Tubulações Indústriais - Capítulo 2

s:
Tubos
Cloreto de polivinil
,
2.1 PRlr~CIP~IS:...;"7ERIAISP,",R.A,
+YBQ~"I:'
PolietiJeno
Acn1icos
É muito grande a variedade dos materiais atualmente utilizados para a fabricação de tubos. Só a ASTM (Ame~
rican Society for Testing and MateriaIs) especifica mais de
500 tipos diferentes de materiais. Damos a seguir um re-
Materiais plásticos
Não-fen-osqs
Cobre (copper)
Latões (brass)
Cobre-níquel
Alumínio
Níquel e ligas
Meta) Monel
Chumbo (lead)
Titânio. zircônio
de
celulose
Poliésteres
Fen6Jicosetc.
Tut1oS não
metálico!
Acetato
Ep6xi
sumo dos principais materiais usados:
Aços-carbono (carbon-steel)
A~os-liga (\ow alloy, high
alloy steel)
Aços inoxidáveis (stainless-steel)
Ferrosos Ferro fundido (cast iron)
F(rro forjado (wrought iron)
Ferros ligados (alloy cast iron)
Ferro nodular (nodular cast iron)
l
m~tálicos
f
TU
S de
a com
r~'esiim~nl0
in emo de
Cimento-amianto (transite)
Concretoarmado
Barro vidrado (clay)
Elastômeros (borrachas)
Vidro
Cerâmica. porcelanaetc.
Zinco
Aços inoxidáveis
Materiais plásticos
Elastômeros(borrachas).ebônite
Asfalto, esmaltesasfálticos
Concretos
Vidro, porcelana
~ Veremos adiânte,com mais detalhes,os tUbosdos
ma eriais d.emaiorimportânciaindustrial.Chama.,seaatençã que os diversostítulos da classificação acima (aços-
MATERIAIS. PROFESSOS DE FABRICAÇÃO.NORMALIZAÇÃO DIMENSIONAI
, ---o
;
Os processos de laminação e de fabricação por solda
! SãOos de maior importância, e p~r eles são (~tos mais de
2/3 de todos 0$ tubos usados em mstaJaçõesindustriais.
i;
i2.3 FABRICAÇÃO DE TUBOS
POR LAMINAÇÃO
I
"",~,=""'~~" =~"""O" "==""""c,,~ -E=,..~
;~""""~ ~.~~"~~ =~~~
-~,-'"'~-.
Os processosde laminação são osmais importantes para
sãoe temperaturade trabalho,do fluido conduzido (aspec- iafabricação de tubos de aço sem costura; empregam-se para
tos de corrosão e contaminação),do custo, do maior ou ~ fabricação de tubos de aços-carbono, aços-liga e aços inomenor grau de segurançaexigido. dassobrecargasexter- fidáveis, desde cerca de 80 até 650 mm de diâmetro.
nasque existirem, etambém,em certoscasos,da resistênHá vários processos de fabricação por laminação, o
ciaaoescoamentodo
,fluido.(perdas
decarga).Voltarem
os
mais
adiante a tooasessas
questões.
.
\
No Capo8 destelivro estãoalgunsexemplosde recomendaçõesde materiaisde tubosparaos serviçosmais freqüentementeencontradosna prática industrial, juntamente com as recomendações
dos meiosde ligação de tubos e
dos materiais para válvulas, conexõesde tubulaçãoetc.
É importante obsef\'arque,todosos materiais. metálicos ou não,empregadosemtubulaçõesindustriais devem
(
;
,
i
!
,
ter suaspropriedadesperfeitamenteconhecidase garantidas e, por isso,só são usualmenteadmitidosos materiais
que obedeçama alguma E'specificaçãode Material. Essa
é. aliás,uma exigênciageralde todasasnormasde projeto
de tubul'áçõesi'ndustriais(vejaltens 2,7, 2;9 e.2. l-O)...
Especificações
de Materials!o documentos
normativos
emitidospor sociedadesde normalizaçãoreconhecidas,públicas ou particulares,ou por algunsfabricantes,contendo
geralmenteasseguintesinformaçõeseexigências:descrição
e finalidadedo material.composiçãoquímica,propriedades
mecânicas,ensaiose testesexigidosou'recomendados,
condiçõesde aceitação,rejeiçãoe marcaçãodo material;poderãoainda conterdadosdimensionais,propriedadesfísicase
\
quimicas,
(
EspecificaçãodeMaterial édesignada
por umasigla numéri~
ca ou alfanumérica,queservetambémcomodesignaçãodos
materiaispor ela definidos.Chama-seatençãoparao fato de
a maioria dasEspecificaçõesde Material abrangernão apenas um único material,mas um grupo de materiaisque se
distinguementresipor "classes"ou "graus"daespecificação;
por essemotivo,paraespecificarcorretamenteum material,
nãobastacitara sigla daespecificação.
mas tambémaclasse
ou grau do material,bemcomo asexigênciasopcionaisque
forem exigidas,quandofor o caso.
r
,
,baiS:.im~ortanted~~quaiséo:proce~so
~'Mannes_mann~;
~ue consiste resumidamente nas seguIntes operaçoes:
I. Um lingote cilíndrico de aço. com o diâmetro exterho aproximado do tubo que se vai fabricar, é aque;çido~cerça de 1.200.C e levado ao denominado "laminador oblíquo".
2. O laminador oblíquo tem dois rolos de cone duplo. cuj~s eixos, fazem entre si um pequeno ângulo (Fig.
g.J). O lIngote e çolocado entre os doIs rolos, que o pren~am fortemente, e lhe imprimem. ao mesmo tempo, um
movimento helicoida] de rotação e translação. Em conseqüência do movimento de translação o lingote é pressiohado contra uma ponteira cônica que ~eencqntra entre os
{olos. A ponteira abre um furo no centrQQQ,)iMQt~..!I.~n~~...
formando-o em tubo, e aJisa continuamente a superfície
Interna recém-formada. A ponteira. que é fixa, está colobada na extremidade de uma haste com um comprimento
maior do queo tubo que resultará.
,.--ROLOS OBLíouos
_.
HASTE
I
I
~
.-L.'
!'UBOS,
carbono,aços-liga etc.),não representamum único material, mas sim umafamília ou um grupode materiais.tendo
cadamaterial, emalgunscasos.propriedadesespecíficase
bastantediferentesuns dos outros.
A seleçãoe especificaçãodo materialmais adequado Rarauma deter1ninadaaplicaçãopode ser um proble-
(
,
~
;
,;
exigências
suplemcIltilfCIo
upl;iullais
e:tc, Eada
t-
! ~IN6~~;:~3~~\
.--'
~
,---'- ./
y-f'
i
.~
PRIMEIRA ETAPA
r'
I-F
~UBOFORMADO
LINGOTE
Co
Z.~j
Há quatro grupos de processosindustriais de fabri.
caçãode tuboS:
Tuboscomcostura
(welded pipe)
Laminação (rolling)
Extrusão (extrusion)
Fundição (casting)
Fabricaçãopor solda (~elding:
-,
PONTEIRA
2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE TUBOS
Tubos semcostura
(seamlesspipe)
I
t
EGUNDA
~,
ETAPA
-
ig. 2.1 Fabricaçãode tubos por laminação-Laminador oblí.
uo "Mannesmann". (Cortesia da Cia. Sid~rúrf;ica Mannes
Inann. )
NDUS
AMINADOR
)M
_AMINADOR
-~~
TUBULA
3. O tubo formado nessaprimeira operaçãotem paredesmuito grossas.A ponteira é entãoretirada e o tubo.
ainda quente.é levado para um segundolaminador oblíquo. com uma ponteirade diâmetro um pouco maior. que
afina as paredesdo tubo. aumentandoo comprimento e
ajustandoo diâmetro externo.
=-=0.1 =.,
Q.c;R
9JJ..sj~~EJ!~
,.p~~~I'!§'p~,2~! ~~E9rg~
quos o tubo estábastanteempenado.Passaentãoem uma
ou duasmáquinasdesempenadoras
de rolos.
5. O tubo sofre. fjnalmente,uma série de operações
de caJibragem
dosdiâmetrosexternoeinterno.e aJisamento
dassuperfíciesexternae interna. Essasoperaçõessãofei'tasem'váriaspassagens
em laminadores'commandrise em
laminadorescalibradores(Fig. 2.2).
2.4
PROCESSOS
DE EXTRUSÃO
E DE
FUNDIÇÃO
I. Extrusão-Nu fabricaçãopor extrusão,um tarugo
cilíndrico maciço do material. em estadopastoso,é co]ocado em um recipiente de aço debaixo de urna poderosa
prensa.Em urnaúnica operação,que dura no tota] poucos
segundos.dão-seas seguintesfases(Fig. 2.3):
a) O êmbolo da prensa,cujo diâmetroé o mesmo
do tarogo,-epcosta-se
no rarogo.-b)
O mandri],acionadope]a
prensa,fura comp]etamenteo centrodo tarugo. c) Em seguida,o êmbo]oempurrao tnrugo, obrigandoo materia] a
passarpelo furo de urna matriz calibrada e por fora do
mandril, formando o tubo.
Para qualquer aço, essaoperaçãose proces.c;a
estando o tarugo acercade 1.200.C; asprensassãosempreverticais e o esforçoda prensapode chegara 15 MN (;;: 1500
CAUBRADOR
ROLOS
[
t). O~tubos de aço saemdessaprimeira operaçãocurtos e
grossps:sãolevadosentão. ainda quentes,a um laminador
de ro'os para redução do diâmetro. Vão finalmente para
outro~ laminadoresque desempename ajustam as medidasdp diâmetro e da espessuradas paredes.
fabricam-se porex-trusãotubosâe:açódepequenodi:
âmet~o(abaixo de 80 mm) e também tubos de alumínio.
cobr~, latão, chumbo e outros metais não-ferrosos. bem
comolde materiaisplásticos.
~. Fundição -Nesses processoso material do tubo.
em e ado liquido, é despejadoemmoldes especiais,onde
solidi Ica-seadquirindo a forma final.
abricam-sepor esseprocessotubos de ferro fundido. dalguns acoses eciais não-to .áveiseda maioriados
mate iais não-metálicos. tais como: concreto, cimento-amiaqto,barro-vidrado etc.
Ostubosde ferro fundido e deconcretosãofabricados
por ~ndição centrifugada.emque o materialem estadoliquidolé lançadodentrode um molde cilíndrico em posição
quas~horizontal.dotadode um rápido movimentode rotação. (JImaterial é entãocentrifugadocontra as paredesdo
mol.d~.quecontinuaemmovimentoatéa solidificaçãocompleta~o material.Os tubosde concretoannadosão também
vibra~s d~te afabricaçãoparao adensamento
docqncreto.
-,RETORN(
2.5 FABRICAÇÃO DE T!JBOS COM COSTURA
fabricam-se pelo.c;diversos processoscomçostura.
descri~osa seguir. tubos de aços-carbono.aços-lign.aços
MANE
F"
Ig.2 .-.,
ubosp
;tt:abamc
Ia (';'/.
aminaçã()-Laminadores de
lt'nírl?icll M"nnt'.~ml/Jl/I.}
Fig. 2.4 Tubo com solda helicoidal.
\NAL
.05
tl.1ATERIAIS PROCE$OS
DE FABRICAÇÃO.
NORMALIZAÇÃO
Fig; 2.5 Fabricação dI?tubos a partir
de bobinas de chapa. (Cortesia da
,Cio, $ider!i'rgifg_MI!/I/lesmánn.)
PARA A SOLDAGEM
ROL~S CONFO~~ADORES (2' ETAPA)
inoxidáveis e ferro forjado. em toda a faixa de diâmetros
usuais na indústria.
Existem duas disposições da costura soldada: longitudinal (ao longo deumageratriz do tubo) e helÍi:oidal (*)
(Fig. 2.4)', sendo a longitudinal empregada na maioria dos
casos. Asoldagem é sempre feita automaticamente: existem vários processesdesoldagom.sendo os mais empregados a soldagem por arco submerso (submerged arc
welding), e por resistência elétrica. sem adição de metal
(electricresistance welding).
