1
UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
LEDIVALDO ANTONIO DELGADO
RENOVAÇÃO DAS REDES DE GÁS NATURAL EM
FERRO FUNDIDO NA CIDADE DE SÃO PAULO
São Paulo
2006
2
LEDIVALDO ANTONIO DELGADO
RENOVAÇÃO DAS REDES DE GÁS NATURAL EM
FERRO FUNDIDO NA CIDADE DE SÃO PAULO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
como
exigência
parcial para a obtenção do título
de Graduação do Curso de
Engenharia Civil da Universidade
Anhembi Morumbi
Orientador: Prof. Dr. Antonio Eduardo Giansante
São Paulo
2006
3
LEDIVALDO ANTONIO DELGADO
RENOVAÇÃO DAS REDES DE GÁS NATURAL EM
FERRO FUNDIDO NA CIDADE DE SÃO PAULO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
como
exigência
parcial para a obtenção do título
de Graduação do Curso de
Engenharia Civil da Universidade
Anhembi Morumbi
Trabalho____________ em: ____ de_______________de 2006.
______________________________________________
Nome do Orientador
______________________________________________
Nome do professor da banca
Comentários:_____________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
4
DEDICATORIA
A Sonia, minha esposa e companheira em todos os momentos, pelo estimulo e
compreensão que dela recebi, principalmente nos dois últimos anos, bem como
pela sua cumplicidade incondicional.
A Pamela e Gisele, minhas filhas, que nestes cincos anos, acompanhou todos
os passos do meu curso e sem desanimar auxiliou sempre na produção dos
trabalhos necessários para obtenção dos créditos para minha formação.
5
AGRADECIMENTOS
Agradeço,
Primeiramente agradeço a Deus pela vida, saúde e paz durante o curso
e todos os acontecimentos em minha vida,
As pessoas que muito me incentivaram a voltar a estudar e
contribuíram para que eu pudesse chegar até aqui, em especial meus colegas
de trabalho, Marcelo Gomes, Marcos Mancilhia e Ivan Carlos Giberni,
Ao meu orientador prof.Dr. Antonio Eduardo Giansante que ajudou de
todas as maneiras possíveis,orientou, incentivou e sempre se mostrou disposto
a ajudar com extremo desprendimento, qualidades que realmente sempre se
esperam de um bom orientador,
A todos os professores, colegas e amigos que de alguma forma
participaram de mais esta etapa que cumpro da minha vida, e que sempre me
ajudaram,
A empresa em que trabalho, Comgas que proporcionou condições para
que eu conseguisse concluir mais esta etapa,
A todos meus familiares e amigos se fosse citar teria que reservar
algumas pagina neste trabalho.
6
RESUMO
Um dos grandes avanços na área de gás encanado na cidade de São Paulo foi
à chegada do gás natural, em substituição ao gás manufaturado de nafta.
Porem, esta mudança trousse alguns inconvenientes a serem enfrentados pela
empresa distribuidora. As redes na cidade de São Paulo são na sua maioria
redes antigas muitas delas construída no inicio do século em ferro fundido do
tipo ponta e bolsa. Com a necessidade de aumento de pressão e o fator do gás
natural ser um gás mais seco que o de nafta e não possuir alguns
hidrocarbonatos aromáticos provocou um aumento significativo de vazamento
pelas juntas de juta e borracha. Como estas redes são bastante antigas o
ressecamento provocou a perda de adesão dos depósitos de alcatrão da época
do gás de carvão, provocando assim tempestade de pó e sob condições
bastante adversas, esse pó comprometia os aparelhos dos consumidores,
causando falhas nos equipamentos de regulagem e medição. Este trabalho
apresenta, descreve e compara diversas técnicas e procedimentos para
resolver ou controlar o aumento de vazamento e tempestade de pó nas redes
de distribuição da cidade de São Paulo. Estas informações auxiliam na escolha
da melhor técnica, seja do ponto de vista técnico, logístico ou econômico. As
técnicas descritas neste trabalho podem ser divididas em: Condicionamento do
gás, reparo da tubulação, reparo individual das juntas de ferro fundido e
instalação de rede nova. A técnica que mais se destacou por se tratar de uma
técnica que resolve todos os problemas definitivamente e ainda possibilita o
aumento de pressão do sistema foi à inserção de tubos de polietileno nas redes
existentes de ferro fundido.
Palavra chave: gás natural. Vazamento.
7
ABSTRACT
One of the great advances in gas pipeline in São Paulo was the arrival of the
natural gas, to replace the manufactured gas of naphtha. However, this change
brought some inconvenient to be faced by the distribution company. The
pipeline in São Paulo city is, most of the time, very old, many of them built in the
beginning of the 20th century in cast iron (spigot end). With the need to increase
pressure and the fact of the natural gas is drier than the naphtha gas and do not
have aromatic hydrocarbons caused a significant increase of leakages in jute
and rubber joints. As these pipelines are very old, the drying caused the
adhesion loss of the oil tar deposits from the time of coal gas, causing a powder
storm and under adverse conditions, this powder compromises the customer
equipments, causing failures in regulators and meters. This work presents,
describes and compares many techniques and procedures to solve and to
control the leakage and powder storm in the distribution gas pipelines in São
Paulo city. This information helps to choose the best technique (technical,
logistical or economical). The techniques described in this work can be divided
in: Gas conditioning, pipe repair, individual repair of cast iron joint and
construction of new pipeline. A technique that solves all these problems in a
definitive way and makes possible the pressure system increase is the insertion
of polyethylene into the existing cast iron pipelines.
Key words: natural gas. Leakages.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 5.1 Sede da San Paulo Gás Company (COMGAS,2003)................................................................22
Figura 5.2 Construção de tanque para armazenamento do gás em 1892 (COMGAS,2003) .....................23
Figura 5.3 Composição típica do gás natural (GÁS NET,2005)................................................................32
Figura 5.4 Reservas Mundiais de Petróleo ( Estatístico ANP 1999) .........................................................34
Figura 5.5 Reservas Mundiais de Gás Natural ( Estatístico ANP 1999) ...................................................34
Figura 5.6 Reservas providas de gás natural- América Latina e (Estatístico ANP 1999) .........................35
Figura 5.7 Emissão de Dióxido de Carbono - CO2 (GÀS NET2005) ........................................................36
Figura 5.8 Emissão de Dióxido de Enxofre e Óxidos de Nitrogênio - SO2 / NOx (Gas NET2005)...........37
Figura 5.9 Emissão de Hidrocarbonetos Não Queimados, Monóxido de Carbono (CO) e Particulados
((GÀS NET2005) ........................................................................................................................................37
Figura 5.10 Esquema de distribuição de gás canalizado da Comgas(COMGAS,2000) ............................38
Figura 5.11 Maquima de solda de topo em polietileno (SENAI-SP-2001) ................................................45
Figura 5.12 Solda de eletrofusão com luvas(SENAI-SP-2001)..................................................................47
Figura 6.1 Nebulizador do tipo ciclone de aspiração (COMGAS,1999). ..................................................53
Figura 6.2 Mine nebulizador para aplicações regionais( BRITISH GÁS NORTH WESTERNI,1999) .....55
Figura 6.3 Técnica de relining,( INTERNATIONAL GÁS,2004). ..............................................................57
Figura 6.4 Técnica de encapsulamento,(COMGAS,2004) .........................................................................60
Figura 6.5 Injeção externa de selante anaeróbico, Comgas,2004)............................................................61
Figura 6.6 Selagem interna com spray anaeróbico “MAINSPRAY”, (COMGAS, 2002) ..........................62
Figura 6.7 Construção de nova rede paralela a existente, (comgas,2000)................................................64
Figura 6.8 Desenho esquemático de furo direcional (SILCON,2006) .......................................................65
Figura 6.9 A unidade de monitoramento direcional e dispositivo eletrônico(SILCON, 2006) ..................66
Figura 6.10Inserção e detalhe de exemplo de deformação em forma de C (PIPA, 2006) .........................67
Figura 6.11 Desenho esquemático do método Pipi Bursting (ARECCO BRASIL,2005) ...........................68
Figura 6.12 Rompimento da tubulação de ferro fundido em vala (ARECCO BRASIL,2005)...................68
Figura 6.13 Inserção de tubo PEAD em rede de ferro fundido (COMGAS,2002)....................................69
Figura 6.14 Maquina de furação e bloqueio tipo Wask (COMGAS,2000) ................................................73
Figura 6.15 Conexão e maquina de bloqueio Hidra Stopper(COMGAS,2000) .........................................74
Figura 6.16 Bloqueio com equipamentos Foambag..................................................................................76
Figura 6.17 Bloqueio em rede de polietileno tipo Squezzer.......................................................................77
Figura 6.18 Inserção com equipamento Push Machine(COMGAS,2000) .................................................78
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 5-1 Composição química do gás de nafta ......................................................................................30
Tabela 5-2 Propriedades físicas do gás de Nafta.......................................................................................30
Tabela 5-3 Classificação ABPE/*ISO P/ gás natural ................................................................................40
Tabela 5-4 Relação entre SDR E PN para cada serie................................................................................41
10
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABPE
Associação Brasileira de Polietileno
ANP
Associação nacional do petróleo
COMGAS
Companhia de gás de São Paulo
CRG
Catalitic rich Gás
DE
diâmetro externo
DEG
Dietileno glicol
DN
Diâmetro nominal
FS
Fator de segurança
GASBOL
Gasoduto Brasil Bolivia
GLP
Gás liquefeito do petróleo
HTR
High Temperature Reactor
Kcal/Nm³
Kilo caloria por normal metro cúbico
Kgf/cm²
Kilo grama força por centímetros quadrado
KW
Kilo Watt
LL
Linha laterais
LT
Linhas de transmissão
MEG
Mono etileno glicol
mmca
Mili metros de coluna de água
MPA
Media pressão A
MPa
Mega Pascal
MPB
Media pressão B
MPO
Máxima operação de operação
MRS
Minimum riquered swength
PEAD
Polietileno de alta densidade
PN
Pressão nominal de operação
SRD
Standart dimension ratio
UPGN´s
Unidades de processamento de gás natural
11
LISTA DE SÍMBOLOS
C
CH4
CO2
D
d
E
f
G
H2
H2S
J
K
L
NO2
P1
P2
Coeficiente de atrito (145 a 150)
Metano
Monóxido de Carbono
Diâmetro interno do tubo (m)
Diâmetro interno do tubo (mm)
Fator de Transmissão =
Fator de atrito de Fanning = f/4
Densidade Relativa do Gás
Dióxido de Carbono
Gás Sulfúrico
Perda carga unitária (mim)
onstane de rugosidade em função do diâmetro
Comprimento da Linha (Km)
Oxido de nitrogênio
Pressão de Entrada Absoluta (kgflcm2)
Pressão de Saída absoluta (kgflcm2)
Pb
Q
R
SO2
T
TB
v
V
Z
Coeficiente de atrito (145 a 150)
vazão (m3/s)
Número de Reynolds
Dióxido de enxofre
Temperatura do Gás (Kelvin)
Temperatura Básicas
Viscosidade cinemática do fluido (m3Is)
Velocidade média do fluído (m/s)
Fator de Compressibilidade do Gás à pressão média P
12
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO...............................................................................................................................15
2
OBJETIVOS....................................................................................................................................17
2.1
OBJETIVO GERAL .......................................................................................................................17
2.2
OBJETIVO ESPECÍFICO ................................................................................................................17
3
MÉTODO DE TRABALHO ..........................................................................................................18
4
JUSTIFICATIVA ...........................................................................................................................19
5
DISTRIBUIÇÃO DE GÁS CANALIZADO NA CIDADE DE SÃO PAULO. ..........................20
5.1
HISTÓRICO .................................................................................................................................20
5.2
GÁS DE CARVÃO ........................................................................................................................21
5.3
GÁS DE NAFTA ...........................................................................................................................26
5.3.1 Processo CRG (CATALYTIC RICH GÁS) ..............................................................................27
5.3.1.1 Dessufurização......................................................................................................................27
5.3.1.2 Produção de gás no reator e no reformardor .......................................................................27
5.3.1.3 Redução do teor do monóxido de carbono............................................................................28
5.3.1.4 Controle de poder calorífico.................................................................................................28
5.3.1.5 Desumidificador e odorização do gás...................................................................................28
5.3.1.6 Controle do processo ............................................................................................................28
5.3.2 Processo HTR (High Temperature Reactor)...........................................................................29
5.3.2.1 Produção do gás ..................................................................................................................29
5.3.2.2 Lavagem e odorização do gás..............................................................................................29
5.4
GÁS NATURAL ............................................................................................................................30
5.4.1 Composição do gás natural ....................................................................................................31
5.4.2 Principais características físico-químicas do gás natural :....................................................32
5.4.3 Diversificação da Origem.......................................................................................................33
5.4.4 Descrição ................................................................................................................................35
5.4.5 Ecologia ..................................................................................................................................36
5.5
SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE GÁS NATURAL DA COMGAS ........................................................37
5.5.1 Tubulação em ferro fundido....................................................................................................39
5.5.2 Tubulação em Polietileno de alta densidade PEAD ...............................................................39
5.5.2.1 Classificação e designação de tubos de polietileno PE .......................................................39
5.5.2.2 Tensão de Dimensionamento ...............................................................................................40
5.5.2.3 Calculo de perda de carga em tubulação de polietileno......................................................41
5.5.2.4 Especificação de tubos de polietilenos para redes de gás natural.......................................43
5.5.2.5 Métodos de união e conexão de tubo de polietilrno.............................................................45
13
6
ESCOLHA DA TÉCNICA PARA SOLUCIONAR VAZAMENTO DE GÁS NAS REDES DE
GÁS CANALIZADO NA CIDADE DE SÃO PAULO..........................................................................48
6.1
HISTÓRICO .............................................................................................................................48
6.1.1 Tempestade de pó....................................................................................................................49
6.1.2 Aumento de vazamentos nas juntas.........................................................................................49
6.2
CONDICIONAMENTO DO GÁS ......................................................................................................50
6.2.1
Métodos para umidificação do gás.....................................................................................51
6.2.1.1 Colocar o gás em contato com a água.................................................................................51
6.2.1.2
Mistura de vários fluxos de gás com diferentes graus de umidade................................51
6.2.1.3 Injeção de vapor de água.....................................................................................................51
6.2.1.4 Injeção direta de água quente.............................................................................................51
6.2.2
Nebulização de óleo para tratamentos das juntas..............................................................52
6.2.3
Processo de spray programado de dietileno glicol (DEG).................................................54
6.3
REPARO DA TUBULAÇÃO AO LONGO DA LINHA ..........................................................................56
6.3.1 Emulsão interna de resina acrílica ..........................................................................................56
6.3.2 Injeção interna de resina epóxi................................................................................................56
6.3.3 Nebulizador interno AMEX 32-400 .........................................................................................57
6.4
REPARO INDIVIDUAL DAS JUNTAS ..............................................................................................57
6.4.1 Reparos externos......................................................................................................................58
6.4.1.1 Instalação de junta mecânica com anel de borracha............................................................58
6.4.1.2 Encapsulamento...................................................................................................................58
6.4.1.3 Selantes anaeróbicos por injeção externa ...........................................................................60
6.4.2 Reparo Interno .........................................................................................................................61
6.4.2.1 Selagem interna com Spray anaeróbico MAINSPRAY ......................................................61
6.4.2.2 Instalação de revestimento interno na região da junta........................................................63
6.5
INSTALAÇÃO DE TUBULAÇÃO NOVA...........................................................................................64
6.5.1 Construção de nova rede paralela a existente ........................................................................64
6.6
APROVEITANDO O ESPAÇO INTERNO DA TABULAÇÃO EXISTENTE, CHAMADA DE INSERÇÃO.......66
6.6.1. Close-fit Lining ......................................................................................................................67
6.6.3.Inserção Slipping ....................................................................................................................69
6.7
INSERÇÃO EXECUTADA NA CIDADE DE SÃO PAULO ....................................................................69
6.7.1 Planejamento preliminar .........................................................................................................70
6.7.2 Abertura de valas.....................................................................................................................71
6.7.3 Bloqueio da rede existente .......................................................................................................72
6.7.3.1 Sistema de bloqueio por Bexigas Wask.................................................................................72
6.7.3.2 Sistema de Bloqueio Hydra-Stopper™; ................................................................................74
6.7.3.3 Sistema de Bloqueio Foambag™;.........................................................................................75
6.7.3.4 Sistema de bloqueio para redes de Polietileno;....................................................................76
6.7.4 Inserção de rede de polietileno ................................................................................................77
7
VANTAGENS E DESVANTAGENS ENTRE AS DIVERSAS TÉCNICAS.............................80
14
7.1
TÉCNICAS DE CONDICIONAMENTO DO GÁS .................................................................................80
7.1.1 Controle de vazamento............................................................................................................80
7.1.2 Técnicas de controle de arraste do pó .....................................................................................82
7.2
TÉCNICA DE REVESTIMENTO DA LINHA INTERNAMENTE.............................................................82
7.2.1 Técnica de relining ................................................................................................................82
7.3
TÉCNICA DE REVESTIMENTO DA JUNTA INTERNAMENTE ............................................................83
7.3.1 Mainspray ...............................................................................................................................83
7.4
USO DE JUNTAS INTERNAS..........................................................................................................84
7.5
TÉCNICA DE REPARO DA LINHA EXTERNAMENTE .......................................................................85
7.5.1 Instalação de anéis de vedação................................................................................................85
7.5.2 Encapsulamento......................................................................................................................85
7.5.3 Injeção externa de selantes anaeróbicos ................................................................................86
7.6
TÉCNICAS DE INSERÇÃO DE TUBULAÇÃO DE POLIETILENO .........................................................87
7.7
SUBSTITUIÇÃO DIRETA DAS TUBULAÇÕES..................................................................................87
8 CONCLUSÕES .....................................................................................................................................89
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................................93
10 APÊNDICE ..........................................................................................................................................95
11 ANEXO ................................................................................................................................................96
15
1
INTRODUÇÃO
Com a introdução do gás natural na rede de distribuição de gás canalizado na
cidade de São Paulo em substituição ao gás manufaturado de nafta, foram seguidos
de dificuldades a serem solucionadas, basicamente, os principais problemas
enfrentados foram:
Aumento de vazamentos, provocado pelo aumento de pressão de distribuição, Pelo
ressecamento da juta nas juntas de ferro fundido e pela deterioração da junta da
borracha nos tubos de ferro fundido dúctil;
Criação de tempestades de pó provocadas pelo ressecamento e perda de adesão
dos depósitos de alcatrão, da época do gás de carvão, e de possíveis flóculos de
ferrugem, que passam a ser arrastados pelo gás.
