Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
Mexichem Brasil
A Mexichem Brasil é a subsidiária brasileira do Grupo Mexichem, com atuação nos setores de tubos e conexões e de geotêxteis
nãotecido e detentora das marcas comerciais Amanco, Plastubos, Bidim.
Em 2007, a Mexichem ingressou no maior mercado de tubos e conexões da América Latina ao adquirir o Grupo Amanco. Neste
mesmo ano, o grupo também adquiriu a Plastubos, também fabricante de tubos e conexões no Brasil, ampliando sua atuação neste
setor. Em 2008, comprou a Bidim, líder no mercado nacional de geossintéticos.
A criação da Mexichem Brasil faz parte da estratégia corporativa global da Mexichem de integração vertical de sua cadeia
produtiva, com o objetivo de responder às necessidades da indústria tanto no relacionamento com clientes corporativos como com
o consumidor final, por meio de suas marcas comerciais.
A empresa, que possui cerca de 2800 colaboradores, é composta por nove unidades fabris localizadas em diferentes regiões
brasileiras, Joinville (SC), Sumaré (SP), Suape (PE), Uberaba (MG), Ribeirão das Neves (MG), Anápolis (GO), Maceió (AL), São José dos
Campos (SP) e com sede administrativa em São Paulo.
As marcas comerciais que compõem a empresa: Amanco, Bidim e Plastubos mantêm suas próprias estratégias de mercado,
oferecendo a seus clientes e consumidores um excelente nível de qualidade e atendimento.
Mexichem no Mundo
A Mexichem é uma empresa líder na indústria química e petroquímica latino americana, com mais de cinquenta anos de
trajetória na região e trinta na Bolsa de Valores do México. Sua produção é comercializada em todo o mundo com vendas que
superam os US$ 5 bilhões.
Os produtos da Mexichem têm impacto decisivo na qualidade de vida das pessoas e respondem à crescente demanda em
setores de aplicação tão dinâmicos como construção civil e infraestrutura urbana, geração e fornecimento de energia, além de
transportes, comunicações, saúde, entre muitos outros.
Considerada uma das cinco produtoras mais eficientes do mundo no seu setor, a Mexichem tem como prioridade o
desenvolvimento e a utilização de tecnologias de vanguarda que garantam a competitividade internacional dos seus produtos
e serviços.
Com exportações para mais de 50 países, a Mexichem possui programas permanentes que buscam sempre os melhores
índices de eco-eficiência.
Visão
Ser respeitada e admirada mundialmente como companhia líder no setor químico, focada na produção de resultados, na
contribuição ao progresso e na melhoria de vida das pessoas.
Missão
Transformar químicos em produtos, serviços e soluções inovadoras para os diversos setores industriais, por meio da excelência
operacional e do enfoque nas necessidades do mercado, a fim de gerar valor contínuo para nossos clientes, colaboradores,
sócios, acionistas e comunidade, contribuindo com a melhoria na qualidade de vida das pessoas.
Cadeias Produtivas
A Missão da Mexichem é criar valor às suas matérias primas básicas, sal e fluorita, por meio de cadeias produtivas eficientes,
capazes de gerar resultados de negócio superiores e que atuem dentro de um marco de responsabilidade empresarial. Com
isso, apoia o âmbito social e ambiental, bem como o cumprimento das normas e responsabilidades que os regulamentam.
Através de diferentes processos de
transformação se conquista, nesta cadeia,
dar valor agregado ao sal.
Da fluorita extraída das minas é
produzido o ácido fluorídrico, principal
matéria prima de todos os gases
refrigerantes e dos fluoropolímetros,
como o teflon.
Líder mundial em tubos e conexões,
a Mexichem está presente em
toda a América Latina, levando
desenvolvimento e bem-estar a milhões
de pessoas.
Presença Geográfica
As fábricas produtoras da Mexichem estão localizadas em pontos estratégicos, onde a atividade industrial é importante,
tornando-se centros de negócios. A proximidade dos portos marítimos, das fronteiras internacionais e os fáceis acessos
terrestres, permitem que a Mexichem seja uma companhia estratégica e de referência global.
A Mexichem possui 95 plantas
em 43 países ao redor do mundo.
| Sistemas de Tubos e Conexões Amanco Biax |
1
Soluções Amanco
Linha
Amanco Biax
01
Introdução
1
- Tubo Amanco Biax
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
Índice
01 INTRODUÇÃO
1.1. A Linha Amanco Biax e sua Aplicação
1.2. Tecnologia
| pág. 09
10
10
02 NORMAS
| pág. 11
03 CARACTERÍSTICAS
| pág. 13
3.1. Sistema de Vedação
3.2. Fabricação
3.3. Adequabilidade à Aplicação
14
15
15
04 DIMENSIONAMENTO
4.1. Pressão Estática
4.2. Golpe de Aríete
4.3. Resistência à Fadiga
4.4. Tubulações Enterradas
4.5. Colapso Devido ao Vácuo Interno e/ou Pressão Externa
4.6. Empuxo Hidrostático e Hidrodinâmico
4.7. Curvatura em Tubulações
4.8. Dimensionamento Hidráulico
| pág. 17
18
19
20
22
23
25
27
28
05 RECOMENDAÇÕES
| pág. 31
06 PRODUTOS
| pág. 41
As imagens contidas neste manual são meramente ilustrativas.
Consulte sempre a disponibilidade do produto junto à equipe comercial Amanco.
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
01
9
Introdução
1.1. A linha Amanco Biax
e sua aplicação
10
1.2. Tecnologia
10
INTRODUÇÃO
1. Introdução
1.2. Tecnologia
1.1. A linha Amanco Biax e sua aplicação
Anos de pesquisas sobre o processamento do PVC permitiram o
desenvolvimento de um novo conceito de fabricação, incorporando a
tecnologia de orientação molecular, com objetivo de obter tubos com
melhorias notáveis em relação à resistência à tração, ductilidade, fadiga
e tenacidade.
A Amanco inova mais uma vez, lançando no Brasil o que há de
mais moderno em tubos plásticos para condução de água e esgoto
pressurizado nas redes de infraestrutura: Amanco Biax.
Com um moderno processo de fabricação, os tubos Amanco Biax oferecem
excelente desempenho, segurança e garantia, com a confiabilidade da
marca Amanco.
Através do processo de bi orientação as moléculas do material são
orientadas no sentido dos principais esforços solicitantes: circunferencial
e longitudinal.
Como consequência da orientação molecular a estrutura de parede passa
a ser constituída por finas camadas (laminar).
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
01
Com isto o tubo passa a ter uma excelente tenacidade, ou seja, resistência
a transmissão da fissura por eventuais usos superficiais ou entales
decorrentes do transporte, manuseio e instalação bem como elevada
resistência a fadiga.
10
Tubo Ocre: para esgoto pressurizado.
Tubo Branco: para adução e distribuição de água.
A associação de alta resistência a tração e a tenacidade (resistência
a transmissão da fissura lenta ou rápida ) resulta em uma estrutura
extremamente robusta.
Figura 1 – Linha Amanco Biax
PVC-O um tubo plástico com propriedades imbatíveis.
A linha Amanco Biax é composta por tubos ponta e bolsa de PVC
orientado (PVC-O), conforme a norma NBR 15750/09: Tubulações de
PVC-O (Policloreto de Vinila não plastificado orientado) para sistemas de
transporte de água ou esgoto sob pressão.
• Está disponível nos diâmetros nominais DN 100, 150, 200, 250 e 300.
• Junta Elástica Integrada (JEI) à bolsa, em borracha EPDM para os tubos
para água e NBR (nitrílica) para os tubos de esgoto.
• Os tubos Amanco Biax são intercambiáveis com os tubos de ferro
Figura 2 - Direções dos principais esforços sobre o tubo: circunferenciais (devido à pressão interna) e axiais
(devido a flexões longitudinais)
fundido (norma NBR 7675) e tubos de PVC Defofo (norma NBR 7665).
As conexões que compõem o sistema são de ferro fundido (NBR 7675).
• A Amanco é fabricante exclusiva do sistema PVC-O no Brasil.
A especificação do composto elastomérico consta no anexo G e H da
NBR 15750.
Antes da orientação
Após orientação bi-axial
Figura 3 - Orientação molecular bi-axial, nas direções dos principais esforços sobre o tubo.
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
02
Normas
11
NORMAS
2. Normas
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Os tubos Amanco Biax destinados à condução de água ou esgoto pressurizado nas redes de infraestrutura são normalizados pela NBR 15750 para aplicação
em classe de pressão PN 16 , e a NBR 9822, transporte, manuseio e assentamento.
12
Atendendo a essa Norma, os tubos Amanco Biax apresentam segurança e desempenho elevados, e estanqueidade garantida.
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
03
Características
13
3.1. Sistema de vedação
14
3.2. Fabricação
15
3.3. Adequabilidade à aplicação
15
03
CARACTERÍSTICAS
3. Características
B I A X
O processo de orientação dos tubos Amanco Biax resulta em tubos de alto
desempenho, destacando-se as seguintes características:
Resistência: o material dos tubos Amanco Biax apresenta resistência
muito superior aos demais materiais termoplásticos disponíveis no
mercado. O gráfico abaixo compara os valores de MRS (“minimum
required strength”, ou seja, a resistência a longo prazo dos materiais - 50
anos à temperatura de 20°C):
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
MRS (MPa)
14
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Capacidade de vazão: devido à alta resistência do PVC-O, os tubos
Amanco Biax tem menor espessura de parede, e portanto maior área de
vazão em comparação aos tubos de PVC, PE e mesmo a várias bitolas
dos tubos de ferro fundido. Esta característica, associada à superfície
interna extremamente lisa, confere aos tubos Amanco Biax excelente
desempenho hidráulico.
Solução sustentável: os tubos Amanco Biax apresentam economia
considerável de energia na sua fabricação, em comparação às soluções
similares encontradas no mercado para esta aplicação, minimizando os
impactos ao meio ambiente.
Energia consumida pelos tubos
(matéria-prima + fabricação) (kWh)
450
400
PE 100
PVC
PVC-O Amanco Biax
Figura 4 – Valores do MRS de alguns materiais
Leveza: em virtude da sua maior resistência e consequentemente menor
espessura de parede, proporciona um tubo com menor peso, o que facilita
o transporte, manuseio e instalação, dispensando equipamentos pesados.
Alinhado ao acoplamento simples (ponta e bolsa com junta elástica) faz
a diferença em termos de custo, desempenho e velocidade de instalação
em relação à tubulações feitas com outros materiais, principalmente em
relação aos tubos de ferro dúctil e polietileno.
Robustez: excelente resistência aos impactos decorrentes do transporte,
manuseio e assentamento. Maior resistência à pressão interna do que
materiais similares como PVC -U e PE.
