Instalações Industriais Normas e Materias

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1 Instalações Industriais Normas e Materias

2 Breve cronologia do surgimento das Normas
ASME (American Society of Mechanical Engineers) ASTM (American Society for Testing and Materials) BSI (British Standards Institution) DIN (Deutsches Institut für Normung) ANSI (American National Standard Institute) AWS (American Welding Society) ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ISO (International Organization for standartization)

3 TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS E ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES
NORMAS TÉCNICAS E PRINCIPAIS APLICAÇÕES Algumas das normas mais usuais: ANSI – American National Standard Institute ANSI.B.31 - American Standard Code for Pressure Piping Trata de tubulações de pressão Obs. Antiga ASA B 31 e USAS B 31

4 ANSI.B.31.3 Normas gerais de tubulações de refinaria, terminais, instalações de processamento, armazenamento e carregamento de produtos de petróleo A ANSI. B 31 atende a um a ampla classe de tubulações de pressão. Entre outros aspectos enfoca: Cálculo de espessura, flexibilidade, acessórios, fabricação montagem, inspeção e teste. Na edição de estava subdividida em sete seções : Seção 1 - Tubos para geração de vapor Seção 2 - Ar e gases Seção 3 - Refinaria (tubulações em geral para processamento, armazenamento, carregamento e oleodutos)

5 Seção 4 - Vapor e água quente
Refrigeração Seção 6 - Suportes, meios de ligações/fixação, detalhes de projeto, expansão e flexibilidade, ligações soldadas (procedimentos, qualificação e inspeção). Seção 7 - Materiais, especificações e identificação. Obs. Em 1959, as seções 1, 2 e 5 geraram após reestruturação , as normas ANSI, B B.31.2 e B.31.5 respectivamente. A seção 3 passou a ANSI B.31.3 (Petroleum Refinery Piping) e ANSI B.31.4 (Oil Transportation Piping). A seção 6 foi extinta, sendo seus itens distribuídos em outras seções. Três outras normas foram então criadas:

6 ANSI b.31.8 (Gas Transportation and Distribution Piping)
ANSI B.31.6 (Chemical Industrial Process Piping)- voltadas para as Indústrias Químicas e de Processos. ANSI B Tubulações em Centrais Nucleares e, ANSI b.31.8 (Gas Transportation and Distribution Piping) Obs. A Norma ANSI B-31.3, (Petroleum Refinary Piping) é um desdobramento da Seção 3 Outro desdobramento da Seção 3 gerou a ANSI B 31.4 Oil Transportation Pipe - trata de tubulações de óleo e naftas fora das refinarias, terminais, etc.

7 Especificação de Materiais
ASTM (American Society for Testing and Materials) P/ tubos, válvulas, acessórios, parafusos, juntas, materiais de isolamento, etc.. Outras, API 5L ... Tubos de aço carbono c/ e s/ costura (média qualidade) API 5LX Tubos de alta resistência ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ISO/R Tubo ferro fundido ISO/R51 .. Tubo de aço p/ transporte de combustíveis líquidos DIN (Deutscher Institur fur Normung)... Tubos, válvulas e acessórios ASME (American Society of Mechanical Engineers) Power Boilers - Seção I - P/ tubulações de geração de vapor Obs. A Norma ANSI é de uso corrente e talvez a mais importante pela abrangência.

8 TUBOS – PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Especificação para Tubos: Deve constar: Material de construção, processo de fabricação, espessura x diâmetro, sistemas de ligação. Processos de Fabricação: Laminação, Extrusão, Fundição, Forjados. TUBOS SEM COSTURA Laminação Etapas: Laminação (formação do tubo) Desempeno por rolos Calibradores Alisamento (mandrilamento)

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10 Extrusão Fundição Forjado
A etapa de extrusão consta de: matriz, mandril e êmbolo, temperatura ≈ de 1200º C. 1ª fase – tubo curto e grosso 2ª fase - laminação e desempeno Fundição Vazado dentro de moldes (material no estado líquido) Tubos de ferro fundido, vidro, porcelana, cimento, borracha, PVC... Pode-se usar o processo centrífugo. Forjado Para tubos de parede grossa ( p/ pressões muito elevadas). O lingote é furado a frio, e o pré-tubo conformado sob aquecimento e recebe pancadas contra o madril até atingir a espessura desejada.