No sistema de baixa pressão, a elevação da pressão de operação de 120 mmca em
média para 250 mmca em média levou a um aumento dos vazamentos nas juntas.
Aumento dos vazamentos nas juntas, advindo do ressecamento das mesmas;
O efeito da utilização de um gás mais seco, principalmente quando este passa a ser
distribuído com uma velocidade mais elevada, é o ressecamento dos depósitos de
alcatrão, ferrugem e outros materiais inevitavelmente presentes ao interno das
tubulações, os quais se transformam em um pó fino que é carregado pelo fluxo de
gás quando a velocidade desse fluxo excede um dado valor mínimo. Sob condições
bastante adversas, esse pó pode atingir os aparelhos dos consumidores, causando
falhas nos controladores, registros e pilotos.
A outra fonte de dificuldade que se levanta quando se passa a distribuir um gás mais
seco é o aumento dos vazamentos nas juntas das tabulações. Esse fenômeno
ocorre pela contração das fibras de junta utilizadas para vedar as juntas, a qual
ocorre devido a evaporação da mistura que antes era absorvida pela juta quando
essa era submetida a um gás mais úmido.No caso de juntas de borracha, os
vazamentos tendem a aumentar igualmente, entretanto, não devido a ausência de
16
água no gás, mas devido às mudanças na composição de hidrocarbonetos desse
gás.
As borrachas utilizadas no anel de vedação absorvem hidrocarbonetos do gás
convencional e, assim, mantêm-se inchadas, não ocorrendo vazamento. Quando se
passa a utilizar um gás sem a presença de hidrocarbonetos, as borrachas de
vedação se contraem, podendo começar a vazar.
Este aumento de vazamento e um fator preocupante para companhia distribuidora
de gás. As redes em ferro fundido, algumas por terem sido construídas no inicio do
século estão localizadas na sua maioria na área metropolitana de São Paulo, local
bastante habitado com grande circulação de pessoas e o subsolo e constituído por
varias galerias construídas pelas
concessionárias de águas, esgoto, luz e
telecomunicações, onde o risco de explosão em decorrência dos vazamentos e
grande.
Outra preocupação e o gás não contabilizado
Para solucionar os problemas de vazamento provocados com a introdução do gás
natural foram pesquisadas e implementadas pela companhia de gás de São Paulo,
varias técnicas existentes no mercado, buscando experiências vividas por empresas
que tiveram as mesmas dificuldades com a conversão do gás.
. Este trabalho demonstrará as técnicas pesquisadas e suas aplicações, vantagens e
desvantagens de cada técnica e concluindo que a técnica de inserção de tubos em
polietileno em redes existentes em ferro fundido foi a mais eficiente.
17
2 OBJETIVOS
Demonstrar como foi solucionado o aumento de vazamento de gás canalizado nas
redes de ferro fundido da cidade de São Paulo.
2.1 Objetivo Geral
O trabalho tem como objetivo demonstrar a experiência acumulada em vários anos
de trabalho com a aplicação de vários métodos para solucionar os vazamentos de
gás canalizado em redes de ferro fundido, provocado pela conversão do gás
manufaturado pelo gás natural.
2.2 Objetivo Específico
Dentre os vários métodos aplicados a renovação das redes de ferro fundido por
redes de polietileno pelo método de inserção, obteve o melhor resultado. Como
objetivo, este trabalho visa demonstrar a experiência obtida neste projeto, desde os
estudos preliminares, implantação e execução. Contribuindo assim para o
complemento bibliográfico a respeito do tema vez que este assunto ainda necessita
de material técnico nacional.
18
3 MÉTODO DE TRABALHO
A metodologia aplicada neste trabalho é baseada em estudos de engenharia, e
bibliografia sobre o tema, consulta a material existente, buscando o melhor método e
experiência das aplicações das técnicas em varias etapas de sua execução,
mostrando as dificuldades encontradas e aperfeiçoamento da técnica aqui para
cidade de São Paulo.
19
4 JUSTIFICATIVA
Este trabalho constitui sua importância para área da engenharia civil, como um
material técnico um complemento bibliográfico a respeito do tema, uma vez que este
assunto ainda necessita de material técnico nacional, onde procura mostrar o
desenvolvimento e aperfeiçoamento da técnica de inserção de redes em polietileno,
na recuperação de redes antigas ou danificadas. Este segmento e novo no mercado
nacional e pode ser usado não somente na área de gás, mas também em outras
áreas como água e saneamento, por exemplo.
20
5 DISTRIBUIÇÃO DE GÁS CANALIZADO NA CIDADE DE SÃO
PAULO.
O gás é hoje uma das mais importantes fontes de energia disponível, existindo uma
forte preocupação dos paises desenvolvidos em otimizar os sistemas de produção e
utilização do mesmo, não só pelas vantagens técnicas e sociais, como por sua
extrema versatilidade.
Em São Paulo o gás canalizado, embora tenha adquirido uma importância maior
somente a partir do inicio da década de 70 e 80, já existe entre nós há mais de um
século.
5.1 Histórico
A primeira rede de canalização de gás implantada pelo homem tinha a finalidade de
alimentar um sistema de iluminação publica e isto se deu em 1812, em Londres,
influenciando outros paises na adoção do gás para substituir os processos de
iluminação até então em uso. O gás utilizado era obtido a partir da destilação do
carvão.
O primeiro uso do gás canalizado no Brasil foi para iluminação pública. Sua chegada
foi um marco na mudança dos costumes das pessoas, pois possibilitou que a
população pudesse sair durante a noite - até então a iluminação era restrita aos
grandes palacetes (Companhia de gás de São Paulo - COMGAS, 1980).
Em São Paulo, o gás canalizado chegou em 1872 com a criação da San Paulo Gas
Company, atual Comgás. O Brasil começou a usar o gás canalizado mais de 50
anos depois de Londres, onde o uso deste combustível se deu a partir de 1807;
Dublin a partir de 1818; Paris a partir de 1819. No Brasil, os primeiros utensílios
domésticos, como fogões e aquecedores de água a gás, surgiram somente a partir
21
de 1901, quase um século depois de terem sido lançados na Europa
(COMGAS,1980).
5.2 Gás de carvão
No Brasil, o interesse pela iluminação a gás surgiu em 1828, quando um Decreto
Imperial autorizou a organização de uma companhia com aquele fim especifico, a
qual não pôde, entretanto iluminar a cidade do Rio de Janeiro, então com 1.500
lâmpadas,dentro do prazo a que estava obrigada por contrato, caducando assim a
sua concessão(COMGAS,1980).
Outras tentativas posteriores também malograram, não chegando sequer a ser
iniciada à implantação de um sistema de distribuição canalizada de gás combustível
no país. Em 1850, porem, o Governo Imperial resolveu aceitar a proposta do
brasileiro Irineu Evangelista de Souza, futuro Barão e depois Visconde de Mauá,
para instalar um sistema de gás canalizado destinado a iluminar a cidade do Rio de
Janeiro (COMGAS,1980).
Assim, em 1854, a Companhia de Iluminação a Gás fundada pelo Visconde de
Mauá, deu início à operação da primeira fábrica de gás no País, baseada no
processo de destilação do carvão (COMGAS1980).
O sucesso da iniciativa contribuiu para que, em 1872, o Imperador D.Pedro II
autorizasse também por decreto especial a instalação da “San Paulo Gás
Company”,em são Paulo, figura 5.1, iniciativa mista de brasileiros e ingleses que
tinha por finalidade, a exemplo da que foi instalada no Rio de Janeiro, produzir,
armazenar e distribuir, por canalizações subterrâneas, o gás produzido a partir do
carvão, para atender a cidade de São Paulo (COMGAS,1980).
No dia 1º de janeiro de 1873, existiam 700 lampiões públicos com queimadores de
chama plana e 174 medidores de gás achavam-se instalados nas residências dos
consumidores, com um total de 996 queimadores nas mesmas. Cerca de 5
22
toneladas de carvão eram carbonizadas por dia perfazendo uma produção total de
41.000 pés cúbicos (1.448 metros cúbicos) de gás com uma força iluminadora de 15
ou 16 velas. Até maio de 1875 o consumo havia aumentado para 61.000 pés
cúbicos por dia, ou seja, um acréscimo de 50, e os lampiões públicos passaram para
753 e os medidores dos consumidores para mais de 300.(COMGAS1980)
Figura 5.1 Sede da San Paulo Gás Company (COMGAS,2003)
Anteriormente a 1893, mais ou menos, o carvão era trazido à Usina de Gás de um
ramal situado à Rua Cruz Branca por vagões puxados por mulas. As linhas da
Companhia de Gás tinham a bitola de 1,05m, sendo esta igual às da Cia. Viação
Paulista a quem pertencia em São Paulo o serviço de bondes puxados por mulas.
Mediante acordo mútuo os vagões da Cia. de Gás podiam entregar coque ou outro
material nas linhas da Cia. Viação Paulista. O ramal da companhia foi
posteriormente transferido para o atual local no Pari, mas os veículos puxados por
mulas só foram substituídos por locomotivas e vagões maiores, em 1910.
Automóveis e caminhões foram usados pela Companhia, pela primeira vez, em
1913, aumentando gradualmente em numero até 1928, quando foram substituídos
os últimos veículos puxados por mulas (COMGAS,1980).
O armazenamento era formado por dois tanques de gás com uma capacidade de
aproximadamente 2.000 metros cúbicos cada, que existiam na Rua do Gasômetro
23
antes de 1880. Eles foram demolidos em 1908, mais ou menos. Um terceiro tanque
de gás, com capacidade para 2.400 metros cúbicos, foi erigido em 1885/6. Em 1907,
este passou a servir de tanque de descarga para a Usina de gás de Água
Carburada, que foi posta em funcionamento naquela época, sendo para gás de
carvão armazenado em funcionamento naquela época, sendo o gás de carvão
armazenado num tanque de gás com capacidade para 14.000 metros cúbicos,
construído em 1892, conforme figura 5.2, no local situado à Avenida Rangel
Pestana(COMGAS,1980).
Figura 5.2 Construção de tanque para armazenamento do gás em 1892 (COMGAS,2003)
O tanque de gás de 2.400 metros cúbicos foi demolido em 1933, tendo sido
substituído por um novo tanque de descarga com capacidade para 10.000 metros
cúbicos. Tanques de gás adicionais, de 28.000 e 56.000 metros cúbicos, foram
construídos em 1910 e 1927, respectivamente, na Avenida Rangel Pestana e no
novo local na Mooca (COMGAS,1980).
