NPT é mais utilizada em tubulações a gás e de água. Pode-se aplicar em materiais plásticos e metálicos, como PVC, nylon, bronze e ferro fundido. Devido ao mecanismo que permite o não-vazamento, é freqüente a aplicação de algum tipo de material impermeável que também protege contra àcorrosão.
Catálogo: Manual técnico Hennings
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LIGAÇÕES SOLDADAS
DesmontagemMão de obra
Manutenção
AparênciaVantagensEstanqueidade
Solda por fusão
Resistência
Desvantagens
Solda de encaixe ou soqueteSolda de topo
BrasagemSolda branca
Não-ferrosos
Tem substituído ligações roscadas e flangeadas
MEIOS DE LIGAÇÃO
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MEIOS DE LIGAÇÃO
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TUBOS C/ Øn > 2”
a) Chanfro p/: T < 3/16”
b) Chanfro p/: 3/16”<T<3/4”
c) Chanfro p/: T > 3/4”
Parede Solda
Anel de Soldagem
ANEL DE SOLDAGEM
SOLDA DE TOPO
MEIOS DE LIGAÇÃO
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Tubo
Solda
União Soldada
Porca
Luva Soldada
Solda
TUBOS C/ Øn ≤ 2” SOLDA DE SOQUETE
MEIOS DE LIGAÇÃO
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Serviços de baixa responsabilidade (não severos):
Diâmetro nominal Tipo de ligação
DN até 4 pol Rosqueada com luva ou uniões
DN 6 pol e maiores Solda de topo /Ligação Flangeada
Serviços severos:
Diâmetro nominal Tipo de ligação
DN até 1 ½ pol Solda de encaixe com luva ou uniões
DN 2 pol e maiores Solda de topo /Ligação Flangeada
MEIOS DE LIGAÇÃO
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Tubo
Flanges Porca
Tubo
Solda
ParafusoJunta
Ligações Flangeadas
VálvulasEquipamentosDesmontagemMenor número
LIGAÇÕES FLANGEADAS ENTRE TUBOS
Solda
MEIOS DE LIGAÇÃO
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TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS
IntegralDe pescoço
ResistênciaApertoMontagem
Sobreposto
Barato
Aperto
Rosqueadas
Tubos não soldáveis
De encaixe
Facilidade na montagem
2”Lap-Joint Cego
“Blind”“Van stone”
ASME B-16.5
EquipamentosFerro fundido
“Welding-Neck”
“Screwed”
Vazamento
“Slip-on”
“Socket-weld”
Facilidade na montagem
Solto
MEIOS DE LIGAÇÃO
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Face com ressalto “Raised face - RF”
Face plana “Flat face -
FF”
Face para junta de anel
PTTóxicos
Face macho e fêmea
Corrosão
Face de flange com virola
FACEAMENTO DOS FLANGES ASME B-16.5
Inflamáveis
MEIOS DE LIGAÇÃO
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FACEAMENTO DOS FLANGES ASME B-16.5
MEIOS DE LIGAÇÃO
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I – Forjados :
ASTM A–181: Aço-carbono p/ uso geral.
ASTM A–105: Aço-carbono acalmado com Si para temper aturas elevadas.
ASTM A-182: Aços-liga (Mo e Cr-Mo) e inoxidáveis pa ra altas temperaturas.
ASTM A-350: Aço-carbono e aço-liga Ni para baixas temperaturas.
II – Chapas :
ASTM A-515: Aço-carbono acalmado com Si para temper aturas elevadas.
ASTM A-516: Aço-carbono acalmado com Al para temper aturas moderadas.
FLANGES E JUNTAS
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� TEMPERATURA
� PRESSÃO ADMISSÍVEL
OBS: O fato da classe do flange ser de 300#, nãosignifica que sua pressão admissível vale 300#, pois esta depende da temperatura de operação.
Norma ASME B.16.5Flanges de aço de todos os tipos, DN até 24 pol. Classes 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#.
FLANGES E JUNTAS
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Juntas Planas
BorrachaAmianto grafitadoPapelão hidráulico
Para flange com face de ressalto
Para flange com face plana
Chapa Metálica
Chapa metálica c/ enchimento de amianto
Junta metálica maciça
Junta de anel oval
Junta de anel octogonal
JUNTAS Elementos de vedação
FLANGES E JUNTAS
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FLANGES E JUNTAS
Função: Impedir vazamentos em ligações flangeadas.