350
300
250
200
150
100
50
0
PVC-O
PEAD
SOLUÇÕES
METÁLICAS
Figura 5 – Gráfico comparativo do consumo de energia
Grande ductilidade (capacidade de deformação plástica), grande
tenacidade (resistência à propagação da fissura) decorrente da
constituição estrutural da parede, em camadas moleculares e grande
resistência a tração. Esse conjunto de fatores incorpora excelente robustez
ao tubo.
Resistencia à fadiga: o fenômeno da fadiga devido às cargas cíclicas,
está associado à formação e propagação de trincas nos materiais. O
PVC-O, com sua estrutura em camadas, dificulta a propagação de trincas
na direção radial, apresentando, em decorrência, elevada resistência à
fadiga.
Flexibilidade longitudinal: devido ao processo de orientação bi-axial,
o tubo tem também ótima resistência no sentido axial, o que lhe confere
resistência a cargas devido a movimentos de acomodação do solo, bem
como a economia de curvas de 11° 15' em curvaturas de raio longo.
3.1. Sistema de Vedação
Os tubos Amanco Biax possuem sistema de vedação do tipo junta elástica,
com anel integrado e removível. O anel é do tipo bilabial o que permite
excelente desempenho tanto na condição de pressão hidrostática interna
quanto a vácuo.
O anel bilabial integrado e removível possui duas funções na execução da
junta elástica. O lábio auxiliar é utilizado para limpar a ponta do tubo que
está sendo introduzida, eliminando qualquer resíduo que possa interferir
na vedação.
03
CARACTERÍSTICAS
Na execução da junta elástica, quando o tubo é totalmente introduzido,
os lábios do anel se encontram e, pressionados, fecham a seção, dando
total estanqueidade ao sistema.
3.2. Fabricação
A fabricação ocorre em linha, através de um processo automático
contínuo, que permite controle preciso dos seguintes fatores:
A M A N C O
B I A X
• Temperatura do composto de PVC ao longo de toda a linha.
• Espessura de parede e diâmetro externo do tubo.
• Grau de orientação circunferencial e longitudinal.
extrusão
resfriamento a vácuo
esteiras
unidade de orientação
corte
bolsadeira
M A N U A L
esteiras
T É C N I C O
O anel de retenção fixa o anel de vedação na canaleta, impedindo o seu
deslocamento, tanto durante o transporte e instalação dos tubos, quanto
durante a sua operação.
Figura 6 – Linha de extrusão contínua do PVC-O
15
O processo inicia a partir da extrusão de um tubo de PVC de menor
diâmetro e grande espessura de parede, denominado “preforma”.
3.3. Adequabilidade à Aplicação
Durante o transporte e manuseio dos tubos, poderá ocorrer impacto,
bem como poderão ocorrer cargas pontuais devido ao assentamento dos
tubos na vala. Além disso, ocorrem normalmente sobrepressões devido à
operação das estações de bombeamento, válvulas e registros do sistema.
Tais condições exigem tubos com alta robustez, ou seja, resistência à
pressão interna, alta resistência ao impacto e alta tenacidade.
Figura 7 – Preforma
Em seguida, esta preforma é aquecida e tem seu diâmetro interno
expandido por um pino cônico, ao mesmo tempo em que é extendida
axialmente, devido ao controle de velocidade das esteiras 1 e 2. O tubo é
então imediatamente resfriado, para manter a orientação.
Os tubos Amanco Biax são ideais para este tipo de aplicação, com uma
pressão de serviço de até 1,6 MPa (PN16) a 25°C, permitindo sobrepressões
eventuais de até 1,5 vezes a pressão de serviço, ou seja, 2,4 MPa. Para
temperaturas maiores, deve-se adotar um coeficiente de redução de
pressão.
Ver gráfico figura 10.
Os tubos Amanco Biax, devido à sua elevada resistencia à fadiga, são
indicados também para tubulações de bombeamento de esgoto, uma
vez que, além das condições já citadas, estão também sujeitos a cargas
cíclicas, devido às partidas frequentes das bombas.
Figura 8 – Expansão da preforma
O tubo resultante, orientado bi-axialmente, tem maior diâmetro e menor
espessura de parede do que a preforma original, além de excelente
acabamento na superfície interna.
Finalmente, o tubo é cortado no tamanho desejado e tem sua bolsa
formada, preservando-se o mesmo nível de desempenho do tubo.
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
04
Dimensionamento
4.1. Pressão Estática
18
4.2. Golpe de Aríete
17
19
4.6. Empuxo Hidrostático
e Hidrodinâmico
25
4.3. Resistência à Fadiga
20
4.7. Curvatura em Tubulações
27
4.4. Tubulações Enterradas
22
4.8. Dimensionamento
Hidráulico
28
4.5. Colapso devido ao Vácuo
Interno e/ou Pressão Externa
23
04
DIMENSIONAMENTO
4. Dimensionamento
4.1. Pressão Estática
O principal esforço que age sobre uma tubulação conduzindo água ou
esgoto sob pressão, é a pressão hidrostática interna.
B I A X
Para materiais elásticos tradicionais o coeficiente de segurança pode
ser definido como relacionado à máxima tensão ou carga permitida. O
valor, no entanto, é valido para as condições iniciais. Para material elástico
tradicional é considerado que as condições iniciais não se alteram no curso
do tempo e consequentemente independente do tempo. Para tubos
termoplásticos, o fator de segurança é para ser definido em relação ao
tempo. Portanto como previamente relatado, o coeficientes de segurança
não tem nenhum significado para materiais termoplásticos.
A M A N C O
Figura 9
Ela gera uma tensão circunferencial na parede do tubo, (veja na figura 9)
que pode ser calculada pela seguinte expressão:
σ = p* (de – e)
(2*e)
Equação (1)
onde:
σ = tensão circunferencial admissível na parede do tubo (MPa)
p = pressão hidrostática interna (MPa)
de = diâmetro externo médio do tubo (mm)
e = espessura de parede mínima (mm)
Para que o tubo trabalhe adequadamente, a tensão circunferencial
atuando em sua parede, não deverá exceder a resistência do material, ou
seja, a sua tensão admissível (σ).
Foi explanado que para materiais termoplásticos, a abordagem tradicional
do coeficiente de segurança não é relevante. Portanto o assim chamado
coeficiente total de projeto ou serviço (C) foi introduzido. Este fator
cobre os efeitos do manuseio, riscos, variação do material (tempo), etc.
Com valor maior do que 1.
O fator C está relacionado a 50 anos de vida útil a 20°. O coeficiente
total de projeto mínimo é determinado em acordo com a
EN ISO 12162 e NBR 15750. Para o PVC-O C50= 1,6. Portanto o valor da
tensão admissível (σ) é igual á 28 MPa.
σ = 45 = 28 MPa
1,6
Nota: Toda a metodologia acima para a obtenção da tensão admissível
descrita está baseada na ABNT NBR 15750.
CURVA DE REGRESSÃO
80
A resistência dos materiais plásticos depende do tempo e da temperatura.
Para os tubos que transportam água, a sua resistência é determinada
normalmente para um tempo de ruptura estimado de 50 anos, na
temperatura de 20°C.
A norma ISO 9080 descreve o método para estimar esta resistência
hidrostática há longo prazo de tubos de material plástico por estrapolação
estatística.
Esta resistência hidrostática estimada pela ISO 9080 é o σLPL, que é obtido
através do ajuste de uma reta em um gráfico log x log de tensão e tempo
(veja figura 9).
Esta reta é obtida através dos valores de tensão de ruptura em tempos
previamente estabelecidos até 10.000 horas (1,14 anos), e é extrapolada
até 50 anos.
60
50
Tensão (MPa)
T É C N I C O
M A N U A L
18
Para estabelecer a tensão admissível σ temos que utilizar a ISO 12162, que
estabelece a classificação dos materiais termoplásticos em forma de tubo
e especifica a designação do material (MRS), que é o valor (σLPL), inferior
da faixa do limite de confiança, conforme tabela 1 da ISO 12162, ou seja,
MRS = 45 MPa.
40
30
LTHS 20°C 60°C
LPL 20°C 60°C
20°C
60°C
O σLPL é a quantidade em MPacom a dimensão de tensão, representando
97,5% do limite de confiança inferior da resistência hidrostática estimada
na temperatura de 20°C, que para nosso caso, σLPL = 46,46 MPa.
10
100
1.000
10.000
Figura 10 - Curva de regressão dos tubos Amanco Biax
logσ = - ,027 * logt + 1,80618
Equação (2)
100.000
04
Usando-se a equação (1), poderemos calcular a relação de/e, que é uma
relação constante para todos os diâmetros de tubos de uma mesma
classe de pressão para uma mesma tensão admissível. No nosso caso para
PN 16 Bar, teremos:
= 36
1+
1,6
p
Deve-se observar que sendo a curva de regressão é um gráfico
log-log cuja linha tem pequena inclinação, o que significa que uma leve
diminuição no valor da tensão,resultará em um aumento no tempo de
ruptura estimado.
4.2. Golpe de Aríete
*
E
Equação (3)
Os plásticos, por serem materiais visco elásticos, apresentam resistência
significativamente maior à carga de curto prazo como pode servisto no
gráfico da curva de regressão apresentada. Entretanto, e importante notar
que não ha um enfraquecimento do tubo ao longo do tempo, pois um
tubo, mesmo sujeito por um longo tempo a sua pressão nominal, ainda
mantém sua resistência a pressões mais alta de curto prazo, como se fosse
um tubo novo, exemplo: Golpe de Aríete (Item 4.2.).
K
en
-1
dn
Equação (5)
K = módulo de elasticidade volumétrico do fluido (Pa).
ρ = massa específica do fluido (kg/m3).
E = módulo de elasticidade do material do tubo (Pa).
dn = diâmetro externo nominal do tubo (mm).
B I A X
2 * 28
=1+
en = espessura de parede nominal do tubo (mm).
Das equações (4) e (5), vemos que a celeridade, e portanto a intensidade
do golpe de aríete, depende do módulo de elasticidade do material do
tubo. Assim, tubos rígidos, como ferro fundido ou concreto, geram golpes
de aríete muito mais intensos do que os tubos plásticos, pois estes, devido
à sua flexibilidade, absorvem melhor as ondas de pressão. Além disso,
como a resistência a curto prazo dos plásticos é bem superior à resistência
à longo prazo, eles dispõem de uma segurança adicional para resistir aos
golpes de aríete.
Sabendo-se que:
São variações repentinas de pressão, que acontecem esporadicamente,
causadas por mudanças rápidas da velocidade do fluido na tubulação.
K = 2150 x 106 Pa (água)
ρ = 1000 kg/m3 (água)
E = 4000 x 106 Pa (PVC-O) a 20°C
dn/en = 36 (tubos Amanco Biax)
19
Pode-se determinar, usando-se as equações (4) e (5), a intensidade do
golpe de aríete resultante de uma variação rápida de velocidade de 1 m/s.
