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7/29/2019 Projetista de Tubulao_ II-MATERIAIS
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Prof. Luis Dantas
7/29/2019 Projetista de Tubulao_ II-MATERIAIS
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II-MATERIAISII.1 Materiais utilizados na fabricao de tubos
II.1.1. Ao com teor de carbono at 2%II.1.2. Ao ligaII.1.3. Teor de carbono acima de 2% - Ferro fundidoII.1.4. O cobre e outras ligas no ferrosas
II.2. Fatores de influncia na seleo de materiais para confeco de tubosII.3. Especificao de material para tubos de ao
II.3.1. Aos CarbonoII.3.2. Aos LigadosII.3.3. Aos de alta resistncia e baixa liga (ARBL)
II.4. Principais propriedades dos materiais para os tubosII.4.1. Tubos fabricados em Ao carbono
II.4.2. Tubos fabricados em ao inoxidvelII.4.3. Tubos fabricados em ferro fundidoII.5. Recomendaes e normas aplicadas a tubos de ao em geral
II.5.1. Recomendaes para os tubos fabricados em ao- liga sem costuraII.5.2. Recomendaes para os tubos mecnicos - sem costuraII.5.3. Recomendaes para os tubos de ao - carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4. Recomendaes para os tubos eletrodutos tipo galvanizados
II.6. Principais normas de aplicao de tubos existentes no mercado
II.6.1. Normas utilizadas para fabricao de tubos para troca trmicaII.7. Exerccios
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II-MATERIAIS
INTRODUO
II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%II.1.2 Ao liga
II.1.3 Teor de carbono acima de 2% - FerrofundidoII.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas
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Os materiais slidos tm sido convenientemente
agrupados em trs classificaes bsicas, metais,
cermicos e polmeros.
Adicionalmente a essas classificaes bsicas, existem
trs outros grupos de materiais importantes na engenharia:
os compsitos, os semicondutorese os biomateriais.
MATERIAISINTRODUO
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Os referidos materiais slidos so classificados em seis grupos
principais, a saber: Materiais metlicos: so, normalmente, combinaes de elementosmetlicos;
Materiais cermicos: so compostos situados entre os elementosclassificados como metlicos e no metlicos;
Materiais polmeros: compreendem os materiais comuns, compostosde plsticos e borrachas;
Materiais compsitos: consistem de mais de um tipo de material, etm sido de composio desenvolvida pela engenharia;
Materiais semicondutores: possuem propriedades eltricas que so
intermedirias entre aquelas apresentadas pelos condutores eltricos epelos materiais isolantes;
Biomateriais: so empregados em componentes destinados implantao no interior do corpo humano para fins de substituio departes do corpo doente ou peas danificadas.
MATERIAISINTRODUO
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Um metal, de determinado tipo, assim como qualquer outra
substncia ou matria, formada por elementos qumicos sendo,
geralmente, descrito como um aglomerado de tomos, de carter
metlico, em que os eltrons da camada de valncia fluem
livremente.A maioria dos metais quimicamente estvel, com a exceo
notvel dos metais alcalinos e alcalino-terrosos.
Vale lembrar que os no-metais so mais abundantes nanatureza do que os metais, mas estes ltimos, de fato, constituem a
maioria dos elementos da tabela peridica. Alguns metais bem
conhecidos so abaixo listados:
MATERIAISINTRODUO
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o
Alumnio;
o Cobre;
o Ouro;
o Ferro;
o Prata;
o Titnio;
o Urnio;
o Zinco.
MATERIAISINTRODUO
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MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
Liga metlica - Liga uma mistura, com propriedades especficas, que
contm, ao menos, dois elementos metlicos. Eis os exemplos abaixo:
Ao(ferro, carbono e outros);
Lato(cobre e zinco);
Bronze(cobre e estanho, podendo ainda conter outros elementos);
Duralumnio(alumnio e cobre, podendo ainda conter outros elementos).
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
Geralmente, materiais puros no renem todas as qualidadesnecessrias para uma determinada utilizao tcnica.
Praticamente todos os aos contm, alm do carbono, os elementossilcio e o mangans. Os elementos enxofre e fsforo encontram-setambm presentes como impurezas. Aos inoxidveis contm, alm doselementos existentes nos aos normais, os elementos cromo, nquel e, emalguns casos, o molibdnio.
