Analise de Processos de Curvam Dutos

UNIVERSIDADE CASTELO BRANCO

FELIX ALBERTO MURGA CABALLERO

ANÁLISES DOS PROCESSOS DE CURVAMENTO EM DUTOS

RIO DE JANEIRO

2010



Monografia apresentada à Coordenação de Cursos de Pós-Graduação de Petróleo e Gás da Universidade Castelo Branco como requisito parcial à Obtenção do Grau de Especialista em Engenharia de Construção e Montagem de Tubulação On-Shore e Off-Shore.

ORIENTADOR: Prof. Carlos Alexandre de Araujo, MSc.

RIO DE JANEIRO

2010



Monografia apresentada à Coordenação de Cursos de Pós-Graduação de Petróleo e Gás da Universidade Castelo Branco como requisito parcial à Obtenção do Grau de Especialista em Engenharia de Construção e Montagem de Tubulação On-Shore e Off-Shore.

Aprovada em:

Bancada Examinadora:

Prof. Dr. Luiz Carlos Da Silva

Prof. Esp. Fabrinny Araujo Da Silva

DEDICATÓRIA

Aos meus familiares

i

AGRADECIMENTOS

A Deus, por ser meu guia do meu caminho.

À memória de minha mãe, Luisa Caballero, que mesmo não estando presente entre

nós, continua sendo um símbolo de amor e ternura.

Ao meu pai, Felix Murga pelos conselhos, incentivos, orientações nos meus estudos e

opções profissionais.

À minha irmã Donata, pelo apoio, compreensão e se orgulhar de minha pessoa.

À minha esposa Leda e meus filhos Ana Luisa e Andre Filipe pela compreensão, apoio

e paciência que tiveram na elaboração deste trabalho.

Em especial, ao orientador e professor Carlos Alexandre de Araujo, pelo apoio,

dedicação e amizade.

Aos amigos que no decorrer deste período colaboraram direta e indiretamente.

Ao corpo docente a coordenação do curso.

ii

EPÍGRAFE

“Há homens que lutam um dia e são bons. Há outros que lutam um ano e são melhores.

Há os que lutam muitos anos e são muito bons. Porém, há os que lutam toda a vida.

Esses são os imprescindíveis."

Bertolt Brecht

iii

RESUMO

Felix Alberto Murga Caballero, Carlos Alexandre De Araujo (Orientador).

ANALISES DOS PROCESSOS DE CURVAMENTO EM DUTOS. Monografia apresentada

à Coordenação de Cursos de Pós-Graduação de Petróleo e Gás da Universidade Castelo

Branco como requisito parcial à obtenção do Grau de Especialista em Engenharia de

Construção e Montagem de tubulação On-Shore e Off-Shore. 2010. Rio de Janeiro.

Curvas em tubos são elementos importantes usados em mudanças de direção em

sistemas de dutos da indústria do petróleo e gás. Um sistema de dutos geralmente transporta:

óleo, diesel, gasolina, querosene de aviação (QAV), GLP, gás natural entre outros. A

fabricação e montagem destes elementos curvados nos dutos devem garantir que o transporte

dos fluidos seja feita com alto grau de segurança e confiabilidade.

Essa Monografia procura descrever de forma sucinta e exploratória, os resultados

relativos ao processo de pós-dobramento de tubos, através de uma analise comparativa das

diversas variáveis envolvidas no processo, como por exemplo: diâmetro, espessura, material,

e deformação do material.

Em um processo de curvamento de tubos, algumas peças curvadas podem apresentar

defeitos ou anormalidades, o critério da tolerância destes defeitos são julgadas através das

normas mais usadas na indústria de dutos deforma que garanta de forma segura o transporte

do petróleo e seus derivados e que são expostas nesta Monografia.

PALAVRAS CHAVE: Processos de curvamento, raios de curvatura, defeitos em tubos

curvados.

iv

RESUMEM

Felix Alberto Murga Caballero, Carlos Alexandre De Araujo (Supervisor).

ANÁLISES DE LOS PROCEDIMIENTOS DE FEXIÓN EN CONDUCTOS. Monografia

presentada a la Coordinación de los Cursos de Postgrado de Petróleo e Gas de la Universidad

Castelo Branco como requisito parcial para obtener el Titulo de Especialista en Ingenieria,

Construcción e Instalacion de tuberias On-shore y Off-shore. 2010. Rio de Janeiro.

Las curvas por tubos, son elementos importantes utilizadas en los sistemas de

conductos cuando son necesarios cambios de dirección em estas lineas para la industria del

Petroleo e Gas. Un sistema de conductos por lo general transporta: aceite, diesel, gasolina, jet

fuel (combustible de aviación), GLP, gas natural y otros productos similares a este grupo. La

fabricación y montaje de estos elementos curvos en los conductos debe garantir que el

transporte de liquidos se haga con alta seguridad y fiabilidad.

Esta monografia intenta describir de manera sucinta y exploratoria los resultados

existentes en el proceso de post-doblado de tubos, por medio de un analises comparativo de

las distintas variables involucradas en el proceso, tales como: el diametro, espesor, material, y

la deformación del material.

En un tubo doblado, algunas piezas pueden presentar defectos o anomalias. El criterio

de la tolerancia de estos defectos pude ser a taves de las normas de Projecto e Construcción

más utilizadas en este ramo de industria. En esta monografia son expuestas algunos de esos

criterios.

PALABRAS CLAVE: Procesos de flexión. Radios de Flexión. Os defectos en los tubos

curvos.

v

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Refinaria de produção de derivados de petróleo.....................................................3

Figura 2 – Petroleiro usado no transporte de petróleo e seus derivados....................................4

Figura 3 – Dutos de uma refinaria [25]......................................................................................7

Figura 4 – Seções transversais em tubos. [9]............................................................................13

Figura 5 - Tipos de extremidades de tubo de aço. [25]............................................................14

Figura 6 – Fabricação de tubos por laminação - Laminador oblíquo [25]...............................16

Figura 7 – Fabricação de tubos por laminação – Laminadores de acabamento [25]...............16

Figura 8 – Fabricação de tubos por extrusão [25]....................................................................17

Figura 9 - Sistema de fundição centrífuga para produção de tubos de ferro fundido..............18

Figura 10 – Processo de fabricação de tubo com costura longitudinal [28]............................18

Figura 11 - Tubo com costura helicoidal [25]..........................................................................18

Figura 12 - Processo de solda por resistência elétrica por pontos (a) e por costura (b) [16]....19

Figura 13 – Soldagem a arco submerso [16]............................................................................20

Figura 14 - Calandras de perfis e tubos [7]..............................................................................20

Figura 15 - Calandras numéricas de perfis e tubos [7].............................................................21

Figura 16 – dobramento de tubos metálicos [7].......................................................................22

Figura 17 – Diagrama tensão-deformação específica de materiais elastoplásticos, bilineares

[3]..............................................................................................................................................23

Figura 18 – Momentos fletores abaixo do regime elástico [3].................................................23

Figura 19 – Momentos fletores no limite do regime elástico [3].............................................24

Figura 20 – Momentos fletores provocando zonas de plastificação [3]...................................24

Figura 21 – Momentos fletores plásticos e formação de rótula plástica [3].............................25

Figura 22 - Maquina curvadeira de tubos [7]...........................................................................30

Figura 23 – Curvamento a frio no campo [13].........................................................................31

Figura 24 – Curvamento a quente a alta freqüência [5]...........................................................36

Figura 25 - Transferidor de grau para curvamento a quente [5]...............................................37

Figura 26 – Diagrama esquemático para medição de ondulações [17]....................................38

Figura 27 - Variação do raio mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X42 em função do

diâmetro nominal......................................................................................................................42

Figura 28 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X46 em função

do diâmetro Nominal................................................................................................................44

vi



Figura 30 - Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X56 em função

do diâmetro nominal.................................................................................................................48


do diâmetro nominal.................................................................................................................50








da espessura da parede.............................................................................................................59


da espessura da parede..............................................................................................................61







Figura 40 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X65em função






Figura 43 - Variação do raio mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L em função do

diâmetro nominal, de X42 até X80...........................................................................................76

Figura 44 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L em função da

espessura da parede, de X42 a X80...........................................................................................78

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Graus de Material Tubo API e Tensão Mínima de Escoamento (Sy) de materiais

para Tubos [2]...........................................................................................................................11

Tabela 2 - Curvamento a frio para tubos...................................................................................32

Tabela 3 - Determinação do ângulo Maximo de curvatura [29]...............................................35

Tabela 4 - Graus e Propriedades Mecânicas de Tubos aço-carbono API 5L [18]....................39

Tabela 5 – Variação do (Rm) para tubos API 5L X42..............................................................41

Tabela 6 - Variação do Rm para tubos API 5L X46.................................................................43




Tabela 10 - Variação do Rm para tubos API 5L X65...............................................................51



Tabela 13 - Variação da Rm para Tubos API 5L X42..............................................................59


Tabela 15 -Variação da Rm para Tubos API 5L X52...............................................................63






viii

SUMÁRIO

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1

1.1. PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS .............................................................................. 1

1.1.1. O que é o petróleo? ....................................................................................................... 1

1.1.2. Formação das bacias sedimentares e petróleo .............................................................. 1

1.1.3. Obtenção dos derivados do petróleo ............................................................................. 2

1.1.3.1. Exploração .............................................................................................................. 2

1.1.3.2. Perfuração ............................................................................................................. 2

1.1.3.3. Produção ................................................................................................................. 2

1.1.3.4. Refino ..................................................................................................................... 3

1.1.3.5. Transporte .............................................................................................................. 3

1.2. OBJETIVOS DA MONOGRAFIA ................................................................................. 4

CAPÍTULO II: CONCEITOS INICIAIS ................................................................................... 6

2.1. TUBOS E TUBULAÇÕES ................................................................................................. 6

2.2. DUTOS ................................................................................................................................ 6

2.3. CLASSIFICAÇÕES DAS TUBULAÇÕES ........................................................................ 8

2.3.1. Tubulações quanto ao emprego .................................................................................... 8

2.3.2. Tubulações quanto ao fluido conduzido ....................................................................... 8

2.4. MATERIAIS PARA FABRICAÇÃO DE TUBOS ............................................................ 8

2.4.1. Tubos de aço carbono ................................................................................................... 9

2.4.2. Especificação de material de tubos de aço carbono .................................................... 10

2.4.3. Tubos de Aço - liga ..................................................................................................... 12

2.5. NORMALIZAÇÃO DOS TUBOS ................................................................................... 13

2.6. DADOS PARA AQUISIÇÃO DE TUBOS ..................................................................... 14

2.7. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE TUBOS ............................................................... 15

ix

2.7.1. Fabricação de Tubos por Laminação .......................................................................... 15

2.7.2. Fabricação de Tubos por Extrusão .............................................................................. 16

2.7.3. Fabricação de Tubos por Fundição ............................................................................. 17

2.7.4. Fabricação de Tubos com Costura – Fabricação soldada ........................................... 18

2.8 PROCESSOS DE CURVAMENTO EM DUTOS ............................................................ 20

2.8.1. Conceituação ............................................................................................................... 20

2.8.2. A física do processo de curvamento de dutos ............................................................. 21

2.8.3. Análise do processo de conformação mecânica de dobramento ................................. 22

2.8.4. Dobramento contínuo por rolos - tubos ...................................................................... 25

2.8.5. Recuperação elástica ................................................................................................... 27

2.8.6. Tipos de curvamento ................................................................................................... 28

2.8.7. Curvamento Natural .................................................................................................... 28

2.8.8. Curvamento a frio ....................................................................................................... 30

2.8.9. Critérios de aprovação ou rejeição de anormalidades na região curvada a frio .......... 32

2.8.10. Curvamento a Quente ............................................................................................... 35

2.8.11. Critérios de aprovação ou rejeição de anormalidades na região curvada a quente ... 37

CAPITULO III: ANÁLISES COMPARATIVAS ................................................................... 39

3.1 PROPRIDADES MECÂNICAS DOS TUBOS ................................................................. 39

3.2 METODOLOGIAS DE ANÁLISES .................................................................................. 39

3.2.1. Analise do raio de curvatura mínimo (Rm) em função da variação do diâmetro nominal (D). .......................................................................................................................... 40

3.2.1.1. Comportamento do Rm para tubos aço classe API 5L X42. ................................ 40

3.2.1.2 – Comportamento do Rm para tubos aço classe API 5L X46. ............................... 42

3.2.1.3 – Comportamento do Rm para tubos de aço classe API 5L X52 .......................... 44


3.2.1.5 – Comportamento do Rm para tubos de aço API 5L X60 .................................... 48

x

3.2.1.6 – Comportamento do Rm para tubos de aço API 5L X65. ................................... 50



3.2.2 – Analise do raio de curvatura mínimo (Rm) em função da variação da espessura da parede do tubo. ...................................................................................................................... 58

3.2.2.1 – Comportamento do Rm para tubos de aço classe API X 42 .............................. 58


3.2.2.3 – Comportamento do Rm para tubos aço classe API 5L X52. .............................. 62


3.2.2.5- Comportamento do Rm para tubos de aço classe API 5L X60............................ 66


3.2.2.7- Comportamento do Rm para tubos de aço classe API 5L X70............................ 70


CAPITULO IV: CONCLUSÃO ............................................................................................... 75

4.1. ANÁLISE DO RAIO DE CURVATURA MÍNIMO (Rm) EM FUNÇÃO DA VARIAÇÃO DO DIÂMETRO NOMINAL (D) ...................................................................... 75

4.2. ANALISE DO RAIO DE CURVATURA MÍNIMO (Rm) EM FUNÇÃO DA VARIAÇÃO DA ESPESSURA DA PAREDE DO TUBO. .................................................... 77

xi

1

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO

1.1. PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS

1.1.1. O que é o petróleo?

Do latim Petra (pedra) e Oleum (óleo). O petróleo é uma substancia oleosa,

inflamável, e com cheiro característica e em geral, menos densa que a água e com cor

variando entre o negro e o castanho escuro. É um produto de origem orgânica, sendo uma

combinação de moléculas de carbono e hidrogênio. Admite-se que esta origem esteja ligada à

decomposição dos seres que compõem o plâncton – organismos em suspensão nas águas

doces ou salgadas tais como protozoários, celenterados e outros – causados pela pouca

oxigenação e pela ação de bactérias [30].

