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CURSO DE FORMAÇÃO DE
OPERADORES DE VASOS DE PRESSÃO E
UNIDADES DE PROCESSO
S. CRUZ EMERGÊNCIA INDUSTRIAL M.E.I.
Trabalho de pesquisa e montagem do material didático de:
Fábio Barbosa da Cruz – Bombeiro Industrial e Técnico de Segurança no Trabalho
Responsável técnico - Calebe Costa – Eng. Mecânico
Abril de 2016.
OBJETIVO DO CURSO
Capacitar profissionais na operação segura de Vasos de pressão e unidades
de processo, desenvolvendo suas atividades com segurança através do conhecimento dos procedimentos operacionais, riscos inerentes e equipamento
usuais em atendimento a NR-13 do MTE.
INTRODUÇÃO
Pesquisas demonstram que a maior frequência de acidentes por falha ou falta
de válvulas de segurança tem ocorrido em tubulações pressurizadas. Os vasos
de pressão aparecem em segundo lugar e finalmente as caldeiras em terceiro.
1 - Noções de grandezas físicas e unidades Carga horária: Grandeza Física
Em física, podem ser consideradas como grandezas ou quantidades somente as propriedades de um fenômeno, corpo (física) ou substância. É necessário que essas propriedades possam ser expressas quantitativamente:
No caso das grandezas escalares: por meio de um número (sua magnitude) mais uma referência (sua unidade de medida);
No caso das grandezas vetoriais: por meio de um número (sua magnitude), de uma referência (sua unidade de medida), de uma direção e de um sentido.
A partir dessa definição podemos, por exemplo, dizer que o comprimento, a quantidade de matéria e a energia são grandeza físicas, enquanto as notas de uma prova, o preço de um objeto e a intensidade de um sentimento não são. Existem inúmeros tipos de grandezas físicas, cada qual associada a um diferente tipo de unidade de medida. Uma unidade de medida tem um tamanho unitário arbitrariamente definido, e é por meio de um processo de comparação quantitativa (medição) com esse padrão unitário que determina-se a magnitude de uma grandeza física. Isto é, quantas vezes o tamanho unitário está contido na medida que está sendo feita.
Podem, também, existir diferentes unidades de medida para um mesmo tipo de grandeza física; usa-se corriqueiramente a polegada como medida de comprimento em favor do oficial metro. A união de determinadas unidades de medida dá origem a um sistema de medida.
Unidades de medida Unidade de medida é uma quantidade específica de determinada grandeza física e que serve de padrão para eventuais comparações, servindo de padrão para outras medidas.
Sistema internacional de unidades (SI) : Por longo tempo, cada região, país teve um sistema de medidas diferente, criando muitos problemas para o comércio devido à falta de padronização de tais medidas. Para resolver o problema foi criado o Sistema Métrico Decimal que adotou inicialmente adotou três unidades básicas: metro, litro e quilograma.
Entretanto, o desenvolvimento tecnológico e científico exigiu um sistema padrão de unidades que tivesse maior precisão nas medidas. Foi então que em 1960, foi criado o Sistema Internacional de unidades(SI). Hoje, o SI é o sistema de medidas mais utilizado em todo o mundo. Existem sete unidades básicas do SI que estão na tabela abaixo:
Grandeza Unidade Símbolo
Comprimento metro m
Massa quilograma kg
Tempo segundo s
Corrente Elétrica Ampère A
Temperatura kelvin K
Quantidade de matéria mol mol
Intensidade luminosa candela cd
O metro, seus múltiplos e submúltiplos
1.1.1 - Pressão atmosférica
Pressão atmosférica é o peso que o ar exerce sobre a superfície terrestre. Sua manifestação está diretamente relacionada à força da gravidade e à influência que essa realiza sobre as moléculas gasosas que compõem a atmosfera. Assim, a pressão atmosférica sofre variações conforme as altitudes e as condições de temperatura do ar.
Quanto maior a altitude de um dado relevo, isto é, quanto mais elevado ele estiver em relação ao nível do mar, menor será a pressão atmosférica. Isso ocorre porque a força da gravidade mantém a maior parte do ar próxima à superfície, o que explica o fato de grandes cadeias de montanhas apresentarem um ambiente mais rarefeito.