Quando os aos possuem elementos de adio que acrescentamcaractersticas especiais ao ao, como aumento da resistncia corroso,aumento da resistncia temperatura, aumento da resistncia dureza eaumento da resistncia trao e outras caractersticas, so classificadoscomo aos especiais.
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
Os aos especiais podem conter os elementos: cobalto, vandio,
tungstnio, alumnio, cobre, boro e outros.
Como os metais possuem a caracterstica de se oxidarem, quando
expostos ao oxignio, o metal combina-se com o oxignio formando
um xido, que no possui algumas das principais propriedades dos
metais como o brilho e a ductilidade.
No ferro, por exemplo, a esta camada de xido dado o nome de
ferrugem.
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
A forma original da maioria dos metais encontrados na
natureza combinada ao oxignio, e, depois de purificada, d
origem ao metal puro.
As mais conhecidas formas de minerais metlicos so a
bauxita (alumnio) e a hematita (ferro).
Alguns, contudo, podem ser encontrados na forma pura
como a platina, o ouro e a prata.
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
A indstria petroqumica vem, ao longo dos anos,
trabalhando em conjunto com seus fornecedores de
tubos e caldeiraria, no entendimento dos mecanismos
de falhas dessas aplicaes e no desenvolvimento de
novos materiais para aumentar a segurana e a
confiabilidade dos processos.
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
A tecnologia do uso de ligas metlicas na composio de tubos de
caldeiraria para as indstrias no setor de fabricao proporcionou melhoria
nas operaes.
Como avanos tecnolgicos, surgiram os aos inox duplex, e os super
duplex e o recurso tecnolgico da utilizao de ligas com adio de alumnio
nos aos refratrios, possibilitando atingir temperaturas de operao por
volta de 1100 C.
Neste caso, uma aplicao especfica para os fornos de pirlise. Afabricao deste tipo de tubo se faz pelo processo de fundio por
centrifugao, o que leva produo de tubos conhecidos como tubos
fundidos e centrifugados.
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
O uso de materiais especiais para fabricao de tubos, tais como
ao-duplex e ligas de ao, contribuiu para uma revoluo tecnolgica.
A partir de ento, produziram-se tubos com parede com capacidade
de poder suportar temperaturas de valores entre 1000 e 1100C.
MATERIAISINTRODUO
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Composto de materiais slidos
O desafio, tanto para tubos quanto para caldeirarias, a fabricao
de equipamentos e materiais (ligas de ao) que suportem altssimas
temperaturas em torno de 800C, o que permite melhor desempenho dos
equipamentos.
As usinas siderrgicas tm evoludo com a produo de materiais
cada vez mais "ligados" adquirindo maior domnio na elaborao de
frmulas que atendam cada necessidade, ou seja, observa-se umamelhoria no processo produtivo, sem perder de vista o meio como estes
materiais devem ser ligados (processo de soldagem).
MATERIAISINTRODUO
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II-MATERIAIS
II.1 Materiais utilizados na fabricao detubos
II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%
II.1.2 Ao ligaII.1.3 Teor de carbono acima de 2% - Ferrofundido
II.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas
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Materiais utilizados na fabricao de tubos
Como j mencionado, o ao uma liga ferro-carbono, produzida
nas usinas siderrgicas, na maioria das vezes, pelo refino do ferro
gusa (obtido em altos-fomos pela transformao do minrio de
ferro), pela refuso de sucatas e, para a obteno em menor
quantidade, pela reduo direta do minrio.
Estas ligas ferrosas so conhecidas como ao.
Comercialmente, todo ao produzido pode ser dividido em 2
grupos: aos no ligados e aos ligados.
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Materiais utilizados na fabricao de tubos
Aos no ligados: So aqueles que no possuem
nenhum elemento de liga (p.ex. Cromo (Cr), Nquel (Ni),
Molibdnio (Mo) etc), isto , em sua composio qumica
constam predominantemente Ferro (Fe), alm de Mangans
(Mn), Silcio (Si), Fsforo (P) e Enxofre (S) e, principalmente, o
Carbono (C).
