Tubulação Industrial

SUMARIO

01 - Introdução

02 - Linhas Convencionais

03 - Simbologia gráfica para desenhos de tubulação

04 - Fluxogramas (diagrama esquemático)

05 - Fluxograma de processo

06 - Fluxograma de detalhamento

07 - Convenções gráficas para instrumentação

08 - Identificação das tubulações no projeto

09 - Plantas de tubulação

10 - Isométricos de tubulação

11 - Cálculos de tubulação

12 - Dimensões dos tubos (Schedule) Norma ANSI B-36.10

01- Introdução

Chamamos de tubulação ao conjunto de tubos, conexões, válvulas, flanges e acessórios interligados entre si, com a finalidade de transportar líquidos, gases e vapores de um ponto a outro da unidade industrial.

O desenho de tubulação é a representação gráfica e pode ser representado através de:

-Fluxograma, Planta baixa, Elevação ou Perspectiva Isométrica. A seguir, você vai conhecer cada uma dessas representações.

- Fluxograma: São desenhos esquemáticos sem escala, tendo por finalidade mostrar o fluxo de líquidos, gases e vapores através de bombas, vasos, reatores, permutadores e outros equipamentos demonstrando a forma de funcionamento do sistema.

- Planta baixa: É a representação de uma tubulação vista de cima. Ela apresenta as simbologias dos detalhes de ligações.

- Elevação: É a representação de uma tubulação vista de perfil com a finalidade de mostrar os detalhes de tubos e demais acessórios que estão na posição vertical.Os detalhes também são representados por símbolos.

Note que a representação gráfica da elevação é a mesma utilizada na planta baixa, portando para diferencia-la deve estar indicado no desenho que se trata de uma elevação.

- Perspectiva Isométrica: É a representação de uma tubulação vista em toda a sua grandeza (3D) com todos os detalhes de ligações.

Os desenhos em Isométricos também são feitos sem escalas.

02 - Linhas convencionais

Os tubos com diâmetros até 12’’ são representados com traços únicos na posição da linha de centro da tubulação e os maiores que 12’’ por dois traços paralelos:

Os símbolos abaixo, representam a secção de um tubo ou conexão na posição vertical, sendo que a parte interrompida da circunferência estará girada sempre para o trecho com maior elevação em uma planta.

Representação:

Aplicação:

O símbolo abaixo, representa a secção de um tubo ou conexão encoberto por um outro longitudinal que o sobrepõe. (Derivação vertical para baixo)

Representação:

Aplicação:

O símbolo abaixo,representa a secção de um tubo com sua extremidade livre sobressaindo de outro tubo horizontal. (Derivação vertical para cima).

Representação:

Aplicação:

Os símbolos abaixo, representa a secção de um tubo ou conexão inclinados sendo que a parte interrompida da elipse estará girada sempre para o trecho com maior elevação em uma planta.

Representação:

Aplicação:

03 - Simbologia gráfica para desenho de tubulação.

A simbologia mais usual nos desenhos técnicos de tubulação industrial é a seguinte:

Representação de suportes em plantas industriais:

Representação de equipamentos em plantas industriais:

Representação de equipamentos de linha em plantas industriais:

04 - Fluxograma - Diagrama esquemático

É o mais simples dos fluxogramas, mostrando o fluxo através de linhas simples e as operações ou equipamentos de processos importantes, representados por círculos ou retângulos dentro dos quais são denominados.

O diagrama esquemático é utilizado geralmente no estágio inicial de planejamento de uma instalação, servindo como referência para elaboração, pela equipe de estudo de processo, do fluxograma de processo.

05 - Fluxograma de processo

Mostra todos os equipamentos e principais tubulações, com suas características básicas de operação.

Normalmente é feito um fluxograma para cada unidade de processo, para sistemas mais complexos, porém, se o desenho se apresentar cheio e de difícil entendimento, o fluxograma poderá ser subdividido em várias partes, sendo comum a divisão das linhas de processo do sistema de unidade em desenho separado.