As retortas horizontais eram carregadas à mão até 1913, quando foi posta em
funcionamento maquinaria de carga e descarga movida à eletricidade, juntamente
com os necessários elevadores, transportadores, etc. Uma usina com teleferagem
de carvão elétrica vinha funcionando desde 1910, mais ou menos e uma usina de
24
retortas hidráulica também vinha sendo usada desde 1912. A distribuição de gás a
alta pressão para certos distritos de São Paulo foi iniciada em 1913
aproximadamente (COMGAS,1980).
Em julho de 1914,quando a guerra eclodiu, o consumo médio diário havia
aumentado para 60.000 metros cúbicos. Este, em conseqüência, caiu para
aproximadamente 45 ou 48 mil e não subiu aos 60.000 até 1925.
.Os suprimentos de carvão chegavam-nos regularmente até 1908, mais ou menos
quando devia à falta de transporte marítimo foi necessário buscar um substituto para
uma grande proporção. A companhia adotou o uso do Xisto Betuminoso como sendo
o mais conveniente (COMGAS,1980).
No inicio, este era trazido de fornecedores que o entregavam em vagões da central,
em Tremembé ou Taubaté. Também em 1918, a companhia começou a sua própria
prospecção de Xisto e adquiriu duas grandes escavadeiras que funcionaram até
1921, quando tornou-se possível novamente obter os suprimentos completos de
carvão. De 1918 a 1921, cerca de 17.400 toneladas de Xisto foram carbonizadas
juntamente com carvão, etc. Duas serias greves gerais foram experimentadas em
1917 e 1919, porém nas duas ocasiões foi possível, mediante árduos esforços,
manter o fornecimento de gás a cidade. Em 1918, a gripe Espanhola causou
devastações entre os operários e foi experimentada a maior dificuldade em se obter
mão-de-obra para manter a Usina em funcionamento, 90% dos homens na Usina
contraíram a gripe e mais de 50% de todo o pessoal ficou ausente de uma só vez
(COMGAS,1980).
Em 1924(julho) eclodiu, uma revolução. A cidade foi atacada por tropas rebeldes
durante vários dias, após o que os legalistas foram expulsos da cidade. Os rebeldes
entricheiraram-se então na cidade, a fim de resistir aos ataques dos legalistas que
haviam sido reforçados por tropas enviadas do Rio de Janeiro. A cidade foi
repetidamente bombardeada durante mais de vinte dias até que os rebeldes,
sentindo as coisas ficarem quentes para eles, retiraram-se para o Interior
(COMGAS,1980).
25
A despeito de todas as dificuldades, a usina de gás continuou a produzir gás
conforme necessário, trabalhando com um pessoal reduzido em dois turnos 12
horas, todos os homens vivendo na Usina juntamente com suas famílias. Os homens
e as famílias usavam o porão da Casa de Retortas com alojamento, sendo este
considerado comparativamente seguro. .Uma enorme cozinha foi adicionada na
Usina, fornecendo refeições substanciais a todos os homens da Usina e suas
famílias(COMGAS,1980).
Apesar da revolução acima mencionada, o consumo de gás em São Paulo
aumentou rapidamente, atingindo a media de 107.000metros cúbicos por dia em
meio de 1930. Em outubro de 1930, outra revolução eclodiu e, embora o teatro de
operações estivesse distante de São Paulo, os efeitos um tanto desastrosos, caindo
o consumo rapidamente até 1932, quando alcançou 68.200 metros cúbicos. O
consumo reduzido também deveu-se à Crise Mundial.O consumo diário ora mostra
sinais de aumento lento, a media para 1933 situando-se pouco acima de
74.000.Outra razão que, em varias ocasiões tem afetado o consumo de gás em São
Paulo, constituiu
as tremendas variações causadas ao preço do gás devido a
flutuação de ordem cambial.Nos primeiros dias,uma libra esterlina podia ser
comprada por 8$ ou 9$.Até cerca de 1920 a taxa de cambio não variou tão
consideravelmente
e
a
libra
esterlina
podia
ser
adquirida
por
15$
ou
18$(COMGAS,1980).
Com a política de contenção tarifaria que passou a vigorar desde a década de 20
até o final da década dos anos 60, a iniciativa privada foi desinsentivada e
consequentemente o ritimo de desenvolvimento foi contido. O sistema de produção
e distribuição tinha capacidade instalada de 300.00 m³/dia de gás obtido a partir de
um antiquado processo, que culminou por caracterizar um profundo descompasso
entre o mercado consumidor e a insignificante capacidade de produção
(COMGAS,1980).
Em 1967 com o término do prazo de concessão e tendo em vista o desinteresse da
concessionária em continuar explorando este sistema, a prefeitura de São Paulo
desapropriou o acervo da então companhia Paulista de serviços de gás e passou a
operar diretamente o sistema até 1969.
26
Em 6 de março de 1969, sob a forma de sociedade anônima de economia mista a
COMGAS foi constituída e logo iniciou a retomada do crescimento do gás canalizado
em São Paulo (COMGAS, 1980).
5.3 Gás de Nafta
A primeira medida adotada pela diretoria da COMGAS foi programar o fechamento
do obsoleto sistema de produção de gás a partir de carvão. Em 1969 foi acertada a
compra de 3 (três) unidades de produção de gás de nafta (produto decorrente da
destilação do petróleo), pelo sistema catalítico e continuo com capacidade de
emissão de 900.000 m³ de gás/dia. Estas unidades entraram em operação em 1972.
Já em outubro de 1973 foi necessário contratar a instalação de mais 4 unidades de
produção de gás pelo sistema cíclico de craqueamento de nafta, a baixa pressão
para permitir a emissão adicional, desde março de 1975, 680.000 m³/dia em reforço
ao sistema existente.
Paralelamente, a partir de 1971, a COMGAS reorganizava seus quadros técnicos e
administrativos, reformulando sua imagem junto a seus consumidores, que então
renunciavam aos seus serviços por julgá-los fora de época e inadequados às suas
necessidades.
A rede de gás canalizada foi totalmente revisada adotando-se métodos de controle
computadorizados, foram detectados os pontos críticos das áreas de distribuição,
interligando-se trechos, substituindo tubulações aumentando seus diâmetros,
introduzindo novos tipos de materiais uniformizando as pressões.
Situada na Avenida Presidente Wilson, na Mooca, a usina Massinet Sorcinelli
utilizava a mais avançada tecnologia e mais modernos equipamentos para produção
de gás a partir de nafta.
27
A usina era composta de sete unidades independente, que a partir da nafta leve
produziam gás pelos processos CRG (Catalitic Rich Gás). No processo CRG a
COMGAS produzia gás a alta pressão (250psi) com capacidade de produção
1050.000 m³ de gás dia.
5.3.1 Processo CRG (CATALYTIC RICH GÁS)
O inicio do processo de produção do gás canalizado era realizado com a estocagem
da nafta leve, através de dois tanques cuja capacidade era de 20.000 m³ , que era
transportado até a usina por caminhão.
Após esta etapa o processo era composto das seguintes fases:
5.3.1.1 Dessufurização
A nafta é vaporizada e enviada aos hidrogenadores.Nestes o enxofre é retirado sob
forma de Gás Sulfúrico (H2S) o qual é absolvido e separado.O vapor de nafta
resultante contem apenas 0,1 ppm (partes por milhão) de Enxofre portanto isento.
5.3.1.2 Produção de gás no reator e no reformardor
No Reator a nafta é superaquecida passando por um leito de catalisador a base de
Níquel, originando o gás que é enviado ao reformador. Neste, parte do Metano (CH4)
reage cataliticamente com vapor
d’água superaquecido, transformando-se numa
mistura de Hidrogênio (H2), Dióxido de Carbono (CO2) e Monóxido de
Carbono(CO).O vapor superaquecido e gerado em um trocador de calor que
aproveita os fumos proveniente da combustão do reformador.
28
5.3.1.3 Redução do teor do monóxido de carbono
A seguir o gás contendo cerca de 8% de CO passa por um conservador onde em
presença de um catalisador a base de Oxido de ferro reage com o próprio vapor
d’água presente no gás, produzindo um gás não tóxico com menos de 2,5% em
volume de CO.
5.3.1.4 Controle de poder calorífico
O poder calorífico é automaticamente controlado com a injeção de pequenas
quantidades
de
nafta
vaporizada
para
manutenção
do
poder
calorífico
constantemente em 4.750 Kcal/Normal. m³.
5.3.1.5 Desumidificador e odorização do gás
O vapor d’água contido é então condensado e separado liberando um gás com
menos
umidade,
que
por
ser
inodoro
recebe
então
uma
substancia
Tetrahidrotiofeno1, que lhe confere cheiro característico.
5.3.1.6 Controle do processo
O processo é todo controlado numa sala central através de instrumentação
pneumática e eletrônica, que permite correções instantâneas de qual quer desvio.
1
Produto a base de mercaptana que imprime um cheiro característico ao gás.
29
5.3.2 Processo HTR (High Temperature Reactor)
HTR, são unidades de produção de gás pelo sistema cíclico de craqueamento de
nafta a baixa pressão.
5.3.2.1 Produção do gás
A nafta vaporizada reage quimicamente com vapor d’água em um leito
catalítico,previamente aquecido,produzindo gás.
Após o ciclo o leito catalítico é reaquecido novamente para dar inicio a uma nova
fase de produção.
5.3.2.2 Lavagem e odorização do gás.
O gás após sair do leito catalítico é resfriado passando em seguida por um scrubber,
onde é lavado recebendo em seguida uma substancia adorizante Tetrahidrotiofeno
que lhe confere o cheiro característico. Após o gás ser odorado o mesmo segue para
estação de redução de pressão e seguira dois caminhos:
Vai ao gasômetro existente onde e armazenado e depois conforme a demanda e
lançado na rede através de compressores.
O outro caminho o gás deixa a estação redutora direto para rede de distribuição
A tabela 5.1e 5.2 mostra a composição química e física do gás de nafta
30
Tabela 5-1 Composição química do gás de nafta
componentes
% vol. A seco
Composição ideal
CO2
20,0 – 21,5
20,9
CO
1,5 – 3,0
2,5
H2
42,5 – 44,0
43,2
CH4
31,5 – 33,0
32,8
NAFTA LEVE
0,5 – 0,7
0,6
Fonte:COMGAS,1978
Tabela 5-2 Propriedades físicas do gás de Nafta
Características
Valores
Densidade em relação ao ar
0,576
Velocidade
de
chama
(índice
de 30,7
Weaver)
Volume de ar necessário à combustão 4,5 m³
de 1 m³ de gás
Poder
calorífico
superior
nas 4750
(Kcal/Nm³)
Poder calorífico inferior nas (Kcal/Nm³) 4220
Fonte: COMGAS,1978
5.4 Gás natural
Em 1.984 , o governo do Estado de São Paulo assumia o controle acionário da
Comgas , assegurando a exclusividade da distribuição de gás canalizado em todo o
estado de São Paulo. Em fevereiro de 1987, é firmado contrato com a Petrobrás
para distribuição de 3 milhões de m3/dia de gás natural provenientes das bacias de
Campos e Merluza em Santos. Em março de 1989, é iniciada a conversão do
sistema de distribuição da COMGAS de gás de nafta para gás natural.
31
O gás natural é transportado através de gasodutos pela Petrobras até City-gate2
em Suzano, onde a COMGAS detem a concessão para distribuir o gás em São
Paulo e região.
Aos pouco o gás natural foi substituindo o gás manufaturado de nafta. O processo
de conversão durou três anos, todos os equipamentos dos clientes, como fogões,
aquecedores, caldeiras, tiveram que ser substituído os queimadores, devido a
diferença de poder calorífico do gás.
5.4.1 Composição do gás natural
O gás natural é composto principalmente por Metano (de 78% a 82% em volume).
Também considerado como “a energia do futuro”, o Gás Natural é encontrado em
jazidas, formações porosas, abaixo da superfície terrestre, seja no continente
Onshore ou na plataforma continental Offshore muitas vezes associado com petróleo
líquido (GÁS NET,2005).
Quando produzido juntamente com o petróleo (subproduto do processo de refino) é
chamado gás associado - comum, por exemplo, nos poços da Bacia de Campos.
Existe também o Gás Natural não associado, encontrado em jazidas sem petróleo,
como no Campo de Juruá, na Amazônia (GÁS NET, 2005).
São características do Gás Natural sua densidade inferior à do ar, o baixo ponto de
vaporização e o limite de inflamabilidade superior a outros gases combustíveis
quando em contato com o ar(GÁS NET, 2005).
Sua liquefação produz uma mistura de alta densidade energética, que permite a
estocagem, o transporte e sua posterior transformação.
Uma vez extraído, o Gás Natural necessita de tratamento para adequar-se ao
consumo. É enviado por gasodutos a Unidades de Processamento de Gás Natural,
2
City-gate
Local de interface
distribuído pela COMGAS.
entre PETROBRAS e COMGAS, a partir deste ponto o gás e
32
(UPGN) para retirada de frações condensáveis. Uma delas é o – GLP (Gás
Liquefeito de Petróleo) mistura dos gases propano e butano, à outra fração é a
gasolina natural. Nas UPGNs são retiradas também impurezas, tornado o
combustível mais limpo e pronto para o consumo(GÁS NET, 2005)
Figura 5.3 Composição típica do gás natural (GÁS NET,2005)
O gás natural, sob todas as formas, é a energia mais segura, e os índices de mortes
e acidentes são mais baixos que quaisquer outras energias. A indústria de gás é
também a menos perigosa, pois não opera sistemas de altas temperaturas, como
refinarias, os processos de limpeza do gás são simples e sem complexidade e não
aplica altas tensões ou correntes elétricas.
5.4.2 Principais características físico-químicas do gás natural :
Densidade Relativa ao Ar Atmosférico Inferior à 1. Isto significa que o gás natural é
mais leve que o ar. Assim, sempre que alguma quantidade de gás natural for
colocada livre no meio ambiente esta subirá e ocupará as camadas superiores da
atmosfera. Em ambientes internos o gás natural não provoca acúmulos nas regiões
33
inferiores, sendo suficiente para garantir sua dissipação a existência de orifícios
superiores de ventilação e evacuação (GAS NET,2005).
Ainda por sua densidade, o gás natural não provoca asfixia. A asfixia ocorre quando
um gás qualquer ocupa o espaço do ar atmosférico ao nível do ser humano,
impedindo que este respire. A asfixia é a privação de oxigênio e independe da
toxidade do gás em questão. Como o gás natural não se acumula nas camadas
inferiores e se dissipa rapidamente, não oferece risco de asfixia. (GAS NET,2005).
