Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS)...
Transcript of Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS)...
![Page 1: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/1.jpg)
Dimensionamento de tubulações
Parte I
![Page 2: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/2.jpg)
DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS)
Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPSDefinidos pela norma: ANSI B 36.10 - Aços carbono e aços liga, Ø (1/8” a 36”) ANSI B 36.19 - Aço inoxidável, Ø (1/8” a 12”)
Obs. Para o mesmo diâmetro externo (diâmetro nominal) tem-se diferentes opções de parede → Diferentes diâmetros internosA espessura é definida por: série, no , #, ou Schedule (SCH)Schedule number (SCH), “série”, regido pela ANSI B36-10. .
Schadules disponíveis, # 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160.Diâmetros nominais comuns; 1/8”, 1/4”, 3/8”,1/2”, 3/4” , 1”, 1 1/2”, 2”, 3”, 4”, 6”.......26”, 30”e 36”.
Menos comuns: 1 1/4” , 2 1/2” , 3 1/2”, 5”.
Iron Pipe Sise – IPSP = pressão interna psig
S = Tensão admissível em psi.S
P1000 Série =
![Page 3: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/3.jpg)
DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA DE PAREDE
Norma ANSI B. 31
cPYSE
DPtm 2
Onde: t m = espessura (mínima) de parede (pol) (mm)
P = Pressão interna de projeto (psi) MPaD = Diâmetro externo (pol) (mm)SE = coeficiente de stress (psi) MPa, Onde : S, Tensão admissível para o material, excluso qualidade de solda e fator de junta. E, fator de qualidade de fundição ou de solda. Eficiência de solda (para tubos sem costura = 1)Y = Coeficiente de redução (varia com o material e a temperatura). Ex. aço carbono até 480º C , Y=0,4c = Soma de sobre-corrosão, erosão,...profundidade de roscas, Obs. 1- Dimensões espessura de rosca ANSI B2.1 2- Se a tolerância não for especificada adotar 0.02” (0,5mm)
Obs, para t ≤ D/4 .................. t = tm - c
![Page 4: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/4.jpg)
Exemplo: Calcular a espessura mínima necessária para um tubo de diâmetro nominal 8” (8,625, Ø externo (tabela) aço carbono s/ costura, Tensão admissível na T proj. = 12350 psi. e P proj. 800psi, T projeto 600º F, com sobrespessura de corrosão c= 0,05”.
05,04,08001*123502
625,8800t
Obs. Ver tensão admissível Perry 6ª ed. Item 23
Aplicando uma tolerância de 12,5 % a 1,125 x 0,322 = 0,362”
Para atender a esta espessura, Tubo # 80 espessura = 0,500” # 60 = 0,406” # 40 = 0,322”
Para ANSI A – 53 B ( S =15500)...... t = 0,268”→ tm = 0,301 “Neste caso, a série # 40 atenderia, pois tem espessura de 0,332”
= 0,322” *ASTM A 53 A (S =12350)
![Page 5: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/5.jpg)
TENSÃO MÁXIMA EM UM TUBO DE ESPESSURA t , SUBMETIDO A UMA PRESSÃO P.
)0125,1(2
225,2125,1
ctE
tcYDPS
![Page 6: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/6.jpg)
E
L
AP
P =empuxo sobre os pontos de fixação (Kg ou T)A = área da seção transversal (cm2)δ = dilatação livre do tubo (cm)L = comprimento do tubo (cm)E = módulo de elasticidade do material (kg/cm2)
Analisando o efeito da força gerada pela dilatação térmica
Temos que:
tensão interna (kg/cm2) P = S. A SAP
eL dilatação unitária (cm/cm)
Logo, a equação acima poderá ser escrita
Ee
S ,ou então
S = e .E
![Page 7: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/7.jpg)
**3,208.............*03,0
2ou
UL
YD
c
a
E
S
UL
YD .302
Obs. Disposição tridimensional é mais flexível que a plana. O efeito de torção é cerca de 30% mais eficiente do que a flexão. Ainda, quanto mais simétrico é o arranjo melhor o traçado. Sistema tridimensional permite maior liberdade de movimento à tubulação.