As informações que geralmente consta nos fluxogramas de processos são:

- Principais linhas de processos com indicação do sentido de fluxo, fluido circulante, vazão, temperatura, pressão e outros dados importantes ao processo;

- Todos os equipamentos envolvidos no processo, apresentados de forma esquemática, apenas com as partes essenciais ao processo e sem qualquer detalhe de fabricação;

- Identificação dos equipamentos com suas principais características de operação, como capacidade, vazão, temperatura ou pressão;

- Válvulas e acessórios essenciais ao processo;

Observação: As indicações de temperatura, vazão, pressão ou outros dados, podem aparecer junto a cada linha ou em um quadro na parte inferior do desenho.

06 - Fluxograma de detalhamento

Também chamado de Fluxograma mecânico, é desenvolvido a partir do fluxograma de processo e tem por objetivo mostrar todas as linhas de detalhamento e de processo como instrumentos e controladores, equipamentos e dados necessários para o projeto.

O fluxograma de detalhamento representa esquematicamente e com exatidão, toda a flexibilidade operacional das unidades de processamento e com base nele são desenvolvidas as plantas e os isométricos de tubulação.

O fluxograma de detalhamento geralmente contém as seguintes informações:

- Todos os equipamentos com informações relevantes ao projeto como nome e código, tamanho, capacidade e instrumentos a eles incorporados;

- Todas as linhas de processo e utilidades, com indicação de diâmetro e denominação das linhas, fluidos conduzidos, sentido do fluxo, material ou código de especificação;

- Todas as derivações e interconexões de linhas e equipamentos;

- Equipamentos paralelos e de reserva, incluindo as linhas de ligação indicando sua função;

- Purgadores que tenham locação definitiva por necessidade de processo;

- Válvulas de processo e de serviço com tamanho e identificação. Para válvulas com atuador automático, são indicadas as características do atuador, como modo operacional, potência e tamanho;

- Instrumentos como elementos sensores, tubulação de transmissão de sinal, controladores, manômetros, termômetros, visores de nível, indicadores de fluxo, válvulas de alívio e de segurança;

- Pressão de abertura das válvulas de segurança e alívio;

- Isolamento térmico para traços de vapor (Steam Tracing) ou encamizamento com as indicações requeridas.

Observações:

- A classe de pressão dos flanges dos equipamentos é mostrada apenas se houver diferença com a especificação da tubulação;

- Respiros e drenos requeridos pelo processo não aparecem, pois são definidos no desenho de detalhamento da tubulação.

Como nos fluxogramas de processos, o sistema de tubulação e utilidades com seus equipamentos podem ser representados em desenhos separados.

07 - Convenções gráficas para instrumentação

08 - Identificação das tubulações no projeto

Em todos os projetos industriais, adotam-se um sistema de identificação para as tubulações, vasos, tanques, máquinas e instrumentos.

A identificação dos elementos de uma instalação industrial facilita a execução dos desenhos, a montagem, a operação e a manutenção nas unidades.

As tubulações são identificadas por siglas que englobam:

- Diâmetro nominal da linha;

- Abreviatura ou simbologia do tipo de fluido que circula na linha;

- Número da unidade de processo;

- Número da linha;

- Especificação do material.

Exemplo: 12”-W.603/03-A

Onde:

12'':  Diâmetro nominal da linha

W: Tipo de fluido

603/03: Número da linha e da área

A: Especificação do material

A letra indicativa dos fluidos é estabelecida pela empresa executora dos projetos, em geral utilizam-se as seguintes nomenclaturas:

- C: Combustível;

- G: Gazes;

- V: Vapor;

- O: Óleo;

- H: Ácido;

- N: Cáustico;

- W: Água;

- A: Ar;

- Ai: Ar de instrumento.

Especificação do material segundo a norma ASTM:

- A Indica materiais metálicos ferrosos como aço carbono baixo ou alto, inox, liga, forjado entre outros.

- B Indica os materiais metálicos não ferrosos como cobre e ligas, latão, alumínio e níquel.

- C Indica materiais não metálicos como cerâmica ou fibrocimento;

- D Indica materiais plásticos como PVC, polipropileno, acetato de celulose e outros. 

09 - Plantas de Tubulação

Nas plantas de tubulação devem figurar as elevações da linha de centro de todos os tubos, as distâncias entre os tubos paralelos e todas as cotas dos pontos de mudanças de direção dos tubos.