Limite de Inflamabilidade Inferior é Alto. Isto significa que para atingir as condições
de auto-sustentação da combustão se faz necessária uma quantidade significativa
de gás natural em relação à quantidade total de ar em um ambiente. Assim, na
ocorrência de um escapamento de gás natural em um ambiente interior, as
probabilidades de manutenção da combustão após a iniciação por uma fonte externa
(interruptor de luz, brasa de cigarro) são muito reduzidas. Isto porque o gás é leve e
se dissipa, dificultando o atingimento do limite de inflamabilidade inferior, e como
também o limite inferior é elevado, afastam-se ainda mais as chances de ser
atingido;
• Limite inferior – 3,8% à 6,5%
• Limite superior – 13% à 17%.
5.4.3 Diversificação da Origem
A diversificação das fontes de origem é uma característica especial do gás natural
quando comparado a outros energéticos. Enquanto as reservas mundiais de
petróleo estão concentradas no Oriente Médio (64 %), como pode ser visto na Figura
5.4. As reservas mundiais de gás natural são mais distribuídas ao redor do mundo,
como pode ser visto na Figura 5.5.
34
Figura 5.4 Reservas Mundiais de Petróleo ( Estatístico ANP 1999)
Figura 5.5 Reservas Mundiais de Gás Natural ( Estatístico ANP 1999)
Qualquer país como o Brasil pode ter acesso a mais de 10 fontes diferentes,
garantindo um mercado competitivo, reservas diversificadas e pouco dependentes
de crises internacionais e políticas. Estas características conferem ao mercado
mundial de gás natural estabilidade de preços e garantia de fornecimento mesmo
durante conflitos políticos. Como mostra a figura 5.6 podemos entender melhor a
não dependência do gás natural nas crises energéticas do oriente médio.
35
Figura 5.6 Reservas providas de gás natural- América Latina e (Estatístico ANP 1999)
5.4.4 Descrição
O gás natural é um energético discreto, pois seus sistemas de distribuição e
armazenagem são normalmente subterrâneos. Mesmo no consumidor final as
canalizações de distribuição são singelas e de baixo diâmetro, podendo inclusive ser
subterrâneas. A alimentação via rede elimina reservatórios e tanques e, mesmo
quando se fazem necessários, podem ser subterrâneos(GAS NET,2005).
A discrição é um fato que provoca uma total desinformação sobre o gás, por ser o
gás inodoro e invisível nas condições normais, o transporte e a distribuição são
feitas por canalizações subterrâneas, o transporte líquido de massa é feito por
navios e os terminais metaneiros são muito concentrados, com tanques enterrados e
as armazenagens subterrâneas são a mais de 500 metros de profundidade(GAS
NET,2005).
Por outro lado, sua intensidade energética é muito elevada tanto que um gasoduto
de transporte de médio porte como GASBOL gasoduto Brasil Bolívia, equivale a
quase 10 usinas Angra II, e 16 linhas de transmissão alta tensão (380 kW), sendo a
sua discrição absoluta se comparado a esses dois exemplos(GAS NRT,2005).
36
5.4.5 Ecologia
O gás natural está entre os energéticos que tem menor potencialidade para impactar
o meio ambiente. Sua sintonia ecológica é a maior entre os combustíveis. Seu
estado natural gasoso e sua baixa densidade proporcionam uma rápida dissipação
na atmosfera sem impregnar organismos minerais, vegetais ou animais.
A ausência de compostos sulfurosos e nitrogenados em sua composição
proporciona uma combustão livre da emissão de SO2(gás que contribui para a chuva
ácida) e com a menor taxa de emissão de NO2(gás que ataca a camada de ozônio)
entre os combustíveis. Como é um combustível no estado gasoso sua combustão se
processa da forma mais completa e a emissão de CO é baixíssima. Uma
comparação das emissões de diversos combustíveis utilizados em uma caldeira é
apresentada como referência nas Figura 5.7, 5.8 e 5.9(GÁS NET, 2005).
Figura 5.7 Emissão de Dióxido de Carbono - CO2 (GÀS NET2005)
)
37
Figura 5.8 Emissão de Dióxido de Enxofre e Óxidos de Nitrogênio - SO2 / NOx (Gas
NET2005)
Figura 5.9 Emissão de Hidrocarbonetos Não Queimados, Monóxido de Carbono (CO) e
Particulados ((GÀS NET2005)
5.5 Sistema de distribuição de gás natural da Comgas
38
Atualmente o sistema de distribuição do gás natural da COMGAS é subdividido em
classes de pressão como mostra figura 5.10 :
Termelétrica
CRM
70 – 100 bar
CRM
T ran
smi
ss ã
o
35 bar
4 bar
7 bar
ERD
ERP
ERP
City Gate
0,025 bar
ERD
35 bar
City Gate
4 bar
17 bar
ERP
Malha
Urbana
ERP
CRM Grandes
Comércios
CRM
CRM
Resid.
CRM
Pequenas
Indústrias
19
Figura 5.10 Esquema de distribuição de gás canalizado da Comgas(COMGAS,2000)
Linhas de Transmissão (LT), com pressões de operação que variam de 17 kg/cm² á
35 kg/cm². Redes construídas em aço carbono, nos diâmetros de 100 a 500
milímetros.
Linhas Laterais (LL), com pressões que variam de 1 kg/cm² á 8 kg/cm². Redes
construídas em aço carbono e polietileno de alta densidade PEAD, em diâmetros de
40 á 300 mm.
Redes de Media Pressão A MPA, com pressões que variam de 700 mmca a 1000
mmca. Redes construídas em ferro fundido cinzento, ferro fundido dúctil e
atualmente em polietileno de alta densidade PEAD, em diâmetros de 40 a 150 mm.
Redes de Media Pressão B MPB, com pressões que variavam de 700 mmca a 4500
mmca. Redes construídas em ferro fundido cinzento, em diâmetros de 100 a 600
mm. Está rede, atualmente, encontra-se toda renovada em polietileno pelo método
39
de inserção, operando a pressão de 4 kg/cm² LL4, constitui a Malha Metropolitana
de distribuição na cidade de São Paulo.
Redes de Baixa Pressão (BP), que trabalha com pressão de 230 mmca, redes
construídas em ferro fundido cinzento, em diâmetros de 50 a 400 mm e Polietileno
em diâmetros 63 a 250 mm.
5.5.1 Tubulação em ferro fundido
As redes de distribuição de gás construídas no início do século passado utilizavam à
tecnologia disponível para época com técnicas e materiais importados da Europa. O
material utilizado eram Tubos de ferro fundido Dúctil, ponta e bolsa, fabricados nas
classes K-7 e K-9 conforme a Norma NBR 7663, em diâmetros que variavam de 3
polegadas a 24 polegadas, as material utilizado para união era a juta (material
utilizado na fabricação de cordas), compactada na bolsa seguida da fundição de
chumbo, posteriormente o chumbo era batido para garantir a estanqueidade da
união. A partir de 1972 as redes eram construída em ferro fundido dúctil com junta
de borrachas.
5.5.2 Tubulação em Polietileno de alta densidade PEAD
Os tubos devem ser fabricados com composto de polietileno PE, por processo de
extrusão, tal que assegure a obtenção de um produto que satisfaça as exigências da
norma.
5.5.2.1 Classificação e designação de tubos de polietileno PE
40
Os tubos são designados pelo diâmetro externo nominal DE e pela pressão nominal
PN. O número relativo à pressão nominal PN corresponde à máxima pressão de
operação MPO a 25°C para vida útil de 50 anos conduzindo gás, expressa em bar.
A pressão nominal do tubo também pode ser identificada pelo número SDR,
standard dimension ratio, que corresponde à relação entre o diâmetro externo
nominal e a espessura nominal e /SDR.
5.5.2.2 Tensão de Dimensionamento
A tensão de dimensionamento dos tubos para vida útil de 50 anos e temperatura de
trabalho de até 25°C é obtida aplicando-se um Fator de Segurança mínimo FS de
1,25 sobre a tensão hidrostática circunferências de longa duração MRS, minimum
required swength
As tensões de dimensionamento padrões são definidas como das Séries 2, 5, 6,3 e
8, correspondentes aos valores de tensão em MPa, megapascal onde Série =
MRS/FS, conforme tabela 5.3 e 5.4.
Tabela 5-3 Classificação ABPE/*ISO P/ gás natural
MATERIAL
MRS p /50
FATOR DE
TENSÁO
anos/20C(Mpa)
SEGURANCA
DIMENSIONAMENTO
σd(MPa)
PE 80 SERIA 2
8
4
2
PE 63 SERIE 5
63
1.25
5
PE 80 SSERIE 63
8
1.25
6.3
PE 100 SERIE 8
10
1.25
8
Fonte: ABPE,2003
41
Tabela 5-4 Relação entre SDR E PN para cada serie
MATERIAL
PN 32 PN4
PN5
PN 6 PN 8 PN10
PN12.5 PN16
PN20
SRD
SDR
SDR
SDR
SDR
SRD
SDR
SRD
PE 80 /S2
SRD
11
PE63/S5
32.25
26
21
17
13.6
11
9
7.25
N/A
PE80/S63
N/ A
32.25
26
21
17
13.6
11
9
7.25
PE100/S8
N/A
N/A
32.25
26
21
17
13.6
11
11
Fonte: ABPE-2003
5.5.2.3 Calculo de perda de carga em tubulação de polietileno.
Os cálculos se fazem da mesma forma que para os tubos convencionais, ou seja,
através das fórmulas de Hazen-Williams ou Colebrook, com exceção do coeficiente
de atrito, que por ser bem menor para os tubos de PE e PP, resulta em tubulações
de menores diâmetros(ABPE,1997).
• Formula de :HAZEN - WILLIAMS
Q 1.852
j = 10.65 4.87 1.852
D C
Equação 5-1
• Formula de : COLEBRROOK
V2
J= f∗
D ∗ 2g
Equação 5-2
42
Onde:
⎡
⎤
⎢
⎥
1
⎢
⎥
f =
K
5
.
62
⎛
⎞
⎢
⎥
⎢ − 2 log⎜⎝ 3.71D + R 0.9 ⎟⎠ ⎥
⎣
⎦
2
Equação 5-3
K = 0,01 mm para diâmetros até 200 mm
K = 0,05 mm para diâmetros maiores que 200 mm
Onde R:
R=
V ∗D
v
Equação 5-4
No caso de fluxo de gases, normalmente feito a altas velocidades, o numero de
Reynolds rest muito alto, fazendo que a perda de carga seja fortemente dependente
da rugosidade (K) da parte interna do tubo. Desta forma, os tubos de plástico tem a
vantagem ainda maior sobre os tubos metálicos, pois, por termos uma rugosidade
bem menor que estes outros, resultam em menor perda de carga, conduzindo uma
vazão maior e tornando-se mais econômico.
A fórmula que rege o transporte de gases em tubulações é:
Q = 0.00057473 ∗ F ∗ d
2. 5
T
∗ B
PB
P12 − P22
G ∗ Z ∗T ∗ L
Equação 5-5
43
Algumas pesquisadores e institutos sugerem fórmulas simplificadas para o cálculo
de F, como as fórmulas da AGA, do Bureau of Mines, Panhandle, entre outros,
porém baseiam-se na fórmula universal.
5.5.2.4 Especificação de tubos de polietilenos para redes de gás natural
A norma ABPE(Associação brasileira de polietileno)/E00-1 - Tubos de polietileno PE
define as especificações gerais para tubos de PE, nela encontram-se as premissas
básicas para desenvolver-se as normas para aplicações especificas como para o
caso de gás natural.
Os tubos de polietileno PE para gás natural devem ser produzidos com matérias
primas especificas que atendam a classificação PE 80,DN 4 e SRD-11 conforme
curva de regressão levantada por Método de extrapolação padrão (SEM) ISO TR
9080. onde sua tensão hidrostátíca circunferencial mínima a 50 anos na temperatura
de 200C MRS ( minimum required swength) deve ser, PE 80 MRS = 8,0
MPa(Danieltto 1997).
Os compostos tipo PE 100, já são utilizados em alguns paises para uso em
distribuição de gás natural, o que elevaria a pressão de operação de 4 bar para 5 ou
7 bar, dependendo do fator de segurança adotado, porém, no Brasil, não foi
discutida ainda a adoção deste novo material. A Comgas tem instalada um trecho de
rede em PE 100 na cidade de Campinas como projeto piloto.
O fornecedor da matéria prima deve fornecer a curva de regressão do material
emitida por laboratório reconhecido.
A curva de regressão deve ser traçada do composto já completo, isto é, incluindo
pigmentos, antioxidantes e demais aditivos necessários a obter o desempenho
determinado(ABPE,1997).
É permitido que a incorporação do pigmento seja feita pelo fabricante do tubo,
todavia este deve apresentar a curva de regressão do composto assim produzido.
44
Não é permitido o uso de material regranulado (reusado) para esta aplicação. A
norma ABPE admite o uso de material regranulado nas demais aplicações gerais.
O tubo deve ser de cor amarela, são designados pelo DE, diâmetro externo nominal
e pela PN pressão nominal ou SDR, onde PN corresponde à máxima pressão de
operação (MPO) a 250C para uma vida útil de 50 anos, conduzindo gás natura!,
expressa em bar, que equivale aproximadamente à pressão dada em megapascal
MPa multiplicada por 10.
Deve-se atentar para a diferença entre a designação dos tubos de PE e dos demais
materiais, normalmente definidos pelo diâmetro nominal DN, que equivale
aproximadamente a seu diâmetro interno.
Os tubos devem ser marcados de metro em metro, através de impressão a quente
tipo Hot-Stampíng com tinta ou fita na cor preta. A marcação a quente resulta em
baixo relevo, permitindo que mesmo que a cor da marcação se apague seja possível
ler os dados do tubo, possibilitando rastrear a produção e a qualidade do produto em
caso de eventual problema na tubulação. Por isso a marcação deve conter os
seguintes dizeres:
● nome ou marca de identificação do fabricante;
● código do composto (código do fabricante do composto);
● os dizeres PE 80;
● número da Norma utilizada;
● os dizeres” Gás;
● diâmetro externo nominal (DE 63. DE 125, etc.);
● classe de pressão (PN 4);
● SDR do tubo (SDR 11, SDR 17, etc.); (opcional) k
● número correspondente à Série do tubo (Série 2); (opcional)
● código que permita rastrear a sua produção, tal que contemple um indicador
relativo ao mês e ano da produção.
45
5.5.2.5 Métodos de união e conexão de tubo de polietilrno
Os tubos de polietileno PE podem ser unidos através de soldagem ou juntas
mecânicas. Dentre os métodos de soldagem temos a soldagem de termofusão e
eletro fusão. Na soldagem de termofüsão o material é aquecido, através de elemento
térmico externo a conexão e ao tubo. O elemento térmico geralmente é uma placa,
de alumínio com resistências elétricas internas, cuja temperatura desejada é
controlada por um termostato ou pirômetro eletrônico e sensor de temperatura tipo
termopar.