Esforços atuantes sobre uma junta.
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CONDIÇÕES:
� FLANGES COM SUPERFÍCIES PLANAS E LAPIDADAS
� CONTATO PERMANENTE DAS SUPERFÍCIES
DIFICULDADES:
� DIMENSÕES DOS FLANGES
� INVIABILIDADE DE SUPERFÍCIES LISAS E PLANAS
� CORROSÃO / EROSÃO DAS SUPERFÍCIES
FLANGES E JUNTAS
SITUAÇÃO IDEAL � INEXISTÊNCIA DE JUNTA
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FACE PLANAJUNTA NÃO CONFINADA
FACE COM RESSALTO(JUNTA NÃO CONFINADA)
LINGÜETA E RANHURA(tongue and groove)(JUNTA TOTALMENTE CONFINADA)
FLANGES E JUNTAS
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MACHO E FÊMEAJUNTA SEMICONFINADA
FACE PARA JUNTA DE ANEL(RING-TYPE JOINT)
FLANGES E JUNTAS
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I – Não-metálicas (conforme ASME B16.21)
I.1 – Elastômeros : � Pressões , � Temperaturas
-Alta resiliência
-Diversidade de propriedades físicas e químicas
-Versatilidade de aplicações e serviços
Materiais Mais Comuns:
Borracha Natural (NR), borracha estireno-butadieno ( SBR), cloroprene (CR), nitrílica (NBR), fluorelastômeros (FE), silicone (SI) .
I.2 – Politetrafluoretileno (PTFE): � Teflon � Du Pont
-Excelente resistência química
-Excelente isolante elétrico
-Anti-aderente (baixo coeficiente de atrito)
-Resistente ao impacto
-Baixo coeficiente de atrito
FLANGES E JUNTAS
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I – Não-metálicas (conforme ASME B16.21)
I.3 – Papelão Hidráulico (fibras minerais/sintéticas + elastômeros) :
- Elevada resistência ao esmagamento
- Baixo relaxamento (creep relaxation)
-Resistente a altas temperaturas e pressões
-Boa resistência a produtos químicos
Materiais Mais Comuns :
Fibra: Amianto, aramida, carbono, grafite e celulos e.
Elastômeros: Borracha Natural (NR), borracha estire no-butadieno (SBR), cloroprene (CR), nitrílica (NBR).
Ra = até 500 μ in
I.4 – Grafite Flexível (GRAFLEX) :
-Excelente resistência química Ra (l iso) = até 125 μ in
-Oxidação a partir de 350ºC
-Dificuldade no transporte, condicionamento e montag em
FLANGES E JUNTAS
Ra:
aca
bam
ento
sup
erfic
ial d
a ju
nta
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II – Metálicas (conforme ASME B16.20)
II.1 – Juntas Espirotálicas (Spiral-wound) :
FLANGES E JUNTAS
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II – Metálicas (conforme ASME B16.20)
II.1 – Juntas Espirotálicas (Spiral-wound) :
-Boa selabilidade
-Resistente a altas temperaturas e pressões
-Custo relativamente baixo
Materiais mais comuns:
Fita: AISI 304, 316, 316L, 321, MONEL, Niquel 200
Enchimento: Amianto, grafite-flexível, PTFE
OBS: 1) Anel de centralização externo em A.C. é reco mendável
2) Acabamento superficial: Ra = até 125 micro in
3) N-76 (nova) -> HC’s (300# e 600#)
FLANGES E JUNTAS
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II – Metálicas (conforme ASME B16.20)
II.2 – Juntas Tipo Anel (Ring-Type Joints) :
-Aplicações em altas pressões (acima de 600#)
-Alta pressão de contato (grande selabilidade)
-Resistência a altas temperaturas
-Requer boa usinagem e acabamento superficial fino
OBS: 1) Diferença entre dureza do flange e junta -> mín. 30 HB
2) Acabamento superficial: Ra = até 63 micro in
FLANGES E JUNTAS
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� Pressão de operação� Força dos parafusos� Resistência à corrosão causada pelo fluido� Temperatura de operação� Tipo de flange� Força mínima de esmagamentoOs critérios acima são simplificados utilizando o f ator P x T