Além de todos os tubos com suas válvulas e acessórios, esses desenhos devem também mostrar o seguinte:

- Linhas principais de referência (com suas coordenadas) tais como: limites de áreas, limites dos desenhos, linhas de centro de ruas, contornos de ruas, valas de drenagem, diques, edifícios e demais construções, bases de concreto etc.

- Todos os suportes de tubulação, com numeração, indicação convencional do tipo, posição e elevação cotadas, inclusive as colunas das estruturas de apoio de tubos elevados, indicadas por sua numeração.

- Todos os vasos, equipamentos e máquinas ligados à rede de tubulações, com desenho do seu contorno, com identificação, e com posição e elevação cotadas da linha de centro e dos bocais de onde são conectadas as tubulações.

- Plataformas e escadas de acesso, com posição, dimensões, e elevação cotadas.

- Todos os instrumentos, com identificação, indicação convencional e posição aproximada. Os conjuntos constituídos pelas válvulas de controle e respectivas tubulações de contorno e válvulas de bloqueio e de regulagem são representados nas plantas simplesmente por um pequeno retângulo com a identificação da válvula de controle, de acordo com as siglas I.S.A.

As diversas folhas de plantas de tubulação devem limitar-se entre si formando um mosaico contínuo cobrindo toda área abrangida pela rede de tubulações. Os limites das folhas devem ser os mesmos das plantas de locação geral, entretanto, com as plantas de tubulação costumam ser feitas em escala maior, a cada planta de locação geral correspondem várias folhas de plantas de tubulação.

Os limites dos desenhos são em geral os limites do terreno, linhas de centro de ruas e diques, limites de áreas de processamento, armazenagem e manuseio etc.

Dentro das áreas de processamento, os limites entre as folhas costumam ser as linhas das fileiras de colunas de suporte das tubulações.

Em todas as folhas de desenho deve haver sempre indicação da orientação (Norte de projeto); nos limites de cada folha deve haver, também, a indicação das coordenadas e dos números das outras folhas de desenho que sejam continuação para qualquer lado.

Em áreas congestionadas em que se tenham muitos tubos em mais de uma elevação, fazem-se, para maior clareza, tantos desenhos da mesma área quantos forem necessários, mostrando cada um das tubulações que correm entre dois planos horizontais. Suponhamos que para uma certa área sejam feitos três desenhos: um designado como sendo “nível do solo”, outro designado como na “elevação 4000” e outro na “elevação 8000”. O desenho do nível do solo mostrará todas as tubulações desde a elevação 4000 até o nível do solo, olhando-se de cima para baixo; o desenho na elevação 4000 mostrará as tubulações entre as elevações 8000 e 4000, olhando-se também de cima para baixo, e o desenho na elevação 8000 mostrará as tubulações existentes acima da elevação 8000 e assim por diante para qualquer outro caso.

Os tubos verticais que passam do desenho em uma elevação para o desenho em outra elevação, são representados como saindo do desenho, para baixo ou para cima.

Em sistemas complexos, quando necessário para maior clareza, são feitos também cortes, que são projeções verticais das tubulações. Pode haver também necessidade de se desenhar, em escala maior, detalhes em planta ou em corte de determinados trechos mais congestionados. Tanto os cortes como os detalhes, são também desenhados em escala e com as mesmas indicações e convenções das plantas.

Para facilitar a montagem, na margem de cada folha de planta de tubulação, costuma-se colocar uma lista-resumo de todos os suportes que aparecem na referida folha. Essa lista indica, para cada tipo de suporte a respectiva quantidade e o desenho de detalhe de referência.

Em cada folha de planta de tubulação devem figurar ainda, em local conveniente, os números de todos os desenhos de referência relativos à planta em questão, tais como a planta de locação geral, o fluxograma, as demais plantas da mesma área em outras elevações (se houverem), detalhes típicos, detalhes de suportes etc.

Planta Baixa Nº 1226

Elevações referentes à Planta Baixa Nº 1226

Na planta representada no desenho anterior, observamos que as dimensões lineares estão dadas em milímetros e as elevações em pés e polegadas.