O cálculo é válido para qualquer bitola de tubo da linha Amanco Biax, já
que depende da relação dn/en, que é constante.
Δp = ± 33,58 mca = ± 0,33 MPa (para ΔV = 1 m/s)
Tais variações são oscilações bruscas em torno da pressão de operação,
podendo ocorrer vácuo na tubulação, caso a intensidade do golpe de
aríete seja elevada e a pressão de operação relativamente baixa.
Suas principais causas são:
• Entrada em operação e desligamento de bombas.
• Abertura e fechamento de válvulas.
• Movimentação do ar que se encontra na tubulação ou sua admissão e
expulsão através de ventosas.
Para tubulações longas sujeitas a variações rápidas na velocidade do
fluido, a intensidade do golpe de aríete pode ser calculada pela seguinte
expressão:
Δp = ±
Equação (6)
Conhecendo-se a variação de velocidade que ocorre em uma tubulação
Amanco Biax, basta multiplicar pelo valor expresso em (6) para obtermos
a intensidade do golpe de aríete.
O módulo de elasticidade do PVC-O diminui ligeiramente com a
temperatura, como pode ser visto na tabela abaixo, mas, na prática, o
valor calculado pela equação (6) é suficientemente preciso na faixa de
temperatura de 10 a 30°C.
Temperatura (°C)
25
30
40
Curto prazo
4000
3830
3705
Longo prazo (50 anos)
2000
1500
1000
a * ΔV
g
Tabela 1 – Valores do módulo de elasticidade E (MPa) dos tubos Amanco Biax
Equação (4)
Δp = intensidade do golpe de aríete (variação da pressão em torno da pressão de operação) (mca).
a = celeridade (m/s).
ΔV = variação da velocidade do fluido na tubulação (m/s).
g = aceleração da gravidade (m/s2).
A M A N C O
1 + 2 * σs
K
P
T É C N I C O
e
=
A celeridade, que é a velocidade de propagação da onda de pressão na
tubulação, é dada por:
M A N U A L
de
DIMENSIONAMENTO
04
DIMENSIONAMENTO
As equações (4), (5) e (6) aplicam-se a tubulações livres. No caso de tubulações enterradas, o solo de envolvimento atua como um fator de incremento de
rigidez do sistema. Recomenda-se, assim, para tubulações enterradas, considerar um aumento de 10% na intensidade do golpe de aríete.
A pressão máxima de serviço admissível (pressão de serviço admissível mais o golpe de aríete) dos tubos Amanco Biax é de 1,5 vezes a pressão nominal
da tubulação, isto é, é de 2,4 MPa, para temperaturas de até 25°C. Para temperaturas superiores, o valor deverá ser corrigido usando-se o coeficiente de
correção do gráfico abaixo.
M A N U A L
Coeficiente ft
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
1,0
0,8
0,6
0,4
10
20
30
Temperatura (°C)
40
50
20
Os golpes de aríete devem sempre que possível ser minimizados, através
da adoção das seguintes medidas:
• Utilização de tubulações de maior diâmetro, para que as velocidades
sejam mais baixas para a mesma vazão; a NBR 12218 especifica
velocidade mínima de 0,6 m/s, para evitar deposição de sedimentos, e
máxima de 3,5 m/s, para evitar golpes de aríete exagerados.
• Uso de volantes de inércia e de controles de partida e parada nos
motores, para partidas e paradas suaves das bombas.
• Abertura e fechamento de válvulas de forma lenta.
4.3. Resistência à Fadiga
Quando o golpe de aríete, em vez de ser esporádico, assume um caráter
repetitivo, com determinada frequência, temos o que se chama de
variação cíclica da pressão ou carregamento cíclico. Os materiais, de modo
geral, tendem a romper com tensões mais baixas do que o seu limite de
resistência, quando submetidos a carregamentos deste tipo. Neste caso,
faz-se necessário uma verificação da resistência à fadiga da tubulação.
Tais situações ocorrem em várias aplicações, como por exemplo em
irrigação e em bombeamento de esgoto.
Aplicações em que ocorre acionamento e parada de bombas algumas
vezes por dia, também devem ser verificadas.
• Evitar a entrada de ar, através de um dimensionamento cuidadoso das
entradas de sucção das bombas.
• Evitar a entrada de ar nas tubulações, através de enchimento lento da
tubulação, quando de sua entrada em operação.
• Uso adequado de ventosas nas partes altas da tubulação, para retirada
do ar que poderá se acumular nestes pontos.
Golpes de aríete são fenômenos complexos, principalmente em redes de
tubulações com inúmeras válvulas, bombas e ventosas, dependendo das
características destes elementos, bem como de outras variáveis como, por
exemplo, a perda de carga, o tipo de solo de envolvimento e o seu grau
de compactação.
As equações (4), (5) e (6) aplicam-se a situações mais simples, sendo
recomendável a colaboração de pessoal especializado quando se tratar
de sistemas complexos.
Normalmente as bombas dispõem de controles de partida e parada nos
motores, de forma a minimizar as sobrepressões. Estas sobrepressões,
como são repetitivas, são consideradas no dimensionamento à fadiga da
tubulação. Entretanto, caso haja uma parada brusca das bombas devido
à falta de energia, como se trata de evento isolado, sem característica
repetitiva, a sobrepressão (que é normalmente maior do que a de uma
parada normal) deve ser considerada como golpe de aríete, sendo tratada
como visto no ítem anterior.
As variações lentas de pressão que ocorrem normalmente ao longo do dia
nas redes de distribuição de água, não precisam ser consideradas.
O número de ciclos que uma tubulação pode resistir sob a ação de uma
pressão variável depende muito mais da variação da pressão (diferença
entre a pressão máxima e a pressão mínima) do que do valor médio da
pressão atuante.
04
DIMENSIONAMENTO
O número de ciclos que uma tubulação pode resistir é obtido através de testes práticos, sendo, para o caso dos tubos Amanco Biax, expresso pelo gráfico
abaixo:
Resistência à fadiga dos tubos Amanco Biax
B I A X
A M A N C O
1
0,1
0,1 E+04
1,0 E+05
1,0 E+06
1,0 E+07
1,0 E+08
Número de ciclos
O diagrama representa o número mínimo de ciclos. Normalmente não é necessário o uso de coeficientes de segurança, já que os valores médios são bem
superiores.
M A N U A L
Figura 11 – Gráfico de resistencia à fadiga dos tubos Amanco Biax
T É C N I C O
Variação da pressão (MPa)
10
A pressão máxima não deverá ultrapassar a 1,5 vezes a pressão nominal da tubulação, isto é, não deverá ultrapassar a 2,4 MPa, para temperaturas de até
25°C. Para temperaturas superiores, o valor deverá ser corrigido usando-se o coeficiente de correção do gráfico abaixo:
21
Coeficiente ft
1,0
0,8
0,6
0,4
10
20
30
Temperatura (°C)
40
50
A fadiga em tubulações pode ser minimizada através das seguintes medidas:
• Diminuindo a intensidade dos picos de pressão, seguindo-se as recomendações vistas anteriormente para minimizar os golpes de aríete.
• Limitando o número de ciclos, através da utilização de poços de sucção e/ou reservatórios de maior tamanho, que resultam em menor número de
partidas das bombas.
04
DIMENSIONAMENTO
4.4. Tubulações Enterradas
As tubulações que trabalham sob pressão interna também sofrem esforços adicionais devido à sua condição enterrada. Tais esforços são basicamente de
compressão, devido à carga de terra sobre o tubo, e de flexão, devido à leve deformação do tubo em consequencia de tal carga. O efeito destas cargas
é sentido principalmente após o tubo ser enterrado, enquanto não é submetido à pressão interna. Logo que a pressão interna é aplicada, ela atua no
sentido de inibir estar cargas, causando um rearredondamento praticamente completo do tubo.
O efeito das cargas externas sobre um tubo é muito pequeno quando comparado à ação da pressão interna, e na maioria dos casos pode ser desprezado.
O resultado deste trabalho é representado abaixo e mostra a deflexão diametral estimada de um tubo em função de sua rigidez circunferencial, logo após
a instalação.
A deflexão a longo prazo é obtida adicionando-se os seguintes fatores de deflexão:
• Para solos do tipo granular bem compactados: 1%.
• Para solos do tipo granular com compactação moderada: 2%.
• Para solos do tipo granular sem compactação: 3%.
• Para solos coesivos: 4%.
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
Um amplo trabalho de pesquisa realizado na Europa com tubulações plásticas enterradas conduzindo esgoto, sem pressão, mostrou que não é necessário
um dimensionamento preciso para uma tubulação enterrada, desde que a tubulação tenha rigidez adequada e a instalação seja de boa qualidade.
16
Bom
Moderado : solo do tipo granular com compactação moderada
(Proctor entre 87% e 94%).
Nenhum : solo do tipo granular, apenas despejado (sem compactação)
ou solo do tipo coesivo.
14
22
12
Deflexão do tubo [%]
: solo do tipo granular com boa compactação (Proctor > 94%).
10
8
6
Nenhum
4
2
Moderado
0
Bom
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Rigidez circunferencial [kPa]
Figura 12 – Deflexão diametral estimada para os tubos plásticos, logo após sua instalação
Esse gráfico aplica-se a tubulações plásticas enterradas sujeitas a carga de tráfego, com profundidade de instalação de 0,8 m a 6,0 m. Caso não haja carga
de tráfego, os tubos poderão ser instalados em profundidades menores.
A linha superior de cada região do gráfico indica a deflexão máxima estimada, enquanto a linha inferior indica a deflexão média esperada.
04
DIMENSIONAMENTO
Deflexão
estimada,
logo após a
instalação (%)
Deflexão
estimada a
longo prazo
(%)
granular
boa
0
1
granular
moderada
2,5
4,5
granular
despejado
6,2
9,2
coesivo
boa
6,2
10,2
Os tubos Amanco Biax normalmente não ficarão um longo tempo sem
pressão interna, e portanto interessam apenas os valores de deflexão logo
após a instalação, que resultaram inferiores ao limite de 7,5 %.
20
30
40
Curto prazo
4000
3830
3705
Longo prazo (50 anos)
2000
1500
1000
Tabela 2 – Valores do módulo de elasticidade E (MPa) dos tubos Amanco Biax
No caso de tubulação enterrada, o solo de envolvimento, embora exerça
uma pressão sobre a superfície externa da tubulação, também funciona
como apoio para a mesma, ajudando-a a resistir ao colapso. Neste caso, a
pressão crítica de colapso pode ser expressa por
Pscri = 1,15 * √ ( Pcri * E’ )
Equação (8)
pscri = pressão crítica de colapso do tubo, quando enterrado (MPa)
E’ = módulo reativo do solo de envolvimento (MPa)
Entretanto, por segurança adicional, convém utilizar solos granulares no
envolvimento dos tubos, com compactação pelo menos moderada, de
forma a garantir uma melhor qualidade de instalação, com excelente
desempenho, mesmo sem pressão por um longo período.
