ARTIGO TÉCNICO

aço com costura

Os tubos de carbono

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Tubos de aço com costura são produtos fabricados a partir chapas metálicas, têm inúmeras aplicações e a cada dia ganham mais importância no cenário empresarial. Neste artigo o autor fornece informações básicas sobre as matérias primas empregadas, a produção e as normas observadas para cada caso.

Ciro de Toledo Piza Tebecherani*

PProcessos de fabricação Os tubos que iremos comentar, são chamados de “com costura”. Esta é uma denominação errônea para o material, porém o nome se consolidou tal como “xerox”. Esta denominação veio de muito tempo atrás, quando o processo utilizado era de baixa frequência (50 ou 60 hz) o que dava ao material uma aparência de material “costurado”. Hoje o processo é realizado com solda longitudinal pelo processo E.R.W. (Solda por Resistência Elétrica) com alta frequência, que garante a homogeneidade da matéria-prima com a solda, o que confere excelentes características aos produtos.

Os processos de fabricação para obtenção do produto final variam de acordo com a norma em que o tubo vai ser fabricado.

Os tubos podem ser produzidos em uma variada gama de matérias-primas (tipo de aço utilizado), que são normalmente fornecidas segundo especificações ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), ASTM (American Society for Testing and Materials), DIN (Deustaches Institute for Normuns), API (American Petroleum Institute), AISI (American Institute of Steel and Iron), SAE (Society of Automotive Engineers), e outras.

A matéria-prima utilizada é apresentada em forma de bobinas, que são classificadas em dois grandes grupos:

BF – BOBINA LAMINADA A FRIO: possuem uma cor clara, sendo necessário alguns cuidados especiais aos tubos produzidos nesta matéria-prima, pois ela é altamente susceptível a oxidação (corrosão, ferrugem).

Os tubos produzidos a partir desta matéria-prima devem ser armazenados e transportados sempre evitando a umidade, senão tendem a amarelar, o que pode causar sérias consequências na utilização final sobre o produto.

Estas bobinas são produzidas normalmente em espessuras abaixo de 2 mm e possuem melhor tolerância dimensional e acabamento. Devido a seu processo de fabricação caso suas dimensões sejam maiores seu custo final também será maior.

BQ – BOBINA LAMINADA A QUENTE: Possuem uma cor escura e são menos susceptíveis a oxidação.

Os tubos podem ser armazenados e transportados em condições normais até mesmo em céu aberto (por pouco tempo) sem ter sua qualidade prejudicada.

Estas bobinas são produzidas normalmente em espessuras acima de 2 mm e não possuem uma tolerância dimensional tão restrita quanto as BF, sendo que são também denominadas de BG (Bobinas Grossas), quando a espessura for superior a 5 mm.

Quando for necessário em uma espessura de BQ uma melhor condição dimensional podemos fazer uma relaminação a frio da chapa. Este processo também é utilizado para se obter espessuras não fornecidas pelas Usinas. As chapas relaminadas a frio são chamadas de RL.

Quando os tubos de condução são zincados a quente (galvanizados a fogo como são popularmente conhecidos) não temos a preocupação com a superfície do tubo. Devemos apenas tomar pequenos cuidados quanto ao seu armazenamento.

Nos dois casos a verificação da qualidade da solda e/ou do produto final pode ser feita através de ensaios destrutivos e/ou ensaios não destrutivos, que podem ser: • ELETROMAGNÉTICO: através de correntes parasitas ,testa o tubo quanto a descontinuidades. Não garante a estanqueidade, porém é admitido como o teste opcional ao hidrostático na maioria das normas de condução, devido a sua grande velocidade de execução. • HIDROSTÁTICO: Consiste em testar o tubo a uma determinada pressão hidráulica para garantir a estanqueidade do tubo. • PNEUMÁTICO: Similar ao hidrostático, só que utilizando ar comprimido e por consequência pressões mais baixas. • ENSAIOS DESTRUTIVOS: durante o processo de fabricação, são realizados vários ensaios mecânicos destrutivos em amostras retiradas durante a produção, tais como alargamento, flangeamento, etc.

Artigo Técnico

Normas Técnicas observadas

Existe uma gama muito grande de fabricação de tubos de aço com costura, porém os que realmente nos interessam são os de condução que será a linha que iremos trabalhar.