Dados: 1’(PÉ)= 12’’(POLEGADAS)= 304,8 mm.

Observe o exemplo abaixo onde temos um trecho da elevação sentido sul da planta baixa 1226:

Exemplo 01

A linha 8’’ W 024/02 A está na elevação de 25’;

O centro do P - 01 A está na elevação de 8’;

Fazendo a subtração: elevação maior - elevação menor, temos:

25’ - 8’ = 17’

Sabendo-se que 1’ = 304,8 mm podemos determinar a medida em milímetros dessa medida:

17 x 304,8 = 5181,6 mm.

Quando temos elevações que inclui pé e polegada deve-se tomar o cuidado para fazer a subtração da maneira correta:

A linha 10’’ W 024/02 A está no seu trecho mais baixo, na elevação de 2’ e em seu trecho mais alto, na elevação de 14’10’’. A subtração deve ser feita subtraindo PÉ com PÉ e POLEGADA com POLEGADA:

14’10’’ - 2’00’’= 12’10’’

Para determinar a medida em milímetros de centro a centro dos tubos fazemos a seguinte equação:

(12 x 304,8) + (10 x 25,4) = 3657,6 + 254 = 3911,6 mm

Exemplo 02

Partindo do ponto mais baixo da tubulação (BC - 01), temos 3 elevações diferentes que foram nomeadas como sendo EL. A, EL. B e EL. C.

A cada mudança de elevação temos um tubo vertical ascendente ou descendente. Para a fabricação dos 'SPOOL's temos que determinar as medidas de centro a centro de cada trecho.

Calculando a medida em milímetros entre a EL. A e EL.B:

12'5'' - 3'11'' = 11'17'' - 3'11'' = 8'6'' 

Note que nesse caso, emprestamos 1' (1''=12'') para as 5'' afim de fazer a subtração pois não se subtrai 11 de 5, isso resultaria em um número negativo.

Logo, temos:

(8 x 304,8) + (5 x 25,4) = 2438,4 + 152,4 = 2590.8 mm

Podemos também, utilizar a seguinte equação:

[(12 x 304,8) + (5 x 25,4)] - [(3 x 304,8) + (11 x 25,4)] = 

[3657,6 + 127] - [914,4 + 279,4] = 

3784,6 - 1193,8 = 2590,8 mm.

Nesse caso, não podemos esquecer a ordem da execução das expressões numéricas:

Separadores: 

1º ( ), 2º [ ] e 3º { }.

Operações:

1º Potenciação e radicação na ordem que aparecem;

2º Multiplicação e divisão na ordem que aparecem;

3º Adição e subtração na ordem que aparecem.

Calculando a medida em milímetros entre a EL. B e EL.C:

12'5'' - 8'7'' = 11'17'' - 8'7'' = 3'10''

(3 X 304,8) + (10 X 25,4) = 914,4 + 254 = 1168,4 mm

Ou ainda:

[(12 x 304,8) + (5 x 25,4)] - [(8 x 304,8) + (7 x 25,4)] = 

[3657,6 + 127] - [2438,4 + 177,8] = 

3784,6 - 2616,2 = 1168,4 mm.

10 - Isométricos de Tubulação

Os isométricos são desenhos feitos em perspectiva isométrica, sem escala, faz-se geralmente um desenho para cada tubulação individual ou grupo de tubulações próximas. No caso de uma tubulação muito longa pode ser necessário subdividir a tubulação por vários desenhos isométricos sucessivos. Nesses desenhos todo o traçado é representado por um traço único para qualquer diâmetro à partir da linha de centro da tubulalação.

Nunca se deve figurar em um mesmo desenho isométrico duas tubulações de áreas diferentes.

Direções Básicas da Tubulação

De acordo com a posição dos tubos no isométrico, pode-se estabelecer um sistema de eixos dotado de três linhas as quais indicam as direções básicas da tubulação: Uma vertical e duas inclinadas.

Essas linhas servem de referência para indicar a posição e o sentido dos tubos no isométrico.

Os tubos inclinados não pertencem às direções básicas da tubulação, portanto, não deve estar paralela a nenhuma dessas linhas.