4.5. Colapso Devido ao Vácuo Interno e/ou Pressão
Externa
Uma tubulação poderá estar sujeita ao colapso quando sob vácuo interno
ou pressão externa, ou ambos simultaneamente.
A pressão crítica, em que o colapso é iminente, de uma tubulação
sem apoio externo (quando há apenas pressão hidrostática, como por
exemplo no caso de tubulações não enterradas, sujeitas a vácuo interno
ou travessia subaquática), é dada por
2*E
Pcri =
(1 – μ2) *
dn
-1 *3
en
Equação (7)
Pcri = pressão crítica de colapso do tubo, sem apoio lateral (MPa)
E = módulo de elasticidade do tubo (MPa)
μ = coeficiente de Poisson do material do tubo (0,45 para o PVC-O)
dn = diâmetro externo nominal do tubo (mm)
en = espessura de parede nominal do tubo (mm)
B I A X
Compactação
Temperatura (°C)
A M A N C O
Tipo de solo
O valor do módulo de elasticidade do tubo dependerá do intervalo de
tempo durante o qual a pressão externa (ou vácuo interno) age. Se a
ação é de curto prazo, como no caso de um golpe de aríete, deverá ser
usado o módulo de curto prazo; caso contrário, usa-se o módulo de longo
prazodo material. O módulo também depende da temperatura, como
pode ser visto na tabela abaixo:
T É C N I C O
Os tubos Amanco Biax tem rigidez de aproximadamente 7 kN/m2,
e podemos obter a sua deflexão estimada logo após a instalação e,
adicionando-se os fatores de deflexão, a sua deflexão estimada longo
prazo, para algumas situações de instalação, sem pressão interna:
Como a relação dn/en é constante para toda a linha de tubos Amanco
Biax, todas as bitolas apresentam a mesma resistência ao colapso.
M A N U A L
Testes práticos mostram que os tubos plásticos, ao atingir uma deflexão
de cerca de 30%, invertem a curvatura e iniciam o colapso. Assim, por
segurança, normalmente restringe-se a deflexão máxima permissível de
longo prazo a 7,5%, o que resulta em um coeficiente de segurança de 4
em relação ao colapso.
23
04
DIMENSIONAMENTO
Os valores do módulo reativo do solo dependem do tipo de solo e do grau de compactação do mesmo, podendo ser obtidos das tabelas abaixo, que
constam da norma brasileira NBR 14486:
Classe
Tipo
B I A X
Pedregulho
contendo material
fino
Solos granulares
(menos de 50%
passando na
peneira n° 200)
GW
Pedregulho e misturas de areia e pedregulho bem graduados com pouco ou nenhum
material fino
GP
Pedregulho e misturas de areia e pedregulho mal graduados com pouco ou nenhum
material fino
GM
Pedregulho siltoso, misturas de pedregulho, areia e silte
GC
Pedregulho argiloso, misturas de pedregulho, areia e argila
SW
Areia e areia pedegrulhosa - bem graduadas com pouco ou nenhum material fino
SP
Areia e areia pedregulhosa - mal graduadas com pouco ou nenhum material fino
SM
Areia siltoa, misturas de areia e silte
SC
Areia argilosa, misturas de areia e argila
ML
Silte inorgânico. areia muito fina, areia fina siltosa ou argilosa
CL
Argila inorgânica de baixa e média plasticidade, argila pedregulhosa, arenosa e siltosa,
argila magra
OL
Silte orgânico, areias finas ou siltes micáceos ou diatomáceos, silte elástico
MH
Silte inorgânico, areias finas ou siltes micáceos ou diatomáceos , silte elástico
CH
Argila inorgânica de alta plasticidade, argila gorda
OH
Argila orgânica de média a alta plasticidade
PT
Turfa e outros solos altamente orgânicos
Areia limpa
Areias (mais de 50%
de fração grossa não
passa na peneira n°4)
Areia contendo
material fino
T É C N I C O
A M A N C O
Nomes Típicos
Pedregulho limpo
Pedredulhos (50% ou
mais de fração grossa
não passa na peneira
n° 4)
M A N U A L
Símbolo
Silte e argila
(LL < 50)
Solos finos (50% ou mais passando na
peneira n° 200)
Silte e argila
(LL > 50)
24
Solos altamente orgânicos
NOTA: LL é o limite de liquidez.
Tabela 3 – Classificação dos tipos de solo
Valor E (MPa), para vários graus de compactação
PROCTOR
Tipo de solo
Solo sem
Baixo
Moderado
Alto
compactação
(< 85%)
(85% - 95%)
(> 95%)
Cascalho
7
21
21
21
Solos granulares com pouco ou nenhum material fino: GW, GP, SW e SP
1,4
7
14
21
0,7
2,8
7
14
0,35
1,4
2,8
7
Solos granulares com material fino: GM, GC, SM, SC solos finos com média ou nenhuma plasticidade
(LL < 50): ML, CL, ML-CL com mais de 25% de material granular
Solos finos com média ou nenhuma plasticidade (LL < 50): ML, CL, ML-CL,
com menos de 25% de material granular
Solos finos com média ou alta plasticidade (LL > 50): MH, CH, CH-MH
NOTA - LL é o limite de liquidez
Tabela 4 – Valores de E’ em função do grau de compactação do solo
Não há dados seguros. Considera-se E = 0
04
As equações (7) e (8) consideram uma tubulação como sendo
perfeitamente cilíndrica. Para tubulações com certa ovalização, a pressão
crítica de colapso será menor, sendo necessário o uso de coeficientes de
correção.
ou seja, os tubos Amanco Biax resistem 2,34 vezes mais à pior condição
teórica de subpressão, que seria vácuo total (0,1 MPa). Na prática, a
subpressão não atinge o vácuo total, chegando no máximo à pressão de
vapor do líquido conduzido.
No caso da equação (7), tal correção foi desenvolvida por Timoshenko. Os
valores dos coeficientes de correção, para os tubos Amanco Biax, podem
ser obtidos a partir da tabela abaixo:
A norma européia EN 805 especifica que as tubulações de adução e
distribuição de água devem ser projetadas para suportar uma subpressão
de 0,08 MPa.
0,924
2
0,859
3
0,803
4
0,755
5
0,712
6
0,674
7
0,639
8
0,609
9
0,581
10
0,555
dn
Figura 13 - Deformação diametral de um tubo
ovalizado
Pscrio = Cs * Pscri = (1 - 3 * 0,075) * 1,15 * (0,234 * 7) = 1,14 MPa
ou seja, a pressão crítica de colapso, neste caso, é mais de 10 vezes
superior ao vácuo total.
4.6. Empuxo Hidrostático e Hidrodinâmico
Tabela 5 – Coeficientes de correção da pressão de colapso para tubos ovalizados
Pcrio = C * Pcri
Equação (9)
Pcrio = pressão crítica de colapso para tubulação ovalizada, sem apoio externo.
C = coeficiente de correção da pressão crítica de colapso, aplicável a tubos ovalizados, sem apoio externo.
No caso da equação (8), o coeficiente de correção, segundo Janson, pode
ser obtido através da seguinte expressão:
Cs =
A M A N C O
1
Considerando-se o suporte do solo de envolvimento lateral
(por exemplo, o valor de E’ = 7 MPa, para solo granular com material fino,
com compactação moderada), e ovalização máxima permissível para o
tubo (7,5%) obtemos a pressão crítica de colapso através da equação:
Empuxo hidrostático é a resultante de forças desbalanceadas atuantes
sobre a tubulação, devido à pressão interna do fluido. Ocorre sempre que
há uma mudança de direção ou de bitola da tubulação, como em curvas,
tês e reduções, assim como em caps ou válvulas quando fechadas total ou
parcialmente. O empuxo hidrostático tende a deslocar os componentes
da tubulação, devendo ser impedido através de juntas travadas ou de
blocos de ancoragem, já que as juntas elásticas são deslizantes e não
oferecem resistência a tal movimento.
A figura abaixo mostra as forças atuantes sobre alguns tipos de conexões
e o empuxo hidrostático resultante:
Curvas
d²
F=p*A=p*π*
1 - 3 * δdn
4
dn
F
F
θ
R = 2 * F * sen
Equação (10)
2
Pscrio = Cs * Pscri
θ
Equação (11)
R
Pscrio = pressão crítica de colapso para tubulação ovalizada, enterrada.
Tês e Tês de redução
Cs = coeficiente de correção da pressão crítica de colapso, aplicável a tubulações enterradas.
δdn/dn = deformação diametral relativa.
F
F=p*A=p*π*
Os tubos Amanco Biax são bastante resistentes ao colapso.
Considerando-se a temperatura ambiente como sendo 20°C, pela
aplicação da equação (7), poderemos determinar a sua pressão crítica
de colapso quando sujeitos a uma subpressão devido ao golpe de aríete,
desprezando o suporte fornecido pelo solo de envolvimento lateral:
R
2 * 4000
[ (1 - 0,452) * (36 - 1) 3 ]
= 0,234 MPa
4
(d1)²
F1 = p * A1 = p * π *
4
F1
R = F1
F
Pcri =
d²
T É C N I C O
C
M A N U A L
δdn
Deformação diametral
relativa δdn/dn (%)
B I A X
DIMENSIONAMENTO
25
04
DIMENSIONAMENTO
Caps
R
F
R=F=p*A=p*π*
d²
4
Reduções
F1
B I A X
F2
F2 = p * A2 = p * π *
R
(d1)²
4
(d2)²
resistencia ao empuxo.
4
A M A N C O
F
F
R = F1 – F2
R
F
R
F
F
Junções
F
F
T É C N I C O
M A N U A L
26
F1 = p * A1 = p * π *
O solo que envolve a tubulação deverá oferecer resistencia ao empuxo,
impedindo o movimento dos componentes do sistema. Como estes
componentes tem uma área de contato relativamente restrita, a pressão
sobre o solo seria elevada, podendo ultrapassar sua capacidade de suporte.
Assim, utilizam-se os blocos de ancoragem, executados normalmente em
concreto, que tem a função de melhorar a transferencia do empuxo ao
solo, através do aumento da área de contato, e portanto da diminuição
da pressão resultante sobre o solo, de modo que este possa suportar com
segurança o empuxo. Em alguns casos é utilizado também o peso do bloco
de concreto e a força de atrito entre o bloco e o solo, como fatores de
F=p*A=p*π*
R
d²
4
(d1)²
F1 = p * A1 = p * π *
4
Tê 90°
Curva 45°
Curva 90°
Cap
Figura 15 – Desenho esquemático dos blocos de ancoragem
O dimensionamento da área de contato do bloco de ancoragem com o
solo, dependerá do empuxo e da capacidade de suporte do solo.