É importante salientar que, desde a publicação das Portarias n o 169 de 23 de maio de 2007 e n o 235 de 30 de junho de 2008, do INMETRO, e atualmente a Portaria nº 246 de 03 de junho de 2016, os fabricantes e importadores de Tubos de Aço-Carbono para Usos Comuns e para Tubos de Aço-Carbono para Usos em Altas Temperaturas, só deverão comercializar no território nacional tubos de aço-carbono com certificação do INMETRO. Com isso, muitas das normas de condução aqui citadas não devem mais serem comercializadas.

No endereço http://www.inmetro.gov.br/qualidade/ rtepac/compulsorios.asp existe a relação completa dos produtos com certificação compulsória para poderem ser comercializados no Brasil.

As normas brasileiras citadas, estão com as referências atualizadas até AGOSTO de 2017, e mesmo cuidado foi tomado para outras referências internacionais, porém algumas normas internacionais podem estar desatualizadas.

Os tubos de aço carbono com solda longitudinal são classificados de várias maneiras, aqui adotaremos a mais convencional, dividindo os mesmos em:

A. Industriais

São produzidos para as mais diversas aplicações, desde tubos sem requisitos até tubos para troca térmica e estruturais.

A1. Industriais – Mecânicos

NBR 6591 de 07/2008

Título: Tubos de aço-carbono com solda longitudinal de seção circular, quadrada, retangular e especial para fins industriais – Especificação.

Objetivo: Fixa as características e medidas dos tubos de aço-carbono, soldados por resistência elétrica ERW (Electric Resistance Welded), de seção circular, quadrada, retangular e especial, obtidos a partir de bobinas e chapas de aço laminadas a frio, a quente ou revestidas, para aplicações industriais em geral. Mediante acordo prévio, formatos especiais, assim como outras dimensões além das especificadas no anexo A, podem ser fornecidas. As dimensões e as tolerâncias para formatos especiais devem ser acordadas.

Tubos para aplicações diversas sem exigência de acabamento e propriedades mecânicas, com composições químicas definidas.

ASTM A513/A513M de 2015

Standard Specification for Electric-Resistance-Welded Carbon and Alloy Steel Mechanical Tubing

Tubos para uso mecânicos diversos.

A2. Industriais – Estruturais

NBR 8261 de 07/2010

Título: Tubos de aço-carbono, formado a frio, com e sem solda, de seção circular, quadrada ou retangular para usos estruturais.

Objetivo: Estabelece os requisitos exigíveis para encomenda, fabricação e fornecimento de tubos de aço-carbono, formado a frio, com e sem solda, de seção circular, quadrada e retangular, destinado a aplicação em estruturas soldadas, parafusadas e rebitadas. Para aplicação desta Norma em estruturas soldadas sujeitas a carregamento dinâmico em ambientes de baixa temperatura, o produtor deve ser previamente consultado.

Tubos para aplicações diversas aplicações estruturais.

ASTM A500/A500M de 2013

Standard Specification for Cold-Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing in Rounds and Shapes

Tubos para uso estrutural em vários graus de matéria-prima, com propriedades mecânicas definidas.

A3. Industriais – Troca Térmica

ASTM A214/A214M-96 de 2012

Standard Specification for Electric-Resistance-Welded Carbon Steel Heat-Exchanger and Condenser Tubes

Tubos para uso em trocadores de calor e condensadores.

ASTM A178/A178M-02 de 2012

Standard Specification for Electric-Resistance-Welded Carbon Steel and Carbon-Manganese Steel Boiler and Superheater Tubes.

Tubos para caldeiras, superaquecedores e vasos de pressão, em vários graus de matéria-prima.

DIN 1615, 1984-10 Welded circular unalloyed steel tubes not subject to special requirements; technical delivery conditions

Tubos não sujeitos a requisitos especiais, na matéria-prima ST 33 (baixo carbono).

DIN EN 10220 de 2003

Um verdadeiro Centro de Serviços do Aço entre as principais usinas siderúrgicas do país

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Seamless and welded steel tubes – Dimensions and masses per unit length

Tubos não sujeitos a requisitos especiais

A4. Industriais – Precisão dimensional

NBR5599-2 de 08/2012

Título: Tubo de aço-carbono de precisão – Parte 2: Tubos trefilados a frio com solda longitudinal

Objetivo: Esta parte da NBR5599 especifica os requisitos exigíveis de fornecimento para tubos de aço-carbono com solda longitudinal, trefilados a frio, de seção transversal circular, para aplicação precisa com diâmetro externo especificado < ou = 15 mm.

