Instalações Industriais Normas e Materias

Breve cronologia do surgimento das Normas 1880 - ASME (American Society of Mechanical Engineers) - ASTM (American Society for Testing and Materials) - BSI (British Standards Institution) 1917 - DIN (Deutsches Institut für Normung) 1918 - ANSI (American National Standard Institute) 1919 - AWS (American Welding Society) 1940 - ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) 1947 - ISO (International Organization for standartization)

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

ANSI.B.31.3 Normas gerais de tubulações de refinaria, terminais, instalações de processamento, armazenamento e carregamento de produtos de petróleo A ANSI. B 31 atende a um a ampla classe de tubulações de pressão. Entre outros aspectos enfoca: Cálculo de espessura, flexibilidade, acessórios, fabricação montagem, inspeção e teste. Na edição de 1955 estava subdividida em sete seções : Seção 1 - Tubos para geração de vapor Seção 2 - Ar e gases Seção 3 - Refinaria (tubulações em geral para processamento, armazenamento, carregamento e oleodutos)

Seção 4 - Vapor e água quente Refrigeração Seção 6 - Suportes, meios de ligações/fixação, detalhes de projeto, expansão e flexibilidade, ligações soldadas (procedimentos, qualificação e inspeção). Seção 7 - Materiais, especificações e identificação. Obs. Em 1959, as seções 1, 2 e 5 geraram após reestruturação , as normas ANSI, B.31.1. B.31.2 e B.31.5 respectivamente. A seção 3 passou a ANSI B.31.3 (Petroleum Refinery Piping) e ANSI B.31.4 (Oil Transportation Piping). A seção 6 foi extinta, sendo seus itens distribuídos em outras seções. Três outras normas foram então criadas:

ANSI b.31.8 (Gas Transportation and Distribution Piping) ANSI B.31.6 (Chemical Industrial Process Piping)- voltadas para as Indústrias Químicas e de Processos. ANSI B. 31. 7. Tubulações em Centrais Nucleares e, ANSI b.31.8 (Gas Transportation and Distribution Piping) Obs. A Norma ANSI B-31.3, (Petroleum Refinary Piping) é um desdobramento da Seção 3 Outro desdobramento da Seção 3 gerou a ANSI B 31.4 Oil Transportation Pipe - trata de tubulações de óleo e naftas fora das refinarias, terminais, etc.

Especificação de Materiais ASTM (American Society for Testing and Materials) P/ tubos, válvulas, acessórios, parafusos, juntas, materiais de isolamento, etc.. Outras, API 5L ... Tubos de aço carbono c/ e s/ costura (média qualidade) API 5LX Tubos de alta resistência ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ISO/R13.... Tubo ferro fundido ISO/R51 .. Tubo de aço p/ transporte de combustíveis líquidos DIN (Deutscher Institur fur Normung)... Tubos, válvulas e acessórios ASME (American Society of Mechanical Engineers) Power Boilers - Seção I - P/ tubulações de geração de vapor Obs. A Norma ANSI é de uso corrente e talvez a mais importante pela abrangência.

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

Extrusão 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.

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”.

Solda radial Solda em espiral

MATERIAIS PARA TUBULAÇÕES ALGUNS MATERIAIS TÍPICOS DE TUBULAÇÕES AÇO CARBONO Características: baixo custo, fácil soldagem. Tipos : Galvanizado (Zn) Preto Temperatura de operação: de - 40ºC a 450ºC serviço contínuo (ANSI B 31) Tipos: (Alguns mais usuais): ASTM A- 106 (alta qualidade) S/ costura Ø nominal - 1/8 “ a 24 “ Acalmado* (Si até 0,1% ), (uso para temperatura elevada) * remoção de bolhas de H2

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

ASTM A- 53 ≈ (API 5L) (média qualidade) uso geral. Disponível acalmado e efervecente. Disponível com e sem costura Ø nominal - 1/8 “ a 24 “, nos graus A e B. Obs. Se necessário encurvamento a frio usar grau A ASTM A – 120. Disponível com e sem costura Ø nominal - 1/8 “ a 12 “ Obs. 1 - Se utilizado em temperatura elevada ocorre grafitização. 2 - Não exigência de composição química definida 3 - A norma ANSI B 31 proíbe o emprego do ASTM A- 120 para altas pressões assim como para Hidrocarbonetos, inflamáveis e produtos tóxicos. Não apresenta restrição para água, ar comprimido e condensado. ASTM A-333. Tubos sem costura recomendados para baixas temperaturas (refrigeração). 0,3% de C e 0,4 a 1% de Mn. Outros elementos de composição: S de 1 a 1,5 % resistência à oxidação. Associados ou não a outros elementos, ainda que em baixo percentual, Ni, Cr, ex. 310, 314.

Outros: Tubos com costura ASTM A134 – por solda elétrica arco protegido Ø nominal > 16 ”. ASTM A135 - por solda de resistência elétrica Ø nominal até 30 ”. Ambos proibidos para temperatura maior que 100º C, como também para Hidrocarbonetos, vapor d´água e produtos tóxicos.

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

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

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.

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

Austenítico - Cr- Ni (não magnéticos) - Apresentam resistência à fluência e oxidação. Não estabilizados – Estão sujeitos à precipitação de Carbêto de Cromo ”sensitização”, quando submetidos a temp. de 450º C a 850º C , perdendo, em conseqüência, a resistência a corrosão. O Ti, Ta e Nb estabilizam a liga, ex. ANSI 321. Obs. O Mo também estabiliza a liga inibindo a precipitação de carbêto de cromo. Alguns aços inoxidáveis de uso freqüente e algumas características importantes ANSI 304 (austenítico) Cr- Ni 18-8 , 0.1 % de C ANSI 304 L, Ti e Nb para temperatura baixa. (– 273º C) ANSI 303 Cr-Ni , fácil usinagem Ferríticos – (magnéticos), de 12 a 30 % de Cr- Baixo custo. Baixa propriedade mecânica, Apresentam baixa corrosão sob tensão mas são difíceis de soldar. Martensíticos – apresentam maiores teores de C, são mais duros, apresentando maior resistência mecânica e à abrasão.

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

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

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

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

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

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

ACESSÓRIOS E CONEXÕES: . ACESSÓRIOS E CONEXÕES: Até 2” solda de encaixa, Ø > que 2” - flange de pescoço ou solda de topo. AR COMPRIMIDO Até 7 kg/cm2 : A – 120, galvanizado e diâmetro até 4”, rosqueadas. Se diâmetro maior que 4”, A – 120 + 1,2 mm de sobre espessura ou A – 134. Pressão > 7 kg/cm2 A 53 + 1,2 mm de sobrespessura, solda de topo Ø > 2”. Até 2”, solda de encaixe. Válvulas: Até 3”, bronze e rosca. Ø > 3” Fe fundido, interno em bronze, flange. Ø >>> corpo forjado, interno 410, flange com ressalto.

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

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

Exemplo de algumas Normas ( Do livro - Materiais para tubulações Prof Exemplo de algumas Normas ( Do livro - Materiais para tubulações Prof. Celio Carlos Zattoni – São Paulo 2005 -Faculdade de Tecnologia de São Paulo – Departamento de hidráulica - Vol 1 Materiais metálicos

Calendário 1º semestre 2010 2 4 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