Posição dos tubos no Isométrico

Nos desenhos isométricos devem aparecer obrigatoriamente, todas as válvulas e todos os acessórios de tubulação (flanges,tês, curvas, reduções, colares, luvas, uniões etc.), mostrados individualmente, um por um, bem como a localização de todas as emendas (soldadas, rosqueadas etc.) dos tubos e dos acessórios. As válvulas são usualmente designadas por siglas convencionais. Os vasos, tanques, bombas, e demais equipamentos e máquinas conectados às tubulações, aparecem indicados apenas pela sua identificação, posição de linha de centro e pelos bocais de ligação com as tubulações.

É por meio dos desenhos isométricos que se faz o levantamento dos materiais necessários para a construção das tubulações e, por essa razão, nesses desenhos devem figurar detalhadamente todos os materiais, um por um, ainda que sejam peças pequenas ou pouco importantes, tais como válvulas de dreno e de respiro (com respectivas luvas, niples e bujões), luvas para instrumentos, tomadas para retirada de amostras, etc.

Os conjuntos formados pelas válvulas de controle e respectivas tubulações de contorno e válvulas de bloqueio e de regulagem também são mostrados peça por peça.

Os desenhos isométricos devem conter todas as cotas e dimensões necessárias para a fabricação e montagem das tubulações tais como: dimensões dos trechos retos de tubo,

ângulos, raios de curvatura, elevações de todos os tubos, localização e orientação de todos os bocais de vasos e equipamentos, posição das hastes e volantes das válvulas etc.

As elevações dos tubos, a menos que esteja expressamente indicado em contrário, costumam ser referidas à linha de centro dos mesmos.

Qualquer tubo que passe de uma folha de isométrico para outra, é representado como interrompido, devendo haver sempre indicação do número da outra folha de isométrico na qual o mesmo continue.

Todos os tubos devem ser designados por sua identificação completa, tal como nas plantas de tubulação.

Os diversos tipos usuais de válvulas e de acessórios têm convenções especiais de desenho, que devem ser obedecidas.

Costuma-se fazer em cada folha de isométrico, a lista do material necessário para as tubulações representadas na mesma. Cada folha de desenho deve ter também a relação das tubulações que figuram na referida folha, com indicação da temperatura e pressão de projeto, pressão de teste hidrostático, e do tipo de isolamento térmico e de sistema de aquecimento, se houverem.

Em todos os desenhos deve haver sempre a indicação da orientação (Norte de projeto) para se poder obter a localização dos tubos no terreno.

A numeração dos desenhos isométricos deve ser feita em combinação com a numeração das plantas, de maneira que seja fácil identificar-se em que planta está representada uma linha que aparece em determinado isométrico e vice-versa.

Geralmente todas as tubulações desenhadas em um isométrico estão contidas em uma mesma planta. Todos os pontos em que, as tubulações passam de uma folha de planta para outra, devem ser assinalados nos isométricos, com indicação dos números correspondentes das plantas.

É usual fazer-se, para cada planta de tubulação, uma lista resumo contendo os números de todos os isométricos referentes a essa planta e os números das tubulações representadas em cada isométrico.

Alguns projetistas costumam acrescentar nos desenhos isométricos os suportes de tubulação, indicados pelas suas posições cotadas e suas convenções. Embora essa prática não seja generalizada, a marcação dos suportes nos desenhos isométricos traz evidentes vantagens para a montagem.

Representação de curvas

Traçados de linhas em geral

Exemplos de Isométricos

Cotagem

Os desenhos Isométricos devem conter todas as cotas e dimensões necessárias para sua fabricação e montagem das tubulações.

As cotas deverão ser colocadas de tal maneira que fiquem esteticamente dispostas, de forma que determinem corretamente o trecho cotado.

Os trechos inclinados no plano horizontal deverão ser cotados para orientação, o verdadeiro ângulo de inclinação do tubo acompanhado da letra H, devendo também aparecer a cota dos catetos e os trechos inclinados no plano vertical seguem as mesmas regras dos trechos horizontais, entretanto, acompanhados da letra V.

Os trechos inclinados no plano espacial deverão ser dados as seguintes cotas:

- Dimensão dos catetos;

- Ângulo de inclinação do plano horizontal;

- Ângulo de inclinação do plano vertical.