As temperaturas, por sua vez, também são fatores decisivos sobre os níveis de intensidade da pressão atmosférica. Quimicamente falando, quando as substâncias estão mais frias, as moléculas agrupam-se, e quando as substâncias estão mais quentes, as moléculas afastam-se.
Por isso, nas zonas da Terra em que as temperaturas encontram-se menos elevadas, as moléculas de ar unem-se, ficando mais densas e, portanto, mais pesadas, aumentando a pressão. Quando as temperaturas se elevam, as partículas se afastam, o ar fica menos denso e a pressão diminui.
As variações de pressão atmosférica existentes nos diversos pontos da Terra são responsáveis pela ocorrência dos ventos, que se deslocam das zonas de alta pressão para as zonas de baixa pressão. Por esse motivo, temos a formação da circulação atmosférica e o deslocamento das massas de ar, bem como todos os fenômenos climáticos resultantes desses processos.
A pressão atmosférica também interfere nas condições do tempo. Isso porque as zonas de baixa pressão provocam a subida das frentes de ar, o que propicia
a formação de nuvens, enquanto as zonas de alta pressão propiciam a descida do ar, impedindo a formação de nuvens e deixando o tempo mais “limpo”.
O instrumento utilizado para medir a pressão atmosférica de um dado local é o barômetro , que realiza a medição em mb (milibares). A pressão média da Terra é de 1013mb.
Barômetro de Torricelli
Barômetros:
1.1.2 - Pressão interna de um vaso
A pressão interna de um vaso pode ser positiva ou negativa, em relação a pressão esterna ou pressão atmosférica. A pressão interna de um vaso também conhecida como pressão manométrica.
1.1.3 - Pressão manométrica, pressão relativa e pressão absoluta
pressão manométrica é a medição da pressão em relação à pressão atmosférica existente no local,
Vaso de Pressão
Segundo a PETROBRAS na norma N-253: “Entende-se como vaso de pressão todos os reservatórios de qualquer tipo, dimensões ou finalidade, não sujeitos à chama, que contenham qualquer fluido em pressão manométrica igual ou superior a 103 kPa (1,05 kgf/cm^2 ) ou submetidos à pressão externa”.
A NR-13 do Ministério do Trabalho no subitem 13.6.1 defini vasos de pressão como: Vasos de pressão são equipamentos que contêm fluidos sob pressão interna ou externa.
Os vasos de pressão abrangidos por esta NR estão classificados em categorias de acordo com o Anexo IV da NR-13 onde vasos de pressão são classificados em categorias segundo o tipo de fluido e o potencial de risco. Os fluidos contidos nos vasos de pressão são classificados conforme descrito a seguir: CLASSE "A":
- fluidos inflamáveis;
- combustível com temperatura superior ou igual a 200º C;
- fluidos tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 ppm;
- hidrogênio;
- acetileno.
CLASSE "B":
- fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200º C;
- fluidos tóxicos com limite de tolerância superior a 20 (vinte) ppm;
CLASSE "C":
- vapor de água, gases asfixiantes simples ou ar comprimido;
CLASSE "D":
- água ou outros fluidos não enquadrados nas classes "A", "B" ou "C", com temperatura superior a 50ºC.
Quando se tratar de mistura, deverá ser considerado para fins de classificação o fluido que apresentar maior risco aos trabalhadores e instalações, considerando-se sua toxicidade, inflamabilidade e concentração.
Os vasos de pressão são classificados em grupos de potencial de risco em função do produto "PV", onde "P" e a pressão máxima de operação em Mpa e "V" o seu volume geométrico interno em m3, conforme segue: GRUPO 1 - PV. 100
GRUPO 2 - PV < 100 e PV ≥ 30 GRUPO 3 - PV < 30 e PV ≥ 2. GRUPO 4 - PV < 2.5 e PV ≥ 1 GRUPO 5 - PV < 1
Vasos de pressão que operem sob a condição de vácuo deverão enquadrar-se nas seguintes categorias:
- categoria I: para fluidos inflamáveis ou combustíveis; - categoria V: para outros fluidos.
