SUMÁRIO

1. Introdução.......................................................................................................................22. Definição de tubulações industriais...............................................................................23. Processo de fabricação de tubos....................................................................................2

3.1. Laminação..............................................................................................................33.2. Extrusão..................................................................................................................53.3. Fundição..................................................................................................................63.4. Tubos com costura; Fabricação por solda...........................................................8

4. Altura Manométrica total...............................................................................................85. Tubulações de sucção e recalque....................................................................................96. Exercício proposto..........................................................................................................107. Conclusão........................................................................................................................128. Bibliografia consultada..................................................................................................13

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1. Introdução

A finalidade deste trabalho consiste em resolver um exercício sobre bombas, e apresentar um pouco o que isso representa suas aplicações e explicações sobre tubulações industriais. Dessa forma, o primeiro passo é a familiarização desses equipamentos, para posteriormente descrever e resolver o exercício.

2. Definição de tubulações industriais

Tubos: são dutos fechados destinados ao transporte de fluidos, e geralmente são de seção circular.Tubulação: é o termo genérico, usado para denominar um conjunto de tubos e seus acessórios, também chamado de sistema de escoamento.Tubulações industriais é o conjunto de tubos e seus acessórios.Suas aplicações são: Distribuição de vapor para força e/ou para aquecimento; Distribuição de água potável ou de processos industriais; Distribuição de óleos combustíveis ou lubrificantes; Distribuição de ar comprimido; Distribuição de gases e/ou líquidos industriais.Em relação ao custo, em indústrias de processamento, indústrias químicas, refinarias de petróleo, indústrias petroquímicas, boa parte das indústrias alimentícias e farmacêuticas, o custo das tubulações pode representar 70% do custo dos equipamentos ou 25% do custo total da instalação.Existem diferentes tipos de tubulações :

Tubulações dentro de instalações industriais Tubulações fora de instalações industriais Tubulações de processo Tubulações de utilidades Tubulações de instrumentação Tubulações de drenagem Tubulações de transporte Tubulações de distribuição

3. Processo de fabricação de tubos

Existem quatro tipos de processos industriais de fabricação de tubos:Para tubos sem costura: Laminação, Extrusão e Fundição.Para tubos com costura: Fabricação por solda.

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3.1. Laminação

É o processo de fabricação mais importante para a fabricação de tubos de aço sem costura. É um processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre dois cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de si mesmos. Esta seção transversal é retangular e refere-se a produtos laminados planos de alumínio e suas ligas, compreendendo desde chapas grossas com espessuras de 150 mm, usadas em usinas atômicas, até folhas com espessura de 0,005 mm, usadas em condensadores. Existem dois processos tradicionais de laminação de alumínio: laminação a quente e laminação a frio. Atualmente, a indústria também se utiliza da laminação contínua. 

Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como transportes (carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos, etc.).

Laminação a Quente:Promove reduções da seção transversal com o metal a uma temperatura mínima de aproximadamente 350°C (igual à temperatura de recristalização do alumínio). A ductilidade do metal a temperaturas desta ordem é máxima e, nesse processo ocorre, a recristalização dinâmica na deformação plástica.

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Laminação a FrioRealiza-se a temperaturas bem inferiores às de recristalização do alumínio. A matéria-

prima é oriunda da laminação a quente. A laminação a frio é executada, geralmente, em laminadores quádruplos, reversíveis ou não, sendo este último mais empregado. O número de passes depende da espessura inicial da matéria-prima, da espessura final, da liga e da têmpera do produto desejado. Os laminadores estão dimensionados para reduções de seções entre 30% e 70% por passe, dependendo, também, das características do material em questão. Laminadores mais sofisticados possuem sistemas computadorizados de controle de espessura e de planicidade. Na laminação a frio utilizam-se dois recursos: tensões avante e tensões a ré. 

Ambas aliviam o esforço de compressão exercido pelos cilindros ou aumentam a capacidade de redução por passe. Estes recursos são também responsáveis pela redução da espessura no caso de laminação de folhas finas, em que os cilindros de laminação estão em contato e praticamente sem abertura perceptível.

A deformação a frio confere encruamento ao alumínio. Aumenta os limites de resistência à tração e ao escoamento, com diminuição do alongamento. Esse procedimento produz um metal com bom acabamento superficial e preciso controle dimensional. 

