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<strong>TUBOS</strong> <strong>DE</strong><br />
<strong>PRFV</strong><br />
Conteúdo e Objetivos<br />
PARTE 1<br />
Conceituação de Material Compósito<br />
Processos de Fabricação<br />
Produto e Aplicações<br />
Vantagens e Vocação dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
PARTE 2<br />
Controle de qualidade<br />
Informações de projeto<br />
Instalação<br />
Operação, reparos e manutenção<br />
Experiência
Parte 1<br />
Aspectos Gerais<br />
P<br />
<br />
V<br />
<br />
????
<strong>PRFV</strong> =<br />
Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro<br />
Material Compósito<br />
(ou composto)<br />
? Combinação de Materiais com Características<br />
Mecânicas Diferentes<br />
CONCRETO ARMADO<br />
<strong>PRFV</strong><br />
Aço<br />
TRAÇÃO<br />
Fibra de Vidro<br />
Pedra/Areia<br />
AGREGADO<br />
Sílica<br />
Cimento<br />
AGLOMERANTE<br />
Resina
Fibra de Vidro<br />
Obtida pela fusão de diversos minérios<br />
[Areia (SiO2), Calcita (CaO), Alumina (Al2O3) e Dolomita (MgO)]<br />
Alia custo baixo a excelentes propriedades mecânicas<br />
MATERIA PRIMA VIDRO<br />
ADVANTEX<br />
SILO<br />
FORNO<br />
MATERIA PRIMA<br />
SIZING<br />
Propriedades da Fibra de Vidro<br />
Resistência a<br />
Tração (Mpa)<br />
Módulo em Tração<br />
Densidade<br />
Típica (g/cc)<br />
Tipo de Material<br />
(Gpa)<br />
Módulo Específico<br />
Min Max Min Max<br />
Carbono HS 3500 160 270 1,8 89 150<br />
Carbono M 5300 270 325 1,8 150 181<br />
Carbono HM 3500 325 440 1,8 181 244<br />
Carbono UHM 2000 440 2 220<br />
Aramid LM 3600 60<br />
1,45<br />
Aramid HM 3100 120<br />
1,45<br />
Aramid UHM 3400 180<br />
1,47<br />
41<br />
83<br />
122<br />
Vidro E (Adavantex®) 3100 - 3800 80 81 2,6 31 31<br />
Vidro S2 4600 - 4800 88 91 2,5 35 36<br />
Aluminium Alloy (7020) 400 69<br />
2,7<br />
Titanium 950 110<br />
4,5<br />
Aço Carbono (Grade 55 450 205<br />
7,8<br />
Aço Inox (AS-80) 800 196<br />
7,8<br />
26<br />
24<br />
26<br />
25
Propriedades da Fibra de Vidro<br />
Resistência à<br />
Tração (Mpa)<br />
Módulo em Tração<br />
Densidad<br />
e Típica<br />
(g/cc)<br />
Tipo de Material<br />
(Gpa)<br />
Min Max Min<br />
Carbono HS 3500 160 270 1,8 89<br />
Carbono M 5300 270 325 1,8 150<br />
Módulo E<br />
Aramid LM 3600 60<br />
1,45<br />
Aramid UHM 3400 180<br />
1,47<br />
4<br />
12<br />
Vidro E (Adavantex®) 3100 - 3800 80 81 2,6 31<br />
Vidro S2 4600 - 4800 88 91 2,5 35<br />
Aluminium Alloy (7020) 400 69<br />
2,7<br />
Titanium 950 110<br />
4,5<br />
Aço Carbono (Grade 55) 450 205<br />
7,8<br />
26<br />
Aço Inox (AS-80) 800 196<br />
7,8<br />
25<br />
Aço HS (17/4 H9000) 1241 197<br />
7,8 25<br />
26<br />
24<br />
Histórico<br />
1938 – Início da Fabricação comercial de FV<br />
Década de 40 – Produtos em <strong>PRFV</strong> começam a estar presentes no<br />
mercado<br />
Década de 50 – Os primeiros tubos em <strong>PRFV</strong> são introduzidos no<br />
mercado petrolífero como alternativa aos tubos de aço<br />
Década de 60 – A indiscutível resistência à corrosão do <strong>PRFV</strong> gera<br />
uma grande aceitação na indústria química. Se introduz, então, o <strong>PRFV</strong><br />
nos mercados públicos de água e esgoto<br />
Década de 70 – Com o advento dos grandes diâmetros, os tubos de<br />
<strong>PRFV</strong> passam a ser utilizados em usinas hidrelétricas<br />
Hoje em dia o <strong>PRFV</strong> é utilizado em mais de 40.000 produtos, em<br />
aplicações como indústria náutica, aeronáutica, automotiva, espacial,<br />
construção civil, construção mecânica e etc.