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12 TUBOS COM COSTURA* Tipos de solda: Disposição da solda
Solda de topo ou solda sobreposta (em relação as bordas) Solda longitudinal ou solda radial (conformação) Tipos de solda: Solda elétrica (Arco protegido, adição de metal do eletrodo). Arco submerso ou Com gás inerte Resistência elétrica Obs.* Tubos de diâmetros maiores que 12” e a partir de 4”.

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14 Solda radial Solda em espiral

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19 MATERIAIS PARA TUBULAÇÕES
ALGUNS MATERIAIS TÍPICOS DE TUBULAÇÕES AÇO CARBONO Características: baixo custo, fácil soldagem. Tipos : Galvanizado (Zn) Preto Temperatura de operação: de - 40ºC a 450ºC serviço contínuo (ANSI B 31) Tipos: (Alguns mais usuais): ASTM A- 106 (alta qualidade) S/ costura Ø nominal - 1/8 “ a “ Acalmado* (Si até 0,1% ), (uso para temperatura elevada) * remoção de bolhas de H2

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22 Aço carbono Grau A *- baixo carbono até 0,25% p/ Temp. > 400º C, Mn 0,27%, 34 kgf/mm2 Grau B - médio até 0.30%, Mn, 0,29%, Si 0,1%, Grau C - alto até 0,35%, uso até 200º C, 41 kgf/mm2 48 kgf/mm2 (encurvamento) *

23 ASTM A- 53 ≈ (API 5L) (média qualidade) uso geral. Disponível
acalmado e efervecente. Disponível com e sem costura Ø nominal - 1/8 “ a “, nos graus A e B. Obs. Se necessário encurvamento a frio usar grau A ASTM A – Disponível com e sem costura Ø nominal - 1/8 “ a “ Obs Se utilizado em temperatura elevada ocorre grafitização. 2 - Não exigência de composição química definida 3 - A norma ANSI B 31 proíbe o emprego do ASTM A- 120 para altas pressões assim como para Hidrocarbonetos, inflamáveis e produtos tóxicos. Não apresenta restrição para água, ar comprimido e condensado. ASTM A-333. Tubos sem costura recomendados para baixas temperaturas (refrigeração). 0,3% de C e 0,4 a 1% de Mn. Outros elementos de composição: S de 1 a 1,5 % resistência à oxidação. Associados ou não a outros elementos, ainda que em baixo percentual, Ni, Cr, ex. 310, 314.

24 Outros: Tubos com costura ASTM A134 – por solda elétrica arco protegido Ø nominal > 16 ”. ASTM A por solda de resistência elétrica Ø nominal até 30 ”. Ambos proibidos para temperatura maior que 100º C, como também para Hidrocarbonetos, vapor d´água e produtos tóxicos.

25 Características do aço carbono
A 370º C início de fluência (creep) 530º C intensa oxidação (scaling) > 440º C grafitização. Torna-se quebradiço (precipitação de carbono) Obs. Quanto mais carbono, mais duro perdendo características de ductilidade e soldagem. informações complementares Efervescente Acalmado - com 0,1% de Si - modifica o equilíbrio termodinâmico, reduzindo a quantidade de gás adsorvido - granulometria mais fina.

26 COMPOSIÇÃO DE ALGUNS AÇOS CARBONO
ANSI Série 44 ( Mn de 0,3 a 1,65%, P 0,04 %máx., S 0,05% máx). Série 11 resulfurizado tendo15 composições, S acima de 0,33%. Série 12 Resulfurizados e refosforizados. Série 40 Mo, 0,2% a 0,25%. Série 41 Cr 0,95 % , Mo 0,3%. AÇOS INOXIDÁVEIS E AÇOS LIGAS Baixa liga até 5% Média “ de 5 a 10 % Alta “ maior que 10%. Justificativa de uso: corrosão, temperaturas elevadas e baixas, não contaminantes, segurança, etc..