Os produtos laminados de alumínio são utilizados em todas as operações metalúrgicas usuais de chapas, incluindo aquelas que exigem do metal de excepcional ductilidade, como é o caso de processos como estampagem, extrusão por impacto, perfilação (roletagem), etc. Recozimentos intermediários podem ser realizados para amolecimento (recristalização) e para facilitar posterior laminação ou determinar têmperas específicas. 

Os produtos laminados a frio mais finos (folhas), com espessura de até 0,005 mm, são produzidos em laminadores específicos, que concebem o processo de laminação de folhas dupladas com lubrificação entre elas.

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Laminação ContinuaOutro processo atualmente muito utilizado é o de laminação contínua que elimina a etapa de laminação a quente. O alumínio é solidificado entre dois cilindros refrigerados internamente por água, que giram em torno de seus eixos, produzindo uma chapa com seção retangular e espessura aproximada de 6mm. Posteriormente, esta chapa é enrolada, obtendo-se assim um produto similar àquele obtido por laminação a quente. Porém, este produto apresentará uma estrutura bruta de fusão bastante refinada, dada a alta eficiência do refinador de grão utilizado no vazamento.

3.2. Extrusão

Extrudar  é forçar a passagem de um material através de um orifício. Na indústria em geral, a extrusão de um material é usada para dar forma a ele e conferir determinadas características.Podem ser extrudadas peças longas com a seção transversal no formato que se desejar e, posteriormente, secioná-las de modo a produzir diversas peças com a mesma seção transversal de uma só vez.

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Nesse processo a peça é conformada pela ação combinada de tensões (tração e compressão), mas o que faz com que a peça adquira o formato desejado é a resistência imposta pela matriz (molde ou orifício) à passagem da peça. Assim dizemos que a extrusão é um processo de conformação onde a força predominante é a compressão indireta (desenvolvida pela matriz).

As prensas mais comuns nas indústrias metalúrgicas são horizontais, e também existem prensas que realizam a diminuição do perfil externo do material gradativamente, em estágios. Na indústria alimentícia as extrusoras podem possuir ao invés de um êmbolo, uma rosca que tem a função de

De acordo com a temperatura o processo de extrusão do metal pode ser classificado em: extrusão a quente ou extrusão a frio. A extrusão a quente torna mais fácil o processo de conformação, mas a extrusão a frio permite um melhor acabamento e elimina a oxidação do material. O que irá determinar qual desses processos será usado é a ductilidade da peça (metais não muito dúcteis passam pelo processo a frio), o custo (o processo a quente é mais barato) e exigências técnicas (a alta temperatura e pressão podem ter efeitos indesejáveis sobre a peça a longo prazo). Qualquer processo de extrusão, seja de materiais plásticos ou alimentos, pode variar de temperatura de acordo com as características do material.

O processo de extrusão de tubos é geralmente realizado utilizando uma extrusora de um único parafuso que derrete e transporta os  pelletes por meio de uma matriz anular.O tubo é formado por arrefecimento banho-maria, com o tamanho do diâmetro externo inicialmente controlado por um calibrador e sob vácuo. É continuamente removido da matriz-chefe e, em seguida, cortado de acordo com o comprimento desejado.A extrusão também pode bobinar os tubos que são fabricados nos diâmetros entre 16 mm e 2.000 mm. Já a espessura é calculada com base na pressão a que o tubo está submetido.O processo de tubos para uma ampla variedade de tamanhos envolve diversas condições de transformação, como comprimento de câmaras de vácuo ou frio e velocidade da linha de produção.

3.3. Fundição

A fundição é o processo pelo qual os metais ou ligas metálicas em estado líquido (fundido) são vazadas em um molde para a fabricação dos mais variados tipos de peças. Em muitos casos, a fundição é o processo mais simples e econômico de se produzir uma peça, principalmente quando esta é de grande porte, de geometria intrincada ou com canais internos e cavidades.

A fundição pode dar origem a peças acabadas, já em seu formato final, ou não. Nesse caso, elas podem passar por processos de conformação mecânica (por exemplo, forja), ajustes dimensionais, soldagem ou usinagem (para peças que serão usinadas é comum deixar um sobremetal). Mas, de modo geral, as peças fundidas passam por processos de acabamento como corte de canais, usinagem, e rebarbação. Quando necessário, as peças também podem passar por tratamento térmico para conferir maior resistência já que as peças fundidas apresentam menor resistência mecânica do que as peças produzidas por processos de conformação.