Aplicação de Materiais Compósitos<br />
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos<br />
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos<br />
Aplicação de Materiais Compósitos
Processos de Fabricação<br />
Denominações distintas geram confusão:<br />
•RPVC (PVC reforçado)<br />
• Tubos com liner termoplástico de PVC<br />
•C-<strong>PRFV</strong> (centrifugado)<br />
• Tubos com liner de resina pura e fio picado<br />
•<strong>PRFV</strong><br />
• Tubos com liner reforçado com FV<br />
• Filamento contínuo<br />
• Filamento helicoidal<br />
Todos são <strong>PRFV</strong><br />
Processo Centrifugado (C-Tech)
Processo de Filamento Contínuo (Flowtite, Drostholm)<br />
Filamento Helicoidal Descontínuo (Sarplast, RPVC)<br />
1 – Fibras de vidro<br />
2 – Resina<br />
3 – Liner<br />
4 – Sistema de rotação<br />
5 - Filamento<br />
Este processo consiste em enrolar fios de vidro[1] embebidos em resina catalisada<br />
contida na banheira [2] sobre o liner[3].
Filamento Helicoidal Descontínuo (Sarplast, RPVC)<br />
Este processo consiste na deposição de fios contínuos de roving<br />
sobre uma superfície cilíndricas.<br />
O uso de filamentos contínuos gera uma estrutura de alta<br />
resistência aos esforços axiais.<br />
çã<br />
<br />
<br />
Produto
Produto - Tubos com até 15m de comprimento<br />
Liner e Barreira Química - PVC<br />
Estrutura<br />
50 à 70% Vidro<br />
30 à 50% resina<br />
Resina parafinada+inibidor UV.<br />
a<br />
Juntas<br />
Ponta – Ponta com Luva
Juntas<br />
Ponta – Bolsa com Anel<br />
Deflexão Angular nas Juntas
Acessórios - Conexões<br />
Curvas e Reduções
Tês - Flanges<br />
Poços de Visita
Aplicações<br />
Aplicações<br />
Água potável<br />
Água bruta<br />
Esgoto sanitário<br />
Irrigação<br />
Usinas hidrelétricas<br />
Emissários submarinos<br />
Reabilitação de redes<br />
Circuitos de refrigeração de termelétricas<br />
Aplicações industriais
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Grande Vida Útil<br />
( > 50 anos)<br />
Tubo inerte à corrosão<br />
Não há a necessidade de<br />
pintura, revestimento ou<br />
proteção catódica
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Baixo Peso<br />
Menor custo para transporte<br />
Não há necessidade de equipamentos<br />
especiais para manipulação<br />
Facilidade de manuseio em obra<br />
Maior rendimento na instalação<br />
BAIXO CUSTO <strong>DE</strong> INSTALAÇÃO<br />
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Intercambiabilidade<br />
Tubo <strong>DE</strong>FoFo, segue<br />
a norma ISO 2531 em<br />
toda sua extensão<br />
Perfeito acoplamento<br />
com todos os<br />
materiais que<br />
atendam a essa<br />
norma (tubos de ferro<br />
dúctil, PVC <strong>DE</strong>FoFo e<br />
outros)
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Intercambiabilidade<br />
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Superfície Interior Lisa<br />
Ausência de incrustações<br />
Baixa perda por atrito<br />
Menor custo de bombeamento<br />
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA !
Vantagens dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Custos Menores<br />
Menor Custo de Aquisição<br />
• Exemplo CR 007 CAERN de 21.09.2007<br />
• 14km Tubos DN 500 – 700 para adutora do Jiqui<br />
• <strong>PRFV</strong>: R$ 4.559 mil FºFº: R$ 7.649 mil (+ 68%)<br />
Preços RP <strong>Sabesp</strong><br />
• Preço médio FºFº 22 % superior ao <strong>PRFV</strong> para água<br />
• e 40 % para esgoto<br />
O aumento de concorrência reduz o nível geral de preços<br />
MAIS OBRAS COM OS MESMOS RECURSOS<br />
Vocação dos Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Diâmetro (mm)<br />
300<br />
600<br />
1000<br />
1500<br />
2000<br />
>2000<br />
1<br />
CA<br />
P<br />
r<br />
e<br />
s<br />
s<br />
ã<br />
o<br />
6<br />
10<br />
16<br />
PVC/PEAD<br />
<strong>PRFV</strong><br />
(bar)<br />
20<br />
><br />
20<br />
FºFº<br />
AÇO<br />
Faixa de alta competitividade do <strong>PRFV</strong>
Mundo 180.000 km instalados<br />
desde 1961<br />
Brasil 2.800 km instalados<br />
desde 1996<br />
Tubos de <strong>PRFV</strong> fornecidos no Brasil desde 1996<br />
DN<br />
= 250<br />
300 – 500<br />
600 – 900<br />
1.000 – 1.200<br />
> 1.200<br />
Km<br />
instalados<br />
1000<br />
1300<br />
420<br />
40<br />
10
Razões para o pouco uso do <strong>PRFV</strong> no Brasil<br />
• Insucessos no passado<br />
•Tubos<br />
•Outras aplicações de FV<br />
• Segmento de Saneamento conservador<br />
•Falta de Cases de Sucesso<br />
•Ausência de Normas<br />
• Campanhas contrárias<br />
Parte 2<br />
Aspectos Técnicos
Comentários Iniciais<br />
A longevidade e o bom desempenho de uma obra linear de<br />
saneamento dependem de:<br />
• Qualidade na fabricação<br />
• Projeto bem elaborado<br />
• Assentamento adequado<br />
Para todo e qualquer tipo de material existente no<br />
mercado<br />
Normatização – Qualificação –<br />
Controle de Qualidade
Normas<br />
Os tubos são fabricados em conformidade com as normas<br />
internacionais: ISO, AWWA e ASTM<br />
A Norma Brasileira está em processo de conclusão e homologação<br />
(Jan/08)<br />
Normas utilizadas:<br />
AWWA C950 - 1981<br />
DIN 16869 - 1986<br />
ISO 10639.3 - 2004<br />
ISO 10467.3 - 2004<br />
Qualificação<br />
Para a homologação de tubos de <strong>PRFV</strong> são<br />
necessários os seguintes ensaios:<br />
HDB, Sb e Sc – Ensaios de 10.000 horas<br />
Luvas – Ensaios em condições desfavoráveis
HDB – Hydrostatic Desing Basis<br />
Teste utilizado para se determinar:<br />
1. Classe de pressão do tubo (PN)<br />
2. Resistência do tubo a longo prazo<br />
Teste de HDB<br />
Normas ASTM D2992 (Procedimento B) e/ou<br />
ISO 10928 (Método A)<br />
Várias amostras submetidas a vários níveis<br />
diferentes de pressão<br />
Duração de 10.000 horas<br />
Resultados analisados em gráfico Estiramento (ou<br />
Pressão) x Tempo de Falha e extrapolados a 438.000<br />
horas (ou 50 anos)<br />
Obtenção do alongamento / pressão de ruptura a<br />
longo prazo
HDB – Resultado em Termos de Alongamento<br />
HDB – Resultado em Termos de Pressão<br />
ASTM D2992-96<br />
0.8<br />
1,0<br />
HDB<br />
C- tec<br />
DN400, PN10, SN10000<br />
0.6<br />
Pressure (Bar/100)<br />
0.4<br />
0.2<br />
0,39898995<br />
Regression line<br />
0,180523362<br />
Failed samples<br />
0,1<br />
.1<br />
G-Tec - runnin<br />
0 1 10 100 1000 10000 100000 1000000<br />
Time (hours)<br />
50 years
HDB – Resultado em termos práticos<br />
HDB - DN 400 PN 10 SN 5000<br />
45<br />
40<br />
35<br />
Pressão (bar)<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
HDB<br />
Pw<br />
Pw + Ps<br />
PHC<br />
THF<br />
Reta<br />
10<br />
5<br />
0<br />
1 10 100 1000 10000 100000 1000000<br />
Tempo (h)<br />
Sb (Strain Basis ) e Sc (Strain Corrosion)<br />
Testes equivalentes (vide AWWA C950) e utilizados para<br />
se determinar:<br />
1. A ovalização limite do tubo<br />
2. O efeito das cargas combinadas, ou seja, alongamento<br />
por pressão e ovalização ocorrendo simultaneamente
Teste de Sb<br />
Normas ASTM D5365 (Procedimento B)<br />