Estes seres decompostos foram, ao longo de milhões de anos, se acumulando no fundo

dos mares e dos lagos, sendo pressionados pelos movimentos da costa terrestre e

transformaram-se na substância oleosa, que é o petróleo.

Ao contrário do que se pensa o petróleo não permanece na rocha que foi gerado – a

rocha matriz – mas desloca-se até encontrar um terreno apropriado para se concentrar. Estes

terrenos são denominados bacias sedimentares, formadas por camadas ou lençóis porosos de

areia, arenitos ou calcários. O petróleo aloja-se ali, ocupando os poros rochosos como forma

”lagos”. Ele acumula-se, formando jazidas. Ali são encontrados o gás natural, na parte mais

alta, e petróleo com água nas partes mais baixas.

1.1.2. Formação das bacias sedimentares e petróleo

A idade do nosso planeta, a Terra, é calculada em bilhões de anos. As jazidas de

petróleo, não tão idosas, também têm idades fabulosas, que variam de um a quatrocentos

milhões de anos.

Durante esse período, aconteceram grandes e inúmeros fenômenos, como erupções

vulcânicas, deslocamento dos pólos, separação dos continentes, movimentação dos oceanos e

ação dos rios, acomodando a crosta terrestre na forma que a conhecemos hoje.

Com isso, grandes quantidades de restos vegetais e animais se depositaram no fundo

dos mares e lagos, sendo soterrados pelos movimentos da costa terrestre, sob pressão das

camadas de rochas e pela ação do calor. Esses restos orgânicos foram se decompondo até se

transformarem em petróleo.

2

Por longo tempo, os sedimentos foram se acumulando em camadas, dando origem as

rochas sedimentares e estas geram as bacias sedimentares. O petróleo só pode ser encontrado

em áreas onde houve acumulação de restos orgânicos e rochas sedimentares.

1.1.3. Obtenção dos derivados do petróleo

Como já visto, o petróleo não se acumula na rocha em que foi gerado. Ele passa

através dos poros das rochas, ate encontrar outra rocha que o aprisione, formando a jazida.

Para a obtenção dos diversos derivados do petróleo é necessário fazer uma serie de atividades:

1.1.3.1. Exploração

É o ponto de partida, onde é realizada a busca do petróleo para a localização de uma

jazida. Nesta fase são analisados o solo e o subsolo, mediante a aplicação dos conhecimentos

de Geologia e de Geofísica, entre outros

1.1.3.2. Perfuração

Nos locais determinados pelos estudos Geológicos e Geofísicos, perfura-se um poço -

o chamado “Poço Pioneiro” – mediante o uso de uma sonda. Comprovada a existência de

petróleo, outros poços são perfurados para se avaliar a extensão da jazida.

Essa avaliação é que vai determinar se é comercialmente viável, ou não, produzir o

petróleo descoberto. Caso positivo, o número de poços perfurados forma um Campo de

Petróleo.

1.1.3.3. Produção

Nesta fase, o óleo pode vir à superfície espontaneamente, impelida pela pressão

interna dos gases. Estes poços são chamados Poços Surgentes. Para controlar esse óleo é

usado, um conjunto de válvulas chamadas Árvore de Natal.

Quando, a pressão fica reduzida, são empregados processos mecânicos, como o

Cavalo de Pau, equipamento usado para bombear o petróleo para a superfície.

Os trabalhos em mar seguem critérios aplicados em terra, mas utilizam equipamentos

especiais de perfuração e produção: as Plataformas e os Navios-sonda.

Dos campos de produção, seja em terra ou em mar, o petróleo e o gás seguem para o

parque de armazenamento, onde ficam estocados. Este parque é uma grande área na qual se

3

encontram instalados diversos tanques que se interligam por médio de tubulações (ou dutos),

com diferentes materiais, geometrias, condições ambientais e restrições mecânicas;

1.1.3.4. Refino

Neste estágio na Refinaria, o petróleo vai sendo submetido a diversos processos para a

obtenção de muitos derivados.

Figura 1 – Refinaria de produção de derivados de petróleo.

Refinar petróleo é separar suas frações, processá-lo, transformando-o em produtos de

grande utilidade. A Petrobras possui 11 refinarias, localizadas do norte ao sul do Brasil,

responsável pelo processamento de milhões de barris diários de petróleo, essas refinarias

suprem nosso mercado com todos os derivados que podem ser obtidos a partir do petróleo

nacional ou importado: gasolinas, óleos combustíveis, além de outros.

1.1.3.5. Transporte

O transporte do petróleo e seus derivados se realizam por Oleodutos, Gasodutos,

Navios Petroleiros, Terminais Marítimos e Caminhões – Tanques. Oleodutos e Gasodutos são

sistemas que transportam o óleo e o gás, por meio de dutos (tubos) subterrâneos.

4

Figura 2 – Petroleiro usado no transporte de petróleo e seus derivados.

O transporte do petróleo e seus derivados por dutos tem se mostrado o meio, mas

econômico e seguro para o transporte de grandes volumes e por longas distâncias. Sua infra-

estrutura fixa que pode ser de superfície, subterrânea ou submarina, ligando os locais de

produção ou extração aos pontos de distribuição, refino ou embarque, como terminais de

portos.

Os primeiros Oleodutos foram construídos nos Estados Unidos entre 1875-1880. No

século XX, ampliarem-se as redes em diversas regiões do mundo, especialmente naquelas que

são grandes produtoras de petróleo, como o oriente médio e a antiga União Soviética, ou

grandes consumidores, coma a Europa [27].

No “Rio Pipeline 2009”, evento organizado em Rio de Janeiro – Brasil foi declarado

que a indústria dutoviária movimenta mais de 30 bilhões de dólares por ano no mundo. No

Brasil, são 20 mil quilômetros de dutos construídos, e existe um grande desafio para expansão

dessa malha, principalmente os dutos “offshore”. A perspectiva para os próximos cinco anos

para incrementar a malha de dutos é de investimentos cujo valor chegue a U$ 8 bilhões. Esta

malha de dutos deve ser expandida até 2013 conforme esta previsão: 1.000 km de oleodutos;

2.400 km de gasodutos; 2.000 km de dutos rígidos submarinos e 2.000 km de alcooldutos

[26].

1.2. OBJETIVOS DA MONOGRAFIA

A fabricação de dutos por dobramento objetiva à conformação do projeto dos sistemas

de tubulações às mudanças de direção necessárias para sua implementação no complexo

industrial de refino e transporte de derivados de petróleo.

5

Dessa forma, a presente Monografia procura descrever, de forma sucinta e

exploratória, os resultados relativos aos processos de dobramento de dutos de transporte de

petróleo e seus derivados, por meio de uma análise comparativa das diversas variáveis

envolvidas nesse processo, como por exemplo: diâmetro, espessura, temperatura, material,

deformação do material.

Assim, o presente Capítulo I apresentou um pequeno histórico sobre os fluidos a serem

transportados por dutos (petróleo e seus derivados).

No Capítulo II foram aprofundados os aspectos principais da engenharia de dutos, no

que concerne à classificação, materiais, diâmetros comerciais e espessuras, sua fabricação e

processos mecânicos de dobramento.

Já no Capítulo III concentra-se o foco do presente estudo, qual seja: elaborar uma

análise comparativa entre raios de curvatura mínimos requeridos em função de alguns

parâmetros de projeto, a saber: pressão de trabalho, diâmetro, e espessura do tubo em

dobramento, dentre outros.

Finalizando, o Capítulo IV versará sobre as conclusões do presente estudo e possíveis

contribuições do mesmo para a melhora e compreensão do estado da arte na fabricação de

dutos de transporte de derivados de petróleo.

Iniciando os estudos, foi feita uma extensa pesquisa bibliográfica a diversas fontes,

que podem ser encontradas ao final do trabalho.

6

CAPÍTULO II: CONCEITOS INICIAIS

Neste capitulo são abordados, de forma sucinta, alguns conceitos iniciais que são

fundamentais para o desenvolvimento e compreensão da presente monografia.

2.1. TUBOS E TUBULAÇÕES

Tubos são condutos fechados de seção circular e apresentam-se como cilindros ocos

compridos e são destinados ao transporte de fluidos. A condução do fluido é feita ocupando

toda área da seção transversal do tubo e trabalham como condutos forçados.

Tubulações são um conjunto de tubos e seus diversos acessórios devidamente

interligados entre si, cujo objetivo é armazenar e/ou interligar pontos de geração de fluidos os

quais podem estar distantes das máquinas que os usam.

Usam-se tubulações para a condução de todos os fluidos conhecidos, líquidos ou

gasosos, bem como materiais pastosos e fluidos com sólidos em suspensão, em toda faixa de

variação de pressão e temperatura usada nas indústrias.

A importância das tubulações nas indústrias é grande: em todas as indústrias há linhas

de tubulações de maior ou menor importância, e todas essas linhas são fundamentais ao seu

funcionamento. Nas chamadas Indústrias de Processos, onde as tubulações são todos os

componentes físicos de ligação entre os diversos equipamentos mecânicos (vasos de pressão,

tanques, bombas, trocadores de calor, etc.), e por onde circulam os fluidos de processo e

utilidades, o valor das tubulações representa, até 25% do custo total da instalação industrial.

Na indústria do petróleo e gás, o sistema de tubulações é conhecido como Dutos e tem

como objetivo principal o transporte de petróleo e seus derivados.

2.2. DUTOS

Dutos ou tubos são componentes dos sistemas de tubulações especialmente projetados

e construídos de acordo com as normas internacionais de segurança, para transportar produtos

tais como: petróleo e seus derivados, álcool e gás por distâncias longas. São fabricados de

diversos tipos de materiais os quais recebem tratamentos contra corrosão, sendo

inspecionados periodicamente por modernos equipamentos e monitoramento à distância.

7

Figura 3 – Dutos de uma refinaria [25].

Entre os dispositivos de segurança estão as válvulas de bloqueio, instalados em vários

intervalos dos dutos para impedir a passagem de produtos em caso de alguma anormalidade.

Dessa maneira, um duto permite que grandes quantidades de produtos sejam movimentadas

de forma relativamente segura.

Os dutos também são instalados dentro de uma refinaria. São instalados entre

municípios, entre estados ou entre países. Estes dutos interligam píeres, terminais marítimos e

fluviais, campos de produção de petróleo e gás, refinarias, companhias distribuidoras e

consumidoras. Na maior parte são instalações subterrâneas, há também os aéreos e os

submarinos, estes localizados nas imediações das plataformas de petróleo e terminais

marítimos.

Todo o complexo sistêmico de dutos (tubulações) implica num traçado dessas linhas

por áreas urbanas, rurais, avenidas e rodovias, condomínios, fazendas, serras e montanhas,

rios, lagos, mares, manguezais, ou seja, cortam uma grande diversidade de locais.