27 Risco de fratura a temperaturas baixas.
ELEMENTOS MODIFICADORES DE PROPRIEDADES Elementos Mo - Resistência à cristalização (aumenta a resistência à fluência), mantendo a resistência mecânica (mesmo em temperatura elevada). reduz corrosão alveolar. Ideal para HC, hidrogênio, vapor. Ótimo para temperaturas elevadas. Aumenta a resistência a corrosão via úmida. Efeito semelhante apresenta o Cobre quando presente. Risco de fratura a temperaturas baixas. Cr - Aumenta resistência à corrosão em temperatura elevada porém fragiliza mecanicamente, por isso normalmente incorpora-se o Mo. Obs. Tubos de aço inoxidável com mais de 10% de Cr apresentam facilidade para soldagem. S - Melhora a usinagem.

28 Cr / Mo – Excelente resistência à corrosão
Ni – Bom para temperaturas baixas. Eleva o limite de elasticidade, mantendo-o ductil e com elevada tenacidade. Ex. De ligas contendo níquel: A 335 Cr- Mo, A 333 Ni. Si e Al também atribuem resistência à corrosão a temperaturas elevadas. Ambos quando adicionados a liga servem para acalmar a liga (remoção de gases absorvidos). Si – suprime magnetismo de uma liga, enquanto o Co favorece as propriedades magnéticas da liga. Nos aços carbono, em concentrações mais elevadas torna a liga mais dura e tenaz. V – Aumenta a resistência a tração, melhorando assim os limites de elasticidade, trazendo em consequência a boa ductilidade e aumentando também a resistência a fadiga. Outros modificadores: Mn, Co, B, terras raras, W, etc.

29 Austenítico - Cr- Ni (não magnéticos) - Apresentam resistência à fluência e oxidação.
Não estabilizados – Estão sujeitos à precipitação de Carbêto de Cromo ”sensitização”, quando submetidos a temp. de 450º C a 850º C , perdendo, em conseqüência, a resistência a corrosão. O Ti, Ta e Nb estabilizam a liga, ex. ANSI 321. Obs. O Mo também estabiliza a liga inibindo a precipitação de carbêto de cromo. Alguns aços inoxidáveis de uso freqüente e algumas características importantes ANSI 304 (austenítico) Cr- Ni 18-8 , 0.1 % de C ANSI 304 L, Ti e Nb para temperatura baixa. (– 273º C) ANSI Cr-Ni , fácil usinagem Ferríticos – (magnéticos), de 12 a 30 % de Cr- Baixo custo. Baixa propriedade mecânica, Apresentam baixa corrosão sob tensão mas são difíceis de soldar. Martensíticos – apresentam maiores teores de C, são mais duros, apresentando maior resistência mecânica e à abrasão.

30 FERRO FUNDIDO Tipo – (normalmente galvanizados), Aplicação : Água, gás, água salgada e esgoto. Recomendados, p/ temperatura baixa (ambiente), Pressão baixa e sem esforço mecânico. Apresentam boa resistência à corrosão. São fabricados com ponta e bolsa ou com flanges.

31 METAIS NÃO FERROSOS COBRE E LIGAS. Resistência à oxidação. Usado para trocadores de calor, serpentinas, sistemas de refrigeração (Freon). Não pode ser usado em contato com amônia, ácido nítrico e aminas. Apresentam corrosão sob tensão. ALUMÍNIO E LIGAS Criogenia e aquecimento CHUMBO: Uso em unidades de ácido sulfúrico. Outros: Níquel, Titânio, Zircônio e suas ligas. Para aplicações que envolvem alta temperatura.

32 NÃO METÁLICOS POLIMÉRICOS: PE, PP, PVC, Epoxi, Poliésteres, ABS, OUTROS MATERIAS: Vidro, concreto, borracha, porcelana, grafite,..... Os não metais (polímeros, cerâmica) podem ainda ser usados como revestimento interno de tubos metálicos.