Para os tubos com solda longitudinal a matéria-prima pode ser uma bobina de chapa enrolada, ou chapas planas avulsas. As bobinas sãoempregadas para a fabricação
contínua de tubos de pequeno e de médio diâmetro (até 450
mm, aproximadamente). e aschapas planas, para tubos de
ffiéàie e se ~::.~se àif..-::etfe.~!a f::i3Ãsaiãe G9Rt:~~aa p?.~ij:
de uma bobina. a circunferência do tubo é a largura da
bobina, que deverá por isso ser cortada e aparada na largura exata. depois do desbobinamento e aplainação. O tubo
é formado por meio derolqs conformadores que comprim~m a ch?pasucessiY~I:"!~m~eDJduas direçõe~ (Fig. 2.5);
a soldagem é feita por resistência.elétrica e depois geralmente submetida a tratamento térmico, passando em seguidao tubo por rolos decalandragem e desempeno.
Na fabricação a partir de chapas planas avulsas. a conformação pode ser feita em prensas ou enicalandras. Para
diâmetros de tubos até 760mm. a chapa é calandrada no
sentido longitudinal, e para diâmetros maiores, no sentido
transversal; porque a maior}arguracomercial de chapas de
aço é de ~,44m. A prensag~1:z;1_~
feita em duas et~pas, primeirotomando o formato e;W::U'. e depois, o formato em
"O". Asoldagem é feitaelrisel!uida.
exiQindoa norma
ASMEB:31 (**) que a sóldâsejn de topo. no mínimo em
doispasses;e feita exterrtae internamente.. Os tubos são
---
,
cccc
ara corrIgir
a clrculandade
$nalmen~e.sub~etido~a
ograma
i
completo
das
diversas
-para
a fabricação
contínua
é enr01ada
ou por
resistência
só ~rmite
ai em
serviços
"categoria
de
?"
todos
ualmente,
Ida
c
m
elétrica.
baixa
(veja
que
Ao
teste
sem
do
que
tal vez
isto
é,
sem
seja
de
determinada
r;
(
~ação
r bem
do
c
stura.No$tubos
t
quase
r
movida.
sempre
~
com
uma
que
solda
de
pequena
as
de
interna,
tubos
costura
e de
!lllt:rna
de
quaJi-
ou
de
ou
acor-
dlflcll
podem
s~m
exISde
ser
c
C") A solda helicoid31 é também ch3lriada. clToneamente. de ,olda em e,piral.
C"") A norma AS~IE B.31...~éanorm3 norle.americana para tubulaçõcs
prc"urízudasna indústria do petrli\'Q( nu' iodú.'tria, química, epetroQuímic3s.
quc veremo, com ma;;; detalhes no chp. 17. e iJqual furelTio' muita' roieréncia,
no decolTcr dc'lc li"o. E"a nom'3 foihd'}t:ld3 pel3 AS~1E CAmen,,"n Socict~.
of Mochanica' Eogio""'1 cm Il)~\J." 3n1criom"'nlc dcnomina,a-'c A:-:SI B..~I.,
r ) A expon,;ão a frio introduz tcn'õ", na par",!., ,I ",1", '!ue podemdar ori-'!""";"'.
g rn a trinca, ú. c"rro,;"o,oh Icn,[io cm "er\';..'", 11,
formad~corro,. o po,'" ocorr"f. Par" ",;,;c,; "cr,'iço, recom.:",!.!
,V";,, ,"ha, ~"pandidosa
fIo. ou "ubrncter '" tuh", a ~Imtr.lt,,",cnto loiroll,', k';oIj,,',cJ~Ion"õ~sdepoi.'
Ú c"p"n,;""afr,..
t
I:
~
~ '
costura
;IO~ ~bos
cJe:r;c.a,
;
sem
maiores
e o_vali:-.ação)
rebar!"1:\
:
inferi-
11I!>!)." com
reslsl.l'IIl:Ja
:
!
e a
os
Maleria1
r~lat.iv;,\
I!
ultra-som.
pelas
espessu~a.
do
fabriindivi-
-com
de
Item
de
(;()m
quaJquertub()
é f.bricado.
de fabricação
apertada.~
no
parccer,
principalmente
diâmetro.
mais
i
i
por
tubos
I')
~
econômi(;os
da Especificação
a qual
o tubo
tolerâncias
s
existem
;
;;
li
dequillidade
costura
I
uenoInlnados
press[ío
possa
'
li
A-134,
ou
f;~
s01dah~licoi-
submetidos,
de
l:;~
!';' '
iJ~:~
gran-
a largura
opro(;csso
necessariamente
e tubos
exigências
ou
radiografia
A qua1idade
-é
com
são
hidrostático
são
costura.
adeinferior.
o com
.As
que
sendo
ASTM
costura
por
não
a ta qualidade.
stura
uma
norma/\SMEB.31,já
tub?~
o diâmetro
com
contrário
costura
enores
qualquer
responsabilIdade.
seja
os tubos
a um
A
de
especificação
é inspecionada
r aos
e de
proce~~~).llfabricação.
mesmo
muito
si mesma.
o el!1prego
QuaJquer
s
rahricação
~guaJ
à distância
entre
duas
es~iras
sucessivas
(Flg.
2.4).
A soldagem
pode
serfella
por arco
sub-
itada,
cação.
sobre
uma frio,
flu-
é sempre
-,
es.A
erso
de
a matéria-prima
limitação permitindo
de diâmetro,
esse
bobina
2.6 expansão
mostra
de
etapas
e.diâmetrooo.tubo,
tubos
sem
a bobina
a s01da
c
A Flg.
um (*).
proces~o
speção
desses
tubos.
Com
a solda
helicoidal.
obina
Dt\IE
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B I TUI~I)I.M.Or::S INDUSTRIAIS
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TUBOS, MATERIAIS, PROC*SSOS DE FABRICAÇÃO,NORMALlZAÇÃO DIMENSrONAI
2.6 TUBOS DEAÇO-CARBONO
Entre
carbono
todps9S
éo
mecânica.
materiais
industriais
existentes,
que apresenta
menor
relação
além de ser um
material
fácil
o aço
custo/resistência
de soldare
de con-
formar.
e também
fácil de ser encontrado
no comércio.Por
t õ â õS'e 5'.!:ê'S'môfiVõ5:'"t);açtr"
'Carb-on 1:rt'O "chama d e>"~
~m a te a I"~
de uso gera!"
em tubulações
de empregar
tância
especial
materiais
industriais.
o aço-carbono
quando
que o proíba,
são utilizados
e desta
apenas
isto
houver
ç o de carbono (grafitlzaçao),quefazomatenal
b I adiço.
circuns-
form~.todos
os outros
casos
especiais
de exceção.,Em,umarefinariag~p~~!:'Q)~q,
por exemplo,
mais de 90% de toda tubulação
é de aço-cai:bónô;'em
ou~
tras indústrias
maior,
de processo
Emprega-se
de baixa
pressão,
ses e muitos
turas
fluidos
-45'C.
por
pode
água
ainda
doce,
-Tubulações
corrosivos,
em tempera-
do aço-carbono
sâo grandemente
química
~
:
principais, serviço contíl)Uo;;4~.C.
~
-Tub~laçõessecun?ári'!s,
serviçocontínu\~~14~O'C.
-Máximos
eventuaIS de temperaturu. decurtu"duru,
ção e nãpcoincidentes com grandes c!ifprços mecãI
nicos: S2U"C.
pressão,
sua composição
,
1.
;
ser
óle;os,ga-
pouco
fIcar que-
I
Por todos esses motivos, recomendam-se os seguinJeplil!!ites_~áximos de temperatura para tubulações de aço.
c4rbono (*):
-., -"--"~-
vapor
arcomprimidq,
e a qualquer
As propriedades
fluenciadas
para
condensado,
outros
desde
essa percentagem
o aço-carbono
Em temperaturas superiores a S30.C o aço-carbono
s<j>freuma intensa oxidação superficial (scaling), quando
efPosto ao ar, com formação de grossas crostas de óxidos
(qarepas), o que o toma inaceitável para qualquer serviço
,
~ ntmuo.
Deve ser observado que em contato com outros
eios essa oxidação pode-se iniciar em temperatura mais~~
é, só se deixa
alguma
em alguns
9
in-
I
e pela temperatura.
--i.-
;'
!
i
ij
'I
i O aço-carbono apre!ienta uma transição de comportl
basicamente
um aumento
nos limites
de resistência
e de
tatnento de dúctil para frágil em baixas temperaturas. fi.
!
escoamento
e na dureza e temperabilidade
do aço; em comc~ndo sujeito a fraturas frágeis repentinas. que podem ser
~
pensação,
esse aumento
prejudica
bastante
a ductilidade
e-a:~oldabilidade.
.Ii
C 'tastrÓficas. com a perda total do equipam{:nto.A lcmpe.,
.--,
-.11
d6"açe..~ Per6sse
mOt~\' o. ~-Pafa..1u,,-r-aUfade4Fa~stÇaonaoe um,valor-d~tmHia paról.tlmdeJ.Cr~... -,~:...
m nado tipo de aço, sendo muito intluencia(!a pC!.1comtl
bos limita-se
a quantidade
de carbono
até O,350/c, sendo que
O aumento
na quantidade
de carbono
no aço produz
~
~
até 0.30%
os tubos
de C a solda
podem
Os
steel)
é bastante
ser facilmente
aços-carbono
com
adição
Os aços-carbono
fina
ser
de até 0,6%
e com
de C
a frio,
de Si, para
(killed-
eliminar
que
não
os ga-
contêm
Si,
têm estrutura
metalúrgica
mais
incidência
de defeitos
inter-
menor
SiÇãO
o emprego
de aços-carbono
pre que ocorrerem
temperaturas
por pouco
ou para
tempo,
Os aços de baixo
acima
de 400'C,
temperaturas
carbono
acalmados
e limite
mm~).
de escoamento
de
(até 0.25
150 a 220
o/cC) têm
MPa
carbono
são respectivamente
370
(até
uma
400'C.
forte
redução
em função
nômeno
em
do tempo,
de def9rmações
que começa
a 540
~Pa
a partir
ser obrigatoriamente
considerado
de 400'C,
da fora
longo
tido
tanto
maiores
te~peratura,
foro
tempo
à temperatura
e mais
maior
durante
for
começa
qualquer
rápida,s
a tensão
o qual
quanto
(creep).
e que deve
serviço
por
mais
no material
o material
a
ao fe-
por fluência
para
a
superiores
de 370'C,
As deformações
esses
(== 37 a 54 kgl
principalmente
permanentes
temperaturas
cia serão
de
(== 1.5 a 22 kg/
temperaturas
devido
a ser observado
acima
limite
0,35o/cC),
mU1~), e 220 a 280 MPa (== 22 a28 kg/mm2).
A resistência
mecânica
do aço'-carbono
sofrer
que.
a O'C.
31 a37kg/mm2),
Para os aços de médio
valores
ainda
inferiores
resistênciadaordemde310a370MPa(==
sem-
em
fluênelevae mais
tamanho
dos
grãos,
espessura
da
peça,
el
de
tensões,
e
principalmente
pela
existência
de
,
'10b'ervaçõe~:
(
(*) Parapropriedades. empregos e limitações de aço,--carbo'lo para tubo.. veja o
livro "~lateriais para Equipamento, de Proce.so".do mesmo autor.
.
-I Para" maIOria dos servIços corro"vOs e,ses limite, devem ser moI' baixos.
PO qUe1'.temperatura em geral acelera a corrosão.
-Todos
esses limites são de prática. e não de norma. e por es,o razão podem
va iar um pouco de um" font~ para outra.
r
,
I:
.!
11
li
;1
"
fa xa de zero até -4S.C, pode.se usar aço-carbcmodentro de
,d terminados requisitos, como veremos no Item 8.8.
O aço-carbono é um material de baixa resistência à
c rrosão, sendo muito raros os serviços para os quai-; não
h .a nenhuma corrosão. Por essa razão, é quase sempre
n essárioo acréscimo de alguma sobreespessura(margem
p ra corrosão) em todas as partes de aço-carbono em conta o com os fluidos de processo ou coma atmosfera, exçeto se houver uma pintura ou outro revestimento protetor
a equado. Essa margem para corrosão é um material que
se á consumido pela corrosão ao longo da vida útil da tub lação, sem comprometer a resistência mecânica da mesm .Será então, teoricamente, o produto da taxa anual previ ta da corrosão, vezes o número de anos estimado para a
vi a útil. Veja sobre esse ~.ss.unto~ I!vro "Materiais p.ara
E uipamentosde Processo, Já aquI cItado. .Mes,n:° ass~m,
o ço-carbono pode ser usado, co.m uma. v!da utll aceltáv I, para a maioria dos processos mdustnals-
estevesubme-
e à tensão.(.)