R = F1
F1
A capacidade de suporte do solo poderá ser estimada através da tabela a
a seguir, válida para empuxo horizontal em tubulações enterradas a pelo
menos 0,6 m de profundidade.
F
Figura 14 – Empuxo hidrostático atuante sobre alguns tipos de conexões
d, d1 e d2 são os diâmetro externo dos tubos.
Tipo de solo
Capacidade de suporte (kPa)
Solo orgânico, turfa, etc.
0
Argila mole
25
Areia
50
Areia com cascalho
75
Areia com cascalho e argila
100
M = m * V = ρ * Q * V = ρ * (Ai * V) * V = ρ * Ai *V2
Areia com cascalho, ligados com argila
200
Equação (12)
Solos duros
250
O empuxo hidrodinâmico é causado pela mudança da quantidade de
movimento do fluido conduzido, ou seja, ocorre quando há mudança de
direção ou de velocidade do fluido.
A quantidade de movimento do fluido em em uma determinada seção da
tubulação, é expressa por
M = quantidade de movimento.
m = vazão em massa.
V = velocidade do fluido.
ρ = massa específica do fluido.
Ai = área da seção transversal interna da tubulação.
Tabela 6 – Capacidade de suporte estimada para o solo, segundo Moser.
Ab =
Em todas as situações ilustradas, sempre que haja velocidade do fluxo,
haverá também empuxo hidrodinâmico. A única exceção é o cap, em que
não há velocidade.
R
(1000 * Cs)
Equação (14)
Ab = área de contato do bloco de ancoragem com o solo, perpendicular à direção do empuxo (m2)
R = empuxo hidrostático (fig.14) (N)
Cs = capacidade de suporte do solo (tab.5) (kPa)
No caso de curvas, por exemplo, o empuxo hidrodinâmico é calculado por:
R = 2 * ρ * Ai * V2 * sen
θ
2
(Equação 13)
O empuxo hidrodinâmico, nas velocidades usualmente empregadas nas
tubulações, é desprezível quando comparado com o empuxo hidrostático,
sendo normalmente desprezado.
Obs.:
• Os blocos de ancoragem devem ser dimensionados para suportar o
empuxo máximo, que ocorre quando a tubulação está submetida à
máxima pressão hidrostática interna. Esta poderá ser decorrente de
uma sobrepressão devido a um golpe de aríete previsto ou poderá ser a
pressão de teste da tubulação, antes de entrar em operação.
• O bloco de ancoragem deverá envolver apenas a conexão, e não o
tubo. Assim, as juntas elásticas da conexão fornecerão a flexibilidade
necessária para compensar eventuais recalques diferenciais devido à
pressão do bloco de ancoragem sobre o solo. As juntas, estando livres,
permitirão também a observação de eventual vazamento durante o
teste de estanqueidade da tubulação.
Cada junta poderá ser defletida de 1°, obtendo-se desta forma uma
poligonal de raio de curvatura suave para a tubulação. Deve-se notar que
as juntas dos tubos Amanco Biax são testadas para ter estanqueidade
perfeita com deflexão mínima de 2°, de modo que a curvatura assim
obtida é segura.
B I A X
Curvatura através da deflexão angular das juntas:
Para se conseguir a curvatura, apoia-se o tubo em pontos próximos
da extremidade, usando-se sacos de areia ou material de reaterro para
mante-lo na posição, exercendo-se então uma força no meio do vão, para
curvá-lo. A situação é equivalente a uma viga bi-apoiada, com uma carga
concentrada no meio do vão. O tubo será curvado em forma de uma
parábola suave, sendo o raio mínimo localizado no meio do vão.
A M A N C O
Na instalação de tubulações de PVC-O, curvaturas de raio longo podem
ser conseguidas aproveitando-se a deflexão angular permitida em cada
junta elástica, assim como uma flexão controlada do próprio tubo.
Não se deve utilizar a bolsa como apoio para se curvar os tubos. Assim,
o tubo terá as extremidades retas, sendo curvado apenas na parte
intermediária.
R
L
a
a/2
B
y
2
a
b
F
Figura 17 – Curvatura através da flexão do tubo
a
Figura 16 - Curvatura da tubulação através da deflexão nas juntas dos tubos.
A força necessária, a flecha no meio do vão e o ângulo de deflexão nas
extremidades, são calculados pelas seguintes expressões:
Da figura16, temos o raio resultante
F=
(R*L)
L
Equação (17)
2
R=
tg
4*E*I
a
2
Equação (15)
I=
π
64
* [dn4 – (dn – 2 * en) 4]
Equação (18)
R = raio da linha de centro do tubo, resultante da deflexão angular das juntas dos tubos (m)
L = comprimento de cada tubo (m)
a = ângulo de deflexão em cada junta (°)
O deslocamento lateral da extremidade de cada tubo, devido à deflexão
de um ângulo “a” será:
y=
F * L3
(48 * E * I)
Equação (19)
b = L * sen(a)
Equação (16)
As equações (15) e (16), aplicadas aos tubos Amanco Biax
(L = 6 m e a = 1°), fornecem:
R = 343,77 ≈ 344 m
a ≈ 0,105 m = 10,5 cm
Curvatura através da Flexão do Tubo
O raio de curvatura será limitado pela tensão axial máxima induzida pela
flexão. Esta tensão ocorre na geratriz da superfície externa do tubo e age
juntamente com outras tensões axiais causadas por acomodações do
solo, contrações térmicas e pelo efeito Poisson.
Seguimos as recomendações da norma ENV 1452-6, que especifica o raio
mínimo de curvatura como 300 vezes o diâmetro externo do tubo.
F * L2 *
θ=
180
π
(16 * E * I)
Equação (20)
F = força necessária para curvar o tubo (N)
E = módulo de elasticidade axial de curto prazo do material do tubo (3x109 Pa para o PVC-O)
I = momento de inércia da seção do tubo, em relação à linha neutra (m4)
R = raio da linha de centro do tubo, no meio do vão (m)
L = comprimento do tubo a ser curvado (distancia entre apoios) (m)
dn = diâmetro externo nominal do tubo (m)
en = espessura de parede nominal do tubo (m)
y = flecha no meio do vão, decorrente da curvatura do tubo (m)
θ = ângulo de deflexão nas extremidades do tubo (°)
T É C N I C O
4.7. Curvatura em Tubulações
DIMENSIONAMENTO
M A N U A L
04
27
04
DIMENSIONAMENTO
A tabela abaixo apresenta tais valores calculados para a linha Amanco
Biax, considerando-se um comprimento de curvatura de 5 m (deixando-se
0,5 m em cada extremidade do tubo, para que as juntas não sejam
forçadas) e um raio mínimo no meio do vão igual a 300.dn. O ângulo de 2.θ
corresponde à deflexão total do tubo (θ em cada extremidade).
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
DN
F
y
θ
2.θ
B
kgf
cm
°
°
cm
100
14
5,9
2
4
17,7
150
40
4,1
1,4
2,8
12,3
200
90
3,1
1,1
2,2
9,4
250
168
2,5
0,9
1,8
7,6
300
282
2,1
0,7
1,4
6,4
Tabela 7 – Fatores envolvidos na curvatura dos tubos Amanco Biax
Da tabela apresentada, nota-se que a força necessária para o curvamento,
aumenta significativamente com a bitola do tubo. Assim, tubos de bitola
superior a DN 200 exigem as devidas precauções.
Não é recomendável o uso de colares de tomada ou tês de serviço em tubos
curvados. Caso seja necessário ter derivação no trecho, recomenda-se
efetuar a curvatura da tubulação usando-se apenas a deflexão angular das
juntas.
O coeficiente f depende da rugosidade da superfície interna da tubulação
e do número de Reynolds, sendo este último expresso por:
Re = V *
di
y
Equação (22)
Re = número de Reynolds
γ = viscosidade cinemática do fluido (≈10-6 m2/s para água a 20°C)
O número de Reynolds indica o regime do escoamento, sendo que para o
escoamento de água em condutos relativamente lisos, aplica-se:
Re < 2000 : regime laminar.
2000 < Re < 4000 : regime de transição.
Re > 4000 : regime turbulento.
O escoamento de água em tubulações, na prática, ocorre sempre no
regime turbulento. Nesta situação, o coeficiente de perda de carga f é
calculado pela equação de Colebrooke-White:
1
(f)
= 2 * log10 * 0,27 *
K
di
+
2,51
[ Re * (f) ]
Equação (23)
28
4.8. Dimensionamento Hidráulico
O escoamento de um fluido em uma tubulação depende basicamente da
energia disponível (que pode ser fornecida por um desnível ou por meio
de bombeamento), do diâmetro da tubulação e das perdas de carga ao
longo do comprimento.
As perdas de carga, ou de energia, são causadas pelo atrito interno do
fluido devido à sua viscosidade, bem como pelo atrito do fluido com as
paredes da tubulação. Podem ser distribuídas uniformemente ao longo
da tubulação, bem como localizadas, nos pontos em que há válvulas,
conexões ou outros dispositivos que interferem no fluxo.
Perdas de Carga Distribuídas
As perdas de carga distribuídas são calculadas pela fórmula de DarcyWeisbach:
hf = f *
L
di
*
k = rugosidade uniforme equivalente das paredes do tubo (m).
O valor não é a rugosidade real do tubo, mas baseia-se no diâmetro de
grãos de areia uniformes, utilizados como revestimento superficial de
tubos nas experiencias de Nikuradse, que dariam a mesma perda de carga.
Nota-se, que a influencia da rugosidade na perda de carga do tubo é mais
significativa para maiores valores do número de Reynolds, justamente
onde ocorre a maioria das aplicações práticas.
Os tubos Amanco Biax, devido ao seu processo de fabricação, tem o
diâmetro interno extremamente liso, resultando em valores muito baixos
para a rugosidade uniforme equivalente. Além disso, como os tubos
Amanco Biax são altamente resistentes à corrosão e ao desgaste, não é
necessário considerar o aumento da rugosidade com o envelhecimento,
como ocorre com alguns outros tipos de tubulação.
V2
2*g
Valores de k recomendados para a perda de carga distribuída nos tubos
Amanco Biax:
Equação (21)
hf = perda de carga distribuída (mca)
f = coeficiente de perda de carga distribuída
L = comprimento da tubulação (m)
di = diâmetro interno da tubulação (m)
V = velocidade média do fluido (m/s)
g = aceleração da gravidade (9,81 m/s2)
Para tubos conduzindo água: k = 0,003
Para tubos conduzindo esgoto: k = 0,06 mm
A influência da rugosidade pode ser avaliada tomando-se, por exemplo,
duas tubulações DN 150, com o mesmo diâmetro interno e com a mesma
velocidade de fluxo (2 m/s), mas com rugosidades diferentes: 0,1 mm e
0,003 mm.
