TUBOS DE PRFV Conteúdo e Objetivos ¾ PARTE 1 Conceituação de Material Compósito Processos de Fabricação Produto e Aplicações Vantagens e Vocação dos Tubos de PRFV ¾ PARTE 2 Controle de qualidade Informações de projeto Instalação Operação, reparos e manutenção Experiência Parte 1 Aspectos Gerais P V ?? ?? PRFV = Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro Material Compósito (ou composto) ? Combinação de Materiais com Características Mecânicas Diferentes CONCRETO ARMADO Aço Pedra/Areia Cimento PRFV TRAÇÃO AGREGADO AGLOMERANTE Fibra de Vidro Sílica Resina Fibra de Vidro Obtida pela fusão de diversos minérios [Areia (SiO2), Calcita (CaO), Alumina (Al2O3) e Dolomita (MgO)] Alia custo baixo a excelentes propriedades mecânicas SILO MATERIA PRIMA VIDRO ADVANTEX FORNO MATERIA PRIMA SIZING Propriedades da Fibra de Vidro Resistência a Tração (Mpa) Carbono HS Carbono M Carbono HM Carbono UHM 3500 5300 3500 2000 Módulo em Tração (Gpa) Min Max 160 270 270 325 325 440 440 Aramid LM Aramid HM Aramid UHM 3600 3100 3400 60 120 180 Tipo de Material Vidro E (Adavantex®) Vidro S2 Aluminium Alloy (7020) Titanium Aço Carbono (Grade 55 Aço Inox (AS-80) 3100 - 3800 4600 - 4800 400 950 450 800 80 88 81 91 69 110 205 196 Densidade Típica (g/cc) 1,8 1,8 1,8 2 Módulo Específico Min Max 89 150 150 181 181 244 220 1,45 1,45 1,47 41 83 122 2,6 2,5 2,7 4,5 7,8 7,8 31 35 31 36 26 24 26 25 Propriedades da Fibra de Vidro Resistência à Tração (Mpa) Carbono HS Carbono M 3500 5300 Módulo em Tração (Gpa) Min Max 160 270 270 325 Aramid LM Aramid UHM 3600 3400 60 180 Tipo de Material Vidro E (Adavantex®) Vidro S2 Aluminium Alloy (7020) Titanium Aço Carbono (Grade 55) Aço Inox (AS-80) Aço HS (17/4 H9000) 3100 - 3800 4600 - 4800 80 88 Densidad e Típica (g/cc) Módulo E Min 1,8 89 1,8 150 1,45 1,47 81 91 2,6 2,5 4 12 31 35 400 950 69 110 2,7 4,5 26 24 450 205 196 197 7,8 7,8 7,8 26 25 25 800 1241 Histórico 1938 – Início da Fabricação comercial de FV Década de 40 – Produtos em PRFV começam a estar presentes no mercado Década de 50 – Os primeiros tubos em PRFV são introduzidos no mercado petrolífero como alternativa aos tubos de aço Década de 60 – A indiscutível resistência à corrosão do PRFV gera uma grande aceitação na indústria química. Se introduz, então, o PRFV nos mercados públicos de água e esgoto Década de 70 – Com o advento dos grandes diâmetros, os tubos de PRFV passam a ser utilizados em usinas hidrelétricas Hoje em dia o PRFV é utilizado em mais de 40.000 produtos, em aplicações como indústria náutica, aeronáutica, automotiva, espacial, construção civil, construção mecânica e etc. Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos Processos de Fabricação Denominações distintas geram confusão: •RPVC (PVC reforçado) • Tubos com liner termoplástico de PVC •C-PRFV (centrifugado) • Tubos com liner de resina pura e fio picado •PRFV • Tubos com liner reforçado com FV • Filamento contínuo • Filamento helicoidal Todos são PRFV Processo Centrifugado (C-Tech) Processo de Filamento Contínuo (Flowtite, Drostholm) Filamento Helicoidal Descontínuo (Sarplast, RPVC) 1 – Fibras de vidro 2 – Resina 3 – Liner 4 – Sistema de rotação 5 - Filamento Este processo consiste em enrolar fios de vidro[1] embebidos em resina catalisada contida na banheira [2] sobre o liner[3]. Filamento Helicoidal Descontínuo (Sarplast, RPVC) Este processo consiste na deposição de fios contínuos de roving sobre uma superfície cilíndricas. O uso de filamentos contínuos gera uma estrutura de alta resistência aos esforços axiais. çã Produto Produto - Tubos com até 15m de comprimento Liner e Barreira Química - PVC Estrutura 50 à 70% Vidro 30 à 50% resina Resina