Na construção de um duto, os projetistas encontram dificuldade em relação ao traçado

do duto. Uma configuração reta é inviável, sendo necessário então fazer mudanças de direção,

devido à existência de acidentes geográficos, transversais e cruzamentos ao longo da

passagem do duto. Estas mudanças de direção só são possíveis mediante a fabricação de tubos

curvos nos diversos processos de dobramento.

8

2.3. CLASSIFICAÇÕES DAS TUBULAÇÕES

A literatura classifica as tubulações em dois grupos: tubulações quanto ao emprego e

tubulações quanto ao fluido conduzido.

2.3.1. Tubulações quanto ao emprego

As tubulações deste grupo ainda podem ser subdividas em:

• Tubulações dentro das instalações industriais, formadas pelas seguintes linhas:

tubulações de processo, tubulações de utilidades, tubulações de

instrumentação, tubulações de transmissão hidráulica e tubulações de

drenagem; e

• Tubulações fora de instalações industriais, formadas pelas seguintes redes:

tubulações de transporte e tubulações de distribuição.

2.3.2. Tubulações quanto ao fluido conduzido

Pertencem a este grupo, as tubulações que são empregadas na indústria para o

transporte de fluidos, tais como: água, vapor, óleos, ar, gases, esgoto e drenagem, produtos

químicos e fluidos diversos.

Nesta Monografia, serão focadas as tubulações de transporte (dutos) da linha tronco

que transportam os hidrocarbonetos e seus derivados (óleo, gás) e álcool, fora das instalações

industriais e para longas distâncias. Neste escopo, vale salientar que o projeto, construção e

montagem destas linhas seguem os critérios das normas ASME B31.4 [21], ASME 31.8 [22],

ABNT 12712 [2] e NORMA PETROBRAS N-464 [24].

2.4. MATERIAIS PARA FABRICAÇÃO DE TUBOS

Atualmente é grande a variedade dos materiais usados para fabricação de tubos. Só a

ASTM (Americam Society for Testing and Materials) especifica mais de 500 tipos diferentes

de materiais [8]. Damos a seguir um resumo dos principais materiais usados.

• Tubos de aço-carbono;

• Tubos de aço-liga;

• Tubos de aço inoxidável;

• Tubos de ferro fundido;

9

• Tubos de metais não-ferrosos (cobre, latões, cobre-niquel, alumínio, níquel e

ligas, metal monel, chumbo, titânio e zircônio); e

• Tubos de materiais plásticos (PVC, polietileno, epóxi, concreto armado,

elastômeros, vidro, etc.).

A seguir uma breve explicação dos tubos de aço-carbono e aços-liga no sentido de

facilitar a compreensão desta Monografia.

2.4.1. Tubos de aço carbono

O aço-carbono é o material industrial que apresenta a menor relação custo/resistência

mecânica. É um material fácil de soldar, conformar e não tem dificuldade de ser encontrado

no mercado. Em uma refinaria, por exemplo, mas de 90% de toda a tubulação é de aço-

carbono. Tubos de aço-carbono são usados para conduzir água doce, vapor de baixa pressão,

óleos, gases e muitos outros fluidos pouco corrosivos.

Os principais componentes químicos do aço-carbono [4] para serem aplicados na

fabricação tubos de vários diâmetros para oleodutos, gasodutos e afins são: Carbono (C),

Manganês (M), Fósforo (P), Enxofre (S), Alumínio (Al) e Silício (Si).

O aumento do porcentual de carbono na composição do aço-carbono produz um

aumento nos limites de resistência das tensões de escoamento e de ruptura, na dureza e na

temperabilidade do aço. Por outro lado, esse aumento prejudica a ductilidade (capacidade de

se deformar) e soldabilidade do aço. Devido a estas restrições, a quantidade de carbono para

tubos limita-se ate 0, 35%, sendo que até 0,30 % de carbono a solda é fácil, e até 0,25 % de

carbono os tubos podem ser curvados a frio.

Aços com teor de carbono de até 0,25 % são considerados aços de baixo carbono e

tem limite de resistência mecânica (σr) entre 310 a 370 MPa e o limite de escoamento (σy)

entre 150 a 220 Mpa. Para aços com teor de carbono de 0,35 % são considerados aços de

médio carbono e seus limites de resistência mecânica (σr) está entre 370 a 540 MPa. com

limite de tensão de escoamento (σy) entre 220 a 280 MPa.

Aços-carbono podem ser acalmados com adição de Silício para eliminar os gases, ou

efervescentes, tem estrutura metalúrgica mais fina e uniforme com menor incidência de

defeitos internos. Aços-carbono acalmados são adequados para usos com temperatura acima

de 400⁰C ou temperaturas inferiores a 0⁰C.

Em altas temperaturas, o aço-carbono começa a ter suas propriedades mecânicas

alteradas. Acima dos 370⁰C observa-se deformação permanente (fluência). Acima dos 400⁰C

10

tem sua resistência mecânica bastante reduzida. Uma exposição permanente sobre os 440⁰C

pode causar precipitação de carbono (grafitização) e acima dos 530⁰C o aço carbono sofre

uma intensa oxidação superficial.

Em temperaturas baixas o aço-carbono perde a ductibilidade, ficando sujeito a fraturas

frágeis repentinas, não devem ser empregadas as tubulações de aço-carbono quando ocorrem

temperaturas inferiores a -45⁰C. e os limites máximos para altas temperaturas recomendam-

se:

• Tubulações principais – serviço continuo: até 450⁰C

• Tubulações secundarias – serviço continuo: até 480⁰C

2.4.2. Especificação de material de tubos de aço carbono

As principais Especificações de Material para tubos de aço-carbono de origem norte-

americana são citadas a seguir ([14] e [25]):

• ASTM (American Society for Testing and Materials)

• API (American Petroleum Institute)

As Especificações mais usadas são:

• ASTM A53: tubos de qualidade media, para uso geral, com costura ou sem

costura, de 1/8" a 26" de diâmetro nominal. Os tubos podem ser pretos ou

galvanizados. Fabricados com dois graus de material: Grau A (0,25% C) e

Grau B (0,30% C);

• ASTM A 106: tubos de alta qualidade, sem costura. Fabricados com diâmetro

nominal de 1/8" até 26", para altas temperaturas e devem ser acalmadas com

silício. Fabricados com três graus de material: Grau A (0,25% C), Grau B

(0,30% C e Grau C (0,35% C).

• ASTM A 120: tubos especificados para qualidade estrutural, pretos ou

galvanizados. Fabricados com ou sem costura, de 1/8" até 26". A norma ASME

B 31.3 limita o uso desta linha de fabricação de tubos para fluidos não

inflamáveis, não tóxicos e não perigosos, em pressões até 1 MPa e temperatura

de até 185oC;

• ASTM A 333: especificação para tubos com e sem costura, especiais para

baixa temperatura, normalizados e acalmados;

11

• ASTM A 671: tubos fabricados a partir de chapas de aço acalmado (ASTMA

516), ou não-acalmados (ASTM A 285 Gr. C). Tubos feitos com costura por

solda elétrica (arco submerso), em diâmetros de 16" ou maiores, para serviços

em temperatura ambiente e baixas;

• ASTM A 672: especificação para tubos fabricados com costura por solda

elétrica (arco submerso), em diâmetros de 16", ou maiores, para serviços de

altas pressões, em temperaturas moderadas. Os tubos são feitos de chapa de

aço acalmado (ASTM A 515 ou 516), ou não-acalmados (ASTM A 285 Gr. C);

• API 5L: especificação para tubos de qualidade media, com ou sem costura, e

1/8" até 64" de diâmetro nominal, em dois graus: A (0,25%C) e B (0,30%C); e

• API 5LX: especificação para tubos com ou sem costura, de aço-carbono de alta

resistência, especial para oleodutos e gasodutos, abrangendo oito graus de

material, conforme mostra a Tabela 2.1.

Tabela 1 – Graus de Material Tubo API e Tensão Mínima de Escoamento (Sy) de materiais para Tubos [2].

Especificação: API 5L

Grau

Limite de Escoamento (Sy)

(MPa)

X42 290

X46 317

X52 359

X56 386

X60 414

X65 448

X70 483

X80 552

De acordo com a norma ASME B.31.3 [20], os tubos desta especificação não devem

ser empregados para temperaturas acima de 200⁰C.

12

2.4.3. Tubos de Aço - liga

Chamados também de aços especiais [1], é uma liga de aço-carbono com elementos de

adição (níquel, cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, vanádio, silício, cobalto e

alumínio) para conferir a esses aços características especiais, tais como: resistência à tração e

à corrosão, elasticidade e dureza, entre outras, tornando-os melhores do que os aços-carbono

comuns.

A adição de elementos de liga tem objetivo de promover mudanças micro estruturais

que, por sua vez, promovem mudanças nas propriedades físicas e mecânicas, permitindo que

ao material desempenhar funções especiais.

Referente aos materiais para fabricar tubos deste grupo [25], há dois tipos de aços-liga

que são importantes:

• Aços-liga molibdênio e cromo-molibdênio; e

• Aços-liga níquel.

Os aços-liga Molibdênio e Cromo-Molibdênio contêm ate 1% de Mo e até 9% de Cr,

em diversas proporções, sendo estes materiais adequados para uso em elevadas temperaturas.

O Cromo causa uma melhora na resistência à oxidação e à corrosão, sendo este efeito melhor

quanto maior for a quantidade de Cromo.

Aços-liga com até 2,5% de Cr são específicos para serviços em alta temperatura, com

grandes esforços mecânicos e baixa corrosão, para os quais a principal preocupação é a

resistência à fluência. Aços-liga com alto teor de Cromo são específicos para serviços em alta

temperatura, com esforços mecânicos reduzidos e alta corrosão.

O Molibdênio é o elemento mais importante na melhoria da resistência à fluência do

aço. Tubos aço-liga não devem ser empregados para serviços com temperatura abaixo de 0°C.

Tubos aço-liga Cr-Mo, com baixo Cromo são adequados para linhas de vapor superaquecido.

Enquanto que tubos aço-liga Cr-Mo com alto cromo são adequados para tubulações que

transportam hidrocarbonetos em temperaturas elevadas e todos os tubos aço-liga Cr-Mo são

também indicados para serviços com Hidrogênio.

Os aços-liga com teor de níquel são adequados para uso em temperaturas muito

baixas, sendo a temperatura limite quanto mais baixa quanto maior for a quantidade de

Níquel.

Os tubos de aços-liga são bem mais caros do que os de aço-carbono, sua montagem e

soldagem são também difíceis, exigindo quase sempre tratamentos térmicos. Como todas as

instalações industriais estão sujeitas a se tornarem obsoletas em relativamente pouco tempo,

13

não é econômico nem recomendável o emprego de aços-liga apenas para tornar muito mais

longa a vida de uma tubulação

As principais Especificações de Material da ASTM para tubos de aço liga são as

seguintes:

• ASTM A 335: tubos fabricados sem costura e nos seguintes graus (Gr.): P1,

P5, P7, P9, P11 e P22.; e

• ASTM A 333: tubos fabricados sem costura e nos seguintes graus (Gr.): Gr. 3 e

Gr. 7.

2.5. NORMALIZAÇÃO DOS TUBOS

Os diâmetros comerciais dos tubos de aço-carbono e de aços liga estão definidos pela

norma americana ASME 36.10M [23], abrange tubos com diâmetros nominais de 1/8" até

80". A norma API 5LX [19] define tubos de aço-carbono e aço-liga especiais para oleodutos e

gasodutos.

Todos estes tubos são designados por um valor chamado “Diâmetro Nominal Dn”,

também é conhecido como “IPS (Iron Pipe Size)” ou “bitola nominal”. O diâmetro nominal

não corresponde a nenhuma dimensão física do tubo, é apenas uma referencia comercial, a

partir de 14"em diante, o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo do tubo(Figura

4).

Figura 4 – Seções transversais em tubos. [9]

Os diâmetros nominais padronizados pelas normas são as seguintes: 1/8", 1/4", 3/8",

1/2", 3/4", 1", 1 1/4", 1 1/2", 2", 2 1/2", 3", 3 1/2", 4", 5", 6", 8", 10", 12", 14", 16", 18", 20",

22", 24", 26", 30" e 36". Os diâmetros nominais de 1 1/4", 2 1/2", 3 1/2" e 5", são pouco

usados na prática, razão pela qual devem ser evitados nos projetos. Os tubos de diâmetro

14

nominal acima de 36" não são padronizados, sendo fabricados por encomenda, e somente com

costura, pelos processos de fabricação por solda.