O tubo com rugosidade 0,1 mm terá uma perda de carga de 23,85 m/km,
enquanto o tubo com rugosidade 0,003 mm terá uma perda de carga de
18,38 m/km, ou seja, aproximadamente 30% menor.
04
A tabela a seguir fornece os valores de velocidade, vazão e perda de carga
distribuída para a linha de tubos Amanco Biax:
Perdas de Carga Localizadas
As perdas de carga localizadas, em regime turbulento, podem ser
expressas como:
Descrição
Fator K
Curva 90 raio longo
0,4
Joelho 90
0,75
Curva 45 raio longo
0,2
Joelho 45
0,35
Curva 22°30’
0,1
Tê passagem direta
0,4
Tê saída lateral
1
Tê saída bilateral
1,8
Junção
0,4
Luva
0,04
Alargamento gradual
0,3
Redução gradual
0,1
Registro de gaveta aberto
0,17
Registro de esfera aberto
0,05
Registro globo aberto
6
Registro de ângulo aberto
2
Registro de diafragma aberto
2,3
Registro de borboleta aberto
0,5
Válvula de retenção de portinhola
2
Válvula de pé com crivo, com fechamento axial
6,5
Válvula de pé com crivo, tipo portinhola
2,5
Crivo
0,75
Saída de reservatório normal (cantos vivos)
0,5
Saída de reservatório com borda
0,8
Saída de reservatório (cantos arredondados)
0,2
Entrada de reservatório (livre)
1
Entrada de reservatório (afogada)
0,9
hl = perda de carga localizada (mca)
K = coeficiente de perda de carga localizada
V = velocidade média do fluido (m/s)
g = aceleração da gravidade (9,81 m/s2)
Os valores de K variam conforme o fabricante e também conforme a bitola
das peças, já que o projeto das peças não se mantém exatamente similar
para as várias bitolas. Entretanto, estas variações podem normalmente ser
desprezadas em função do valor total da perda de carga do sistema, de
modo que podemos adotar valores aproximados:
Tabela 8 – Valores dos coeficientes de perda de carga localizada
A M A N C O
Equação (24)
T É C N I C O
2*g
B I A X
V²
M A N U A L
hl = K *
DIMENSIONAMENTO
29
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
05
Recomendações
31
05
RECOMENDAÇÕES
5. Recomendações
Transporte e Manuseio
As recomendações para armazenamento, manuseio, transporte e
instalação dos tubos Amanco Biax são baseadas principalmente na norma
ABNT NBR 9822.
Armazenamento
ou objetos pontiagudos.
• O solo deve ter uma camada de material macio ou estrados de madeira
para receber os tubos. Caso os tubos fiquem sobre o solo, deverão ser
cavados pequenos nichos para alojar as bolsas, o que permitirá que o
tubo seja assentado uniformemente ao longo de seu comprimento.
• Os tubos devem ser apoiados de forma alternada (a bolsa de um tubo
para um lado e a bolsa do tubo seguinte para o lado oposto), para que as
bolsas, que tem maior diâmetro que os tubos, não fiquem tensionadas
quando se proceder o empilhamento. Veja a fig.18, abaixo.
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
• A área que recebe os tubos deve ser horizontal, nivelada e sem pedras
O carregamento dos caminhões e o transporte e manuseio dos tubos
devem ser executados de tal forma que nenhum dano ou deformação
ocorra no produto, devendo para isso ser evitado:
• Jogar o tubo ao solo.
• Arrastar o tubo sobre o solo.
• Sobrepor as bolsas.
• Curvar os tubos.
• Permitir contato com extremidades pontiagudas.
• Permitir contato com combustíveis, tintas ou solventes.
• Colocar materiais ou ferramentas sobre os tubos.
• Andar sobre os tubos.
Instalação
A execução da adutora ou rede de água com tubos Amanco Biax e
conexões deve obedecer ao projeto executivo e demais informações
técnicas.
Preparo da Vala
1,5 m
M A N U A L
A tubulação a ser assentada deve ter seu eixo demarcado a cada 20 m. Os
pontos de instalação de conexões, registros, ventosas, e cruzamentos em
nível com outras tubulações ou elementos enterrados, também devem
ser identificados.
6,0 m
32
Figura 18 – Disposição dos tubos na armazenagem (fonte: ABNT NBR 9822)
• Procurar locais sombreados, livres de ação direta de exposição contínua
ao sol.
• Quando for possível, proteger por lonas ou outro tipo de cobertura,
colocada no mínimo a 30 cm acima dos tubos para permitir ventilação.
• As pilhas, escoradas lateralmente, devem ter no máximo 1,50 m de
altura. Os tubos devem ser empilhados um a um, manualmente.
• Se tubos de diferentes diâmetros forem armazenados juntos, os de
maior diâmetro devem ser colocados por baixo.
1,50 m
Espaço para
ventilação
30 cm
20 m
20 m
Figura 20 - Demarcação da tubulação (fonte: ABNT NBR 9822)
A largura da vala deverá ser suficiente para o trabalho dos operários e para
que seja possível a compactação adequada do solo de reaterro nas laterais
do tubo. As dimensões deverão seguir a orientação da NBR 9822, para
valas de até 2 m de profundidade. Para valas com profundidade entre 2 m
e 4 m, a largura da parte superior da vala deverá ser de no mínimo 80 cm.
Para valas com profundidade superior a 2 m, e sempre que as condições
do solo exigirem, recomenda-se o uso de escoramento das paredes da
vala.
Figura 19 - Empilhamento dos tubos (fonte: ABNT NBR 9822)
60 cm
(mínimo)
25 cm
(mín.)
DE
25 cm
(mín.)
Figura 21 - Largura da vala (fonte: ABNT NBR 9822)
É recomendável, mas não essencial, que o fluxo de água na tubulação se
dê da ponta de um tubo para a bolsa do tubo seguinte.
O fundo da vala deverá ser regularizado, de modo a prover suporte
adequado para os tubos. Não deverá ter colos nem ressaltos, e ser isento
de pedras.
Tubo
Assentado
Figura 24 – Sequencia de montagem dos tubos (fonte: ABNT NBR 9822)
No caso de solo rochoso (rocha decomposta, pedras soltas e rocha viva)
é necessário executar um leito de areia, isento de pedras, de no mínimo
15 cm sob os tubos.
Obs.:
No caso de transição entre o tubo Amanco Biax e o tubo de ferro
fundido, recomenda-se sempre introduzir a ponta do tubo Amanco Biax
na bolsa do tubo de ferro fundido. As pontas dos tubos de ferro fundido
tem maiores variações dimensionais, inadequadas ao projeto das bolsas
dos tubos Amanco Biax.
15 cm
Uma curvatura de raio longo da tubulação poderá ser obtida mediante
deflexão angular nas juntas ou então mediante curvatura a frio dos
tubos.
Areia
Não é permitido o uso de aquecimento dos tubos para a obtenção de
curvas.
B I A X
Fundo da Vala
Preferencialmente, cada tubo assentado deve ter como extremidade
livre uma bolsa, na qual será acoplada a ponta do tubo subseqüente.
Isto permitirá uma montagem mais limpa, evitando-se problemas de
contaminação e estanqueidade.
A M A N C O
Durante a escavação da vala, todo entulho resultante da quebra do
pavimento ou eventual base de revestimento do solo deve ser afastado
da sua borda, para evitar o uso indevido no envolvimento da tubulação.
Assentamento da Tubulação
T É C N I C O
A profundidade mínima de instalação do tubo (distância da superfície
do solo até a geratriz superior do tubo) deverá ser de 80 cm sob vias de
tráfego e de 60 cm em condições sem tráfego de veículos.
RECOMENDAÇÕES
M A N U A L
05
Execução da Junta Elástica
Figura 22 – Leito em caso de solo rochoso (fonte: ABNT NBR 9822)
No caso de solo argiloso, tabatinga ou lodo, sem condições mecânicas
mínimas para assentamento dos tubos, deve-se executar uma base de
cascalho ou concreto convenientemente estaqueada. A tubulação sobre
tais bases deve ser assentada, apoiada sobre berço de areia ou material
escolhido, tomando-se os cuidados necessários (uso de material bem
graduado ou de manta geotextil) se houver possibilidade de migração
do material nativo para o berço. É também aconselhável que a largura da
vala seja um pouco maior, para que a pressão lateral transferida ao solo
nativo seja mínima.
Verificar se o anel de vedação encontra-se na posição correta. O anel
bilabial integrado dos tubos Amanco Biax é removível, devendo ser
removido e reinstalado, caso a sua posição na canaleta não esteja correta.
Figura 25 – Posição correta do anel na canaleta dos tubos Amanco Biax
Utilizando estopa limpa, limpar a ponta do tubo e o interior da bolsa,
com a devida atenção ao anel de vedação.
15 cm
Recomenda-se a utilização de calços sob a ponta e a bolsa dos tubos,
para que os tubos, afastados do solo, permaneçam limpos durante a
execução da junta.
Areia
Concreto
ou Cascalho
Figura 23 – Leito em caso de solo sem resistencia adequada (fonte: ABNT NBR 9822)
Figura 26 - Limpeza da ponta e da bolsa dos tubos (fonte: ABNT NBR 9822)
33
05
RECOMENDAÇÕES
Aplicar a Pasta Lubrificante Amanco na parte visível do anel de vedação e
na ponta do tubo, para facilitar a montagem.
Obs.: não usar óleo ou graxa como lubrificante, pois podem danificar o
anel de vedação.
As conexões de ferro fundido tem normalmente a profundidade de
bolsa menor que a dos tubos Amanco Biax. Assim, quando se efetua a
montagem de pontas de tubos em conexões de ferro fundido, a ponta
deverá ser introduzida até o final da bolsa. Além disso, o chanfro utilizado
na ponta dos tubos deverá ter o seu comprimento reduzido, conforme a
figura abaixo:
e
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
15°
34
Figura 27 - Aplicação da pasta lubrificante (fonte: ABNT NBR 9822)
Introduzir a ponta do tubo na bolsa observando as marcações, que
indicam quanto a ponta deve ser introduzida na bolsa.
Figura 31 – Chanfro de comprimento reduzido, recomendável para a montagem dos tubos com
conexões de ferro fundido
Derivações
As derivações devem ser executadas com colares de tomada ou tês
de serviço de largura adequada, que abraçem o tubo em toda a sua
circunferencia e que tenham batentes que impeçam um aperto excessivo
sobre o tubo.
Figura 28 - Marcação do comprimento de encaixe na ponta dos tubos (fonte: ABNT NBR 9822)
A montagem deve ser manual, ou, quando necessário, poderá ser utilizada
uma alavanca, protegendo-se a extremidade do tubo em contato com a
alavanca, com um calço de madeira.