33 SELEÇÃO DO MATERIAL – CRITÉRIOS
Diâmetro Custo Condição de serviço ( P e T ) Fluido, tipo (gás ou líquido), presença de impurezas, sólidos suspensos, pH, concentração Nível de tensão a que estará submetida à tubulação (dilatação Térmica, peso da tubulação). Esforços mecânicos: compressão, flexão, vibração. Segurança Facilidade de obtenção (compra), reposição, ... Tempo de vida (compatível com o tempo de vida útil da instalação) Velocidade do fluido Perda de carga Acabamento interno Facilidade de montagem – custo de reposição e tempo de parada

34 ALGUMAS SITUAÇÕES (USOS)
ÁGUA DOCE Desenterrado, pressão e temp. baixa: A 120, válvulas de bronze ligação por rosca. Diâmetros maiores, Fe fundido, solda ou flange. Se serviço mais severo, A-53 sobre-espessura de 1,2 mm, solda de encaixe (diâmetro pequeno). Se diâmetro maior, solda de topo. Válvula de aço forjado e interno de inox. Para diâmetros muito maiores, uso de flange. ÁGUA SALGADA Aço revestido com PVC ou borracha (para diâmetros maiores que 4”) Obs. O inox está sujeito à corrosão sob tensão. VAPOR (pouco corrosivo) Restrição: devem apresentar resistência mecânica à pressão sob temperatura elevada. Ligações – Até 2” solda encaixe, acima deste diâmetro solda de topo. O mesmo para as válvulas.

35 Acessórios Válvulas de bloqueio: globo para até 8” e gaveta p/ diâmetros maiores. HIDROCARBONETOS Válvulas: Até 260º C, corpo em aço carbono, internos em inox 410. Até 350º C, corpo em aço liga. Internos em inox 410. Se, porém % enxofre elevado, internos em inox 430 ou 304. Na escolha do material pesam os teores de enxofre e cloretos 1% de S Aço carbono até 320º C +1,2mm Aço liga Cr/Mo - 5/0,5% até 400º C + 1,2mm 3% de S até 260º C +1,2mm até ,2mm >3% deS até 250º C + 4 a 6 mm até a 6 mm

36 ACESSÓRIOS E CONEXÕES:
. ACESSÓRIOS E CONEXÕES: Até 2” solda de encaixa, Ø > que 2” - flange de pescoço ou solda de topo. AR COMPRIMIDO Até 7 kg/cm2 : A – 120, galvanizado e diâmetro até 4”, rosqueadas. Se diâmetro maior que 4”, A – ,2 mm de sobre espessura ou A – 134. Pressão > 7 kg/cm2 A ,2 mm de sobrespessura, solda de topo Ø > 2”. Até 2”, solda de encaixe. Válvulas: Até 3”, bronze e rosca. Ø > 3” Fe fundido, interno em bronze, flange. Ø >>> corpo forjado, interno 410, flange com ressalto.

37 OPERAÇÕES EM ELEVADA TEMPERATURA
Até 550º C (máx 570º C) aço liga Cr/Mo De 700º C (máx 880º C) inox 304 De 750º C (máx 880º C) De 850º C (máx 1150º C) Inconel - Ni > 60%, Incaloy Ni >40%, Hasteloy (Stellite) Mo até 30% e Co até 2%. OPERAÇÕES EM TEMPERATURAS BAIXAS Até (- 65º C), aço liga com Ni. Até (- 100º C) cobre, latão, bronze. Até (- 195º C) inox 316(Mo), 317(Mo), 321(Ti) Até (- 250º C) inox 304, 310, 347 Monel Ni/Cu 67/30 Inconel Ni/Cr 80/13

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43 Bibliografia Tubulações Industrial Pedro Carlos da Silva Telles, 4ª ed. 1976 Faculdade de Tecnologia de São Paulo – Departamento de hidráulica Materiais para tubulações Prof. Celio Carlos Zattoni – São Paulo 2005 Vol 1 Materiais metálicos Vol 2 Tubos e conexões Vol 3 Válvulas e acessórios Curso de Tubulações Industriais Faculdade de Engenharia Química de Lorena Professor Antonio Clélio Ribeiro Outros Sites Obs. Site muito bom – características físicas de ligas , composição, etc,

44 Exemplo de algumas Normas ( Do livro - Materiais para tubulações Prof
Exemplo de algumas Normas ( Do livro - Materiais para tubulações Prof. Celio Carlos Zattoni – São Paulo Faculdade de Tecnologia de São Paulo – Departamento de hidráulica - Vol 1 Materiais metálicos

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48 Calendário 1º semestre 2010 2 4 Março 1 3 8 10 15 17 22 24 29 31 Abril 5 7 12 14 19 21 26 28 Maio Junho 9 16 23 Julho Feriado 27 dias de aula Segunda chamada geral Semana de estudos Exame final