Apostila-traçado Caldeiraria

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Espírito Santo CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Caldeiraria Caldeiraria Traçados de Caldeiraria Espírito Santo Traçados de Caldeiraria © SENAI - ES, 1997 Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão) Coordenação Geral Luís Cláudio Magnago Andrade (SENAI) Marcos Drews Morgado Horta (CST) Supervisão Alberto Farias Gavini Filho (SENAI) Wenceslau de Oliveira (CST)) Elaboração Carlos Roberto Sebastião Aprovação Silvino Valadares Neto (CST) Nelson de Brito Braga (CST) Editoração Ricardo José da Silva (SENAI) (SENAI) SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (27) 3325-0255 CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29163-970 Telefone: (27) 3348-1333 Espírito Santo Sumário Traçagem de caldeiraria .......................................................................................... 04 • Traçado de Linhas............................................................................................ 04 • Linhas Paralelas.................................................................................................. 07 • Bissetriz................................................................................................................. 09 • Divisões de Ângulos ........................................................................................ 10 • Traçado de Tangente........................................................................................ 12 • Divisões da Circunferência ............................................................................... 14 • Traçado de Espiras........................................................................................... 24 Desenvolvimentos e Planificações.............................................................................. 28 • Cilindro.................................................................................................................. 28 • Cotovelo................................................................................................................ 33 • Tronco de Cone................................................................................................. 38 • Curva de Gomo.................................................................................................. 41 • Quadrado para Redondo.................................................................................... 43 • Retângulo para redondo ................................................................................... 48 Intercessão de um Cone com um Cilindro.................................................................. 50 Tubulação Industrial ................................................................................................. 53 • Principais Materiais paraTubos ........................................................................ 53 • Processos de Fabricação de Tubos.............................................................. 54 • Fabricação de Tubos pos Laminação........................................................... 54 • Processos de Extrusão e Fundição............................................................... 57 • Fabricação de Tubos com Costura................................................................ 58 • Tubos de aço ao Carbono ................................................................................... 62 Juntas de Expansão ................................................................................................. 66 • Movimentos das Juntas de Expansão........................................................... 69 • Juntas de Telescópio........................................................................................ 70 • Juntas de Fole ou Sanfona ................................................................................. 71 Purgadores, Separadores e Filtros ...................................................................... 75 • Instalação.............................................................................................................. 79 • Principais Tipos de Purgadores...................................................................... 82 • Filtros para Tubulações..................................................................................... 90 Suporte de Tubulação........................................................................................... 94 • Suporte Imóveis................................................................................................. 95 • Alinhamento de Tubos...................................................................................... 97 Desenhos Isométricos............................................................................................ 102 Espírito Santo Acessórios de Tubulação ....................................................... 110 • Classificação dos Acessórios de Tubulação ...................... 110 • Acessórios para solda de topo........................................... 112 • Acessórios para solda de encaixe ..................................... 113 • Acessórios rosqueados ..................................................... 115 • Acessórios Flangeados ..................................................... 116 • Acessórios de Ligação....................................................... 117 • Outros tipos de Acessórios de Tubulação ......................... 118 • Curvas em gomo e derivações soldadas ........................... 120 • Outros acessórios de tubulação ........................................ 124 Válvulas ................................................................................. 127 • Classificação das Válvulas ................................................ 128 • Válvulas de Gaveta............................................................ 129 • Válvulas de Macho ............................................................ 135 • Válvulas Globo................................................................... 136 • Válvulas de Retenção ........................................................ 140 • Válvulas de Segurança e de Alívio..................................... 144 • Válvulas de Controle.......................................................... 146 • Outros Tipos Importantes de Válvulas ............................... 148 Simbologia de Tubulação Industrial........................................ 151 Acessórios de Tubulação Industrial - Avaliação ..................... 154 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ LEVANTAR UMA PERPENDICULAR NO MEIO DE UMA RETA Fig. 1 AB, reta dada. Com ponta seca em A traçar dois arcos acima e abaixo da reta. Em seguida, com ponta seca em B traçar outros dois arcos que cortem os primeiros nos pontos C e D. Por estes pontos, passa a perpendicular pedida. LEVANTAR UMA PERPENDICULAR QUALQUER DE UMA RETA POR UM PONTO Fig. 2 AB, reta dada. Ponto X. Com ponta seca em X marcar os pontos C e D. Depois, com ponta seca em C e D, respectivamente, traçar dois arcos que se cruzem no ponto E. A reta que une E com X é a perpendicular pedida. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 5 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ POR UM PONTO Y DADO FORA DA RETA, FAZER PASSAR UMA PERPENDICULAR Fig. 3 AB, reta dada. Y ponto fora da reta. Com ponta seca em Y, traçar dois arcos que cortem a reta nos pontos C e D. Em seguida, com ponta seca em C e depois em D, traçar dois arcos abaixo da reta AB, que se cruzem no ponto E. A reta que une o ponto E com o ponto Y é a perpendicular procurada. LEVANTAR UMA PERPENDICULAR NA EXTREMIDADE DE UMA RETA Fig. 4 AB, reta dada. Com ponta seca em A, e qualquer abertura do compasso traçar o arco CD. Continuando com a mesma abertura do compasso e ponta seca em D, traçar o arco E. Com ponta seca em E (e mesma abertura do compasso) traçar o arco F. Ainda com mesma abertura do compasso e ponta seca em E e depois em F, traçar dois arcos acima que se cruzem no ponto G. A linha que une o ponto C ao ponto A é a perpendicular procurada. _________________________________________________________________________________________________ CST 6 Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DADO UM ANGULO ABC QUALQUER, TRAÇAR OUTRO IGUAL NA EXTREMIDADE DE UMA RETA Fig. 5 ABC, angulo dado. AB, reta dada. Com a ponta seca do compasso no vértice do angulo dado, traçar um arco que corte seus dois lados nos pontos E e F. Depois, com a ponta seca na extremidade A da reta (sem mudar a abertura do compasso) traçar outro arco. Em seguida, com abertura EF e ponta seca em E, traçar outro arco que corte o primeiro no ponto F. Ligando-se o A da extremidade da reta com F, obtém-se outro angulo igual ao primeiro. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 7 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇAR A BISSETRIZ DE UM ANGULO QUALQUER Fig. 6 ABC, angulo dado. Com abertura qualquer do compasso e ponta seca no vértice do angulo dado, traçar um arco que corte seus dois lados nos pontos E e F. Depois, com ponta seca em E e depois em F, traçar outros dois arcos que se cruzem no ponto G. A linha que liga o vértice B do angulo com o ponto G é a bissetriz. TRAÇAR DUAS PARALELAS A UMA DISTANCIA DADA Fig. 7 AB, primeira paralela. Z, distancia dada. Em dois locais quaisquer, próximos das extremidades da semi-reta AB, levantar duas perpendiculares C e D. Depois, com abertura de compasso igual a Z e ponta seca em C, marcar E. Com ponta seca D marcar F. A linha que liga E com F é paralela a AB. _________________________________________________________________________________________________ CST 8 Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇAR A BISSETRIZ DE UM ANGULO CUJO VÉRTICE NÃO CONHECEMOS Fig. 9 AB e CD são os lados do angulo de vértice desconhecido. Num ponto qualquer do lado CD levantar uma reta que toque o lado AB formando a linha EF. Centrar em E e traçar um arco que toque nos pontos G e H, marcando também o ponto 1. Centrar em F e traçar outro arco que toque nos pontos I e J, marcando também o ponto 2. Centrar no ponto 1 e depois em H e traçar dois arcos que se cruzem no ponto 3. Centrar em 1 e depois em G, e traçar outros dois arcos que se cruzem no ponto 4. Centrar em 2 e I e traçar dois arcos que se cruzem no ponto 5. Centrar em 2 e J e traçar dois arcos que se cruzem no ponto 6. Ligar E com 4 e F com 5 de modo que se cruzem no ponto 7. Ligar E com 3 e F com 6 de modo que se cruzem no ponto 8. A linha de centro que liga 7 a 8 é a bissetriz do angulo. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 9 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DIVIDIR O ANGULO EM TRÊS PARTES IGUAIS Fig.10 ABC, angulo dado. X, vértice do angulo. Centrar em X e com uma abertura qualquer do compasso traçar o arco DE. Em seguida, com a mesma abertura, centrar em E e traçar um arco marcando o ponto G. Centrar em D com mesma abertura e marcar o ponto H. Ligando X com G e X com 11 o angulo reto fica dividido em três partes iguais. _________________________________________________________________________________________________ 10 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇAR UM LOSANGO E INSCREVER CIRCUNFERÊNCIA EM PERSPECTIVA NELE UMA Fig. 11 AB diagonal maior. CD diagonal menor. Ligar A com C e A com D. Ligar B com C e B com D, formando assim o losango. Dividir ao meio os lados do losango marcando os pontos E, F, G e H. Ligar D com E e C com G, marcando o ponto I. Ligar D com F e C com H, marcando o ponto J. Em seguida, centrar o compasso em D e traçar um arco que ligue E com F. Centrar em C e traçar outro arco que ligue G com H. Centrar em I e traçar um arco que ligue G com E. Centrar em J e traçar outro arco que ligue F com H, ficando assim pronta a circunferência em perspectiva. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 11 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇAR UMA LINHA TANGENTE A UMA CIRCUNFERÊNCIA DADA Fig. 12 Traçar a circunferência e marcar nela o ponto X. Ligar o ponto O (centro da circunferência) ao ponto X. Centrar o compasso em X e traçar um arco marcando o ponto 1. Centrar em 1 e com a mesma abertura do compasso marcar o ponto 2. Centrar em 2 e marcar o ponto 3. Centrar em 3 e depois em 2 e traçar dois arcos que se cruzem no ponto 4. A linha que liga 4 com X é a tangente pedida. _________________________________________________________________________________________________ 12 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ POR TRÊS PONTOS DADOS QUE NÃO ESTEJAM ALINHADOS, FAZER PASSAR UMA CIRCUNFERÊNCIA Fig. 13 ABC, pontos dados. Unir os pontos A, B e C por meio de retas. Dividir estas retas ao meio e traçar as retas EF e GH de modo que se cruzem no ponto 1. O ponto 1 é o centro da circunferência que passa pelos pontos dados anteriormente. INSCREVER UMA CIRCUNFERÊNCIA EM UM TRIÂNGULO DADO Fig. 14 ABC, triângulo dado. Achar o meio do lado AB e também o meio do lado AC, marcando os pontos D e E. Ligar D com C, e ligar E com B, de modo que se cruzem no ponto 5. O ponto 5 é o centro da circunferência. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 13 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DIVIDIR UMA CIRCUNFERÊNCIA EM TRÊS PARTES IGUAIS E INSCREVER O TRIÂNGULO Fig. 15 Traçada a circunferência, traçar também a linha AB. Depois, centrar o compasso em B e com abertura igual a B1, traçar o arco CD. Ligar A com C e A com D. Finalmente, ligar D com C, formando assim o triângulo. DIVIDIR UMA CIRCUNFERÊNCIA EM QUATRO PARTES IGUAIS E INSCREVER O QUADRADO Fig. 16 _________________________________________________________________________________________________ 14 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Traçada a circunferência, traçar também as linhas AB e CD. Ligar A com C e A com D. Ligar B com C e B com D, formando o quadrado dentro da circunferência . DIVIDIR UMA CIRCUNFERÊNCIA EM CINCO PARTES IGUAIS E INSCREVER O PENTÁGONO Fig. 17 Traçada a circunferência, traçar também o diâmetro AB. Em seguida traçar a perpendicular CD. Dividir DB ao meio, marcando o ponto E. Com uma ponta do compasso em E e outra em C, traçar o arco CF. Em seguida, com abertura igual à reta pontilhada FC e uma ponta em C, marcar os pontos G e H. Com uma ponta em G (e mesma abertura anterior) marcar o ponto I. Com uma ponta em H, marque o ponto J. Ligar C com H, H com J, J com I, I com G, G com C, ficando assim pronto o pentágono dentro da circunferência. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 15 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇADO DO PENTÁGONO SENDO DADO O LADO Fig. 18 AB, lado dado. Com uma ponta do compasso em B e abertura igual a AB, traçar uma circunferência. Em seguida, com centro em A, traçar outra circunferência de modo que corte a primeira nos pontos C e D. Traçar a perpendicular CD, depois, com centro em D (e a mesma abertura anterior), traçar uma terceira circunferência, marcando os pontos 1, 2 e 3. Ligar o ponto 3 com o ponto 1 e prolongar até tocar o lado da primeira circunferência, marcando o ponto 4. Ligar 2 com 1 e prolongar até tocar o lado da segunda circunferência, marcando o ponto 5. Depois, com uma ponta do compasso no ponto 5 e abertura igual ao lado dado, traçar um arco que corte a reta CD. Com uma ponta em 4, traçar outro arco que corte o primeiro no ponto 6. Unir A com B, A com 4, 4 com 6, 6 com 5, 5 com B. _________________________________________________________________________________________________ 16 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DIVIDIR UMA CIRCUNFERÊNCIA EM 6 PARTES IGUAIS E INSCREVER O HEXÁGONO Fig. 19 Traçada a circunferência, traçar também o diâmetro AB. Depois, com a mesma abertura do compasso e centro em A, traçar um arco que toque nos dois lados da circunferência marcando os pontos C e D. Mudando a ponta do compasso para B, traçar outro arco que toque em outros dois lados da circunferência, marcando os pontos E e F. Ligar os pontos através de retas para que fique inscrito o hexágono dentro da circunferência. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 17 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DIVIDIR UMA CIRCUNFERÊNCIA EM 10 PARTES IGUAIS E INSCREVER O DECÁGONO Fig. 20 Traçar a circunferência e os diâmetros AB e CD e determinar o centro O. Depois, fazendo centro em A, traçar dois arcos acima e abaixo da linha AB. Fazer centro em O e traçar outros dois arcos que cortem os dois primeiros nos pontos 1 e 2. Traçar uma perpendicular por estes pontos para determinar o meio de AO, marcando o ponto 3. Com centro em 3 e abertura igual a 3-A, traçar um arco AO. Ligar 3 com C, determinando o ponto 4. Abrir o compasso com medida igual a C-4, traçando, a seguir, o arco EF. Com esta mesma medida, marcar ao longo da circunferência para dividi-la em 10 partes iguais. Ligar finalmente estas partes através de retas. _________________________________________________________________________________________________ 18 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DIVIDIR UMA CIRCUNFERÊNCIA EM 9 PARTES IGUAIS E INSCREVER O ENEÁGONO Fig. 21 Traçar a circunferência e também os diâmetros AB e 1D, marcando também o centro O. Em seguida (com a mesma abertura do compasso) traçar o arco OE. Abrir o compasso com medida igual a DE, centrar em D e traçar o arco EF. Continuando com a mesma abertura, centrar em F e traçar o arco 1G. A distancia GA é igual a um dos lados que dividirá a circunferência em 9 partes iguais. Bastará, portanto, abrir o compasso com esta medida, centrar em 1 e marcar 2; centrar em 2 e marcar 3, e assim sucessivamente. Depois, unir estes pontos através de retas, para inscrever o eneágono dentro da circunferência. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 19 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇAR O HEPTÁGONO PELO PROCESSO GERAL. (Obs.: Este processo permite dividir a circunferência em qualquer número de partes iguais.) Fig. 22 Traçar a circunferência e também os diâmetros 1C e AB, prolongando um pouco para além da circunferência a linha de diâmetro AB. Depois, ao lado do diâmetro 1C, traçar outra linha formando um angulo qualquer. Abrir o compasso com uma medida qualquer e marcar na linha inclinada tantas vezes quantas se quer dividir a circunferência (no caso 7 vezes). Continuando, com o auxilio da régua e esquadro, ligar 7 a C, e mantendo a mesma inclinação, ligar os outros números à linha de centro e marcar nessa linha apenas o número 2. Abrir o compasso com medida igual a 1C, centrar em C e traçar um arco que corte o prolongamento do diâmetro AB. Centrar em 1 e traçar outro arco que corte o primeiro, marcando o ponto D. Ligar D ao ponto 2 do diâmetro vertical e prolongar até tocar a circunferência, marcando o ponto 2'. A distancia 1-2' é uma das partes que dividirá em 7 partes iguais. Atenção: sejam quantas forem as partes em que se queira dividir a circunferência, a linha que parte de D deverá sempre passar pelo ponto 2 do diâmetro vertical. _________________________________________________________________________________________________ 20 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DADO O EIXO MENOR AB, CONSTRUIR O ÓVULO. Fig. 24 Traça-se o eixo menor AB e divide-se ao meio, por onde passará o eixo maior CD. Centra-se em 5 e traça-se uma circunferência, marcando o ponto 6. A seguir, liga-se A com 6 e prolonga-se para além da circunferência. Faz-se o mesmo partindo de B. Depois, abre-se o compasso com medida AB, centra-se em A e traça-se um arco que, partindo de B, pare na linha A6, marcando o ponto 7. Muda-se o compasso para B, traça-se outro arco que, partindo de A, pare na linha B6, marcando o ponto 8. Finalmente, centrase no ponto 6 e traça-se um arco que ligue 7 a 8, completando assim o óvulo. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 21 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DADO O EIXO MAIOR, TRAÇAR A OVAL DE DUAS CIRCUNFERÊNCIAS Fig. 25 Traça-se o eixo maior AB e divide-se-o em três partes iguais, marcando os pontos 1 e 2. Centra-se o compasso em 1 e com abertura igual a A1, traça-se a primeira circunferência. Muda-se o compasso para o ponto 2 e traça-se a segunda circunferência, marcando os pontos 3 e 4. Liga-se 3 com 1 e prolonga-se marcando o ponto 5. Liga-se 3 com 2 e prolonga-se, marcando o ponto 6. Liga-se 4 com 1 e prolonga-se marcando o ponto 7. Liga-se 4 com 2 e prolonga-se marcando o ponto 8. Em seguida, abre-se o compasso com medida igual a 3,5, centra-se em 3 e traça-se um arco ligando 5 a 6. Muda-se o compasso para o ponto 4 e traça-se outro arco, ligando 7 a 8 e completando assim a oval. _________________________________________________________________________________________________ 22 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇAR A OVAL DE TRÊS CIRCUNFERÊNCIAS Fig. 26 Inicialmente traça-se o eixo AB e divide-se-o em quatro partes iguais, marcando os pontos 1, 2 e 3. Abre-se o compasso com medida igual a A1, centra-se em 1 e traça-se a primeira circunferência. Muda-se o compasso para 2 e traça-se a segunda, marcando os pontos 4 e 5. Centra-se em 3 e traça-se a terceira circunferência, marcando os pontos 6 e 7. Liga-se 1 com 4 e prolonga-se nos dois sentidos, marcando os pontos D e C. Liga-se 3 com 6 e prolonga-se até cruzar com a primeira, marcando os pontos D e E. Depois, liga-se 1 com 5, prolonga-se e marca-se os pontos F e G liga-se 3 com 7 e também prolongase nos dois sentidos, marcando os pontos G e H. Os pontos D e G são os vértices da oval. Centra-se, portanto, em D e com abertura DC, traça-se um arco ligando C com E. Muda-se o compasso para G e com a mesma abertura, traça-se outro arco, ligando F com H. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 23 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇADO DA ESPIRAL DE DOIS CENTROS Fig. 27 Primeiramente traça-se o eixo AB. Depois, no meio do eixo, marcam-se os pontos 1 e 2. Centra-se o compasso no ponto 1 e com abertura igual a 1-2, traça-se o arco 2-C. Centra-se em 2 e traça-se o arco CD. Centra-se em D e faz-se outro arco DE. E assim por diante, centra-se alternativamente em 1 e 2 e vão se traçando arcos. _________________________________________________________________________________________________ 24 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇADO DA ESPIRAL DE TRÊS CENTROS Fig. 28 Constrói-se primeiro um pequeno triângulo equilátero e marcamse os pontos 1, 2 e 3. Liga-se 1 com 2 e prolonga-se. Liga-se 2 com 3 e prolonga-se. Liga-se 3 com 1 e prolonga-se. Depois, centra-se em 3 e faz-se o arco 1,3; centra-se em 2 faz-se o arco 3,2; centra-se em 1 faz-se o arco 2,1 e assim um arco será sempre a continuidade de outro. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 25 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇADO DA ESPIRAL DE QUATRO CENTROS Fig. 29 Traça-se primeiramente um pequeno quadrado e marcam-se os pontos 1, 2, 3 e 4. Depois, faz-se uma reta ligando 1 com 2, outra ligando 2 com 3; outra ligando 3 com 4 e outra ligando 4 com 1. Em seguida, centra-se o compasso em 4 e traça-se o arco 1,4; centro em 3, arco 4,3; centro em 2, arco 3,2; centro em 1, arco 2,1. Como nas figuras anteriores, um arco é sempre a continuidade do outro. _________________________________________________________________________________________________ 26 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇADO DA ESPIRAL POLICÊNTRICA Fig. 30 Desenha-se um hexágono e numeram-se os pontos de um a seis. Depois, traçam-se retas ligando (e prolongando) 1 com 6; 6 com 5; 5 com 4; 4 com 3; 3 com 2; 2 com 1 e 1 com 6. Estas retas não têm um tamanho determinado. Como nas outras espirais, centra-se o compasso em 1 e faz-se o arco 6,1. Centro em 2, arco 1,2; centro em 3, arco 2,3; centro em 4, arco 3,4; centro em 5, arco 4,5; centro em 6, arco 5,6. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 27 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ DESENVOLVIMENTO LATERAL DE UM CILINDRO Fig. 31 Fig. 33 Fig. 32 As figuras 31, 32 e 33 mostram o desenvolvimento lateral de um cilindro, que é um retângulo, cujo comprimento é igual ao diâmetro médio encontrado, multiplicado por 3,142. Em planificação de chapas, tanto em funilaria industrial como em caldeiraria, deve-se sempre usar o diâmetro médio, indicado aqui pelas letras DM. Método para se encontrar o DM. Se o diâmetro indicado no desenho for interno, acrescenta-se uma vez a espessura do material e multiplica-se por 3,142. 1º exemplo: Diâmetro indicado no desenho 120mm interno; espessura do material, 3mm. 120 + 3 = 123. O número 123 é o DM encontrado e é ele que deve ser multiplicado por 3,142. 2º exemplo: O diâmetro indicado no desenho é 120mm externo: subtrai-se uma vez a espessura do material . Assim, 120 - 3 = 117. O número 117 é o DM encontrado e é ele que deve ser multiplicado por 3,142. Obs.: Em chaparia é costume usar-se apenas o número 3,14 ao invés de 3,142. Entretanto, se acrescentarmos 0,0004 (quatro décimos milésimos) ao 3,1416 obteremos o número 3,142 que dá uma melhor precisão ao diâmetro da peça que será confeccionada. Para confirmar seguem-se dois exemplos: 1º 120 X 3,14 = 376. 2º 120 X 3,142 = 377. Verifica-se assim que obtivemos uma melhor aproximação. _________________________________________________________________________________________________ 28 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ PLANIFICAÇÃO DE CILINDRO COM UMA BASE (BOCA) NÃO PARALELA - PROCESSO 1 Fig. 35 Fig. 34 Acha-se o diâmetro médio e desenha-se inicialmente a vista de elevação (fig. 34). A seguir, traça-se o semicírculo 1-7, o qual será dividido em um número qualquer de partes iguais, 1-2-3-45-6-7. A partir destes pontos serão levantadas perpendiculares que tocarão a parte inclinada do cilindro marcando-se os pontos 1'-2'-3'4'-5'-6'-7'. A seguir, multiplica-se o DM por 3,142 e sobre uma reta que deverá ser traçada ao lado da fig. 34, marca-se o comprimento encontrado. Divide-se esta reta em partes iguais (exatamente o dobro das divisões feitas na fig. 34). Por estas divisões serão levantadas perpendiculares. Depois, partindo dos pontos 1'-2'-3'-4’-5'-6'-7' (localizados na parte inclinada do cilindro), traçam-se retas horizontais que cruzarão com as verticais levantadas anteriormente, marcando os pontos 1"-2"3"-4"-5"-6"-7". _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 29 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Finalmente, unem-se estes pontos com o auxilio de uma régua flexível. DESENVOLVIMENTO DE CILINDRO COM UMA BASE (BOCA) NÃO PARALELA - PROCESSO 2 Fig. 37 Fig. 36 Como sempre, acha-se primeiro o diâmetro médio como foi explicado nas figuras 31, 32 e 33. A seguir, desenha-se a vista de elevação do cilindro e marca-se o angulo de inclinação ABC. Traça-se o arco AC e divide-se-o em um número qualquer de partes iguais. Multiplica-se o DM por 3,142 e marca-se o comprimento encontrado 1-1 sobre uma reta qualquer. Levantam-se as perpendiculares 1-7 e 1-14. Transporta-se com o compasso o arco AC para as verticais 1-7 e 1-14, dividindo-os em partes iguais. Unem-se estas partes através das retas 1-8, 2-9, 3-10, 4-11, 5-12, 6-13 e 7-14. Divide-se a reta 1-1 no mesmo número de partes iguais e levantam-se perpendiculares _________________________________________________________________________________________________ 30 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ que cruzarão com as horizontais traçadas anteriormente. Marcam-se os pontos de cruzamento e unem-se-os com uma régua flexível. PLANIFICAÇÃO DE CILINDRO COM UMA BASE (BOCA) NÃO PARALELA - PROCESSO 3 Fig. 39 Fig. 38 Muitas vezes, a chapa em que se está traçando a peça é pequena, sendo suficiente apenas para fazer o desenvolvimento, não tendo espaço para se traçar a vista de elevação do cilindro. Neste caso, utiliza-se o processo 3, que consiste em se traçar a vista de elevação (Fig. 38) em qualquer pedaço de chapa (em separado) com todos os detalhes já indicados nas figuras anteriores. Depois traça-se a linha AB na chapa em que se está traçando a peça. Dividir-se-á em partes iguais e levantam-se perpendiculares. Então, abre-se o compasso com abertura igual a 1A (Fig. 38) e marca-se esta medida no desenvolvimento (Fig. 39). Volta-se ao perfil e pega_________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 31 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ se a medida 2B passando-a para o desenvolvimento. Pega-se a medida 3C transportando-a também. E assim por diante, sempre marcando as medidas à esquerda e à direita da linha de centro 7G da Fig. 39. PLANIFICAÇÃO DE CILINDRO COM AS DUAS BASES (BOCAS) INCLINADAS Fig. 40 Fig. 40 Esta peça é bastante semelhante às que foram desenhadas anteriormente, com a única diferença de que tem as duas bocas inclinadas. Pelo próprio desenho desta página, verifica-se como é fácil a planificação. Basta que se divida o semicírculo AB em partes iguais e se levantem perpendiculares, marcando os pontos 1-2-3-4-5-6-7 e 1'-2'-3'-4'-5'-6'-7'. Levantam-se perpendiculares também na parte que será desenvolvida (Fig. 41). O cruzamento das linhas horizontais que partem da _________________________________________________________________________________________________ 32 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ fig. 40, com as verticais da fig. 41 formam as linhas de desenvolvimento EF e CD. Obs.: Esta figura também pode ser desenvolvida transportandose as medidas com o compasso ao invés de se cruzarem as linhas. PLANIFICAÇÃO DE COTOVELO DE 45º Fig. 42 Fig. 43 O cotovelo de 45º é largamente utilizado em instalações industriais. Nas figuras anteriores mostrou-se como se desenvolve tubos com a face em grau, não sendo necessário explicar-se aqui como se faz o desenvolvimento, porque o _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 33 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ cotovelo nada mais é do que dois tubos desenvolvidos com o mesmo grau. Assim, dois tubos de 22,5º formam o cotovelo de 45º Obs.: Os encanadores, pelo fato de trabalharem com tubos já prontos, deverão desenvolver os modelos em chapa fina e para isso deverão medir o diâmetro externo do tubo e multiplicá-lo por 3,142. PLANIFICAÇÃO DE COTOVELO DE 90º _________________________________________________________________________________________________ 34 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig.45 Fig. 44 As figuras 44 e 45 que representam o cotovelo de 90º, não precisam também de maiores explicações. Basta que se desenvolvam dois tubos de 45º, como já foi explicado anteriormente, e solde-se um no outro. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 35 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ INTERSEÇÃO DE UM CILINDRO POR OUTRO DE DIÂMETRO IGUAL Fig. 50 Fig. 49 A interseção de dois cilindros saindo a 90º um do outro, também chamada "boca de lobo", é uma das peças mais usadas em funilaria industrial e é de fácil confecção. Basta que se trace inicialmente a vista de elevação, e se divida o arco AB (Fig. 49) em partes iguais e marquem-se os pontos 1-2-3-4-5-6-7. A partir destes pontos levantam-se perpendiculares, até tocar o tubo superior, marcando os pontos 1'-2'-3'-4'-5'-6'-7'. A seguir, acha-se o diâmetro médio, multiplicase por 3,142 e a medida encontrada marca-se em uma reta CD na mesma direção de AB, e divide-se em partes iguais marcando-se os pontos M-N-O-P-Q-R-S-R-Q-P-O-N-M. A partir destes, levantam-se perpendiculares. Depois, partindo dos pontos 1'-2'-3'-4' etc., traçam-se linhas horizontais que cruzarão com as verticais e levantadas anteriormente, marcando os _________________________________________________________________________________________________ 36 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ INTERSEÇÃO DIFERENTES DE CILINDROS COM DIÂMETROS Fig. 51 Fig. 52 Fig. 53 A interseção de cilindros com diâmetros diferentes, saindo a 90º um do outro, é feita da mesma forma como foi explicado nas figuras 49 e 50. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 37 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ TRAÇADO DO TRONCO DE CONE - PROCESSO 1 Fig. 76 Fig. 75 O tronco de cone é provavelmente a peça mais usada nas indústrias, seja para reduzir uma tubulação, seja para escoamento de líquidos etc. É também uma das peças mais fáceis de serem traçadas. No exemplo presente, traça-se _________________________________________________________________________________________________ 38 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ primeiro a vista de elevação (Fig. 75) e em sua base maior o arco AB, o qual divide-se em partes iguais 1-2-3-4-5-6-7-8-9. Prolonga-se a linha AC e DB até tocar no ponto S que é vértice do cone. Fazendo centro em S traça-se o arco EF a partir da base AB. Com mesmo centro e partindo da base CD traça-se outro arco. A seguir, abre-se o compasso com abertura igual a uma das divisões do arco AB, e marcam-se o dobro destas divisões no arco EF. (Ex.: se a vista de elevação está dividida em oito partes iguais, evidentemente, seu dobro é 16, como na Fig. 76.) Liga-se E ao vértice S, marcando o ponto C. Liga-se F ao vértice S, marcando o ponto H. O arco GH é a boca TRAÇADO DO TRONCO DE CONE - PROCESSO 2 Fig. 77 Traça-se a vista de elevação ABCD. Na base maior traça-se o arco 1-9, o qual divide-se em partes iguais 1-2-3-4-5-6-7-8-9. Prolongam-se as linhas AC e BD de modo que se cruzem, marcando o vértice S. Abre-se o compasso com medida igual a SA e traça-se o arco maior. Com mesmo centro e medida igual a SC, traça-se o arco menor. A seguir, com abertura de compasso igual a uma das divisões do arco 1-9, marcam-se a partir da linha de centro, metade para cada lado (1-2-3-4-5-6-7-8-9) no arco maior, determinando os pontos 9 e 9e. Liga-se o ponto 9 ao vértice S, marcando o ponto F no arco menor. Liga-se o ponto 9e ao vértice S, marcando o ponto G no arco menor, completando a figura. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 39 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ CONE CORTADO POR UM PLANO OBLÍQUO ENTRE A BASE E O VÉRTICE Fig. 82 Fig. 81 Desenha-se a vista de elevação do cone (Fig. 81) e o semicírculo 1-7. O qual divide-se em partes iguais 1-2-3-4-5-6-7. Por estes pontos levantam-se verticais até tocar a base do cone e daí elas serão elevadas até o vértice, marcando no plano oblíquo os pontos A-B-C-D-E-F-G. Estes pontos serão transportados para o lado G7 do cone. Depois, com abertura de compasso igual a S7, traça-se o arco maior 1'-1', o qual dividese em partes iguais, utilizando-se para isso uma das divisões do semicírculo 1-7. Numeram-se no arco maior os pontos 1'-2'-3'-4' 5'-6'-7'-6'-5'-4'-3'-2'-1' e a partir destes pontos, traçamse as retas em direção ao vértice S. A seguir, partindo dos pontos A-B-C-D-E-F-G (do lado do cone) traçam-se arcos que cortem as retas traçadas anteriormente. _________________________________________________________________________________________________ 40 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ CURVA DE GOMO COM UM GOMO INTEIRO E DOIS SEMIGOMOS Fig.103 Fig. 104 Fig. 102 Processo para se achar com o compasso o semigomo: Centra-se em A e traça-se um arco. Centra-se em B e- traça-se outro arco de modo que corte o primeiro no ponto 45°, dividindose a curva em duas partes iguais. Depois, divide-se cada uma destas partes em outras duas partes iguais, marcando os pontos C e D que são os ângulos de 22,5° correspondentes aos semigomos. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 41 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 112 Fig. 111 Traça-se da mesma forma da “unha inclinada”. _________________________________________________________________________________________________ 42 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ QUADRADO PARA REDONDO CONCÊNTRICO Fig. 141 Fig. 142 Fig. 140 Fig. 143 _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 43 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Desenha-se a vista de planta (Fig. 140) e divide-se a boca redonda em partes iguais, as quais serão ligadas aos cantos da parte quadrada. Para se achar a verdadeira grandeza da peça, desenha-se a altura normal da peça (Fig. 142) e depois abre-se o compasso com medida A1 (Fig. 140), centra-se em E (Fig. 142) e marca-se um ponto que será ligado ao ponto F. Volta-se à Fig. 140, pega-se a medida A', a qual também é transportada para a Fig. 142. Sendo a peça concêntrica, as linhas 2 e 3 (Fig. 140) têm a mesma dimensão, como também as linhas 1 e 4 são iguais. Deve-se transportar também o deslocamento da peça indicado na planta com a letra D e na Fig. 142 com a letra D' . Para se fazer o desenvolvimento (Fig. 143) traça-se a linha de centro G1. Abre-se então o compasso com medida AH (Fig. 140), centra-se no ponto G (Fig. 143) e marcam-se os pontos I e J. Vai-se à Fig. 142, pega-se a medida 1F, passa-se para a Fig. 143, centra-se em I e depois em J e traçam-se dois arcos que se cruzem na linha de centro, marcando o ponto 1. Abre-se o compasso com medida 1-2 (Fig. 140), centra-se no ponto 1 da Fig. 143 e traçam-se dois arcos. Pega-se a medida 2F da Fig. 142, centra-se em I e J da Fig. 143 e traçam-se outros dois arcos que cruzem com os anteriores, marcando os pontos 2. E assim por diante, até o final da peça, quando, por último, se 1 deverá usar a medida AK e D para concluir a peça. _________________________________________________________________________________________________ 44 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ REDONDO PARA QUADRADO CONCÊNTRICO Metade do desenvolvimento Fig. 147 Todo quadrado para redondo deve ter a base e o colarinho para o encaixe dos flanges que serão parafusados na tubulação. Fig. 144 Linha de verdadeiras grandezas (V.G.) Fig. 146 Fig. 145 Processo de traçagem igual ao da peça anterior. Na prática, é desnecessário desenhar a vista de elevação como também toda a vista de planta sempre que a figura for concêntrica. Aqui ela é desenhada para maior nitidez da peça e mehor compreensão do observador. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 45 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ QUADRADO PARA REDONDO COM O DIÂMETRO DA BASE (BOCA) REDONDA IGUAL AO LADO DO QUADRADO Fig. 150 Fig. 149 Fig. 148 _________________________________________________________________________________________________ 46 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Metade do desenvolvimento Linha D Fig. 151 Linha L Em quadrado para redondo ou retângulo para redondo, o encontro da linha D com alinha L deve ter sempre 90º. Neste caso de bocas com a mesma dimensão, a linha D (linha de deslocamento) é igual à própria altura da peça. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 47 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ RETÂNGULO PARA REDONDO Fig. 153 Fig. 152 _________________________________________________________________________________________________ 48 CST Compánhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 154 Metade do Desenvolvimento Muitas vezes, quando se vai traçar uma peça, o espaço na chapa é pouco, não sendo possível traçar a Fig. 150 do desenho anterior. Neste caso, usa-se o recurso apresentado na Fig. 152, isto é, prologa-se o lado AB da visrta de planta até que tenha a altura da peça (Fig. 153) e então, centrando o compasso no ponto A (Figura 152), descrevem-se arcos que, partindo dos pontos de divisão da boca redonda, parem na linha AC e daí ele serão ligados ao ponto E. O resto é como nas figuras anteriores. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 49 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ INTERSEÇÃO DE UM CONE COM UM CILINDRO COM EIXOS A 90° - PROCESSO 1 Fig. 202 Fig.201 _________________________________________________________________________________________________ 50 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 203 Desenham-se as vistas de planta e elevação. Divide-se a semicircunferência AB (Fig. 202), em sete partes iguais, obtendo os pontos 1-2-3-4-5-6-7. Partindo destes pontos, traçam-se paralelas até encontrar o lado CD do cone, marcando ai os pontos 1-2-3-4-5 -6-7 . pestes pontos traçam-se linhas verticais até tocar a linha de centro EF da Fig. 201, marcando os pontos 1'-2'-3'-4'-5'-6'-7'. Então, centrando o compasso no ponto S, e partindo destes pontos, traçam-se arcos de modo que cruzem a linha de centro. Divide-se a semicircunferência GH da vista de planta no mesmo número de partes iguais da anterior e traçamse paralelas de modo que cruzem com os arcos traçados anteriormente, marcando os pontos 8-9-10-11-12-13. Partindo destes pontos, levantam-se perpendiculares que cruzem com as paralelas do cilindro na Fig. 202 e o encontro das verticais com as horizontais forma a linha de interseção. O desenvolvimento (Fig. 203) é feito transportando-se as alturas com o compasso de modo já conhecido. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 51 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 258 Traçada a Fig. 256, é preciso determinar o comprimento das laterais. Para isso, pode-se usar dois processos. Primeiro processo: Multiplica-se o diâmetro D por 3,14 e o produto dividese por 4, o resultado X da divisão é a medida com a qual devese abrir o compasso, e centrando no ponto M, marca-se N. Como os diâmetros das polias são diferentes, deve-se fazer uma conta para cada polia. Temos então a fórmula: Dxπ =X 4 D x 3,14 =X 4 Exemplo: Suponhamos uma polia com 120mm de diâmetros: 1º ) 120 x 3,14 =X 4 2º ) 120 x 3,14 = 376,80 3º ) 376,8 : 4 = 94,2 Resp. 94,2 é a medida com a qual deve-se abrir o compasso e centrar no ponto M, marcando N. 2.° processo: Multiplica-se o raio por 1,57 e o resultado já é a medida procurada. Exemplo para a mesma polia anterior: O ralo de 120 mm é 60 mm. 60 x 1,57 = 94,2 Esta fórmula é mais rápida porque com uma única conta se acha a medida procurada. Obs.: o número 1,57 é constante valendo para qualquer raio, devendo, portanto, ser guardado de memória. Caso haja esquecimento, basta se lembrar que 1,57 é a metade de 3,14. A vista em perspectiva mostra como deve ficar a peça depois de acabada. _________________________________________________________________________________________________ 52 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Tubulação Industrial Principais materiais para Tubos Empregam-se hoje em dia uma variedade muito grande de materiais para a fabricação de tubos. Só a A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) especifica mais de 500 tipos diferentes de materiais. Damos a seguir um resumo dos principais materiais usados: Tubos metálicos Aços-carbono (carbon-steel Aços-liga (low alloy, high alloy steel) Aços inoxidáveis (stainless-steel) Ferrosos Ferro fundido (cast iron) Ferro forjado (wrought iron) Ferros ligados (alloy cast iron) Ferro modular (nodular cast iron) Cobre (copper) Latões (brass) Cupro-níquel Não ferrosos Alumínio Níquel e ligas Metal Monel Chumbo (lead) Titânio, Zircônio Tubos não metálicos Tubos de aço com revestimento interno de Cloreto de poli-vinil (PVC) Polietileno Acrílicos Materiais plásticos Acetato de celulose Epoxi Poliésteres Fenólicos etc. Cimento-amianto (transite) Concreto armado Barro vibrado (clay) Borrachas Vidro Cerâmica, porcelana etc. Zinco materiais plásticos elastômeros (borrachas), ebonite, asfalto concreto vidro, porcelana, etc. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 53 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Veremos adiante, com mais detalhes, os tubos dos materiais de maior importância industrial. A escolha do material adequado para uma determinada aplicação é sempre um problema complexo, cuja solução depende principalmente da pressão e temperatura de trabalho, do fluido conduzido (aspectos de corrosão e contaminação), do custo, do maior ou menor grau de segurança necessário, das sobrecargas externas que existirem, e também, em certos casos, da resistência ao escoamento (perdas de carga). Voltaremos mais adiante a todas essas questões. Processos de Fabricação de Tubos Há quatro grupos de processos industriais de fabricação de tubos: Laminação (rolling) Tubos sem costura (seamless Pipe) Extrusão (extrusion) Fundição (casting) Tubos com (welding). costura (welded pipe)-Fabricação por solda Os processos de laminação e de fabricação por solda são os de maior importância, e por eles são feitos mais de 2/3 de todos os tubos usados em instalações industriais. Fabricação de tubos por laminação Os processos de laminação são os mais importantes para a fabricação de tubos de aço sem costura; empregam-se para a fabricação de tubos de aços-carbono, aços-liga e aços inoxidáveis, desde 8 cm até 65 cm de diâmetro. Há vários processos de fabricação por laminação, o mais importante dos quais é o processo “Mannesmann”, que consiste resumidamente nas seguintes operações: _________________________________________________________________________________________________ 54 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ 1. Um lingote cilíndrico de aço, com o diâmetro externo aproximado do tubo que se vai fabricar, é aquecido a cerca de 1.200°C e levado ao denominado “laminador oblíquo”. Fig. 1 Fabricação de tubos por laminação - Laminador oblíquo “Mannesmann”. (Cortesia da Cia. Siderúrgica Mannesmann.) 2. O laminador oblíquo tem rolos de cone duplo, cujos eixos fazem entre si um pequeno ângulo (Fig.1). O lingote é colocado entre os dois rolos, que o prensam fortemente, e lhe imprimem, ao mesmo tempo, um movimento helicoidal de rotação e translação. Em conseqüência do movimento de translação o lingote é pressionado contra uma ponteira cônica que se encontra entre os rolos. A ponteira abre um furo no centro do lingote, transformando-o em tubo, e alisa continuamente a superfície interna recém-formada. A ponteira, que é fixa, está colocada na extremidade de uma haste com um comprimento maior do que o tubo que resultará. 3. O tubo formado nessa primeira operação tem paredes muito grossas. A ponteira é então retirada e o tubo, ainda bastante quente, é levado para um segundo laminador oblíquo, com uma ponteira de diâmetro um pouco maior, que afina as paredes do tubo, aumentando o comprimento e ajustando o diâmetro externo. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 55 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ 4. Depois das duas passagens pelos laminadores oblíquos o tubo está bastante empenado. Passa então em uma ou duas máquinas desempenadoras de rolos. 5. O tubo sofre, finalmente, uma série de operação de calibragem dos diâmetros externo e interno, e alisamento das superfícies externa e interna. Essas operações são feitas em várias passagens em laminadores com mandris e em laminadores calibradores (Fig. 2). Fig. 2 Fabricação de tubos por laminação - Laminadores de acabamento. (Cortesia da Cia. Siderúrgica Mannesmann.) _________________________________________________________________________________________________ 56 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Processos de Extrusão e Fundição 1. Extrusão — Na fabricação por extrusão, um tarugo maciço do material, em estado pastoso, é colocado em um recipiente de aço debaixo de uma poderosa prensa. Em uma única operação, que dura no total poucos segundos, dão-se as seguintes fases (Fig. 3): Fig. 3 Fabricação de tubos por extrusão (Cortesia da Cia. Siderúrgica Mannesmann.) a) O êmbolo da prensa, cujo diâmetro é o mesmo do tarugo, encosta-se no tarugo. b) O mandril, acionado pela prensa, fura completamente o centro do tarugo. c) Em seguida, o êmbolo empurra o tarugo obrigando o material a passar pelo furo de uma matriz calibrada e por fora do mandril, formando o tubo. Para tubos de aço a temperatura de aquecimento é da ordem de 1.200°C; as prensas são sempre verticais e o esforço da prensa pode chegar a 1.500 t. Os tubos de aço saem dessa primeira operação curtos e grossos; são levados então, ainda quentes, a um laminador de rolos para redução do diâmetro. Vão finalmente para outros laminadores que desempenam e ajustam as medidas do diâmetro e da espessura das paredes. Fabricam-se por extrusão tubos de aço de pequenos diâmetros (abaixo de 8 cm) e também tubos de alumínio, cobre, latão, chumbo e outros metais não ferrosos, bem como de materiais plásticos. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 57 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ 2. Fundição — Nesses processos o material do tubo, em estado líquido, é despejado em moldes especiais, onde solidifica-se adquirindo a forma final. Fabricam-se por esse processo, tubos de ferro fundido, de alguns aços especiais não-forjáveis, e da maioria dos materiais não-metálicos, tais como: barro vidrado, concreto, cimentoamianto, borrachas etc. Para os tubos de ferro fundido e de boa qualidade, usa-se a fundição por centrifugação, em que o material líquido é lançado em um molde com movimento rápido de rotação, sendo então centrifugado contra as paredesdo molde. O tubo resultante da fundição centrifugada tem uma textura mais homogênea e compacta e também paredes de espessura mais uniforme. Os tubos de concreto armado são também vibrados durante a fabricação para o adensamento do concreto. Fabricação de tubos com costura Fabricam-se pelos diversos processos com costura, descritos a seguir, tubos de aços-carbono, aços-liga, aços inoxidáveis e ferro forjado, em toda faixa de diâmetros usuais na indústria. Existem duas disposições da costura soldada: longitudinal (ao longo de uma geratriz do tubo) e espiral (*) (Fig. 4), sendo a longitudinal a empregada na maioria dos casos. Fig. 4 Tubo com solda em espiral. Fig. 5 Tipos de solda em tubos com costura. _________________________________________________________________________________________________ 58 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Para os tubos com solda longitudinal a matéria-prima pode ser uma bobina de chapa fina enrolada, ou chapas planas avulsas. As bobinas são usadas para a fabricação contínua de tubos de pequeno diâmetro, empregando-se as chapas planas para os tubos de diâmetros médios e grandes. A bobina ou a chapa é calandrada no sentido do comprimento até formar o cilindro, sendo então as bordas entre si; a circunferência do tubo formado é a largura da bobina ou da chapa. No caso da solda em espiral, a matéria-prima é sempre uma bobina (para a fabricação contínua), para todos os diâmetros, permitindo esse processo a fabricação de tubos de qualquer diâmetro, inclusive muito grandes. A bobina é enrolada sobre si mesma, sendo a largura da bobina igual à distancia entre duas espiras da solda. Empregam-se também dois tipos de solda: de topo (butt-weld) e sobreposta (lap-weld), cujos detalhes estão mostrados na Fig. 5. A solda de topo é usada em todos os tubos soldados por qualquer dos processos com adição de metal, e também nos tubos de pequeno diâmetro soldados por resistência elétrica. A solda sobreposta é empregada nos tubos de grande diâmetro soldados por resistência elétrica. São os seguintes os processos industriais mais importantes de execução da solda: a) Solda elétrica por arco protegido (com adição de metal do eletrodo): • Solda por arco submerso (submerged arc welding). • Solda com proteção de gás inerte (inert gas welding). b) Solda por resistência elétrica (electric resistance welding — ERW) (sem adição de metal). Nos processos de solda com adição de metal, a bobina ou a chapa é sempre dobrada a frio até o diâmetro final; a conformação pode ser conseguida pela dobragem contínua da bobina, por meio de rolos, em máquinas automáticas, ou pela calandragem ou prensagem de cada chapa. Qualquer que seja o processo de soldagem, a solda é feita sempre a topo e com o mínimo de dois passes, um dos quais, nos tubos de boa qualidade, é dado pelo lado interno do tubo. Em qualquer caso, exige-se sempre que os bordos da bobina ou da chapa sejam previamente aparados e chanfrados para a solda. A solda por arco submerso e a solda com proteção de gás inerte são feitas automática ou semi-automaticamente. O processo de solda manual é raramente empregado por ser antieconômico. Todos os processos de solda por arco protegido são usados principalmente para a fabricação de tubos de aço de grandes diâmetros (25 cm em diante), embora seja possível a fabricação de tubos desde 10 cm. A costura de solda pode ser longitudinal ou em espiral. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 59 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Os tubos com costura são quase sempre de qualidade inferior aos sem costura, mas o seu uso é bastante generalizado por serem geralmente mais baratos. No passado foram muito usados, para diâmetros grandes, tubos de chapa de aço rebitada. Esses tubos, já há bastante tempo, estão completamente em desuso. Fabricação de tubos soldados por resistência elétrica. Nos processos de solda por resistência elétrica, a bobina de chapa depois de cortada na largura certa, é conformada inteiramente a frio, em uma máquina de fabricação contínua com rolos que comprimem a chapa de cima para baixo e depois lateralmente, como mostra a Fig. 6. Uma vez atingido o formato final do tubo, dá-se a solda pelo duplo efeito da passagem de uma corrente elétrica local de grande intensidade e da forte compressão de um bordo contra o outro pela ação de dois rolos laterais. Fig. 6 Fabricação de tubos por solda de resistência elétrica. (Cortesia da Cia. Siderúrgica Mannesmann.) Há dois sistemas de condução da corrente elétrica ao tubo: 1. O processo dos discos de contato [Fig. 7 (a)] que rolam sobre o tubo com pequena pressão, próximos aos bordos a soldar. Esse processo aplica-se aos tubos de diâmetros acima de 15 cm. 2. Processo "Thermatool'`, mais moderno e aplicável aos tubos de pequeno diâmetro, em que a corrente passa entre dois eletrodos de cobre maciço que deslizam suavemente sobre os bordos do tubo, como mostra a Fig. 7 (b). Em qualquer dos casos, a corrente elétrica usada é sempre alternada, de baixa voltagem e de alta freqüência (até 400.000 ciclos/s). A corrente de alta freqüência tem a vantagem de _________________________________________________________________________________________________ 60 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ produzir um aquecimento mais uniforme e mais local, pelo fato de caminhar apenas pela superfície do metal. A intensidade da corrente, que é sempre elevada, dependerá da espessura da chapa e da velocidade de passagem do tubo pelos eletrodos. A temperatura no local da solda é da ordem de 1.400°C, devendo por isso, tanto o tubo como os eletrodos, terem uma ampla circulação de óleo de resfriamento. Imediatamente depois da solda, a rebarba externa é removida e em seguida o tubo é resfriado, desempenado, calibrado e cortado no comprimento certo. Até 15 a 20 cm de diâmetro os tubos são soldados a topo, e para diâmetros maiores a solda é sobreposta, devendo os bordos serem previamente chanfrados. As tolerâncias de fabricação dos tubos com costura de resistência elétrica (variação da espessura, do diâmetro e ovalização) podem ser bem mais rigorosas do que as relativas aos tubos sem costura. Fig. 7 Processos de soldagem por resistência elétrica. Os tubos de boa qualidade soldados por resistência elétrica costumam ser normalizados para o refinamento da estrutura próximo à solda, e para alívio das tensões resultantes da solda. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 61 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Os tubos fabricados por resistência elétrica apresentam quase sempre uma rebarba interna decorrente da solda, difícil de ser removida. Tubos de aço-carbono Devido ao seu baixo custo, excelentes qualidades mecânicas e facilidade de solda e de conformação, o aço-carbono é o denominado "material de uso geral" em tubulações industriais, isto é, só se deixa de empregar o aço-carbono quando houver alguma circunstancia especial que proíba. Desta forma, todos os outros materiais são usados apenas em alguns casos específicos. Em indústrias de processamento, mais de 80% dos tubos são de aço-carbono, que é usado para água doce, vapor de baixa pressão, condensado, ar comprimido, óleos, gases e muitos outros fluidos pouco corrosivos, em temperaturas desde — 45°C, e a qualquer pressão. Alguns tubos de aço-carbono são galvanizados, ou seja, com um revestimento interno e externo de zinco depositado a quente, com a finalidade de dar maior resistência à corrosão. A resistência mecânica do aço-carbono começa a sofrer uma forte redução em temperaturas superiores a 400°C, devido principalmente ao fenômeno de deformações permanentes por fluência (creep), que começa a ser observado a partir de 370°C, e que deve ser obrigatoriamente considerado para qualquer serviço em temperaturas acima de 400°C. As deformações por fluência serão tanto maiores e mais rápidas quanto mais elevada for a temperatura, maior for a tensão no material e mais longo for o tempo durante o qual o material esteve submetido à temperatura. (*) Em temperaturas superiores a 530°C o aço-carbono sofre uma intensa oxidação superficial (scaling), quando exposto ao ar, com formação de grossas crostas de óxidos, o que o torna inaceitável para qualquer serviço contínuo. Deve ser observado que em contato com outros meios essa oxidação pode se iniciar em temperaturas mais baixas. A exposição prolongada do açocarbono a temperaturas superiores a 440°C pode causar ainda uma precipitação de carbono grafitização), que faz o material ficar quebradiço. Por todas essas razões não se recomenda o uso de açocarbono para tubos trabalhando permanentemente a mais de 450°C, embora possam ser admitidas temperaturas eventuais até 550°C, desde que sejam de curta duração e não coincidentes com grandes esforços mecânicos. _________________________________________________________________________________________________ 62 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Quanto maior for a quantidade de carbono no aço maior será a sua dureza e maiores serão os limites de resistência e de escoamento; em compensação o aumento do carbono prejudica a ductilidade e a soldabilidade do aço. Por esse motivo, em aços para tubos limita-se a quantidade de carbono até 0,35%, sendo que até 0,30% de C a solda é bastante fácil, e até 0,25% de C os tubos podem ser facilmente dobrados a frio. Os aços-carbono podem ser "acalmados" (killed-steel), com adição de até 0,1% de Si, para eliminar os gases, ou "efervescentes" (rimed-steel), que não contêm Si. Os açoscarbono acalmados têm estrutura metalúrgica mais fina e uniforme, sendo de qualidade superior aos efervescentes Recomenda-se o emprego de aços-carbono acalmados sempre que ocorrerem .temperaturas acima de 400°C, ainda que por pouco tempo, ou para temperaturas inferiores a 0°C. Os aços de baixo carbono (até 0,25%C) têm limite de ruptura da 2 ordem de 31 a 37 kg/mm , e limite de escoamento de 15 a 22 2 kg/mm . Para os aços de médio carbono (até 0,35%C) esses 2 2 valores são respectivamente 37 a 54 kg/mm , e 22 a 28 kg/mm . Em temperaturas muito baixas o aço-carbono apresenta um comportamento quebradiço, estando sujeito a fraturas frágeis repentinas. Esse efeito é melhorado quando o aço é de baixo carbono e normalizado para obtenção de uma granulação fina. Por esse motivo, os aços para trabalho em temperaturas inferiores a 0°C devem ser aços acalmados, com o máximo de 0,3% de carbono, e normalizados para uma granulação fina. Em todos os tubos operando nessa faixa de temperaturas deve ser exigido o ensaio de impacto "Charpy" para verificação de sua ductilidade. A temperatura mínima limite para uso desses açoscarbono pela norma ANSI.B.31(*) é de —50°C, embora raramente sejam empregados em temperaturas abaixo de — 45°C. O aço-carbono quando exposto à atmosfera sofre uma corrosão uniforme (ferrugem), que é tanto mais intensa quanto maiores forem a umidade e a poluição do ar. O contato direto com o solo causa não só a ferrugem como uma corrosão alveolar penetrante, que é mais grave em solos úmidos ou ácidos; esse contato deve por isso ser sempre evitado. O aço-carbono é violentamente atacado pelos ácidos minerais, principalmente quando diluídos ou quentes. O serviço com os álcalis, mesmo quando fortes, é possível até 70°C, devendo entretanto, para temperaturas acima de 40°C, ser feito um tratamento térmico de alívio de tensões; temperaturas mais elevadas causam um grave problema de corrosão sob-tensão no aço-carbono. De um modo geral, os resíduos da corrosão do aço-carbono não são tóxicos, mas podem afetar a cor e o gosto do fluido contido. Especificações para tubos de aço-carbono _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 63 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ São as seguintes as principais especificações americanas para tubos de aço carbono: 1. Especificações Para "Tubos Para Condução" (Nomenclatura da "COPANT"), Com ou Sem Costura (welded and seamless pipes): — ASTM-A-106 — Especificação para tubos sem costura de 1/8" a 24" de diâmetro nominal, de alta qualidade, de aço-carbono acalmado, para uso em temperaturas elevadas. Essa especificação fixa as exigências de composição química, ensaios e de propriedades mecânicas que o material deve satisfazer. A especificação abrange três graus de material: Tabela 1 c% Si % Ruptura Escoamento (máx.) Mn. % (mín.) Kg/mm 0,25 0,27 — 0,93 0,10 34 20 0,30 0,29 — 1,06 0,10 41 24 0,35 0,29 — 1,06 0,10 48 27 2 2 (kg/mm ) Grau A (baixo carbono) Grau A (médio carbono) Grau A (médio carbono) Os tubos de grau "C", que só devem ser empregados até 200°C, são fabricados apenas, eventualmente, sob encomenda. Para serviços em que haja encurvamento a frio devem ser empregados tubos de grau "A". Recomenda-se o uso de tubos A-106 quando ocorrerem temperaturas de trabalho acima de 400°C. — ASTM-A-53 — Especificação para tubos de aço-carbono, de qualidade média, com ou sem costura, de 1/8" a 24" de diâmetro nominal, para uso geral. Essa especificação fixa também as exigências de composição química, de propriedades mecânicas e ensaios que o material deve satisfazer. A aço-carbono por essa especificação não é sempre acalmado. Os tubos podem ser pretos, isto é, sem acabamento, ou galvanizados. A especificação distingue 2 graus de material: — Tubos sem costura ou fabricados por solda de resistência 2 elétrica, aço de baixo carbono, ruptura 33 kg/mm , escoamento 2 20 kg/mm (grau "A"). 2 — Idem, idem, aço de médio carbono, ruptura 41 kg/mm , 2 escoamento 24 kg/mm (grau "B"). Para encurvamento a frio devem ser usados tubos de grau "A". Embora os limites máximos de temperatura permitidos pela _________________________________________________________________________________________________ 64 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ norma ANSI . B . 31 para os tubos A-53, graus A e B, sejam os mesmos dos tubos A-106 (graus A e B), os materiais dessa especificação não devem ser usados em serviço permanente acima de 400°C. Os tubos de acordo com a ASTM-A-53 são mais baratos do que os tubos de acordo com a ASTM-A-106, e por isso representam a maior parte das tubulações de aço-carbono das instalações industriais em geral. — ASTM-A-120 — Especificação para tubos de aço-carbono, com ou sem costura, pretos ou galvanizados, de qualidade estrutural, de 1/8' a 16' de diâmetro nominal. Essa especificação embora, como as anteriores, fixe as dimensões, tolerâncias, testes de aceitação etc., não prescreve exigências de composição química completa, portanto, o material não tem garantia de qualidade. A norma ANSI.B.31.3 só permite o emprego desses tubos para os fluidos denominados "categoria D", o que inclui fluidos nãoinflamáveis, não-tóxicos, em pressões até 10 kg/cm2, e em temperaturas até 180° C.(*) Esses tubos, mais baratos do que os anteriores, são, entretanto, muito usados para água, ar comprimido, condensado e outros serviços de baixa responsabilidade. Os tubos de aço A-120 não devem ser dobrados a frio e nem empregados para temperaturas acima de 200°C ou abaixo de zero °C. — ASTM-A-333 (Gr. 6) — Especificação para tubos de açocarbono, sem costura, especiais para baixas temperaturas. O aço para esses tubos tem uma taxa de carbono até 0,3%, e de manganês de 0,4 a 1,05b; é sempre normalizado para refinamento do grão e é submetido ao ensaio de impacto "Charpy" a—46°C. — API-SL — Especificação do "American Petroleum Institute" para tubos de aço-carbono de qualidade média. Abrange tubos de 1/8" a 64" de diâmetro nominal, pretos, com ou sem costura. Os graus de material, os requisitos de composição química e de propriedades mecânicas são semelhantes aos da especificação ASTM-A-53. — API-SLX — Especificação para tubos com e sem costura, fabricados com aços-carbono de alta resistência, especiais para oleodutos. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espíritro Santo 65 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Juntas de expansão Juntas de expansão As juntas de expansão são peças não-rígidas que se intercalam nas tubulações com a finalidade de absorver total ou parcialmente as dilatações provenientes das variações de temperatura e também de impedir a propagação de vibrações. As juntas de expansão são, entretanto, raramente usadas: na maioria dos casos, o controle da dilatação térmica dos tubos é feito simplesmente por um traçado conveniente dado à tubulação, com diversas mudanças de direção, de maneira que a tubulação tenha flexibilidade própria suficiente. São os seguintes os principais casos em que se justifica o emprego de juntas de expansão: 1. Quando o espaço disponível é insuficiente para que se possa ter um trajeto da tubulação com flexibilidade capaz de absorver as dilatações. 2. Em tubulações de diâmetro muito grande (acima de 20"), ou de material muito caro, onde haja interesse econômico em fazer-se o trajeto o mais curto possível. Um trajeto mais longo para uma tubulação aumenta não só o custo da tubulação em si, como também o custo das fundações, estruturas de suporte etc., principalmente no caso de tubos pesados, de grande diâmetro. 3. Em tubulações que por exigências de serviço devam ter trajetos diretos retilíneos, com um mínimo de perdas de carga ou de turbilhonamentos. 4. Em tubulações sujeitas a vibrações de grande amplitude. 5. Em certas tubulações ligadas a equipamentos que não possam sofrer grandes esforços transmitidos pelas tubulações. A junta de expansão servirá, nesse caso, para evitar a possibilidade de transmissão de esforços da tubulação para o equipamento. 6. Para a ligação direta entre dois equipamentos. Comparando-se uma junta de expansão com uma tubulação com curvas capazes de absorver uma dilatação equivalente, verifica-se que a tubulação com curvas, devido ao maior comprimento de tubo necessário, conduz a maiores valores das _________________________________________________________________________________________________ 66 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ perdas de carga e das perdas de calor, acréscimo esse que pode chegar a 20%. Em compensação, as juntas de expansão são em geral mais caras do que o comprimento adicional de tubo, principalmente para pequenos diâmetros. A desvantagem mais séria das juntas de expansão é, porém, o fato de constituírem sempre um ponto fraco da tubulação, sujeito a defeitos, a vazamentos, e a maior desgaste, podendo dar origem a sérios acidentes, e com necessidade constante de inspeção e de manutenção: essa é a principal razão do seu pouco uso. Para a encomenda de juntas de expansão, pelo menos os seguintes dados devem ser fornecidos: − Natureza e propriedades completas do fluido ou dos fluidos conduzidos. − Pressão e temperatura de operação e de projeto, variações possíveis da pressão e da temperatura, com indicação dos valores máximos e mínimos e da duração prevista dessas variações. − Tipo da junta requerida; não só o tipo geral, como também detalhes desejados (tirantes, camisa interna, anéis de equalização etc. ), como veremos adiante. − Diâmetro nominal do tubo, tipo de ligação da junta à tubulação (flange, solda, rosca), com especificação completa. − Material da tubulação (especificação completa). Condições especiais de corrosão, de abrasão ou de erosão, se houverem. − Especificação completa do isolamento térmico, se houver. − Posição de trabalho da junta (vertical, horizontal, inclinada). Cargas que estejam agindo sobre a junta. Dimensões máximas que deva ter a junta, caso existam limitações de espaço. − Valores dos movimentos axial (distensão ou contração), angular, lateral ou combinações desses, que a junta deva absorver. No item a seguir trataremos especificamente dos movimentos das juntas de expansão; a Fig. 24 mostra os tipos fundamentais desses movimentos. − Freqüência dos ciclos de aquecimento e resfriamento da tubulação e tempo de vida útil requerido para a junta de expansão. − Normas, códigos ou especificações que devam obedecidos para a fabricação, inspeção e teste da junta. ser _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 67 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ − Esquema da tubulação onde ficará a junta mostrando o sistema de suportes. Existem dois tipos gerais de juntas de expansão: Juntas de telescópio e juntas de fole ou de sanfona. Fig. 24 - Tipos de movimentos nas juntas de expansão. _________________________________________________________________________________________________ 68 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Movimentos das juntas de expansão A Fig. 24 mostra os três tipos fundamentais de movimentos que pode ter uma junta de expansão: movimento axial, movimento angular e movimento lateral (off-set). O movimento axial, que pode ser de compressão, de distensão, ou ambos, é o tipo de movimento mais comum, proveniente, em geral, da dilatação de trechos de tubos ligados à junta de expansão. Esse tipo de movimento ocorre, por exemplo, nas linhas retilíneas providas de juntas de expansão. Os movimentos angulares e laterais são característicos de juntas de expansão situadas em tubulações curtas entre dois vasos ou equipamentos. Esses movimentos freqüentemente se dão, como mostram alguns exemplos da Fig. 24, em conseqüência da dilatação própria desses vasos ou equipamentos. As juntas de expansão podem ter, evidentemente, não só esses três movimentos básicos, como também quaisquer combinações dos mesmos. Com exceção das juntas articuladas, destinadas exclusivamente a movimentos angulares, qualquer outro tipo de junta de expansão deve obrigatoriamente ser colocada entre dois pontos fixos do sistema, entendendo-se por pontos fixos Fig. 25 - Juntas de expansão de telescópio. [Cortesia da Adsco Division (Yuba Consolidated Industries Inc.)]. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 69 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ as ancoragens e os bocais de equipamentos que possuam fundação própria. Em alguns casos, como o exemplo da Fig. 25 b, a ancoragem faz parte da própria junta de expansão. Entre dois pontos fixos só pode haver uma única junta de expansão. Para as juntas articuladas exige-se que o sistema seja geometricamente estável, não podendo por isso, entre cada dois pontos fixos, existirem mais de três juntas de expansão. Juntas de telescópio As juntas de expansão de telescópio (slide joints) consistem basicamente em dois pedaços de tubo concêntricos, que deslizam um sobre o outro, cada um ligado a um dos extremos da junta (Fig. 25). Possuem uma caixa de gaxeta convencional, com sobreposta e parafusos de aperto, para conseguir a vedação entre o tubo externo e o tubo interno. As juntas de telescópio, como é evidente, só podem absorver movimentos axiais das tubulações; por essa razão devem ser adotadas medidas convenientes para impedir esforços laterais ou momentos de rotação sobre as juntas, porque tais esforços as danificariam em pouco tempo. As juntas de telescópio de diâmetros acima de 3" e de boa qualidade costumam ter, por isso, um sistema qualquer de guias para dirigir o movimento axial, evitando desalinhamentos e rotações causados por esforços laterais, principalmente quando a junta está aberta. Essas guias podem ser internas, externas ou ambas. Todas as juntas de telescópio devem ter um dispositivo limitador de curso, que impeça o desengate por abertura excessiva. Esses dispositivos podem ser batentes internos ou externos, ou também tirantes limitadores reguláveis. Alguns modelos de juntas possuem pés de fixação que trabalham como pontos de ancoragem da tubulação. As juntas de telescópio são fabricadas de aço fundido, ferro fundido, ferro fundido nodular e bronze, em diâmetros nominais 2 até 24", para pressões até 40 kg/cm e com curso até de 30 cm. Os extremos para ligação nas tubulações podem ser flangeados, ou para solda de topo, ou ainda rosqueados, nos diâmetros até 4". As juntas pequenas e baratas têm, às vezes, uma porca para aperto das gaxetas, em lugar da sobreposta com parafusos. As juntas de telescópio são empregadas principalmente para tubulações de vapor de baixa pressão, de condensado ou de água quente, em locais congestionados, onde não é possível a colocação de curvas de expansão. As juntas de telescópio só devem ser usadas para serviços leves, onde os movimentos não _________________________________________________________________________________________________ 70 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ sejam freqüentes, porque a movimentação freqüente fatalmente causara vazamentos. O engaxetamento é sempre uma causa de possíveis vazamentos, e por isso essas juntas não devem ser empregadas em serviços de responsabilidade ou com qualquer fluido perigoso. As juntas tipo "Dresser", e outras semelhantes, a que já nos referimos no sub-título Outros meios de ligação de tubos, podem também ser empregadas como juntas de expansão, para absorver pequenas dilatações, em tubulações de baixa responsabilidade, para fluidos não perigosos. Juntas de fole ou de sanfona As juntas de fole (packless, bellows joints) consistem essencialmente em uma série de gomos sucessivos feitos de uma chapa fina flexível (Fig. 26). Fig. 26 - Juntas de expansão de fole. [(b) Cosrtesia da Zallea Brothers Inc..] Como não possuem gaxetas não há o risco de vazamentos, e a manutenção é bem menor comparativamente com as juntas de telescópio. Por essa razão, podem ser usadas em serviços severos, com fluidos inflamáveis, tóxicos etc. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 71 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Mesmo assim, todas as juntas de fole são sempre pontos fracos da tubulação, não só porque a resistência mecânica do fole de chapa fina é bem menor do que a dos tubos, como também porque estão mais sujeitas à fadiga por serviços cíclicos e a maiores desgastes por corrosão e erosão. O grande risco nessas juntas é a ruptura súbita do fole, que pode causar vazamentos consideráveis ou até um incêndio de proporções. Por essa razão, em juntas importantes, a construção do fole deve ser extremamente cuidadosa. As soldas devem ser todas de topo, no menor número possível, localizadas de forma a sofrerem o mínimo com a deformação do fole, e absolutamente perfeitas. Nas juntas de boa qualidade o fole deve ter apenas uma costura soldada longitudinal, sem soldas circunferências. Devem ser feitos obrigatoriamente todos os testes não destrutivos compatíveis com o material e a espessura da chapa (raios X, "magnaflux" etc.). Depois da junta instalada e em serviço, deve haver periodicamente uma inspeção meticulosa do fole, por fora e por dentro. ç importante observar que o material do fole é uma chapa fina sujeita a deformações. onde as tensões são elevadas e, portanto, os efeitos de corrosão e erosão são muito graves. As juntas de fole, dependendo do modelo, podem permitir qualquer tipo ou combinação de movimentos. Em todas as juntas de fole, o esforço axial necessário para comprimir ou para distender a junta, é bem menor do que o esforço correspondente em uma junta de telescópio para o mesmo diâmetro e pressão de trabalho. Nenhuma junta de fole é completamente drenável quando em posição horizontal, isto é, há sempre uma certa quantidade de líquido que fica retido nas corrugações. Quando em posição vertical, há algumas juntas que são completamente drenáveis, dependendo do perfil dos gomos do fole. Note-se que mesmo ínfimas quantidades de líquidos, quando retidas no fole de chapa fina, podem causar sérios problemas de corrosão. Tipos de juntas de expansão de fole São os seguintes os tipos mais importantes de juntas dessa classe: − Juntas simples. − Juntas com anéis de equalização. − Juntas com articulação (hinge-joints). - Juntas duplas. _________________________________________________________________________________________________ 72 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ As juntas simples [Fig. 26(a)] são usadas apenas para serviços não severos ou para certas tubulações onde se possa garantir que a junta fique sempre perfeitamente guiada e suportada. Essas juntas consistem simplesmente no fole de chapa fina que é diretamente soldado aos extremos, geralmente flangeados, para ligação às tubulações. As juntas de boa qualidade costumam ter um dispositivo limitador de curso para evitar a distensão exagerada do fole, consistindo quase sempre em tirantes de aço com porcas ajustáveis como se pode vêr nos exemplos b, c e d da Fig. 26. Observe-se que não havendo os tirantes o fole ficará sujeito a uma distensão excessiva, ou mesmo à ruptura, por efeito da pressão interna que tende a aumentar indefinidamente o comprimento do fole; esses tirantes estão portanto submetidos a um esforço de tração proporcional à pressão do fluido. As juntas simples permitem movimento axial, angular, e também pequeno movimento lateral. As juntas com anéis de equalização [Fig. 26(b)] empregam-se para serviços severos com pressões altas ou quando se exijam maiores condições de segurança. Os anéis de equalização são anéis geralmente de aço fundido, bipartidos, colocados externamente entre cada gomo, com as duas metades presas entre si por meio de parafusos. Esses anéis têm por principal finalidade aumentar a resistência do fole à pressão interna, que tende a deformá-lo diametralmente; servem também para evitar a distensão ou o dobramento excessivo de cada gomo, distribuindo igualmente o esforço por todos os gomos. Pela simples inspeção da figura vê-se que, quando a junta se fecha, cada gomo só poderá ser dobrado até que o anel se encoste nos anéis vizinhos. O dobramento do côncavo de cada gomo será também limitado pelo diâmetro da parte interna do anel, que fica entre cada dois gomos. A necessidade dos anéis de equalização decorre do fato de que dificilmente se conseguirá uma junta de expansão com todos os gomos exatamente iguais entre si, isto é, exatamente com a mesma flexibilidade. Não havendo anéis de equalização, o gomo que fosse mais fraco absorveria sempre a maior parcela do movimento total, porque começaria a se deformar antes dos outros e com mais freqüência do que os outros. Esse gomo estaria assim sujeito a se romper por fadiga, não só pelo fato de ser mais fraco, como também por se deformar excessivamente. As juntas com anéis têm sempre tirantes limitadores de curso e, freqüentemente, têm também uma camisa interna para proteger o fole dos efeitos da erosão e da corrosão. Quando a junta de expansão se destina a trabalhar com fluidos que possam deixar depósitos ou sedimentos, devem ser previstas pequenas tomadas para a injeção de vapor, ar comprimido, ou outro fluido sob pressão, entre a camisa interna e o fole, para limpar o fole continuamente ou quando necessário. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 73 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Empregam-se as juntas com anéis para absorver movimentos axiais, angulares ou pequenos movimentos laterais. Quando o movimento da tubulação for apenas angular, usam-se as juntas articuladas [Fig. 26(c)] que têm uma articulação externa presa aos extremos onde se liga à tubulação. Essas juntas devem ter um sistema qualquer de limitação do movimento angular, que podem ser batentes na articulação, ou tirantes limitadores com porcas. E evidente que a própria articulação funciona como limitador de extensão e de compressão do fole. Os pinos da articulação devem ter um sistema qualquer de lubrificação permanente para facilitar os movimentos. Para a absorção de movimentos axiais e laterais combinados, ou para grandes movimentos laterais, usam-se as juntas duplas [Fig. 26(d)], que nada mais são do que duas juntas conjugadas com um pequeno trecho de tubo intermediário. É importante que o tubo intermediário seja devidamente suportado, externamente ou pelos tirantes, para que o seu peso não atue sobre nenhum dos dois foles, principalmente quando o conjunto estiver instalado em posição não vertical. Os foles de todos os tipos de juntas são fabricados de materiais resistentes à corrosão: aços inoxidáveis, cobre, metal Monel, ligas de níquel etc., de acordo com a pressão e temperatura de serviço e a natureza do fluido conduzido. Fabricam-se juntas até 4,5 m de diâmetro nominal, para temperaturas até 870°C, e para 2 pressões desde o vácuo absoluto até 40 kg/cm . O curso axial pode chegar até 20 cm e a deflexão angular permissível, nos diâmetros pequenos, pode ir até 50°. As extremidades das juntas de fole são geralmente flangeadas, ou mais raramente para solda de topo. As juntas de fole são usadas principalmente para tubulações quentes de grande diâmetro, acima de 20", casos em que geralmente não é possível ou não é econômico o emprego de curvas de expansão. _________________________________________________________________________________________________ 74 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Purgadores de vapor, separadores diversos e filtros Definição e finalidades do purgadores de vapor Os purgadores de vapor (steam-traps) são dispositivos automáticos que separam e eliminam o condensado formado nas tubulações de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar o vapor. Por essa razão, esses aparelhos deveriam ser chamados, com mais propriedade, de "purgadores de condensado". Os bons purgadores, além de removerem o condensado, eliminam também o ar e outros gases incondensáveis (CO2, por exemplo) que possam estar presentes. Os purgadores de vapor são os dispositivos de separação mais importantes e de emprego mais comum em tubulações industriais. São as seguintes as causas do aparecimento de condensado em tubos de vapor: − Em tubulações de vapor úmido o condensado se forma por precipitação da própria umidade. − Em tubulações de vapor saturado o condensado aparece em conseqüência das perdas de calor por irradiação ao longo da linha. − Em tubulações de vapor saturado ou superaquecido o condensado pode aparecer em conseqüência do arrastamento de água, proveniente da caldeira. − Em quaisquer tubulações de vapor, o condensado sempre se forma na entrada em operação do sistema, quando todos os tubos estão frios (warm-up) e, também, quando o sistema é tirado de operação e o vapor vai-se condensando aos poucos no interior dos tubos. O condensado forma-se também em todos os aparelhos de aquecimento a vapor (serpentinas, refervedores, aquecedores a vapor, autoclaves, estufas etc.), como conseqüência da perda de calor do vapor. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 75 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ A remoção do condensado do ar e de outros gases existentes nas linhas de vapor deve ser feita pelas seguintes razões: − Conservar a energia do vapor: o condensado não tem ação motora (máquinas a vapor) nem ação aquecedora eficiente (o vapor aquece cedendo o calor latente de condensação). A entrada ou a permanência do condensado nos aparelhos de aquecimento diminui grandemente a eficiência desses aparelhos. − Evitar vibrações e golpes de aríete nas tubulações, causados pelo condensado, quando empurrado pelo vapor em alta velocidade. Esses golpes ocorrem principalmente nas mudanças de direção, extremos de tubulações, válvulas etc., porque as velocidades usuais para o vapor são muito maiores (20 a 100 vezes) do que as usadas para água e, também, porque o condensado é incompressível. − Evitar a erosão rápida das palhetas das turbinas, que seria causada pelo impacto das gotas de condensado. − Diminuir os efeitos da corrosão. O condensado combina-se com o CO2 existente no vapor formando o ácido carbônico, de alta ação corrosiva. − Evitar a redução da seção transversal útil de escoamento do vapor devido à acumulação do condensado. − Evitar o resfriamento do vapor em conseqüência da mistura com o ar e outros gases. Casos típicos de emprego de purgadores Os purgadores de vapor são empregados em dois casos típicos: 1º) Para eliminação do condensado formado nas tubulações de vapor em geral (drenagem de tubulações de vapor). 2º) Para reter o vapor nos aparelhos de aquecimento a vapor (aquecedores a vapor, serpentinas de aquecimento, autoclaves, estufas etc.), deixando sair apenas o condensado. A distinção entre esses dois casos convém que seja claramente entendida, porque o sistema de instalação do purgador, em um caso ou em outro, é completamente diferente. _________________________________________________________________________________________________ 76 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Quando instalados com a finalidade de drenar linhas de vapor, os purgadores são colocados em uma derivação da tubulação, como mostra a Fig. 27. Essa derivação deve sair de uma bacia denominada "acumulador de condensado" (drip-pocket) instalada na parte inferior da tubulação de vapor. O condensado deve sempre ser capaz de correr por gravidade para dentro do acumulador. A tubulação de entrada do purgador deve estar ligada diretamente ao acumulador. Fig. 27 - Purgador para drenagem de linhas de vapor. Devem ser colocados obrigatoriamente purgadores para drenagem de condensado nos seguintes pontos de todas as tubulações de vapor, como mostra a Fig. 28: − Todos os pontos baixos e todos os pontos de aumento de elevação (colocados, nesses casos, na elevação mais baixa). Denomina-se ponto baixo qualquer trecho de tubulação em elevação inferior aos trechos adjacentes. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 77 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ − Nos trechos de tubulação em nível, deve ser colocado um purgador em cada 100m a 250m; quanto mais baixa for a pressão do vapor mais numerosos deverão ser os purgadores. − Todos os pontos extremos' (no sentido do fluxo) fechados com tampões, flanges cegos, bujões etc. − Imediatamente antes de todas as válvulas de bloqueio, válvulas de retenção, válvulas de controle e válvulas redutoras de pressão. Os purgadores destinam-se nesse caso a eliminar o condensado que se forma quando a válvula estiver fechada. − Prómo à entrada de qualquer máquina a vapor, para evitar a penetração de condensado na máquina. Fig. 28 Os purgadores instalados com a finalidade de reter o vapor em aparelhos de aquecimento, devem ser intercalados na própria tubulação de vapor e colocados o mais próximo possível da saída do aparelho (Fig. 29). A finalidade desses purgadores é aumentar, ao máximo o tempo de permanência do vapor dentro do aparelho, para que o vapor possa ceder todo o seu calor. Se não houvesse o purgador, o vapor circularia continuamente à alta velocidade, e para que a troca de calor fosse a mesma, o comprimento da tubulação de vapor dentro do aparelho teria de ser enorme. Não havendo o purgador teríamos assim um consumo exagerado com desperdício de vapor e, conseqüentemente, um baixo rendimento global do sistema de aquecimento. A instalação do purgador representa sempre considerável economia de vapor e, portanto, de combustível e _________________________________________________________________________________________________ 78 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ de dinheiro. Por todas essas razões é obrigatória a colocação de purgadores de vapor na saída de qualquer aparelho de aquecimento a vapor. Detalhes de instalação dos purgadores de vapor Damos a seguir algumas recomendações sobre detalhes de instalação dos purgadores: 1. Os purgadores devem de preferência ser colocados abaixo da cota da geratriz inferior do tubo a drenar, para que possam funcionar corretamente. Fig. 29 - Purgador na saída de um aparelho de aquecimento. Isto é, o condensado deve sempre que possível correr por gravidade do tubo ou do aparelho a drenar para o purgador, como mostram as Figs. 27 e 29. Quando não for possível fazer o condensado escoar por gravidade até o purgador, deverá ser colocada uma válvula de retenção para evitar o refluxo do condensado que será, nesse caso, empurrado pela pressão do vapor. Continuará, entretanto, havendo necessidade de um acumulador onde o condensado seja coletado por gravidade; a Fig. 30 mostra um exemplo de instalação de um purgador nessas condições. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 79 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 30 - Instalação do purgador mais alto do que alinha. 2. E muito recomendável a colocação de um filtro imediatamente antes de cada purgador. Esses filtros são obrigatórios antes dos purgadores de bóia e termostáticos. Existem alguns purgadores que já possuem um filtro no próprio corpo, dispensando assim a instalação de um filtro externo. 3. A descarga dos purgadores pode ser feita de dois modos: a) Descarga livre, isto é, o condensado é lançado fora do purgador e recolhido no sistema de drenagem do local (Fig. 27). b) Descarga para uma rede de tubulações que faz retornar o condensado à caldeira (Figs. 27, 29 e 30). Esse sistema é empregado quando for justificável economicamente a recuperação do condensado. As tubulações de retorno devem ter a menor perda de carga possível para não criarem contrapressão nos purgadores que, como veremos adiante, reduz muito a capacidade desses aparelhos. 4. Quando o purgador tiver descarga livre, basta colocar uma válvula de bloqueio antes do purgador, e uma válvula de dreno para descarregar o condensado quando o purgador estiver fora de operação (Fig. 27). Note-se que na descarga de um purgador para a atmosfera há sempre escapamento visível de vapor, dando a impressão que o purgador está defeituoso, porque deixa escapar vapor. Esse vapor que se vê é, entretanto, em sua maior parte, o que se chama "vapor de descompressão" ou "de reevaporação" (flash _________________________________________________________________________________________________ 80 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ steam), proveniente da vaporização do condensado, depois da saída do purgador, por efeito da descompressão para a atmosfera. 5. Quando o purgador descarregar para uma linha de retorno, a instalação deve ser feita como mostra a Fig. 29, com duas válvulas de bloqueio, antes e depois, e válvula de dreno. É preferível que a linha de retorno do condensado esteja situada abaixo do purgador. Caso essa disposição não seja possível, a linha de retorno deverá ter uma válvula de retenção para impedir o refluxo do condensado (Fig. 30), e a diferença de cotas até o purgador deverá ser a menor possível. Em tubulações de funcionamento contínuo, em que haja retorno do condensado, deve ser prevista uma tubulação de contorno (by-pass) com válvula de regulagem manual (válvula globo), para uso quando o purgador estiver fora de operação, ou colocados dois purgadores em paralelo, como mostra a Fig. 29. 6. Os tubos de entrada e de saída do purgador devem ter o menor comprimento possível, e devem ser, no mínimo, de diâmetro igual ao dos bocais do purgador. Quando existirem vários purgadores descarregando em uma única linha de retorno de condensado, essa linha deverá ser dimensionada para a descarga simultânea de todos os purgadores. 7. Os purgadores devem ser sempre instalados em locais de fácil acesso para a inspeção e manutenção. Quando houver descarga de condensado para a atmosfera, o purgador deve ser colocado de forma que o jato quente de condensado não atinja pessoas ou equipamentos. Deve ser previsto sempre um meio fácil de desmontagem e remoção do purgador e do filtro, o que geralmente se consegue por meio de uniões, como mostram as Figs. 27 e 30. 8. Para tubulações de diâmetro nominal até 3", inclusive, a bacia de acumulação de condensado deve ser do mesmo diâmetro da tubulação. Para diâmetros nominais de 4", ou maiores, a bacia pode ser de diâmetro menor. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 81 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Principais tipos de purgadores de vapor Os purgadores de vapor podem ser classificados em três categorias gerais: Purgadores de bóia. - Purgadores mecânicos - Agem por diferença de densidades Purgadores de panela invertida. Purgadores de panela aberta. Purgadores de expansão metálica. - Purgadores termostáticos - Purgadores de expansão líquida. Agem por diferença de tem- Purgadores de expansão balanceada peraturas (de fole). Purgadores termodinâmicos. - Purgadores especiais Purgadores de impulso. Daremos a seguir a descrição, características e emprego dos tipos mais usuais de purgadores: 1. Purgador de bóia — Esse purgador consiste em uma caixa com uma entrada de vapor e uma saída de condensado (Fig. 31). A saída do condensado é fechada por uma válvula comandada por uma bóia; quando há condensado, a bóia flutua abrindo a saída do condensado, que é expulso pela própria pressão do vapor. É necessário que a força de flutuação da bóia seja suficiente, através de alavancas, para vencer a pressão do vapor que tende sempre a fechar a válvula. Fig. 31 - Purgador de bóia. O purgador de bóia não permite a saída de ar e de outros gases; é, porém, praticamente insensível às flutuações de _________________________________________________________________________________________________ 82 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ pressão e de vazão do vapor. Alguns purgadores de bóia modernos possuem uma válvula termostática na parte superior, pela qual o ar e os gases podem ser eliminados. Dependendo da quantidade de condensado a descarga poderá ser contínua ou intermitente. Devido à possibilidade de terem descarga contínua, os purgadores de bóia são muito empregados para reter o vapor na saída de aparelhos de aquecimento. Esses purgadores são fabricados com bocais rosqueados até 3" de diâmetro, com capacidade de eliminação de condensado de até 2 50.000 kg/hora e para pressões de vapor de até 35 kg/cm. Os purgadores de bóia não podem trabalhar com pressões muito elevadas, que tenderiam a achatar a bóia. Dependendo da pressão, a caixa pode ser de ferro fundido ou aço fundido; as peças internas são quase sempre de aço inoxidável. 