NBR5599-3 de 02/2014

Título: Tubo de aço-carbono de precisão – Parte 3: Tubos calibrados a frio, com solda longitudinal

Objetivo: Esta parte especifica os requisitos exigíveis de fornecimento para tubos de aco-carbono com solda longitudinal, calibrados a frio, de seção transversal circular, para aplicação de precisão com diâmetro externo especificado D menor igual 193,70 mm. Esta parte também pode ser aplicada

a outros tipos de tubos de seção transversal, não circulares, exceto de seções quadradas e retangulares. Os tubos, de acordo com este documento, são caracterizados por terem tolerâncias precisamente definidas nas dimensões. Podem ser utilizados em veículos, moveis e industrias gerais de engenharia.

Condução

São utilizados para condução de gases e líquidos não corrosivos e sólidos em suspensão. Temos que ficar atentos pois a certificação compulsória de tubos de aço-carbono para usos comuns na condução de fluídos.

NBR 5580 de 09/2015

Título: Tubos de aço-carbono para usos comuns na condução de fluidos – Especificação.

Objetivo: Estabelece os requisitos exigíveis para fabricação e fornecimento de tubos de aço carbono, com ou sem solda longitudinal, com ou sem revestimento protetor de zinco, para condução de água, gás, vapor e outros fluidos não corrosivos. Os tubos mencionados nesta Norma são aptos para serem ranhurados segundo a ISO 6182-12 ou rosqueados segundo a NBRNM-ISO 7-1. Estes tubos não

são aptos a serem curvados e formarem serpentinas. Para este material, não há garantia de cumprimento de valores determinados de resistência mecânica, nem são emitidos certificados de ensaios de material.

Tubos de condução, sem matéria-prima especificada, nas séries leve, media e pesada.

Podem ser fornecidos com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva).

NBR 5590 de 10/2015

Título: Tubos de aço-carbono com ou sem solda longitudinal, pretos ou galvanizados — Requisitos.

Objetivo: Esta Norma estabelece os requisitos exigíveis para fabricação e fornecimento de tubos de aço-carbono, com ou sem solda longitudinal, pretos ou galvanizados, para condução de fluidos não corrosivos sob pressão e aplicações mecânicas, sendo também aceitável para uso comum em linhas de vapor, água, gás e ar comprimido.

Tubos de condução nos graus A e B, com composição química e propriedades mecânicas definidas. Sendo o de grau A apto a ser dobrado, flangeado e serpentinado; e o grau B podendo sofrer dobramento e flangeamento limitados.

Pode ser fornecido com extremidades lisas, chanfradas ou com rosca (com ou sem luva).

Esta norma é similar a ASTM A53.

Petrolíferos

Usados para exploração, produção e condução de petróleo, seus derivados, sub produtos e equivalentes.

API 5 CT Specification for Casing and Tubing – Petroleum and natural gas industries—Steel pipes for use as casing or tubing for wells

Tubos destinados a revestimento de poços (CASING) e a produção (TUBING).

Podem ser fornecidos em vários graus de matéria-prima.

API 5 L Specification for Line Pipe – Petroleum and natural gas industries—Steel pipe for pipeline transportation systems

Tubos para condução de fluidos em refinaria de petróleo, transporte de água, gás natural ou mesmo outros gases.

Podem ser fornecidos em vários graus de aço.

Eletrodutos

São utilizados para a proteção de condutores elétricos (cabos e fios).

NBR 5597 de 09/2013

Título: Eletroduto de aço-carbono e acessórios, com revestimento protetor e rosca NPT – Requisitos.

Objetivo: Esta Norma estabelece os requisitos exigíveis para fabricação e fornecimento de eletrodutos de aço-carbono, fabricados de tubos com ou sem solda longitudinal,

Elfe

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com revestimento protetor, utilizados para proteção de condutores elétricos, cabos de comunicação, transmissão de dados e similares. O revestimento protetor da superfície externa pode ser de zinco ou tinta, da mesma forma para a superfície interna, podendo ainda ser uma combinação de ambos os revestimentos. Os eletrodutos considerados nesta Norma são aptos para receber roscas cônicas NPT (National pipe taper), conforme ANSI/ASME B1.20.1, e para ser curvados, respeitado o raio mínimo equivalente a 8 vezes o diâmetro externo do eletroduto.

Tubos galvanizados nas séries extra e pesada, para proteção de condutores elétricos. O aço utilizado é de baixo teor de carbono e eles são aptos a serem curvados.

Podem ser fornecidos com pontas lisas ou com rosca (com ou sem luva).

NBR 5598 de 07/2006

Título: Eletroduto de aço-carbono e acessórios, com revestimento protetor e rosca BSP – Requisitos.