11 - Cálculos de tubulação

Na maioria dos desenhos isométricos, a cotagem é feita a partir da linha de centro dos tubos e válvulas ou face de flanges.

Cabe ao encanador efetuar o cálculo necessário para a determinação da medida dos niples intercalados entre curvas, tês, reduções, flanges, válvulas e outros acessórios.

Constantes para raio de curva

Raio Longo 90°: Øn x 38,1 Raio Longo 45° : Øn x 15,9

Raio Longo 90° + 45° : Øn x 54

Fórmulas mais usadas para cálculos de tubulação

Trigonometria

Exemplos de cálculos de tubulação

*Diâmetro dos tubos em polegadas

*Demais medidas em milímetros

Exemplo 01 - Mudança de direção ou elevação em 90°:

1º passo - Calcular o material a ser descontado da medida de centro a centro:

2 Curvas de 90° raio longo: 12’’ x 38,1 x 2 = 914,4 mm

2 Aberturas para soldagem: 10 mm

914,4 + 10 = 924,4 mm

2º passo - Calcular a medida do niple:

3280 - 924,4 = 2355,6 mm

Exemplo 02 - Tubo inclinado a 45° no plano vertical ou horizontal:

1º passo - Calcular o material a ser descontado da medida de centro a centro:

2 Curvas de 45° raio longo: 4’’ x 15,9 x 2 = 127,2 mm

2 Aberturas para soldagem: 7 mm

127,2 + 7 = 134,2 mm

2º passo - Calcular a medida da hipotenusa:

2315 x √2 = 2315 x 1,414 = 3273,14 mm

3º passo - Calcular a medida do niple:

3273,14 - 134,2 = 3139,21 mm

Exemplo 03 - Tubo inclinado a 45° no plano vertical ou horizontal com curva de 90° girada a 45°:

1º passo - Calcular o material a ser descontado da medida de centro a centro:

1 Curva de 90° + 1 curva de 45° raio longo: 6’’ x 54 = 324 mm

2 Aberturas para soldagem: 8 mm

324 + 8 = 332 mm

2º passo - Calcular a medida da hipotenusa:

3140 x √2 = 3140 x 1,414 = 4439,96 mm

3º passo - Calcular a medida do niple:

4439,96 - 332 = 4107,96 mm

Exemplo 04 - Tubo inclinado no plano espacial a 45°:

1º passo - Calcular o material a ser descontado da medida de centro a centro:

2 Curvas de 45° raio longo: 8’’ x 15,9 x 2 = 254,4 mm

2 Aberturas para soldagem: 10 mm

254,4 + 10 = 264,4 mm

2º passo - Calcular a medida da diagonal:

3220 x √3 = 2315 x 1,732 = 5577,04 mm

3º passo - Calcular a medida do niple:

5577,04 - 264,4 mm = 5312,64 mm

Existem várias outras situações que podem ser encontradas na fabricação de spool’s, incluindo a necessidade da utilização da trigonometria e do teorema de Pitágoras principalmente na fabricação e montagem de campo.

12 - Dimensão dos tubos - ANSI B-36.10

As especificações das espessuras da parede dos tubos estão ligadas a três conceitos básicos:

- Diâmetro interno;

- Diâmetro nominal;

- Diâmetro externo.

O diâmetro nominal limitado até 12’’ não tem dimensões físicas no tubo, seria um diâmetro médio entre o interno e o externo. É usado para efeitos de especificação ou designação dos tubos.

Nos diâmetros a partir de 14’’ o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo.

As espessuras das paredes dos tubos são padronizadas e definidas por séries pela Norma Americana ANSI B-36.10 que estabelece padrões em séries para espessuras. Essas séries também são chamadas de SCHEDULES (SCH):

SCH: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160.

Para um mesmo diâmetro nominal existem várias schedules diferentes, isto é, quanto maior a SCH, maior será a espessura da parede e menor será o diâmetro interno. Somente o diâmetro externo permanece o mesmo:

Dimensão dos tubos de aço carbono conforme a Norma Americana 

ANSI B-36.10

Para o dimensionamento de flanges e válvulas, consultar a Norma ANSI B-16.10

FIM