2. Purgador de panela invertida (inverted bucket) — É um tipo de purgador muito usado para a drenagem de tubulações de vapor. Consiste em uma caixa com entrada de vapor e saída de condensado, dentro da qual existe uma panela com o fundo para cima, comandando a válvula que fecha a saída do condensado (Fig. 32). Fig. 32 - Purgador de panela invertida. (Cortesia de Armstrong Machine Works.) _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 83 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Para o início de operação o purgador deve estar previamente cheio de água; a panela fica então pousada no fundo, abrindo a válvula, por onde sai o excesso de água, impelida pelo vapor. O vapor quando chega, é lançado dentro da panela, de onde vai sendo expulsa a água (que escapa pela saída), até que a quantidade de água dentro da panela, ficando pequena, faz com que a panela flutue, fechando a válvula de saída. O ar contido sai pelo pequeno furo existente no fundo da panela, por onde escapa também um pouco de vapor; o ar acumula-se no topo do purgador e o vapor condensa-se por saturação do ambiente. Chegando mais condensado, ou condensando-se o vapor, a panela enche-se de água, perde flutuação e afunda, abrindo a válvula. A pressão do vapor faz então sair o ar acumulado e o condensado, até que, diminuindo a quantidade de condensado dentro da panela, a flutuação é restabelecida fechando-se a válvula e repetindo-se assim o ciclo. Note-se que esse purgador precisa estar cheio de água, isto é, escorvado, para o início do funcionamento: se estiver seco, o vapor escapará continuamente até que o condensado arrastado, consiga encher o purgador e dar início aos ciclos. Observe-se também que durante todo o ciclo o purgador tem sempre uma certa quantidade de condensado no seu interior, que constitui justamente o selo para impedir o escapamento do vapor. Empregam-se esses purgadores na drenagem de condensado, para quaisquer valores da pressão e da temperatura, quando o volume de ar a eliminar é moderado e quando não é necessário que a saída do condensado seja contínua ou instantânea. Os purgadores de panela invertida são fabricados para capacidades de eliminação, de 250 a 15.000 kg/hora, com bocais rosqueados de 1/2" a 2". O corpo do purgador costuma ser de ferro fundido 2 para pressões até 35 kg/cm , e de aço fundido ou forjado para pressões maiores. O mecanismo interno completo é sempre de aço inoxidável. 3. Purgador de expansão metálica — A parte atuante desse purgador consiste em um conjunto de laminas bi-metálicas, que se curvam com o aquecimento, devido à diferença de coeficientes de dilatação dos dois metais. Quando no purgador só existe condensado (ou ar) frio, as laminas permanecem planas, e a válvula do purgador fica completamente aberta, empurrada para baixo pela própria pressão do condensado que escapa para fora. Com o aumento de temperatura do condensado as laminas se curvam iniciando o fechamento da válvula, que se completa com a chegada do vapor quente, como mostram os detalhes da Fig. 33. O modelo da Fig. 33, de fabricação "Gestra", tem um dispositivo auxiliar de labirinto na válvula, que provoca a formação de vapor de descompressão, quando o condensado escapa pela válvula semi-aberta. Esse vapor gera uma pressão que tende a _________________________________________________________________________________________________ 84 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ empurrar a válvula para baixo, opondo-se à ação das laminas bimetálicas. O balanceamento entre os dois efeitos é de tal forma que a abertura da válvula praticamente acompanha a curva de pressão/temperatura do vapor saturado, para uma larga faixa de variação de pressão, sendo assim mínima a perda de vapor, mesmo em condições variáveis de pressão ou de temperatura. 4. Purgador termostático de fole — Esse purgador consiste em uma caixa contendo no interior um pequeno fole que comanda a válvula de saída do condensado. O fole contém um líquido de ponto de ebulição inferior ao da água (Fig. 34). O purgador funciona pela diferença de temperatura que existe sempre, para a mesma pressão, entre o vapore e o condensado. O vapor, por ser mais quente, vaporiza o líquido dentro do fole, que se dilata e fecha a válvula, impedindo a saída do vapor. O condensado e o ar, como são mais palmente quando se tem grande volume de ar a eliminar. A descarga do condensado é intermitente, demorada, e a perda de vapor é relativamente grande. Não pode ser empregado para vapor superaquecido. Fig. 33 - Purgador de expansão metálica. (Cortesia de Gestra LatinoAmericana.) _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 85 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 34 - Purgador termostático de fole. 5. Purgador termodinâmico — É um aparelho de construção extremamente simples, cuja única peça móvel é um disco que trabalha dentro de uma pequena câmara abrindo ou fechando, simultaneamente, as passagens que dão para a entrada do vapor e para a saída do condensado (Fig. 6.9). O funcionamento é o seguinte: o condensado ou o ar chegando ao purgador, empurrados pela pressão do vapor, levantam o disco e escapam para fora. Chegando o vapor, a princípio ele escapa também; mas logo em seguida, o jato de vapor em alta velocidade passando por baixo do disco, cria uma zona de baixa pressão (teorema de Bernoulli) e o disco abaixa-se tendendo a fechar a saída do vapor. Assim que o disco começa a se abaixar, o vapor passa para a câmara acima do disco, e a pressão do vapor força então o disco para baixo. Ao mesmo tempo, esse movimento do disco causa uma redução na seção de saída do vapor; em conseqüência, a velocidade aumenta e a depressão causada aumenta também, até que o disco encostase na sede, fechando a saída do vapor. Como a área útil da face superior do disco é muito maior do que a área útil da face inferior, a pressão do vapor retido acima do disco mantém o purgador fechado, com o disco apertado contra a sede, enquanto houver vapor quente no purgador. Com a chegada do condensado (mais frio do que o vapor), o vapor retido acima do disco começa a se condensar, perde pressão e o disco levanta-se, repetindo-se todo o ciclo novamente. Note-se que a velocidade de escoamento do vapor é sempre muito maior do que a velocidade do condensado, devido ao grande volume específico do vapor. Se quando o purgador se abrir, em conseqüência da condensação do vapor retido acima do disco, não houver condensado para sair, escapará um pouco de vapor em alta velocidade que preenchendo o espaço acima do disco, fechará de novo rapidamente o purgador. _________________________________________________________________________________________________ 86 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Esse purgador barato, pequeno, simples e de baixa manutenção, está sendo usado cada vez mais para linhas de vapor e para linhas de aquecimento, desde que a quantidade de condensado não seja muito grande. Não deve ser usado quando a contrapressão do condensado for maior do que 50% da pressão do vapor, ou quando a pressão do vapor for inferior a 2 0,7 kg/cm . Pode, entretanto, ser empregado para altas pressões e altas temperaturas. O purgador fecha-se instantaneamente, podendo provocar um forte golpe na tubulação. Esses aparelhos são fabricados com bocais rosqueados, de diâmetros nominais de 3/8" a 1", para capacidades de eliminação de condensado até 3.000 kg/hora. Por serem peças pequenas e sujeitas a severas condições de corrosão e erosão, esses purgadores são construídos integralmente de aço inoxidável. Escolha e dimensionamento dos purgadores de vapor A escolha do purgador de vapor adequado para um determinado serviço é feita em duas etapas: primeiro a seleção do tipo e em seguida a determinação do tamanho que deve, ter o purgador. O tamanho do purgador é nado principalmente com sua capacidade de eliminação de condensado. São os seguintes os fatores que influem na escolha de um purgador: • Natureza da instalação e finalidade do purgador. • Pressão e temperatura do vapor na entrada do purgador; flutuações da pressão e da temperatura. • Descarga do condensado para a atmosfera ou para uma linha de retorno; pressão e temperatura do condensado (no caso de linha de retorno) e respectivas flutuações. • Quantidade de condensado a ser eliminada, por hora ou por dia; flutuações na quantidade de condensado. • Necessidade ou não de descarga contínua e de descarga rápida. • Perda admitida de vapor vivo. • Quantidade de ar e de outros gases presentes no vapor. • Ocorrência de golpes de aríete ou de vibrações na tubulação. • Ação corrosiva ou erosiva do vapor ou do condensado. • Facilidades necessárias de manutenção. • Custo inicial. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 87 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 35 - Purgador termodinâmico. (Cortesia de Sarco Company Inc.) _________________________________________________________________________________________________ 88 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 36 - Separadores de inércia. Fabricam-se separadores de chicanas e de ciclone até 12" de diâmetro nominal, muito usados na eliminação de água, de óleo e de poeiras em linhas de ar comprimido, de vapor e de outros gases. Os separadores que agem por capilaridade servem principalmente para a coleta e eliminação de ar e de água em tubulações de líquidos leves. Nesses aparelhos a corrente líquida atravessa elementos de tela fina ou de palhas especiais onde se formam, por diferença de capilaridade, bolhas de ar ou gotículas de água que são depois coletadas. Os separadores de absorção são aparelhos no interior dos quais existem elementos de substancias especiais capazes de absorver e reter o material que se deseja separar. A veia fluida atravessa esses elementos, onde a absorção se dá geralmente por meio de reações químicas. Os elementos absorventes têm uma vida relativamente curta, no fim da qual devem ser substituídos. Os desumidificadores de sílica-gel ou de alumina, empregados para remover umidade em correntes de ar ou de outros gases, funcionam segundo esse princípio. Quase todos os separadores, de qualquer tipo que sejam, costumam ter um pequeno depósito para coleta do material separado, um visor de nível para observação e controle, e uma torneira de dreno funcionando manual ou automaticamente. A instalação dos separadores que coletam material mais pesado do que o fluido conduzido deve ser feita nos pontos baixos das _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 89 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ tubulações, de modo semelhante aos purgadores. Esse é o caso, por exemplo, dos separadores de água em tubulações de ar (purgadores de água), que são instalados em derivações saindo dos pontos baixos da linha. Os separadores que eliminam ar e gases mais leves do que o fluido conduzido devem ser instalados nos pontos altos das tubulações. Em qualquer caso, o material a ser coletado deve sempre tender a correr por gravidade para o separador. Em linhas de vapor de grande diâmetro, o ar e outros gases incondensáveis podem-se acumular em bastante quantidade nos pontos altos da linha, principalmente no início da operação, tornando difícil a sua remoção através dos purgadores. Será necessário nesses casos a instalação de aparelhos especiais para a eliminação desses gases, colocados nos pontos altos da tubulação e dos equipamentos ligados à tubulação. Esses separadores são freqüentemente purgadores termostáticos, instalados em pequenas derivações, nos pontos altos, conjugados com os respiros da tubulação. Os aparelhos separadores muito grandes e complexos (por exemplo, os centrifugadores com motor elétrico), não são considerados como acessórios de tubulação, sendo classificados como equipamentos de processamento. Filtros para tubulações Os filtros (strainers, filters) são também aparelhos separadores destinados a reter poeiras, sólidos em suspensão e corpos estranhos, em correntes de líquidos ou de gases. São de uso comum em tubulações industriais duas classes de filtros: provisórios e permanentes. Os filtros provisórios são peças que se intercalam nas tubulações, próximo aos bocais de entrada dos equipamentos (bombas, compressores, turbinas etc.), para evitar que sujeiras e corpos estranhos deixados nas tubulações durante a montagem, penetrem nesses equipamentos quando o sistema for posto em funcionamento. Depois que as tubulações já estiverem em funcionamento normal por algum tempo e, portanto, tiverem sido completamente lavadas pelo próprio fluido circulante, os filtros provisórios deverão ser removidos. É obrigatória a colocação de filtros provisórios na entrada de todos os equipamentos que possam ser danificados pela presença de corpos estranhos, porque, por mais bem feita que tenha sido a limpeza prévia das tubulações após a montagem, é impossível garantir-se que não haja no interior das mesmas poeiras, terra, ferrugem, rebarbas de solda, pontas de eletrodos e outros materiais estranhos. _________________________________________________________________________________________________ 90 CST Companhia Suderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Os filtros permanentes, como o próprio nome indica, são acessórios instalados na tubulação de um modo definitivo. São os seguintes os principais casos de emprego dos filtros permanentes: − Tubulações com fluidos sujos apresentar corpos estranhos. que sempre possam − Casos em que se deseje uma purificação rigorosa e controlada do fluido circulante. − Tubulações de entrada de equipamentos muito sensíveis a corpos estranhos, tais como bombas de engrenagens, medidores volumétricos, certos tipos de purgadores, queimadores de caldeiras e de fornos etc. Filtros provisórios e permanentes Os filtros provisórios mais comuns são os discos de chapa perfurada ou as cestas de tela com um anel de chapa fina (Fig. 37 ); tanto uns como outros são introduzidos entre dois flanges quaisquer, onde ficam presos. Os filtros de cesta de tela devem ter uma área de filtragem de no mínimo 3 a 4 vezes a seção transversal útil da tubulação. Fig. 37 - Filtro provisório. Para facilitar a colocação e posterior retirada dos filtros provisórios, deve-se colocar uma peça flangeada qualquer (carretel, redução, joelho etc. ), na entrada dos equipamentos que devam ser providos de filtros provisórios. O filtro ficará preso a um dos flanges dessa peça, com a cesta de tela dentro da peça; para remover o filtro bastará desacoplar os flanges e retirar a peça inteira. Os filtros permanentes consistem, geralmente, em uma caixa de aço, de ferro fundido, ou de bronze, com os bocais para as tubulações de entrada e de saída, no interior da qual existem os elementos de filtragem e chicanas para conduzirem a veia fluida (Fig. 38). Os elementos filtrantes e os materiais de construção _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 91 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ dos mesmos variam de acordo com o fluido circulante, o grau de filtragem desejado, o tamanho do filtro etc. Os elementos filtrantes mais comuns são os seguintes: − Grades metálicas, chapas perfuradas, (filtragem grosseira de líquidos). telas metálicas − Telas finas, feltro, "nylon", porcelana, papel etc. (filtragem fina de líquidos). − Palhas metálicas, feltro, camurça etc. (filtragem de gases). Fig. 38 - Filtros permanentes. Conforme o modelo do filtro, os elementos filtrantes podem ter a forma de cestas cilíndricas, cones, discos, cartuchos etc. O diâmetro dos furos nas chapas perfuradas ou a abertura das malhas das telas dependem do tamanho permissível dos detritos que possam passar, em função principalmente da natureza dos equipamentos que se quer proteger. Esse dado deve ser fornecido pelo fabricante ou pelo operador do equipamento para possibilitar a escolha correta do filtro. Quanto mais apertadas forem as aberturas tanto maior será a quantidade de detritos retidos, e assim tanto mais freqüentes deverão ser as limpezas do filtro. Também, quanto menores forem as aberturas tanto menor será a percentagem de área útil de passagem no elemento filtrante e, conseqüentemente, tanto maior terá de ser o tamanho desse elemento e, portanto, do próprio filtro. Os elementos filtrantes (mesmo nos filtros provisórios) devem ser sempre de materiais resistentes à corrosão; quando metálicos, essas peças devem ser de bronze, aços inoxidáveis, metal Monel etc. A área do elemento filtrante, nos filtros permanentes, deve ser sempre bem maior do que a área da seção transversal do tubo. Essa relação, nos filtros pequenos, 1 varia de 2:1 a 4:1, e nos filtros grandes, de 2 /2:1 a 8:1. _________________________________________________________________________________________________ 92 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Todos os filtros, tanto permanentes como provisórios, causam sempre perdas de carga consideráveis na tubulação, perdas essas que aumentam muito à medida que os filtros vão ficando sujos. É muito importante por isso a limpeza periódica de todos os filtros e a remoção dos provisórios, assim que não sejam mais necessários. Para facilitar a limpeza, todos os filtros permanentes têm um dreno no ponto mais baixo e são desmontáveis, podendo-se retirar, limpar ou trocar os elementos filtrantes sem ser preciso desconectar o filtro da tubulação. Os filtros em linhas de funcionamento contínuo costumam ser duplos, com duas câmaras em paralelo, bloqueáveis com válvulas, de maneira que possa uma câmara estar trabalhando enquanto a outra estiver sendo limpa ou vice-versa. Em alguns filtros existe um dispositivo que permite a limpeza sem retirar o aparelho de serviço, mediante a injeção de um líquido sob pressão (backwash), que desagrega os detritos retidos no elemento filtrante e faz com que saiam pelo dreno do filtro. Os fabricantes de filtros costumam fornecer os valores das perdas de carga, para diversas vazões e condições de limpeza do elemento filtrante. Quando for necessário controlar com mais cuidado o estado do filtro para fixar a ocasião necessária da limpeza periódica, instala-se um manômetro antes do filtro e outro depois, determinando-se assim a perda de carga através do aparelho. Os filtros pequenos (até 2”) costumam ter a carcaça de ferro fundido ou de bronze e bocais rosqueados; os filtros grandes (fabricados até 36") são de [erro fundido ou de aço fundido, com bocais flangeados. Da mesma forma que os separadores, os filtros muito grandes, muito complexos, ou que constituam parte essencial do processamento de um fluido, são considerados como equipamentos de processo, e não como acessórios da tubulação. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 93 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Suportes de tubulação Definição e classificação dos suportes de tubulação Os suportes de tubulação (pipe-supports) são os dispositivos destinados a suportar os pesos e os demais esforços exercidos pelos tubos ou sobre os tubos, transmitindo esses esforços diretamente ao solo, às estruturas vizinhas, a equipamentos ou, ainda, a outros tubos próximos. Existe uma grande variedade de tipos e de modelos diferentes de suportes de tubulação. De acordo com a função principal que exercem, os suportes podem ser classificados em: 1. Suportes destinados a sustentar os pesos Apoiados. Imóveis Pendurados Semimóveis (pipe-hangers). Suportes de mola (spring-hangers). Móveis Suportes de contrapeso. 2. Suportes destinados a limitar os movimentos dos tubos (restraints): − Dispositivos de fixação total — Ancoragens (anchors). − Dispositivos que permitem apenas movimentos em uma direção. — Guias (guides). − Dispositivos que impedem o movimento em um sentido — Batentes (stops). − Dispositivos que impedem os movimentos laterais — Contraventos (bracing). 3. Dispositivos que absorvem as vibrações — Amortecedores (dampers). Essa classificação é apenas didática, não podendo ser aplicada rigorosamente, porque a maioria dos dispositivos de suporte preenche mais de uma das funções acima; por exemplo, quase todos os suportes que limitam os movimentos também sustentam os pesos e, reciprocamente, todos os suportes que se destinam a sustentar os pesos causam alguma limitação aos movimentos dos tubos. _________________________________________________________________________________________________ 94 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Suportes imóveis Chamam-se suportes imóveis os que não se deslocam verticalmente, não permitindo assim nenhuma liberdade de movimento vertical aos tubos. São os mais comuns de todos os tipos de suportes. Esses suportes podem ser apoiados ou pendurados, conforme transmitam os pesos para baixo ou para cima. Existe uma variedade muito grande de tipos e modelos de suportes imóveis, na Fig. 54 estão mostrados alguns mais comumente usados. Os tipos "a" e "b", são os suportes simples, ou diretos, destinados a tubos situados a pequena altura e que transmitem os pesos diretamente ao solo ou a algum piso. O suporte "a" resume-se em uma mureta de concreto, na qual está embutido um perfil metálico, que constitui a superfície de apoio dos tubos. O suporte "b" é uma viga metálica apoiada em blocos de concreto ou em estruturas metálicas. A Fig. 54(c) é um suporte de pedestal, muito usado para a sustentação de curvas situadas no plano vertical e que, também, descarrega os pesos diretamente ao solo, ou a algum piso. O perfil metálico soldado ao tubo deve, de preferência, estar no alinhamento do trecho vertical da tubulação. O suporte "d" é uma viga em balanço, transmitindo o peso para algum vaso, equipamento ou estrutura. A Fig. 54(e) mostra um modelo dos suportes denominados "trunion", muito empregado para a sustentação de curvas. Consistem em pedaços de perfis metálicos ou de tubos soldados à curva da tubulação e apoiados diretamente sobre uma viga. As Figs. 54(f ) , (g) mostram modelos de suportes para tubos elevados; as estruturas serão tanto mais complicadas e reforçadas quanto mais pesados e mais elevados forem os tubos. Quando se tiver tubos paralelos de diâmetros muito diferentes, procura-se fazer com que os tubos finos e leves sejam sustentados por suportes intermediários soldados aos tubos grossos. Esse sistema permite aumentar o espaçamento dos suportes principais até o vão admissível para os tubos mais grossos. Os tubos suportantes devem ter no mínimo 4 vezes o diâmetro do maior tubo suportado. Quando se empregam esses suportes intermediários, deve-se fazer uma verificação das tensões nos tubos suportantes (como detalhado no Cap. 3 do livro "Tubulações Industriais — Cálculo", do mesmo autor), sempre que houver solicitações grandes nesses tubos ou quando se tiver dúvidas sobre a capacidade de suporte dos mesmos. As Figs. 54(h), (i) mostram exemplos de suportes intermediários, sustentados por um ou dois tubos grossos. É importante que os suportes intermediários, quando pendurados em dois tubos, não sejam nunca rigidamente presos e ambos, _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 95 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ para que seja possível o movimento relativo de um dos tubos suportantes em relação ao outro. Fig. 54 - Exemplos de suportes imóveis. A Fig. 54( j ) mostra, finalmente, um modelo de suporte imóvel pendurado, transmitindo os pesos para uma estrutura situada acima dos tubos. Note-se que esses suportes só devem ser usados quando se tem uma estrutura superior preexistente, que é aproveitada para suportar os tubos. _________________________________________________________________________________________________ 96 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Alinhamento do Tubo Uma das mais importantes tarefas de um