Objetivo: Estabelece os requisitos exigíveis para fabricação e fornecimento de eletrodutos de aço-carbono, fabricados de tubos com ou sem solda longitudinal e seus acessórios (luvas, curvas e niples), com revestimento protetor, utilizados para proteção de condutores elétricos, cabos de comunicação, transmissão de dados e similares. O revestimento protetor da superfície externa pode ser de zinco ou tinta, da mesma forma para a superfície interna, podendo ainda ser uma combinação de ambos os revesti

mentos. Os eletrodutos considerados nesta Norma são aptos para receber roscas cênicas BSP (British standard pipe), conforme NBRNMISO7-1, e para ser curvados, respeitando o raio mínimo interno equivalente a 8 vezes o diâmetro externo do eletroduto.

Tubos galvanizados para proteção de condutores elétricos. O aço utilizado é de baixo teor de carbono e eles são aptos a serem curvados.

Podem ser fornecidos com pontas lisas ou com rosca (com ou sem luva).

Chamamos a atenção para:

Muitas vezes os especificadores, distribuidores e compradores utilizam alguns termos errados. Os principais são: • Solicitar um tubo SCH (se lê squédule), por exemplo um tubo SCH 40 de 1” significa um tubo ASTM A 53 SCH 40 de 1”, onde o NBR 5590 Série 40 é o mesmo tubo. • Algumas poucas vezes, o comprador ou especificador quando pede SCH pode também estar querendo um tubo sem costura, porém SCH está relacionado com a pressão de trabalho do tubo e não se ele é com ou sem costura. • Querer um tubo médio ou pesado é o mesmo que querer um tubo NBR 5580 classe média ou pesada.

Nas normas acima citadas foram colocados mês, ano e título, da norma vigente sendo que para as normas brasi

leiras foi acrescentado também o objetivo da norma e em itálico algum comentário sobre as mesmas.

Informações Técnicas

4.1 Cálculo do Peso Teórico de um Tubo Redondo de Aço Carbono

P = 0,0246615 x (D - e) x e

Sendo:

P = Peso do tubo em Kg/metro.

D = Diâmetro externo do tubo em mm. e = Espessura da parede do tubo em mm.

Obs: estamos considerando tubos de aço preto e não galvanizados onde teremos um pequeno acréscimo no peso por metro. 4.2 Raio de Canto Teórico dos Tubos Quadrados e Retangulares.

Normalmente os fabricantes possuem um padrão interno para a fabricação de tubos quadrados e retangulares de forma que o seu raio de canto deva ser de aproximadamente duas vezes a espessura de parede. Este valor também é especificado em algumas normas de fabricação.

Ex: Raio de Canto na norma ASTM A 500, até 3 vezes a espessura (máximo admitido).

O raio de canto poderá ser maior ou menor que o mencionado anteriormente dependendo da exigência da norma ou do processo de fabricação. 4.3 Cálculo do Diâmetro Equivalente de um Perfil Quadrado

Para se saber qual é o diâmetro de origem de um tubo quadrado devemos utilizar a seguinte fórmula:

Sendo:

De = 1,27 x L

De = Diâmetro Equivalente

L = Lado do Perfil Quadrado

OBS.: Consideramos o raio de canto igual a 2 vezes a espessura. 4.4 Cálculo do Diâmetro Equivalente de Perfil Retangular

Para saber qual é o diâmetro de origem de um tubo retangular, devemos utilizar a seguinte fórmula:

Sendo:

De = 1,27 x (L1 + L2) / 2

De = Diâmetro Equivalente

L1 = Lado Maior do Perfil Retangular

L2 = Lado Menor do Perfil Retangular

OBS.: Consideramos o raio de canto igual a 2 vezes a espessura. 4.5 Cálculo do Peso Teórico de um Tubo Quadrado

P = 0,0246615 x (1,27 x L - e) x e

Sendo:

P = Peso em kg/metro

L = Lado do Quadrado (mm) e = espessura do Tubo (mm)

OBS.: Consideramos o raio de canto igual a 2 vezes a espessura. 4.6 Cálculo do Peso Teórico de um Tubo Retangular

P = 0,0246615 x (1,27 x (L1 + L2) - e) x e 2

P = Peso em kg/metro

L1 = Lado maior (mm)

L2 = Lado menor (mm) e = Espessura (mm) 4.7 Diâmetro Nominal / Real e Schedule

Diâmetro Nominal, também chamado de “Tamanho Nominal”, é o termo consagrado comercialmente para designação do diâmetro dos tubos de condução, eletroduto e petrolífero.

