Neste conteúdo abordamos:
- O que são tubulações e como classificá-las;
- Fatores envolvidos ao escolher o material adequado para a tubulação do seu processo produtivo;
- Como a corrosão se relaciona com os custos das tubulações;
- A importância do dimensionamento correto desses equipamentos.
Amplamente presentes em diversos tipos de indústrias, como farmacêutica, alimentícia, petroquímica e química, as tubulações são conjuntos de tubos, válvulas e conexões utilizadas para o transporte de fluidos de um ponto a outro em uma planta. Estes fluidos podem ser ser óleos, lubrificantes, gases, vapores, água, ou líquidos em geral.
As tubulações constituem parte considerável de uma indústria: elas podem representar cerca de 70% do custo dos equipamentos e 25% do custo total de instalação da planta. Assim, ao investir em um processo industrial, é essencial conhecer bem quais as tubulações mais adequadas para sua produção, a fim de otimizá-la e evitar gastos desnecessários com manutenção excessiva ou falhas na planta.
Essa escolha envolve considerar aspectos como o material dos tubos e seu correto dimensionamento. Portanto, entender como essas variáveis caracterizam diferentes tubulações é o primeiro passo para um investimento mais assertivo!
Quais os tipos de tubulações?
Existem diversos tipos de tubulações, distribuídos em duas classificações gerais: dentro de instalações industriais, ou seja, no interior das unidades de processo; e fora das instalações industriais, isto é, externas às áreas de processo, interligando-as. Reconhecer as diferenças entre esses dois grupos é fundamental em uma planta química, já que eles divergem em relação ao arranjo das tubulações e grau de segurança necessário, por exemplo.
Tubulações dentro de instalações industriais
- Processo: transportam fluidos essenciais em indústrias cuja atividade principal é o processamento, armazenagem ou distribuição destes fluidos. Alguns exemplos são as tubulações de óleos em refinarias e as de produtos químicos em indústrias químicas.
- Utilidades: transportam substâncias auxiliares em indústrias de processamento, armazenagem e distribuição de fluidos. Também constituem as tubulações em indústrias dedicadas a outras atividades. Podem ser empregadas tanto em sistemas de refrigeração, aquecimento, etc, como em outras finalidades, como manutenção e limpeza. As substâncias transportadas incluem água, vapor e ar comprimido.
- Instrumentação: diferentemente de outros tipos de tubulações, não são utilizadas para o transporte de fluídos, mas sim para a transmissão de sinais de ar comprimido para válvulas de controle e instrumentos automáticos.
- Transmissão hidráulica: atuam para o comando de válvulas de controle hidráulicas e outros componentes do processo.
- Drenagem: coletam e conduzem efluentes de uma indústria ao destino adequado. Em geral, trabalham sem pressão, com fluidos variados e mal definidos.
Tubulações fora de instalações industriais
- Transporte: empregadas para o transporte de fluidos a longas distâncias, fora das instalações industriais. Alguns exemplos são as adutoras de água, oleodutos, gasodutos e coletores de drenagem.
- Distribuição: redes ramificadas externas à instalação, que distribuem ou coletam (drenagem, esgoto, etc.) fluidos como água e vapor.
Materiais para tubulações
As tubulações divergem também em relação ao material de que são feitas. São diversas as possibilidades, desde tubos metálicos a não metálicos, apresentadas na figura a seguir:
A escolha do material a ser empregado em uma indústria depende das características do processo produtivo, como pressão, temperatura, vazão e viscosidade do fluido a ser transportado. Deve-se considerar também se existe a possibilidade de corrosão da tubulação (por fatores de umidade, por exemplo), e se o material escolhido trará segurança para a planta, visto que algumas substâncias deslocadas podem não ser compatíveis com determinados materiais disponíveis comercialmente.
Após o exame de todos esses aspectos, pode-se comparar os custos relacionados a cada tipo de tubulação, uma vez que alguns materiais são bem mais caros que outros. Porém, materiais aparentemente baratos podem, no fim, sair mais dispendiosos, por apresentarem menor tempo de vida ou exigirem reparos e reposições com mais frequência. Além das despesas geradas por uma manutenção, por vezes ela exige a paralisação do processo, o que não é interessante para uma indústria, pois reduz a receita produzida.
Assim, para uma escolha assertiva do material das tubulações do seu processo industrial, deve-se considerar não somente o preço, mas também todos os fatores de custo, que afetam o valor final gasto a longo prazo: resistência mecânica e à corrosão, maior ou menor dificuldade de solda, facilidade de montagem, segurança, etc.
Quais, então, os passos para a seleção correta de materiais para tubulações?
