Seleção de cotovelos de pequeno diâmetro para linhas de instrumentação: raio e conexões de extremidade

Um cotovelo de pequeno diâmetro deve ser selecionado como parte do conjunto completo da linha de instrumentação, e não como uma conexão isolada. As questões determinantes são se sua passagem interna é adequada ao serviço de medição, se suas extremidades correspondem ao tubo ou à tubulação especificados e se a junta instalada pode suportar pressão, temperatura, vibração e cargas de manutenção. Mesmo que um cotovelo compacto caiba no espaço disponível, ele ainda pode ser a escolha errada se restringir o fluxo da amostra, aprisionar gás ou não deixar espaço suficiente para montar a conexão.

O raio é mais importante quando o fluido está em movimento contínuo, há possibilidade de depósitos ou o roteamento afeta a drenagem. As conexões de extremidade determinam o método de montagem, a estanqueidade, a inspeção e a substituição. Em uma linha de impulso de pressão predominantemente estática, a qualidade da conexão e o roteamento podem ser mais importantes do que a diferença de perda de pressão entre as geometrias dos cotovelos.

Determine se a linha é de tubo ou de tubulação

“Pequeno diâmetro” não define um único sistema dimensional. A tubulação de instrumentação é especificada pelo diâmetro externo e pela espessura da parede; já as tubulações são especificadas pelo tamanho nominal do tubo, juntamente com uma designação de espessura de parede, como schedule. Um tubo de 1/2 polegada e uma tubulação NPS 1/2 não são dimensionalmente intercambiáveis.

Antes de comparar cotovelos, determine a base dimensional da linha, a especificação do material, a pressão e a temperatura de projeto e a função do serviço. Diferencie uma linha de impulso de pressão, uma linha de amostra de analisador com fluxo e uma linha de sinal pneumático. A sensibilidade à restrição do diâmetro interno, ao volume interno, à contaminação e a vazamentos varia entre elas.

Diferencie também um cotovelo curvo de uma conexão compacta com uma passagem interna intersectada ou usinada. Ambos podem mudar a direção da linha em 90 graus, mas seus percursos de fluxo não são necessariamente comparáveis. A descrição de um catálogo, por si só, não é suficiente para determinar o raio de curvatura, o diâmetro interno mínimo ou o comportamento hidráulico.

Avalie o raio em conjunto com o diâmetro interno e as dimensões instaladas

Para cotovelos convencionais de tubulação com extremidades para solda de topo, os termos raio longo e raio curto geralmente se referem a raios nominais de linha de centro de 1,5D e 1D, respectivamente, sendo D baseado no tamanho nominal da tubulação. Essas convenções não devem ser aplicadas automaticamente a cotovelos de compressão ou a conexões proprietárias de instrumentação. Verifique o desenho dimensional real e a norma de produto aplicável.

Três dimensões respondem a diferentes questões de seleção:

• Raio da linha de centro: descreve a curvatura de uma dobra conformada e ajuda a avaliar o roteamento e a severidade do percurso de fluxo.
• Diâmetro interno mínimo: identifica a passagem mais estreita, incluindo restrições nas extremidades de conexão.
• Espaço ocupado após a instalação: inclui as dimensões de centro à extremidade, porcas, preparação para soldagem, inserção do tubo e espaço para ferramentas.

Um corpo externo maior não garante uma passagem interna maior. Da mesma forma, um cotovelo compacto pode economizar espaço de roteamento, mas exigir mais espaço ao redor para movimentar a chave do que o layout permite. Compare as dimensões do conjunto montado, não apenas as do corpo da conexão.

Uma dobra contínua no tubo pode eliminar uma conexão separada e suas juntas quando a especificação da tubulação e as condições de instalação permitirem. No entanto, a dobra deve atender aos requisitos mínimos de raio de curvatura do fornecedor da tubulação e aos limites do projeto para ovalização, redução da espessura da parede e qualidade de execução. Uma dobra apertada feita em campo não é automaticamente preferível a um cotovelo selecionado adequadamente.

Determine se a perda de pressão realmente condiciona a escolha

Em uma linha com fluxo, a perda de pressão no cotovelo pode ser estimada usando Δp = Kρv²/2, em que K é o coeficiente de perda, ρ é a densidade do fluido e v é a velocidade na seção relevante. O coeficiente depende da geometria e das condições de fluxo; não se deve atribuir sem justificativa a uma conexão de instrumentação perfurada um valor genérico aplicável a um cotovelo de tubulação lisa.

Verifique todo o percurso do fluxo. Uma passagem restrita na conexão, uma válvula, um filtro ou um trecho de tubulação com pequeno diâmetro interno podem ser os principais fatores de resistência. Escolher um cotovelo de raio maior pouco adianta se outro componente continuar sendo a principal restrição. Para sistemas de amostragem de gás com variação significativa de pressão, é necessário um cálculo adequado de fluxo compressível, em vez de depender apenas desta expressão simplificada.