parafinada+inibidor UV. a Juntas Ponta – Ponta com Luva Juntas Ponta – Bolsa com Anel Deflexão Angular nas Juntas Acessórios - Conexões Curvas e Reduções Tês - Flanges Poços de Visita Aplicações Aplicações Água potável Água bruta Esgoto sanitário Irrigação Usinas hidrelétricas Emissários submarinos Reabilitação de redes Circuitos de refrigeração de termelétricas Aplicações industriais Vantagens dos Tubos de PRFV Vantagens dos Tubos de PRFV Grande Vida Útil ( > 50 anos) Tubo inerte à corrosão Não há a necessidade de pintura, revestimento ou proteção catódica Vantagens dos Tubos de PRFV Baixo Peso Menor custo para transporte Não há necessidade de equipamentos especiais para manipulação Facilidade de manuseio em obra Maior rendimento na instalação BAIXO CUSTO DE INSTALAÇÃO Vantagens dos Tubos de PRFV Intercambiabilidade Tubo DEFoFo, segue a norma ISO 2531 em toda sua extensão Perfeito acoplamento com todos os materiais que atendam a essa norma (tubos de ferro dúctil, PVC DEFoFo e outros) Vantagens dos Tubos de PRFV Intercambiabilidade Vantagens dos Tubos de PRFV Superfície Interior Lisa Ausência de incrustações Baixa perda por atrito Menor custo de bombeamento EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ! Vantagens dos Tubos de PRFV Custos Menores Menor Custo de Aquisição • Exemplo CR 007 CAERN de 21.09.2007 • 14km Tubos DN 500 – 700 para adutora do Jiqui • PRFV: R$ 4.559 mil FºFº: R$ 7.649 mil (+ 68%) Preços RP Sabesp • Preço médio FºFº 22 % superior ao PRFV para água • e 40 % para esgoto O aumento de concorrência reduz o nível geral de preços MAIS OBRAS COM OS MESMOS RECURSOS Vocação dos Tubos de PRFV Diâmetro (mm) 300 600 1000 1500 2000 CA 1 P r e s s ã o (bar) 6 PVC/PEAD PRFV 10 16 20 > 20 FºFº AÇO Faixa de alta competitividade do PRFV >2000 Mundo Æ 180.000 km instalados desde 1961 Brasil Æ 2.800 km instalados desde 1996 Tubos de PRFV fornecidos no Brasil desde 1996 DN Km instalados = 250 1000 300 – 500 1300 600 – 900 420 1.000 – 1.200 40 > 1.200 10 Razões para o pouco uso do PRFV no Brasil • Insucessos no passado •Tubos •Outras aplicações de FV • Segmento de Saneamento conservador •Falta de Cases de Sucesso •Ausência de Normas • Campanhas contrárias Parte 2 Aspectos Técnicos Comentários Iniciais A longevidade e o bom desempenho de uma obra linear de saneamento dependem de: • Qualidade na fabricação • Projeto bem elaborado • Assentamento adequado Para todo e qualquer tipo de material existente no mercado Normatização – Qualificação – Controle de Qualidade Normas Os tubos são fabricados em conformidade com as normas internacionais: ISO, AWWA e ASTM A Norma Brasileira está em processo de conclusão e homologação (Jan/08) Normas utilizadas: AWWA C950 - 1981 DIN 16869 - 1986 ISO 10639.3 - 2004 ISO 10467.3 - 2004 Qualificação Para a homologação de tubos de necessários os seguintes ensaios: PRFV HDB, Sb e Sc – Ensaios de 10.000 horas Luvas – Ensaios em condições desfavoráveis são HDB – Hydrostatic Desing Basis Teste utilizado para se determinar: 1. Classe de pressão do tubo (PN) 2. Resistência do tubo a longo prazo Teste de HDB Normas ASTM D2992 (Procedimento B) e/ou ISO 10928 (Método A) Várias amostras submetidas diferentes de pressão a vários níveis Duração de 10.000 horas Resultados analisados em gráfico Estiramento (ou Pressão) x Tempo de Falha e extrapolados a 438.000 horas (ou 50 anos) Obtenção do alongamento / pressão de ruptura a longo prazo HDB – Resultado em Termos de Alongamento HDB – Resultado em Termos de Pressão ASTM D2992-96 1,0 HDB C- tec DN400, PN10, SN10000 0.8 Pressure (Bar/100) 0.6 0.4 0,39898995 0.2 0,180523362 Regression line 50 years Failed samples G-Tec - runnin 