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Existem vários processos diferentes para se produzir peças fundidas, os mais comuns são: fundição por gravidade, por centrifugação, sob pressão e de precisão. Cada um se ajusta a determinadas exigências de qualidade, custo e tempo. Mas, basicamente, o início do processo, é a produção de um modelo ou de um molde.

Os modelos são usados para dar forma ao fundido quando o molde utilizado é do tipo não permanente (geralmente de areia). Os modelos podem ser de madeira, plástico, isopor, metal ou mesmo de cera e podem ser aplicados produtos desmoldantes (talco, grafite) para facilitar sua retirada de dentro do molde.

Outros processos de fundição também utilizam moldes de areia, mas o mais comum é o processo por gravidade, por ser também o mais barato. Nesse processo, confecciona-se um modelo que pode ser de madeira, coloca-o em uma caixa com areia deixando-se dois canais, o de vazamento e o de alimentação. Após o aquecimento e secagem do molde de areia, o modelo é retirado e é vazado o metal fundido que formará a peça. Após a solidificação o molde pode ser quebrado para a retirada da peça ou pode-se utilizá-lo para a produção de outras peças (isso depende do formato da peça e do molde, se ele possui formato que permita a remoção da peça).

A moldagem em casca (“shell molding”) é um processo de confecção de molde em areia sobre um modelo de metal onde este é constituído por uma camada fina de areia com resina o que permite a utilização de uma menor quantidade de material no processo (mesmo assim, é um processo mais caro que o convencional, mas permite melhor acabamento). Depois da confecção do molde ele passa por um processo de tratamento térmico para melhorar sua resistência e então, pode ser utilizado para o vazamento do fundido.

No processo de fundição por cera perdida são utilizados dois moldes. O primeiro é feito de um metal que possa ser facilmente trabalhado no formato invertido da peça a ser produzida (geralmente em duas metades). Depois enche-se esse molde com cera para formar os modelos, no formato da peça final. Coloca-se esses modelos em uma caixa que é preenchida com areia de fundição e aquecida até a cera derreter e escorrer e têm-se outro molde com o formato invertido da peça. Este sim é preenchido com o metal fundido, dando origem à peça. As vantagens desse processo é que podem ser produzidas várias peças em série com alto grau de detalhamento e praticamente acabadas. A desvantagem é que o tamanho das peças é limitado.

A fundição por centrifugação consiste num equipamento onde o molde permanece girando enquanto é preenchido pelo metal, fazendo que o vazamento seja mais eficiente, porém, também é mais caro que o processo normal (por gravidade). É neste processo que se produz os tubos sem costura.

A produção de lâminas ou chapas de aço também é um processo de fundição. O metal fundido é vazado por uma câmara e uma matriz onde ele é resfriado apenas o suficiente para ir para o laminador, onde ficará na espessura final (as chapas mais finas podem passar por diversos laminadores até atingir a espessura desejada).

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3.4. Tubos com costura: Fabricação por solda.

Existem duas formas de aplicar o processo de solda na fabricação de tubos industriais: longitudinal (ao longo de uma geratriz do tubo e a mais empregada na maioria dos casos) e espiral.Na solda em espiral, a matéria-prima é sempre uma bobina (para a fabricação contínua), para todos os diâmetros, desde os pequenos tubos até as tubulações de grande porte.Empregam-se também os dois tipos de solda: de topo e sobreposta.A solda de topo é usada em todos os tubos soldados por qualquer dos processos com adição de metal e, também, nos tubos de pequeno diâmetro soldados por resistência elétrica. A solda sobreposta é empregada nos tubos de grande diâmetro, soldados por resistência elétrica.

4. Altura Manométrica total

Altura manométrica total é a energia por unidade de peso que o sistema solicita para transportar o fluido do reservatório de sucção para o reservatório de descarga, com uma determinada vazão. Essa energia será fornecida por uma bomba, que será o parâmetro fundamental para o selecionamento da mesma.É importante notar que em um sistema de bombeamento, a condição requerida é a vazão, enquanto que a altura manométrica total é uma conseqüência da instalação. A Altura Manométrica Total do sistema (H) pode ser calculada por:

Onde:Pd [kgf/cm²] – Pressão no reservatório de descargaPs [kgf/cm²] – Pressão no reservatório de sucçãog [kgf/dm³] – Peso específico do fluidoVd [m/s] – Velocidade no reservatório de descargaVs [m/s] – Velocidade no reservatório de sucçãog [m/s²] – Aceleração da gravidadeHgeo [m] – Altura geométrica

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Hp [m] – Perdas de cargaA constante 10 é para ajuste do sistema de unidades utilizado.A fórmula anterior é utilizada para determinação da altura manométrica total do sistema em termos de projeto, ou seja, usados para determinação das perdas de carga, etc.Para um sistema já em operação, algumas das grandezas poderão ser obtidas diretamente de medições feitas na própria instalação. Neste caso, a altura manométrica total pode ser obtida da seguinte forma:

Onde:pd [kgf/cm²] – Pressão na descargaps [kgf/cm²] – Pressão na sucçãog [kgf/dm³] – Peso específico do fluidovd [m/s] – Velocidade na descargavs [m/s] – Velocidade na sucçãog [m/s²] – Aceleração da gravidadeZ [m] – Height difference between the center lines of rotors and gauges (suction and discharge)A constante 10 é para ajuste do sistema de unidades utilizado.

5. Tubulação de Sucção e Recalque

Define-se instalação de recalque toda a instalação hidráulica que transporta o fluido de uma cota inferior para uma cota superior e onde o escoamento é viabilizado pela presença de uma bomba hidráulica, que é um dispositivo projetado para fornecer energia ao fluido, que ao ser considerada por unidade do fluido é denominada de carga manométrica da bomba (HB). Uma instalação de recalque é dividida em:Tubulação de sucção = tubulação antes da bomba; Tubulação de recalque = tubulação após a bomba.

      As maiores causas de panes no sistema de bombeamento d'água de uma edificação são as manobras de registro incorretas. Um sistema de recalque, dotado de válvulas independentes, interligados a quadros de comando blindados, evita que o responsável pelo manuseio cometa erros de manobra, erros estes que provocam a pane seca (funcionamento da bomba sem a passagem d'água) ou bloqueio d'água (fechamento de registro com a bomba em funcionamento).                  Na maioria dos prédios, encontramos tubulações de sucção e recalque com uma única válvula de retenção. Em caso de pane desta válvula, com ela fechada, não haverá como recalcar a água da cisterna para a caixa superior, podendo provocar o rompimento da tubulação ou a queima da bomba ou em casos onde a tubulação de sucção e recalque, dentro da casa de bombas é de PVC, material inadequado, pois em caso de pane seca, a bomba pode derreter a tubulação.

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6. Exercício proposto

Tema 2

Uma mistura de dois líquidos é bombeada para um tanque de 30 . Determine:a) Massa específica da mistura dos dois líquidos.b) Velocidade do escoamento no ponto 3.c) Velocidade na tubulação de Recalque.d) Potência da Bombae) Tempo necessário para encher o reservatório do caminhão.

Dados: = 600 kg/ ; = 800 kg/ ; = 4 L/s ; = 3 L/s ; = 10000 N/ ;

g= 10m/ ; = 5 cm; = 5cm ; η = 80%

Solução:a) A massa específica da mistura é dada pela conservação das massas:

Logo, L/s, e:

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685,71 kg/

b)

Convertendo de L/s para kg/s e aplicando a eq. acima, temos:

3,57 m/s

c) Fazendo a velocidade de recalque como o ponto 5, e analogamente à questão anterior:

3,57 m/s

d)Utilizando a equação da energia para os pontos de sucção(3) e recalque (5), temos:

Como , mPotencia da Bomba:

e)

, ou 11,91h

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7. Conclusão

Em quaisquer projetos de fabricação de tubos, é de suma importância saber todos os processos existentes e todos os materiais que se pode utilizar pois uma escolha indevida pode acarretar custos maiores, uma operacionalidade não satisfatória e até mesmo acidentes. E para uma escolha correta, se faz necessário o devido conhecimento dos diversos sistemas, seus mecanismos e suas peculiaridades.

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8. Bibliografia consultada

[1] Pedro C Silva. Instalações Industriais

[2] http://www.ufsj.edu.br/portal2-repositorio/File/ppmec/Francianne_Carvalho.pdf

[3] http://www.abal.org.br/aluminio/processos-de-producao/laminacao/

[4] http://www.omel.com.br/artigos-tecnicos/escola-de-bombas/centrifugas/altura-manometrica-total/