Fórmula original
Onde: Sa = limite admissível para a resultante das tensões secundárias combinadasEc = módulo de elasticidade na temperatura de trabalhoD = Ø nominal externo * ( pol) **(mm)Y = Somatório das dilatações * (pol) **(mm) L = Comprimento da tubulação * (ft) **(m) U = distância entre os pontos fixos * (ft) **(m)
* sistema inglês
FLEXIBILIZAÇÃO DE UMA TUBULAÇÃO SUJEITA A UMA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA
Fórmula simplificada Teste rápido (ANSI B 31- 10)
** sistema internacional )25,025,1( hca SSfS
![Page 8: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/8.jpg)
Controlando a dilatação térmica
Não utilizar segmento em linha reta entre dois pontos Empregar acessórios deformáveis (juntas de expansão) Quando espaço é reduzido, grande dilatação e tubulação de grande diâmetro Pretensionamento
Adequando um traçado de uma tubulação
Quanto maior o comprimento desenvolvido para a tubulação, em relação aos pontos fixos, melhor a flexibilidade Quanto mais simétrico melhor a distribuição dos esforços Quanto menor a desproporção, entre os seguimentos , idem Sempre que possível adotar arranjo tridimensional
![Page 9: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/9.jpg)
Pressão de Projeto*
Definida na Norma ANSI B-31. *Tensão admissível nas condições extremas de projeto (diferente de operação). Condição simultânea de maior severidade.
Temperatura de projeto Correspondente aquela da pressão de projeto eleita. Ex. duas condições distintas 1ª - 800º F e 300 psi Sh= 6500psi 2ª - 70º F e 900psi Sh= 20000psi
* Escolhe-se a condição mais crítica, na qual a tensão admissível apresenta menor valor. No exemplo colocado, a 1ª condição.
PRESSÃO E TEMPERATURA DE PROJETO
![Page 10: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/10.jpg)
Pressão de choque (golpe de aríete) Situações onde estão sujeitas elevações bruscas de pressão: Parada brusca , partidas de bombas,etc...
Obs. 1) Pressão de choque : A Norma sugere Valor de P = 60 vezes o valor da velocidade em (ft/s). 2) Para tubos ferro fundido)* Valor da pressão =∑ (P máx. operação + P.choque)
Condições transitórias passíveis de causar fadiga, Elevação de pressão,....Parada/partida de bomba: Aríete Vácuo (sucção)Resfriamento de fluido gasoso → vácuoExpansão por elevação da temperaturaCongelamento – Dilatação do fluido x contração/fragilização do metal.
CONSIDERAÇÕES DE PROJETO
![Page 11: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/11.jpg)
Considerações quanto a temperatura de operação
É pratica adotar no projeto uma temperatura um pouco superior aquela temperatura máxima de operação da linha (temperatura do fluido circulante)
Temperatura considerada para tubos, válvulas e acessórios
Se temperatura do fluido for superior a 0° C Tubos não isolados:
Se rosqueados (tubos válvulas e acessórios) 95% da temperatura do fluido
Se flangeados (tubos, válvulas e acessórios flangeados) 90% da temperatura do fluido
Parafusos e porcas dos flanges 80 % da temperatura do fluido
Tubos isolados Isolamento térmico externo Temperatura igual a do fluido Isolamento interno Deduzir perda térmica equivalente através do isolamento
Se a temperatura do fluido for inferior a 0° C Materiais com temperatura igual a temperatura do fluido
![Page 12: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/12.jpg)
![Page 13: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/14.jpg)
Principais esforços mecânicos a que podem estar submetidas tubulações industriais
Pressão interna e externa Peso Tubo, Fluido Acessórios, válvulas, isolamento, Fluidos durante teste hidrostático Peso de outros tubos suportados ou apoiados Plataformas , pessoas, neve , terra (soterrados), veículos,etc.. Ação dinâmica Movimento do fluido, Ventos Impactos de natureza mecânica , golpes de ariete, Vibrações Dilatações térmicas Tubulação, Equipamentos aos tubos conectados, Tensões residuais de montagem da linha, Atrito dos suportes, Esforços de desalinhamentos, etc..
