APLICAÇÕES PARA TUBULAÇÕES: UM ESTUDO DOS EFEITOS DA EXPANSÃO TÉRMICA NOS SISTEMAS DE SUPORTE

Em muitos casos, as plantas industriais são afetadas pelo transporte de fluidos ou gases em altas temperaturas, que também mudam nas diferentes fases de operação da planta ou produção. Em outros casos, os tubos são expostos a condições climáticas mais extremas. Em ambas as circunstâncias, um tubo metálico pode sofrer alongamento devido a variações de temperatura e, portanto, torna-se essencial estudar suas possíveis expansões e as consequentes forças adicionais aplicadas aos suportes.

Como definir expansões térmicas?

A expansão térmica é definida como a variação do comprimento de um tubo que sofre uma determinada diferença de temperatura, onde esta é a diferença entre a temperatura de trabalho e a de montagem. A expansão térmica neste caso dependerá de três fatores:

• Comprimento do tubo à temperatura ambiente

• Coeficiente de expansão térmica do material do tubo

• Variação da temperatura de operação para a temperatura ambiente

O que ocorre no caso de uma expansão não controlada das tubulações?

Os sistemas que integram as estruturas aos elementos de suporte podem se danificar, por isso é importante estudar e controlar as expansões para não avariar o próprio sistema, os sistemas adjacentes e as estruturas às quais o sistema está conectado.

Vamos imaginar que temos um tubo cuja suportação foi dimensionada apenas para sustentar cargas gravitacionais verticais. Este tubo está sujeito a uma certa variação de temperatura ΔT que causa um certo alongamento ΔL. Se essa expansão não for controlada, um efeito pode ser o mostrado abaixo, ou seja, um deslocamento horizontal que levará a uma elevação do tubo, deformando também os suportes estáticos. Isso pode levar à quebra dos elementos de conexão do próprio tubo, à mudanças de direção, à deformação dos suportes e outros danos à estrutura.

Como impedir os danos e controlar as deformações de um tubo sujeito à expansão térmica?

É possível evitar danos em tubulações ou estruturas como resultado da expansão térmica, estudando o sistema em sua complexidade e avaliando os pontos fixos (onde o movimento é evitado), os pontos flexíveis ou controles deslizantes, onde o movimento da direção é axial, e, finalmente, as áreas de compensação.

O princípio é reduzir ou eliminar completamente as tensões induzidas pelo efeito térmico no tubo, fixando-o assim em um ponto (através de pontos fixos) e compensando a expansão através de elementos dedicados, que podem ser:

• Compensadores naturais: formados por cotovelos ou desvios de tubos

• Juntas de expansão artificiais: formadas por elementos pré-industrializados, como juntas de expansão elastoméricas

Isso pode ser feito das 3 maneiras a seguir:

• Coloque um ponto fixo em um lado do tubo e permita a expansão do lado oposto através de um compensador natural ou artificial

• Coloque um ponto fixo no centro do tubo e permita a expansão para ambos os lados do tubo

• Coloque dois pontos fixos nas extremidades do tubo e deixe o deslocamento no centro do tubo

Onde colocar os pontos fixos?

Geralmente é uma boa regra colocar um ponto fixo no centro de uma seção reta de um tubo com mais de 10 m e, consequentemente, definir o deslocamento por meio de compensadores naturais e artificiais.

Precisamente por esta razão, é importante dividir o sistema em:

• Zona fixa (perto de pontos fixos)

• Zona de expansão (entre a zona fixa e a zona livre para movimentação)

• Área de compensação (em correspondência com o compensador natural ou artificial)

É importante considerar que na área de expansão é necessário levar em consideração o uso de elementos que permitam o movimento do tubo no sentido axial na seção entre a área fixa e a área de compensação. De fato, na zona de expansão é necessário apoiar estaticamente o tubo e permitir o movimento na direção axial por meio de controles deslizantes. Abaixo está um exemplo, onde os elementos em vermelho representam os pontos fixos (área travada), os suportes em preto estão na área de expansão, enquanto o elemento destacado em verde representa um compensador.

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