Não é recomendável efetuar derivações em tubos curvados. Caso seja
necessário ter derivação no trecho, recomenda-se efetuar a curvatura da
tubulação usando-se apenas a deflexão angular das juntas.
Ancoragem
Em todos os pontos da tubulação em que existam curvas, derivações,
reduções, registros, entre outros, devem ser executadas ancoragens.
Figura 29 – Montagem dos tubos com auxílio de alavanca (fonte: ABNT NBR 9822)
Obs.: a ponta do tubo Amanco Biax já é fornecida devidamente chanfrada,
para facilitar a montagem da junta elástica. Quando se corta tubos na obra,
deve-se efetuar o chanfro na ponta cortada, com as seguintes dimensões
aproximadas:
(1,8 a 2).e
e
15°
e/2
Figura 32 - Ancoragem
e
Figura 30 – Chanfro recomendado para a ponta dos tubos cortados na obra
05
RECOMENDAÇÕES
Estanqueidade das Juntas
Antes do reaterro final da vala, todas as juntas executadas devem ser
verificadas quanto à sua estanqueidade. As verificações devem ser feitas
de preferência entre derivações e no máximo a cada 500 m de tubulação.
Após o assentamento dos tubos, seu envolvimento e ancoragem das
conexões, mantendo-se todas as juntas inspecionáveis, a tubulação deve
ser pressurizada com água até que seja atingida 1,5 vez a pressão de
serviço do tubo, no ponto de cota geométrica mais baixa. Em nenhum
ponto da linha a pressão hidrostática interna de ensaio pode ser inferior
a 0,2 MPa.
Ao se colocar o material de reaterro, deve-se tomar o devido cuidado para
que não fiquem vazios junto à tubulação.
Quando a vala tiver escoramento, este deve ser retirado progressivamente
à medida em que se efetua a compactação, de modo que não ocorram
vazios no solo, devido à retirada do escoramento.
Não devem ser utilizadas rodas de máquinas na compactação da vala.
30 cm
30 cm
Material isento de
pedras e entulhos
10 cm
10 cm
Figura 34 – Reaterro dos tubos
Envolvimentos Especiais
Figura 33 - Estanqueidade das juntas
Reaterro
A tubulação deve ser recoberta com material selecionado (isento de
pedras e entulho), pelo menos até 30 cm acima da geratriz superior do
tubo.
O reaterro deve ser feito em camadas de no máximo 10 cm, compactandose manualmente apenas nas laterais do tubo, até que se atinja uma altura
de 30 cm acima do tubo. A partir daí, o reaterro prossegue em camadas
de no máximo 30 cm, compactando-se com equipamento apropriado em
toda a largura da vala, de modo a se obter o mesmo estado do terreno
lateral.
Quando a profundidade de instalação do tubo for inferior a 80 cm, ou
quando a tubulação atravessar ruas com pesadas cargas de tráfego,
ferrovias, etc., devem ser tomadas medidas especiais de proteção aos
tubos Amanco Biax. Neste caso, sugere-se como opções:
Opção 1 - Execução de canaletas, com envolvimento do tubo em material
granular e uma tampa de concreto armado.
Opção 2 – Execução de laje de concreto armado.
Laje de
concreto
Envolvimento
de areia
Tubulação
Canaleta de concreto
Areia ou material compactado
isento de pedras
Figura 35 – Proteção dos tubos em situação de vala muito rasa ou cargas pesadas (fonte: ABNT NBR 9822)
T É C N I C O
30 cm
M A N U A L
Material pode
estar misturado
A M A N C O
B I A X
Manter a pressurização estável na linha no mínimo durante 30 min.
35
05
RECOMENDAÇÕES
Não é recomendável o envolvimento direto dos tubos Amanco Biax
com concreto, pois este envolvimento, trabalhando como viga contínua
debaixo do solo, pode sofrer ruptura ou trincas que podem danificar o
tubo.
Exemplos
• Variação estimada da pressão, durante as partidas e paradas da bomba:
± 0,3 x (pressão de operação).
• Conexões e dispositivos existentes na linha: 6 curvas longas de 90°, uma
válvula de retenção de portinhola e um registro de gaveta.
• Saída da tubulação de recalque: livre.
• Tubulação enterrada a 60 cm de profundidade, sem carga de tráfego,
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
em solo constituído por areia, cascalho e argila.
36
Para facilitar o entendimento dos conceitos, algumas definições fazemse necessárias, para diferenciar as pressões a que estarão sujeitos os
componentes do sistema, quando em operação (características da
aplicação), das pressões máximas que os componentes podem resistir,
nas mesmas condições de operação.
• Temperatura de trabalho: de 15°C a 30°C.
• Vida útil mínima desejada: 50 anos.
Do ponto de vista da aplicação, temos:
a) Verificação estrutural do tubo enterrado:
Pressão de projeto (PP) - Máxima pressão hidrostática interna de
operação do sistema, excluindo os golpes de aríete.
Pressão Máxima de Projeto (PMP) - Máxima pressão hidrostática
interna de operação do sistema, incluindo os golpes de aríete.
Pressão de teste do sistema (PTS) - Pressão hidrostática interna
aplicada a uma tubulação recentemente assentada afim de assegurar a
sua integridade e estanqueidade.
Do ponto de vista da resistência de cada componente do sistema (tubos,
conexões, registros, etc.), temos:
Pressão de serviço admissível (PSA) – Máxima pressão hidrostática
interna que um componente é capaz de resistir continuamente em
serviço, excluindo os golpes de aríete, na temperatura e tempo de vida
útil previstos na aplicação.
Determinar o diâmetro necessário para a tubulação e verificar se as
condições de operação são atendidas.
Sabendo que para solo de envolvimento granular com compactação
moderada, a deformação diametral máxima esperada a longo prazo,
se não houvesse pressão interna, seria de 2,5 + 2 = 4,5%, o que seria
bastante seguro, já que se permite uma deformação diametral máxima
de 7,5%. Aplica-se a tubulações sem pressão interna, enterradas em
profundidades entre 0,8 e 6 m e sujeitas a carga de tráfego.
Neste caso as condições são bem menos severas, pois haverá pressão
interna (que tende a rearredondar os tubos), a profundidade é de
cerca de 0,6 m (que resulta em menor carga de terra e portanto menor
deformação diametral dos tubos) e não há carga de tráfego. Assim,
espera-se uma deformação diametral dos tubos ainda menor do que
os 4,5% indicados.
b) Determinação do diâmetro da tubulação:
O diâmetro da tubulação depende da vazão e da velocidade de fluxo.
Pressão máxima de serviço admissível (PMS) – Máxima pressão
hidrostática interna que um componente é capaz de resistir, por um breve
período de tempo, incluindo os golpes de aríete, na temperatura prevista
na aplicação.
A velocidade deverá ser superior a 0,6 m/s, para não haver deposição
de sedimentos. Entretanto, como é uma operação sujeita a partidas
constantes, e portanto a golpes de aríete, a velocidade não deverá
ser muito elevada. Um valor razoável para a velocidade é de 1,5 m/s.
Pressão de teste admissível (PTA) – Máxima pressão hidrostática
interna que um novo componente instalado é capaz de resistir por um
período de curta duração, na temperatura prevista na aplicação, a fim de
assegurar a integridade e a estanqueidade da tubulação.
Para limitar a velocidade a este valor, da tabela de perda de carga dos
tubos Amanco Biax, vemos que o diâmetro de tubo necessário para
fornecer a vazão de 70 l/s será o DN 250, que tem como diâmetro
interno di = 258,8 mm.
Pressão nominal (PN) – No caso dos tubos Amanco Biax, é a máxima
pressão hidrostática interna que os tubos podem suportar em uso
contínuo durante 50 anos, sem golpes de aríete, na temperatura de até
25°C. Nestas condições, PSA = PN = 1,6 MPa.
O valor real da velocidade será de:
70
V=
Considerando-se apenas as pressões, o dimensionamento será satisfatório
se:
PP ≤ PSA
PMP ≤ PMS
PTS ≤ PTA
1) Seja uma tubulação de recalque de esgoto, cuja operação se dará nas
seguintes condições:
• Vazão: 70 L/s.
• Altura de recalque (desnível geométrico): 80 m.
• Comprimento da tubulação: 4000 m.
• Número médio diário de partidas da bomba: 36.
Q
A
=
0,07
1000
=
= 1,33 m/s
di ²
(0,2588)2 ²
[πx
] [πx
]
4
4
c) Perda de carga distribuída:
Poderá ser obtida da tabela 7, para o tubo DN 250 conduzindo esgoto
(k = 0,06 mm) com velocidade de 1,33 m/s. Interpolando-se entre os
valores da tabela, a perda de carga resulta em 0,5669 m / 100 m. A
perda de carga distribuída ao longo de toda a tubulação será
hf =
4000 * 0,5669
100
= 22,676 mca
05
d) Perdas de carga localizadas:
Serão determinadas usando-se os coeficientes de perda de carga
localizada que constam da tabela 8:
• Curva longa de 90°: K = 0,4
• Válvula de retenção de portinhola: K = 2
• Registro de gaveta aberto: K = 0,17
• Saída da tubulação de recalque (livre): K = 1
RECOMENDAÇÕES
A pressão máxima de serviço admissível (PMS) dos tubos
Amanco Biax (incluindo golpes de aríete), em temperatura
de até 25°C, é de 2,4 MPa, como já vimos no ítem 8.2. Como a
temperatura de trabalho poderá chegar a 30°C, a pressão máxima
de serviço (PMS) dos tubos Amanco Biax (incluindo golpes
de aríete), deverá ser corrigida, usando-se a, o que resulta em:
PMS = 0,9 x 2,4 = 2,16 MPa
que atende com bastante segurança à aplicação, pois PMP ≤ PMS.
Aplicando-se a equação (24), teremos:
= 0,502 mca
(2 * 9,81)
± 0,3 * (pressão de operação) = ± 0,3 * PP = 0,3 * 1,012 = ± 0,304 MPa.
e) Pressão de projeto (PP):
É a pressão máxima de operação do sistema, sendo a soma do desnível
geométrico com as perdas de carga, isto é
Assim, a variação de pressão (diferença entre a pressão máxima e a
pressão mínima) será de: 2 * 0,304 = 0,608 MPa.
O número médio diário de partidas e paradas é de 2 * 36 = 72.
PP = 80 + 22,676 + 0,502 = 103,178 mca = 1,012 MPa
A pressão nominal (PN) dos tubos Amanco Biax (para uso contínuo
durante 50 anos, em temperatura de até 25°C), é de 1,6 MPa. Como, nesta
aplicação, a temperatura de trabalho poderá chegar a 30°C, a pressão
de serviço admissível (PSA) dos tubos Amanco Biax será diferente
de sua pressão nominal, devendo ser corrigida, o que resulta em:
PSA = 0,9 * 1,6 = 1,44 MPa
que atende perfeitamente à aplicação, pois PP ≤ PSA.