I ,
irre-
g laridades geométricas na peça (entalhes-llolche.\'), inclusi e causadas por defeitos internos no material ou por defe tos de solda.
De um modo geral. não seempregam aço!i-camono para
se iços em que possam ocorrer temperaturas inferiores a
1.0S.seliOO8ssifli EleqtleliEleEle51i~eFieFae6 @~I!"'!e~çeljtes
Recomenda-se
química,
P
ní
"acalmados"
(rimed-steel),
acalmados
e uniforme
e até 0,25%
dobrados
podem
ses, ou "efervescentes"
fácil.
~
n
~
t
[
11;
f
.,
f.
!
t
l
t
r
l
.r
f
TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS
mate alonão estabelecendo, por exemplo, limites máJr.imos
o contato direto com o so]o causa não só a ferrugem
de car ono, cujo teor poderá estar assim mais alto do que o
comoumacoJTosão
por pites penetrante, que é mais grave
aceitá el para bOasoldabilidade. A norma ASME B31.3 só
emso.los úmidos ou ácidos; esse contato deve por isso ser
permi eo emprego dessestubos para os serviços enquadrasempre evitado. O aço~carbono é violentamente
atacado
dos n denominada "Categoria D", o que inclui fluidos nãO'
pejos ácidos minerais, principalmente
quando diluídos ou
infl
áveis, não-tóxicos e não perigosos, em pressõesaté 1
quentes. O serviço cornos álcalis. mesmo quando fortes, é~pOS'síVel"g
~10kg/crri-J'eemtemperatnras"d;té~18-5P&t~'EsseS""T~"
té ~700't:';"--devendo,;e ntretanto,,'para .tem pe raturas =
acima de 40°C, ser feito
um tratamento
térmico
de alívio
de tensões; temperaturas mais elevadas causam um grave
problema de COJTosão sob tensão no aço-carbono. De um
modo geral, os resíduos da COJTosão do aço-cárbononão
sãotQ~icos,~as
podem afet~ a cor e o gosto do fluido
contido."
""
2.7
ESPECIFICAÇÕES DE MATERIAL PARA
TUBOS DE AÇO~CARBONO
As principais Especificações
de Material de origem
norte-americana
para tubos de aço-carbono são as citadas
a seguir. É importante lembrar que os materiais de todos
os componentes de qualquer tubulação industrial devem
obrigatoriamente
obedecer a alguma Especificação
de
Material,
porque com os materiais
sem ~specificação
não
se tem nenhuma garantia quanto à sua qij~ljdad~. Essa~~jgênêia se aplica não s6 aos tubos como também a todos os
outros componentes
de uma tubulação
(válvulas,
acessó-
rios diversos, flanges; parafusos etc.).
A norma ASME B.31 enfatiza essa exigência para
todas as tubulações dentro do âmbito da norma, proibindo
o emprego de qualquer material que não obedeça a alguma especificação(*).
n} E".n"r~firnç1ip.. da A.'i"TM (AmericanSocietv
Testingand
for
MateriaIs):
1. ASTM A53 -Especificação
para tubos de qualidade média, com ou sem costura, de l/s" a 26" de diâmetro
nominal para uso em geral. Os tubos podem ser pretos (isto
é, sem nenhum acabamento superficial) ou galvanizados. A
especificação inclui tubos sem costura e com costura de solda
de resistência elétrica; para qualquer dos processos de fabricação, a especificação define dois graus de material, denominados graus A e B. conforme a resistência mecânica e o
teOI: de carbono no aço, como explicado a seguir.
2. ASTM A1O6 -Especificação
para tubos de alta
qualidade, sem costura, de VS" a 26" de diâmetro nominal,
para temperaturas elevadas. O aço-carbono deve ser sempre acalmado com silício. A especificação
abrange três
grausd~ material, A.B e C, sendo o grau C raramente empregado e não fabricado aqui no Brasil.
3. ASTM A120 -Especificação
para tubos de qualidade estrUtural, pretos ou galvanizados, com ou sem costura, de l/S" a 26" de diâmetro nominal. Essa especificação não
prescreve exigências
- -
de composição
química
,,---,
completado
,---
.1"-
(*) Note-se que existem no comérCIo m..tenals alIO' de 'qualidade comercIal
que não obedecem a nenhuma e,pecific:lção e oor j..o .õn vendido" mais b:,
r---'~-~
rnto,
1
1""'MPa{
="
tubos, mais baratos do que os anteriores,podem ser empregados ara água. ar comprimido, condensado, e outros serviços e baixa responsabilidade.
.ASTM A134 -Especificação
para tubos com costur~..sJ g~9~.p.9rarç;Q~'\!
qmer~q, ~ro"Qi~~rrq~nqmin~~Q~ "'"'-."
16", o maiores. com solda longitudinal ou helicoidal. A
norm ASME B.31.3 só permite o uso desses tubos para
os se iços da "Categoria D".
.ASTM A135= Especificação para tubos soldados
-:'.
por re istência elétrica, em diâmetros nominais de 2" a 30",
abran endo dois graus de material A e B. Pela norma já
citada o emprego dessestubos também sóé permitido para
os se iços de "Categoria D".
.ASTM A333 -Especificação
para tubos com ou
sem c stura, especiais para serviços em baixas temperaturas. A specificação abrange vários graus de material, sendo
os gra s 1 e 6 de aço-carbono, acalmado com silício; os
outros graus-correspondem a aços-liga-níqueJ,-e-.sei'ãe--re'.,.-'--.
ferido mais adiante no Item 2.9.
'
.ASTM A671- Especificação para tubos fabricados
com c stura por solda elétrica (arco submerso), em diâmetro de 6", ou maiores, para serviços em temperaturas ambiente e aixas. A especificação abrange 15 classes de material, d sigDadasde 10 a 52, conforme as exigências de tratamento térmicos. radiografia da solda e teste de pressão. Os
tubos e aço:.carbono são feitos a partir de chapas de aço
acalm do (ASTM A
, ou não-ac ma o
Gr .C); a especificação inclui também tubos de aços-liga níquel, ue serão referidos no Item 2.9(**).
.ASTM A672 -Especificação
para tubos fabricados c m costura por solda elétrica (arco submerso), em
diâme ro de 16". ou maiores, para serviços de altaspressões, m temperaturas moderadas. A especificação abrange 15 lasses de material, designadas também de 10 a 52,
como A671.0s tubos de aço-carbono são feitos de chapas de aço acalmado (ASTM A515 ou A516), ounão-acalmado ASTM A285 Gr.C); a especificação inclui também
tubos e aço-ligamolibdênio, que serão referidos no Item
(
!
'
,
I
2.9(* ).
) Especificações do API (AmericanPetró.le\lm Ins"
..
titute)f
I
(O)An a ASMEB,: 1.3distingue
duascl sesdetubulações
paraser\.iços
especiaj
.paraasquais,õo feitaspeffi1issões
ouexigência...
adicionais:
-"Cat 2oriaD": comodescrito
acima.
-'.Cat 2oriaM": tubuiações
parafluidosaltamente
tóxicos.
Deacoro comanorro:'.~ obrigação
dousuário
determinar.
emcadaca$O.
as
condiçõsdeoperação
dótubulação
e ascaracterísticas
dofluido.parao pos"ívelenqudramento
deumatubulação
emqualquer
umadessa...
duas
classe,.
CO.)
As specificações
.0'.1;71.
A672eA6911citadas
aseguir.noItem2.91.sub~lituírom antigaespeci:-:::aç5n
A155.quefoicancelada.
"
.".,
..
PROCES~OSDE FABRICAÇÃO. NORMALIZAÇÃO DIMENSIONAI
TUBOS
I. API 5L-ESpecificação
para tubos de qualidade
média, com ou sem costura, de ]/8" a 6-+"de diâmetro nominaJ, em dois graus de material. A e B.
2. API 5LX -Especificação
para tubos com ou sem
costura, de aços-carbono de alta resistência, especial para
oleodutos e gasodutos, abrangendo os oito seguintes graus
~demafê ri al':~é'
5m"õ-s~p eetiVõS"\latôfe,"mínim'OS"dos'li mi,,"
que possuem qualquer quantidade de outrOs elementos,
além dos q~e entra,m na composição dos aços-carbono.
Dependendo da quantidade total de elementos de liga. distinguem-se os aços de baixa liga (lowalloy-steeIJ. com até
5% de elementos de liga, aços de liga intermediária
(intermediate alloy-steel), contendo entre 50/1'e ] OCJc.
e os
:.aç'õs'"a~.'ã
IIa"lígã~(lií'gh"ã1t ~6"fff~fri
"ars="<1
e 1~"-
tes de resistência e de escoamento:
-têm
Limite Escoamento
Limite Resistência
Graus
(lig/mm2)
(fig/mm2)
-~~' ,,-,
42
X42"
44
X46
46
X52
39
50
X56
52
X60 ---1- --42
45
54
X65
49
58
X70
56
63
X80 L__~
Os aços inoxidáveis (stainJess steelJ são os que conpelo menos 12% de cromo, o que Ihesconfere a propriedade de não se enferrujarem mesmo em exposição prolongada a uma atmosfera nonnal.
1
.,
De acordo com a normaASME B..) 1.3, os tubos desta
.--u
espec~ficaçaona~ devem ser empregados para temperaturas acima de 200 C.
Estritamente falando, os tubps dos graus X56 a X80
oIlãosão.deoaço.-carhona...e.sim.LJr..aços
que têm pequenas quantidades de Ti. Vde..baixaJiga,por-:
e Nb.
Notas Gerais:
I
I
IATERIAIS.
"2.
11
tos de liga. Além disso. a mOntagem e soldagem desses
tubos é também em!!eralmais difícil e mais cara.
Como todas as-instalações industriais estão sujeitas
a setomarem obsoletas em relativamente pouco tempo, não
é em geral econômico nem recomendável o uso de açosliga apenas para tomar muito mais longa a vida de uma
t b I u açao.
Os principais casos em que sejustifica o emprego dos
aços especiais (aços-liga e inoxidáveis) são os seguintes:
.:~c
~
--~c
-_c_-
ajA liâsremperaturas= T eiripé~rafU"rãs
ãéimãaos
limites de usodos aços-carbono,ou mesmodentrodesses
limites, quando for exigida maior resistência mecânica,
maior resistênciaà fluência, ou maior resistênciaà corro-
I. Toda~ asespecificaçõesacima citadas (ASTM e são.
API) contêmexigênciasde composiçãoquímica e proprib) Baixas temperaturas-Temperaturas inferiores
edadesmecânicasdo material,ensaiosexigidos ou opcio- a -45°C, devido àpossibilidadede fraturasfrágeiscom o
nais,dimensõese tolerânciasdimensionais,condiçõesde
aço-carbono.
aceitaçãoe rejeiçãodo material etc.
c Alta corrosão -Servi os comfluidos corrosivos.
{)~ g~é1US
* t; B, dé1~t;~pc;"Íli""'iõ",,, *53, *186,
mesmoquandodentroda faixa de temperaturasdeempreAI35 e API-5L, e o grauC, daespecificaçãoA106, têm os go dos aços-carbono.De um modo geral, os aços-liga e
seguintesvalores do teor máximo de carbono,e mínimo
inoxidáveistêm melhoresqualidadesde resistênciaà cordos limites de resistênciae de escoamento:
rosão
do que
osexceção:
aços-carbono.
entretanto.~~eososcasos
de
a águaExistem,
salgada,por
exempl0.des,
Limite
--.
Limite
rói amaioria dosaçosespeciaistão rapidamentecomoos
Resistência Escoamento
aços-carbono.
Gralls
% C (máx.,
A
B
0,25
C
0.30
'--
0,35
'
( /
"
/tgmm J
34
42
48
(kg/mm2) ";;c
21
24
27
~:~
-
O grau A correspondea aço de baixo carbono e os
grausB e C a açosde médio carbono.
Paratubulaçõescom diâmetro nominal até 2" prefere-se usar os tubos de grau A, que s.àomais facilmente
dobradosa frio!veja Itens 10.9.2e 15.2:2);para tubulaçõescomdiâmetronominal de 3" ou maior,prefere-seusar
os tubos de grauB, que têm maior resistênciamecânica.
