Guia essencial dos tubos sem costura: diferenças e utilizações

Os tubos sem costura são essenciais na construção, na energia, no fabrico e até nos transportes. Ao contrário dos tubos soldados, fabricados com juntas ou costuras, os tubos sem costura não têm qualquer costura. Por isso, oferecem resistência, durabilidade e fiabilidade sob pressão elevada e em situações exigentes. Este guia abrangente dá-lhe a conhecer os motivos pelos quais a tubagem é fabricada de determinada forma, os diferentes tipos de tubagem, as diferenças entre eles e as suas inúmeras utilizações. Quer seja um especialista da área que procura aprofundar os seus conhecimentos, quer tenha curiosidade sobre o mundo industrial, estas informações ajudarão a tomar decisões estratégicas. Continue a ler para perceber por que motivo os tubos sem costura são a opção de eleição para projetos complexos e como contribuem para a inovação e as infraestruturas modernas.

O que é um tubo sem costura?

Um tubo sem costura é fabricado a partir de um bilete sólido de aço ou de outro metal, sem soldaduras nem juntas, mantendo uma estrutura uniforme ao longo de todo o seu comprimento. O processo de fabrico consiste em forçar um bilete sólido através de uma fieira, sendo mais eficaz do que o dos tubos soldados, que apresentam pontos fracos devido às suas numerosas vulnerabilidades. O resultado é um tubo de elevada resistência e durabilidade, capaz de suportar pressão. Estas características tornam-no adequado para setores que operam em condições extremas, como os do petróleo, do gás e do processamento químico.

Compreender o processo de fabrico

O fabrico de tubos sem costura começa com um bilete cilíndrico sólido, que é aquecido a uma temperatura elevada. Em seguida, o bilete é perfurado com um mandril para formar um tubo oco, que é depois alongado até adquirir a forma necessária por laminagem ou extrusão. Como não é necessário soldar, esta técnica garante que não há qualquer costura do início ao fim. Os tubos fabricados desta forma são mais resistentes e suportam melhor a pressão, o que os torna ideais para aplicações industriais extremas.

Principais materiais utilizados nos tubos

• Aço: Utilizado frequentemente devido à sua resistência, durabilidade e capacidade para suportar pressão e temperatura elevadas. Os tipos mais comuns são o aço-carbono, o aço inoxidável e o aço ligado.
• Cobre: Conhecido pela elevada resistência à corrosão e pela excelente condutividade térmica. É útil em sistemas de canalização e aquecimento.
• PVC (policloreto de vinilo): Leve e económico. Como não sofre corrosão, é adequado para redes de abastecimento de água e drenagem.
• PEAD (polietileno de alta densidade): Flexível e resistente à corrosão, é uma opção para tubagens industriais e subterrâneas.
• Ferro fundido: Resistente e duradouro. É utilizado em redes de esgotos e drenagem, embora hoje em dia seja menos comum, devido aos avanços no fabrico de tubos sem costura segundo normas exigentes.

O papel dos tubos de aço no fabrico de tubos sem costura

Graças à sua versatilidade, resistência e capacidade para suportar ambientes de alta pressão, os tubos de aço desempenham um papel indispensável no fabrico de tubos sem costura. São utilizados em vários setores, como o do petróleo e do gás, a produção de energia e a construção, onde a durabilidade e a precisão são prioridades. O design sem costura elimina os pontos fracos que poderiam provocar um desempenho irregular em condições exigentes. Os tubos de aço também são uma opção sustentável e fiável para o fabrico, pois podem ser reciclados e têm uma vida útil longa.

Como é fabricado um tubo de aço sem costura?

Etapas do processo de fabrico de tubos sem costura

1. Preparação das matérias-primas: Antes do fabrico dos tubos de aço sem costura, os biletes ou as barras de aço são inspecionados para garantir que são de elevada qualidade.
2. Aquecimento: Para preparar o aço para o processamento ponghe, o bilete tem de ser novamente aquecido num forno a uma temperatura específica.
3. Perfuração: Formam-se cavidades centrais nos biletes aquecidos, escavando todo o material com passagens pelas bitolas e pelo conjunto rotativo.
4. Alongamento: O tubo perfurado é laminado ou puxado para atingir o comprimento necessário e a espessura de parede pretendida.
5. Corte à medida e marcação: A lista de dimensões dos diâmetros interno e externo indica ações com um grau máximo de rugosidade, cilíndrica em comparação com outras, para controlar os parâmetros medidos e obter a classe ideal.
6. Arrefecimento: A estrutura estabiliza depois de os tubos serem temperados ao ar ou em água, que arrefece os tubos de aço formados.
7. Acabamento: Foram desenvolvidas regras de conceção e qualidade para que as interseções pudessem ser endireitadas e as superfícies, tratadas.
8. Inspeção e ensaios: Na última etapa, verificam-se as dimensões das peças medidas, as fiadas da área do Golfo e os intervalos de inspeção por ultrassons, para garantir que o tubo está corretamente colocado nos vedantes, com os anéis de fecho, e avaliam-se os requisitos de abertura.