Deve-se notar que os tubos podem resistir a esta pressão de serviço
continuamente, durante 50 anos, sob uma temperatura constante de
30°C. Entretanto, na aplicação visada, além de a pressão de operação
ser mais baixa (1,012 MPa), ela não é mantida continuamente, nem
a temperatura é constantemente de 30°C. Assim, os tubos, além do
coeficiente de segurança embutido em seu dimensionamento, ainda
contam com a segurança adicional decorrente da aplicação.
f) Golpe de aríete:
Um golpe de aríete acidental poderá ser causado por parada repentina
da bomba, devido à falta de energia elétrica. Neste caso, o cálculo
aproximado da intensidade do golpe de aríete poderá ser efetuado
pela equação (6):
Durante a vida útil desejada de 50 anos, o número total de partidas e
paradas será de: 72 * 365 * 50 = 1,3 * 106 ciclos.
Pelo gráfico da figura 11, vemos que, para uma variação de pressão
de 0,608 MPa, o número mínimo de ciclos que o tubo suporta é de
aproximadamente 3x106, ou seja, mais do que o dobro do necessário.
Portanto, o tubo atende com segurança.
h) Blocos de ancoragem:
A válvula de retenção e o registro de gaveta estarão localizados
próximos da bomba, com suporte devidamente chumbado no
concreto. No caso das curvas longas de 90°, que estarão enterradas, a
área de contato do bloco de ancoragem com o solo, perpendicular à
direção do empuxo, será determinada pela equação (14). O empuxo
hidrostático R é determinado com o auxílio da figura 14, considerandose a pressão máxima atuante, que neste caso é a pressão de teste do
sistema (PTS), que é dada por
PTS = 1,5 * PP = 1,5 * 1,012 = 1,52 MPa = 1,52 * 106 Pa.
O diâmetro externo do tubo DN 250 é de 274 mm.
R = 2 * F * sen
Δp = ± 0,33 * 1,33 = ± 0,439 MPa
Considerando-se um incremento de 10% devido ao acréscimo de
rigidez proporcionado pelo solo de envolvimento, teremos:
Δp = ± 0,483 MPa
A pressão máxima de projeto (PMP), que inclui o golpe de aríete, será
PMP = PP + Δp = 1,012 + 0,483 = 1,495 MPa
θ
2
= 2 x 1,52 x 106 * π *
( d² )
4 x sen
90°
=
2
2
2 * 1,52 * 106 x π x
(0,274)
* sen(45°) = 126750 N
4
Da tabela 5 obtemos a capacidade de suporte estimada para o solo:
Cs = 100 kPa
B I A X
É estimado que a variação de pressão, durante as partidas e paradas
normais, seja de:
A M A N C O
2*g
g) Dimensionamento à fadiga:
=
T É C N I C O
5,57 *
(1,33)2
V²
M A N U A L
hl = (6 * 0,4 + 1 * 2 + 1 * 0,17 + 1 * 1) *
37
05
RECOMENDAÇÕES
Aplicando-se a equação (14), poderemos determinar a área de contato
do bloco de ancoragem com o solo, na direção perpendicular ao
empuxo:
Ab =
R
=
(1000 * Cs)
126750
= 1,27 m²
(1000 * 100)
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
2) Consideremos uma adutora de água bruta com 5 km de comprimento,
que abastece por gravidade a estação de tratamento de água de uma
pequena cidade. O desnível entre a superfície da água da captação e
a saída da tubulação, na estação de tratamento, é de 130 m. Deseja-se
determinar o diâmetro da tubulação, para uma vazão mínima de 90 l/s.
38
A linha tem um registro de gaveta no início e outro no final. A entrada
de água na captação tem cantos vivos, e a saída da tubulação, na
estação de tratamento, é livre.
A instalação é enterrada, com envolvimento de solo granular bem
compactado, havendo travessia à profundidade de 0,9 m sob estrada
de rodagem.
A temperatura da água é de cerca de 20°C e a vida útil mínima esperada
para a instalação é de 50 anos.
O diâmetro é o DN 200, com perda de carga distribuída de 2,4803 m /
100 m, vazão de 96,612 l/s e velocidade de 2,8 m/s. Com esta velocidade,
usando-se a tabela 8, determinam-se as perdas de carga localizadas:
• Entrada na tubulação com cantos vivos: K = 0,5
• Registro de gaveta aberto: K = 0,17
• Saída da tubulação livre: K = 1
Aplicando-se a equação (24), teremos:
hl = ( 1 * 0,5 + 2 * 0,17 + 1 * 1) *
V²
=
2*g
1,84 * (2,8)2
= 0,735 mca
(2 * 9,81)
A perda de carga distribuída corrigida, será então de
hf =
(130 - 0,735)m
5000 m
=
129,265
(50 x 100)
=
2,5853 m
100 m
Com este valor, por interpolação na tabela 7, obtemos uma vazão de
98,807 l/s e uma velocidade de 2,86 m/s.
A velocidade resultou muito próxima do valor inicial, de forma que esta
primeira aproximação já é satisfatória.
a) Verificação estrutural do tubo enterrado:
Pela figura 12, para instalação com envolvimento em solo granular bem
compactado, estima-se uma deformação diametral máxima a longo
prazo de cerca de 0 + 1 = 1 %, para uma tubulação sem pressão. Como a
tubulação trabalhará com pressão interna, a deformação diametral será
ainda menor. Portanto, os tubos atendem perfeitamente à instalação
pretendida.
Obs.: se desprezássemos as perdas de carga localizadas, teríamos
apenas uma perda de carga distribuída de 130 m / 5000 m = 2,6 m /
100 m.
Usando-se a tabela 7, poderíamos obter diretamente, por interpolação,
os valores de vazão e velocidade, que seriam respectivamente
99,324 l/s e 2,88 m/s.
b) Determinação do diâmetro da tubulação:
A perda de carga total (distribuída e localizada) será a própria altura
manométrica disponível, ou seja, 130 m.
Vemos que os valores são muito próximos dos encontrados, o que
justificaria a simplificação.
c) Pressão de projeto (PP):
Como se trata de uma tubulação longa, as perdas de carga localizadas
são muito pequenas em comparação com a perda de carga distribuída
ao longo da tubulação, e poderiam ser desprezadas. Desta forma, a
tabela 7 poderia ser usada diretamente para a determinação da vazão
(e da velocidade).
Entretanto, caso desejarmos considerar as perdas de carga localizadas,
a determinação da vazão (e da velocidade) será feita por aproximações
sucessivas, utilizando também a tabela 7. É o que faremos, para ilustrar
o processo.
A pressão máxima estática será de 130 mca (1,275 MPa), quando o
registro de gaveta junto à estação de tratamento de água estiver
fechado. A pressão dinâmica (com o registro aberto) será nula neste
ponto, aumentando gradativamente até aproximadamente a altura
da coluna de água no ponto de captação. Assim, a pressão dinâmica é
muito menor do que a pressão estática em toda a tubulação, de forma
que a máxima pressão hidrostática de operação do sistema (ou seja, sua
pressão de projeto) será a pressão máxima estática:
PP = 1,275 MPa
Considerando-se que o comprimento da tubulação é de 5 km, a perda
de carga distribuída será um pouco menor do que
hf =
130 m
5000 m
=
130
(50 x 100)
=
2,6 m
100 m
Na tabela 7, procuramos o diâmetro da tubulação Amanco Biax que
atenda às condições:
• k = 0,003 mm (água)
• Perda de carga distribuída imediatamente inferior a 2,6 m/100 m
• Vazão mínima de 90 L/s
Os tubos Amanco Biax® atendem perfeitamente em qualquer situação,
pois sua pressão de serviço admissível (PSA) é de 1,6 MPa, para
temperaturas de até 25°C e vida útil mínima de 50 anos.
05
d) Golpe de aríete:
RECOMENDAÇÕES
Δp = ± 1,038 MPa
A pressão máxima de projeto (PMP), que inclui o golpe de aríete, será
PMP = PP + Δp = 1,275 + 1,038 = 2,313 MPa
Vemos que, mesmo nesta situação extrema, os tubos Amanco Biax
atendem, pois permitem uma pressão máxima de serviço admissível
(PMS), incluindo golpes de aríete, de 2,4 MPa, para temperaturas de até
25°C, de forma que é atendida a condição
PMP ≤ PMS.
A M A N C O
Considerando-se um incremento de 10% devido ao acréscimo de
rigidez proporcionado pelo solo de envolvimento, teremos:
T É C N I C O
Δp = ± 0,33 * 2,86 = ± 0,944 MPa
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M A N U A L
Como o sistema não tem bombeamento, a intensidade máxima de um
golpe de aríete irá ocorrer apenas se o registro de gaveta junto à estação
de tratamento de água fôr fechado rapidamente. Nesta situação crítica,
a intensidade do golpe de aríete será dada aproximadamente pela
equação (6):
B I A X
Anotações
39
Manual Técnico
Linha
Amanco Biax
06
Produtos
41
06
P R O D U T O S
6. Produtos
Tubo Amanco
Biax (PVC-O)
Código
CCB
16017
16018
16027
16028
16029
Diâmetro
DN 100
DN 150
DN 200
DN 250
DN 300
Embalagem
1
1
1
1
1
Código
CCB
94076
94077
94078
94079
94080
Diâmetro
DN 100
DN 150
DN 200
DN 250
DN 300
Embalagem
1
1
1
1
1
Código
CCB
16030
16031
16032
16033
16034
Diâmetro
DN 100
DN 150
DN 200
DN 250
DN 300
Embalagem
1
1
1
1
1
Código
CCB
94581
94582
94583
94584
94585
Diâmetro
DN 100
DN 150
DN 200
DN 250
DN 300
Embalagem
1
1
1
1
1
Anel de Vedação
Amanco Biax
M A N U A L
T É C N I C O
A M A N C O
B I A X
Produto fornecido com anel montado.
Aplicado para Adução de Água
Tubo Amanco
Biax (PVC-O)
42
Produto fornecido com anel montado.
Aplicado para Bombeamento de Esgotos.
Anel de Vedação
Amanco Biax
06
A N O T A Ç Õ E S
A M A N C O
T É C N I C O
M A N U A L
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__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
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__________________________________________________________________________________________________
B I A X
Anotações
43
Linha
Amanco Biax
Mexichem Brasil Indústria de
Transformação Plástica Ltda.
Rua Barra Velha, 100 - Floresta
CEP 89211-901 - Joinville - SC
Tel.: 0800 701 8770
www.amanco.com.br
Setembro/2014
Manual Técnico