Após o aquecimento, as superfícies fundidas dos tubos e/ou conexão são
pressionadas uma contra a outra, de maneira a ocorrer uma interação das massas
fundidas, que ao resfriarem-se formam um corpo único.
Neste tipo de soldagem os tubos ou conexões são soldados topo a topo, desta
forma para a união de tubos não se necessita peças de conexão.
As conexões para solda de termofusão de topo são aplicadas para executar-se
derivações, Tês, curvas de pequenos raios ou reduções.
Para a execução deste tipo de solda emprega-se um equipamento, denominado
como máquina de solda de topo,ilustrada na figura 5.11, que consiste de:
Figura 5.11 Maquima de solda de topo em polietileno (SENAI-SP-2001)
46
● estrutura básica, onde os tubos a serem soldados são presos horizontalmente por
abraçadeiras, e que através de uma unidade de força (mecânica, hidráulica ou
pneumática) movimenta as abraçadeiras no sentido de afastar os tubos ou
pressioná-los topo a topo. Geralmente um jogo de abraçadeiras é fixo e o outro
móvel. Seu funcionamento é semelhante a uma prensa horizontal;
● Unidade de força, no caso do dispositivo ser de acionamento mecânico, será uma
alavanca equipada com torquimetro ou dinamômetro para a medida da força ou
pressão aplicada. Se for de acionamento hidráulico ou pneumático consistirá de
bomba hidráulica, manual ou elétrica ou compressor para acionamento dos pistões
que movimentam as abraçadeiras;
● Faceador, é basicamente uma plaina rotativa de acionamento manual tipo catraca,
ou elétrica, cuja função é facear as extremidades dos tubos a serem soldadas,
tomando-as perfeitamente paralelas para garantir-se o pleno contato de toda a
superfície e a distribuição igual da força de solda;
● Placa de solda, é o elemento térmico que leva os materiais a fusão. Deve ter as
superfícies em contato com os tubos revestida com material anti-aderente,
normalmente PTFE, Teflon;
● Casquilhos de redução, são peças alojáveis nas abraçadeiras para reduzir seu
diâmetro interno, permitindo fixar tubos e conexões de vários diâmetros na máquina.
As máquinas de solda são dimensionadas para atender a soldagem de uma gama
de diâmetros, por exemplo, DE 90 a 250, DE 63 a 180, etc. Por isso suas
abraçadeiras têm a dimensão adequada ao maior diâmetro comportado pelo
equipamento e quando se vai soldar diâmetros menores utiliza-se os casquilhos de
redução.
Na soldagem por eletrofusão a mesma pode ser aplicada para tubos de DE 20 a
315mm e com SDR ≤ 17. Alguns fabricantes já oferecem peças com diâmetros até
DE 500mm. Este tipo de solda emprega uma conexão provida de uma bolsa, ou
sela, respectivamente denominadas como do tipo bolsa ou do tipo sela, que possui
uma resistência elétrica espiralada, cujas extremidades são conectadas a terminais
que se localizam na parte externa da peça e que, quando submetidas a determinada
intensidade de corrente elétrica e tempo, geram calor a fim de possibilitar a solda da
peça ao tubo, cuja superfície externa é concomitantemente fundida.
47
Figura 5.12 Solda de eletrofusão com luvas(SENAI-SP-2001)
Para a execução desta solda emprega-se:
● Unidade de controle, resume-se em uma fonte de corrente com tensão controlada
(entre 24 e 48 V), que permite determinar o tempo de descarga de corrente elétrica
na conexão. São oferecidas em modelos manuais, onde o operador ajusta a
voltagem e o tempo pré-definidos para a conexão e os modelos automáticos, onde a
unidade possui um leitor de código de barras, que lê o código afixado na conexão e
se autoprograma;
● Corta-tubos, ou corta-frio, são do tipo giratório ou tipo tesoura. Facilita a operação
de corte e garante o corte perpendicular;
● Raspador, tem a finalidade de retirar a camada oxidada da superficie externa do
tubo;
● Alinhadores, são tipo abraçadeiras que asseguram o alinhamento do conjunto tubo
conexão e arredondam o tubo;
kit para solda de sela, algumas conexões de eletrofusão tipo sela exigem um
dispositivo que as mantenha posicionada e presa sobre o tubo durante a soldagem.
Dentre
os
métodos
de
união
por
junta
mecânica,
destacam-se,
Juntas
mecânicas,Conexões de compressão, Colares de tomada, Colarinho flange e Juntas
de transposição PE x Aço.
48
6 ESCOLHA DA TÉCNICA PARA SOLUCIONAR VAZAMENTO DE
GÁS NAS REDES DE GÁS CANALIZADO Na CIDADE DE SÃO
PAULO
Com a introdução do gás natural nas redes de ferro fundido as mesmas
apresentaram graves riscos de integridade aos operadores do sistema de
distribuição, sistema este em redes de ferro fundido, tipo ponta e bolsa, algumas
assentada no inicio de século que utilizam juntas de juta,chumbo e borracha,
compreendendo cerca de 1033 km.aproximadamente.
A dificuldade que se levanta quando se passa a distribuir um gás mais seco é o
aumento dos vazamentos nas juntas das tubulações. Esse fenômeno ocorre pela
contração das fibras de junta utilizadas para vedar as juntas, a qual ocorre devido à
evaporação da mistura que antes era absorvida pela juta quando essa era
submetida a um gás mais úmido. No caso de juntas de borracha, os vazamentos
tendem a aumentar igualmente, entretanto, não devido a ausência de água no gás,
mas devido às mudanças na composição de hidrocarbonetos desse gás.
Algumas técnicas foram utilizadas em caráter corretivo e como difinitivo a
substituição das redes por redes de polietileno pelo método de inserção.
6.1 HISTÓRICO
No final da década de 1980 inicio-se a introdução do gás natural proveniente da
bacia de campos no Rio de Janeiro e Merluza em Santos. Com a substituição do gás
manufaturado de nafta pelo gás natural, onde foram acompanhadas dos seguintes
problemas.
49
6.1.1 Tempestade de pó
Tempestade de pó dado o ressecamento e perda da adesão dos depósitos
flóculos de ferrugem, os quais passam a ser arrastados pelo gás.
O efeito da utilização de um gás mais seco, principalmente quando este passa a ser
distribuído com uma velocidade mais elevada, é o ressecamento dos depósitos de
alcatrão, ferrugem e outros materiais inevitavelmente presentes ao interno das
tubulações, os quais se transformam em um pó fino que é carregado pelo fluxo de
gás quando a velocidade desse fluxo excede um dado valor mínimo.
Sob condições bastante adversas, esse pó pode atingir os aparelhos dos
consumidores, causando falhas nos controladores, registros e pilotos.
Os problemas causados pelo pó nos sistemas de Media pressão e Baixa pressão
podem ser grosseiramente classificados:
● Falhas em componentes devido a bloqueios;
● Falhas na movimentação de partes devido a formação de incrustações;
● Excessivas perdas na rede causadas por depósitos localizados.
6.1.2 Aumento de vazamentos nas juntas
A outra fonte de dificuldade que se levanta quando se passa a distribuir um gás mais
seco é o aumento dos vazamentos nas juntas das tubulações. Esse fenômeno
ocorre pela contração das fibras de junta utilizadas para vedar as juntas, a qual
ocorre devido à evaporação da mistura que antes era absorvida pela juta quando
essa era submetida a um gás mais úmido. No caso de juntas de borracha, os
vazamentos tendem a aumentar igualmente, entretanto, não devido a ausência de
água no gás, mas devido às mudanças na composição de hidrocarbonetos desse
gás.
50
As borrachas utilizadas no anel de vedação absorvem hidrocarbonetos do gás
convencional e, assim, mantêm-se inchadas, não ocorrendo vazamento. Quando se
passa a utilizar um gás sem a presença de alguns hidrocarbonetos aromáticos, as
borrachas de vedação se contraem, podendo começar a vazar.
6.2 Condicionamento do gás
Os sistemas de condicionamento de gás constituem os processos de adequação
preventiva do gás natural, capazes de adicionar componentes que evitem
ressecamento das juntas e mantenham a aderência dos depósitos de corrosão
interna do tubo.
Os sistemas de umidificação do gás visam reumidificar as juntas existentes nas
tubulações de ferro fundido ao nível de umidificação existente, quando do uso do
gás manufaturado. A idéia é introduzir, artificialmente, agentes
umidificantes, os
quais são transportados pelo próprio gás em escoamento, de modo
a serem
absorvidos pelos materiais das juntas, evitando que essas ressequem apresentem
vazamentos.
O primeiro problema a ser resolvido é definir qual produto a ser introduzido, de modo
a propiciar o recondicionamento efetivo das juntas.
A umidificação das juntas de borracha nos tubos de ferro fundido dúctil é propiciada
pela presença de substâncias aromática presentes no gás manufaturado, mas
ausentes no gás natural. Dessa forma, um conveniente reagente é um destilado de
substancias petrolíferas, vaporizado na faixa de 165º.C a 230º.C, que contenha
cerca de 15 a 20% de hidrocarbonetos aromáticos, capaz de reumidificar as juntas.
O problema em reumidificar as juntas do chumbo e juta é mais complicado. Uma
primeira tentativa foi a de utilizar vapor de água diretamente. Em seguida, partiu-se
pela utilização de produtos à base de glicol, dentre os quais o monoetileno
glicol,também conhecido como MEG ou Monogol, se destacou como o melhor.
51
6.2.1 Métodos para umidificação do gás
Existem basicamente quatro sistemas que podem ser utilizados para umidificar o
gás, cada um dos quais apresentados vantagens relativas próprias:
6.2.1.1 Colocar o gás em contato com a água
É a aplicação análoga àquela utilizada nos processos de condicionamento de ar.O
gás passa em uma torre em contracorrente com o fluxo de água e sai da torre
umidificado. Esse processo tem a vantagem de fornecer um grau de umidade
virtualmente constante e não criar problemas de entrada de água nas tubulações,
entretanto, requer grandes áreas de contato, sendo uma construção custosa.
6.2.1.2
Mistura de vários fluxos de gás com diferentes graus de umidade
Este sistema é empregado sempre que se utiliza Jet boosters para extrair gás de
balões de armazenamento. Algumas experiências praticas mostram que se pode
atingir elevados graus de umidade com sistemas desse tipo.
6.2.1.3 Injeção de vapor de água
É um processo que tem como principal desvantagem o fato de os vaporizadores
requerem muita manutenção para garantir os níveis de segurança adequados.
6.2.1.4 Injeção direta de água quente
52
Instalam-se, nos reguladores, as estações geradoras de calor, produzindo água
quente que, então, é introduzida nas tubulações através de spray. O sistema é
largamente utilizado em outras paises, pois seu controle é relativamente simples,
Entretanto, particularmente em sistemas de baixa pressão pode ser necessário
instalar sifões para remoções de excesso de água.Outro possível inconveniente é a
secagem das tubulações durante os períodos em que a unidade estiver desligada.
6.2.2
Nebulização de óleo para tratamentos das juntas
As pesquisas do comportamento das juntas de juta e chumbo perante a passagem
de fluidos secos sendo desenvolvidas, principalmente na Inglaterra, desde de que o
gás natural começou a substituir o gás de carvão anteriormente distribuídos nos
paises europeus.
Buscando a definição de técnicas apropriadas para o tratamento das juntas de juta e
chumbo
de
forma
a
minimizar
os
vazamentos,
foram
testados
vários
produtos.Inicialmente provou-se uma substancia betuminosa desenvolvida pela
Shell, a ser aplicada por um processo de enchimento e drenagem, isolando-se uma
seção de tubo, enchendo-o com uma emulsão sob pressão, deixando-a por um
período de duas horas e, então, drenando-a.
Testes de laboratório executado pela British Gás mostram que este tipo de
tratamento é capaz de selar os vazamentos somente por curtos períodos de tempo.
É provável que o uso de outras formulas permitisse obter resultados melhores,
porem,na época, não foram realizados novos testes,optando-se por outras técnicas
de selagem interna que não requeriam o isolamento de seções de tubos para o seu
tratamento. Pensou-se, então, em utilizar o condicionamento do gás, anteriormente
utilizado como técnica de controle de pó, também para o tratamento de
juntas.Inicialmente, tentou-se os óleos minerais utilizados para o assentamento de
pó, mas os resultados não foram satisfatórios.
53
O uso de nebulização de óleo para o tratamento das juntas de juta foi abandonado
perante técnicas que mostram mais efetivas.Contudo o seu uso se tornou freqüente
e muito efetivo para o tratamento de juntas de borracha. Com relação ás juntas de
borracha, foi determinado que, quando as mesmas são expostas a hidrocarbonetos
aromáticos,
elas
podem
expandir-se
em
até
300%
do
seu
volume.
Subseqüentemente, quando se passa a um gás sem a presença desses produtos
aromáticos, as borrachas
se contraem e as juntas começam a vazar.Esses
vazamentos são facilmente estancados quando se submete as juntas à presença de
vapores de óleos aromáticos, adicionando-se com uso de nebulizadores (figura 6.1)
,por exemplo, di-isopropil benzeno, que causa o re-intumescimento da borracha da
junta.
O uso desses óleos aromáticos mostra-se bastante efetivo no controle de
vazamentos, porém, exige dois cuidados muito importantes. O primeiro é que, pela
sua volatilidade, o processo deve ser contínuo para não permitir a desabsorção da
borracha. Em segundo lugar, o controle da concentração do vapor é bastante
delicado, não podendo ser baixa, para garantir a efetividade do processo, e nem alta
demais capaz de provocar excessiva expansão da borracha e possíveis danos,
gerando tensões suficientes para romper os anéis das braçadeiras e os parafusos
do anel mecânico. A figura 6.1 mostra um nebulizador do tipo ciclone de aspiração
Figura 6.1 Nebulizador do tipo ciclone de aspiração (COMGAS,1999).
54
6.2.3
Processo de spray programado de dietileno glicol (DEG)
No intuito de melhorar o desempenho dos umidificantes no tratamento de juntas de
chumbo e juta passou-se a utilizar produtos à base de glicol.
O processo de umidificação é compatível com outros métodos de controle de
vazamentos em juntas de chumbo utilizando glicóis, principalmente através do uso
de DEG dietileno glicol .
De forma geral, justifica-se o uso conjunto de umidificação e spray de DEG pelas
seguintes razoes:
O umidificador não é capaz de controlar o ponto-de-orvalho mantendo-o homogêneo
ao longo de todas as juntas existentes no sistema.
Uma seleção efetiva das juntas através de processo de spray pode ser realizada de
forma mais direta e rápida.
O spray pode ser utilizado para tratar as juntas que não tiverem respondido
adequadamente ao processo de umidificação.