Esse elemento, conforme o seu teor percentual, ir
aumentar ou diminuir a resistncia do ao
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Materiais utilizados na fabricao de tubos
Aos ligados:os acrscimos de elementos de liga
especficos (Cromo (Cr), Nquel (Ni), Molibdnio (Mo),
Tungstnio (W), Vandio (V), etc), conferem ao ao, conforme
a sua aplicao, diversas propriedades, sejam elas deresistncia, de elasticidade, de temperabilidade, de resistncia
corroso, de tenacidade etc.
Portanto, a estrutura e as propriedades dos aosdependem do teor de Carbono ou da presena ou no de
elementos de liga (aos ligados) neles contidos.
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Materiais utilizados na fabricao de tubos
Ligas terrosas - As ligas terrosas so, em princpio, divididas
em dois grupos:
Aos, com teores de carbono (C) at 2,0%.
Ferros fundidos, com teores de carbono (C) acima de 2,0%
e raramente superior a 4,0%.
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II-MATERIAIS
II.1 Materiais utilizados na fabricao detubos
II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%
II.1.2 Ao ligaII.1.3 Teor de carbono acima de 2% - Ferrofundido
II.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas
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Ao com teor de carbono at 2%
Liga ferro-carbono (ao ligado) contendo geralmente de0,008% at cerca de 2,0% de carbono (C), alm de certos
elementos residuais, como o mangans (Mn), o silcio (Si), o
fsforo (P) e o enxofre (S) resultantes dos processos de
fabricao.
As caractersticas principais do ao carbono esto
relacionadas na tabela 2.1. A tabela 2.2 apresenta os usos
gerais dos aos em funo de seus teores de carbono (C),
bem como a maleabilidade e soldabilidade dos mesmos.
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Ao com teor de carbono at 2%
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Ao com teor de carbono at 2%
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II-MATERIAIS
II.1 Materiais utilizados na fabricao detubos
II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%
II.1.2 Ao ligaII.1.3 Teor de carbono acima de 2% - Ferrofundido
II.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas
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Ao liga
So aos que recebem a adio de um ou mais
elementos de liga no processo de fabricao, conforme a
finalidade a que se destinam.
Os elementos de liga mais usuais so: nquel (Ni),
cromo (Cr), vandio (V), cobalto (Co), silcio (Si), mangans
(Mn), tungstnio (W), molibdnio (Mo) e alumnio (Al). A tabela
2.3 abaixo relaciona os aos ligados.
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Ao liga
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Ao ligaAo inoxidvel
Caracteriza-se, fundamentalmente, por resistir corroso
atmosfrica, embora possa igualmente resistir ao de outrosmeios gasosos ou lquidos.
Os aos adquirem passividade (estado de certos metais queno reagem na presena de agentes oxidantes fortes por terem a
superfcie recoberta por um filme inativo), quando ligados comalguns outros elementos metlicos.
O cromo (Cr) , de fato, o elemento mais importante, pois o mais eficiente de todos, quando empregado em teores acima de
10%. Os aos inoxidveis so, portanto, aos de alta liga, contendode 12% a 26% de cromo (Cr), at 22% de nquel (Ni) efrequentemente pequenas quantidades de outros elementos de ligacomo nquel (Ni); em menor grau, o cobre (Cu); o silcio (Si); omolibdnio (Mo) e o alumnio (Al).
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Ao ligaEfeitos dos Elementos de Liga
Devido s necessidades industriais, a pesquisa e aexperincia levaram descoberta de aos especiais, mediante
a adio e a dosagem de certos elementos ao ao carbono.
Conseguiram-se assim aos-liga com caractersticas
tais como, resistncia trao e corroso, elasticidade,
dureza etc. bem melhores do que as do ao carbono comum.
A tabela 2.4 apresenta os elementos de liga comumente
empregados pela indstria e seus efeitos.
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Ao ligaEfeitos dos Elementos de Liga
Elementos de liga Efeitos
Alumnio (Al) Desoxida o ao. No processo de tratamento termo-qumico chamado nitretao, combina-se como nitrognio, favorecendo a formao de uma camada superficial durssima.
Carbono (C) A quantidade de carbono influi na dureza, no limite de resistncia e na soldabilidade.
Cobalto (Co) Cobalto em associao com o tungstnio aumenta a resistncia dos aos ao calor.
Cromo (Cr)O cromo confere ao ao alta resistncia, dureza, elevado limite de elasticidade e boa
resistncia corroso em altas temperaturas.