Importância da perfuração central no fabrico

A perfuração central é essencial no fabrico, pois garante que o diâmetro interno e a espessura da parede do tubo são uniformes. Esta etapa é necessária para os tubos sem costura, que precisam de uma estrutura uniforme para terem a resistência necessária para suportar pressões e temperaturas em diversas aplicações. Uma perfuração central precisa melhora a exatidão dimensional e a integridade estrutural, ajudando a cumprir as normas exigentes do setor e a melhorar o desempenho do produto.

Diferenças entre o fabrico de tubos sem costura e de tubos soldados

Para fabricar tubos sem costura, aquece-se um bilete sólido e perfura-se para criar um tubo oco sem juntas nem soldaduras. Este método produz uma estrutura uniforme e mais resistente, adequada a ambientes de alta pressão e temperatura. Em contrapartida, os tubos soldados são fabricados a partir de chapas ou bobinas de aço planas, que são laminadas e soldadas ao longo do seu comprimento. Embora este método seja mais económico, a soldadura da costura é mais fraca, pelo que os tubos são adequados apenas para aplicações de baixa pressão.

Quais são as vantagens dos tubos sem costura e dos tubos soldados?

Vantagens da utilização de tubos de aço sem costura

Os tubos de aço sem costura oferecem inúmeras vantagens em aplicações nas quais a resistência, a durabilidade e a fiabilidade são essenciais. Uma das principais é a capacidade para suportar pressões mais elevadas, uma vez que não têm costura soldada, que constitui um ponto fraco fundamental. Estas características tornam os tubos sem costura particularmente adequados para aplicações críticas, como gasodutos, refinarias de petróleo e até centrais nucleares. Outra vantagem importante dos tubos de aço sem costura é a uniformidade da sua resistência e estrutura. A uniformidade começa durante o fabrico, realizado por extrusão contínua, que confere ao aço uma estrutura homogénea e consistente. Esta uniformidade e homogeneidade proporcionam maior resistência à corrosão e à fissuração sob tensão, o que é fundamental em aplicações em ambientes agressivos. Além disso, os tubos sem costura apresentam maior precisão dimensional e superfícies internas mais lisas, o que reduz as perdas por atrito no transporte de fluidos e gases. Segundo dados do setor, os tubos sem costura podem atingir uma rugosidade superficial inferior a 1% do seu diâmetro, o que os torna muito eficientes na preservação da dinâmica do caudal. Esta combinação singular de resistência, precisão e fiabilidade faz dos tubos de aço sem costura uma opção preferencial para aplicações industriais de elevado desempenho, mesmo em condições de funcionamento agressivas.

Comparação entre aço sem costura e aço soldado

O aço sem costura é fabricado sem costuras nem soldaduras, o que lhe confere uma estrutura uniforme e bastante duradoura. É conhecido pela sua capacidade para suportar esforços, pressão e condições extremas. Em contrapartida, o aço soldado é fabricado por laminagem e soldadura de chapas ou tiras metálicas, ficando com uma costura de soldadura visível. Embora seja económico e adequado a muitas utilizações, a costura pode constituir um ponto fraco sob alta pressão ou carga. O aço sem costura é preferido em aplicações de elevada criticidade, que exigem o melhor desempenho e fiabilidade da sua categoria. Por outro lado, o aço soldado é mais indicado para necessidades operacionais moderadas, por ser mais barato e fácil de obter.

Aplicações no setor do petróleo e do gás

O aço soldado é amplamente utilizado no setor do petróleo e do gás em condutas, componentes estruturais e reservatórios de armazenamento. O baixo custo e a facilidade de fabrico tornam-no adequado ao transporte de fluidos e gases a pressões baixas ou moderadas. Também é utilizado na construção de plataformas offshore e refinarias, onde a resistência e a facilidade de acesso são essenciais. No entanto, em aplicações terrestres sujeitas a alta pressão ou a condições ambientais mais agressivas, pode continuar a utilizar-se aço sem costura devido à sua resistência superior.

Quais são as principais especificações dos tubos de aço-carbono sem costura?