2.8
AçoS~LIGA
CAsos
E Aços
INOXIDAvEIS
GERAIS DE EMPREGO
Denominam-se "aços-liga" (alloy-steel) todos os aços
d)E.~igênciade não-contaminação-Serviços para
s quais não se possa admitir a contaminaçãodo fluido
circulante (produtos alimentares e farmacêuticos, por
xemplo). A corrosão.ainda que só sejacapazde destrUir
o materialdo tubo depois de muito tempo,pode causara
ontaminação'dofluido circulante quandoos resíduosda
orrosãosãocarregadospela corrente fluida. Por essaraão, nos casos em que não possa lia.ver contaminação,
mpregam-semuitas vezesos aços especiais.emborado
onto de vista propriamenteda corrosão não fossemneessários.
e) S<8uralJça
-Serviços comfluidos peri~osos(em
emperaruramuito elevada.inflamáveis,tóxicos. ~plosios etc.). quandofor exigido o mé\ximode segurançaconra P9ssíveisvazamentose acidentes.Tambémnes~escaos,estritamentedevido àcorrósão,não seriamnormalmene necessáriosos açosespeciais.
!
J
'1
1'
,
!
:;
!'
~
TUBULAÇÕES INDUSTRJAIS
No que se refere à corrosão.convém observar que,
excetoquando entramemjoso tambémaexigênciade nãocontaminação dotluido ou a segurança,o problema é
A'
..
puramenteeconomlCO:q!lanto maIsresIstenteà corrosão
for o material, tanto mais longa seráa vida da tubulação.
portanto, adecisãoserátomadacomo resultadoda compa"raçá o"dQ..custQ"Ji~..Qlysç~ Q?~f!l~Ji
~i~..RQ~
,§!X,~"ͧ~QW~~g" ~l q~
de reposiç!o da tubulação,incluindo-se o custo de operação e de paralisaçãodo sistema.
2.9 TUBOS DE AçOS-LIGA
Duas cJaSSesde aço..;::ligusão importantesccomocma;:'.
Tabela 2.
AAAAAAA-
Eleme/ltos de liga (%}
ostura
Cr
35ar. Pl
3~.Gr~fr35ar. P7
35ar. P9
350r.Pll
35 Or.P22
33ar. 3
Mo
Limites de temperatura para
serviço contínuo
não corrosivo ("CJ
NI
48048@c,"
lr2
~,
_.~5=
7
480
600
520
570
lr2
9
Iv.
2v.
-100
;~I
A- 33Gr..7
-60
-I
teriais para tubuJações:
-AÇos-liga
-Aços-liga
-
ecificação
M e grau
bos sem
molibdênióe êromo-molibdênio.
níquel.
---~
para
as"quais
!)/4
Cr-lh'k
o material
mais
empregadoéo
Mo.Quantoaosaços-lig~
maio alto, um caso típico
aço contendo
Cr-Mo
de emprego
de cromo
são as tubulações
para
Os aços-liga molibdênio e cromo-molibdênio contêm hidr carbonelos
em temperaturas
elevadas.
para as quais
até I C/i'de Mo e até 9Cfcde Cr. em diversa...proporções. como o m leria! mais empregado
é o aço contendo
5o/r Cr-I,'2t"fc
mostra a Tabela 2.1. sendo materiais ferríticos (magné- Mo.
odos os aços-liga
Cr-Mo
são também
indicados
para
ticos). específicos para emprego em temperaturas elevadas. serv ços com hidrogênio.
Nos Itens 8.4, 8.5. 8.7 e 8.10. do
O cromo causa principalmente uma sensível melhoria na CaP18. veremos com mais detalhes
esses diversos
casos
resistência à oxidação -inclusive
em temperaturas eleíficosaços-liga
de aplicação.
contendo
níque!
Sã~ ~at~ri.ais
específieSP" ,Os.
vadas-.
e na resistência~cprros1io ~mgeral, sobretudo-~---,--
J
a~.s~ei05. oxj~ntet'.,,$en.dQ.e,~'i.~~f~J,tQ~la1l.tQ"m!!i:.,.
-~çe!}:tuados quanto maior for a quantidade de cromo. Por essa
razão. esses aços podem ser empregados em temperaturas
mais elevadas do que o permitido para o aço-carbono. como
mostram os limites indicados na Tabela 2.1.(*)
Até a quantidade de 2.50/('de Cr. há um ligeiro aumento na resistência àfluência. sendo que percentagens maiores de Cr reduzem de forma acentuada essa resistência (exceto nos aços inoxidáveis aus{eníticos. contendo níquel).
,
Por es~e n1uLi vu, u" dyu,,-lie;" \-VIII até z.5'if
de Er ~ãe! es
cos
pera
dad
ara uso-em
teff.pem~i"~à~'CI"1ttiit~~~~ef;I'f-'-'-~-'-'
ura limite tanto mais baixa quanto
maior for
de níquel.
I Tanto
aços
liga
aço-
arbono,
cQm
como
mostra
os aços-liga
Ni são materiais
será
exigindo
visto
quase
-Tubos
difíceis
sempre
como
também
de soldar
tratamentos
os
do que o
térmicos,
15.
Especificações
de aços-liga
2.1.
e Cr-Mo
mais
no Capo
As principais
ara tubos
a Tabela
Mo
a quanti-
de Material
da ASTM
são as seguintes:
sem costura:
A-
,para
os aços-
19a
o e
pecíficos para serviços de alta temperatura. com grandes Cr- o. e A-333 para os aços-liga
Ni.
. com costura (de grande
esforços mecânicos e baixa corro~ão. para os quais a prin, -Tubos
diâmel~);A~671
cipal preocupação é a resistência à fluência. enquanto que Uá c lada no Ilem 2.7), para os aços-liga
2V2 Ni.e)16
Ni.
os aços com maior quantidade de cromo são específicos A-6 2 (também já citada), para o aço-liga
V2Mo. e A-691.
para serviços em alta temperatura. com esforços mecâni- para os diversos tipos de aços-liga
Cr-Mo.
cos reduzidos e alta corrosão. onde sedeseja principalmente
O processo
de fabricação,
faixa de diâmetros
e clas~
resistência à oxidação ou à corrosão.
ses
e todos
os lubosA-671
e A-672,
bem como; A-6q I.
O molibdênio é o elemento mais importante na me- são s mesmos já referidos
no Ilem 2..7.
Ihoria da resistência à fluência do aço. contribuindo também para aumentar a resistência à corrosão por pites.
Da mesma forma que os aços-carbono, essesaços-liga 2.16 TUBOS DE Aços INOXIDÁVEIS
sofrem também a transição dúctil-frágil em baixas tempeExistem
duas classes principais
de aços inoxidáveis
raturas, não devendo por isso ser empregados em nenhum
-p
tupuJações:.osaus.teQí.ticos(não:-magnéticQ,'i).
contens~ryjÇ9_Ç9m~t~mR~rat}lrainf~ri9.r_~.O.',Ç,
,'"
do
íêamente
.J6o/c a 26% de Cr e 6o/c a 22o/c de Ni. e os
Os aços-liga Mo e Cr-Mo também se enferrujam,
fení icos (magnéticos),
contendo
basicamente
12o/c a 30~
embora mais)entamente do que os aços-carbono- Qcomgrupo
mai5importante.
A
portamento desses aços em refação aos ácido~"e álcalis é de r, sendo os austeníticoso
semelhante ao do aço-carbono.
Um caso típico de emprego de aços-liga Cr-Mo de
baixo cromo são a.~tubulações de vapor superaquecido,
Tab
Ia 2.2
preg
dos para
i Os aços
extr40rdinária
mos Ira os tipos
tubos.
inoxidáveis
resistência
de aços
ino?<:idáveis
austeníticos
àfluência
mais
apresentam
e à oxidação.
razão
em-
uma
pela
.
15.
PROC~5505 DE FABRICAÇÃO.NORMALlZAÇÃO DIMENSIONAI
TUBOS. MATERI
,
!
,os
tipos
de muito
baixo
é de 400.C
carbono
;
limite
"
,
desses aços. Os aços austeníticos
dúctil
mesmo
em temperaturas
devid(1
L ~ 316 L).
à-menor
resi)i~ncíü-m6câi1ica.
(
dendo
alguns
soluto.
Esses
(
exigindo
nenhum
tratamento austenfticos
térmico,
~ Os aços
inoxidáveis
em geral-
(
os estabilizados
emprcgados
-estão
aços são todos
até prt)ximo
materiais
e os de baixo
minado
(
entre
"sensitização".
450.
tar uma
e 850.C.
forma
(
principalmente
('
controlada
(
tipos
,
de carbono
i,
adição
por
exemplo),
pode
b")h,, pm tPmppr:1tllr:l~ elev:ldas
'.
(sensitizaçãojunto
:.
tos térmicos.
houver
ao cordão
Por
possibilidade
comenda-se
o emprego
(
de aços de baixo
para
(
[\
cloretos,
:
çade
\.
do ponto
(
e sob-tensão
devendo
i,
(
ou de umidade,
de orvalho,
em
Os tubos
outros
todos
por isso
serviços,
causar
os aços
ser sempre
de inoxidáveis
para:
cloro
isto
pode
tratamen-
com
tempe-
em presen-
é; em temperaturas
corrosão
abaixo
por pites
austeníticos,
austeníticos
muito
são usados,
e]evadas,
entre
tempera-
,
,
turas muito baixas (serviços
criogênicos),
serviços corrosivos
oxidantes,
produtos
alimentares
e farmacêuticos
e outros ser-
i'.
viços
com exigência
hidrogênio
empressães
e
de HCI,
geral),
inoxidáveis
as tu-
de 450.C,
quantidades
severa
re-
para
acima
em
onde
evitada.
temperaturas
de não-contaminação,
e temperaturas
bem como
elevadas
2.11
DIÂMETROS
COMERCIAIS
DOS "TUBOS
DE Aço
Os diâmetros comerciais dos "tubos para condução"
( teel pipes) de a~o-carbo~o e de aços-liga estão definidos
a os inoxidáveis pela norma ANSI. B.36.19. Essasnormas!
a rangem os tubos fabricados por qualquer um dos procesS s usuais defablicação.
i
"
)od<?s esses tubos são designados por um número
c,~ado"Diâmetro
Nominal .IPS" (Iron Pipe Size). bu
..jtola nominaJ". A norma ANSI. B.36.10 abrange tubos
c1m diâmetros nominais de 1/8"4>até 36" 4>.e a norma ANSI.
B 36.19 abrange tubos de 1/8"4>até 12" 4>.De 1/8"até I.2" o
d}".metro no~inal não "coJ?'es~,onde.
~ nenhuma ?imenS.ão
fi lca dos tubos; de 14 ate 36, o dJametro nominal comci e como diâJnetro externo dos tubos.
Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com
v 'asespessurasde parede. denominadas "séries" (schedule),
c mo "eremos no Item2.J2. a seguir, Entretanto. para cada
di melro nominal, o diámetro externo é sempre o mesmo,
o diâmetro
interno,
que
seráum
tamo
menor
dV' riando
aço deapenas
8 de dJametto
nomInal
tem
todos
dlametro
q anto mai~; for a.~spessurado. tubo~Por exemplo. ~: rubos
~
[;
j1
~
~
f
1;
li
I
1.
t
f
r
I'.
para
etc.
(
(O)o nióbio (Nb) é denominado de colúmbio (Cb) "a bibliografia norte-americana
'OO'Vejasobre esseassunto O livro "Materilljs para EljUip:lmCDtosde Processo".
jácitlldo,
r s.
PARA CONDU~O"
tra-
intergranular
as tubulações
raturade
operação
até 4500C.(**)
A presença
mesmo
de ínfimas
água
pelo
os serviços
estabi)izados,
de operação
etc.(íon
,.J
I
no teor
ou por
todo~
QuI ações Com temperatura
hipocloritos
ser
304 L e 3 I 6
ser causada
(
carbono,
pode
cstabilizado.,;,
tipos
corrosão
de aços
:
f também pela solda~em
para
de ocorrer
s o em geral. assim como menor temperatura de início de
o idação. sendo por isso mais baixas as temperatura.~limites
d uso. Em compensação. são materiais mais baratosdo que
o' austeníticos e menos sujeitos aos fenômenos de corrosão
p r pites e sob-tensão. Esses aços são todos difíceis de sold r e não são adequados a serviços em baixas temperatu-~
P!~ncipal~:;~pecificaçãode materia! da ASTM para
t bos de aço" inoxIdáveis austeníticos é a A-312:que abrang tubos sem costura e com costura.
apresen-
diminuição
de solda).
esse motivo,
I
Os aços inoxidáveis .rerríticos apresentam. em reJação
a s au"tellí(ieos. bem menor resistêilcia àffiiênciae à corro- -,
intergranular),
laços
carbono.