- Conhecer os materiais disponíveis comercialmente e suas limitações (em que processos eles não podem ser empregados? Em que condições apresentam maior ou menor resistência? Há possibilidade de corrosão?).
- Conhecer bem o seu processo produtivo e em que condições ele opera (temperatura, pressão, vazão, etc.), para assim selecionar os materiais mais compatíveis.
- Comparar economicamente os materiais selecionados, equilibrando preço X fatores de custo, para, por fim, escolher aquele que a longo prazo representará um melhor investimento.
Tubulações X Corrosão
Dentro todos os materiais citados, os tubos mais utilizados na indústria são os de aço carbono. Isso porque apresentam baixo custo, boas qualidades mecânicas e de soldabilidade, além de serem adequados ao transporte de água, vapor condensado, óleo e gás a pressões e temperaturas elevadas. Porém, o aço carbono apresenta baixa resistência à corrosão: pode sofrer corrosão uniforme quando exposto à atmosfera (formando a ferrugem) ou corrosão alveolar quando em contato direto com o solo.
Assim, para empregar tubulações em cenários propícios à corrosão, pode-se substituir o aço carbono por aço liga ou inoxidável – mais caros, porém adequados à situação -, ou utilizar tubos galvanizados. Outra solução é o uso de uma sobreespessura de sacrifício sobre o aço carbono. Nesse contexto, ela proporciona um tempo de vida adicional à tubulação, mesmo com a ocorrência de corrosão. Há, ainda, a possibilidade de aplicação de um revestimento interno anticorrosivo.
Sendo a corrosão um problema comum nas indústrias, ele influencia muito na escolha e manutenção das tubulações, inclusive como um fator adicional de custos. Portanto, saber reconhecer pontos em um processo onde ocorre a corrosão, entender suas causas e buscar medidas preventivas, são ações essenciais para a seleção assertiva das tubulações e também para aumentar a vida útil desses equipamentos. A partir disso, há redução de gastos com reparos em sua produção, além de aumento da segurança no ambiente de trabalho.
Dimensionamento das tubulações
Além da escolha adequada do material de tubulações, o correto dimensionamento desses equipamentos permite o bom funcionamento e a otimização do seu processo produtivo, sem falar na influência que tem nos custos. Isso pois dimensões equivocadas podem gerar problemas nas operações e aumentar perdas energéticas no transporte dos fluidos.
O dimensionamento relaciona-se ao cálculo do diâmetro dos tubos em uma indústria. Esta análise varia em função da natureza e vazão do fluido, pressão e velocidade de escoamento e material e tipo de tubulação. Ademais, é preciso considerar as perdas de carga distribuídas admissíveis, ou seja, o quanto de energia pode-se perder durante o escoamento de um fluido.
Perdas de energia geram elevação de custo; assim, é desejável minimizá-las. Em geral, é possível reduzir perdas aumentando-se o diâmetro dos tubos, porém isso amplifica o preço destes, gerando um problema econômico. Assim, os cálculos de dimensionamento realizados por engenheiros devem considerar todos esses fatores, alcançando um ponto de equilíbrio entre custos e rendimento da produção.
Pintura de tubulações
A pintura é obrigatória para todas as tubulações de aço carbono, aço liga e de ferro, não enterradas e sem isolamento térmico externo. Ela permite a identificação da tubulação de acordo com o fluido transportado, e pode também proteger o material contra a corrosão atmosférica, como quando há o uso de tintas anticorrosivas. A seguir, apresentamos as principais cores das tubulações industriais:
Como ter um projeto mais assertivo ao inserir tubulações na minha indústria?
Você pode perceber, portanto, que são muitas as variáveis envolvidas ao inserir tubulações em um processo produtivo, equipamentos essenciais e presentes na maior parte das indústrias.
Nesse contexto, incluem-se os materiais e dimensões específicas dos tubos, influenciados pelos fluidos transportados, condições de produção, como temperatura e pressão, e ocorrência de corrosão.
Dessa forma, faz-se necessário dimensionar as tubulações corretamente, assim como identificar pontos de corrosão na planta e buscar meios de evitá-la, aumentando a vida útil desses equipamentos. Essas ações aumentam a eficiência dos processos e reduzem custos, amplificando o rendimento da sua produção.
A Propeq é uma empresa júnior de Engenharia Química da Unicamp, e realiza projetos de dimensionamento de equipamentos, além de planos protetivos à corrosão, de modo a otimizar seu processo industrial em todos os aspectos, inclusive as tubulações envolvidas. Entre em contato com nossos consultores e potencialize seus resultados!