Enxofre (S) E um elemento prejudicial ao ao. Enfraquece a resistncia do ao. E considerado comoimpureza.
Fsforo (P) Em teores elevados torna o ao frgil e quebradio. E considerado como impureza.
Mangans (Mn)O mangans, quando adicionado em quantidade conveniente, aumenta a resistncia do ao ao
desgaste e aos choques, mantendo-o dctil.
Molibdnio (Mo) Sua ao nos aos semelhante do tungstnio. Emprega-se geralmente com cromo.
Nquel (Ni) Foi um dos primeiros metais utilizados com sucesso para dar determinadas qualidades ao ao. Onquel aumenta a resistncia e a tenacidade do ao.
Silcio (Si)Torna o ao mais duro e tenaz. E um elemento purificador e tem o efeito de isolar ou suprimir o
magnetismo.
Tungstnio (W) geralmente adicionado aos aos com outros elementos. O tungstnio aumenta a resistncia ao
calor, a dureza, a resistncia ruptura e o limite de elasticidade.
Vandio (V)Melhora, nos aos, a resistncia trao, sem perda de ductilidade, e eleva os limites de
elasticidade e de fadiga.
Tabela 2.4 - Elementos de liga usado em um ao liga - Fonte: www.aquanex.com.br
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II-MATERIAIS
II.1 Materiais utilizados na fabricao detubos
II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%
II.1.2 Ao ligaII.1.3 Teor de carbono acima de 2% - Ferrofundido
II.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas
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Teor de carbono acima de 2% - Ferro fundido
Os ferros fundidos so ligas de ferro (Fe) e carbono (C)com alto teor de carbono.
Em mdia, possuem de 3% a 4% de carbono em suacomposio. A temperatura de fuso dos ferros fundidos decerca de 1200C.
Sua resistncia trao da ordem de 10 a 20kgf/mm2.
Na fabricao, as impurezas do minrio de ferro e docarvo (coque), deixam no ferro fundido pequenasporcentagens de silcio (Si), mangans (Mn), enxofre (S) efsforo (P).
O silcio (Si) favorece a formao de um tipo particularde ferro fundido conhecido como ferro fundido cinzento.
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Teor de carbono acima de 2% - Ferro fundido
Os ferros fundidos classificam-se ento, segundo
quantidade do carbono presente, nas seguintes categorias:
Ferro fundido cinzento ou lamelar
Ferro fundido nodular ou dctil
Ferro fundido malevel ou branco
Ferro fundido temperado
Ferro fundido especial
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Teor de carbono acima de 2% - Ferro fundido
Nos ferros fundidos, em geral, as propriedadesmecnicas so inferiores s dos aos, e podem serconsideravelmente modificadas pela adio de elementos deliga e tratamentos trmicos adequados.
Os ferros fundidos podem substituir os aos, maisadequados, em muitas aplicaes.
Por exemplo, as estruturas e os elementos deslizantes
de mquinas so construdos, quase sempre, em ferrofundido, devido maior capacidade de amortecer vibraes,melhor estabilidade dimensional e, em alguns casos, menorresistncia ao deslizamento, em razo do poder lubrificante docarbono livre em forma de grafita.
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II-MATERIAIS
II.1 Materiais utilizados na fabricao detubos
II.1.1 Ao com teor de carbono at 2%
II.1.2 Ao ligaII.1.3 Teor de carbono acima de 2% - Ferrofundido
II.1.4 O cobre e outras ligas no ferrosas
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O cobre e outras ligas no terrosas
Os tubos fabricados em cobre so mais dispendiosos do que osde ao, mas apresentam vantagens para instalaes que trabalham em condiesprximas da presso e temperatura de 20, como nas redes de distribuio de guae aquecimento central.
Modernamente, o PVC tem vindo a substituir o cobre no primeiro caso,exceto para o transporte de gua quente.
No aquecimento central, o polietileno tambm tem vindo a ser cada vezmais utilizado em detrimento do cobre.
Os tubos de cobre so mais leves do que os de ao, muito resistentes corroso e de manipulao mais econmica e simples.
Podem ser fornecidos em rolos, quando o dimetro exterior no excede os22 mm, ou em barras, contudo, devem ser recozidos ou endurecidos.
Para instalaes muito longas e, em especial de traado sinuoso, prefervel usar tubo em rolo recozido devido facilidade de o curvar.