Às vezes é também designado como “Bitola”, porém na terminologia técnica brasileira, o termo “bitola” deve ser evitado.

OBS.: O diâmetro nominal não corresponde a medida efetiva ou real da circunferência externa do tubo, vide ta

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bela abaixo, tão pouco a interna, pois está muda em função da espessura de parede do tubo.

DIÂMETRO EXTERNO (mm) para tubos de condução

DIAMETRO NOMINAL Pol (NPS) TAMANHO NOMINAL Mm (DN) NBR 5580 NBR 5590

1/8 6 10,20 10,29 1/4 8 13,50 13,72 3/8 10 17,20 17,25 1/2 15 21,30 21,34 3/4 20 26,90 26,67 1 25 33,70 33,40 1 1/4 32 42,40 42,16 1 1/2 40 48,30 48,26 2 50 60,30 60,32 2 1/2 65 76,10 73,03 3 80 88,90 88,90 3 1/2 90 101,60 101,60 4 100 114,30 114,30 5 125 139,70 141,30 6 150 165,10 168,28 8 200 219,1 10 250 273,0 12 300 323,8 14 350 355,6 16 400 406,4 18 450 457,0 20 500 508,0 24 600 610,0 26 650 660,0

Schedule é a denominação dada ao resultado arredondado a dezena calculado pela fórmula: SCH = P / S onde P é a pressão de trabalho do tubo e S é a tensão correspondente a 60% do limite de escoamento do material a 20 Graus C. Portanto para um mesmo diâmetro externo de um tubo de condução, quanto maior o SCH maior a espessura de parede em relação ao seu diâmetro.

O Schedule define, portanto, a espessura de parede do tubo de condução, sendo que os valores estabelecidos para cada Schedule (espessura) nos vários diâmetros são tabulados e convencionados nas normas correspondentes.

Por exemplo, os tubos das normas americanas (carbono – ASTM), seguem o padrão definido na norma ANSI B 36.10 (a norma brasileira NBR 5590 também segue este padrão).

Nas normas europeias (DIN, BS e outras), bem como nas normas brasileiras (ABNT) não é comum a designação das espessuras em Schedule e sim conforme recomendação da ISO (INTERNACIONAL STANDARDZATION ORGANIZATION) que estabelece classes de espessuras, que são definidas conforme tabela de cada norma.

Por exemplo, na NBR 5580 temos classes leve, média e pesada.

As tabelas a seguir fornecem a espessura de parede dos tubos em função do diâmetro nominal (em polegadas) e o Schedule do tubo de aço-carbono e em função da classe do tubo.

DIAMETRO NOMINAL SCH 40 SCH 80 LEVE MÉDIO PESADO

1/8 1,73 2,41 1,80 2,00 2,65 1/4 2,24 3,02 2,00 2,25 3,00 3/8 2,31 3,20 2,00 2,25 3,00 1/2 2,77 3,73 2,25 2,65 3,00 3/4 2,87 3,91 2,25 2,65 3,00 1 3,38 4,55 2,65 3,35 3,75 1 1/4 3,56 4,85 2,65 3,35 3,75 1 1/2 3,68 5,08 3,00 3,35 3,75 2 3,91 5,54 3,00 3,75 4,50 2 1/2 5,16 7,01 3,35 3,75 4,50 3 5,49 7,62 3,35 4,00 4,50 3 1/2 5,74 8,08 3,75 4,25 5,00 4 6,02 8,56 3,75 4,50 5,60 5 6,55 4,75 5,60 6 7,11 5,00 5,60

*Ciro de Toledo Piza Tebecherani é engenheiro metalúrgico formado pela Universidade Mackenzie, com MBA em Marketing pela FGV, Pós-Graduado em Administração pela UNIP e MBA em Gestão Financeira, Auditoria e Controladoria pela FGV. Tendo iniciado a sua carreira na Persico Pizzamiglio na área técnica (onde trabalhou por 6 anos com tubos de aço), depois na Tupy Fundições (por 16 anos em conexões de ferro maleável) onde desempenhou funções nas áreas de Engenharia de Aplicação, Normalização, Assistência Técnica e Orientação em Projetos, passando também pela área comercial. Faz 7 anos que assumiu a diretoria na Genebre do Brasil empresa multinacional fabricante de válvulas. Email: ciro@genebre.com.br

BIBLIOGRAFIA

Catálogos Técnicos da Persico Pizzamiglio Normas Técnicas Desenhos: Mário Aparecido Pereira