A sensitização
a
de .Cr, deno-
A sensitização
ou pela
baixo
exceto
podem
(corrosão
ácidos.
não
a temperaturas
sensitizados
de Ti ou Nb(*)
(aços de muito
exemplo),
submetidos
de corrosão
em meios
pela
321 e 347.
L, por
Os aços
grave
ab-
fácil.
sujeitos
cl!!/;>q~etos
quando
de zero
de solda
carbono
umjenômenocj~precipit~ç~oçl.e
,(
em que o
mantêm
o comportamento
extremamente
baixas.
po-
('
.L.. ,
serem
(304
3
e temo de 8.625". Quando a espessuradeJescorrespQnde à
série 20. a mesma vale 0.250". e o diâmetro interno vale
~.125". Para ~,série40. ~ :spessura vale 0,322". e o ~i~etto
m erno .7.981 : para a sene SQa espessura vale 0.)00 .e o
di metto interno 7.625": para a série] 60. a espessuravale
~
I.
l..
f
f
)mpl.
~s,íTê"1iõ
DIA INT. .0.95
ESP = 0.179'
~""""'6õ'""!=
IA
~~. 20.82
5ESP Fig.2.7 Seçõestransversa)minaJ.
= 0.250
1
(Diâmetro
der" (
4mm=
DIÂMETRO EXTERNO
0,906". e o diâmetro intçmo 6.813". e assim pordi-ânte:A fig
2.7 mostra as seções trdnsversais de três tubos de I" de diâmetro nominal com diferentes espessuras.
Alistagem completadeVs" <!>até36'~ ct>inclui um total.
de cerca de 300 espessuras diferentes. Dessas todas. cerca
2.12 ESPESSURAS DE PAREDE DOS "TUBOS
de 100 apenas são usuais na prática, e são fabricadas corPARA CONDUÇÃO"
DE Aço
rentemente: as demais espessura.~
fabricam-se somente por
encomenda. Os diâmetros nominais padronizados pela
, Antes da nOrnla ANSI.B.36.] O os tubos de cada diânorma ANSI.B.36.1 O são os seguintes: lia", 1/4".3/8",1/2",3/4",
metrb nominal eram fabricados em três espessuras diferenI " 1!A" I IL" ")" ")lL" 3 " ] IL" 4 " 5 " 6" 8 " 10 " 12 " 14 "
,'I_1l
7".._12,."...
. tes
cpnhecidas como: "Peso nornlal" (Standard -S). "Ex16", 18", 20".22". 24". 26", 30" e 36".(*)
trafqrte" (Extra-strong -XS), e "Duplo Extraforte" (DouOS diâmetros nominais de I J/4",2V2", 3V2" e 5", emql~A~ç!QJli.=XXS). Estas designações. apesiirde
bora' co nstem rrost:~mi ogos-;são-pout:omati OS"na:prática.e.
obsdletas, ainda estão-.êm-usõêàiTente':-Para'os1üE~-ae'
por isso devem ser evitados nos projetos. Os tubos de diâpeso! nornlal até 12" <t>,o diâmetro interno é aproximadametros acima de 36" <1>
não são padronizados, sendo fabrimen~e igual ao diâmetro nominal.
cados apenas por encomenda, e somente com costura, peI Pela nOrnla ANSI.B.36.IO, foram adotadas as "séries"
los processos de fabricação por solda.
(Sch~dule Number) para designar a espessura (ou peso) dos
A normalização dimensional das normas ANSI.B.36. I O
tubo~. O número de série é um número obtido aproximae 36.19. que acabamos de descrever. foi adotada pela norma
damfnte pela seguinte expressão:
brasileira P-PB-225. da ABNT.
~7tE:~!~:~
~~~=~11~t~'fim~i
Pàra os tubos sem costura os compri!!!~~~~ nunca são
S
'.
.
-..I.QQQ.D
valores fjxos~porque dependem do peso do lingote de que
.erle =
--t
S
é feito o tubo, variando na prática entre 6 e 10m, embora
existam tubos com comprimento de até] 8 m. Os tubos com
em que P = pressão interna de trabalho em psig: S = tensão
costura podem ser fabricados em comprimentos certos predeterminados: como. entretanto, essa exigência encarece admlssível do material em psi.
I A citada nOrnla padronizo!las séries 10,)0._30,40.
os tubos sem vantagens para o uso corrente, na práticaes60, ~O, 100, 120, 140 e 160, sendo que, para a maioria dos
ses tubos têm tambem quase sempre comprimentos variádiânjetros nominais, apenas algumas dessas espessurassão
veis de fabricação (random lenghts). Os tubos de fabricafabricadas. A série 40 correspondeao antigo "peso nornlar'
ção nacional com costura longitudinal de solda por arco
nos 1iâmetros até 10", e são as espessuras mais comumensubmerso podem ter comprimentos de até 12m, e os tubos
te u~adas na prá~ica, para os diâ~e!ros d; 3" .ou maiores.
com solda longitudinal por solda de resistência elétrica,
Par~,os tubos acIma de 10" </>,a sene 40 e maIs pesada do
comprimentos de até 18 m.
que p antigo peso nornlal. Para os tubos até 8" </>,
a série 80
Qs tubos de aço são fabricados com três tipos de excorrfsponde ao antigo XS. Fabricam-se ainda tubos até 8H
tremidade. de acordo com o sistema de ligação a ser usado
comi a espessura XXS, que não têm correspondente exato
(como veremos noCap. 3. a seguir):
nos púmeros de série sendo próximo da série 1.60.
Pontaslisas. simplesmenteesquadrejadas.
Pontaschanfradas.parauso com solda de topo.
Pontasrosqueadas(roscaespecificaçãoAPI-5B e ANSI
ASME.B.I.20.1).
(*}p"",.",bt:I;
1"-,,e G,ófil'OS P
de P"ulo Borro'
do, lubc",de ocordocom o normu vejo o livro "T:lbe.
Prnj' ,de Tubulações",deP. C, daSilvaTe!!". e OarcyG.
-
~:~~~~s
TUBOS. MATERIAIS. PROC~SSOSDE .ABRICAÇÃO.NORMALlZAÇÃO DIMENSIONAI
Na
dáveis.
nonna
ANSI
B.36.19.
as espessur3.o;
res numéricos
da norma
de espessuras
são também
5 depois
do numero
para
tubos
nonnalizadas
ANSI
de aços
inoxi-
téTl) os mesmos
valo-
8.36.10.
Os tubos
acrescidas
de aços
da letra
de aço comum,
inoxidáveis
existem
somente
em espessuras
pequenas.
nq máximo
até
"â'ê sp e'SSt1ra"'8f!r' S:~sendo 1:1u e"paTtl" os'drom e tfos-'fiomi
n ats-,.j.,Q=
e 12 existe
nonna
a espessura
ANSI
Para
B.36.1
55.
pequenos.
apenas
tubos
até 2" dJ. é usuai
de parede
ou ..160 ) para q u eQJ ubQJ enh~Je$i~.
para
vencer
e barateando
maior
vão
o sistema
cia de vibrações
tem correspondente
na
O.
diâmet!os
especificarem-se
que não
(veja
entre
80
~~~çj ~ e~trY ~Yr~lp!9pri
a,
de suportes
Item
4.1,
simplificando
e reduzindo
no
livro
nomi-
s~o~~~~t~:~~e Sold~~on~itudinalpor
I Arco
assim
ubmerso;
a ocorrên-
"Tubulações
In-
dustriais-Cálculo'!,domesmoautor)...
2. I 3 DADOS PARA ENCOMENDA OU
REQUISIÇÃO
de 10 a 200 mm de diâmetro
nal, de acordo com a wrma alemã DIN-2441.
"Tubos"!, ret~S'"o Ii'ga,l van-iqcados',.1tWe-S
,"i:laFa.,águ aF-ar'~
ou gás, com -rosca e luva, de 10 a 200 mm de diâmetro nominal,de
acordo com a norma alemã DIN
-2440.
na prática
{séries
suportes,
grossa
com r~ca e luva. de
nas séri~$~Oe 80. de
ac()Tdo com a espeeifieação ASTM-A~120.
Tubos pretos. pesados. parI! \'apor.~'()!11 rosca eJuva.
e as designações
as mesmas.
de série.
Tubos pretos ou i,'llvanil.ados.
\IlRa I ORde diâmetro nominal.
15
DE TUBOS
-
Tubos pretos com pontas chantradas. de 12" a 48" de
diân1etronominal. e espessura.,de até :'5 mm. de acordo
com as especificações API-2B. API-5A. API-5L, API5LX. ASTM A-53, ASTM A-120. ASTi\1 A-134,
ASTM A-135. ASTM A-13Y. ASTM A-25:.. ASTM
A-67 I. ASTM A-672. AWWA C-200.('Õ'\
:3 T b
C t
d S Id L
" t d "
d oA. Os "tubo~ para
I condução"são sempre referidos ao seu
' u os com os ura e o a ongl u ma I por
EI ' t " "
R , t A"
lametro
nomma.
P
d
." - d
b
.eSJS
encla
e rica,
ara a encomen a ou requl~lçao e tu os os segum!~-~,~ados~í~i!!!o,~~~:~,~~,~er ~.~!~~~do,s:~9~an~d.~de
.(em ..-:~ Tubos pretos, com ponfàs lisas, chanfradas,ou JO~unidades de compnmento ouoe pesofãiamefro nomInal,
i -'qüê5âãs:"iIé°âíãmefrôJ'(ô.tftthiitàTé T8":'d~1ic'(jrdo'CC)"tn
espessura de parede ou .número d~ .séri:, norma dimensioI
as e~pecificações API-5L. API-5LX. ASTM-A-53.
nal que deva ser obedecida, especlflcaçao completado maASTM-A-120, ASTM-A-135, A-139 e ASTM-Aterial (especificação, grau ou classe do material), tipo de
252.
extremidades (especificação do tipo do chanfro ou da ros-Idem.
galvanizados. com pontas rosqueadas. até 16"
ca, quando for o caso). Em alguns casos, é ainda necessáde diâmetro nomina]. de acordo com a especificação
rio indicar no documento de compra o processo (ou proA-120.
cessos) de fabricação e de acabamento dos tubos, revesti-Tubos
de aços inoxidáveis de acordo com a especimentos internos ou externos. e condições ou exigências
ficaçãoASTM-A-312(diver:;osgruus),~diâmetro
especiais que houver, em partlcu ar quan o exIstIrem exlnom!na ate -.
gências fora ou além do que é exigido pelas normas.
Exemolo: 500 m de tubos para condução de 8" de 4. Tubos com Costura de Solda Helicoidal:
2. I 4 TUBOS DE Aços FABRICADOS NO BRASIL
São as seguintes,em resumo,as principais linhas de
fabricaçãode tubosdeaçosno Brasil (tubosparacondução):
1. Tubos sem Costura:
-Tubos pretos(*);com pontasli5asou chanfradas.de
V2"a ]4" de diâmetronominal, deacordocom asespecificaçõesASTM-A-l 06,ASTMA-120,ASTh1A-53. API-5L. API-5 LX, ASTM-A-333 (Graus I.
3,6,7) e ASTM-A-335 (GrausP1.P2. PS,P7,PI].
P12,P21. P22).
[O) "Tubos pretos" significa tunos de aço sem nennu!
oxterna.
2.1.5TuBOS
DE FERRO FUNDIDO
E DE
FERRO FORJADO
Os tubos de ferTo fundido são usados para água. gás.
á ua saJgadae esgoto. em serviços dehaixa pressão. temratura ambiente. e onde não OCOrTamgrandes esforços
ecânicos. Esses tubOs têm boa resistência à com)suo.
incipalmenie à corrosão pelo solo. e grande duração. São
f bricados por fundição centrifugada.