Tubos sem costura os comprimentos de fabricação variam entre 6 e 10 metros, embora

existam tubos com comprimento de até 18 metros.

Os tubos com costura podem ser fabricados em comprimento que variam entre 12 e 18

metros.

Os tubos de aço são fabricados em três tipos de extremidade, de acordo com o sistema

de ligação a ser usada (Figura 5)

• Pontas lisas, simplesmente esquadrejadas;

• Pontas chanfradas, para uso com solda de topo; e

• Pontas rosqueadas.

Figura 5 - Tipos de extremidades de tubo de aço. [25]

Para definir a espessura de parede dos tubos é adotado o termo de “serie” (“Schedule

Number” - SCH), onde essas séries são valores padronizadas e ajudam bastante na

especificação dos tubos. O SCH varia de 10 ate 160, da seguinte forma: SCH 10, 20, 30, 40,

60, 80, 100, 120, 140 e 160 (Figura 4).

Existem ainda as classificações complementares:

• S – Standard, até 10" aproximado a SCH40;

• XS – Extra-strong, até 8" aproximado a SCH80; e

• XXS – Double extra-strong, até 8" aproximado ao SCH 160.

2.6. DADOS PARA AQUISIÇÃO DE TUBOS

Para encomendar ou adquirir tubos, devemos considerar, no mínimo, os seguintes

dados:

• Diâmetro nominal;

• Quantidade (em unidades de comprimento ou peso);

15

• Número da série;

• Norma dimensional;

• Especificação completa e grau do material;

• Tipo de extremidade;

• Processo de fabricação;

• Tipo de acabamento externo e interno; e

• Outras exigências especiais a critério do projetista.

2.7. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE TUBOS

Na indústria de fabricação de tubos há os seguintes processos:

• Tubos sem costura:

o Extrusão ou Laminação; e

o Fundição.

• Tubos com costura:

o Fabricação por solda.

2.7.1. Fabricação de Tubos por Laminação

Os processos de laminação são os mais importantes para a fabricação de tubos de aço

sem costura. São empregados para a fabricação de tubos de aço-carbono, aços-liga e aços

inoxidáveis, desde cerca de 80 até 650 mm de diâmetro [25].

Há vários processos de fabricação por laminação, o mais importante dos quais é o

Processo “Mannesman”. Nesse processo, uma barra de seção circular de aço com o diâmetro

externo aproximado do tubo que se vai fabricar é aquecido a cerca de 1200°C e levado a um

laminador chamado “laminador oblíquo” . Neste laminador a barra é colocada entre os rolos e

prensada. Logo a ponteira de uma haste cônica abre um furo no centro da barra,

transformando-o num tubo curto, empenado com paredes grosas (Figura 6).

16

Figura 6 – Fabricação de tubos por laminação - Laminador oblíquo [25].

O tubo obtido nesta primeira parte passa a um outro laminador chamado “laminadores

de acabamento” onde sofre uma serie de calibrações dos diâmetros externos e internos e

melhoramentos do acabamento superficial (Figura 7).

Figura 7 – Fabricação de tubos por laminação – Laminadores de acabamento [25].

2.7.2. Fabricação de Tubos por Extrusão

Neste processo, um tarugo cilíndrico maciço de material de aço, em estado pastoso, é

colocado em um recipiente de aço debaixo de uma poderosa prensa (Figura 8). Em uma única

operação, que dura poucos segundos, executam-se as seguintes atividades:

• O êmbolo da prensa, encosta-se no tarugo;

17

• O mandril, acionado pela prensa, fura completamente o centro do tarugo; e

• Em seguida, o embolo empurra o tarugo, obrigando o material a passar pelo

furo de uma matriz calibrada, por fora do mandril, formando o tubo.

Os tubos de aço que saem desta primeira operação são curtos e de paredes grosas;

sendo levados ainda quentes a outros laminadores de rolos para ajustar o diâmetro externo e

interno, a espessura da parede e o desempeno.

Figura 8 – Fabricação de tubos por extrusão [25].

2.7.3. Fabricação de Tubos por Fundição

Nestes processos o material do tubo, em estado liquido, é despejado em moldes

especiais, onde se solidifica adquirindo a forma final.

No processo de fundição por centrifugação para fabricação de tubos, o molde tem um

movimento de rotação. A força centrifuga faz com que o metal líquido vá de encontro às

paredes do molde, onde se solidifica. O cilindro que atua como molde é rodeado por uma

camisa de água. A Figura 9 ilustra o processo de fundição de tubos por centrifugação. Tubos

de ferro fundido, utilizados em suprimento de água, são produzidos dessa forma.

18

Figura 9 - Sistema de fundição centrífuga para produção de tubos de ferro fundido.

2.7.4. Fabricação de Tubos com Costura – Fabricação soldada

Tubos com costura são fabricados a partir de uma chapa que é curvada e soldada nas

extremidades. Esta técnica é bastante usada na indústria, obtendo tubos com grandes

diâmetros e espessuras de parede.

Existem duas modalidades da costura nesse processo: longitudinal e helicoidal.

Figura 10 – Processo de fabricação de tubo com costura longitudinal [28].

Figura 11 - Tubo com costura helicoidal [25].

Existem vários processos de solda, sendo os mais empregados: solda por resistência

elétrica (“Eletric Resistence Welding” - ERW) e solda por arco submerso (“Submerged Arc

Welding” - SAW).

19

A soldagem por resistência elétrica é para fabricar tubos de menores diâmetros (até

450 mm). A matéria-prima utilizada normalmente é uma bobina de chapa enrolada que é

soldada na borda de forma a obter uma produção continua de tubos. A circunferência do tubo

é a largura da bobina, que deverá ser cortada e aparada na largura exata, depois do

desbobinamento e aplainação.

Figura 12 - Processo de solda por resistência elétrica por pontos (a) e por costura (b) [16].

Na primeira etapa, os rolos conformadores pressionam o centro da bobina e,

simultaneamente, roletes de lamina efetuam o corte lateral da bobina da chapa.

A segunda etapa se da o formato final do tubo, a traves da compressão de rolos que

comprimem a chapa sucessivamente em duas direções. A seguir é feita a soldagem por

resistência elétrica e finalmente submetida aos diversos tipos de acabamento para obter o

produto final.

A soldagem por arco submerso é utilizada quando se trata de fabricar de tubos de

médios e grandes diâmetros usando chapas planas comerciais com largura máxima de 2,44

metros. Neste caso as chapas são calandradas no sentido do comprimento até formar os

diâmetros.

20

Figura 13 – Soldagem a arco submerso [16].

Na fabricação de tubos com grandes diâmetros, é necessário efetuar a calandragem no

comprimento da chapa, para então as bordas sejam soldadas entre si.

2.8. PROCESSOS DE CURVAMENTO EM DUTOS

2.8.1. Conceituação

É um processo de fabricação de dutos de transporte de petróleo e seus derivados,

cujo objetivo é obter uma geometria que atenda às mudanças de direção mantendo as suas

características definidas no projeto (tolerância dimensional, geometria e de material) de

maneira que possam ser instaladas no local geográfico previsto.

Figura 14 - Calandras de perfis e tubos [7].

Hoje já existem muitas máquinas dotadas do recurso CNC (Computer Numeric

Control ou Controle Numérico Computadorizado) com funcionamento hidráulico / elétrico.

21

Figura 15 - Calandras numéricas de perfis e tubos [7].

A norma da Petrobras N-464 [24], no seu item 6.8, estabelece que o processo de

curvamento de tubos deva seguir os critérios estabelecidos nas seguintes normas:

• Para oleodutos, seguir os princípios da norma ASME B.31.4 [21];

• Para gasodutos, seguir os princípios das normas ASME B31.8 [22] e ABNT

NBR 12712 [2].

2.8.2. A física do processo de curvamento de dutos

As mudanças de direção são obtidas pelos processos industriais de curvamento nos

dutos, podendo ser: curvamento natural, curvamento a frio ou curvamento a quente.

O curvamento é uma operação onde ocorre uma deformação permanente por flexão,

ou seja, o material sofre deformações além do seu limite elástico.

Quando um metal é curvado, a sua superfície externa fica tracionada e a interna

comprimida. Estas tensões normais aumentam a partir de uma linha neutra, chegando a

valores máximos nas camadas externa e interna.

22

Figura 16 – dobramento de tubos metálicos [7].

Em outras palavras, em um curvamento a tensão normal varia de um máximo negativo

na camada interna para zero na linha neutra e daí sobe a um máximo positivo na camada

externa. Desta forma, uma parte das tensões normais atuantes na seção curvada estará abaixo

do limite de escoamento (LE) e a outra parte supera este limite, conferindo a peça a uma

deformação plástica permanente.

O diferencial de tensões entre a parte distendida e a parte comprimida é responsável

também por uma redução na seção transversal do tubo conformado. Esta deformação depende

do diâmetro do tubo, da espessura da parede e do raio de curvatura.

2.8.3. Análise do processo de conformação mecânica de dobramento

O estudo e trabalho de Beer & Johnston Jr. [3] mostra o comportamento dos materiais,

considerando a deformação plástica de uma barra em flexão, perfeitamente aplicável à

compreensão do processo de dobramento de tubos.

Para o caso de uma barra feita de material elastoplástico, o diagrama tensão-

deformação ideal é mostrado na Figura 17.

23

Figura 17 – Diagrama tensão-deformação específica de materiais elastoplásticos, bilineares [3].

Enquanto a tensão normal σx não ultrapassar o valor da tensão de escoamento, a lei de

Hooke pode ser aplicada sendo a distribuição de tensões linear ao longo da seção. A tensão

normal para flexão é determinada por (Figura 18):

IcM

m.

=σ Equação 1

Figura 18 – Momentos fletores abaixo do regime elástico [3].

Aumentando-se o valor do momento fletor de forma a σm atingir a tensão de

escoamento σe (Figura 19), tem-se o máximo momento elástico, ou seja, o maior valor de

momento para o qual as deformações se mantêm totalmente elásticas:

24

Figura 19 – Momentos fletores no limite do regime elástico [3].

ee cIM σ=

Equação 2

Aumentando ainda mais o valor do momento fletor, aparecem zonas plastificadas na

barra, que apresentam tensões uniformes e iguais a -σe na parte superior e +σe na parte inferior

da barra (Figura 20).

Figura 20 – Momentos fletores provocando zonas de plastificação [3].

Entre as duas regiões plásticas, permanece um núcleo de material em estado ainda

elástico, onde a tensão varia linearmente com a distância y à linha neutra (centro). Desta

forma, pode-se dizer que:

yye

ex .σσ −=

Equação 3

Se o momento aumentar mais, a região plastificada se expande, até que, no limite, as

deformações são totalmente plastificadas, apresentando rótula plástica (Figura 21), que é o

limite teórico para a estabilidade estrutural do elemento em análise.

25

Figura 21 – Momentos fletores plásticos e formação de rótula plástica [3].

Pode-se afirmar também que, o momento fletor correspondente a uma seção

totalmente plástica é chamado de momento plástico da barra estudada:

eP MM .23

= Equação 4

Das cinco últimas equações tem-se, • σm = tensão normal máxima; • σe = tensão de escoamento; • σx = tensão em determinada região da barra retangular (y); • M = momento fletor; • Me = momento fletor máximo, antes do escoamento; • Mp = momento plástico; • c =metade da altura da seção transversal da barra retangular; • I = momento de inércia; • y = distância de uma determinada região da barra à linha neutra; • ye = metade da espessura do núcleo elástico; e • b = largura da barra retangular.

2.8.4. Dobramento contínuo por rolos - tubos

Para se determinar o melhor método de execução de um curvamento de um tubo,

devem ser levados em consideração a geometria da peça (diâmetro, espessura de parede e

comprimento), o material do tubo, o raio de dobramento, precisão requerida e número de

dobras projetadas [15].

No mercado encontram-se equipamentos devidamente construídos para tais

finalidades, mais sofisticados, dependendo do produto final. A utilização de um suporte

interno (mandril) ao tubo no processo de dobramento de tubo torna-se muito importante, pois

a espessura de suas paredes afeta as distribuições das tensões de tração e compressão [27].

26

O critério que diferencia um tubo de parede fina de um tubo de parede grossa é seu

diâmetro externo e sua espessura de parede. Os tubos são considerados de paredes finas

quando a relação entre seu diâmetro e espessura λ for maior que 30. (American Society for

Metals apud [11]).

302>=

trλ

Equação 5

A relação Diâmetro do duto 2r a espessura de parede t é conhecida também como

“Estabilidade Estrutural do Tubo”. Quanto menor é a estabilidade do duto λ, maior e a

tendência de achatamento na região da curva e de enrugamento na região côncava.

