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