encanador é o alinhamento adequado. Se feito corretamente, a soldagem será muito mais fácil e o sistema de tubulação será facilmente executado. Se o alinhamento não for apropriado, entretanto, a soldagem será difícil e o sistema de tubulação pode não funcionar adequadamente. Muitos modelos são úteis para ajudar o alinhamento. O tube Turns fabrica três tipos de anéis de solda os quais não somente fazem o alinhamento mais fácil como fornecem uma abertura correta para a soldagem. Há variações nos métodos de alinhamento nas indústrias em geral os quais se adaptam a cada tipo de encanador. Os procedimentos sugeridos por este centro de Treinamento são populares entre muitos profissionais e irá rapidamente capacitá-los a obter um bom alinhamento. TUBO A TUBO: mova os tubos juntos, em toda sua extensão, até que os seus chanfros estejam quase encostados, deixando espaço de 1/8" para a solda. Centralize os esquadros no topo de ambos os tubos e mova-os para cima e para baixo até que os esquadros estejam alinhados. Ponteie no topo e no fundo (em cima e em baixo). Repita o procedimento colocando os esquadros no lado do tubo. Corrija o alinhamento movendo o tubo à direita e à esquerda. Ponteie em cada lado. Concluída esta fase o tubo-a-tubo está pronto para ser soldado. Fig. 69 _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regioonal do Espírito Santo 97 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ NOTA: Todas as uniões soldadas deverão estar distanciadas uma peça da outra variando conforme diametro e espessura do tubo. JUNTA "T" AO TUBO: junte os chanfrados deixando lugar para a solda. Ponteie no topo. Centralize o esquadro no topo do tubo. Coloque o segundo esquadro no centro de saída lateral do "T". Mova a junta "T" até os esquadros estarem alinhados. Fig. 70 MÉTODO ALTERNADO: siga o mesmo procedimento para encostar o tubo a junta "T". Coloque o esquadro sôbre a junta "T" como ilustrado. Centralize a régua no topo do tubo. A lamina do esquadro deverá estar paralela ao tubo. Confira medindo com a régua em diversos pontos do tubo. Fig. 71 _________________________________________________________________________________________________ 98 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ FLANGE AO TUBO: trace os dois centros do Flange entre os furos; coloque o Flange junto ao tubo ponteando, colocando um esquadro no centro do tubo e o outro no centro do Flange, sendo que os dois esquadros fiquem no mesmo alinhamento. Fig. 72 FLANGE A CURVA DE 90°: trace os dois centros do Flange entre os furos, coloque o Flange junto a curva, colocando um esquadro no centro do tubo, e outro no centro do fiange, sendo que os dois esquadros fiquem no mesmo alinhamento. Fig. 73 _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 99 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ CURVA DE 90° À TUBO: coloque o chanfro da curva em linha com o chanfro do tubo, deixando o espaço de 1/8" para a solda. Ponteie a solda no topo. Centralize o esquadro no topo do tubo. Centralize o segundo esquadro na face alternada da curva. Mova a curva até que os esquadros estejam alinhados. Fig. 74 CURVA DE 45° À TUBO: coloque o chanfro da curva em linha com o chanfro do tubo, deixando o espaço de 1/8" para a solda. Ponteie a solda no topo. Centralize o esquadro no topo do tubo. Coloque o segundo esquadro na face inciinada (45°) da curva (os esquadros vão se cruzar). Para obter um angulo correto de 45°, as distãncias A e B no esquadro de 45° têm que ser iguais (ver ilustração). Uma vez conseguido isto, ponteie o topo e fundo. Repita o procedimento colocando os esquadros no lado do tubo. Fig. 75 _________________________________________________________________________________________________ 100 CST Companhia Siderúrgioca de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ MÉTODO ALTERNADO: use o mesmo procedimento para encostar o tubo e a curva. Centre o nível no tubo. Depois, centralize o nível de 45° na face da curva e mova a mesma até que a bolha do nível de 45° esteja centralizada. Fig. 76 _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 101 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Desenhos isométricos Os isométricos são desenhos feitos em perspectiva isométrica, sem escala; faz-se geralmente um desenho para cada tubulação individual ou grupo de tubulações próximas. No caso de uma tubulação muito longa pode ser necessário subdividir a tubulação por vários desenhos isométricos sucessivos. Nunca se deve figurar em um mesmo desenho isométrico duas tubulações de áreas diferentes. _________________________________________________________________________________________________ 102 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 81 (a) As Figs. 81(a), (b), (c) são exemplos de desenhos isométricos. Como pode ser observado, a Fig. 81(a) representa uma das tubulações que aparece na planta da Fig. 77(a); as Figs. 81(b) e (c), representam tubulações que aparecem na planta da Fig. 77(b). Note-se também que a tubulação mostrada no isométrico da Fig. 81(a) é a continuação de uma das tubulações do isométrico da Fig. 81(b). _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 103 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 81( b) _________________________________________________________________________________________________ 104 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 81 (c) _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 105 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 82 - O mesmo sistema de tubulações mostrado em três representações. _________________________________________________________________________________________________ 106 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Para melhor entendimento da representação em isométricos, a Fig.82 mostra o mesmo sistema de tubulação desenhada em planta, em projeção vertical e em isométrico. Nos desenhos isométricos, os tubos verticais são representados por traços verticais e os tubos horizontais, nas direções ortogonais de projeto, são representados por traços inclinados com ângulo de 30° sobre a horizontal para a direita ou para a esquerda. Os tubos fora de qualquer uma das três direções ortogonais são representadas por traços inclinados com ângulos diferentes de 30°, devendo ser indicado no desenho o ângulo verdadeiro de inclinação do tubo com uma qualquer das três direções ortogonais de projeto. Para facilitar o entendimento, costuma-se desenhar em traços finos (como linhas de chamada) o paralelograma ou prisma do qual a direção inclinada do tubo seja uma diagonal. Os tubos curvados e as curvas nos tubos são representados por curvas em perspectiva, devendo sempre ser indicado o raio verdadeiro de curvatura da linha de centro do tubo. Todos os tubos, qualquer que seja o diâmetro, são representados por um traço único, na posição da sua linha de centro. Nos desenhos isométricos devem aparecer obrigatoriamente, todas as válvulas e todos os acessórios de tubulação (flanges, Tês, joelhos, reduções, colares, luvas, uniões etc.), mostrados individualmente, um por um, bem como a localização de todas as emendas (soldadas, rosqueadas etc.) dos tubos e dos acessórios. As válvulas são usualmente designadas por siglas convencionais como as exemplificadas 3”VGA, 3”VRE etc., nos isométricos das Figs. 12.7. Os vasos, tanques, bombas, e demais equipamentos e máquinas conectados às tubulações, aparecem indicados apenas pela sua identificação, posição de linha de centro e pelos bocais de ligação com as tubulações. É por meio dos desenhos isométricos que se faz o levantamento dos materiais necessários para a construção dos tubulações e, por essa razão, nesses desenhos devem figurar detalhadamente todos os materiais, um por um, ainda que sejam peças pequenas ou pouco importantes, tais como válvulas de dreno e de respiro (com respectivas luvas, niples e bujões), luvas para instrumentos, tomadas para retirada de amostras, etc. Os conjuntos formados pelas válvulas de controle e respectivas tubulações de contorno e válvulas de bloqueio e de regulagem também são mostrados peça por peça, como o exemplo da TRCV 301 na Fig. 12.7(c). Observa-se também a representação detalhada da inclinação dos purgadores de vapor PV-1 e PV-2 na Fig. 12.7(b). Os desenhos isométricos devem conter todas as cotas e dimensões necessárias para a fabricação e montagem das tubulações tais como: dimensões dos trechos retos de tubo, ângulos, raios de curvatura, elevações de todos os tubos, localização e orientação de todos os bocais de vasos e _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 107 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ equipamentos, posição das hastes e volantes das válvulas etc. As elevações dos tubos, a menos que esteja expressamente indicado em contrário, costumam ser referidas à linha de centro dos mesmos. Qualquer tubo que passe de uma folha de isométrico para outra, é representado como interrompido, devendo haver sempre indicação do número da outra folha de isométrico na qual o mesmo continue, como se pode observar em diversos lugares nas Figs. 81. _________________________________________________________________________________________________ 108 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 83 - Convenções de isométricos. Todos os tubos devem ser designados por sua identificação completa, tal como nas plantas de tubulação. Os diversos tipos usuais de válvulas e de acessórios, têm convenções especiais de desenho, que devem ser obedecidas, como mostra a Fig. 83. Costuma-se fazer em cada folha de isométrico, a lista do material necessário para as tubulações representadas na mesma. Cada folha de desenho deve ter também a relação das tubulações que figuram na referida folha, com indicação da temperatura e pressão de projeto, pressão de teste hidrostático, e do tipo de isolamento térmico e de sistema de aquecimento, se houverem. Nos exemplos das Figs. 81 não estão mostradas essas listas. Em todos os desenhos deve haver sempre a indicação da orientação (Norte de projeto) para se poder obter a localização dos tubos no terreno. A numeração dos desenhos isométricos deve ser feita em combinação com a numeração das plantas, de maneira que seja fácil identificar-se em que planta está representada uma linha que aparece em determinado isométrico e vice-versa. Por exemplo, à planta n.° 31 corresponderá a série de isométricos começada pelo n.° 3.101; à planta n.° 32 corresponderá a série começada pelo n.° 3.201, e assim por diante, como mostra os exemplos das Figs. 77 e 81. Geralmente todas as tubulações desenhadas em um isométrico estão contidas em uma mesma planta. Todos os pontos em que, as tubulações passam de uma folha de planta para outra, devem ser assinalados nos isométricos, com indicação dos números correspondentes das plantas, como também mostra os desenhos das Figs. 81. É usual fazer-se, para cada planta de tubulação, uma lista resumo contendo os números de todos os isométricos referentes a essa planta e os números das tubulações representadas em cada isométrico. Não se fazem desenhos isométricos para tubulações subterrâneas, e geralmente também não se fazem para tubulações longas, fora de áreas de processamento, onde a maior parte dos trechos seja reta. Alguns projetistas costumam acrescentar nos desenhos isométricos os suportes de tubulação, indicados pelas suas posições cotadas e suas convenções. Embora essa prática não seja generalizada, a marcação dos suportes nos desenhos isométricos traz evidentes vantagens para a montagem. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 109 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Acessórios de Tubulação Classificação dos Acessórios de Tubulação Podemos dar a seguinte classificação de acordo com as finalidades e tipos dos principais acessórios de tubulação: Finalidades Tipos Curvas de raio longo 1. Fazer mudanças de direção em tubulações Curvas de raio curto Curvas de redução de 22 ½º 45º, 90º e 180º. Joelhos (elbows) Joelhos de redução Tês normais (de 90º) Tês de 45º Tês de redução 2. Fazer derivações tubulações em Peças em “Y” Cruzetas (crosses) Cruzetas de redução Selas (saddles) Colares (sockolets, Weldolets etc.) Anéis de reforço 3. Fazer mudanças de diâmetro em tubulações Reduções concêntricas Reduções excêntricas Reduções bucha Luvas (couplings) 4. Fazer ligações de tubos entre si Uniões Flanges Niples Virolas (para uso com flanges soltos) 5. Fazer fechamento da extremidade de um tubo Tampões (caps) Bujões (plugs) Flanges cegos _________________________________________________________________________________________________ CST Companhia Siderúrgica de Tubarão 110 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Não existe uma distinção muito rígida entre as denominações “curva” e “joelho”, chamados às vezes de “cotovelos”; de um modo geral, os acessórios de raio grande são chamados de “curvas”, e os de raio pequeno são chamados de “joelhos”. Os acessórios de tubulação podem também ser classificados de acordo com o sistema de ligação empregado; teremos, então: • Acessórios para solda de topo. • Acessórios para solda de encaixe. • Acessórios rosqueados. • Acessórios flangeados. • Acessórios de ponta e bolsa. • Acessórios para ligações de compressão etc. Nas Figs. 2 a 9 vemos diversos exemplos de todos esses tipos de acessórios, e na Fig. 1 estão mostrados exemplos de emprego de acessórios de tubulação. ( 1 ) - Curva em gomos em tubo de grande diâmetro ( 2 ) - Boca de Lobo ( 3 ) - Acessórios para solda de topo soldados diretamente um ao outro ( 4 ) - Derivação com colar ( 5 ) - Derivação com luva ( 6 ) - Acessórios para solda de encaixe (ou com rosca) com niples intermediários Fig. 1 Emprego de acessórios de tubulação _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 111 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ Os acessórios de tubulação costumam também ser chamados de “conexões”, esse nome, entretanto, é mal empregado porque a maioria dos acessórios não tem por finalidade específica conectar tubos. Acessórios para solda de topo São desse tipo quase todos os acessórios usados em tubulações de 2” ou mais, inclusive, na prática industrial. Fabricam-se em aço carbono e aços-liga (especificação ASTMA-234), e em aços inoxidáveis (especificação ASTM-A-403), a partir de tubos, chapas e tarugos forjados. Todos os acessórios têm os extremos com os chanfros padrão para solda. A espessura de parede dos acessórios deve sempre ser igual à do tubo a que estão ligados, para permitir soldas perfeitas. As dimensões básicas de todos os tipos de acessórios fabricados para solda de topo estão padronizadas na norma ANSI.B.16.9. Todos os acessórios cujas dimensões obedeçam a essa norma, são admitidos, pela norma ANSI/ASME.B.31.3, como tendo resistência equivalente ao tubo de mesma espessura. Fig. 2 Acessórios para solda de topo. _________________________________________________________________________________________________ CST 112 Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ São os seguintes os principais tipos de acessórios fabricados para solda de topo (fig. 2): • • • • • • • • Joelhos de 45º, 90º e 180º (normais e de redução). Tês normais, tês de redução e tês de 45º. Cruzetas (normais e de redução). Reduções concêntricas e excêntricas. Selas (para derivações). Colares. Tampões. Virolas (para flanges soltos). Os joelhos para solda de topo são fabricados em dois tipos denominados de “raio longo” e de “raio curto”. Nos joelhos de raio longo, o raio médio de curvatura vale 1 ½ vez o diâmetro nominal, e nos de raio curto é igual ao diâmetro nominal. Existem acessórios para solda de topo com alguns tipos de revestimentos internos anti-corrosivos, já aplicados. Note-se que todos os acessórios para solda de topo podem ser ligados diretamente um ao outro, como se vê no exemplo da Fig. 1. Acessórios para solda de encaixe Os acessórios para solda de encaixe são os geralmente usados na prática industrial, em tubulações até 1 ½” inclusive. São fabricados de aço-carbono forjado (especificações ASTM-A.105, ASTM-A-181 e ASTM-A-350), aços-liga e aços inoxidáveis (especificação ASTM-A-182), metais não-ferrosos e diversos plásticos. Os metais não-ferrosos são freqüentemente para uso com brazagem; muitos têm por dentro do encaixe, um anel embutido de metal de solda: para fazer a solda, basta introduzir a ponta do tubo no encaixe, e aquecer pelo lado de fora para fundir a liga de solda. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 113 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 3 Acessórios para solda de encaixe. Os acessórios para encaixe de materiais plásticos devem ser soldados por aquecimento ou colados aos tubos com um adesivo adequado à resina plástica. São os seguintes os principais tipos de acessórios fabricados para solda de encaixe (Fig. 3): • Joelhos de 90º e de 45º. • Tês normal, de redução e de 45º. • Luvas normal e de redução, meias luvas. • Cruzetas. • Tampões. • Uniões. • Colares (para derivações). As dimensões de todos esses tipos de acessórios estão padronizadas na norma ANSI.B.16.11. Essa mesma norma admite que a resistência mecânica dessas peças seja equivalente à do tubo de mesmo material, de espessura correspondente à respectiva classe. _________________________________________________________________________________________________ 114 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Acessórios rosqueados Os acessórios rosqueados são usados normalmente em tubulações prediais e em tubulações industriais secundárias (água, ar, condensado de baixa pressão etc.), todas até 4”. Utilizam-se também esse acessórios nas tubulações que, devido ao tipo de material ou ao serviço, sejam permitidas as ligações rosqueadas, tais como boa parte das tubulações de ferro fundido, ferro forjado, materiais plásticos, cobre etc., geralmente até o limite de 4”. O emprego desses acessórios está sujeito às mesmas exigências e limitações impostas às ligações rosqueadas para tubos. Os acessórios rosqueados são fabricados em uma grande variedade de materiais, tipos e diâmetros nominais (Fig. 4). Fig. 4 Acessórios rosqueados. Os acessórios de ferro maleável são os normalmente empregados com os tubos de ferro forjado. Esses materiais não podem ser usados para nenhum serviço tóxico; as limitações para uso com vapor e com hidrocarbonetos são as mesmas relativas aos tubos de ferro forjado. As dimensões desses acessórios estão padronizadas em diversas normas e as dimensões dos filetes de rosca estão padronizadas nas normas ANSI.B.2.1 e API.6A (roscas para flanges, válvulas e acessórios). _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 115 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ Acessórios Flangeados Os acessórios flangeados (Fig. 5), fabricados principalmente de ferro fundido, são de uso bem mais raro do que os flanges e os acessórios dos outros tipos já citados. Fig. 5 Acessórios flangeados. Os acessórios de ferro fundido são empregados em tubulações de grande diâmetro (adutoras, linhas de água e de gás) e baixa pressão, onde seja necessário grande facilidade de desmontagem. Essas peças são fabricadas com flanges de face plana, em duas classes de pressão (125# e 250#), abrangendo diâmetros nominais de 1” até 24”. Os acessórios flangeados de ferro fundido estão padronizados na norma P-PB-15 e ABNT e ANSI.B.16.1, que especificam dimensões e pressões de trabalho. Os acessórios flangeados de aço fundido, de uso bastante raro na prática, podem ser usados em tubulações industriais, para uma grande faixa de pressões e temperaturas de trabalho, mas o seu emprego deve ser restringido apenas aos casos em que seja indispensável uma grande facilidade de desmontagem ou a algumas tubulações com revestimentos internos, devido ao custo elevado, grande peso e volume, necessidade de manutenção e risco de vazamentos. As dimensões, pressões, e temperaturas de trabalho são as estabelecidas na norma ANSI.B.16.5. Existem ainda acessórios flangeados de muitos outros materiais, tais como latões, alumínio, plásticos reforçados com fibras de vidro (para tubos “FRP” - Fiberglass Reinforced Plastic), e também ferro com alguns tipos de revestimentos internos anti-corrosivos. Nos acessórios com revestimentos internos, o revestimento deve abranger obrigatoriamente _________________________________________________________________________________________________ 116 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ também as faces dos flanges, para garantir a continuidade da proteção anti-corrosiva. Acessórios de Ligação Niples Os niples são pedaços de tubos preparados especialmente para permitir a ligação de dois acessórios entre si, ou de uma válvula com um acessório, em tubulações onde se empregam ligações rosqueadas ou para solda de encaixe. É fácil de se entender que os acessórios e válvulas rosqueadas ou para solda de encaixe não podem ser diretamente ligados um ao outro, ao contrário do que acontece com os acessórios para solda de topo e flangeados. Os niples servem também para fazer pequenos trechos de tubulação. Os niples podem ser paralelos, isto é, de mesmo diâmetro, ou de redução, com extremidades de diâmetros diferentes. Os niples paralelos são fabricados de pedaços de tubos cortados na medida certa e com as extremidades preparadas. Os niples de redução são em geral fabricados por estampagem (repuxamento) de pedaços de tubos (swaged niples). Embora os niples sejam fabricados até 12” de diâmetro nominal, são empregados principalmente nos diâmetros pequenos (até 4”), faixa em que se usam tubulações com rosca ou com solda de encaixe. Existe uma grande variedade de tipos de niples, dos quais os principais são os seguintes: os extremos • Ambos rosqueados (both end threaded - BET). 1. Niples paralelos • Ambos os extremos lisos (both end plain - BEP). • Um extremo rosqueado e outro liso (one end threaded OET). os extremos • Ambos rosqueados (BET). • Ambos os extremos lisos (BEP). 2. Niples de redução • Extremo maior rosqueado e menor liso (large end threaded, small end plain LET-SEP). _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 117 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ • Extremo maior liso e menor rosqueado (large end plain, small end threaded LEPSET). Fig. 6 Tipos de niples e exemplos de emprego. O comprimento dos niples varia em geral de 50 a 150mm. A Fig. 6 mostra alguns tipos de niples e exemplos de empregos. Os niples rosqueados têm, às vezes, uma parte sextavada no centro para facilitar o aperto. Outros tipos de Acessórios de Tubulação Existem ainda várias tubulações, tais como: outras classes de acessórios de • Acessórios com pontas lisas tubos de plásticos reforçados (tubos “FRP”). • Acessórios de ponta e bolsa. • Acessórios para ligação de compressão. • Acessórios para juntas “Dresser”, “Victaulic” etc. _________________________________________________________________________________________________ 118 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Todos esses acessórios são fabricados nos diâmetros e com os materiais adequados ao uso com os tubos que empreguem cada um desses sistemas de ligação. Os acessórios com extremidades lisas, para tubo “FRP”, são fabricados em vários tipos (curvas, tês, reduções, flanges, niples etc.), em toda faixa de diâmetros desses tubos, para uso com os sistemas de ligação. Os acessórios de ferro fundido, de ponta e bolsa, são fabricados de 2” a 24”, nas classes de pressão nominal 125# e 250#; os principais tipos são os seguintes: joelhos, curvas (90º, 45º e 22 ½º), tês, reduções, peças em “Y”, cruzetas e peças para adaptação a válvulas flangeadas (Fig. 7). Fig. 7 - Acessórios de ponta e bolsa. Existem também acessórios de ponta e bolsa de ferros-ligados, fabricados em toda faixa de diâmetros usuais desses tubos. Fabricam-se ainda alguns tipos de acessórios de ponta e bolsa (peças de derivação, principalmente) de barro vidrado e de cimento-amianto, embora sejam de uso relativamente raro. Os acessórios para ligação de compressão são fabricados em pequenos diâmetros (até 50-60 mm), de aço-carbono, aços inoxidáveis e metais não-ferrosos, sendo empregados nas tubulações em que se permite esse tipo de ligações. Encontrase no comércio uma variedade grande dessas peças (Fig. 8, entre as quais: luvas e uniões de ligação, joelhos de 45º, 90º e 180º, tês, peças em “Y”, conectores (para a ligação e equipamentos), reduções, tampões etc. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 119 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 8 - Acessórios para ligação de compressão Curvas em gomos e derivações soldadas Além dos diversos tipos de acessórios vistos nos itens anteriores, empregam-se muito, nas tubulações industriais, outros recursos para realizar mudanças de direção e fazer derivações, que são as curvas em gomos e as derivações soldadas (Fig. 9). Essas peças são usadas principalmente em tubulações de aço-carbono, e eventualmente em tubulações de materiais termoplásticos. Curvas em gomos (mitre bends) - As curvas em gomos são feitas de pedaços de tubo cortados em ângulo e soldados de topo um em seguida do outro, como mostra a figura. Dependendo do número e do ângulo de inclinação dos cortes, podem-se conseguir curvas com qualquer ângulo de mudança de direção. As curvas de 90º costumam ter 3 ou, mais raramente, 4 gomos; as de 45º costumam ter 2 ou 3 gomos. Essas curvas têm, em relação às curvas sem costura de diâmetro e espessura iguais, uma resistência e uma flexibilidade bem menores. Além disso, tanto a resistência como a flexibilidade podem variar muito, dependendo das proporções da curva e dos cuidados no corte e na soldagem das peças. As arestas e soldas são pontos de concentração de tensões, e também pontos especialmente sujeitos à corrosão e à erosão. As concentrações de tensões diminuem a medida que aumenta o número de gomos e o espaçamento entre eles. _________________________________________________________________________________________________ 120 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ Fig. 9 - Curvas em gomos e derivações soldadas. As curvas em gomos são usadas principalmente nos seguintes casos: • Para tubulações, em diâmetros acima de 20”, devido ao alto custo e dificuldade de obtenção de outros tipos de curvas de grande diâmetro. • Para tubulações de pressões e temperaturas moderadas (classes de pressão 150# a 400# inclusive), em diâmetros acima de 8”, por motivo de economia. Embora não seja proibido por norma, não é usual o uso de curvas em gomos em tubulações de aços-liga ou inoxidáveis. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 121 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Em tubulações de materiais termoplásticos, as soldas devem ser feitas a topo, por aquecimento. Derivações soldadas diretamente - Existem muitos tipos de derivações feitas de tubos soldados um contra o outro, que podem ser empregadas em tubulações de qualquer tipo de aço, aço-carbono, aços-liga, e inoxidáveis. Para ramais pequenos, até 2” de diâmetro, é usual o emprego de uma luva (rosqueada ou para solda de encaixe), soldada diretamente ao tubo-tronco, desde que esse último tenha pelo menos 4” de diâmetro. A norma ANSI.ASME.B.31.3 admite esse sistema, para ramais até 2”, sem limitações de pressão e temperatura, e sem necessidade de reforços locais, desde que as luvas tenham resistência suficiente e desde que a relação entre os diâmetros nominais do tubo-tronco e da derivação seja igual ou superior a 4. Os ramais de quaisquer diâmetros, acima de 1”, podem ser feitos com o uso de “selas” ou de “colares”, que são peças forjadas especiais, soldadas ao tubo-tronco, servindo também como reforço da derivação. Com essas peças podem-se fazer inclusive ramais com o mesmo diâmetro do tubo-tronco, admitindo as normas esse sistema de derivações sem limitações de pressão, temperatura, ou classe de serviço. Fig. 10 - Bocas-de-lobo Para os ramais de 2” ou mais, desde que o diâmetro do tubotronco seja maior do que o diâmetro do ramal, o sistema mais usual em tubulações industriais é a solda direta de um tubo no outro (boca-de-lobo). As bocas-de-lobo podem ser sobrepostas (set-on), ou penetrantes (set-in), também chamadas de inseridas, como mostra a Fig. 10. As sobrepostas são mais baratas, de execução mais fácil e dão menores tensões residuais de soldagem, sendo por isso empregadas na maioria dos casos, embora tenham menor resistência mecânica. As penetrantes têm maior resistência, resultando, porém, em maiores tensões residuais de soldagem, sendo usadas apenas em tubulações de parede muito espessa, para pressões muito altas, e para as quais deva ser feito o tratamento térmico de _________________________________________________________________________________________________ 122 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ alívio de tensões. A norma ANSI/ASME.B.31 (Seçs. 1 e 3) aceita ambos esses tipos de derivação, para quaisquer condições de pressão e temperatura, indicando detalhadamente os casos em que são necessários reforços locais, e dando as fórmulas para o cálculo dos mesmos, desde que os eixos da derivação e do tubo-tronco sejam concorrentes, e que o ângulo entre eles esteja compreendido entre 45º e 90º. Os reforços consistem geralmente em um anel de chapa envolvendo a derivação e soldado no tubo-tronco e na derivação. As bocas-de-lobo são desaconselhadas para serviços sujeitos a forte vibrações ou altamente cíclicos. Finalizando, podemos fazer a seguinte comparação geral entre os diversos sistemas de derivações soldadas: • Bocas-de-lobo simples Vantagens: Baixo custo, facilidade de execução (uma única solda), não há necessidade de peças especiais. Desvantagens: Fraca resistência, concentração de tensões, perda de carga elevada, controle de qualidade e inspeção radiográfica difíceis. Alguns projetistas limitam o seu uso somente para a classe de pressão 150#. Fig. 11 • Bocas-de-lobo com anel de reforço _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 123 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Vantagens: As mesmas do caso anterior, resistência mecânica melhor, concentração de tensões mais atenuada. Desvantagens: Perda de carga elevada, controle de qualidade e inspeção radiográfica difíceis. Alguns projetistas proíbem o seu emprego para as classes de pressão 900# ou maior. • Derivações com colares forjados Vantagens: Boa resistência mecânica, melhor distribuição de tensões, melhor controle de qualidade, não há limitações de serviço ou de pressão e temperatura. Desvantagens: Maior custo e necessidade do emprego de uma grande variedade de peças - o que dificulta a montagem e estocagem dos materiais - porque cada tipo de peça só se adapta a umas poucas combinações de diâmetros e espessuras; além disso, a solda do colar no tubo-tronco é sempre de difícil execução e inspeção. Comparando-se um “Tê” para solda de topo com um colar, vê-se que o “Tê” exige três soldas, ao passo que o colar apenas duas, mas todas as soldas do “Tê” são de topo e de fácil inspeção. • Derivações com selas Vantagens: Excelente resistência mecânica, baixa perda de carga, melhor distribuição de tensões, não há limitações de serviço ou de pressão e temperatura para o emprego. Desvantagens: Custo elevado (não há fabricação nacional dessas peças), necessidade de peças especiais, montagem difícil. A Fig. 11 mostra um gráfico resumo das recomendações usuais de emprego dos diversos sistemas para fazer derivações em tubos de aço. Outros acessórios de tubulação Existem ainda em uso corrente alguns outros acessórios de tubulação, entre os quais podemos citar os seguintes: • Peças “figura 8” (spectacle flanges) - Fig. 12. • Raquete (paddle blinds) - Fig. 12. • Juntas giratórias (swivel joints). • Discos de ruptura. As peças “figura 8” (Fig. 12), as raquetes e as válvulas de flange cego, são acessórios que se instalam em uma tubulação, quando se deseja um bloqueio rigoroso e absoluto na tubulação. Esses acessórios são empregados também, algumas vezes, em _________________________________________________________________________________________________ 124 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ lugar das válvulas, por motivo de economia ou em locais onde o boqueio da tubulação só seja preciso fazer esporadicamente. A Fig. 12 mostra exemplos de peças “figura 8” e de raquetes, que são acessórios simples, feitos de chapa de aço recortada. Essas peças são colocadas entre dois flanges quaisquer da tubulação; com o aperto dos parafusos dos flanges consegue-se a vedação absoluta da linha. As peças “figura 8” ficam permanentemente na tubulação; quando se deseja bloquear o fluxo põe-se o lado cheio entre os flanges, e quando se quer permitir o fluxo põe-se o lado vazado entre os flanges. As raquetes são colocadas na tubulação apenas quando se quer bloquear. As peças “figura 8” têm por isso a vantagem de manter sempre a mesma distância entre os flanges. Fig. 12 - Raquete e peças “figura 8” As peças “figura 8” e as Raquetes são empregadas, na maioria das vezes, junto a uma válvula de bloqueio, e colocadas diretamente em um dos flanges dessa válvula. Quando se deseja o bloqueio absoluto da tubulação, a manobra é a seguinte: fecha-se a válvula de bloqueio, drena-se o trecho de tubulação do lado em que for ficar a peça, desapertam-se os parafusos dos flanges colocando-se entre os flanges a raquete ou o lado fechado da “figura 8’, e apertam-se novamente os parafusos. Evidentemente, devem ser colocadas juntas de ambos os lados da raquete ou da “figura 8”, e os parafusos têm de ser mais compridos do que os parafusos usuais dos flanges. Para abrir o bloqueio é feita a mesma manobra em sentido inverso. As juntas giratórias são acessórios que permitem o movimento de rotação axial, em torno de um eixo passando pela linha de centro do tubo. Consistem essencialmente em duas peças _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 125 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ cilíndricas concêntricas capazes de deslizar uma em torno da outra. Para evitar vazamentos, todas as juntas giratórias têm um sistema qualquer de engaxetamento ou de retentores. As juntas giratórias, que são fabricadas apenas em tamanhos pequenos (raramente acima de 4”), são usadas em locais em que seja necessário ter-se movimento de rotação axial como, por exemplo, nas instalações de enchimento de veículos e de vasilhames. Os discos de ruptura são peças muito simples, destinadas a proteger uma tubulação contra sobrepressões internas, fazendo, portanto, o mesmo serviço das válvulas de segurança e de alívio. São discos de chapa fina resistente à corrosão, colocados em um extremo livre da linha, imprensados entre dois flanges. A chapa fina é calculada e construída para se romper com um determinado valor da pressão interna. Os discos de ruptura são freqüentemente usados em combinação com uma válvula de segurança, e colocados antes da válvula. Existem discos de ruptura com uma pequena carga explosiva, de modo que podem ser rompidos quando necessário, por ação externa, manual ou automaticamente. _________________________________________________________________________________________________ 126 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Válvulas As válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper o fluxo em uma tubulação. São os acessórios mais importantes existentes nas tubulações, e que por isso devem merecer o maior cuidado na sua especificação, escolha e localização. Em qualquer instalação deve haver sempre o menor número possível de válvulas, compatível com o funcionamento da mesma, porque as válvulas são peças caras, onde sempre há possibilidade de vazamentos (em juntas, gaxetas etc.) e que introduzem perdas de carga, às vezes de grande valor. As válvulas são entretanto peças indispensáveis, sem as quais as tubulações seriam inteiramente inúteis. Por esse motivo, o desenvolvimento das válvulas é tão antigo quanto o das próprias tubulações; a Fig. 13 mostra, por exemplo, alguns tipos de válvulas projetadas no Séc. XV por Leonardo da Vinci. Fig. 13 As válvulas representam, em média, cerca de 8% do custo total de uma instalação de processamento. A localização das válvulas deve ser estudada com cuidado, para que a manobra e a manutenção das mesmas sejam fáceis, e para que as válvulas possam ser realmente úteis. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 127 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Classificação das Válvulas Existe uma grande variedade de tipos de válvulas, algumas para uso geral, e outras para finalidades específicas. São os seguintes os tipos mais importantes de válvulas: 1. Válvulas de Bloqueio (block-valves) • Válvulas de gaveta (gate valves). • Válvulas macho (plug, cock valves). • Válvulas de esfera (ball valves). • Válvulas de comporta (slide, blast valves). Denominam-se válvulas de bloqueio as válvulas que se destinam primordialmente a apenas estabelecer ou interromper o fluxo, isto é, que só devem funcionar completamente abertas ou completamente fechadas. As válvulas de bloqueio costumam ser sempre do mesmo diâmetro nominal da tubulação, e têm uma abertura de passagem de fluido com secção transversal comparável com a da própria tubulação. 2. Válvulas de Regulagem (throttling valves) • Válvulas globo (globe valves). • Válvulas de agulha (needle valves). • Válvulas de controle (control valves). • Válvulas borboleta (butterfly valves). • Válvulas de diafragma (diaphragm valves). Válvulas de regulagem são as destinadas especificamente para controlar o fluxo, podendo por isso trabalhar em qualquer posição de fechamento parcial. Essas válvulas são as vezes, por motivo de economia, de diâmetro nominal menor do que a tubulação. As Válvulas borboleta e de diafragma, embora sejam especificamente válvulas de regulagem, também podem trabalhar como válvulas de bloqueio. 3. Válvulas que Permitem o Fluxo em Um só Sentido • Válvulas de retenção (check valves). • Válvulas de retenção e fechamento (stop-check valves). • Válvulas de pé (foot valves). _________________________________________________________________________________________________ 128 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ 4. Válvulas que Controlam a Pressão de Montante • Válvulas de segurança e de alívio (safety, relif valves). • Válvulas de contrapressão (back-pressure valves). 5. Válvulas que Controlam a Pressão de Jusante • Válvulas redutoras e reguladoras de pressão. Válvulas de Gaveta Esse é o tipo de válvula mais importante e de uso mais generalizado. Os principais empregos das válvulas de gaveta são os seguintes: 1. Em quaisquer diâmetros, para todos os serviços de bloqueio em linhas de água, óleos e líquidos em geral, desde que não sejam muito corrosivos, nem deixem muitos sedimentos ou tenham grande quantidade de sólidos em suspensão. 2. Em diâmetros acima de 8” para bloqueio em linhas de vapor. 3. Em diâmetros acima de 2” para bloqueio em linhas de ar. São usadas para quaisquer pressões e temperaturas. Não são adequadas para velocidades de escoamento muito altas. O fechamento nessas válvulas é feito pelo movimento de uma peça chamada de gaveta, que se desloca paralelamente ao orifício da válvula, e perpendicularmente ao sentido geral de escoamento do fluido (Figs. 14 a 16). Quanto totalmente aberta a perda de carga causada é muito pequena. Só devem trabalhar completamente abertas ou completamente fechadas. Quando parcialmente abertas, causam perdas de carga elevadas e também laminagem da veia fluida, acompanhada muitas vezes de cavitação e violenta corrosão e erosão. São sempre de fechamento lento, sendo impossível fechá-las instantaneamente: o tempo necessário para o fechamento será tanto maior quanto maior for a válvula. Essa é uma grande vantagem das válvulas de gaveta, porque assim controla-se o efeito dos golpes de aríete. As válvulas de gaveta dificilmente dão uma vedação absolutamente estanque (bubble-tight closing); entretanto, na maioria das aplicações práticas, tal vedação não é necessária. As válvulas de gaveta, como têm o fechamento de metal contra metal, são consideradas de segurança em caso de incêndio, desde que os metais empregados sejam de alto ponto de fusão _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 129 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ (mais de 1.100ºC). Uma válvula qualquer é considerada à prova de fogo desde que seja capaz de manter a vedação mesmo quando envolvida por um incêndio. Fig. 14 pequena, “RS”. Válvula de gaveta, castelo rosqueado, tipo _________________________________________________________________________________________________ 130 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 15 - Válvula de gaveta, grande, castelo aparafusado, tipo “OS & Y”. A gaveta das válvulas pode ser em cunha ou paralela. As gavetas em cunha são de melhor qualidade e dão, devido à ação de cunha, um fechamento mais seguro do que as gavetas paralelas, embora sejam de construção e de manutenção mais difíceis. Na maioria das válvulas a gaveta é uma peça única maciça (Fig. 15). Em algumas válvulas a gaveta é composta de duas peças que se encaixam entre si e se ajustam livremente sobre a sede (Fig. 17). Nas válvulas de boa qualidade ou para serviços severos, as sedes são postiças e substituíveis, sendo a construção preferível os anéis integrais rosqueados no corpo da válvula. As válvulas de gaveta de tamanho grande para altas pressões costumam ter, integral na válvula, uma pequena tubulação contornando a válvula (by-pass), fechada por uma válvula,. Antes de se abrir a válvula principal abre-se a pequena válvula do contorno para equilibrar as pressões nos dois lados da gaveta, facilitando desse modo a operação da válvula. As válvulas de gaveta, de 8” ou maiores, de classe de pressão 400#, ou acima, devem ter tubulação de contorno. Fig. 16 - Válvula de gaveta, pequena com redução de engrenagens. Fig. 17 - Válvula comandada por cilindro hid á li _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 131 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ hidráulico Variantes das Válvulas de Gaveta 1. Válvulas de comporta ou de guilhotina (slide valves) - São válvulas em que a gaveta é uma comporta que desliza livremente entre guias paralelas. Essas válvulas, que não dão fechamento estanque, são usadas em grandes diâmetros, para ar, gases e água em baixa pressão, e também em quaisquer diâmetros, para produtos espessos ou de alta viscosidade (pasta de papel, por exemplo), e para fluidos abrasivos). 2. Válvulas de fecho rápido (quick-acting valves) - Nessas válvulas a gaveta é manobrada por uma alavanca externa fechando-se com um movimento único da alavanca (Fig. 18). As válvulas de fecho rápido são usadas apenas em serviços em que se exija o fechamento rápido (enchimento de tanque de carros, vasilhames etc.), porque pela interrupção brusca do movimento do fluido, podem causar violentos choques nas tubulações. Fig. 18 - Válvula de fecho rápido. 3. Válvulas de passagem plena (through conduit valves) - As válvulas de passagem plena, muito empregadas em oleodutos, têm uma gaveta volumosa e contendo um orifício exatamente do mesmo diâmetro interno da tubulação (Fig. 19). A válvula é construída de tal forma, que quando aberta, o orifício da gaveta fica em rigorosa continuação da tubulação, fazendo com que a perda de carga através da válvula seja extremamente baixa. Essa disposição tem ainda _________________________________________________________________________________________________ 132 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ a vantagem de facilitar a limpeza mecânica interna da tubulação, bem como com a passagem dos “pigs” de separação de fluidos, muito usados em oleodutos. A carcaça dessas válvulas tem uma protuberância inferior para alojar a gaveta quando a válvula estiver fechada. Fig. 19 - Válvula de passagem plena Válvulas Macho As Válvulas macho representam em média cerca de 10% de todas as válvulas usadas em tubulações industriais. Aplicam-se principalmente nos serviços de bloqueio de gases (em quaisquer diâmetros, temperaturas e pressões), e também no bloqueio rápido de água, vapor e líquidos em geral (em pequenos diâmetros e baixas pressões). As Válvulas macho são recomendadas também para serviços com líquidos que deixem sedimentos ou que tenham sólidos em suspensão. Uma das vantagens dessas válvulas sobre as de gaveta, é o espaço muito menor. Nessas válvulas o fechamento é feito pela rotação de uma peça (macho), onde há um orifício broqueado, no interior, do corpo da válvula. São válvulas de fecho rápido, porque fecham-se com ¼ de volta do macho ou da haste (Fig. 20). As Válvulas macho só devem ser usadas como válvulas de bloqueio, isto é, não devem funcionar em posições de fechamento parcial. Quando totalmente abertas, a perda de carga causada é bastante pequena, porque a trajetória do fluido é também reta e livre. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 155 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ O macho é quase sempre tronco-cônico, dispondo, exceto em válvulas muito pequenas, de um meio qualquer de ajustagem na sede, tal como mola, parafuso etc. Existem dois tipos gerais de Válvulas macho: válvulas com e sem lubrificação. Nas válvulas com lubrificação há um sistema de injeção de graxa lubrificante sob pressão através do macho para melhorar a vedação e evitar que o macho possa ficar preso; são as válvulas geralmente empregadas em serviços com gases. O lubrificante usado deve ser tal que não se dissolva nem contamine o fluido conduzido. O macho tem sempre rasgos para a distribuição do lubrificante por toda superfície de contato com as sedes. Fig. 20 - Válvula macho As válvulas sem lubrificação, de boa qualidade, usadas para gases têm o macho e as sedes endurecidos e retificados, ou sedes removíveis de material resiliente (borracha, neoprene, teflon etc.); essas últimas não são à prova de fogo, só podendo ser empregadas até o limite de temperatura permitido pelo material das sedes. Essas válvulas, que dão todas ótima vedação, são de uso mais raro do que as com lubrificação; empregam-se, por exemplo, para temperaturas com fluidos para os quais não haja lubrificante adequado. São comuns também Válvulas macho pequenas e baratas, não lubrificadas, chamadas de “torneiras” (cocks), nas quais o _________________________________________________________________________________________________ 134 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ macho é integral com a haste; empregam-se as torneiras para drenos e outros serviços secundários com água, vapor e óleos. As Válvulas macho com diâmetros nominais até 4” - 6” costumam ser manobradas por alavanca, como mostra o exemplo da Fig. 20; para diâmetros maiores empregam-se volantes com parafuso sem fim, com a finalidade de facilitar a operação. Variantes das Válvulas Macho 1. Válvulas de esfera O macho nessas válvulas é uma esfera que gira sobre um diâmetro, deslizando entre anéis retentores de material resiliente não-metálico, tornando a vedação absolutamente estanque (Fig. 21). As vantagens das válvulas de esfera sobre as de gaveta são o menor tamanho, peso e custo, melhor vedação, maior facilidade de operação e menor perda de carga. Essas válvulas são também melhores para fluidos que tendem a deixar depósitos sólidos, por arraste, polimerização, coagulação etc.: A superfície interna lisa da válvula dificulta a formação desses depósitos, enquanto que, para a válvula de gaveta, o depósito pode impedir o fechamento completo ou a própria movimentação da gaveta. Algumas válvulas de esfera são “à prova de fogo”, com dispositivos especiais de dupla sede garantindo perfeita vedação, mesmo no caso de destruição dos anéis retentores, estando a válvula envolvida por um incêndio. Fig. 21 - Válvula de esfera _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espíritoi Santo 135 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ As válvulas de esfera podem ser de “passagem plena” ou de “passagem reduzida”; nas primeiras, o orifício da válvula é equivalente à seção interna do tubo e, nas outras, é menor. Essas últimas são bastante usadas por motivo de economia. Existem também válvulas desse tipo que têm o furo na esfera em forma de “V” e que podem ser empregadas tanto para bloqueio como para regulagem. Tanto as Válvulas macho como as de esfera são muito facilmente adaptáveis à operação por meio de atuadores pneumáticos ou elétricos, com comando remoto. 