Nos processos de curvamento de dutos deve ser observado que haverá uma redução na

seção do duto conformado. Neste processo, o raio externo sofre um esforço de

tração,enquanto o raio interno um esforço de compressão. Este comportamento gera um

diferencial de esforços que seria o responsável pela redução da seção do duto curvado.

As técnicas de dobramento para ambos os tipos de paredes são semelhantes. Apesar

disto, os tubos de paredes finas devem, muitas vezes, utilizar mandris internos para evitar a

flambagem especialmente em conformação categorizada como dobradeiras de rotação e

prensas hidráulicas.

A necessidade ou não de utilização de mandril interno para dobramento de tubo é

analisada pela razão de dobramento μ, sendo a razão entre o raio mínimo de dobramento Rm,

medido a partir da linha neutra, e o diâmetro externo 2r, ou seja:

rRm

2=μ

Equação 6

A velocidade de dobramento e a força exercida devem ser menores quando ocorre o

curvamento de um tubo de parede fina [11].

Durante o processo de dobramento manual ou automático, os métodos utilizados serão

os mesmos, sendo que, no método manual, a repetibilidade se torna questionável. Isto ocorre

porque algumas dobradeiras possuem dispositivos de atrito para evitar o deslizamento do tubo

na matriz durante o dobramento e também evitar rugas nas paredes do tubo.

As ferramentas utilizadas pelo método de dobramento de barras se diferenciam do

método de dobramento de tubos pelo fato de necessitarem de uma guia de encaixe bem

27

preciso para a parede externa do tubo, preservando a seção transversal circular durante o

processo.

2.8.5. Recuperação elástica

Uma das dificuldades na conformação de materiais metálicos, em termos gerais, é o

efeito de mola ou recuperação elástica.

“O efeito de mola é a variação dimensional sofrida pela peça conformada depois que a

ferramenta de conformação é liberada. Isto ocorre devido às variações da deformação

produzidas pela recuperação elástica.” [6]

A recuperação elástica dos materiais submetidos à conformação é uma dificuldade a

ser considerada. Conforme a referência [6], este efeito de mola ocorre em todos os processos

de conformação, porém, no dobramento ele é percebido mais facilmente e também mais

estudado.

De acordo com [12], no processo de dobramento ocorre a recuperação elástica porque

o material deformado na região elastoplástica recupera parte da sua deformação elástica

induzido pelo dobramento. O restante da deformação elástica permanece armazenado no

material, e, como a região elástica está entre duas regiões plásticas, estas impedem a

recuperação das deformações elásticas totais do material.

A recuperação elástica é proporcional ao limite de escoamento, ao módulo elástico e a

deformação plástica e será tanto maior quanto:

• maior limite de escoamento;

• menor o módulo elástico;

• maior a deformação plástica.

Assim, a definição do efeito de mola por Dieter [6] pode ser descrita pela razão:

o

fKαα

= Equação 7

onde,

K = coeficiente de resistência do material;

α0 = ângulo de curvatura antes da liberação da carga;

αf = ângulo de curvatura após liberação da carga.

28

2.8.6. Tipos de curvamento

Para atender à demanda da topografia do local onde serão instalados os dutos, existem

três principais métodos de fabricação, de acordo com a situação de cada local de instalação e

as características mecânicas do material do tubo, estes três métodos são citados abaixo:

• Curvamento natural,

• Tubos curvados a frio ou pré-curvados a frio

• Tubos curvados a quente ou pré-curvados a quente.

2.8.7. Curvamento Natural

É um processo de mudança de direção feita a traves de curvamento em dutos durante

na fase de instalação na vala, sem que ocorra uma deformação permanente.

A norma da ABNT NBR 12712 [2] que define as condições mínimas exigíveis para

projeto, especificação de materiais e equipamentos, fabricação de componentes e ensaios dos

sistemas de transmissão e distribuição de gás combustível por dutos. Possui um subitem

especificamente sobre os processos de execução do curvamento natural. Neste subitem expõe

as seguintes recomendações:

a) O curvamento natural é um processo de mudança de direção que só pode ser

empregado em gasodutos enterrados;

b) O curvamento natural é produzido no duto dentro da faixa elástica do material e só

pode ser usado para grandes raios de curvatura. O curvamento natural é realizado, durante a

fase de construção, pelo ajuste da tubulação ao fundo da vala, provocado pelo peso da própria

coluna de tubos;

c) O raio mínimo de curvatura (Rm), para gasodutos operados à temperatura ambiente,

onde a mudança de direção é feita pelo curvamento natural, deve ser calculada pela seguinte

equação:

( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

×××

−×

×=

eDPS

DERy

cm

27,09,0

2/

Equação 8

Onde:

• Rm=Raio mínimo de curvatura para curvamento natural (cm); • Ec=Modulo de elasticidade do material (MPa);

29

• Sy=Tensão mínima de escoamento (MPa); • D=Diâmetro externo do duto (cm); • e= Espessura da parede do duto (cm); e • P=Pressão de projeto do gasoduto (MPa).

A equação acima se refere ao cálculo do raio mínimo de curvatura em dutos quando

transporta de produtos a temperatura ambiente.

Quando o produto transportado está acima da temperatura ambiente, sofrendo uma

variação térmica Δθ, a Norma Petrobras N-464 [24] fixa as condições exigíveis para

construção, montagem, teste, condicionamento e aceitação de dutos terrestres nestas

condições. Desta forma, diz-se que o curvamento natural não deve ultrapassar o limite elástico

do material para a variação térmica Δθ, sendo o raio mínimo calculado pela seguinte formula:

( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ Δ−

×××

−×

×=

θα **2

7,09,0

2/

Ece

DPS

DERy

cm

Equação 9

Onde: • Rm=Raio mínimo de curvatura para curvamento natural, em cm; • Ec=Modulo de elasticidade do material, em MPa; • Sy=Tensão mínima de escoamento, em MPa; • D=Diâmetro externo do tubo, em cm; • e= Espessura da parede do tubo, em cm; • P=Pressão, em Mpa; • α=Coeficiente de dilatação térmica linear do aço, em 1/⁰C , e • Δθ=Diferença entre a temperatura de operação do duto e a

temperatura estimada de montagem do duto, em ⁰C. Sendo adotados os seguintes parâmetros:

• Ec= 2,00x105 MPa, para aço-carbono à temperatura ambiente de 21°C;

• P é a pressão mínima de teste hidrostático para duto transportando produto a temperatura ambiente. P é a pressão de projeto para duto transportando produto quente; e

• Δθ = 0 para duto transportando produto à temperatura ambiente.

30

Nesta Monografia será analisado o comportamento do raio mínimo de curvatura

(curvamento natural) em dutos terrestres e transportando o produto à temperatura ambiente.

2.8.8. Curvamento a frio

Foi visto que no curvamento em tubos ocorrem mudanças de direção feitas ao longo

da linha tronco de dutos, para atender ao traçado projetado ou à topografia do terreno. Quando

estas mudanças são de ângulos menores, a execução é possível colocando-se simplesmente o

duto na vala preparada permitindo uma deformação do duto até a faixa elástica, sendo este um

processo de curvamento natural. Mas se as mudanças de direção nos dutos sejam necessários

ângulos maiores, então uma curvatura permanente é necessária.

Estas operações de mudanças de direção em dutos com maiores ângulos são realizadas

pelo processo de curvamento a frio e em maquinas especiais chamadas “Maquinas

Curvadeiras”. Figura 22. Este trabalho é feito, sem necessidade de aquecimento.

Figura 22 - Maquina curvadeira de tubos [7].

Nas operações de curvamento a frio, o esforço de flexão é feito de modo que provoca

uma deformação permanente do material. A deformação que é feita no tubo pelo processo de

curvamento a frio chama-se deformação plástica, antes desta deformação, porém, ocorre uma

outra, chamada deformação elástica, que não é permanente.

31

Figura 23 – Curvamento a frio no campo [13].

Segundo a norma da ABNT NBR 12715 [2], o raio mínimo de curvatura para tubos

curvados a frio é fixado conforme critérios abaixo:

a) O raio mínimo de curvatura para tubos com diâmetros =12,75" ou maiores pode ser

determinado conforme a Tabela 2. A coluna “desvio angular” fornece a variação angular

máxima, em graus por metro linear, do eixo longitudinal do duto; a coluna “raio mínimo”

fornece o raio mínimo de curvatura em função do diâmetro externo do tubo;

b) O desvio angular α, em graus por metro, deve ser calculado pela formula seguinte:

πα 1801

×=mR Equação 10

Onde:

Rm= raio mínimo de curvatura (m).

c) Raios mínimos de curvatura inferiores aos valores da Tabela 2 são permitidos desde que as curvas obedeçam a todos os outros requisitos expostos em norma e que a espessura de parede, após o curvamento, não seja inferior à mínima permitida pela norma pela qual o tubo é fabricado.

32

Tabela 2 - Curvamento a frio para tubos.

D Diâmetro Externo

Desvio angular α (graus/metro)

Rm Raio mínimo de

curvatura mm

Polegadas

< 323,85 12,75 9,8 18D 356,6 14 7,7 21D 406,4 16 5,9 24D 457,2 18 4,6 27D

>508,0 20 3,8 30D

2.8.9. Critérios de aprovação ou rejeição de anormalidades na região curvada

Nesta parte da monografia, ressaltar-se-á alguns critérios de aprovação ou rejeição dos

defeitos apresentados na região dos tubos curvados (ovalização, mossas, fissuras). Estes

princípios de aprovação ou rejeição estão especificados nos códigos nacionais usados na

construção de dutos como a norma Petrobrás N-464 [24] e a norma ABNT NBR 12712 [2], e

as de origem Americana ASME B 31.4 [21] e ASME 31 B 31.8 [22]. São estas normas as de uso

mais comum na indústria Brasileira de dutos e que determinam os princípios básicos de

projeto, material, fabricação, montagem e testes de sistemas de dutos e seus acessórios.

A norma da ABNT NBR 12712 [2] tem como objetivo fixar as condições mínimas

para projeto, especificação de materiais e equipamentos, fabricação de componentes e ensaios

dos sistemas de transmissão e distribuição de gás combustível por dutos. Esta norma diz:

1) O tubo pré-curvado é obtido pelo curvamento a frio ou quente do tubo, o qual

produz uma deformação plástica do material;

2) O tubo pré-curvado deve estar isento de enrugamentos, fissuras ou outras

evidencias de danos mecânicos;

3) Quando no tubo pré-curvado houver uma solda circunferencial, esta deve ser

inspecionada por um método não-destrutivo após o curvamento;

4) A ovalização da circunferência seção transversal do tubo pré-curvado deve ser

controlada de forma que não haja danos à integridade estrutural do tubo ou que possa

provocar futuros problemas operacionais no gasoduto; e

33

5) A diferencia entre o maior e o menor dos diâmetros externos, medidos em qualquer

seção do tubo pré-curvado, não pode exceder 5% do seu diâmetro externo especificado na

norma dimensional de fabricação.

A norma Petrobras N-464 [24] estabelece as condições exigíveis para construção,

montagem, testes e aceitação de dutos terrestres, nos seguintes aspectos:

1) O curvamento de tubos deve atender ao disposto na norma para oleodutos ASME

B 31.4 [21] e, para gasodutos, deverá atender o especificado nas as normas ASME B 31.8 [22].

e ABNT NBR 12712 [2];

2) Para adequação ao projeto de terraplanagem e abertura da vala, no que se refere

aos raios horizontais e verticais, o raio mínimo de curvatura do tubo deve ser previamente

verificado, através de um teste de qualificação com os tubos a serem aplicados, preservando-

se o disposto no seu item (a);

3) O teste de qualificação deve ser realizado distribuindo ao longo de um tubo

revestido, golpes com valores progressivos de ângulo, até a ocorrência de enrugamento

externamente visível ou danos observáveis no revestimento anticorrosivo. Posteriormente, o

tubo testado deve ser examinado internamente, nas regiões mais tracionadas e comprimidas,

determinando o limite angular aceitável por golpe, sem danos ao revestimento, de maneira a

atender aos critérios de enrugamento, ovalização e espessura de parede apresentados nesta

norma e nas normas ASME B 31.4 ou B 31.8;

4) O método de curvamento deve ser previamente aprovado e satisfazer as seguintes

condições mínimas de inspeção:

a. A diferença entre o maior e o menor dos diâmetros externos, medidos em

qualquer seção do tubo, após o curvamento, não pode exceder 2,5% do seu

diâmetro externo especificado na norma dimensional de fabricação;

b. Não são permitidos enrugamento e danos mecânicos no tubo e no

revestimento;

c. A curvatura deve ser distribuída, o mais uniformemente possível, ao longo

do comprimento do tubo;

d. Em cada extremidade do tubo a ser curvado deve ser deixado um

comprimento reto mínimo determinado na qualificação;

e. Nos tubos com costura, não é permitida a coincidência da solda

longitudinal com a geratriz mais tracionada ou mais comprimida, devendo

o curvamento ser executado de forma que a solda longitudinal seja

34

localizada o mais próximo possível do eixo neutro do tubo curvado, com

uma tolerância de ± 30°; e

f. Nos curvamentos de tramos que contenham uma solda circunferencial,

deve ser deixado um comprimento reto de 1m para cada lado da solda

circunferencial.