Uma linha de impulso de pressão comporta-se de maneira diferente. Depois que uma medição estática se estabiliza, praticamente não há fluxo contínuo, portanto o atrito no cotovelo não causa uma queda de pressão persistente. A presença de gás aprisionado em serviço com líquido, bolsas de líquido em serviço com gás, obstruções e a carga hidrostática associada à elevação do líquido são preocupações mais importantes. Em medições transitórias, o volume da linha, as restrições e as propriedades do fluido ainda podem afetar a resposta.

A geometria deve, portanto, preservar a inclinação, a drenagem ou a configuração de ventilação necessárias. Um raio nominalmente superior não representa uma melhoria se a instalação criar uma bolsa indesejada ou alterar a disposição pretendida da coluna líquida.

Compatibilize a conexão com a instalação e as condições de serviço

Conexões de compressão exigem uma combinação de tubulação qualificada

A capacidade de pressão de um cotovelo de compressão depende da conexão e da tubulação usada com ela. Confirme os materiais de tubo, as espessuras de parede, a dureza e os limites de pressão e temperatura permitidos pelo fabricante. A classificação do corpo da conexão não determina a classificação de todos os conjuntos possíveis.

Não presuma que anilhas, porcas e corpos de fabricantes diferentes sejam intercambiáveis. Siga as instruções especificadas de montagem e remontagem. Deixe um trecho reto de tubo suficiente para inseri-lo totalmente e espaço suficiente para apertar e inspecionar a junta sem forçar a tubulação para alinhá-la.

A forma e a orientação da rosca precisam ser compatíveis

NPT, BSPT e BSPP não são designações intercambiáveis para uma conexão roscada. Roscas visualmente semelhantes podem ter geometrias e requisitos de vedação diferentes. Uma conexão com rosca paralela pode exigir uma arruela, um O-ring ou outro elemento de vedação especificado, em vez de vedar pelas roscas.

A orientação é especialmente importante para cotovelos com rosca macho: obter a direção necessária não deve depender de afrouxar uma junta que precisa ser apertada para vedar. Quando permitido, uma conexão ajustável ou um roteamento revisado pode resolver esse conflito. Os vedantes também devem ser compatíveis com o fluido, a temperatura e os requisitos de limpeza.

Extremidades soldadas transferem o risco para o controle de fabricação

A soldagem elimina algumas interfaces de vedação mecânica, mas introduz requisitos de preparação e ajuste, metalurgia, limpeza e inspeção. Juntas de solda de encaixe incluem uma fresta interna que pode ser indesejável em serviços sensíveis à contaminação ou corrosivos. Elas também exigem a folga de montagem especificada e uma avaliação para serviço cíclico.

Extremidades para solda de topo exigem dimensões de parede compatíveis e alinhamento controlado. Quando o material e o serviço exigirem controle da oxidação interna, especifique uma purga adequada. Para qualquer uma das conexões, confirme que o local de instalação permite a inspeção necessária e que uma substituição futura não exigirá corte ou desmontagem impraticáveis.

Verifique as classificações e a vibração para além do corpo do cotovelo

A pressão admissível é determinada pelo componente aplicável de menor classificação na temperatura de projeto. Isso inclui tubulações, conexões, adaptadores, vedantes e portas dos instrumentos. Uma classe de pressão não é uma classificação universal independente do material e da temperatura.

Aplique os requisitos de tubulação aplicáveis ao sistema real. A ASME B31.3 pode ser pertinente à tubulação de instrumentação em instalações de processo quando o projeto a incluir no escopo. A ASME B16.9 abrange conexões para solda de topo, forjadas em fábrica, enquanto a ASME B16.11 abrange conexões forjadas para solda de encaixe e roscadas. Essas normas não qualificam automaticamente conexões proprietárias de compressão.

A vibração exige uma avaliação do conjunto. Um cotovelo próximo a uma válvula pesada ou a um instrumento sem suporte pode sofrer cargas de flexão que não são contempladas por sua classificação de pressão estática. Avalie o espaçamento entre suportes, o movimento dos equipamentos e a fixação próxima a conexões rígidas. Nem um raio maior nem uma extremidade soldada compensam um suporte inadequado.

Transforme a seleção em uma especificação verificável

A descrição de compra deve identificar cada extremidade separadamente, incluindo o diâmetro externo e os requisitos de espessura de parede do tubo ou o tamanho e o schedule da tubulação, a designação da rosca quando pertinente, o grau do material, o diâmetro interno mínimo, o espaço ocupado e a capacidade de pressão e temperatura exigida. Acrescente requisitos específicos de limpeza, união, inspeção e documentação, em vez de confiar em “qualidade para instrumentação” como garantia não definida.

Para uma linha de impulso estática, priorize a estanqueidade, a inclinação, a prevenção de bolsas e o suporte. Para uma linha de amostra com fluxo, avalie a continuidade do diâmetro interno e a perda de pressão, juntamente com a drenagem e o comportamento do transporte. Quando o espaço for restrito, confirme o acesso para montagem e substituição antes de aceitar o cotovelo de menor tamanho. A escolha justificável é a combinação de geometria e conexão que atende à função operacional da linha — não simplesmente a conexão que ocupa menos espaço.