1.2 - Calor e temperatura
Calor é energia térmica trocada por um corpo ou fluido, enquanto a temperatura é a forma de mensurar, o quanto de calor (energia térmica) é trocado em dado corpo ou fluido.
A noção de calor é várias vezes erradamente associada a uma maior temperatura, enquanto a noção de frio está associada a uma menor
vento, a umidade do ar, a latitude, o ângulo de incidência do raio solar na
superfície terrestre, etc. A temperatura revelada em registros meteorológicos é
medida por termômetros que não estão expostos diretamente aos raios
solares. Essa é conhecida como temperatura na sombra.
Por exemplo: Os aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70°C. No entanto, a temperatura ideal da
água para um banho é de 30°C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida
com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra
a 25°C.
1.2.3 - Modos de transferência de calor
Fluxo de calor
A propagação do calor entre dois sistemas pode ocorrer através de três processos
diferentes: a condução, a convecção e a
irradiação.
A condução térmica , é um processo lento de transmissão de energia, de
molécula para molécula, sempre no sentido das temperaturas mais altas para
as mais baixas.
Na convecção térmica , as partes diferentemente aquecidas de um fluido
movimentam-se no seu interior devido às diferenças de densidades das porções quente e fria do fluido. Tanto a convecção como a condução não
podem ocorrer no vácuo, pois necessitam de um meio material para que
possam ocorrer.
A irradiação é a propagação de energia através de ondas eletromagnéticas.
Quando a energia dessas ondas é absorvida por um corpo, intensifica-se a
agitação de suas moléculas, acarretando aumento de temperatura. Esse tipo
de propagação energética pode ocorrer no vácuo.
1.2.4 - Calor específico e calor sensível
Calor específico
A expressão calor específico indica a quantidade de calor que é preciso
fornecer a uma determinada substância para que a sua temperatura suba 1
grau centígrado.
Por exemplo: com pressão constante de 1 atm, o calor específico da água é 1,
cal/gºC, ou seja 1 caloria por grama por grau centígrado.
Calor latente: O calor latente remete para o calor existente em um corpo, que
apesar de não alterar a sua temperatura, provoca uma modificação a nível
molecular. Essa modificação molecular pode ser equivalente à passagem do
estado sólido para estado líquido ou do estado líquido para o estado gasoso.
Calor sensível: É conhecido como calor sensível o calor (energia térmica)
aplicada sobre algum corpo ou substância, que apenas causa uma mudança de temperatura, não ocorrendo a modificação do seu estado (sólido, líquido ou
gasoso).
1.2.5 - Transferência de calor a temperatura constante
O conceito de regime de transferência de calor pode ser melhor entendido através de exemplos. Analisemos, por exemplo, a transferência de calor através da parede de uma estufa qualquer. Consideremos duas situações : operação normal e desligamento ou religamento.
Durante a operação normal, enquanto a estufa estiver ligada a temperatura na superfície interna da parede não varia. Se a temperatura ambiente externa não varia significativamente, a temperatura da superfície externa também é constante. Sob estas condições a quantidade de calor transferida para fora é constante e o perfil de temperatura ao longo da parede não varia. Neste
2 - EQUIPAMENTOS DE PROCESSO
2.1 - Trocadores de calor
Um trocador de calor ou permutador de calor é um dispositivo para transferência de calor eficiente de um meio para outro.Tem a finalidade de transferir calor de um fluido para o outro, encontrando-se estes a temperaturas diferentes. Os meios podem ser separados por uma parede sólida, tanto que eles nunca misturam-se, ou podem estar em contato direto.[1]^ Um permutador de calor é normalmente inserido num processo com a finalidade de arrefecer (resfriar) ou aquecer um determinado fluido. São amplamente usados em aquecedores, refrigeração, condicionamento de ar, usinas de geração de energia, plantas químicas, plantas petroquímicas, refinaria de petróleo, processamento de gás natural, e tratamento de águas residuais. Em muitos textos em inglês é abreviado para HX ( heat exchanger ).