A norma ASME B 31.4 [21] é o código que estabelece os requisitos para o projeto,

materiais, construção, montagem, inspeção e testes de tubos que transportam líquido como

petróleo, óleo, condensado, gasolina natural, gás de petróleo liquefeito, gás carbônico, álcool

liquido, amônia anidra liquida e produto de petróleo liquida entre instalações de produção

(producers´s lease facilities), plantas de processamento de gás natural, refinarias, plantas de

estações de amônia, terminais (marítimos, ferroviários e de caminhões) e outros pontos de

recebimento e entrega. Segue abaixo alguns critérios dessa norma:

1) As curvas com rugas não devem ser utilizadas;

2) As curvas devem ser feitas de tubo com espessura de parede que tenha sido

calculado em conformidade com o parágrafo 404.2.1 dessa norma;

3) As curvas devem ser feitas de tal forma a preservar a forma transversal do tubo, e

devem ser livres de descolamentos, rachaduras ou outras provas de danos

mecânicos. O diâmetro da tubulação não pode ser reduzido em qualquer ponto por

mais de 2,5% do diâmetro nominal. Esta curvatura deve deixar passar o “pig” de

limpeza especificado conforme o parágrafo 437.7.1b;

4) Os raios mínimos das curvas a frio de campo serão como especificados no

parágrafo 406.2.1b;

5) Tangentes cerca de 6 pés (2 metros) de comprimento são adequadas em ambas

extremidades das curvaturas a frio, como especificado no parágrafo 437.1.1d;

6) Quando curvas são feitas de tubos com soldas longitudinais, a solda longitudinal

deve estar dentro ou cerca da linha de eixos da curva, como especificado no parágrafo

437.1.1e;

A norma ASME B31.8 [22] é o código que abrange: projeto, fabricação, instalação,

inspeção e teste das instalações de dutos usados para o transporte de gás. Esta norma cobre

também aspectos de segurança e manutenção de essas instalações. Citam-se os critérios mais

relevantes desta norma:

1) A curva será feito livre de empenamento, rachaduras ou outras evidencias de danos

mecânicos;

35

2) O máximo grau de curvamento de uma curva a frio no campo pode ser

determinado por qualquer método e devem respeitar os valores da Tabela 3. Nesta

tabela são indicados: o diâmetro nominal do tubo, a máxima deflexão em um

comprimento de arco igual ao diâmetro e o raio mínimo de curvamento como uma

função do diâmetro.

Tabela 3 - Determinação do ângulo Maximo de curvatura [29].

Diâmetro Nominal

Deflexão do eixo

longitudinal °C

Raio mínimo de

curvatura em diâmetro

do tubo (4)

< 12 - 18D

12 3,2 18D

14 2,7 21D

16 2,4 24D

18 2,1 27D

> 20 1,9 30D

3) Um curvamento a frio no campo pode ser feito para um radio menor do que

permitido na Tabela 3, desde que o tubo curvado cumpra todos os requisitos desta

norma e a espessura da parede após curvamento não seja menor do que permitido

pelo parágrafo 841.11; e

4) Para tubulações menores de 12 polegadas de diâmetro, os requisitos do item 1

devem ser atendidos, e a espessura da parede depois da flexão não seja inferior ao

mínimo permitido pelo parágrafo 841.1.

2.8.10. Curvamento a Quente

O curvamento a quente ou curvamento por indução com alta freqüência é utilizado

como uma opção ao curvamento a frio quando o raio de curvatura requerido é muito pequeno.

Estas curvas têm chamado a atenção recentemente devido ao seu uso potencial em gasodutos.

Na área de dutos, as curvas por indução são largamente usadas como importantes

conexões para mudar a direção de transporte dos fluidos e para aliviar tensões térmicas,

através da sua aplicação como juntas de expansão [30].

36

O curvamento por indução por alta freqüência é um aquecimento local e por um

período de tempo curto não havendo prejuízo para com o material, seja por oxidação, seja por

alterações metalúrgicas [22]. Neste processo de curvamento o efeito das tensões envolvidas é

similar aos de curvamento a frio, as estruturas das fibras do lado externo da curva são

esticadas e as fibras do lado interno comprimidas.

O aquecimento por indução de alta freqüência para dobramento de tubos [20], é obtido

a traves de um sistema eletromagnético, gerando quantidades de calor que variam conforme o

tipo de material. No processo, envolve-se a peça com uma bobina onde flui uma corrente

alternada, e cria-se um campo magnético, esse campo altamente concentrado, induz um

potencial elétrico na peça a ser curvada e, como a mesma representa um circuito fechado, a

voltagem induzida provoca o fluxo de corrente. A resistência da peça ao fluxo de corrente

induzida causa o aquecimento (Figura 24).

Figura 24 – Curvamento a quente a alta freqüência [5].

A primeira etapa do processo é a colocação do tubo a ser curvado pela parte posterior

da máquina, fazendo-se passar pelos pares de rolos guia e pelo indutor. Depois o tubo é

agarrado, ficando assim, rigidamente ligado ao braço giratório, já previamente regulado com o

raio de curvamento que se pretende obter. A outra extremidade do tubo é acoplada ao carinho

impulsor, que proporciona a forma necessária ao curvamento.

Inicia-se, então, o aquecimento que por ser indutivo, atinge quase instantaneamente a

temperatura ideal de curvamento, neste instante, o carro impulsor é acionado e inicia-se o

37

curvamento a uma velocidade constante. A seção aquecida, ao sair da bobina, sofre

resfriamento forçado ou não, dependendo do material em processamento. Graças ao

transferidor de grau, acoplado na base de giração do braço, o ângulo de curvamento pode ser

visualizado e, ao se atingir o ângulo requerido, interrompe-se o processo (Figura 25).

Figura 25 - Transferidor de grau para curvamento a quente [5].

2.8.11. Critérios de aprovação ou rejeição de anormalidades na região curvada a quente

A norma ABNT NBR 12712, em seu item 27.3.10 estabelece que o curvamento a

quente, feito em tubos expandidos a frio ou tratados termicamente, reduz o valor de sua tensão

mínima de escoamento; nesses casos, a tensão mínima de escoamento especificada deverá ser

calculada de acordo com o prescrito em seus itens 7.5.2.1 e 7.5.4 [2].

A norma da Petrobras N-464 [24], no seu item 6.8.6, estabelece que o curvamento a

quente só pode ser empregado quando seu método de execução previr aquecimento uniforme

por indução elétrica de alta freqüência e resfriamento controlado. O raio da curva obtida deve

atender a limitação definida pelo projeto básico, quanto ao raio mínimo para de “pig”

instrumentado. Ainda segundo esta norma, “Pigs” são dispositivos inseridos em um duto e

desloca-se livremente dirigido pelo próprio fluido, cujo objetivo é manter limpa a parede

interna do duto de qualquer elemento estranho aderida nela, verifica a geometria do mesmo

detectando qualquer anormalidade.

A norma Brasileira ABNT NBR 15273 [17], tem como objetivo estabelecer as

condições técnicas de fornecimento para curvas de dutos feitas pelo processo de curvamento

por indução para a utilização em sistemas de transporte por dutos para as industriais de

petróleo e gás natural . Este código expõe algumas recomendações, tais como:

38

1) Uma característica do processo de indução é que um ressalto (enrugamento) pode

ocorrer em função da relação entre diâmetro e espessura λ= 2r/t (Estabilidade Estrutural do

Tubo) em cada ponto de tangencia (transição) de uma curva. Estes ressaltos ou enrugamentos

deverão de natureza estética (aparência) e não serem classificados como defeitos perniciosos.

O enrugamento, conforme mostrado na Figura 26 deve ser aceitável, desde que sejam

atendidos os seguintes requisitos:

a) As formas da ruga concordem com a superfície do tubo de forma gradual, com

profundidade crista-a-vale, CVD, de 1% do diâmetro externo real.

b) A razão entre a distancia entre cristas adjacentes, l, e a CVD seja no mínimo 25.

CVD deve ser calculado conforme abaixo:

342

2DDDCVD −

+=

Equação 11

Onde:

• D₂ e D₄ são os diâmetros externos de duas cristas adjacentes; e

• D₃ é o diâmetro externo do vale intercalado.

Figura 26 – Diagrama esquemático para medição de ondulações [17].

2) A ovalização das extremidades, deve ser medida com paquímetro nas extremidades

retas e deve ser avaliada a diferença do diâmetro externo máximo e mínimo em relação ao

diâmetro nominal. Não devem exceder 1,5%, desde que o trecho reto mínimo seja de 500 mm

em ambas as extremidades.

3) A ovalização no corpo da curva, deve ser medida com paquímetro no meio do corpo

da curva e deve ser avaliada a diferença do diâmetro externo máximo e mínimo em relação ao

diâmetro externo nominal, não devendo exceder de 3,0%.

39

CAPITULO III: ANÁLISES COMPARATIVAS

3.1 PROPRIDADES MECÂNICAS DOS TUBOS

As propriedades mecânicas listadas na Tabela 4 [4] são para tubos soldáveis de media

e alta resistência mecânica, especificados para serem aplicados na fabricação de dutos de

vários diâmetros para gasodutos e oleodutos da indústria brasileira.

Esta análise comparativa será feita abrangendo os nove graus de material usados na

fabricação de tubos para dutos, conforme especificação da norma API 5L [18], sendo esses

nove tubos os mais usuais na indústria de dutos.

Tabela 4 - Graus e Propriedades Mecânicas de Tubos aço-carbono API 5L [18].

Especificação do material e grau (API 5L)

Limite de tensão de escoamento (Sy)

Limite de Resistência (σr)

PSIx10³ MPa PSIx10³ MPa X42 42 290 60,000 414 X46 46 317 62,898 434 X52 52 359 65,942 455 X56 56 386 71,014 490 X60 60 414 74,927 517 X65 65 448 76,956 531 X70 70 483 81,884 565 X80 80 552 90,068 621

3.2 METODOLOGIAS DE ANÁLISES

Para verificar o comportamento do raio de curvatura mínimo (Rm) em função de

diversos parâmetros listados a seguir para tubos em curvamento natural, vamos utilizar a

Equação 8, dada da seguinte forma:

( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

×××

−×

×=

eDPS

DER

y

cm

27,09,0

2/

Equação 8

E os seguintes parâmetros:

40

• Ec=Modulo de elasticidade do material (MPa); • Sy=Tensão mínima de escoamento (MPa); • D=Diâmetro externo do duto (cm); • e= Espessura da parede do duto (cm); e • P=Pressão de Projeto (MPa).

Através de gráficos, será mostrado a tendência das diversas curvas parametrizadas

obtidas, considerando-se a temperatura invariante na análise. Considerações para análises

onde as temperaturas variam não serão abordadas na presente Monografia.

Segue abaixo os tipos de analises de comportamento do Rm para cada condição dos

parâmetros envolvidos nesta equação.

3.2.1. Analise do raio de curvatura mínimo (Rm) em função da variação do diâmetro nominal (D).

Considerando-se o raio mínimo Rm variando com o diâmetro nominal D, sendo todos os demais parâmetros condicionantes constantes (ceteris paribus), obtêm-se as seguintes relações:

( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

×××

−×

×=

eDPS

DER

y

cm

27,09,0

2/

Equação 8

Sendo que: ( ) 0

27,09,0 >

×××

−×e

DPS y

Onde o diâmetro da família de tubos fica limitado a:

PeS

D Y ××< 57,2

Equação 12

3.2.1.1. Comportamento do Rm para tubos aço classe API 5L X42.

Para essa análise, foram consideradas as seguintes condicionantes: 1. Temperatura ambiente (T) de 21⁰C; 2. Características do material:

o Tubo aço-carbono: API 5L X42; o Modulo de elasticidade (Ec): 2x10⁵ MPa; o Tensão de Escoamento (Sy): 290 MPa; e

3. Considerou-se que a espessura da parede do tubo (e) é fixa e vale 6,4 mm., que é a espessura mínima para tubos de DN 12”, fabricados conforme a norma API;

41

4. Pressão (P): 7,5 MPa; que é a pressão mínima no interior do duto para o transporte do petróleo, seus derivados e o também álcool. Numa rede de dutos este transporte é possível pela ajuda de diferenças de pressões existente dentro dos dutos. O fluido é introduzido sob pressão, quando líquidos são comprimidos por bombas e quando gases são comprimidos por compressores. Por força do fluxo, existe uma perda de energia por atrito, conseqüentemente a pressão vai caindo ao longo do duto, sendo necessária à instalação de umas unidades chamadas “Estação de Compressão”, estas unidades são colocadas de trecho em trecho cuja finalidade é elevar a pressão do duto e dar continuidade à transferência do produto.