P x T máx. Temp ( oC) máx. Material da Junta
530 150 Borracha
1150 120 Fibra vegetal
2700 250 Teflon
15000 540 Papelão hidráulico
25000 590 Papelão hidr. com tela metálica
> 25000 - Junta metálica
Produto da pressão (kgf/cm 2) com a temperatura ( oC)
CRITÉRIOS DE SELEÇÃO
FLANGES E JUNTAS
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FLANGES E JUNTAS
Parafusos e Estojos são usados para:Ligação dos flanges
Aperto de juntas
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PARAFUSOS E ESTOJOS
Parafuso de Máquina Estojo
Aperto
Tração nos Parafusos
Aperto
Compressão na junta
Flexão no flange
Aperto inicial
Aperto final (residual)
Aperto a quente
- Chaves de torque (torquímetros)
- Aperto manual sem controle de torque
serviços de maior responsabilidade
serviços de responsabilidade menor
Conseqüência da dilatação térmica dos parafusos
Prevenir vazamentos
FLANGES E JUNTAS
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� Parafusos de máquina (machine bolts)
� Estojos (stud bolts)
� Parafuso � ponto fraco da ligação
� Estojo � mais utilizado
� filetes rolados > resistência mecânica
Aperto de Flanges
FLANGES E JUNTAS
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1 - Medir alongamento oneroso e difícil
2 – Chaves de torque (torquímetros)
serviços de maior responsabilidade
3 – Aperto manual sem controle de torque
serviços de responsabilidade menor
Métodos de aperto para parafusos e estojos
FLANGES E JUNTAS
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�Tração nos parafusos
� Compressão nas juntas
� Flexão nos flanges
Ação do Aperto
inicial
residual
Ligação Flangeada (conseqüências do aperto)
FLANGES E JUNTAS
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�Adaptação da junta ao flange
�Acomodação de imperfeições e irregularidades
�Escoamento do material das juntas
� dureza da junta, � aperto
� espessura , � aperto
Aperto Inicial
FLANGES E JUNTAS
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1
2
3
SEQUÊNCIA DE APERTO DE FLANGES
4
4 Furos 8 Furos
FLANGES E JUNTAS
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1) DE BLOQUEIOgaveta, macho, esfera, comporta
2) DE REGULAGEMglobo, agulha, controle, borboleta, diafragma
3) QUE PERMITEM FLUXO EM UM SÓ SENTIDOretenção, retenção e fechamento, pé
4) QUE CONTROLAM PRESSÃO A MONTANTEsegurança e alívio, excesso de vazão, compressão
5) QUE CONTROLAM PRESSÃO A JUSANTEredutoras, reguladoras de pressão, quebra-vácuo
VÁLVULAS
TIPOS DE VÁLVULA
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1) MANUALvolante alavancaengrenagensparafusos sem-fim
2) MOTORIZADApneumática hidráulica elétrica
3) AUTOMÁTICApelo próprio fluido (diferença de pressão)molas e contrapesos
MEIOS DE OPERAÇÃO
VÁLVULAS
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VÁLVULAS
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VÁLVULAS
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Finalidade ou função da válvula (bloqueio, regulage m, etc.) Natureza e estado físico do fluido Condições de corrosão, erosão, depósito e presença de sólidos Pressão e temperatura DN da tubulação Freqüência de operação Qualidade da estanqueidade do fechamento desejada Velocidade de fechamento desejada Necessidade de controle remoto ou automático Resistência a fogo Custo Espaço disponível Posição de instalação
FATORES PARA ESCOLHA:
VÁLVULAS
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CARCAÇA (CORPO E CASTELO):
� Aço carbono� Aço-liga� Aço inoxidável� Ferro fundido� Bronze� Latão� Níquel, etc.