Compreender a espessura da parede e a sua importância

A espessura da parede dos tubos de aço-carbono sem costura influencia o seu desempenho, vida útil e gama de aplicações. Esta especificação é fundamental para as operações industriais. Os tubos de aço-carbono sem costura estão disponíveis com várias espessuras para diferentes utilizações. A espessura do tubo ajuda a determinar os esforços que consegue suportar, como pressão interna, cargas externas e variações de temperatura. Por exemplo, as condutas de transporte de petróleo e gás precisam de tubos com paredes mais espessas, uma vez que operam em ambientes de alta pressão. No extremo oposto, os setores automóvel e aeroespacial tendem a utilizar tubos mais finos, cujo peso reduzido ajuda a diminuir o peso total do equipamento. As classificações normalizadas, como ASTM A106 e ASTM A53, estabelecidas pela American Society for Testing and Materials (ASTM), incluem agora critérios relativos à espessura da parede que respondem às necessidades do setor. Os tubos são frequentemente classificados por séries, desde Schedule 10 (parede fina) a Schedule 160 (parede espessa), cada uma com limites definidos de temperatura e pressão. Por exemplo, um tubo de aço sem costura de tamanho nominal 4-inch, Schedule 40, tem uma espessura de parede de 0.237 inches, o que lhe permite suportar pressão moderada. A escolha correta da espessura da parede também garante o cumprimento das normas de segurança e do setor, mantendo os custos controlados. A relação entre resistência mecânica e consumo de material torna essencial compreender a espessura da parede para os engenheiros e outros profissionais envolvidos na conceção e operação de sistemas de tubagens.

Normas de especificação mais comuns

Para garantir a segurança, a fiabilidade e a compatibilidade adequadas dos sistemas de tubagens, foram estabelecidas várias normas fundamentais. Seguem-se algumas das mais reconhecidas:

• ASME B31.3 (tubagem de processo): Incide sobre o funcionamento e os ensaios da tubagem, bem como sobre outros processos nas instalações químicas e nas tubagens de refinarias.
• Normas ASTM International: Definem especificações de materiais como ASTM A106, que abrange tubos de aço-carbono sem costura para temperaturas elevadas.
• Normas API (American Petroleum Institute): Abrangem os restantes sistemas de tubagens do setor do petróleo e do gás, em particular a API 5L, que especifica tubos para condutas.
• ISO 9001 (sistemas de gestão da qualidade): Abrange as verificações destinadas a garantir a produtividade e a qualidade durante a conceção e o fabrico de componentes para tubagens.

O cumprimento dos requisitos definidos nas normas acima é essencial para satisfazer as exigências regulamentares, preservar a integridade do sistema e otimizar o desempenho em aplicações específicas.

Resistência à corrosão do aço-carbono sem costura

A resistência à corrosão do aço-carbono sem costura varia consoante a combinação de etapas, composição, ambiente e tratamento de superfície. O aço-carbono comum oxida e enferruja em ambientes húmidos e corrosivos. Estes ambientes são agressivos, mas o revestimento ou a adição de elementos de liga podem aumentar significativamente a durabilidade. A adição de elementos de liga, como crómio, molibdénio e níquel, melhora a resistência à corrosão. O exemplo do aço inoxidável refere-se a 1-1,5% de crómio, que forma uma barreira protetora contra a humidade, aumentando assim a resistência à oxidação. A utilização de pequenas quantidades de molibdénio (0,2-0,5%) melhora a resistência à corrosão por picadas e em frestas, sobretudo em ambientes ricos em cloretos. Os dados dos ensaios de corrosão indicam que os tubos de aço-carbono com revestimentos protetores, como camadas de epóxi ou polietileno, têm uma vida útil de 10 to 15 years em ambientes moderadamente corrosivos. A aplicação de proteção catódica também reduz a velocidade da reação eletroquímica e, assim, prolonga a vida útil do sistema. É possível minimizar a corrosão em tubos ERW e sem costura através de operações de manutenção periódica, como inspeção, limpeza e aplicação de inibidores sempre que necessário. Por esse motivo, o aço-carbono sem costura pode ser utilizado em diferentes componentes, como tubagens no setor do petróleo e do gás, onde é necessária uma resistência à corrosão controlada. Em algumas aplicações específicas, a adição de outros elementos de liga e os tratamentos de superfície especiais são mais eficazes para proporcionar estas características.

Como influencia a diferença entre tubos sem costura e soldados a escolha do tubo?