Logo, para os parâmetros dados, teremos:

polDmmD

MPammMPaD

25636

5,74,629057,2

<<

××<

Ou seja, o diâmetro D dos dutos variam de um mínimo de 12” até um máximo de 25”

para a validade da formulação aplicada. Valores de D no intervalo de validade são dados pela

tabela abaixo. Foram desconsiderados os valores de D fora desse intervalo.

Tabela 5 – Variação do (Rm) para tubos API 5L X42.

D (cm) Rm (cm) 32,39 25274,99 35,56 30925,94 40,64 43090,79 45,70 62127,34 50,80 96503,41 55,90 176214,75 61,00 564569,78

Segue abaixo o gráfico mostrando o comportamento do raio mínimo (Rm) em função

da variação do diâmetro nominal (D) do tubo, acompanham o gráfico as características do

material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.

42

Figura 27 - Variação do raio mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X42 em função do diâmetro nominal.

Do gráfico acima, depreende-se que: 1. Existe um limite superior de aplicação de diâmetros em 25 polegadas (63,50

cm). Acima deste, a equação não tem validade para os parâmetros dados. Logo,

análise proposta é valida para diâmetros de até 24 polegadas (61,00 cm)

comercial;

2. O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(D) é do tipo exponencial, com

coeficiente de correlação R2 entre Rm e D da ordem de 93%;

3. Dentro desse limite e para esse aço, observa-se que para diâmetros entre 20

(50,80cm) e 24 polegadas (61,00 cm), os raios mínimos obtidos crescem de

forma exponencial. Com isso, conclui-se que para esta faixa de diâmetros dada,

obtêm-se maiores raios de curvatura, ou seja, maior capacidade de dobramento

para maiores diâmetros, sendo os demais parâmetros constantes (espessura,

tensão limite de escoamento, temperatura e pressão).

3.2.1.2 – Comportamento do Rm para tubos aço classe API 5L X46.

Para essa análise, foram consideradas as seguintes condicionantes:

1. Temperatura ambiente (T) 21⁰C;

2. Características do material:

o Tubo aço-carbono: API 5L X46;

43

o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x105 MPa;

o Tensão de Escoamento (Sy): 317 MPa; e

3. Dimensões dos dutos variando entre diâmetros nominais (D) de um mínimo de

12" (32,39 cm) até um maximo de DN 76" (193,00 cm);

4. Considerou-se que a espessura da parede do tubo (e) é fixa e vale 6,4 mm., que

é a espessura mínima para tubos de DN 12”, fabricados conforme a norma

API;

5. A pressão de projeto (P) foi estabelecida em 7,5 Mpa; que é a pressão mínima

no interior do duto para o transporte do petróleo, seus derivados e o também

álcool. Numa rede de dutos este transporte é possível pela ajuda de diferenças

de pressões existente dentro dos dutos. O fluido é introduzido sob pressão,

quando líquidos são comprimidos por bombas e quando gases são

comprimidos por compressores. Por força do fluxo, existe uma perda de

energia por atrito, conseqüentemente a pressão vai caindo ao longo do duto,

sendo necessária a instalação de umas unidades chamadas “Estação de

Compressão”, estas unidades são colocadas de trecho em trecho cuja finalidade

é elevar a pressão do duto e dar continuidade à transferência do produto.


polDoummDMPa

mmMPaD 276955,7

4,631757,2 <<⇒×

×<




Tabela 6 - Variação do Rm para tubos API 5L X46.

D(cm) Rm (cm) 32,39 21246,26 35,56 25500,47 40,64 34262,83 45,70 46700,0450,80 66024,94 55,90 99781,06 61,00 173765,97 66,00 452151,57

44

Segue abaixo os gráficos mostrando o comportamento do raio mínimo (Rm) em função da variação do diâmetro nominal (D) do tubo, acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.

Figura 28 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X46 em função do diâmetro Nominal.

Do gráfico acima, depreende-se que: 1. A equação apresenta um limite de aplicação de diâmetros em 27 polegadas

(valor máximo). Acima deste, a equação não tem validade para os parâmetros dados. Logo, análise proposta é valida para diâmetros de até 26 polegadas (comercial);

2. O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(D) é do tipo exponencial, com coeficiente de correlação R2 entre Rm e D da ordem de 92%;

3. Dentro desse limite e para esse aço, observa-se que para diâmetros entre 20 e 24 polegadas, os raios mínimos obtidos crescem de forma exponencial. Com isso, conclui-se que para esta faixa de diâmetros dada, obtêm-se maiores raios de curvatura, ou seja, maior capacidade de dobramento para maiores diâmetros, sendo os demais parâmetros constantes (espessura, tensão limite de escoamento, temperatura e pressão).

3.2.1.3 – Comportamento do Rm para tubos de aço classe API 5L X52

Para essa análise, foram consideradas as seguintes condicionantes: 1. Temperatura ambiente (T) 21⁰C; 2. Características do material:

o Tubo aço-carbono: API 5L X52

45

o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x10⁵ MPa o Tensão de Escoamento (Sy): 359 MPa

3. Dimensões dos dutos variando entre diâmetros nominais (DN) de um mínimo de 12”até um maximo de DN 76”;


5. A pressão de projeto (P) foi estabelecida em 7,5 Mpa; que é a pressão mínima no interior do duto para o transporte do petróleo, seus derivados e o também álcool. Numa rede de dutos este transporte é possível pela ajuda de diferenças de pressões existente dentro dos dutos. O fluido é introduzido sob pressão, quando líquidos são comprimidos por bombas e quando gases são comprimidos por compressores. Por força do fluxo, existe uma perda de energia por atrito, conseqüentemente a pressão vai caindo ao longo do duto, sendo necessária a instalação de umas unidades chamadas “Estação de Compressão”, estas unidades são colocadas de trecho em trecho cuja finalidade é elevar a pressão do duto e dar continuidade à transferência do produto.


polDmmD

MPammMPaD

31787

5,74,635957,2

<<

××<





D (cm) Rm (cm) 32,39 17024,932 35,56 20062,236 40,64 25982,578 45,70 33687,508 50,80 44273,769 55,90 59580,492 61,0 83670,888 66,0 125961,71 71,10 225865,535 76,20 721526,853

46

Segue abaixo os gráficos mostrando o comportamento do raio mínimo (Rm) em função da variação do diâmetro nominal (DN) do tubo, acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.








47

o Tubo aço-carbono: API 5L X56 o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x10⁵ MPa o Tensão de Escoamento (Sy): 386 MPa





polD

mmDMPa

mmMPaD

33

8465,7

4,638657,2

<

<⇒×

×<





D (cm) Rm (cm) 32,39 15096,69 35,56 17643,40 40,64 22488,76 45,70 28569,89 50,80 36536,08 55,90 47323,69 61,0 62754,18 66,0 86053,05 71,10 127467,54 76,20 218582,76 81,30 583089,60

48

Segue abaixo os gráficos mostrando o comportamento do raio mínimo (Rm) em

função da variação do diâmetro nominal (DN) do tubo, acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.

Figura 30 - Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X56 em função do diâmetro nominal.





3.2.1.5 – Comportamento do Rm para tubos de aço API 5L X60



49


3. Dimensões dos dutos variando entre diâmetros nominais (DN) de um mínimo de 12”até um máximo de DN 76”;




polDmmD

MPammMPaD

36908

5,74,641457,2

<<

××<





D (cm) Rm (cm) 32,39 13509,88 35,56 15682,58 40,64 19736,54 45,70 24681,54 50,80 30930,23 55,90 39002,91 61,0 49834,69 66,0 64771,37 71,10 87800,64 76,20 126871,15 81,30 207700,14 86,40 474074,07

50


função da variação do diâmetro nominal (DN) do tubo, acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.

Figura 31 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X60 em função do diâmetro nominal

Do gráfico acima, depreende-se que: 1. A equação 3.6 apresenta um limite de aplicação de diâmetros em 35 polegadas




3.2.1.6 – Comportamento do Rm para tubos de aço API 5L X65.



51






polD

mmDMPa

mmMPaD

38

9825,7

4,644857,2

<

<⇒×

×<





D (cm) Rm (m) 32,39 11980,75 35,56 13817,84 40,64 17183,02 45,70 21181,08 50,80 26072,59 55,90 32140,72 61,00 39868,06 66,00 49812,50 71,10 63721,72 76,20 84049,43 81,30 116570,89 86,40 176958,53 91,40 322772,17

52

Segue abaixo os gráficos mostrando o comportamento do raio mínimo (Rm) em função da variação do diâmetro nominal (DN) do tubo, acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.









53






polDmmD

MPammMPaD

401005

5,74,648357,2

<<

××<




54


D (cm) Rm (cm) 32,39 10730,481 35,56 12310,955 40,64 15163,475 45,70 18482,674 50,80 22444,049 55,90 27212,188 61,0 33061,491 66,0 40244,669 71,10 49692,859 76,20 62376,732 81,30 80301,873 86,40 107563,025 91,40 152798,893 96,50 248076,962101,60 565033,021


função da variação do diâmetro nominal (DN) do tubo.


Do gráfico acima, depreende-se que:

55

1. A equação 3.8 apresenta um limite de aplicação de diâmetros em 40 polegadas (valor máximo). Acima deste, a equação não tem validade para os parâmetros dados. Logo, análise proposta é valida para diâmetros de até 40 polegadas (comercial);





o Tubo aço-carbono: API 5L X80; o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x105 MPa; o Tensão de Escoamento (Sy): 552 MPa;





polDmmD

MPammMPaD

471210

5,74,655257,2

<<

××<

56

Ou seja, o diâmetro D dos dutos variam de um mínimo de 12” até um máximo de 46




D (cm) Rm (cm) 32,39 8899,565 35,56 10132,543 40,64 12310,955 45,70 14772,501 50,80 17611,943 55,90 20895,427 61,0 24735,945 66,0 29191,027 71,10 34652,685 76,20 41354,397 81,30 49772,574 86,40 60663,507 91,40 74968,921 96,50 95545,293101,60 126871,147106,70 180348,347111,80 292323,406116,80 658491,896


da variação do diâmetro nominal (D) do tubo, acompanham o gráfico as características do

material do tubo e a tabela com os valores dos raios mínimos.

57



1. A equação apresenta um limite de aplicação de diâmetros em 46 polegadas

(valor máximo). Acima deste, a equação não tem validade para os parâmetros

dados. Logo, análise proposta é valida para diâmetros de até 46 polegadas

(comercial);

2. O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(D) é do tipo exponencial, com


3. Dentro desse limite e para esse aço, observa-se que para diâmetros entre 42 e

46 polegadas, os raios mínimos obtidos crescem de forma exponencial. Com

isso, conclui-se que para esta faixa de diâmetros dada, obtêm-se maiores raios

de curvatura, ou seja, maior capacidade de dobramento para maiores diâmetros,

sendo os demais parâmetros constantes (espessura, tensão limite de escoamento,

temperatura e pressão).

58

3.2.2 – Analise do raio de curvatura mínimo (Rm) em função da variação da espessura da parede do tubo.

Nesta verificação, o raio de curvatura mínimo (Rm) varia com a espessura da parede

do tubo, todos os outros parâmetros envolvidos na Equação 8 permanecem constantes.

( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

×××

−×

×=

eDPS

DER

y

cm

27,09,0

2/ Equação 8

Sendo que: ( )

( )

( )y

y

y

SDPe

eDPS

eDPS

××>

××>×

>××

−×

39,02

7,09,0

02

7,09,0

3.2.2.1 – Comportamento do Rm para tubos de aço classe API X 42





o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x10⁵ MPa;

o Tensão de Escoamento (Sy): 290 MPa

3. Considero-se um tubo com diâmetro Nominal de 12” fixo fabricado conforme

a norma API.