No Brasil há vários fabricantes de tubos de ierro funido. que fabricam tubos de 2" até 24" de diâmetro externo
'e5timento ou proteção
1) AWv.A:
Amer;""n W",er Work, A"!1<:i",ion
6
JBULAÇÕES INDUSTRIAIS
(50 mm a 600 mm) com extremidadeslisas. de ponta e
1. Cobre e suas ligas -Fabricam-se robos de uma
bolsa,rosqueadas.e com flanges integrais,de acordocom gran e variedadedessesmateriais,incluindo cobre comerasnormas EB-43 e P-EB-137da ABNT. Essesrobos são cial entepuro,e diversostipos delatõese de cobre-níquel.
testadospara pressõesaté 3 MPa (=ib kg/cm2).
Os I tões sãobasicamenteligas cobre e zinco. e os cobreOs tubos. de ferro forjado são conhecidos no comérquase sempre g.a1vanizados. Empregam-se esses tuDos em
tubulações industriais
secundárias, de baixas pressões e
t
a
t
r
níqu I são ligas cobre e níquel. O emprego de todos esses
muito devido ao custo elevado.
(
c
-ssesfúOoS1Jéiií'ex"celerlteresiStên"'Cfã=âõ""maque'.âa'°~~~--'==
atm sfera, da água (inclusive água salgada), dos álcalis, dos
temperaturaspara água,ar comprimido, condensadoetc.; ácid s diluídos. de muitos compostosorgânicos e de nu-
t
" .(
são também os tubos usados em instalaçõesprediais de mer sosoutrosfluidoscorrQsivos.As ligasde cobre estão
águae gás. Essesrobos são fabricados pelo processode suje' as a severoefeito de corrosão sobtensãoquando em
soldáde resistênciaelétrica;até4"; nosmesmosdiâmetros'cont to com amônia;.arninase outros compostosnitroge"-I.I':~""
eespessurasde parededostubos de aço.Os tubos de ferro nad s; Todos essesmateriais podem ser empregadosem ~
forjado têm baixa resistênciamecânicae boa resistênciaà servço contínuodesde-180°C até 200°C.
corrosão,equivalenteà do ferro fundido e bem melhordo
Devido ao alto coeficiente de transmissãode calor,
que ado aço-cáfbono.Essestubos resistemmuito bem ao os bos de cobre e de latão sãoempregadosem serpenti.',
contatocom a água,a atmosferae o solo.
nas como tubos de aquecimentoe de refrigeração. Em
Fabricam-setambémtubos de ferro fundido nodular diâ etrospequenos(até 2"), ostubosde cobresãotambém
e de ferros-ligados(ferro fundido com adição de Si, Cr ou emp egadospara água, ar comprimido, óleos, vapor de
".
I
t
I
t
I
I ~
1
I
Ni); essesmateriaistêmmelhoresqualidadesmecânicase baix pressão,serviçosde refrigeraçãoe paratransmissão
maiorresistênciaàcorrosãodo queo ferro fundido comum, de s nais de instrumentação.
sendo,entretanto,consideravelmentemais caros.O ferroOs tubosde cobre e de suasligas não devem ser emsilício,por exemplo,que é amaiscomumdessasligas,pode pre dosparaprodutosalimentaresoufannacêuticospelo.".-.
'
.chç,g'4T ~ cQnter até 14% de Si; éum material muito duro,
fato de deixarem resíduos tóxicos pela corrosão.
t
..Aspnriclpais'e~p,ecificá:ç'6eSde'mgterialda-AS'fM
excepcionalresistênciaà abrasão. .par
A norma ASME B.3l.3 sópermIteo uso detubosde
ferro fundido (qualquerclassede ferro) para hidrocarbonetos
ou outros
fluidos inflamáveis,
dentro
de unidadesaté
de
processo,
paratubulações
enterradas,
emtemperaturas
150°Ce pressõesaté I MPa (= 10kg/cm2); emoutros 10caisa pressãopermitidapodeir até 2,7MPa (= 27kg/C~2).
fluIdos
tóxicos em quaisquer c~ndi~ões (cat;goria "M"), ~ein
como para :e~pera;urasmfenores a O C, e para servIços
L
allt~len~: clcllcos( ).
1"[' ~ .,'t~ -0,1.;1) (
l:-:t-::-.~;'::"7
, 2.16 TUBOS DE METAIS NÃo-FERROSOS
i
,
Fazendo-seuma comparaçãogeral entre os metais
essestubosSãO:~~~~,~~~~~.
bos de cobre
bos
de latão
bosde
cobre-níquel
~
\>v~
.;1
B-68, B-75 e B-88 J
B-111
LA"':';E;,t
B-466 ~
~~J't1::;5
L-l> ~P,~I-Jí<i?;J-::L
s
efic ente detransmissãode calor e têmmuito boa resistên~
cia o;~~om
a atmosfera,a águae muitos compostos rgânicos,inclusive ácidos orgânicos.Os resíduosre.
sult ntes da corrosão não são tÓXICOS.
A resistênciamecânica do alumínio é baixa; pode,
en tanto sermelhoradapela adiçãode pequenasquantidad sde Fe,Si,Mg e outrosmetais.Tanto o alumínio como
não-ferrosose o aço-carbono,podemosdizer que os me-,\,t.as s asligas podem t;rabalhare~ s~rviço contínuo desde
tais não-ferrosostêm melhor resistênciaà corrosãoe pre-'7'f'-2 ooç até200°C. E notável pnnclpalmenteo seu comço mais elevado; a maioria dessesmetais tem, em relação po amentoem temperarorasextremamentebaixas,sendo
ao aço-carbono,menorresistênciamecânicae menor re- o al mínio o material de menor custoque pode serusado
sistência às altas temperaturas,apresentando,entretanto,
muito melhorcomportamentoembaixastemperaturas.Devido principalmente ao seualto custo,os tubos de metais
não-ferrosossão pouco usados.Paramuitos serviços corrosivos. os metais não-ferrosostêm sido substituídospelosmateriais plásticos,com vantagensde preçose de resistênciaà corrosão.
em emperaturascriogênicas.~
.
Os tubos de alumínio sãoempregadospara sIstemas
de quecimentoe de refrigeração. ser~içoscriogênico: e
se iços comexigência de não-contamInação.Um defeIto
gra edo alumínio é o seubaixo ponto de fusão,o que proíbe seUemprego em tubulaçõesque devam ser a prova
de ogo,priricipalmentequando conduzindofluidos perigOS
~
1 s.A principal especifiJaçãode material da ASTM para
(*) A norma ASME.B.31.3 define como se"iço "aJtamente cíclico" aquele em
que O número de ciclos de pressão e/ou de temperatura é superior a 7 .OOO~
dur:lnte a vida útil prevista par.! atubulação. o que representa.na prálicol.pelo menos
um ciclo de pressão e/ou de temperatura em 24 horas.
\,
essfstUbosé a B-241 (rolj>os
para condução).
* 3. Chumbo-Os tt1bosde chumbosão macios. pesad s, têmmuito baixa re~istênciamecânica.masap~enta excepcionalresistênçia à corrosão.resistindo muito
.
.';'.
..
TUBOS: MATERIAIS. PROCESSO~DE FABRICAÇÃO. NORMALIZAÇÃO DIMENSIONAL
várias
diâmetros.de
em
em
Interno,
~~bricad~s
são
dlametro
pelo
c~umbo
de
medIdos
tubos
<1>,
Os
12"
a
,
<I>
IA'
j
bem à atmosfera, ao solo, às águas (inclusive sal:gadase
aciduladas), aos álcalis, aos halógenos e a nuIn~sos oue pessuras,e vendidos em rolos.
tros meios corrosivos. O chumbo é dos rarosmatenais
Os tubos d~cobre sãoencontradosembarrasrígidas
metálicos que podem trabalhar com ácido sulfúrico,' em
d 6 m de compnmento,ou em rolos. Os tubos de latão e
qualquer concentração. A temperatura limite de trÍlbalho,"'"D,="~~~~.~~!1o~"~~ga,
d alumínio sãoencontradosapenasem barrasrígidas gevai. de .1~QoCa_200°C.
'-r mei'fte'êôfuõ=m"tl'ê'W"mp--nme1!tõ":=~""""
-",;,=",~~~=._,-_.
Os tubos de Cr1uml:>õpoãêffi'sef-émpregaãõs=parã't'ir=""
bulações de esgoto, sem pressão, tanto prediais como in! No Brasil fabricam-se tubos extrudados de cobre,
t
dustriais.
4. Níquel e suas ligas -São os seguintes osprincipais materiais dessa classe empregados na fabricação de
t
ãOe alumínio de Vs"a 5", de diâmetro externo,com esp ssur~sde paredede 1/16"a lI/s. Os tubos de cobre estão
p drornzadosna norma P-EB-64 da ABNT.
I
.
,~~~~
;
,!
.'"
"
...,~.-.
-.tubos: níquel-.comercialimetalM0neJ..(67%Ni,..,30%Cu),
.;
Inconel (80% Ni, 13% Cr), Todos essesmateriais apresen2.18 TUBOS NÃo~METÁLlCOS
.1
tam simultaneamente excepcional resistência à corrosão e
li
" muito boas qualidades mecânicas e de resistência às temfa1?_ricÊm:s~~posdeuma
grandey;uiedade
de
maJ
::-peraturas;tantoelevadascomo
muito baixas. Além de re-.t .~s não-metálicos,dosquaisos mais importantessãoos
j
sistirem muito bem aos meios corrosivos usuais, podem
'I
também ser empregados para serviços com \,ários ácidos s gumtes:
diluídos e álcalis quentes. O mais usual desses materiais é
1. Materiais plásticos -Para tubulaçõesindustriais
.[
o metal Monel, que é empregado para tubulações de água
é sseatualmenteo grupo mais importante dos materiais
j
salgada, ácido sulfúrico diluído, ácido clorídrico diluído,
?
o-metálic?s;
por
ess~
razão
veremos
separadamente
nos
~~I
ácido fluorídrico, álcalis aquecidos e outros serviços cor"
rosivos ou com exigência de não-contaminação. Para ser- lt ns a seguIrcom mais detalhes.
2. Cimento-amianto-Os tubos decimento-amianto
~
viços oxidantes os limites de temperatura são de 550°C para
,(
site)
são
fabricados
de
argama.5sade
cime{1tQe.a{çla:-yQlJ:1_,.
-,
-.1
ação
de
fibras
de
amianto.
A
resisténciamecânica
é
pe:
1--.,
o metal Mónel;- t~50oC para o níquel e 1 J OO!1Cpara o
Incolor; o limite de baixa temperatura é de -200°C para
q ena, sópodendoserusadospara baixaspressõese onde
:
todas as ligas de Ni. O custo muito elevado desses materin o estejamsujeitosa grandesesforçosexternos.O cimen;1
ais restringe o seu uso a poucos casos especiais.
t amianto tem excelenteresistênciaà atmosfera,ao solo,
l
5. Titânio, zircônio e suas ligas -Esses materiais à
águasneutrase alcalinas,à águasalgada,aos~ca1is,aos
'
eram considerados até há pouco tempo como metais raros,
quase curiosidades de laboratório. Atualmente esses me- ó eose aoscompostosorgânicosem geral. Para a maioria
dessesmeioso material é completamenteinerte,resistindo
'I
tais têm emprego industrial corrente, e um grande futuro,
p r tempoindefmido. Os ácidos,águasácidase soluções
!
embora os seuspreços ainda estejam extremamente eleva..'-
aos.
Esses metais têm propriedades extraordinárias tanto
de resistência à corrosão, como de resistência às temperaturas,e qualidades mecânicas; além disso, o peso específico é cerca de dois terços do peso dos aços. O comportamento em relação a numerosos meios fortemente corrOsivos é melhor do que o dos aços inoxidáveis e das ligas
de níquel.
2.17
DIÂMETRos
E ESPESSURAS DOS TUBOS
NÃo~FERROSOS
Os tubos qe,cobre,latão, cobre-níqUel.alumínio e
suasligas são fa&ricadosem duas sériesde diâmetros e
espessuras:
1. Diâmetrosde 1/4"<pa12" <p,medidospelo di~metro externo,e com espessuras
de acordo com os calibres
BWG, ou emdecimaisdepolegada.Esseé o sistemamais!
comumde se encontraressestubos.Os tubos de cobre fabricam-seemtrêsespess~ mais usuais,conhecidascomo
K, L, e M, sendoa K a maISpesada.