MECANISMO INTERNO (ou TRIM):
� Aço inoxidável� Bronze
MATERIAIS:
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE GAVETA FUNÇÃO: BLOQUEIO
1) Uso bastante geral
2) Aproximadamente 50% do total das válvulas
3) Líquidos em geral, desde que não muito corrosivos
4) Ar e vapor para DN > 8 pol
5) Qualquer pressão e temperatura
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE MACHOFUNÇÃO: BLOQUEIO
1) Aproximadamente 10% do total das válvulas
2) Bloqueio de gases
3) Bloqueio rápido de líquidos e vapor
4) Qualquer pressão e temperatura
5) Admite fluidos com sedimentos e suspensões de sólidos
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE ESFERAFUNÇÃO: BLOQUEIO
MELHOR SUBSTITUTA PARA A VÁLVULA DE GAVETA
1) Vedação estanque
2) Menor e mais leve
3) Menor perda de carga
4) Mais fácil operação
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE 3 VIASFUNÇÃO: BLOQUEIO
1) Macho furado em ‘L’ ou ‘T’
2) DN até 4 pol
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE GLOBOFUNÇÃO: REGULAGEM
1) Excelente vedação
2) Líquidos em geral (desde que não muito corrosivos), vapor e gases
3) Qualquer pressão e temperatura
4) Uso recomendado para DN até 8 pol
5) Elevada perda de carga
VÁLVULAS
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VÁLVULA ANGULARFUNÇÃO: REGULAGEM
1) Bocais a 90 o
2) Uso recomendado apenas em extremidades livres da linha
3) Elevada perda de carga
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE AGULHAFUNÇÃO: REGULAGEM
1) Regulagem fina de líquidos e gases
2) Uso recomendado para DN até 2 pol
3) Quanto mais agudo o ângulo do tampão e maior seu comprimento, mais fina a regulagem
VÁLVULAS
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VÁLVULA EM ‘Y’FUNÇÃO: REGULAGEM E BLOQUEIO
1) Bloqueio de vapor
2) Serviços com fluidos corrosivos e erosivos (presença de sedimentos)
3) Baixíssima perda de carga
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE BORBOLETAFUNÇÃO: REGULAGEM E BLOQUEIO
1) Líquidos e gases
2) Serviços com fluidos corrosivos e erosivos (presença de sedimentos)
3) Baixas pressões e temperaturas moderadas
4) Recomendada para grandes DN
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE DIAFRAGMAFUNÇÃO: REGULAGEM E BLOQUEIO
1) Serviços extremamente severos, com fluidos corrosivos e tóxicos
2) Apropriada a fluidos voláteis, que exijam segurança contra vazamentos
3) Usadas em geral para DN até 6 pol
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PORTINHOLAFUNÇÃO: FLUXO EM UM SÓ SENTIDO
1) Elevada perda de carga
2) Usada para DN maior ou igual a 2 pol
3) Por motivo de vibração, não deve ser usada quando hágrande variação no sentido do fluxo
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PISTÃOFUNÇÃO: FLUXO EM UM SÓ SENTIDO
1) Perda de carga bastante elevada
2) Uso recomendado para DN até 2 pol
3) Gases e vapores
4) Recomendada para fluxos pulsantes
5) Inadequada para fluidos com sedimentos
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE RETENÇÃO DE ESFERAFUNÇÃO: FLUXO EM UM SÓ SENTIDO
1) Fechamento rápido
2) Uso restrito a DN até 2 pol
3) Líquidos com alta viscosidade
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE PÉFUNÇÃO: FLUXO EM UM SÓ SENTIDO
1) Mantem a escorva da linha de sucção de bombas
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE RETENÇÃO E
FECHAMENTOFUNÇÃO: FLUXO EM UM SÓ SENTIDO E BLOQUEIO
1) Muito usada em saídas de caldeiras
2) Funciona como:
- retenção na posição aberta - bloqueio na posição fechada
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE SEGURANÇA OU ALÍVIOFUNÇÃO: CONTROLE DA PRESSÃO A MONTANTE
� SEGURANÇA – gases
� ALÍVIO – líquidos
1) Pressão de abertura controlada pela regulagem da mola
2) Gases – abertura rápida
3) Líquidos – abertura gradual
VÁLVULAS
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VÁLVULA DE CONTROLEFUNÇÃO: CONTROLE DE VARIÁVEIS DE PROCESSO
1) Usadas em combinação com instrumentos automáticos
2) Controladas à distância
3) Presença de atuador
VÁLVULAS
Tipos?