O dietileno glicol DEG tem pressão de vapor muito menor do que a água, fazendo
com que o efeito do tratamento seja mais permanente.
A figura 6.2 mostra um mine nebulizador utilizado para aplicações regionais.
55
Figura 6.2 Mine nebulizador para aplicações regionais( BRITISH GÁS NORTH
WESTERNI,1999)
0 processo de umidificação é continuo, enquanto o tratamento com spray de DEG
pode ser programado ao longo do tempo dependendo do período efetividade do
mesmo. Este, por sua vez, varia enormemente de acordo com as condições das
juntas tratadas.
Como o tratamento é feito através de sprays programados, é necessário que se
mantenham pontos de injeção tapados a cada intervalo de 100 juntas.Para evitar
esse problema, tentou-se desenvolver o processo de nebulização de DEG.O
sucesso dessa técnica, entretanto, foi muito limitado, por que o DEG nebulizado
viaja distancias muito pequenas na corrente de gás, formando gotículas, as quais
bloqueiam os filtros dos equipamentos próximos do nebulizador. Mesmo o uso de
nebulizadores a quente resolveu o problema.
56
6.3 Reparo da tubulação ao longo da linha
As técnicas para reparo de tubulações tratadas neste trabalho objetivam anular
vazamentos generalizados ou localizados, em linhas de ferro fundido.
6.3.1 Emulsão interna de resina acrílica
O Foam Seal
3
é uma técnica de reparo para tubulações
até 3” de diâmetro
principalmente em trechos de tubulações de ramais encobertos ou enterrados.
O processo consiste em simplesmente em passar ar através de uma resina de
acrílico em emulsão, produzindo uma espuma que, sob a sua própria pressão, passa
ao longo das tubulações, pintando o seu interior . O tubo deve ser posto fora de
serviço e purgado antes de se aplicar a espuma.
6.3.2 Injeção interna de resina epóxi
O Epóxi Lining é um processo desenvolvido para reparos de vazamento devido à
existência de corrosão acelerada das tubulações e vazamentos em juntas de rosca.
Uma resina de epóxi é injetada na tubulação e depois um pig é introduzido de forma
a moldar uma fina película da resina ao longo da superfície interna das tubulações
tratadas,como mostra a figura 6.3, (OSAKA GÀS CO,1996).
3
Selante em forma de espuma para tratamento de rede e juntas.
57
Figura 6.3 Técnica de relining,( INTERNATIONAL GÁS,2004).
6.3.3 Nebulizador interno AMEX 32-400
Trata-se de um método de recuperação de linha de ferro fundido, ferro dúctil, aço,
pvc e polietileno. É um produto anticorrosivo que permite selagens completas de
vazamentos e dá maior resistência ao tubos contra danos advindos de movimentos
de tubulações. Além do mais, é para instalações caracterizadas pela presença de
curvas.
6.4
Reparo individual das juntas
Os reparos individuais específicos para as juntas dos tubos de ferro fundido
consistem em aplicação de técnicas que anulam o vazamento do gás através da
junta.
58
Este método pode ser classificado em:
6.4.1 Reparos externos
Reparos externos, consistindo na localização da junta a ser reparada, abertura da
vala, limpeza externa da junta, aplicação do método, teste e fechamento da vala:
6.4.1.1 Instalação de junta mecânica com anel de borracha
Nos reparos dos vazamentos das juntas de chumbo das tubulações de ferro fundido
cinzento, que não podem ser eliminados pelo simples rebatimento do chumbo.
Basicamente consiste em instalar uma junta mecânica constituída de dois anéis
metálicos bipartidos, colocando um do lado da bolsa e o outro do lado da ponta.
Ambos os anéis são unidos por parafusos. O aperto destes parafusos faz com que o
anel instalado do lado da ponta comprima um anel de borracha contra o chumbo da
junta
Esta técnica é eficiente e relativamente rápida de ser aplicada. Os inconvenientes
são o preço do material usado e a possível corrosão provocada nos parafusos, ao
longo da tempo.
6.4.1.2 Encapsulamento
A técnica de encapsulamento de juntas foi desenvolvida na Inglaterra, quando ali se
realizou a conversão em larga escala para gás natural. Inicialmente projetada para
reparo de juntas de tubulações de ferro fundido de baixa pressão, tem sido
igualmente utilizada na rede de media pressão.
59
O processo de encapsulamento é utilizado quando não se deseja o desligamento
dos serviços durante a execução do reparo. Faz-se a escavação, limpa-se a junta a
ser reparada e aplica-se uma cápsula no tubo e um molde metálico circundando a
junta, como mostra figura 6.4.
Uma mistura contendo poliuretano ou outro produto químico similar, é bombeado
dentro desse molde sob pressão. Depois da cura, o resultado é uma selagem flexível
ao redor da junta do tubo.
Os testes demonstraram que as juntas seladas com esse método tem uma vida útil
de
50
anos.
Recentemente,
os
produtores
de
kits
de
encapsulamento
desenvolveram novos sistemas mais avançados capazes de atender padrões de
reparos mais rígidos.
A técnica de encapsulamento, obviamente, exige que um buraco seja escavado
sobre a junta a ser tratada; por outro lado, na técnica de injeção anaeróbica, pelo
menos em teoria, a escavação é mais simples.
O uso de encapsulamento é direto, ou seja, não necessita nenhum treinamento
especial das equipes de manutenção; enquanto a técnica de injeção de produtos
anaeróbicos exige que o operador seja um técnico com muita experiência capaz de
avaliar os procedimentos a serem adotados em cada caso, em cada junta.
Antes da aplicação de um sistema de encapsulamento, a tubulação precisa ser
arejada, necessitando, para essa limpeza, tanto um compressor com uma maquina
de jato de ar; além do mais, o processo de limpeza envolve um consumo de tempo
adicional, o qual não deverá ser muito grande em tubos de pequeno diâmetro.
60
Figura 6.4 Técnica de encapsulamento,(COMGAS,2004)
6.4.1.3 Selantes anaeróbicos por injeção externa
Selantes anaeróbicos são líquidos que se solidificam na ausência de ar e na
presença de certos catalisadores, tais como ferro. Através de injeção externa, dada
a baixa viscosidade do produto selante, a sua excelente ação umidificadora e o
grande poder de ascensão capilar, o material penetra em pequenas brechas e
caminhos de vazamentos nas juntas. Figura 6.5 mostra exemplo de aplicação do
selante.
Entre os sistemas conhecidos de selagem anaeróbica destaca-se o mainseal
pesquisado pela British Gás e Loctide UK e desenvolvida pela ALH SYSTEMS.
61
Figura 6.5 Injeção externa de selante anaeróbico, Comgas,2004)
6.4.2 Reparo Interno
O reparo interno consiste em reparar as juntas pelo lado de dentro da tubulação, ou
seja, internamente.
6.4.2.1 Selagem interna com Spray anaeróbico MAINSPRAY
Uma nova técnica de selagem interna das juntas vem sendo utilizada com sucesso
pela British Gás South Eastern. A idéia é fazer um spray de selantes anaeróbicos
internamente às juntas a partir de uma única escavação, utilizando uma mangueira
que é introduzida nas tubulações, de forma a cobrir uma distancia de até 50m de
cada lado a partir desse ponto de entrada.
62
Figura 6.6 Selagem interna com spray anaeróbico “MAINSPRAY”, (COMGAS, 2002)
Selagem de menos custo. A técnica de spray anaeróbico é a mais adequada para o
tratamento de um numero considerável de vazamento em filas de juntas mecânicas
ou juntas de chumbo.
O mainspray permite a realização de reparos permanentes em juntas localizadas em
locais congestionados com mínimo distúrbio para o trafego de superfície.
Uma importante vantagem dos produtos anaeróbicos utilizados na selagem é que
eles não são afetados por possíveis contaminantes, existentes nos materiais das
juntas e provenientes de tratamentos anteriores à base da nebulização de óleo ou
vapor de água, etc.
Para aumentar a eficiência da técnica de spray anaeróbico foi desenvolvido um
processo eletrônico de localização de juntas. Além do mais, o cabeçote do spray foi
desenvolvido especialmente para que o selante seja expelido na forma de spray e
não nebulizado, uma vez que isto poderia causar problemas nas linhas de serviços e
nos controladores situados abaixo do ponto de injeção(British Gás 1999).
Algumas considerações devem ser atendidas pelos usuários da técnica de spray
anaeróbicos de forma a garantir a otimização do desempenho da mesma;
63
Os equipamentos hoje disponíveis são mais efetivos quando utilizados para selar
juntas em tubulações de diâmetro 4” até 18” de diâmetro (British Gás 1999).
Grandes tubulações podem ser tratadas utilizando-se mainspray, mas com sucesso
reduzido.
A British Gás detém a patente do mainspray com a alh system, licenciada para a sua
produção.
6.4.2.2 Instalação de revestimento interno na região da junta
A técnica de instalação de revestimento interno, comercialmente conhecida como
junta interna, consiste em aplicar na parte interna do tubo, na região correspondente
à juntas, uma folha de alumínio revestida de um polímero.
Inicialmente é necessária uma limpeza adequada da superfície interna do tubo, para
a retirada de toda a poeira e depósitos existentes na canalização, esta limpeza terá
como conseqüência a recuperação da capacidade de transporte original.
Em seguida, a sonda eletromagnética, da qual é equipado o aparelho para
instalação da junta interna, indicara com grande precisão a posição de casa uma
das juntas localizadas. O comprimento dos trechos de tubulação suscetíveis de
serem renovadas pelo método de junta interna pode chegar até 70 metros. Os
gastos em escavações são evidentemente reduzidos.
O procedimento é aprovado para todas as juntas existentes nas conexões ponta e
bolsa dos tubos de ferro fundido, com diâmetros superiores ou iguais a 80 mm. As
juntas podem ser do tipo de borracha ( ferro fundido dúctil) ou juta e chumbo(ferro
fundido cinzento).
A pressão da linha onde esta técnica é aplicada não deve exceder a presão de
trabalho de dois barg.
64
6.5 Instalação de tubulação nova.
Nos trechos onde o grau de deterioração é muito acentuado a instalação de novas
linhas de gás é justificada. Isto porque, a um dado momento, a única forma de se
erradicar o problema de pó em um determinado trecho de rede é a sua renovação.
As técnicas são basicamente duas:
6.5.1 Construção de nova rede paralela a existente
A substituição da linha consiste na instalação direta de uma nova linha através da
abertura de uma trincheira paralela à linha, existente ou pelo método de
MND(método não destrutivo). A figura 6.7 mostra uma construção de rede pelo
método destrutivo.
Figura 6.7 Construção de nova rede paralela a existente, (comgas,2000)
O método de construção de rede nova por método não destrutivo (MND), consiste de
unidade de força, unidade de perfuração e unidade monitoramento direcional.
65
A unidade de força, normalmente, fica instalada em um caminhão contendo bombas
de alta pressão, tanque misturador de fluidos de perfuração (água e betonita),
tanque de água, bombas hidráulicas para acionamento dos motores hidráulicos,
gerador elétrico e instrumentos de medição.
A unidade de perfuração costuma ficar sobre um trailler ,ver figura 6.8,para poder
ser movido e posicionada. Esta unidade incorpora a unidade de torque de avanço e
recuo da unidade de torque. Deve incorporar ainda um dispositivo mecânico para
evitar que a força de puxamento seja maior que a admitida pela tubulação.
Normalmente esses dispositivos são chamados de “ fusíveis mecânicos” ,que se
rompem quando atingem a força máxima especificada. Existem várias graduações
de força e deve-se escolher o “ fusível” adequado para cada instalação em função
do diâmetro do tubo e de sua espessura.
Figura 6.8 Desenho esquemático de furo direcional (SILCON,2006)
A figura 6.9 mostra a unidade de monitoramento direcional é um dispositivo
eletrônico que recebe as ondas de rádio provindas de sonda de perfuração e
identifica a sua posição e profundidade, para que se possa monitorar e controlar a
direção de perfuração, através da unidade de perfuração.
66
Figura 6.9 A unidade de monitoramento direcional e dispositivo eletrônico(SILCON, 2006)
Entre os vários fatores que podem influenciar a decisão entre a inserção de tubos de
PE e a substituição direta da linha destacam-se:
● O numero de conexões ligadas ao geral
● O tipo de terreno
● A possibilidade de instalação de uma nova linha na região considerada
● O trafego de superfície existente
6.6 Aproveitando
o
espaço
interno
das
tabulações
existentes,
chamadas de inserção.
Os métodos de inserção de polietileno correspondem às técnicas de substituição e
recuperação de tubulações utilizadas em trechos de rede, características por grande
grau de deterioração, mau estado de conservação ou idade avançada da tubulação,
onde, consequentemente, há maior freqüência de vazamentos.
Principais métodos de inserção:
67
6.6.1. Close-fit Lining
Este método consiste na inserção de tubos onde os mesmos
são deformados
mecanicamente pelo fabricante em uma forma de U ou de C (figura 6.10),para uma
inserção fácil na tubulação existente. Os tubos em forma de bobina são inseridos na
tubulação existente, uma vez no lugar, o tubo é pressurizado e aquecido. o calor
ativa a memória do material de sua forma original, criando um ajuste confortável
dentro da tubulação velha. Os tubos deste tipo podem ser de vários materiais,
incluindo
o polietileno e o polipropileno. A seção do tubo
pode ser interligada
usando uma fusão ou conexões de união de confiança.
Este processo resulta na formação de uma tubulação integral nova dentro da
tubulação velha porque o tubo expande de encontro à tubulação velha, a perda e
mínima da área de seção transversal e da capacidade hidráulica. Este método e
utilizado em tubulações de até 12” ,podendo estender sua aplicação, dependendo do
caso até 24”.
Figura 6.10Inserção e detalhe de exemplo de deformação em forma de C (PIPA, 2006)
68
6.6.2. Pipe Bursting
O método consiste na substituição de tubos de pequeno diâmetro, de ferro fundido
por um novo de polietileno de tamanho equivalente ou até ligeiramente maior. O
método utiliza uma cabeça percussiva (torpedo/martelo) que ao ser inserido no tubo
velho vai arrebentando e comprimindo seus fragmentos contra o solo, ao mesmo
tempo, a cabeça percussiva vai puxando um tubo luva de polietileno de diâmetro
normalmente maior que o original, que servirá de proteção ao novo tubo a ser
inserido.
Este método é utilizado quando não é possível uma diminuição no tamanho. da
nova rede e .Pode ser aplicado para tubos de até 8” de diâmetro. Deve-se tomar
cuidado no uso em regiões que tenham equipamentos subterrâneos localizados nas
proximidades. A figura 6.11 mostra desenho esquemático do método e 6.12 mostra
tubulação rompida pela cabeça percussiva.