Várias amostras submetidas a vários níveis<br />
diferentes de deflexão em ambiente aquoso<br />
Duração de 10.000 horas<br />
Resultados analisados em gráfico Estiramento<br />
x Tempo de Falha e extrapolados a 1.000.000 de<br />
horas (ou 50 anos)<br />
Obtenção do alongamento / deflexão máxima a<br />
longo prazo<br />
Teste de Sc<br />
Normas ASTM D3681 (Procedimento B) e/ou<br />
ISO 10928 (Método A)<br />
Várias amostras submetidas a vários níveis<br />
diferentes de deflexão em ambiente<br />
quimicamente agressivo (solução de ácido<br />
sulfúrico a 5% em peso)<br />
Duração de 10.000 horas<br />
Resultados analisados em gráfico Estiramento<br />
x Tempo de Falha e extrapolados a 438.000 horas<br />
(ou 50 anos)<br />
Obtenção do alongamento / deflexão máxima a<br />
longo prazo
Sb – Resultado em Termos de Alongamento<br />
Sc – Resultado em Termos de Deflexão
Ensaio de Qualificação da Luva<br />
Deflexão angular em<br />
função do DN<br />
Desacoplamento de<br />
0,3% do comprimento<br />
Desalinhamento ou<br />
carregamento<br />
diferencial<br />
Ensaio de Qualificação da Luva<br />
Metodologia:<br />
2 PN por 24 h<br />
0 a 1,5 PN em 10 ciclos<br />
0,8 bar de vácuo<br />
Conclusão: não ocorrem<br />
vazamentos ou outro tipo<br />
de falha
Controle de Qualidade<br />
Ensaios<br />
Não-Destrutivos<br />
Dimensionais:<br />
Espessura da parede<br />
Comprimento<br />
Diâmetro<br />
Inspeção visual<br />
Dureza Barcol<br />
Sensibilidade à acetona<br />
Controle de Qualidade<br />
Ensaios<br />
Não-Destrutivos<br />
Teste Hidrostático
Controle de Qualidade<br />
Ensaios Destrutivos<br />
Ruptura por Pressão<br />
Tração Axial<br />
Tração Circunferencial<br />
Prova de Composição<br />
Rigidez
Projeto com Tubos de <strong>PRFV</strong><br />
Como Projetar Tubulações em <strong>PRFV</strong><br />
1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN):<br />
Diâmetros disponíveis:<br />
50 a 3.000 mm<br />
Obs: analisar a possibilidade de se<br />
projetar com 2 ou mais diâmetros
Como Projetar Tubulações em <strong>PRFV</strong><br />
1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN):<br />
Informações Necessárias:<br />
1. Vazão<br />
2. Velocidade Máxima de Escoamento<br />
• Água tratada: 4 m/s<br />
• Água bruta: 3 m/s<br />
• Esgoto: 3 m/s<br />
Como Projetar Tubulações em <strong>PRFV</strong><br />
2. Determinação da Pressão Nominal (PN)<br />
Informações Necessárias:<br />
1. Desnível geométrico<br />
2. Perda de carga<br />
3. Cálculo dos transientes<br />
Classes de pressão disponíveis:<br />
1 a 32 bar
Como Projetar Tubulações em <strong>PRFV</strong><br />
2.2. Transientes Hidráulicos<br />
A celeridade de onda é calculada através da seguinte expressão:<br />
a<br />
=<br />
g / γ<br />
1 1 d<br />
+<br />
E E δ w p<br />
Onde:<br />
E w<br />
é o módulo de elasticidade da água, que varia em função da<br />
pressão e da temperatura. E w<br />
= 2.06 GPa é um valor comumente<br />
assumido.<br />
E p<br />
é o módulo de elasticidade circunferencial do tubo.<br />
δ é o diâmetro do tubo e d é a espessura da parede do tubo.<br />
γ é o peso específico da água.<br />
Como Projetar Tubulações em <strong>PRFV</strong><br />
2.2. Transientes Hidráulicos<br />
Valores típicos de celeridade de onda de diversos materiais:<br />
Ferro Fundido<br />
1420 m/s<br />
Ferro Dúctil, K9 1050 “<br />
Aço - PN16 970 “<br />
C-Tech, DN 600, PN 16, SN 5000 480 “<br />
Flowtite, DN 600, PN 10, SN 5000 410 “<br />
PVC - PN10 360 “<br />
PE 50 - PN10 250 “<br />
O golpe de aríete esperado para tubos C-Tech e Flowtite é da ordem de 50%<br />
do golpe em tubos de ferro dúctil em condições similares.<br />
Tubos de <strong>PRFV</strong> devem suportar até 40% da sobrepressão transiente. O<br />
golpe de aríete pode ultrapassar a PN do tubo em até 40%.
![MBBR ppt for Pulp&Paper, Sabesp, Oct 3, 2008 [Somente leitura]](https://img.yumpu.com/34976291/1/190x135/mbbr-ppt-for-pulppaper-sabesp-oct-3-2008-somente-leitura.jpg?quality=85)
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