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1) MUDANÇA DE DIREÇÃO
Curva (de raio longo, de raio curto, de redução)Joelho (normal e de redução)
2) DERIVAÇÕES
Tê (normal, 45 o, de redução)Peças em ‘Y’Cruzeta (normal e de redução)SelaColarAnel de reforço
3) MUDANÇA DE DIÂMETRO
Redução (concêntrica, excêntrica, bucha)
CONEXÕES
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4) LIGAÇÕES ENTRE TUBOS
LuvaUniãoFlangeNipleVirola
5) FECHAMENTO DE EXTREMIDADE
Tampão ou ‘cap’Bujão ou ‘plug’Flange cego
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Solda de topo
Rosqueada Flangeada
Solda de encaixe
QUANTO AO TIPO DE LIGA ÇÃO
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Recomendada para:
•Tubulações com DN > 20 pol•Pressões (classes 150# a 300#) e temperaturas moderadas
Norma ASME B31
•Pressão•Número de ciclos de pressão ou temperatura durante vida útil•Tipo de fluido•Ângulo entre o plano de corte e a seção reta do tubo
CURVAS DE GOMO
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1- Boca-de-lobo
2- Outros tipos de derivações
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Com relação à pressão e à temperatura de trabalho, a norma ASME B16.34 estabelece o conceito de classes de pressão , e traz tabelas que relacionam, para cada uma dessas classes, a pressão máxima de trabalho de acordo com a temperatura, para cada tipo de material. Como exemplo, veja-se abaixo a tabela para válvulas de aço carbono.
Classe de Pressão
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Perda de Carga
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Perda de Carga
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Perda de Carga
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Perda de Carga
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Perda de Carga
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Perda de Carga
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Perda de Carga
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Perda de Carga
SPT HHH +=
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Perda de Carga
2
2V
D
LH P λ=
λ: fator de atritoL: comprimento do tuboD: diâmetro do tuboV: velocidade média do fluido
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Perda de Carga
2
2V
D
LH P λ=
λ: fator de atritoL: comprimento do tuboD: diâmetro do tuboV: velocidade média do fluido
Fator de atrito para escoamento laminar:
Fator de atrito para escoamento turbulento:
Re
64=λ
Re: nº Reynolds
525,0
10ReRe
3164,0 ≤= paraλ
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Perda de Carga
µρ DV=Re
Cálculo do Nº Reynolds:
2400Re
2400Re
≥<
ρ: massa específica do fluidoµ: viscosidade do fluidoD: diâmetro do tuboV: velocidade média do fluido
escoamento laminar
escoamento turbulento
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Perda de Carga
Cálculo do Nº Reynolds:
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Perda de Carga
g
V
D
LH e
S 2
2
λ=
g
VKH S 2
2
=
ou
Le: comprimento equivalente de tubo retilíneoµ: viscosidade do fluidoK: coeficiente de perda de cargag: aceleração da gravidade
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Perda de Carga
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Perda de Carga
Perda de carga total:
SPT HHH +=
ρ)( 21 PP
HT
−=
ρ: massa específica do fluido
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Perda de Carga
Exercício:
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Perda de Carga
Absorver dilatações, vibrações e esforços mecânicos
Utilização não usual. É preferível adoção de traçado adequado para conferir flexibilidade à linha.
FINALIDADE
Utilização de JEs - justificável nos seguintes casos:Espaço restrito
� Quando for a alternativa mais econômica
� Exigência de trajeto retilíneo
� Vibrações de grande amplitude
� Tubulações ligadas a equipamentos que não possam so frer esforços externos da tubulação
JUNTAS DE EXPANSÃO
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1) Axial
2) Angular
3) Lateral
MOVIMENTOS FUNDAMENTAIS
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JUNTAS DE EXPANSÃO JUNTAS DE EXPANSÃO TELESCTELESCÓÓPIOPIO
1) Apenas movimentos axiais2) DN até 24 pol3) Pressão até 40 kgf/cm 2
4) Curso de até 300 mm5) Serviços não severos
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JUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA SIMPLESJUNTA SIMPLES
1) Movimentos axiais, angulares e pequenos movimentos laterais
1) Serviços não severos
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JUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA COM ANJUNTA COM AN ÉÉIS DE EQUALIZAIS DE EQUALIZA ÇÇÃOÃO
1) Movimentos axiais, angulares e pequenos movimentos laterais
2) Serviços severos
1) Altas pressões
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JUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA ARTICULADAJUNTA ARTICULADA
1) Apenas movimentos angulares
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JUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA DE EXPANSÃO DE FOLEJUNTA DUPLAJUNTA DUPLA
1) Movimentos angulares e laterais combinados2) Grandes movimentos laterais3) Serviços severos4) Altas pressões
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1) Grandes movimentos em quaisquer direções2) Baixo custo3) Baixíssimas pressões (até 0,2 kgf/cm 2)4) Temperaturas moderadas (até 200 oC)
JUNTA DE EXPANSÃO DE TECIDOJUNTA DE EXPANSÃO DE TECIDO
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InstrumentaInstrumenta çção ão IndustrialIndustrial
Identificação funcionalA identificação funcional do instrumento ou seu equivalente funcional consiste de letras da tabela. A identificação funcional do instrumento é feita de acordo com sua função e não com a sua construção.A primeira letra é a variável do processo medida ou de inicialização. As letras subseqüentes identificam as funções do instrumento, podendo ser:• Funções passivas - elemento primário, orifício de restrição, poço;• Funções de informação - indicador, registrador, visor,• Funções ativas ou de saída -controlador, transmissor, chave e outros;• Funções modificadoras - alarmes ou indicação de instrumento multifunção.