Figura 6.11 Desenho esquemático do método Pipi Bursting (ARECCO BRASIL,2005)
Figura 6.12 Rompimento da tubulação de ferro fundido em vala (ARECCO BRASIL,2005)
69
6.6.3.Inserção Slipping
É o método escolhido quando uma diminuição na capacidade de carga pode ser
tolerada, pois consiste na inserção de tubos de polietileno de menor diâmetro dentro
dos tubos já existentes, conforme mostra figura 6.13.
Para o caso do gás natural, a redução na capacidade de transmissão pode ser
compensada pelo poder calorífico superior e pelo aumento da pressão operacional
do gás.
Figura 6.13 Inserção de tubo PEAD em rede de ferro fundido (COMGAS,2002)
6.7 Inserção executada na cidade de São Paulo
A COMGAS optou se em fazer inserção pelo método de slipping , hoje encontra-se
com mais de 320 km de rede inserida. Com a seqüência dos trabalhos a técnica foi
sendo aperfeiçoada e adequando-se ao padrão COMGAS.
70
6.7.1 Planejamento preliminar
A renovação de redes no município de São Paulo e desenvolvida a partir da
elaboração de uma plana máster de renovação que partindo de uma planilha de
mapeamentos dos riscos potencias das redes.
Esta planilha de riscos é estabelecida em critérios que avaliam quantidade de
ocorrência de vazamentos em redes, vazamentos em ramais, quebras, local de
instalação entre outros quesitos, determinado pontuação de risco para cada trecho
de rede.
Determinada os locais de redes a serem substituídas é elaborado o plano máster de
renovação que define as quantidades, diâmetros, pressões e métodos de execução
a serem utilizados na substituição das redes.
Para definição de diâmetros e pressões é utilizado um processo de analise de rede
onde se verifica as cargas atuais do sistema de distribuição, o diâmetro das redes
existentes e um coeficiente prevendo futuras de cargas, estes planos envolvem em
média a renovação de 6000 metros de redes e os ramais envolvidos no trecho.
Outras questões também influem na definição dos métodos executivos
e estão
relacionados às questões ambientais, econômicas e legais do local de instalação.
Definido o plano máster é executado a aprovação dos investimentos necessários
para execução do projeto. Aprovado o projeto este entra em fase de licenciamentos
e solicitação de permissões para execução de obras em via publica atualmente ha
bastante questionamento de autoridades municipais quanto aos métodos executivos
e ocupação das vias.
Entre as solicitações de autorizações e sua emissão podem decorrem prazos de 90
a 180 dia em média, portanto o planejamento de execução deve se programar para
uma seqüência de projetos em carteira mantendo equipes mobilizadas em projetos
de renovação.
71
O projeto executivo e de responsabilidade da empresa contratada para a execução
do projeto de renovação, este projeto é balizado pela seqüência estipulada no plano
máster e tem como subsídios todos os cadastros de redes e ramais existentes,
relação de clientes conectados e desligados, e as devidas cargas (consumos) dos
ramais conectados.
Para elaborar o projeto executivo a empresa contratada deve levar em conta que os
clientes conectados não podem ficar sem fornecimento de gás por mais de 12 horas
por trata-se de imposição regulatória, também ao fato das autorizações de ocupação
de vias restringirem a execução ao período noturno.
Adequando-se as premissas anteriores o projeto executivo é dividido em planos de
trabalho não superiores a 100 metros sendo esta a capacidade produtiva de uma
equipe de trabalho.
Os métodos de execução de renovação de redes de polietileno informado a seguir
devem atender os requisitos da NBR 14461 e 14462.
Após execução dos planos de trabalhos e elaborado um procedimento operacional
rotineiro que passa por aprovação da gestão do contrato e aprovado-se inicia-se os
trabalhos de campo.
Uma investigação nos dados registrados referentes à rede e uma pesquisa de
campo devem ser realizados para se determinar, precisamente, a dimensão e
localização dos tubos, desvios, conexões em “T”, válvulas e ramais conectado na
rede.
Todas essas informações devem ser marcadas em mapas ou desenhos da rede,
para uso durante a localização e fabricação do sistema, Antes que qualquer
escavação comece, as informações devem ser confirmadas, e novamente checadas.
6.7.2 Abertura de valas
72
Expor ambas extremidades da tubulação a ser inserida.Obstruções como válvulas,
curvas ou redutores irão requerer escavações e retirada das peças. Nas
extremidades da seção a ser inserida, fazer escavações largas o suficiente para
permitir a fácil entrada do tubo de polietileno, sem exercer excessivas tensões nele.
Expor todas as conexões em T, ramais, cotovelos, e outras possíveis obstruções.
Expor todas as localizações de laterais.Fazer escavações para as conexões em T
com o tamanho uniforme usado para o reparo e outros tipos de trabalho, fornecendo
espaço suficiente para o mesmo.
No inicio dos trabalhos de inserção na COMGAS as redes existentes em ferro
fundido sofriam limpeza interna, um pedaço de tubo em polietileno era usado como
tubo testemunho, onde o mesmo era introduzido em uma das extremidades e
puxado até a outra.Analisado o seu estado de chegada
podia-se fazer um
diagnostico das condições interna do tubo. Após algum tempo percebeu se que as
redes na sua maioria não apresentavam
interferências que poderia danificar a
tubulação, ai então este procedimento foi abandonado.
6.7.3 Bloqueio da rede existente
Após abertura das valas de lançamento e recebimento e todas as interferências
localizadas e escavadas, o próximo passo e o bloqueio da rede que pode ser
utilizados nos seguintes métodos ;
6.7.3.1 Sistema de bloqueio por Bexigas Wask
Este sistema consiste em executar furações nas redes de ferro fundido e introduzir
através do equipamento bexigas, que infladas a uma pressão determinada
73
interrompem o fluxo de gás. Este sistema, utilizado na pela Comgás, denomina-se
Wask, é de origem inglesa,.figura 6.14
O sistema Wask
esta especificado para bloqueios de rede de ferro fundido de
diâmetros de 3 á 12 polegadas com pressão máxima de operação que variam de 1,4
a 5 psig.
Sua utilização na renovação de redes em São Paulo foi limitada ao diâmetro de 10
polegadas, dependendo também do estado físico interno da tubulação, pois em
vários casos o método tornou-se inviável devido à grande quantidade de sujeira com
sucessivos danos às bexigas.
Figura 6.14 Maquina de furação e bloqueio tipo Wask (COMGAS,2000)
74
6.7.3.2 Sistema de Bloqueio Hydra-Stopper™;
O sistema Hydra-Stopper™ é utilizado para bloqueios de redes de 10 a 12
polegadas com pressões de 0,35 kg/cm² até 10 kg/cm², sendo bastante utilizado
nos bloqueios para renovação das redes de MPB.
Neste sistema, é instalado um colar bipartido, provido de elemento de vedação na
rede que será submetida ao bloqueio e sobre ele é instalada uma válvula de gaveta
que será utilizada em sistema de abre e fecha em todas as fases da operação de
bloqueio. (figura 6.15)
Depois de instalada a válvula, é instalada o equipamento de furação, que consiste
de rotor pneumático ligado a um eixo provido de serra copo, com diâmetro igual ao
da rede a ser bloqueada.
Após execução da furação, da retirada do equipamento e com o fechamento da
válvula gaveta, é instalado o dispositivo de bloqueio. Este dispositivo consiste em um
pistão hidráulico com a extremidade de borracha em forma cilíndrica, que quando
submetido à pressão, deforma-se de tal maneira a moldar-se com a sede criada,
bloqueando a passagem do gás.
Figura 6.15 Conexão e maquina de bloqueio Hidra Stopper(COMGAS,2000)
75
6.7.3.3 Sistema de Bloqueio Foambag™;
Este sistema é utilizado no bloqueio de redes de grandes diâmetros 14 a 24
polegadas, e tem como característica ser um bloqueio definitivo, ou seja, uma vez
executado não há retorno do trecho de rede onde foi aplicado, o qual deverá ser
removido em caso de renovação.
Em caso de abandono de redes, deverá ser executado corte físico e capeamento
mecânico da rede, pois o material de bloqueio não garante estanqueidade por longo
período.
Este processo talvez não garanta cem por cento de estanqueidade no primeiro
conjunto de bloqueios, o que acontece basicamente pela quantidade de resíduos
acumulados durante o longo período de operação da rede.
Neste caso, é necessário realizar o processo em outro ponto da rede garantindo
estanqueidade total no local dos trabalhos. O processo é utilizado onde os demais
processos de bloqueio não atuam por suas características, principalmente por tratarse de grandes diâmetros.
Este processo foi desenvolvido pela empresa inglesa Steve-Vick e, segundo o
fabricante, pode ser utilizado em redes de diâmetros de 3/4 a 36 polegadas, com
restrição de pressão de operação.
O processo consiste em executar furos padrão, com equipamento Wask seguido de
inserção de uma bolsa semipermeável nos pontos de bloqueio, conforme figura 6.16.
É preparada uma resina bi-componente a ser injetada nas bolsas, a qual é a base de
poliuretano, tem grande potencial de expansão podendo expandir-se de 20 a 50
vezes o volume original.
Um dos problemas encontrados no uso deste sistema na cidade de São Paulo foi o
clima subtropical, pois com a mistura dos componentes da resina é gerado bastante
calor que inicia o processo de expansão antes da injeção na bolsa de bloqueio.
76
O problema foi contornado mantendo os componentes da resina em câmara fria e
durante o transporte para o campo acondicionando-os em tambores com gelo.
Figura 6.16 Bloqueio com equipamentos Foambag
6.7.3.4 Sistema de bloqueio para redes de Polietileno;
O sistema utilizado para bloquear redes de poletileno durante processos de
renovação na cidade de São Paulo, consiste na utilização das válvulas de bloqueio
instaladas durante a renovação de redes de LL4 (4 kg/cm²) ou no processo
denominado squeezer-off ou pinçamento. (figura 6.17)
Para redes ou ramais de polietileno de diâmetros de 20 à 63 são utilizados
esmagadores (squeezers) de acionamentos mecânico e consiste na prensagem das
paredes em mordentes cilíndricos acionados por sistema de rosca.
Para redes de polietileno com diâmetros maior ou igual a 90 mm o equipamento é
dotado de um pistão hidráulico que tem em sua base dois mordentes cilíndricos que
77
pinçam o tubo de polietileno até uma medida pré-definida não permitindo a
passagem do gás, nem gerando dano permanente ao material.
Após a utilização do equipamento o ponto do tubo é demarcado e o processo não
pode ser repetido no ponto. A utilização de esmagadores deve atender os requisitos
da NBR 14473.
Figura 6.17 Bloqueio em rede de polietileno tipo Squezzer
6.7.4 Inserção de rede de polietileno
Após bloqueio da rede , desconectar os consumidores, e promover a retirada do gás
da linha que será inserida. Com a linha já despressurizada iniciam-se a retirada de
válvulas, Te, ponto de ramais e possíveis interferências.
Inicia-se o trabalho de inserção de redes de polietileno na rede de ferro fundido de
maior diâmetro,
78
A inserção dos tubos é executada manualmente para pequenos diâmetros
ou
utilizando equipamento de empurramento de tubos chamado de Push Machine,.
figura 6.18
Figura 6.18 Inserção com equipamento Push Machine(COMGAS,2000)
Após rede inserida são executados as interligações dos novos ramais e soldas do
trecho . Em seguida todo o trecho passa por um teste pneumático com uma vez e
meia a pressão de operação que e de 4 bar, ou seja teste e realizado com pressão
de 6.bar. O tempo de teste varia em função do comprimento da rede, uma rede
com aproximadamente com 100 metros a duração do teste e em torno de uma hora.
Com o trecho testado, o mesmo e interligado na sua extremidades com a rede
existente de pressão mais alta que fora inserido no dia anterior. Após a interligação
o gás e introduzido novamente na rede , agora com pressão mais alta , 4bar. Os
consumidores após adequação do sistema de entrada, onde antes recebia um gás
com baixa pressão, agora receberá um gás com maior pressão.
Esta seqüência se repete todos os dias, onde os trechos já inseridos têm sua
pressão elevada e seus consumidores adequados a nova pressão. Em alguns dos
79
casos onde a pressão não é elevada e a redução do diâmetro da nova tubulação
não tenha restrições, as redes são inseridas e permanecem com a mesma pressão.
80
7 Vantagens e desvantagens entre as diversas técnicas
A seguir apresentam-se as vantagens e desvantagens das técnicas mais
representativas aqui comentadas, focando um melhor entendimento na escolha da
melhor técnica.
7.1 Técnicas de condicionamento do gás
A técnica de condicionamento do gás
constituem os processos de adequação
preventiva do gás natural, capazes de adicionar componentes que evitem o
ressecamento das juntas e mantenham a aderência dos depósitos de corrosão
interna do tubo.
7.1.1 Controle de vazamento
● Vantagens,
Evitam o ressecamento tanto das juntas de chumbo e juta como das juntas
mecânicas de borracha.
Permitem, quando operados com níveis de saturação adequados , reduzir o numero
de vazamentos em até 80%, diminuindo o numero de reparos a serem realizados e,
ao mesmo tempo, diminuindo as perdas de gás.
Aumentam o tempo de vida útil da junta, proporcionando tempo necessário para
uma política de substituição ou adoção de outras soluções mais definitivas.
No caso de juntas de chumbo e juta, o uso do MEG proporciona um tratamento com
custos unitários bastante baixos. O MEG seja em unidades a frio ou em unidades a
quente, produzido em forma de vapor, garante um alcance bastante grande ao longo
81
do fluxo de gás. O MEG na forma de vapor tem pouco efeito prejudicial sobre
equipamentos domésticos medidores e filtros dos reguladores.
No caso de juntas de borracha, o uso de algum produto leve destilado de petróleo,
rico em hidrocarbonetos aromáticos, compensa a menor quantidade existente
desses hidrocarbonetos na composição do gás natural.
Nebulizadores que operam simultaneamente com dois fluidos MEG e destilados
leves permitem o tratamento de redes onde se encontram tanto juntas de borracha
como juntas de chumbo e juta.
● Desvantagens;
É uma técnica preventiva que deve ser adotada antes do ressecamento das juntas.
Se as juntas estiverem em mau estado ou ressecadas, o condicionamento perde sua
efetividade. Contudo é praticamente impossível saber a priori se as juntas se
encontram em bom estado ou não. O processo deve ser continuo acarretando com
isto:
Custos de manutenção e operação do equipamento de condicionamento incluindo
os custos do produto (MEG ou outro) utilizando para o condicionamento
A necessidade de infra-estrutura logística, envolvendo principalmente custos de
armazenamento e distribuição do produto às estações.