álcool. Numa rede de dutos este transporte é possível pela ajuda de diferenças de

pressões existente dentro dos dutos. O fluido é introduzido sob pressão, quando

líquidos são comprimidos por bombas e quando gases são comprimidos por

compressores. Por força do fluxo, existe uma perda de energia por atrito,

conseqüentemente a pressão vai caindo ao longo do duto, sendo necessária a

instalação de umas unidades chamadas “Estação de Compressão”, estas unidades

são colocadas de trecho em trecho cuja finalidade é elevar a pressão do duto e dar

continuidade à transferência do produto.

59

Logo, para os parâmetros dados, teremos; ( )

cme

e

33,0290

39,325,739,0

>

××>

Tabela 13 - Variação da Rm para Tubos API 5L X42.

Espess.(cm) Rm (cm) 0,64 25274,99 0,79 21118,17 0,87 19838,12 1,03 18150,47 1,27 16691,39 1,59 15607,69 1,91 14961,78 2,22 14544,16 2,54 14235,73


função da variação da espessura da parede (e), acompanham o gráfico as características do

material do tubo e a tabela com os valores.

Figura 35 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X42 em função da espessura da parede.


60

1. A Equação 8 apresenta um limite de aplicação de espessuras da parede do tubo acima de 0,33cm. Abaixo deste valor, a equação não tem validade para os parâmetros dados. Logo, análise proposta é valida para espessuras maiores que 0,33cm;

2. O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(D) é do tipo polinomial, com coeficiente de correlação R2 entre Rm e D da ordem de 95%;

3. O gráfico mostra que quanto maiores as espessuras da parede, menores serão os raios mínimos de curvatura obtidos e, conseqüentemente, maiores as curvaturas requeridas no processo de dobramento. Em termos práticos, isto representa um maior grau de dificuldade no dobramento de tubos com espessuras cada vez maiores.







o Tensão de Escoamento (Sy): 317 MPa;

3. Considero-se um tubo com diâmetro Nominal (D) de 12” fixo fabricado

conforme a norma API.

4. Sy=317 Mpa, para o aço Especificação do material e grau (API 5L) X46.











Logo, para os parâmetros dados, teremos;

61

( )

cme

e

299,0317

39,325,739,0

>

××>


Espess.(cm) Rm (m) 0,64 21246,260,79 18229,910,87 17268,081,03 15975,131,27 14833,841,59 13971,691,91 13451,842,22 13113,312,54 12862,05






62

1. A Equação 8 apresenta um limite de aplicação de espessuras da parede do tubo em 0,299 cm. Abaixo deste valor, a equação não tem validade para os parâmetros dados. Logo, análise proposta é valida para espessuras maiores que 0,299 cm;

2. O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(D) é do tipo polinomial, com


3. O gráfico mostra que quanto maiores as espessuras da parede, menores serão

os raios mínimos de curvatura obtidos e, conseqüentemente, maiores as

curvaturas requeridas no processo de dobramento. Em termos práticos, isto

representa um maior grau de dificuldade no dobramento de tubos com

espessuras cada vez maiores.

3.2.2.3 – Comportamento do Rm para tubos aço classe API 5L X52.





o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x105 MPa


3. Considero-se um tubo com diâmetro Nominal (D) de 12” fixa fabricado













63

Tabela 15 -Variação da Rm para Tubos API 5L X52.

Espess.(cm) Rm (m) 0,64 17024,930,79 15031,910,87 14371,821,03 13464,831,27 12644,831,59 12012,941,91 11626,622,22 11372,852,54 11183,39


função da variação da espessura da parede (e), acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores.



64

1. A Equação 8 apresenta um limite de aplicação de espessuras da parede do tubo

em 0,264 cm. Abaixo deste valor, a equação não tem validade para os

parâmetros dados. Logo, análise proposta é valida para espessuras maiores que

0,264 cm;













o Modulo de Elasticidade (Ec): 2x105 MPa















65



da variação da espessura da parede (e), acompanham o gráfico as características do material

do tubo e a tabela com os valores.



Espess.(cm) Rm (cm)0,64 15096,690,79 13508,500,87 12973,041,03 12229,441,27 11549,211,59 11019,781,91 10693,832,22 10478,782,54 10317,72

66

1. A equação 3.13 apresenta um limite de aplicação de espessuras da parede do

tubo em 0,245 cm. Abaixo deste valor, a equação não tem validade para os


0,245 cm;








3.2.2.5- Comportamento do Rm para tubos de aço classe API 5L X60


1. Temperatura ambiente (T) 21o C;


















67







Espess.(cm) Rm (cm)0,64 13509,88

0,79 12223,80

0,87 11783,69

1,03 11511,70

1,27 10597,01

1,59 10149,60

1,91 9872,44

2,22 9688,87

2,54 9511,02

68




0,229 cm;




























69


Espess.(cm) Rm (cm)0,64 11980,750,79 10958,300,87 10603,281,03 10101,281,27 9632,651,59 9261,541,91 9030,212,22 8876,382,54 8760,54




Figura 40 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L X65em função da espessura da parede.


70




0,211 cm;








3.2.2.7- Comportamento do Rm para tubos de aço classe API 5L X70





o Módulo de Elasticidade (Ec): 2x105 MPa;















71


Espess.(cm) Rm (cm)0,64 10730,480,79 9902,930,87 9612,091,03 9197,721,27 8807,561,59 8496,271,91 8301,192,22 8171,022,54 8072,76


função da variação da espessura da parede (e), acompanham o gráfico as características do material do tubo e a tabela com os valores.



72




0,196 cm;




























73


Espess.(cm) Rm (cm)0,64 8899,560,79 7952,340,87 7708,201,03 7535,151,27 7306,14 1,59 7161,411,91 7064,322,22 7024,882,54 6990,75






74




0,171 cm;








75

CAPITULO IV: CONCLUSÃO

Neste capitulo são colocados as conclusões complementares da Monografia. Algumas

conclusões parciais já foram expostas no Capitulo III, nos itens analisados para cada grau de

tubo API 5L em processo de curvamento a frio.

Foi mostrado que no processo de curvamento de tubos estes têm suas limitações

físicas (material) e geometria, sendo que estas limitações foram estabelecidas pela equação

geral de curvamento natural. Foram realizadas basicamente duas análises dos parâmetros

envolvidos na equação geral de dobramento de tubos a frio:

• Análise do raio de curvatura mínimo em função da variação do diâmetro

nominal dos tubos; e

• Análise do raio de curvatura mínimo em função da variação da espessura dos

tubos.

4.1. ANÁLISE DO RAIO DE CURVATURA MÍNIMO (Rm) EM FUNÇÃO DA

VARIAÇÃO DO DIÂMETRO NOMINAL (D)


• O raio mínimo Rm varia com o diâmetro nominal D, sendo todos os demais

parâmetros condicionantes constantes (ceteris paribus);

( ) PeSD

eDPS

DER Y

y

cm

××<

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

×××

−×

×= 57,2,

27,09,0

2/

• Família de materiais: Especificação do material e grau (API 5L) - X42, X46,

X52, X56, X60, X65, X70 e X80;

• Temperatura ambiente (T) de 21⁰C constante;

• Considerou-se que a espessura da parede do tubo (e) é fixa e vale 6,4 mm, que

é a espessura mínima para tubos de DN 12”, fabricados conforme a norma

API;

• Pressão (P): 7,5 MPa; que é a pressão mínima no interior do duto para o

transporte do petróleo, seus derivados e o também álcool.

76

Dessa forma, obteve-se o gráfico abaixo da variação de Rm x D, para cada grau dos

tubos:

Rm x D

0,00

100000,00

200000,00

300000,00

400000,00

500000,00

600000,00

700000,00

800000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00

Diametro Nominal (cm)

Rai

o de

cur

vatu

ra m

inim

a (c

m)

API 5L X42API 5L X46API 5L X52API 5L X56API 5L X60API 5L X65API 5L X70API 5L X80

Figura 43 - Variação do raio mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L em função do diâmetro nominal, de X42 até X80.

Conclui-se que:

• O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(D) é tipicamente exponencial

para as diversas famílias de aço grau (API 5L) - X42, X46, X52, X56, X60,

X65, X70 e X80, com coeficiente de correlação R2 entre Rm e D da ordem de

95%. Isto demonstra que o comportamento matemático das curvas para todos

os materiais pode ser aproximado ao da função exponencial, com correlação

estatística de 95%;

• Para um determinado grau de material do tubo, o raio mínimo de curvatura

aumenta à medida que o diâmetro nominal do tubo aumenta. Isto é, para

diâmetros maiores de tubo de um mesmo material, seus raios de curvatura são

maiores, ou seja, maior capacidade de dobramento para maiores diâmetros,

sendo os demais parâmetros constantes (espessura, tensão limite de

escoamento, temperatura e pressão);

• Os raios mínimos curvatura para um determinado grupo de tubos tem um

comportamento limitado conforme o grau do material. Pode-se verificar que,

77

para maiores graus de material, maiores são os raios mínimos de curvatura.

Numa aplicação industrial o projetista deve considerar este fator, porque tubos

com maiores graus são mais caros, sendo este um fator limitante do

dobramento.

4.2. ANALISE DO RAIO DE CURVATURA MÍNIMO (Rm) EM FUNÇÃO DA

VARIAÇÃO DA ESPESSURA DA PAREDE DO TUBO.


• O raio de curvatura mínimo Rm varia com a espessura da parede do tubo, todos

os outros parâmetros envolvidos permanecem constantes (ceteris paribus).

( )( )

yy

cm S

DPe

eDPS

DER ××>

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

×××

−×

×=

39,0,

27,09,0

2/

• Família de materiais: Especificação do material e grau (API 5L) - X42, X46,

X52, X56, X60, X65, X70 e X80;

• Temperatura ambiente (T) de 21⁰C constante;

• Considero-se um tubo com diâmetro Nominal de 12” fixo fabricado conforme

a norma API.

• Pressão (P): 7,5 MPa; que é a pressão mínima no interior do duto para o

transporte do petróleo, seus derivados e o também álcool.

78

Rm x e

0,00

5000,00

10000,00

15000,00

20000,00

25000,00

30000,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Espessura (cm)

Rai

o M

ínim

o de

Cur

vatu

ra (c

m)

API 5L X42API 5L X46API 5L X52API 5L X56API 5L X60API 5L X65API 5L X70API 5L X80

Figura 44 – Variação do Raio Mínimo de curvatura (Rm) para tubos API 5L em função da espessura da parede, de X42 a X80.

Para essa análise, conclui-se que:

• O comportamento gráfico que relaciona Rm=F(e) é tipicamente polinomial

decrescente, com tendência matemática à estabilização em um determinado

patamar, com coeficiente de correlação R2 entre Rm e “e” da ordem de 95%.

Isto demonstra que o comportamento matemático das curvas para os diversos

graus (materiais) pode ser aproximado ao da função polinomial decrescente,

com correlação estatística de 95%;

• O gráfico mostra que quanto maiores as espessuras da parede, menores serão os raios mínimos de curvatura obtidos e, conseqüentemente, maiores as curvaturas requeridas no processo de dobramento. Em termos práticos, isto representa um maior grau de dificuldade no dobramento de tubos com espessuras cada vez maiores;

• Para um mesmo grau de material de tubo, o raio mínimo de curvatura diminui à medida que a espessura da mesma aumenta. Este fato está ligado diretamente ao fator de tensão de flexão (Sf) e ao momento de Inércia (I) de um elemento estrutural metálico. Durante o processo de curvamento de um tubo, geram-se tensões de flexão e compressão na região curvada e o raio de curvatura poderá ser maior ou menor em função do momento de inércia deste elemento. Em nosso caso, tubos com menores espessuras de parede têm maior raio de

79

curvatura e tubo com maiores espessuras de parede tem menor raio de curvatura. Com tubos com graus altos de material podemos conseguir menores raios de curvatura.

• Pode-se verificar que, para maiores graus de material, menores são os raios

mínimos de curvatura. Numa aplicação industrial o projetista deve considerar

este fator, porque tubos com maiores graus são mais caros, sendo este um fator

limitante do dobramento.

80

REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

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www.cim.com.br/portal/listar_letra_mn acessado em 04/04/2010.

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Tese (Doutorado em Engenharia Aeronáutica e Mecânica – Tecnologia de

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81

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82

[30] UNICAMP – Departamento de Engenharia de Petróleo – “O que é o petróleo”

Campinas –São Paulo – 03/08/2009. Disponível em:

<WWW.dep.fem.unicamp.br/petroleo.htm> Acesso em 11/11/2009.

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