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Identificação da malhaA identificação da malha geralmente é feita por um número, colocado ao final da identificação funcional do instrumento associado a uma variável de processo.A numeração pode ser serial ou paralela. Numeração paralela começa de 0 para cada nova variável, por exemplo, TIC-100, FIC-100, LIC-100 e AI-100. Numeração serial usa uma única seqüência de números para um projeto ou seção grande de um projeto, de modo que se tem TIC-100, FIC-101, LIC-102 e AI-103. A numeração pode começar de 1 ou qualquer outro número conveniente, como 101, 1001, 1201.Quando a malha tem mais de um instrumento com a mesma função deve-se usar apêndice ou sufixo ao número. Por exemplo, se a mesma malha de vazão tem um extrator de raiz quadrada e um transdutor corrente para pneumático, o primeiro pode ser FY-101-A e o segundo FY-101-B.
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Exemplos de formação da identificação funcional de instrumentos
P - Variável medida - PressãoR - Função passiva ou de informação - RegistradorC - Função ativa ou de saída - Controlador001 - Área de atividade, onde o instrumento atua02 - Número seqüencial da malhaA - Sufixo
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PI = Indicador de pressão: “P" é a variável medida (Pressão), e “I“ é a função de informação ou passiva. Neste caso pode-se ter vários tipos de instrumentos, desde um manômetro mecânico à instrumentos eletrônicos sofisticados.
PIC = Indicador Controlador de Pressão: Neste caso a função final é o controle de uma malha, portanto, a letra "C" da coluna “função final". A letra "I” é somente uma função passiva mencionando que o instrumento também esta indicando de alguma forma a variável "P" pressão.
LAH = Alarme de Nível Alto: Neste exemplo a letra "A" define a função de informação, indicando que o instrumento está sendo utilizado para um alarme. A letra modificadora "H“ complementa esta informação indicando o parâmetro do alarme, no caso nível alto.
Exemplos de formação da identificação funcional de instrumentos
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Exemplos de formação da identificação funcional de instrumentos
HV = Válvula de controle manual: A letra “V“ indica a função final e a letra “H“ indica a variável inicial.
LCV = Válvula de controle de nível auto-operada: Neste exemplo a letra “C" pode estar indicando que a válvula é auto-operada.
LV = Válvula de nível: Geralmente esta notação determina que se trata de uma válvula de controle proporcional.
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A simbologia correta da instrumentação deve conter os seguintes parâmetros:�Identificação das linhas de interligação dos instrumentos, por exemplo, eletrônica física, eletrônica por configuração, pneumática.�Determinação do local de instalação dos instrumentos, acessível ou não acessível ao operador de processo.�Filosofia da instrumentação, quanto ao instrumento ser dedicado a cada malha ou compartilhado por um conjunto de malhas de processo.�Identificação (tag) do instrumento, envolvendo a variável do processo, a função do instrumento e o numero da malha do processo.�Outras informações adicionais.As linhas de interligações entre os instrumentos devem ser mais finas que as linhas de processo.
Símbolos
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Símbolos
AS - suprimento de arHS - suprimento hidráulicoOpções:IA - ar do instrumentoNS - suprimento de nitrogênioPA - ar da plantaSS - suprimento de vaporES - alimentação elétricaWS - suprimento de águaGS - alimentação de gás
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Símbolos
A padronização ISA considera que, quando da elaboração de um diagrama de controle, a identificação do instrumento será escrita dentro do símbolo geral e que, em casos específicos, a sua função será detalhada pelo acréscimo de um símbolo de processamento de sinais ao seu símbolo geral.
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Símbolos
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Símbolos e Identificação - Exemplo
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Estudo de caso: Instalação de uma IndustriaProf. Antonio Manuel
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Estudo de caso: Instalações Industriais Especiais:Industria AlimentíciaIndustria FarmacêuticaProf. Bernardo Gomes
Bom estudo!!!
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