Um exemplo comum de trocador de calor é o radiador em um carro, no qual a fonte de calor, a água, sendo um fluido quente de refrigeração do motor, transfere calor para o ar fluindo através do radiador ( i.e. o meio de transferência de calor). Em outras aplicações são usados para refrigeração de fluidos, sendo os mais comuns, óleo e água e são construídos em tubos, onde, normalmente circula o fluido refrigerante (no caso de um trocador para refrigeração). O fluido a ser refrigerado circula ao redor da área do tubo, isolado por outro sistema de tubos (similar a uma Serpentina (duto) que possui uma ampla área geometricamente favorecida para troca de calor.
O material usado na fabricação de trocadores de calor, geralmente possui um coeficiente de condutibilidade térmica elevado. Sendo assim, são amplamente utilizados o cobre e o alumínio e suas ligas.
Os permutadores de calor existem em várias formas construtivas consoante a aplicação a que se destinam, sendo as principais:
Quanto as fases, existem 2 tipos de trocadores de calor:
Monofásico, onde não há mudança de fase no fluido a ser refrigerado ou aquecido e Multifase, onde há mudança de estado físico do fluido.
Exemplo de trocadores de calor monofásicos: Radiador de água e intercooler (ou radiadores a ar).
Exemplo de trocadores de calor multifase : Condensador e evaporadores.
2.2 - Tubulação, válvulas e acessórios
PRINCIPAIS MATERIAIS PARA TUBOS
Empregam-se hoje em dia uma variedade muito grande de materiais para a fabricação de tubos só a A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) especifica mais de 500 tipos diferentes de materiais. Damos a seguir um resumo dos principais materiais usados:
Tubos metálicos:
Tubos não metálicos:
Tubulação Industrial e Estrutura Metálica Os aços inoxidáveis (stainless steel), são os que contém pelo menos 12% de cromo, o que Ihes confere a propriedade de não se enferrujarem mesmo em exposição prolongada a uma atmosfera normal. Todos as tubos de aços-liga são bem mais caros do que os de aço-carbono, sendo de um modo geral o custo tanto mais alto quanto maior for a quantidade de elementos de liga. Além disso, a montagem e soldagem desses tubos e também mais difícil e mais cara.
CORES PADRÃO DA TUBULAÇÃO Sinalização de Segurança é tratada na NR-26. Esta norma trata das fixações de cores padrão que devem ser usadas nos locais de trabalho para a prevenção de acidentes, identificando os equipamentos de segurança, delimitando áreas, identificando as canalizações empregadas para a condução de líquidos e gases, e advertindo contra riscos.
A NR-26 inicial trazia detalhes sobre o uso de cores e outros recursos diversos para identificação, incluindo sinalização para identificação de substâncias perigosas, de recipientes para movimentação de materiais e rotulagem preventiva. A atual está bem mais enxuta ( alterada pela Portaria SIT n.º 229, de 24 de maio de 2011 ) , a nova redação é:
26.1.2 As cores utilizadas nos locais de trabalho para identificar os equipamentos de segurança, delimitar áreas, identificar tubulações empregadas para a condução de líquidos e gases e advertir contra riscos, devem atender ao disposto nas normas técnicas oficiais
Por causa do item acima, entende-se que a NR-26 indica que devemos ter obediência a normas técnicas oficiais vigentes.
Neste artigo o nosso foco é falar sobre as cores de tubulações e cores para segurança. Para isto vamos seguir as normas ABNT NBR 6493 - Emprego das cores para identificação de tubulações e ABNT NBR 7195 - Cores para segurança.
MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS
PRINCIPAIS MEIOS DE IIGAÇÃO DE TUBOS
Os diversos meios usados para conectar tubos, servem não só para ligar as varas de tubos entre si, como também para ligar os tubos às válvulas, aos diversos acessórios, e aos equipamentos (tanques, bombas; vasos, etc.).
Os principais meios de ligação de tubos são os seguintes:
- Ligações rosqueadas (screwed joints).
- Ligações soldadas (welded joints).
- Ligações flangeadas (flanged joints).
- Ligações de ponta e bolsa (bell and spigot joints).
- Outros sistemas de ligação: ligações de compressão, ligações patenteadas etc.
