TUBOS DE PRFV. Conteúdo e Objetivos PARTE 1. Conceituação de Material Compósito. Processos de Fabricação. Produto e Aplicações

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1 TUBOS DE PRFV Conteúdo e Objetivos PARTE 1 Conceituação de Material Compósito Processos de Fabricação Produto e Aplicações Vantagens e Vocação dos Tubos de PRFV PARTE 2 Controle de qualidade Informações de projeto Instalação Operação, reparos e manutenção Experiência

2 Parte 1 Aspectos Gerais P V????

3 PRFV = Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro Material Compósito (ou composto)? Combinação de Materiais com Características Mecânicas Diferentes CONCRETO ARMADO PRFV Aço TRAÇÃO Fibra de Vidro Pedra/Areia AGREGADO Sílica Cimento AGLOMERANTE Resina

4 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 MATERIA PRIMA VIDRO ADVANTEX SILO FORNO MATERIA PRIMA SIZING Propriedades da Fibra de Vidro Resistência a Tração (Mpa) Módulo em Tração Densidade Típica (g/cc) Tipo de Material (Gpa) Módulo Específico Min Max Min Max Carbono HS , Carbono M , Carbono HM , Carbono UHM Aramid LM ,45 Aramid HM ,45 Aramid UHM , Vidro E (Adavantex ) , Vidro S , Aluminium Alloy (7020) ,7 Titanium ,5 Aço Carbono (Grade ,8 Aço Inox (AS-80) ,

5 Propriedades da Fibra de Vidro Resistência à Tração (Mpa) Módulo em Tração Densidad e Típica (g/cc) Tipo de Material (Gpa) Min Max Min Carbono HS ,8 89 Carbono M ,8 150 Módulo E Aramid LM ,45 Aramid UHM , Vidro E (Adavantex ) ,6 31 Vidro S ,5 35 Aluminium Alloy (7020) ,7 Titanium ,5 Aço Carbono (Grade 55) ,8 26 Aço Inox (AS-80) ,8 25 Aço HS (17/4 H9000) , 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 produtos, em aplicações como indústria náutica, aeronáutica, automotiva, espacial, construção civil, construção mecânica e etc.

6 Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos

7 Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos

8 Aplicação de Materiais Compósitos Aplicação de Materiais Compósitos

9 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)

10 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].

11 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

12 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

13 Juntas Ponta Bolsa com Anel Deflexão Angular nas Juntas

14 Acessórios - Conexões Curvas e Reduções

15 Tês - Flanges Poços de Visita

16 Aplicações Aplicações Água potável Água bruta Esgoto sanitário Irrigação Usinas hidrelétricas Emissários submarinos Reabilitação de redes Circuitos de refrigeração de termelétricas Aplicações industriais

17 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

18 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)

19 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!

20 Vantagens dos Tubos de PRFV Custos Menores Menor Custo de Aquisição Exemplo CR 007 CAERN de km Tubos DN para adutora do Jiqui PRFV: R$ mil FºFº: R$ 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) > CA P r e s s ã o PVC/PEAD PRFV (bar) 20 > 20 FºFº AÇO Faixa de alta competitividade do PRFV

21 Mundo km instalados desde 1961 Brasil km instalados desde 1996 Tubos de PRFV fornecidos no Brasil desde 1996 DN = > Km instalados

22 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

23 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

24 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 C DIN ISO ISO Qualificação Para a homologação de tubos de PRFV são necessários os seguintes ensaios: HDB, Sb e Sc Ensaios de horas Luvas Ensaios em condições desfavoráveis

25 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 (Método A) Várias amostras submetidas a vários níveis diferentes de pressão Duração de horas Resultados analisados em gráfico Estiramento (ou Pressão) x Tempo de Falha e extrapolados a horas (ou 50 anos) Obtenção do alongamento / pressão de ruptura a longo prazo

26 HDB Resultado em Termos de Alongamento HDB Resultado em Termos de Pressão ASTM D ,0 HDB C- tec DN400, PN10, SN Pressure (Bar/100) , Regression line 0, Failed samples 0,1.1 G-Tec - runnin Time (hours) 50 years

27 HDB Resultado em termos práticos HDB - DN 400 PN 10 SN Pressão (bar) HDB Pw Pw + Ps PHC THF Reta 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

28 Teste de Sb Normas ASTM D5365 (Procedimento B) Várias amostras submetidas a vários níveis diferentes de deflexão em ambiente aquoso Duração de horas Resultados analisados em gráfico Estiramento x Tempo de Falha e extrapolados a de horas (ou 50 anos) Obtenção do alongamento / deflexão máxima a longo prazo Teste de Sc Normas ASTM D3681 (Procedimento B) e/ou ISO (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 horas Resultados analisados em gráfico Estiramento x Tempo de Falha e extrapolados a horas (ou 50 anos) Obtenção do alongamento / deflexão máxima a longo prazo

29 Sb Resultado em Termos de Alongamento Sc Resultado em Termos de Deflexão

30 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 vácuo Conclusão: não ocorrem vazamentos ou outro tipo de falha

31 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

32 Controle de Qualidade Ensaios Destrutivos Ruptura por Pressão Tração Axial Tração Circunferencial Prova de Composição Rigidez

33 Projeto com Tubos de PRFV Como Projetar Tubulações em PRFV 1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN): Diâmetros disponíveis: 50 a mm Obs: analisar a possibilidade de se projetar com 2 ou mais diâmetros

34 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: 1. Desnível geométrico 2. Perda de carga 3. Cálculo dos transientes Classes de pressão disponíveis: 1 a 32 bar

35 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: E w é o módulo de elasticidade da água, que varia em função da pressão e da temperatura. E w = 2.06 GPa é um valor comumente assumido. E p 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 1420 m/s Ferro Dúctil, K Aço - PN C-Tech, DN 600, PN 16, SN Flowtite, DN 600, PN 10, SN PVC - PN PE 50 - PN 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%.