2. Válvulas de 3 ou 4 vias (three & four way valves) - O macho nessas válvulas é furado em “T”, em “L” ou em cruz, dispondo a válvula de 3 ou 4 bocais para ligação às tubulações (Fig. 22). As válvulas de 3 e 4 vias são fabricadas e empregadas apenas em diâmetros pequenos, até 4”. Fig. 22 - Válvula de 3 vias Válvulas Globo Nas Válvulas globo o fechamento é feito por meio de um tampão que se ajusta contra uma única sede, cujo orifício está geralmente em posição paralela ao sentido geral de escoamento do fluido (Fig. 23). As Válvulas globo podem trabalhar em qualquer posição de fechamento, isto é, são válvulas de regulagem. Causam, entretanto, em qualquer posição, fortes perdas de carga devido às mudanças de direção e turbilhonamento do fluido dentro da válvula. As Válvulas globo dão uma vedação bem melhor do que as válvulas de gaveta, podendo-se conseguir, principalmente em _________________________________________________________________________________________________ 136 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ válvulas pequenas, uma vedação absolutamente estanque. Na maioria das Válvulas globo o fechamento é de metal contra metal, o que torna essas válvulas à prova de fogo desde que todos os metais sejam de alto ponto de fusão (mais de 1.100ºC). Em algumas válvulas, de tamanhos pequenos, tem-se o tampão com um anel não metálico, de borracha, neoprene, plásticos etc. Essas válvulas, que estão limitadas às temperaturas de trabalho dos materiais não metálicos do tampão, dão uma vedação muito boa e destinam-se, entre outras aplicações, a serviços com fluidos corrosivos. O tampão pode ser integral com a haste, que é o sistema usado em válvulas pequenas e baratas, ou desmontável, que é a disposição usual nas válvulas maiores de melhor qualidade. Exceto em válvulas pequenas e baratas, a sede costuma ser um anel substituível rosqueado no corpo da válvula. Fig. 23 - Válvula globo Como regra geral, as Válvulas globo devem ser instaladas de forma que o fluido entre pela face inferior do tampão. As Válvulas globo são usadas principalmente para serviços de regulagem e de fechamento estanque em linhas de água, óleos, líquidos em geral (não muito corrosivos), e para o bloqueio e regulagem em linhas de vapor e de gases. Para todos esses serviços as Válvulas globo são empregadas para quaisquer _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 137 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ pressões e temperaturas, em diâmetros até 8”. Não é usual o emprego de Válvulas globo em diâmetros maiores porque seriam muito caras e dificilmente dariam uma boa vedação. Variantes das Válvulas Globo 1. Válvulas angulares (angle valves) - As válvulas angulares têm os bocais da entrada e de saída a 90º, um com o outro, dando por isso perdas de carga bem menores do que as Válvulas globo normais (Fig. 24). Essas válvulas têm pouco uso em tubulações industriais porque uma válvula, em princípio, não deve sofrer os esforços aos quais as curvas e joelhos estão geralmente submetidos. Por essa razão, só se devem usar válvulas angulares, quando localizadas em uma extremidade livre da linha, principalmente tratando-se de linhas quentes. Fig. 24 - Válvula angular 2. Válvulas em “Y” - Essas válvulas têm a haste a 45º com o corpo, de modo que a trajetória da corrente fluida fica quase retilínea, com um mínimo de perda de carga (Fig. 25). Essas válvulas são muito usadas para bloqueio e regulagem de vapor, e preferidas também para serviços corrosivos e erosivos. _________________________________________________________________________________________________ 138 CST Compnahis Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 25 - Válvula em “Y” 3. Válvulas de agulha (needle valves) - O tampão nessas válvulas é substituído por uma peça cônica, a agulha, permitindo um controle de precisão do fluxo (Fig. 26). São válvulas usadas para regulagem fina de líquidos e gases, em diâmetros até 2”. Fig. 26 - Válvula de agulha _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 139 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Válvulas de Retenção Essas válvulas permitem a passagem do fluido em um sentido apenas, fechando-se automaticamente por diferença de pressões, exercidas pelo fluido em conseqüência do próprio escoamento, se houver tendência à inversão no sentido do fluxo. São, portanto, válvulas de operação automática. Empregam-se as válvulas de retenção quando se quer impedir em determinada linha qualquer possibilidade de retorno do fluido por inversão do sentido de escoamento. Como todas essas válvulas provocam uma perda de carga muito elevada, só devem ser usadas quando forem de fato imprescindíveis. Citaremos três casos típicos de uso obrigatório de válvulas de retenção: 1. Linhas de recalque de bombas (imediatamente após a bomba) quando se tiver mais de uma bomba em paralelo descarregando no mesmo tronco. As válvulas de retenção servirão nesse caso para evitar a possibilidade da ação de uma bomba que estiver operando sobre outras bombas que estiverem paradas. 2. Linha de recalque de uma bomba para um reservatório elevado. A válvula de retenção evitará o retorno do líquido no caso de ocorrer uma paralisação súbita no funcionamento da bomba. 3. Extremidade livre de uma linha de sucção de bomba (válvula mergulhada no líquido), no caso de sucção positiva. A válvula de retenção (válvula de pé) servirá para manter a escorva da bomba. As válvulas de retenção devem sempre ser instaladas de tal maneira que a ação da gravidade tenda a fechar a válvula. Por esse motivo, quase todas essas válvulas (com exceção de alguns modelos de portinhola dupla com mola) só podem ser colocadas em tubos verticais, quando o fluxo for ascendente. Existem três tipos principais de válvulas de retenção: 1. Válvulas de retenção de levantamento (lift-check valves) - O fechamento dessas válvulas é feito por meio de um tampão, semelhante ao das Válvulas globo, cuja haste desliza em uma guia interna. O tampão é mantido suspenso, afastado da sede, por efeito da pressão do fluido sobre a sua face inferior. É fácil de entender que caso haja tendência à inversão do sentido de escoamento, a pressão do fluido sobre a face superior do tampão, aperta-o contra a sede, interrompendo o fluxo. Existem modelos diferentes para trabalhar em posição horizontal e em posição vertical. As válvulas de retenção de pistão (piston- check valves) são _________________________________________________________________________________________________ 140 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ uma variante desse tipo nas quais a peça de fechamento é um pistão deslizante. Fig. 27 - Válvula de retenção de levantamento Todas essas válvulas causam perdas de carga bastante elevadas, não sendo por isso fabricadas nem usadas para diâmetros acima de 6”. As válvulas desse tipo são adequadas ao trabalho com gases e vapores. Não devem ser usadas para fluidos que deixem sedimentos ou depósitos sólidos. Essas válvulas podem ser empregadas para tubulações com fluxo pulsante ou sujeitas a vibrações. 2. Válvulas de retenção de portinhola (swing-check valves) - É o tipo mais usual de válvulas de retenção; o fechamento é feito por uma portinhola articulada que se assenta no orifício da válvula. Existem também modelos para trabalhar em posição horizontal (mais comum), Fig. 28, ou vertical. As perdas de carga causadas, embora elevadas, são menores do que as introduzidas pelas válvulas de retenção de levantamento, porque a trajetória do fluido é retilínea. Essas válvulas são empregadas para serviços com líquidos; não devem ser usadas em tubulações sujeitas a freqüentes inversões de sentido de fluxo, porque nesse caso têm tendência a vibrar fortemente (chattering). Para diâmetros muito grandes, acima de 12”, essas válvulas costumam ter a portinhola balanceada, isto é, o eixo de rotação atravessa a portinhola que fica assim com uma parte para cada lado do eixo. A finalidade dessa disposição é amortecer o choque de fechamento da válvula quando houver inversão do fluxo. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 141 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 28 - Válvula de retenção de portinhola Algumas válvulas de retenção desse tipo têm uma alavanca externa, com a qual a portinhola pode ser aberta ou fechada, à vontade, quando necessário. Estão atualmente muito em uso, principalmente para grandes diâmetros, válvulas de portinhola tipo “wafer”, que são muito mais leves e mais curtas do que as válvulas de construção convencional. O corpo dessas válvulas é semelhante ao da válvula mostrada na Fig. 35. Existem também válvulas tipo “wafer” de portinhola dupla bipartida (válvulas “duo-deck”), que apresentam, em relação às válvulas convencionais, menor tamanho e menor perda de carga; algumas dessas válvulas, com fechamento por mola, podem trabalhar em tubos verticais com fluxo para baixo. 3. Válvulas de retenção de esfera (ball-check valves) - São semelhantes às válvulas de retenção de levantamento, sendo porém o tampão substituído por uma esfera (Fig. 29). É o tipo de válvula de retenção cujo fechamento é mais rápido. Essas válvulas, que são muito boas para fluidos de alta viscosidade, são fabricadas e usadas apenas para diâmetros até 2”. Fig. 29 - Válvula de retenção de esfera _________________________________________________________________________________________________ 142 CST Compamhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 30 - Válvula de pé Variantes das Válvulas de Retenção 1. Válvulas de pé (foot valves) - São válvulas de retenção especiais para manter a escorva (linha com líquido) nas linhas de sucção de bombas; devem ser instaladas na extremidade livre da linha, ficando mergulhadas dentro do líquido no reservatório de sucção. Essas válvulas são semelhantes à válvulas de retenção de levantamento, tendo geralmente no tampão um disco de material resiliente (plásticos, borracha etc.), para melhorar a vedação. Possuem também uma grade externa de proteção (Fig. 30). 2. Válvulas de retenção e fechamento (stop-check valves) - São semelhantes às Válvulas globo, tendo o tampão capaz de deslizar sobre a haste. Na posição aberta, funcionam com válvula de bloqueio. Usadas nas linhas de saída de caldeiras. _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espirito Santo 143 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ Fig. 31 - Válvula de retenção e fechamento Válvulas de Segurança e de Alívio Essas válvulas controlam a pressão a montante abrindo-se automaticamente, quando essa pressão ultrapassar um determinado valor para o qual a válvula foi ajustada, e que se denomina “pressão de abertura” da válvula (set-pressure). A válvula fecha-se em seguida, também automaticamente, quando a pressão cair abaixo da pressão de abertura. A construção dessas válvulas é semelhante à das Válvulas globo angulares. O tampão é mantido fechado contra a sede pela ação de uma mola, com porca de regulagem (Fig. 32). Regula-se a tensão da mola de maneira que a pressão de abertura da válvula tenha o valor desejado. _________________________________________________________________________________________________ 144 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 32 - Válvula de segurança A mola pode ser interna, dentro do castelo da válvula, ou externa, preferindo-se essa última disposição para serviços com fluidos corrosivos ou viscosos, para que o fluido não fique em contato com a mola. Existem ainda válvulas que em lugar da mola têm um contrapeso externo de posição ajustável, que mantém a válvula fechada. Essas válvulas, muito empregadas no passado, estão atualmente quase desaparecidas. Todas essas válvulas são chamadas “de segurança” quando destinadas a trabalhar com fluidos elásticos (vapor, ar, gases), e “de alívio” quando destinadas a trabalhar com líquidos, que são fluidos incompressíveis. A construção das válvulas de segurança e de alívio é basicamente a mesma; a principal diferença reside no perfil da sede e do tampão. Devido à compressibilidade e à força elástica, para fazer cair a pressão de um gás é necessário que um grande volume do gás possa escapar em um tempo muito curto. Por essa razão, o desenho dos perfis da sede e do tampão nas válvulas de segurança é feito de tal forma que a abertura total se dê imediatamente após ser atingida a pressão de abertura. Nas válvulas de alívio, pelo contrário, a abertura é gradual, atingindo o máximo com 110 a 125% da pressão de abertura, porque uma pequena quantidade de líquido que escape faz logo abaixar muito a pressão. As válvulas de segurança devem ser instaladas sempre acima do nível do líquido, para que não sejam atravessadas pelo _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 145 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ líquido. Estas válvulas costumam ter uma alavanca externa com a qual é possível fazer-se manualmente o disparo da válvula para teste. Modernamente, foram desenvolvidas válvulas de segurança que tanto podem servir para líquidos como para gases (pop-safety valves), de forma que, para essas válvulas, a antiga distinção entre válvulas de segurança e de alívio é um conceito ultrapassado. A norma API-RP-520, do “American Petroleum Institute”, contém fórmulas e procedimentos de cálculo para o dimensionamento de válvulas de segurança e de alívio. Essas válvulas costumam ser consideradas como instrumentos, e não como componentes de tubulação. As válvulas de quebra de vácuo (ou ventosas) destinadas a evitar a formação de vácuo em tubulações, são também semelhantes às válvulas de segurança, com a diferença de que se abrem de fora para dentro admitindo ar, quando há um vácuo, em lugar de se abrirem de dentro para fora. Essas válvulas são empregadas principalmente em tubulações de grande diâmetro, nas quais a formação acidental de um vácuo pode causar o colapso em conseqüência da pressão atmosférica. Válvulas de Controle Essas válvulas são usadas em combinação com instrumentos automáticos, e comandadas à distância por esses instrumentos, para controlar a vazão ou a pressão de um fluido. A válvula tem sempre um atuador (pneumático, hidráulico ou elétrico), que faz movimentar a peça de fechamento, em qualquer posição, em determinada proporção, por um sinal recebido de uma fonte motriz externa. Esse sinal (a pressão do ar comprimido, por exemplo) é comandado diretamente pelo instrumento automático. A válvula em si é quase sempre semelhante a uma válvula globo. Para diminuir o esforço necessário à operação, e assim facilitar o controle, essas válvulas têm freqüentemente dois tampões superpostos na mesma haste, que se assentam em duas sedes colocadas de tal maneira que a pressão do fluido exercida sobre um tampão contrabalança a pressão exercida sobre o outro (Fig. 33). É evidente que para qualquer tipo de válvula a percentagem de fluxo permitido é função da percentagem de abertura da válvula, isto é, existe sempre uma relação de interdependência entre o fluxo permitido e a posição de abertura: Quando a abertura é _________________________________________________________________________________________________ 146 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ zero o fluxo também é zero; quando a abertura é 100% o fluxo é 100%. Nas posições intermediárias a percentagem de fluxo pode ser maior ou menor do que a percentagem de abertura, dependendo do tipo de válvula e dos perfis da sede e da peça de fechamento. A curva 1 da Fig. 34, representa a referida função para uma válvula de gaveta comum. No caso das válvulas de controle, essa relação de interdependência é muito importante, por se tratar de válvulas destinadas á regulagem rigorosa do fluxo em qualquer posição. Os tampões e sedes dessas válvulas têm por isso perfis especialmente projetados e cuidadosamente construídos para resultar em funções predeterminadas. Os perfis mais comuns são os de igual percentagem (curva 2) e os de abertura rápida (curva 3). Fig. 33 - Válvula de controle _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 147 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Fig. 34 - Curvas características de fechamento de válvulas (percentagem de fluxo permitido em funções da percentagem de abertura) A Fig. 33 mostra um modelo muito comum dessas válvulas, com atuador pneumático. Em geral, o atuador opera em um só sentido (para abrir ou para fechar), sendo a ação inversa feita por uma mola de tensão regulável. Na válvula da Fig. 33, a pressão do ar sobre a face superior do diafragma faz fechar a válvula, enquanto que a mola faz abrir. Existem ainda válvulas de controle cujo corpo é uma válvula de esfera, com o furo na esfera em forma de “V”, e outras com o corpo de válvulas borboleta ou de diafragma. As válvulas de controle, embora dificilmente dêem uma vedação perfeita, são sempre de construção e usinagem cuidadosas, e de materiais da melhor qualidade. Outros Tipos Importantes de Válvulas 1. Válvulas borboleta As válvulas borboleta são basicamente válvulas de regulagem, mas também podem trabalhar como válvulas de bloqueio. O fechamento da válvula é feito pela rotação de uma peça circular (disco), em torno de um eixo perpendicular à direção de escoamento do _________________________________________________________________________________________________ 148 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ fluido. A válvula mostrada na Fig. 35 é do tipo “wafer”, que é um modelo leve e econômico, destinado a ser instalado entre dois flanges da tubulação, com os parafusos passando em torno do corpo da válvula. Existem também válvulas de construção convencional, com extremidades flangeadas, que são evidentemente mais pesadas, mais compridas e mais caras do que o modelo da figura. Estas válvulas são empregadas para altas pressões e para diâmetros grandes, onde a montagem das válvulas do tipo “wafer” pode ser difícil. Quase todas as válvulas borboleta têm anéis de sede não metálicos (teflon, neoprene, buna N etc.), com os quais se consegue uma vedação muito boa. Algumas válvulas possuem um punho com catraca na alavanca, permitindo a fixação da alavanca nas posições aberta ou fechada, bem como em várias posições intermediárias. Fig. 35 - Válvula borboleta (tipo “wafer”). Existem válvulas com revestimento anticorrosivo tanto no corpo como no eixo e no disco de fechamento, que podem ser usadas em serviços de alta corrosão. As válvulas borboleta são empregadas principalmente para tubulações de grande diâmetro, baixas pressões e temperaturas moderadas, tanto para líquidos como para gases, inclusive para líquidos sujos ou contendo sólidos em suspensão, bem como para serviços corrosivos. O emprego dessas válvulas tem aumentado muito, por serem leves e baratas, e também por serem facilmente adaptáveis a comando remoto. 2. Válvula de diafragma - São válvulas sem gaxeta muito usadas para regulagem ou bloqueio com fluidos corrosivos, tóxicos, inflamáveis, ou perigosos de um modo geral. O fechamento da válvula é feito por meio de um diafragma _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 149 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _ flexível que é apertado contra a sede; o mecanismo móvel que controla o diafragma fica completamente fora do contato com o fluido (Fig. 36). Existem também algumas válvulas de diafragma que têm a passagem reta, próprias para serviços que necessitam eventualmente de desobstrução mecânica através da válvula. Fig. 36 - Válvula de diafragma As válvulas de diafragma são quase sempre válvulas pequenas (até 6”), geralmente de materiais não metálicos ou de metais com revestimentos internos especiais contra a corrosão (ebonite, borracha, plásticos, vidro, porcelana etc.). A temperatura limite de trabalho da válvula está em geral na dependência do material empregado no diafragma, que varia conforme o fluido conduzido (borracha natural, borrachas sintéticas, neoprene, teflon etc.). 3. Válvulas redutoras de pressão - As válvulas redutoras de pressão regulam a pressão a jusante da válvula, fazendo com que essa pressão mantenha-se dentro de limites preestabelecidos. Essas válvulas são automáticas, isto é, funcionam sem intervenção de qualquer ação externa. Em muitas delas o funcionamento se faz através de uma pequena válvula-piloto, integral com a válvula principal e atuada pela pressão de montante, que dá ou não passagem ao fluido para a operação da válvula principal. Tanto a válvula-piloto como a principal fecham-se por meio de molas de tensão regulável de acordo com a pressão desejada. _________________________________________________________________________________________________ 150 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ CONVENÇÕES DE PLANTAS _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departameno Regional do Espírito Santo 151 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 152 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ CONVENÇÕES DE DESENHOS ISOMÉTRICOS _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 153 Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ Acessórios de Tubulação Industrial - Avaliação 1) Qual a Classificação de acordo com as finalidades e tipos dos principais acessórios de tubulação? 2) Qual a classificação dos acessórios de acordo com o sistema de ligação empregado? 3) Quais os principais acessórios fabricados para solda de topo? 4) Quais os principais acessórios fabricados para solda de encaixe? 5) Onde são utilizados os acessórios rosqueados? Quais os principais tipos? 6) Onde são utilizados os acessórios flangeados? Quais os principais tipos? 7) O que é um Niple, para que serve e quais os principais tipos? 8) Onde são utilizados os acessórios de ponta e bolsa e de compressão e quais os principais tipos? 9) Para que servem as curvas em gomos, e onde são utilizadas? _________________________________________________________________________________________________ 154 CST Companhia Siderúrgica de Tubarão Espírito Santo _________________________________________________________________________________________________ 10) O que é uma “boca de lobo” em Tubulação Industrial? 11) Quais os acessórios de tubulação utilizados quando se deseja um bloqueio rigoroso e absoluto na tubulação? 12) Quais os tipos mais importantes de Válvulas? 13) Onde são aplicadas as seguintes Válvulas: • Válvula de Gaveta • Válvula Macho • Válvula Globo • Válvula de Retenção • Válvula de Segurança e de Alívio • Válvula de Controle • Válvula Borboleta • Válvula de Diafragma • Válvula Redutora de Pressão _________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 155