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O cobre e outras ligas no terrosas
Existem ainda condutos em duralumnio e outras ligas de
cobre-alumnio, que apresentam boa resistncia qumica.
Os tubos de dimetro at 2" so muito usados em instalaes de
ar comprimido, vapor de baixa presso, refrigerao, gua e leos.
Ressalta-se que os tubos em alumnio e suas ligas so muito leves
e apresentam uma boa resistncia oxidao, exceto cidos e lcalis. So
ainda mais leves do que os condutos de cobre.
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Exerccios
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Exerccios
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II-MATERIAIS
II.2 Fatores de influncia na seleo de
materiais para confeco de tubos
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Fatores
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II-MATERIAIS
II.3 Especificao de material para
tubos de aoII.3.1 Aos Carbono
II.3.2 Aos LigadosII.3.3 Aos de Alta Resistncia e Baixa
Liga (ARBL)
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Especificaes: aos carbono
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II-MATERIAIS
II.3 Especificao de material para
tubos de aoII.3.1 Aos Carbono
II.3.2 Aos LigadosII.3.3 Aos de Alta Resistncia e Baixa
Liga (ARBL)
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Especificaes: aos ligados
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II-MATERIAIS
II.3 Especificao de material para
tubos de aoII.3.1 Aos Carbono
II.3.2 Aos LigadosII.3.3 Aos de Alta Resistncia e Baixa
Liga (ARBL)
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Especificaes: ARBL
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II-MATERIAIS
II.4 Principais propriedades dos
materiais para os tubos
II.4.1Tubos fabricados em ao carbono
II.4.2Tubos fabricados em ao inoxidvelII.4.3Tubos fabricados em ferro fundido
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Propriedades: ao carbono
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II-MATERIAIS
II.4 Principais propriedades dos
materiais para os tubos
II.4.1Tubos fabricados em ao carbono
II.4.2Tubos fabricados em ao inoxidvel
II.4.3Tubos fabricados em ferro fundido
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Propriedades: ao inox
Figura 2.1 - Tubos de ao inox comcostura - Fonte: www.aquanex.com.br
http://www.aquanex.com.br/http://www.aquanex.com.br/7/29/2019 Projetista de Tubulao_ II-MATERIAIS
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Propriedades: ao inox
Figura 2.2 - Tubo de ao sem costura -Fonte: wvw.steelpipe.com.br
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II-MATERIAIS
II.4 Principais propriedades dos
materiais para os tubos
II.4.1Tubos fabricados em ao carbono
II.4.2Tubos fabricados em ao inoxidvelII.4.3Tubos fabricados em ferro fundido
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Propriedades: ferro fundido
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II-MATERIAIS
II.5 Recomendaes e normas
aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricadosem ao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos -
sem costuraII.5.3 Recomendaes para os tubos de ao -carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4 Recomendaes para os tubos eletrodutos
tipo galvanizados
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Reconendaes: tubos de ao-liga sem costura
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II-MATERIAIS
II.5 Recomendaes e normas
aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricados emao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos
- sem costuraII.5.3 Recomendaes para os tubos de ao -carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4 Recomendaes para os tubos eletrodutos
tipo galvanizados
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Reconendaes: tubos mecnicos sem costura
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II-MATERIAIS
II.5 Recomendaes e normas
aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricados emao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos -
sem costuraII.5.3 Recomendaes para os tubos de ao -carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4 Recomendaes para os tubos eletrodutos
tipo galvanizados
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Recomendaes: tubos de ao-carbono com
costura, pretos e galvanizados
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II-MATERIAIS
II.5 Recomendaes e normas
aplicadas a tubos de ao em geralII.5.1 Recomendaes para os tubos fabricados emao-liga sem costuraII.5.2 Recomendaes para os tubos mecnicos -
sem costuraII.5.3 Recomendaes para os tubos de ao -carbono tipo com costura, preto e galvanizadosII.5.4 Recomendaes para os tubos eletrodutos
tipo galvanizados
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Recomendaes: tubos eletrodutos galvanizados
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II-MATERIAIS
II.6 Principais normas de aplicaode tubos existentes no mercado
II.6.1 Normas utilizadas para fabricao detubos para troca trmica
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Normas
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II.7 Exerccios
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Exerccios
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Exerccios