2. Diâmetrosnominais de !h" <pa 12" <b(lPS) e es~
pessurasséries20 e 40. comopara os tubos de aço.
s r usadoparaessesserviços.O principal empregodos tub s de cimento-amiantoé para tubulaçõesde esgotos.O
c sto dessestubos é bem menor do que de outros que os
p deriamsubstituir,como,porexemplo.osdemateriaisplásti os ou demetaisnão-ferrosos.
Existe~ tubos de cimento-amiantocom até36" de di.etro, p;ira pressõesaté 1,3MPa (a 13kgicm2).
~.~o Brasil fabricam-setubos de cimento-amiantode
d IStIpos:
Tubosde pressão,de 50 mm a 400 mm, nasclasses
10,..15
e 20 para pressõesde seT\'içode 0,5,0,75 e 1
MPa (= 5, 7,5 e 10 kg/cm2), respectivamente,de
acordo com a nonna EB-109 da ABNT.
Tubosde esgoto,de 50 mm a 500 mm. de tipo leve,
paratubulaçõesnão enterradas.e tipo normal,para
I
tubulaçõesenterradas,
todos para serviçossempresi
são,de acordo com a norma EB-69 da ABNT.
\
~
3. Concretoarmado -Os tubos de concreto armad sãoempregadospjncipalmenteparatubulaçõesimp<:,rtes (de grande dJametro)de água e de esgoto.A reslst ncia à corrosão é equivalente à dos tubos de cimentoianto, sendoa resistênciamecânica bemmaior.
,
~
]
i!
:1
il
li
I:
II
~
za os em tubulações industriais. O emprego desses materi s tem crescido muito nos últimos anos, principalmente
co o substituto para os aços inoxidáveis e metais nãoEsses tubos estão padronizados na nonna EB-1 03 da ABNT.
fe osos. O aumento constante dos preços dessesmetais e
4. Barro vidrado -Os
tUbos de barro vidrado. também
o erfeiçoamento contínuo dos plásticos tendem a tornar
chamados de "manilhas", têm excelente resistência à corrom ior ainda a expansão do emprego desses últimos.
"'T""'"~'~"s ã'rr:sen'd oro e1't~S~m~
~(j ao '801o ;~-atInosf era' e~ 'maio Fia.
--o{)e-l1fl1'mode -geral,.05"pl ást.jGos.apresentam,as.seguin--,
dos fluidos corrosivos. A resistência mecânica é baixa, sentes vantagens:
Os tubos de concreto armado são fabricados quase todos
por fundição centrifugada e vibrada, com diâmetros a paItir de
250 até 3500 mm, e com comprimentos geralmente de 1 a 2 m.
~
'Emcompe~ãoias
--
do entretanto um pouco melhor do que a dos tUbos de cimento-amianto. As manilhas são empregadas quase exclusivamente para tubulações de esgoto e são fabricadas em comprimentos curtps (.lm~p(Ç>~,)çol!"\qi~~t}:osn9minais
de 50
a 500 mm, e com extremidades de ponta e bolsa: Os robOsde'
barro vidrado estão padronizados na nonna EB-5 da ABNT.
5. Vidro, Cerâmica -São
tubos de uso e de fabricação raros, empregados apenas em serviços espeçiais de al~~
corrosão ou quando se exija absoluta pureza do fluido circulante. O vidro é o material de melhor resistência que
existe a todos os meios corrosivos. Os tubos de vidro e de
cerâmica
são empregados
apenas em diâmetros
pequenos,
até 100 mm no máximo.
6. Borrachas -Fabricam-se
todos os muitos tipos
de borrachas, naturais e sintéticas, para várias faixas de
Pouco peso, densidade variando entre 0,9 e 2,2.
Alta resistência à corrosão.
".Custo"~mrPIlJ;ljs P~?\P,q~~q9.CQ~P~q9 ÇQ~9_u::
tros materiais de resistência à corrosão equivalente,
como os aços inoxidáveis, ligas de níquel, titânio etc.
Coeficiente de atrito muito baixo.
-Facilidades de fabricação e de manuseio (podem ser
cortados com serrote).
Baixa condutividade ténnica e elétrica.
Cor própria e pennanente que dispensa pintura, dá
boa aparência, e permite que se adotem códigos de
cores para identificação das tubulações.
Alguns plásticos podem ser translúcidos,pennitindo a
observaçãovisual da circulação dos fluidos pelos tubos.
pressões e temperaturas. A maioria dos tubos de borracha
-é flexível{~uei~
mangg~ );s6ndo~pregados.Ju&"
,
tamente quando se deseja essa propriedade. Para serviços
severos, os tubos costumam ter reforço de uma ou várias
lonas, vulcanizadas na borracha, e freqüentemente têm também annação
de arame de aço enrolado
em espiral.
Existem numerosas borrachas, natUrais e sintéticas, que
recebem o nome genérico de "elastômeros". Embora esses
materiais tenham propriedades diferentes e freqüentemente
específicas, têm todos, como característica principal, a extra-
ordlnána elasnClaaae,razenao com quc !lmljiUll ai UPLU'
a \.oU",
uma deformação elástica muito grande (300 a 700O/c), sem que
hajadeforrnações pennanentes. Os limites de temperatUra de
serviço vão de -50°C até 60° a 1aooC. Algumas borrachas
são combustíveis, outras queimam-se lentamente.
Da mesma forma que os plásticos, a maioria das borrachas sofre uma deterioração em conseqüência de longa
exposição à luz solar, tomando-se quebradiças. A adição
de negro-de-fumo
melhora a resistência à luz e aumenta
também a resistência ao desgaste superficial.
A borracha natural resiste bem às águas (inclusive ácidas e alcalinas), aos ácidos diluídos, aos sais e a numerosos
outros meios corrosivos. É atacada pelos produtos do petróleo e por vários solventes e compostos orgânicos. Dentre as
borraç!1_~ _~i~_t.ét.icas,
são mais importantes o neoprene e o
SBR (estireno-butadieno).
O neoprene resiste aos produtos
de petróleo. O SBR é uma borracha sintética económica, de
uso geral, com propriedades semelhantes à borracha natural.
Fa~ricam-se tUbos de borracha até 400 mm de diâmetro nominal.
2.19
TUBOS DE MATERIAIS PLÁSTICOS
Os materiais plásticos sintéticos são atualmente o
grupo mais importante dos materiaisnão-metálicosutili-
desvantagoossão~seguintes;
Baixa resistênciaao calor; essaé amaior desvantagem. Apesardos grandesprogressosque têm sido
conseguidos,a maioria dessesmateriaisnão pode
trabalharem temperaturassuperioresa 10QoC.
Baixa resistênciamecânica;o limite de resistência
à tração é da ordemde 20 a 100MPa (= 2 alO kg/
mm2)para amaioria dosplásticos.Alguns plásticos
termoestavelS tveJa a seguir),lãmtni1du~ t;111l;éUlli1-
dassucessivasde resina plástica e de fibras de vidro, apresentammelhor resistênciamecânica,embora semprebem inferior à do aço-carbono.
Poucaestabilidadedimensional,estandosujeitos a
deformaçõespor fluência em quaisquertemperaturas (cold-creep).
Insegurançanas informações técnicasrelativas a
comportamentomecânico e a dadosfísicos e químicos. A margem de erro que sepode esperarnessasinformações sobreos materiaisplásticosé bem
maior do que nas relati,'as aos metais,
Alto coeficientede dilatação,até 15vezeso do aço-
carbono.
Alguns plásticos são combustíveis ou pelo menos
capazesde alimentarvagarosamentea combustão.
Alguns materiais plásticos não são impermeáveis
(polietileno expandido. por exemplo),podendoabsorverhidrocarbonetoslíquidos leves, áumentando
de v01umee permitindo o vazamento.O emprego
dessesmateriais exige geralmenteo acréscimode
uma camisaexternade material estanque:
I Distinguem-se duas classes gerais de plásticos: I
te~oplásticos (thermoplastics) e os termoestáveis (the
'UBOS:
MATERI.~IS.
PROCESS4>S DE FABRICAÇÃO.
NORMALIZAÇÃO
DIME
19
;IONAL
wregados para tubulações de quaisquer diâmetros e para
evestimentos anticorrosivos.
A norma ASME.B.31.3
proíbe o emprego de tubos
estáveis
são polimeros
de cadeia ramificada.
Os primeiros
e materiais termoplásticos
e termoestá,eis
não-reforçaamolecem
com o aumento
de temperatura
-até
atingirem
os para serviços altamente cíclicos, e só permite o emprea fusão -,
sem que ocorram
reações químicas
no materi-_~1.~E~~~~~_se~
o para fluidos inflamáveis no caso de tubulações subtergue?_ajamodificações
nas suas proprieãl1~:.' Ex'Ce t o'"-para-serviç crs"clen tI'O~da'~a t egQria .r) ~ ""'a"
d ad e s , po a e naô-ã-ssim-'õ'ffiãferThrser~'reftlffdlãtf'e"fe'S:='"'
esma norma exige que esses tubos sejam mecanicamenproveitado.
Com os tennoestáveis,
pelo contrário.
um aquet protegidos de acidentes. Para os tubos de termoestáveis
cimento
capaz de amolecer
suficientemente
causará primeimosettings),
também
moplásticos
são polímeros
ro a quebra-nas
dando
chamados
ligações
o material,
moleculares
geral,
minerais
diluídos,
mesmo
de solos
resistem
com
salinas
bem
e ácidas,
a atmosfera
ou ácidos.
à água~salgadaea
Não
há
e a água.
Os
direto
com
o solo,
Raramente
os plásticos
dos plásticos
altamente
é atacada
concentrados.
aos compostos
netos' ~ os' 50 !ventes
ácidos
O comportamento
orgânicos
é variável:
'ofgM;ces.disso.J
É importante
rosão
observar
plásticos
têm
inteiramente
p.Jásticos
é muito
racterística
mente
dos metais,
rara
a corrosão
atacado
_~"~_I
materiais
djJlll.;drdll
ao meio
corrosivo,
e destruído,
modo
mi-
porque
portanto
os plásticos
quando
expostos
por longo
da ação
dos raios
u]travioleta.
sofrem
sequebradiços{wheatering).
ao plástico
efeito.
ficar
A adição
melhora
Recomenda-se
bastante
ao tempo
gro~de~fumó.
Pelo seu conjunto
plásticos
ços de temperatura
çosmecânicos.
resistência
ambiente
simultâneos
à corrosão.
Não
cuja
ou destrUição
.Os
muIto
à luz
tomando-:
de pigmentos
escu~
a sua resistência
tenham
a esse
que
devam
pigmento
dene-
e desvantagens,
ou moderada.
para
e baixos
a necessidade
os
serviesfor-
de grande
ou denão-contarninaçãodofluido
podem
ser empregados
por onde
por
para
um incêndio
tubulações
próximo
pos-
ou acidentes.
ainda que essas
.
E o caso, por exemplo,
das recircula
materiaistennoplástic~s
empregados
a
de de-
tempo
principalmente
com
sam causar!!raves
prejuízos
~
tubulações
trabalhem
frias.
des de incêndio,
um processo
de vantagens
são usados
conduzido.
avaria
caresis-
sentido
por isso que os plásticos
pennanentemente
materiais
os
ou é por ele rapida-
composição
ros
-É
o mais leve e o mais baratO dos
de temperatura
para tUbulaçoes
água
rígidos::
a, média e alta densidade, sendo os últimos de melhorqua1 dade e maior resistência. No Brasil fabricam,.se tubos fleíveis de V2" a 4", pela norma P-EB-195.
e tubos rígidos de
110 a 1.200 mm. nas classes 2,5; 3,2; 4,0: 6,Oe 10,0 kgicm2.
2. C/Greta de polivinil
(PVC) -É
um dos termoplást cos de maior uso industrial. A resistência à corrosão éem
com
não-rígidos,
dlametroS
a resistência à temperaesse material possa ser
ueimado, a chama formada extingue-se espontaneamente.
s tubos rígidos dePVC são muito empregados para tubuI ções de águas. esgotos, ácidos, álcalis e outros produtos
c rrosivos(*). A fabricação desses tubos no Brasil abrange
s diâmetros de 3/8"a 300 mm. nas espessuras séries 40 e 80,
c m extremidades rosqueadas ou lisa~. de acordo com a
orma P-EB-183.
