Instalações Industriais

Normase

Materias

Breve cronologia do surgimento das Normas

1880 - ASME (American Society of Mechanical Engineers)1898 - ASTM (American Society for Testing and Materials)1901 - 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)

ANSI.B.31 - American Standard Code for Pressure Piping

Trata de tubulações de pressão

Obs. Antiga ASA B 31 e USAS B 31

TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS E ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES NORMAS TÉCNICAS E PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Algumas das normas mais usuais:

ANSI – American National Standard Institute

ANSI.B.31.3Normas 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

Ar e gasesSeção 2 -

Seção 3 - Refinaria (tubulações em geral para processamento, armazenamento, carregamento e oleodutos)

Seção 4 - Vapor e água quente

Seção 5 - 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. 7. Tubulações em Centrais Nucleares e,

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.

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.

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.

Especificação de Materiais

TUBOS – PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

TUBOS SEM COSTURA

Processos de Fabricação: Laminação, Extrusão, Fundição, Forjados.

Laminação

Etapas: Laminação (formação do tubo) Desempeno por rolos Calibradores Alisamento (mandrilamento)

Especificação para Tubos: Deve constar: Material de construção, processo de fabricação, espessura x diâmetro, sistemas de ligação.

Fundição

ExtrusãoA etapa de extrusão consta de: matriz, mandril e êmbolo, temperatura ≈ de 1200º C.

1ª fase – tubo curto e grosso

2ª fase - laminação e desempeno

Vazado dentro de moldes (material no estado líquido)Tubos de ferro fundido, vidro, porcelana, cimento, borracha, PVC...Pode-se usar o processo centrífugo.

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.

Forjado

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”.

TUBOS COM COSTURA*

Disposição da solda

Solda radial

Solda em espiral

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

MATERIAIS PARA TUBULAÇÕESALGUNS 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):

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

Grau A *- baixo carbono até 0,25% p/ Temp. > 400º C, Mn 0,27%,

Aço carbono

(encurvamento) *

34 kgf/mm2

ASTM A-333. Tubos sem costura recomendados para baixastemperaturas (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.

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.

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

EfervescenteAcalmado - 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..

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 DOCEDesenterrado, 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: 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/MoDe 700º C (máx 880º C) inox 304De 750º C (máx 880º C) 316De 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 67/30Inconel 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 IndustriaisFaculdade de Engenharia Química de LorenaProfessor Antonio Clélio Ribeiro

Outros

Sites http://www.matweb.com/Search/MaterialGroupSearchObs. Site muito bom – características físicas de ligas , composição, etc,

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

2 4 2 4 2 4 2 4 2 4

Março 1 3 8 10 15 17 22 24 29 31

Abril 5 7 12 14 19 21 26 28

Maio 3 5 10 12 17 19 24 26 31

Junho 2 7 9 14 16 21 23 28

Julho 5 7

Calendário 1º semestre 2010

Feriado

Semana de estudos

Exame final

27 dias de aulaSegunda chamada geral