0,1 .1 0 1 10 100 1000 Time (hours) 10000 100000 1000000 HDB – Resultado em termos práticos HDB - DN 400 PN 10 SN 5000 45 40 35 Pressão (bar) 30 HDB Pw Pw + Ps PHC THF Reta 25 20 15 10 5 0 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 Tempo (h) Sb (Strain Basis ) e Sc (Strain Corrosion) Testes equivalentes (vide AWWA C950) e utilizados para se determinar: 1. A ovalização limite do tubo 2. O efeito das cargas combinadas, ou seja, alongamento por pressão e ovalização ocorrendo simultaneamente Teste de Sb Normas ASTM D5365 (Procedimento B) Várias amostras submetidas a vários níveis diferentes de deflexão em ambiente aquoso Duração de 10.000 horas Resultados analisados em gráfico Estiramento x Tempo de Falha e extrapolados a 1.000.000 de horas (ou 50 anos) Obtenção do alongamento / deflexão máxima a longo prazo Teste de Sc Normas ASTM D3681 (Procedimento B) e/ou ISO 10928 (Método A) Várias amostras submetidas a vários níveis diferentes de deflexão em ambiente quimicamente agressivo (solução de ácido sulfúrico a 5% em peso) Duração de 10.000 horas Resultados analisados em gráfico Estiramento x Tempo de Falha e extrapolados a 438.000 horas (ou 50 anos) Obtenção do alongamento / deflexão máxima a longo prazo Sb – Resultado em Termos de Alongamento Sc – Resultado em Termos de Deflexão Ensaio de Qualificação da Luva Deflexão angular em função do DN Desacoplamento de 0,3% do comprimento Desalinhamento ou carregamento diferencial Ensaio de Qualificação da Luva Metodologia: 2 PN por 24 h 0 a 1,5 PN em 10 ciclos 0,8 bar de v ácuo Conclusão: não ocorrem vazamentos ou outro tipo de falha Controle de Qualidade Ensaios Não-Destrutivos Dimensionais: Espessura da parede Comprimento Diâmetro Inspeção visual Dureza Barcol Sensibilidade à acetona Controle de Qualidade Ensaios Não-Destrutivos Teste Hidrostático Controle de Qualidade Ensaios Destrutivos Ruptura por Pressão Tração Axial Tração Circunferencial Prova de Composição Rigidez Projeto com Tubos de PRFV Como Projetar Tubulações em PRFV 1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN): Diâmetros disponíveis: 50 a 3.000 mm Obs: analisar a possibilidade de se projetar com 2 ou mais diâmetros Como Projetar Tubulações em PRFV 1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN): Informações Necessárias: 1. Vazão 2. Velocidade Máxima de Escoamento • Água tratada: 4 m/s • Água bruta: 3 m/s • Esgoto: 3 m/s Como Projetar Tubulações em PRFV 2. Determinação da Pressão Nominal (PN) Informações Necessárias: Classes de pressão disponíveis: 1. Desnível geométrico 2. Perda de carga 3. Cálculo dos transientes 1 a 32 bar Como Projetar Tubulações em PRFV 2.2. Transientes Hidráulicos A celeridade de onda é calculada através da seguinte expressão: a = g /γ 1 1 d + E E δ w p Onde: Ew é o módulo de elasticidade da água, que varia em função da pressão e da temperatura. Ew = 2.06 GPa é um valor comumente assumido. Ep é o módulo de elasticidade circunferencial do tubo. δ é o diâmetro do tubo e d é a espessura da parede do tubo. γ é o peso específico da água. Como Projetar Tubulações em PRFV 2.2. Transientes Hidráulicos Valores típicos de celeridade de onda de diversos materiais: Ferro Fundido Ferro Dúctil, K9 Aço - PN16 C-Tech, DN 600, PN 16, SN 5000 Flowtite, DN 600, PN 10, SN 5000 PVC - PN10 PE 50 - PN10 1420 m/s 1050 “ 970 “ 480 “ 410 “ 360 “ 250 “ O golpe de aríete esperado para tubos C-Tech e Flowtite é da ordem de 50% do golpe em tubos de ferro dúctil em condições similares. Tubos de PRFV devem suportar até 40% da sobrepressão transiente. O golpe de aríete pode ultrapassar a PN do tubo em até 40%.
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