Em caso de tubulações muito sujas, o MEG pode ser absorvido pelo pó existente,
demorando para atingir a extremidade final do sistema com nível de concentração
adequado
Se o produto não for nebulizado na forma de vapor, mas sim na forma de pequenas
gotículas, poderão surgir problemas sobre os filtros ou problemas de condensação
da névoa na passagem por reguladores de pressão.
Na passagem de gás nebulizado com óleo através de filtros, mais de 90% de óleo
pode ficar retido nos reguladores.
82
Pode ocorrer excessiva expansão das borrachas, caso a vaporização seja
excessiva.
As técnicas do condicionamento de gás não propiciam condições para que se possa
aumentar a pressão de operação da rede.
7.1.2 Técnicas de controle de arraste do pó
● Vantagens;
Mantém a aderência dos depósitos de incrustações existentes nas paredes internas
do tubo. Mantém a aderência dos depósitos de pó sem que os mesmos tenham de
ser retirados do tubo através de algum processo de limpeza.
Na pratica, verifica-se que a nebulização para o controle de pó não precisa ser
continua.
● Desvantagens
Não existe um controle seguro sobre a eficiência da aderência das incrustações no
tubo.
7.2 Técnica de revestimento da linha internamente
A técnica consiste em revestir a rede pelo lado interno, eliminando assim, os
vazamentos provocados pelo resecamento das juntas.
7.2.1 Técnica de relining
● Vantagens;
83
Permitem o reparo generalizado de tubulações, principalmente para a recuperação
de ramais e juntas de rosca, através da cobertura de suas paredes internas com
algum tipo de resina, sendo utilizado em casos de corrosão acelerada da tubulação.
Alguns sistemas, como o spinseal, são mais abrangentes, podendo recobrir
cavidades de juntas do tipo e bolsa, gerando uma selagem com características
semelhantes ao encapsulamento;
● Desvantagens;
essas técnicas normalmente envolvem uma grande dificuldade em se escolher uma
resina que seja apropriada como revestimento e como material selante. Exige-se
cuidadosa limpeza da tubulação;
a aplicação da resina exige sempre cuidados especiais e técnicos experientes;
não propicia condições para que haja aumento na pressão de operação;
exige o desligamento do gás para poder ser aplicado;
não propicia condições para que haja aumento na pressão de operação.
7.3 Técnica de revestimento da junta internamente
Técnica consiste em revestir a junta internamente com aplicação em forma de spray
de selantes anaeróbicos a partir de abertura de uma só vala a cada 50 m de
distância.
7.3.1 Mainspray
● Vantagem;
apropriada para a selagem de várias juntas consecutivas, sendo aplicada tanto para
juntas de juta como para as juntas mecânicas de borracha, podendo ser aplicado em
trechos de até 80m com uma única escavação;
permite a realização de reparos em juntas localizadas em locais congestionados
com mínimo distúrbio para o trafego de superfície;
84
os produtos anaeróbicos são resistentes a contaminação existentes nos materiais
das juntas;
os equipamentos disponíveis permitem o tratamento de juntas em tubulações de 6”
até 12”de diâmetro Aplicação dos produtos anaeróbicos em forma de spray, faz com
que nem os consumidores nem as linhas sejam afetados.
● Desvantagens;
os sifões adjacentes à área a ser tratada devem ser bombeados antes e depois da
aplicação;
o selante não deve entrar em contato com válvulas ou reguladores;
eventuais incrustações existentes nas tubulações podem causar problemas de
vedação, e/ou localização da junta, sendo necessário proceder a limpeza interna do
tubo;
temperatura recomendada para armazenamento do produto: menor que 20oC;
qualquer obstrução existente na linha limita o alcance da mangueira da aplicação.
além do mais o sistema não pode operar com ângulos superiores a 22º;
não existem dados suficientes que permitam avaliar com segurança os efeitos a
longo prazo do produto anaeróbico. Informações de usuários na Alemanha indicam
um aproveitamento de pouco mais de 50% nas juntas aplicadas;
não propicia condições para que haja aumento na pressão de operação.
7.4 Uso de juntas internas
● Vantagens;
grande precisão na localização das juntas
pode ser aplicado em trechos de até 140m com pequeno numero de escavações,
sendo adequado para regiões com transito de superfície bastante intenso;
disponível para diâmetro de 80mm ou superiores tanto para juntas de chumbo como
juntas de borracha;
permite recuperar a capacidade inicial de fluxo da tubulação.
● Desvantagens;
85
necessária cuidadosa limpeza interna da tubulação para a aplicação da junta
interna;
o trabalho tem de ser feito com bloqueio do gás no trecho manuseado, entretanto, o
fornecimento pode ser continuado através de by-pass;
disponível para pressões até 2 bar.
7.5 Técnica de reparo da linha externamente
A técnica consiste em tratar a linha externamente.
7.5.1 Instalação de anéis de vedação
● Vantagens;
técnica eficiente e de instalação rápida;
● Desvantagens;
custo elevado da junta
os anéis hoje utilizados sofrem problemas de corrosão nos parafusos;
necessidade de abertura de vala para casa junta a ser instalada, acarretando custo
e transtorno ao transito.
7.5.2 Encapsulamento
● Vantagens
podem ser utilizados tanto na rede de media pressão como na de baixa pressão;
permitem selagem flexível e resistente, apresentando uma vida útil de até 50 anos.
86
os sistemas mais avançados tipo Avonseal 6”, podem operar em condições bastante
rígidas com pressões de 60 psi ;
esses sistemas se conformam com versatilidade a diferentes formas e configurações
de juntas, sendo adequados para redes despadronizadas;
permite a instalação rápida sem a necessidade de treinamento especial dos
operadores;
● Desvantagens;
necessidade de limpeza adequada da superfície externa da junta a ser tratada;
necessidade de abertura de vala pra cada junta, porem, a vala é de menores
dimensões.
7.5.3 Injeção externa de selantes anaeróbicos
● Vantagens
escavação necessária para a aplicação da injeção externa é, teoricamente, mais
simples;
a técnica não exige a limpeza previa da tubulação, podendo ser realizada,
teoricamente, com maior rapidez;
a técnica torna-se mais econômica se o vazamento for eliminado com uma única
aplicação;
● Desvantagens;
não existem dados suficientes para que se possa prever o tempo de vida útil de uma
aplicação;
não são adequadas para tubulações localizadas em área com excessiva
movimentação do solo, travessias de vias férreas, etc;
exige que os operadores sejam técnicos com muita experiência.
não existe controle visual a eficiência da aplicação;
muitas vezes, um vazamento
só é sanado após a realização de mais de uma
aplicação, consumindo mais tempo e mais produto do que uma técnica de
encapsulamento tradicional;
87
as vezes, após duas aplicações de produtos anaeróbicos, o vazamento persiste
sendo necessário o uso de uma técnica de encapsulamento.
7.6 Técnicas de inserção de tubulação de polietileno
● Vantagens;
permite a obtenção de uma nova rede sem a necessidade de abertura de uma nova
trincheira para sua instalação;
a possibilidade de aumento da pressão de operação, grande à rede inserida uma
capacidade de transporte ainda maior que a capacidade da antiga rede existente
mesmo considerando a diminuição de diâmetro da tubulação;
soluciona definitivamente os problemas existentes de vazamentos em juntas e
tempestades de pó;
nos casos em que o tubo de polietileno é fornecido em bobinas, a inserção é
amplamente facilitada;
● Desvantagens;
os custos de material apenas viabilizam a técnica para tubulações de polietileno de
até 250 mm. Tubulações maiores serão viáveis apenas em alguns casos especiais;
no caso de tubulações de ferro fundido com muitas incrustações nas suas
superfícies internas, a inserção do PE será dificultada, exigindo uma limpeza prévia
do primeiro;
no caso de existir um número considerável de ramais a serem reconectados na nova
tubulação e PE ou existir um numero expressivo de desvios e interferências na linha,
a ponto de exigir a abertura de um número grande de valas ao longo do trecho, a
instalação deixará de ser viável, sendo preferível a instalação de uma nova linha.
Substitutiva da primeira.
7.7 Substituição direta das tubulações.
88
● Vantagens;
É uma técnica que pode ser utilizada sempre que não for impossível fazer inserção;
o uso intensivo de novos materiais como polietileno ou aço, faz que as novas
tubulações possam ser construídas para operarem com pressões mais elevada.
Além do mais, atualmente estão disponíveis técnicas mais seguras e de menor custo
para a ligação de conexões nas tubulações;
a construção de uma nova linha pode se dar segundo um traçado qualquer,
enquanto a inserção restringe as novas tubulações ao traçado já existente;
a construção de uma nova linha pode ser realizada sem que haja interrupção no
fornecimento de gás aos consumidores existentes, os quais permanecem
conectados à antiga linha até o comissionamento da nova;
● Desvantagens;
a substituição de uma linha pela instalação direta de novas tubulações envolve
obras civis custosas, com abertura de valas em regiões das cidades, normalmente
movimentadas, causando problemas no trafego e grandes dificuldades logísticas;
o uso de pressões mais elevadas à utilização de reguladores em cada consumidor, o
que representa um custo adicional.
89
8 CONCLUSÕES
O processo de decisão para escolha das técnicas mais apropriadas para adequação
de cada um dos setores do sistema de distribuição e uma tarefa bastante complexa,
sendo que a solução ótima certamente não é única.
Foram muitas as variáveis que influenciam nessa decisão, como as condições gerais
dos tubos, o grau de contaminação com pó e o estados das juntas, a necessidade
de aumento de pressão dentre outras.
Os sistemas de distribuição em redes de ferro fundido da COMGAS estão divididos
em duas distintas classes de pressão, media B e Baixa pressão. O media pressão B
que opera com uma pressão mais elevada, 5 PSI, onde encontra-se os pontos mais
críticos e necessita de maiores cuidados a curto prazo. Este sistema com redes em
diâmetros maiores e extensão aproximadamente em 150 km e responsável em levar
o gás as redes de baixa pressão e tem como necessidade de aumento de pressão.
Com relação ao sistema de baixa pressão, as opções que se abrem são
diversificadas. A extensão da malha de baixa pressão faz com que seja impossível
imaginar a adoção de técnicas definitivas para todo o sistema a curto prazo, até
porque sua extensão é aproximadamente 900 km.
Para vencer as complexidades e amenizar o vazamento pelas juntas a técnica de
MEG, Monoetileno glicol, pode ser adotada, porem deve ser vista como uma solução
temporária, que tem como principal objetivo diminuir o numero de vazamentos e
manter as juntas umidificadas.
Esta técnica envolve também problemas logísticos importantes. Em primeiro lugar,
tanto por motivos de custos como de flexibilidades operativa, os novos sistemas de
condicionamento utilizam equipamentos compactos estrategicamente situados de
forma a garantir a nebulização apenas em áreas especificas na baixa pressão.
90
Para esta técnica torna-se necessário montar uma equipe de responsáveis pela
operação, recarga e manutenção dos nebulizadores e serão necessário também
investimentos em infra-estrutura de transporte e armazenagem de MEG, bem como
esquemas continuo de nebulização na rede.
No que tange aos setores onde prevalecem juntas de borracha, a filosofia de
condicionamento continua válida, porem, utilizando como agente umidificador um
destilado de petróleo, rico em produtos aromáticos.
O tratamento de juntas, tanto interno como externo deve ser tratado como uma
manutenção corretiva, focando os locais onde são identificados os maiores riscos.
Um plano de trabalho deve ser feito para aquela região, onde todas as juntas devem
ser tratadas.
Abrir todas as juntas ao longo do trecho tem vários problemas logísticos
fundamentais, pelo fato de necessitar espalhar, ao longo do trecho, uma grande
quantidade de valas e obras civis. Essas obras, quase sempre deverão ser realizada
em região consolidadas da cidade, causando sérios inconvenientes ao tráfego de
superfície, tanto para pedestres como a automóveis, além de envolver custos
elevados para reconstituição do solo e camada de asfalto, danificados quando da
abertura de valas.
Considerando as técnicas de adequação vista neste trabalho destacam aquelas que
permitem a obtenção de uma rede nova. Podemos citar a inserção de tubos de
polietileno nos antigos tubos de ferro fundido e a instalação de rede nova. Esta
técnica determina uma solução definitiva para os problemas de vazamentos em
juntas e controle de tempestade de pó. Alem do mais, possibilita o aumento de
pressão de operação do sistema e sua capacidade de transporte.
A técnica de construção de rede nova, tem a vantagem de não haver a necessidade
de parada do sistema, ou seja, os consumidores ao longo do sistema não são
desligado durante a manutenção, porem, tem o agravante de local para construção
desta nova rede, na sua maioria estão localizada em lugares já consolidado na
91
cidade e são muitas as empresas que utilizam o subsolo, encontrar um lugar para
assentar a nova rede nestas região é quase impossível.
A inserção em rede de ferro fundido já existente tem um peso muito importante para
a definição como técnica de adequação da rede, uma vez que fornece maior
flexibilidade ao sistema como um todo, já que a existência de vários ponto de
alimentação faz com que a perda de carga global do sistema seja menor,
possibilitando inserção de diâmetros menores.
Nos trechos críticos da rede de media B, a técnica de inserção resolve todos os
problemas de vazamento e necessidade de aumento de pressão. Onde não for
possível a inserção devido existir muitas interferências utiliza-se instalação direta de
nova rede.
Outra vantagem e que a abertura de valas e obras civis, são menores que as outras
técnicas. Quando se fala em obras civis as redes de baixa pressão os trabalhos são
mais complexos que a rede de media B, devido o numero de consumidores ligados
diretamente nestas redes, em quanto no media B apenas os grandes consumidores
e estações redutoras de pressão estão ligado, facilitando a retirada de uma extensão
maior de operação, aumentando assim a produtividade.
A dificuldade de encontrar lugar para assentamento de nova rede na área
metropolitana de são Paulo, faz com que a inserção em redes já existente seja a
melhor técnica, devido ocupar o mesmo espaço da rede existente.
Com isso concluímos que a inserção de rede em polietileno nas redes de ferro
fundido é a melhor técnica para solucionar definitivamente os problemas provocado
com a chegada do gás natural, mas não descartamos as outras técnicas como
tratamento de juntas para manutenção corretiva isolada, ou seja focar apenas as
juntas que venham a apresentar um aumento no vazamento e não todas as juntas
da região. Existem região, tipos de vazamento que exigirão soluções imediatas
capazes de sanar definitivamente os problemas, enquanto para outras regiões
poderá adotar técnicas preventivas, que proporcionem soluções temporárias de
forma a manter tanto o numero de vazamentos como a intensidade dos mesmos
92
níveis adequados, postergando uma solução mais definitiva dentro dos prazos mais
adequados.
93
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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95
10 APÊNDICE
96
11 ANEXO