![Page 15: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/15.jpg)
Algumas formas de correção
Instalar de forma adequada os suportes Instalar acessórios sempre que possível próximos aos pontos de sustentação Evitar e minimizar cargas externas Instalar guias e contraventos Colocar patins ou roletes Instalar amortecedores de vibração Flexibilizar de forma adequada a linha
Esforços mais relevantes Pressão Dilatação
Principais formas de tensão presentes em uma tubulação
Tensão longitudinal Conseqüência da pressão, movimento fletor, (pesos, dilatações, equipamentos) e esforço residual de montagem. Tensão circunferencial Conseqüência da pressão, deformação por achatamento resultante de esforços fletores atuantes Tensão radial Tensão de cisalhamento circunferencial Conseqüência de esforços de torção
![Page 16: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/16.jpg)
Tensão primária X Tensão secundária
Primária , esforço externo e internos permanentes................ Valor constante.Secundárias, (cíclicas), dilatações, movimento de equipamentos a custa de dilatação.....................Diminuem devido ao relaxamento espontâneo ao longo do tempo .........acomodação dos esforços
Tensão admissível X fator de segurança
O critério para escolha do fator de segurança depende:Tipo de materialCritério de cálculo : > ou < grau de arbitrariedadeTipos e freqüência de esforçosIncerteza do materialDefeitos de fabricação do material, montagem, etcSegurança
Tensão admissível
Obs. Dados tabelados referem-se a tensões básicas de tração e flexão, para esforços estáticos e permanentes
![Page 17: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/17.jpg)
Condições transitórias de trabalho ou diferentes tipos de esforços
Esforço transitório de cisalhamento e torção Adota-se 80% da tensão admissível básica
Tensões secundárias não permanentes de curta duração, A custa de vento, condições anormais de operação, etc
Ciclo de 10h consecutiva em um total de 110 h/ano Adota-se fator de 1,33% da tensão admissível
Ciclo de 50h consecutiva em um total de 500 h/ano Adota-se fator de 1,20% da tensão admissível
Cada seção da norma adota diferentes critérios na adoção das tensões admissíveis de acordo com a severidade e risco da operação como mostra a tabela a seguir
![Page 18: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/18.jpg)
Apêndice
Critério para a utilização da Tensão admissível para tubos de aço
Seção daANSI
Áreas Tensão admissíveis básicas(o menor dos valores obtidos)
B.31.1 Centrais de vapor Tr/4 Te/6 Tdf 0,8Trf
B.31.2 Tubulações de ar e gases Tr/2,66 ----- ----- -----
B.31.3 Refinarias e Instalações petrolíferas Tr/3 Te/1,6 Tdf 0,8Trf
B.31.4 Oleodutos ----- Te/1,39 ----- -----
B.31.5 Refrigeração Tr/4 Te/1,6 ----- -----
B.31.6 Industrias Químicas Tr/3 Te/1,6 Tdf 0,8Trf
B.31.7 Centrais Nuclares Tr/3 Te Tdf 0,8Trf
B.31.8 Transporte e distribuição de gases ----- Te/1,1 ----- -----
![Page 19: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/20.jpg)
Resumo sobre valores adotados para tensão admissívelde acordo com a severidade das condições operacionais
Obs. Valores básicos são aqueles adotados para esforços de tração, de torção e de flexão, estático e permanentes
Esforços estáticos e permanentes de cisalhamento, Empregar 80% das tensões admissíveis básicas
Situações adversas
Variações ocasionais acima das condições de projeto deverão permanecer dentro dos seguintes limites em relação a pressão de projeto:Sob restrição, é permitido exceder a faixa de pressão ou a tensão admissível para a pressão de projeto na temperatura da referida condição por não mais que:
33% para não mais que 10h em condição contínua e não mais que 100h/ano.
20% para não mais que 50h em condição contínua e não mais que 500h/ano.
![Page 21: Dimensionamento de tubulações Parte I. DIMENSÕES DE TUBOS (DIÂMETROS COMERCIAIS DE TUBOS) Diâmetros nominais Iron Pipe Sise – IPS Definidos pela norma:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc144497959413d8e03ee/html5/thumbnails/21.jpg)
Referência
Tubulações Industriais Pedro Carlos da Silva TellesLivros Técnicos e Científicos Editor S.A.4ª Edição - 1976