Fabricam-se
também aqui tubos de PVC
gidos, com revestimento externo em camadas sucessivas
e resina poliéster e fibras de vidro enroladas (filament
inding), de 25 a 400 mm de diâmetro. para serviços sever s com fluidos corrosivos. Esses tubos são fabricados em
uas classes de pressão (c]asse 20, p!i!a I MPA a 10 kgi
c ~e classe 32, para 1.6 MPa == l6kgicm~).
com~Xtremiades lisas, com bolsas. ou com flanges integrais.
3. Acrí/ico butadieno-estireno
(.4B5), Acetato deceI lose -São
materiais termoplásticos
de qualidades seelhantes às do PVC. usados para tubos~dos
de pequeos diâmetros.
fria.
e também
para r~v~stimentos
anticorrosiv05.
internamente
em tUbos de aço: ost7nnoestá\"els
,
i
i
vão de
".}Doa 80~.c..depelldendo.da especificação..O.polietilenoé.
,
sadopara tubos de baixo peso, para pressões moderadas.
istinguem-se três graus de material, denominados de bai-
icas são sensivelmente melhores;
ra vai de -40 a 65°C. Embora
lenta
para
--pp_-.iÂ-'-OfP"j-ÃA
ÀA'
ocorre
pa.a por
..v..v~~v.
dissolução ..-~~..
ou por reação
plásticos
UI:;
llla15""~
em virtude
com
e progressiva,
química
direta.
Quase todos
solar,
os
à cor-
ou o plástico
não tendo
mais importantes
,O a 3.5 kg/mm2), e cujos limites
geral,
quanto
lenta
Por essa razão,
São os seguintes os plásticos
em re-
oshidrocarbo-
de um
diferente
dos metais.
te indefinidamente
que,
comportamento
TUBULAÇÕES
I. Polietileno
Vem"alg-unscGG-S- plás~.
um
PARA
ateriais termoplásticos,
tendo excelente resistência aos
, idos minerais, aos álcalis e aos sais. É um material comustívelcom fraca resistência mecânica. 20 a 35 MPa {==
ticos.
materiais
PLÁSTICOS
há
não produ-
pelos
~TERIAIS
bulações:
tóxicos.
A maioria
'~.;'~"PRINClPAIS
quando
químicos.
em contato
circulante;
muito
(mesmo
produtos
úmidos
do fluido
zem resíduos
lação
algum
ser usados
no caso
contaminação
nerais
outros
ataque
podem
forçados s6 é exigida,a proteção mecânica contra acidentFs para fluidos tóxicos ou inflamáveis.
degra-
ser confonnado
aos álcalis
às soluções
numerosos
plásticos
ramificadas,
os plásticos
aos halógenos,
praticamente
ter-
e os tenno-
"',"""
De um modo
quentes),
Os
linear,
que, por isso, não poderá
""a quenteourocicladoo"".
aos ácidos
de 'lennofixos".
de cadeia
Ambos
são materiais
combustíveis.
são
até 1,2 m.
aplicados
.'
são em-
Cf,A queimad" PVC de'en,',,!,'ega,estóxicos." q"" !imit" (' "euempreg"em"'UltO"
C"""
--
20
TUBULAÇOES INDUSTRIAl
É grande a variedadede revestimen~o,como já foi
~
4. Hidrocarl;onetos fluorados -Essa designação
re erido no Item 2.1.
c:
inclui um grupo de termoplásticosnão-combustíveis,com
A grande maipria dos revestimentosé aplicadano
Ir
excepcionaisqualidadesde resistênciaà corrosãoe tamin rior dos tUbosdepqisde fabricados. Fazemexceçãoo
c:
bémamplafaiXade resistênciaà temperatUra,
desde-200.
re estimentode zinco (galvanização),que é aplicado duII
a 260.C. Essesmateriais têm,entretanto,preço mui~oelera te a fabricaçãodo tUbo,e tambémalgunstUbosfabricaç."=dõ
,~~Q;,Q
~~"
r~~j.~.~
§Q~~
~~mf:,ç
!Fi~J=~~P.!~~~,~~~ ~,~~~uso apenasa tUbospequenossempressão.O mais comum
ca o na matéria-primade fabricação. Existem no comére
dessesplásticos é o PTFE (politetrafluoreteno),mais coci tUbosde açD-carbonocom uma grande variedadede
.d
nhecido pelo nome comercialde "Teflon", muito emprere estImento?Internos antICOrrOSlvos
já aplicados: matee
gado para revestimentode tubos de aço e parajuntas em
ri splásticos..~tô~ros, eboniteetc.EssestUbospodem
o
serviços de alta corrosão.
se
fornecidos
com
ou
sem
f1anges
nas
e,xtremídades
(veja"
""...RJ."",
, ,,'
-c5.Epó.ti-,-,,-Éummaterialtermoestável
de muito uso
i
para tubos de grandediâmetro(até 900 mm), com extre- It ns 3.5.2 e 3.13.4,no próximo capítUlo),sendoque os
11!
midades lisas ou com flanges integrais. Os tubos têm a tU os flangeàdos{carretéis).aindaque mais caros,devem
se preferidos para os serviços de alta corrosão,porque
ai
paredede constrUçãolaminada,emcamadassucessivasda
pe 'temmaibr garantiade-continuidadedo'fevestimen- c_c. rl
resina plástica e de fibras de vidro enroladas,para melhoto Os flanges são geralmentedo tipo "solto" (veja Item
..,'
rar a resistênciamecânica(tUbosdenominados"FRP" 3.
.6),
devendo
obrigatoriamente
o
revestimento
estenderfiberglass reinforced plastic). O epóxi é um material plás- sepela face dasvirolas dos flanges.EssestUbossãofabri:..-~!
tico de muito boa resistênciaà corrosão,queima-selentaca os em vários cómprimentosfixos (até 4m), e em diâI
mente,e pode serempregadoem temperaturasaté 150.C. m tros até20".
I
6. Poliésteres,jenólicos- Todosessesmateriais são
Os tubos adquiridossemrevestimentopodem serrei,
termoestáveisde característicassemelhantesàs do epóxi. v stidos no local da obra ou em oficinas, por vários
(
Os fenólicos podemtrabalhar até 150.C, e os poliésteres .~ ntadore;sou firmas especializadas:
I
-~até,93.C.Os.tubo.sd~&§es"III~~~rt~is
-"- têm
-" também
.'".,~~,-"..ampla
O material metálico âé.revesflmêrifotnaJsêbrtiutné
--,--faixa de diâmetrose construçãolaminada,comamlaçãode
o inco, empregadonos tu~os galvanizados,paraos guais
t
fibras de vidro (tubos "FRP"). Essasresinassão também
empregadaspara reforçar externamentetubos de PVC, v .asespecificaçõesjá foram citadasno Item 2.7. E um
re estimento anticorrosivo barato, mas que só pode ser
:
u do para serviçosde baixa responsabilidadee corrosão
:
como já foi dito.
m derada(água,água salgada,ar comprimido etc.),pelo
'
fa o denão permitir ligaçõessoldadasentreos tubos,como
'
2.21 TUBOS DE Aço COM
s á referido no Item 3.2.
1
REVESTIMENTOS I.NTERNOS
1:;
OSrevestimentosaplicadosno interior detubosde aço d rá sero empregode tubos de chapacladeada,principalm nte para grandesdiâmetros.Chapascladeadassãochapodem ter asseguintesfinalidades:
p bimetálicascompostasde uma chapa-base,de aço-car-Revestimentos anticorrosivos,ou para evitar a
b no,e uma chapafina de revestimento(2 a 4 mm), geralcontaminaçãodo fluido contido.
m nte de um açoinoxidável. Com e$sa~chapasconsegue-Revestimentos antiabrasivose antierosivos.
suma interpenetraçãometalúrgicanainterfacebimetálica,
-Revestimentos refratários (isolamento térmico d forma a tomar praticamente impossível destacar-seo
interno).
r estimentoda chapa-base.Os tubos devem ter um diâtro mínimo de 200 mm, porque em todas as soldagens
Qualquerdessesrevestimentospode serempregado
é emprenecessáriofazer-se a soldapelos dois lados,sepor uma ou mais dasseguintesrazões:.
j assoldaslongitUdinaisde fabricaçãodos tubos.sejam
a
soldascircunferenciaisde emenda.
'
-CUsto.
Toâososmateriais plásticoscitadosno Item 2.19-'.
-Resistência
mecânica.
.
e vários outtbs ainda -podem serusadoscomo material
-possibilidade de fabricação.
'UBO
MATERIAIS. PROCE$SOS DE FABRICAÇÃO.NORMALIZAÇÃO DIMENSIONAL
qualquer material plástico são vulneráveis
a choques mecânicos. colisões etc.. bem como a incêndios;
por esse
motivo esses tubos não podem ser admitidos. em m~jtos
casos. para :1 condução de fluidos cujo possível vazamento deva ser evitado a todo custo por questões de segurança. Os revestimentos de plásticos são facilmente aplicáveis
.=énJ
~"u5õs~cõ ffiãí'ãffíét tb'S'lfe"'~(:J"m m~~"u~"ma i or es~~ en d~
entretanto
possível,
em alguns casos. a sua aplicação
(borrachas)
e a ebonite
usados como revestimentos
antiabrasivos
.: e anli~ro!;ivos.
O concreto de cimento comum é um revestimento
, anti-com)si vo barato. empregado principalmente
em tubupara água salgada.
em diâmetros
de 80 mm, ou
maiores. A camada de concreto é aplicada por centrifuga','50. e tem 4 a 10 mm de espessura. Em tubos de mais de
600 mm de diâmetro.
uma leIa metálica,
~.\'i11!m1 nt~"tf
deve-se soldar. por dentro dos tubos,
que ficará embutida
no concreto
tlesprrndtmento"de'pedaçosdo
para
renstimel't"-
10.
Para alguns serviços em temperaturas
pode-se empregar tubos com revestimento
t"ratário interno,
de melálica
carbono.
i
Os revestimentos de vidro e de porce]ana são reves-
c~rrosão ou exigência de absoluta pureza do fluido conduZlpO.
i Para todos os serviços corrosivos é muito imponante
têm as mes-
mas aplicações dos revestimentos de plástico." bem .como
"as mesmas faixas de diâmetros de emprego. Os elastôme-
ilações
1"1800 C.
"
Os elastômeros
'iéros siiu também
tj1,iChaja uma armação metálica completa, de tela, grade ou
cfuapaexpandida. soldada à parede do tubo para reforçar e
s~gurar o revestimento; voltaremos a esse assunto no Item
I t.6. ~xistem concretos refratários para temperaturas até
para
diâmetros desde 12.mm. Os principais materiais plásticos
empregados para revestimento interno de tubos de aço são
o PTFE (Teflon),
e também o ep6xi, os fen6licos
e os
poliuretanos.."
21
de forma
muito elevadas,
de concreto re-
a manter a temperatura
do tubo dentro da faixa permissível
A aplicação desses revestimentos
tubos com diâmetro
mínimo
de 600 mm.
da pare-
para o aço-
só é possível em
e exige sempre
et~.). bem como cubra, de forma contínua. toda superfície
m~tálicaexposta ao fluido corrosivo. Um pequeno defeito
olj,descontinuidade que haja será um ponto de corrosão
lo~alizada, que poderá causar à perfuração da parede me~ iCa do tubo mais rapidamente do que a corrosão generatá
.li ada que haveria se o tubo não tivesse revestimento alg m. Por isso, em serviços de responsabilidade ou de alta
c rrosão. recomenda-se que sejam tomadas todas as proviÇiências cabíveis para garantir a perfeição e continuidadeido revestimento. Com os revestimentos de concreto é
impossível garantir-se que não seformem trincasnQ reves-~eMe;:f'6fqtte-a'~i-stê
in&- tração .de-~es-eooere
-_.
to$ é muito baixa, e assim a própria exp~nsãodiametral dos
tu~os devido à pressão. ou quaisquer movimentos ou defotmações nos tubos. poderá causar essastrincas. Por esse
mttivo, não se ~omenda o revestimento de concreto para
setviços de a]ta corrosão, ou de grande responsabilidade,
ap~sar do ~ajxo c~sto e boa resistência à corrosão do concr~to a muitos meios agressIvos.