Escolher com base no material e na aplicação do tubo

Ao escolher entre tubos sem costura e tubos soldados, tenha especialmente em conta a finalidade da aplicação e as propriedades do material. Como não têm costuras soldadas, que poderiam constituir pontos fracos, os tubos sem costura são muitas vezes preferidos em aplicações de alta pressão e em ambientes que exigem elevada resistência e uniformidade. Em contrapartida, os tubos soldados são económicos e adequados a aplicações de baixa pressão, desde que a soldadura cumpra as normas operacionais. A ponderação de fatores como a pressão nominal, os limites de temperatura e o risco de corrosão ajuda a escolher entre tubos sem costura e tubos soldados e a tomar uma decisão mais informada. Na indústria moderna, ambas as opções oferecem vantagens específicas que podem ser ajustadas às restrições operacionais e às normas do setor.

Avaliar as necessidades de temperatura elevada

Ao avaliar requisitos de temperatura elevada, dê preferência a materiais com um historial comprovado de resistência térmica e estabilidade durante uma exposição prolongada. As ligas de aço inoxidável 310S ou 316 são frequentemente utilizadas, pois não se degradam significativamente ao longo do tempo a temperaturas elevadas. Considere também adicionar isolamento térmico para melhorar a eficiência operacional e a segurança. Verifique se os materiais cumprem as normas do setor e os documentos legais aplicáveis à utilização de materiais em ambientes de temperatura elevada. É necessário manter uma vigilância ativa e realizar operações de manutenção periódica para atenuar a tensão térmica e o desgaste associado ao longo do tempo.

Utilizações de tubos soldados e sem costura em linha

Os tubos soldados e sem costura têm vantagens e desvantagens próprias, que variam consoante a aplicação. Os tubos soldados tendem a ser mais baratos e mais facilmente disponíveis em diâmetros maiores, o que os torna úteis em muitas aplicações com pressões nominais moderadas. Em contrapartida, os tubos sem costura, que não são soldados, oferecem maior resistência e uniformidade, sendo mais adequados a aplicações de alta pressão e temperatura, bem como a utilizações críticas. A decisão sobre o tubo a utilizar deve ter em conta os requisitos operacionais, a pressão e a temperatura do ambiente e as limitações orçamentais.

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O que é um tubo de aço inoxidável sem costura?

R: Um tubo de aço inoxidável é um dos vários tipos de tubos fabricados a partir de biletes de liga de aço sólido, sujeitos a diferentes processos de fabrico. A sua característica distintiva é a ausência de uma costura de soldadura. Um tubo sem costura é mais resistente e suporta pressões superiores às de um tubo soldado. Muitas empresas de produção de energia e refinarias, entre outras, utilizam tubos sem costura pela sua elevada resistência e fiabilidade.

P: Em que difere um tubo sem costura de um tubo soldado por resistência elétrica (ERW)?

R: A principal diferença entre tubos sem costura e tubos ERW está no processo de fabrico. Os tubos sem costura começam por ser peças fundidas ou biletes de aço sólido, que são aquecidos e moldados em forma cilíndrica. Já os tubos ERW são fabricados dobrando chapas de aço em forma de tubo e unindo as extremidades por soldadura. Assim, o tubo sem costura não tem soldadura, enquanto o tubo ERW tem uma, o que determina a resistência e a tolerância à pressão dos tubos.

P: Que setores da indústria utilizam tubos soldados e sem costura?

R: Tal como acontece com todos os tubos, os tubos soldados e sem costura têm diferentes aplicações nos vários setores da indústria. Os tubos sem costura são geralmente utilizados em sistemas de tubagens de processo e de transporte de energia na produção de energia e nas refinarias, pois estas aplicações exigem frequentemente pressão e temperatura elevadas. Os tubos soldados, incluindo os ERW, são utilizados em aplicações de baixa pressão e são mais comuns no transporte de água, gás e outros fluidos, devido ao preço económico e à maior disponibilidade em diâmetros grandes.

P: Que efeito tem o aço inoxidável nos tubos sem costura?

R: O aço inoxidável proporciona elevada resistência e durabilidade aos tubos sem costura, além de lhes conferir um nível adequado de resistência à corrosão. É particularmente útil em ambientes corrosivos ou com temperaturas elevadas. Os tubos de aço inoxidável sem costura são adequados às operações dos setores químico, petroquímico e de processamento alimentar.

P: Como se processa a soldadura por resistência elétrica?

R: O processo começa com a colocação de chapas de aço espessas, que são depois enroladas para formar um cilindro. Em seguida, faz-se passar uma corrente elétrica pela costura e soldam-se as extremidades. Embora crie uma ligação resistente, o processo deixa uma costura de soldadura ao longo do tubo.

P: Que fatores determinam a espessura do tubo?

R: A espessura da parede, ou espessura do tubo, é determinada pelo tamanho nominal do tubo e pelas exigências da aplicação, como os limites de pressão e temperatura. Além disso, a espessura influencia a capacidade do tubo para suportar pressão interna e externa.

P: Qual é a importância do código ASME no setor dos tubos?

R: O código da American Society of Mechanical Engineers (ASME) define a construção, a montagem e a inspeção de tubos, tanto ERW como sem costura, bem como de diversos dispositivos utilizados em diferentes setores da indústria. O cumprimento dos códigos ASME garante que os tubos são fabricados de acordo com as práticas recomendadas de segurança e qualidade, o que é essencial nos processos de alta pressão e temperatura.

P: Pode explicar a diferença entre tubos de aço ligado e tubos de aço-carbono?

R: Aos tubos de aço ligado são adicionados vários elementos de liga, como níquel, crómio ou alumínio, que melhoram as suas propriedades mecânicas, incluindo a resistência à corrosão e a resistência mecânica. Por outro lado, os tubos de aço-carbono são fabricados com carbono e ferro, o que os torna mais económicos, mas menos resistentes à corrosão do que os tubos de aço ligado. A escolha do tipo a utilizar depende sobretudo das especificações da aplicação.

P: Que acessórios para tubagem são utilizados com tubos soldados e sem costura?

R: Os acessórios para tubagem utilizados com tubos soldados e sem costura incluem cotovelos, tês, redutores e flanges. Servem para alterar a direção do caudal, ligar tubos separados ou modificar a dimensão da conduta. A escolha dos acessórios depende inteiramente do tipo de tubo, do material e da utilização prevista.

Fontes de referência

1. Comparação do comportamento à fadiga e à fratura de tubos de aço soldados e sem costura em hidrogénio gasoso

• Autores: C. San Marchi et al.
• Ano de publicação: 2024
• Revista: Atas da RDPS 2024
• Resumo: Este trabalho analisa o crescimento de fissuras por fadiga (FCG) e a tenacidade à fratura de tubos de aço soldados e sem costura em hidrogénio gasoso de elevada pureza (H2), a uma pressão de 210 bar. O estudo observou que diferentes microconstituintes nos aços apresentavam taxas de crescimento de fissuras por fadiga (FCG) praticamente iguais em GH2, com taxas de crescimento de fissuras até 30 vezes superiores em GH2, comparativamente com o ar. O tipo de microestrutura também afetou a resistência à fratura, que se situou entre 80 e 110 MPa √m.
• Metodologia: Foram realizados ensaios de crescimento de fissuras por fadiga (FCG) e de fratura in situ em provetes de tração compactos, retirados de diferentes regiões de um tubo de aço X70 e de uma microestrutura de tubagem X65 sem costura(Marchi et al, 2024).

2. PR328-223813-R01 Verificação de materiais no local para tubos sem costura e acessórios para tubagem 

• Autores: R. M. Archive, Ravi Krishnamurthy
• Data de publicação: 30/04/2024
• Resumo: Este relatório avalia a tensão de cedência e a resistência à tração, medidas por métodos destrutivos, de acessórios para tubagem e tubos de transporte sem costura, comparando-as com as estimativas fornecidas por quatro fornecedores de tecnologia para inspeção no local. A investigação salienta a falta de dados públicos sobre tubos de transporte sem costura, em comparação com tubos de transporte soldadostubulações, e avalia o desempenho de vários fornecedores através de uma análise comparativa cega.
• Metodologia: O relatório recorreu a ensaios destrutivos para avaliar as características dos materiais de tubos sem costura e acessórios para tubagem, validando-as face às previsões dos fornecedores, conforme descrito em (Archive & Krishnamurthy, 2024).

3. Microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à corrosão do aço supermartensítico UNS S41426: comparação entre tubos forjados e tubos sem costura laminados a quente

• Autores: I. P. Baptista et al.
• Ano de publicação: 2022
• Revista: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
• Resumo: Este trabalho analisa a microestrutura e as propriedades mecânicas do aço supermartensítico UNS S41426, comparando tubos forjados com tubos sem costura laminados a quente. Os resultados mostraram que os dois processos convencionais de fabrico dos tubos originaram variações nas propriedades mecânicas e na resistência à corrosão.
• Metodologia: Os tubos de aço foram comparados com base em ensaios metalográficos, ensaios mecânicos e ensaios de resistência à corrosão (Baptista et al., 2022, pp. 2643–2653).