Trabalho 1 Hidur (Finalizado)
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Mestrado em Engenharia Civil
2012/2013
Docente: Ana Cláudia Dias Lopes Gomes Tomas David
T U BAGEN S PEAD – P V C - F FD
Trabalho realizado por:
António Magalhães
António Pinto
Nelson Dourado
Hidráulica Geral
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CONTEÚDO
Introdução ......................................................................................................................... 3
Materiais e suas características ................................................................................ 4
Tubagens e Acessórios ............................................................................................. 4
Tubos de Policloreto de Vinilo (PVC) ................................................................. 5
Ferro Fundido Ductil ................................................................................................. 6
Polietileno de Alta Densidade (PEAD) ............................................................... 7
Ligação por Electrosoldadura: .......................................................................... 8
Ligação por Soldadura Topo a Topo: .............................................................. 9
Análise de resultados ................................................................................................. 11
Conclusão ........................................................................................................................ 20
Hidráulica Geral
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INTRODUÇÃO
No âmbito da unidade curricular Hidráulica Urbana, foi-nos
proposto a realização de um trabalho acerca de tubagens de Polietileno
de Alta Densidade (PEAD), Policloreto de Vinilo (PVC), Ferro Fundido
Dúctil (FFD).
O principal objetivo da realização deste trabalho é fazer uma
comparação de custos para as diferentes tubagens PEAD, PVC; FFD,
com as características que exige numa determinada situação,
nomeadamente diâmetro e pressão, e uma correta escolha do material
tornará sem dúvida o Projeto mais económico, conseguindo o seu
retorno em menos anos de vida.
Elaborou-se uma pesquisa em alguns fornecedores, e elaborou-
se tabelas comparativas de custos do mesmo material para pressões
diferentes.
Nas mesmas tabelas consegue-se aperceber o aumento de custo
em percentagem no aumento de exigência de pressão.
Para comparar entre diferentes materiais, elaborou-se uns
gráficos, que permite ao observador determinar qual o material da
tubagem a utilizar, de acordo com as exigências a que este vai estar
sujeito.
Hidráulica Geral
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MATERIAIS E SUA APLICAÇÃO
TUBAGENS E ACESSÓRIOS
A escolha do material da conduta a utilizar é ponderada por
vários fatores, de ordem sanitária e económica, dos quais se destacam:
Expectativa de vida ou durabilidade;
Resistência às pressões interna e externa;
Resistência à corrosão tanto interior como exterior;
Rugosidade do tubo;
Gama normalizada de diâmetros existentes no mercado e seu custo;
O facto de o material ser de fabrico nacional ou estar disponível no mercado;
Experiência adquirida na sua aplicação;
Maior ou menor facilidade de transporte, manuseamento e montagem.
Nos sistemas de abastecimento de água o esforço predominante
é a pressão interna, enquanto, nas redes de drenagem de águas
residuais e pluviais o esforço que predomina é a pressão externa
devido ao peso dos terrenos e às sobrecargas.
Os diversos tipos de tubagens e juntas com maior utilização em
obras de adução e de abastecimento de água são: aço carbono, ferro
fundido dúctil, policloreto de vinilo, polietileno de alta densidade .
Hidráulica Geral
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TUBOS DE POLICLORETO DE VINILO
Na década de 70 iniciou-se em Portugal o fabrico de tubagens e
acessórios em PVC específicos para sistemas de abastecimento de
água. Este tipo de material também é designado por policloreto de
vinilo rígido (ou seja, plastificante ou não plastificado), podendo ser
designado por PVC-U (policloreto de vinilo não plastificado).
Nos últimos anos a utilização deste tipo de tubos tem vindo a
aumentar principalmente em redes de pequena e média dimensão, isto
deve-se principalmente a este material ter um baixo peso específico,
um preço competitivo, uma boa resistência à corrosão interna e
externa e como também ao bom isolamento térmico. Os tubos de PVC
apresentam, normalmente, uma cor cinzenta, ou creme. Contudo,
podem, por vezes, ter uma tonalidade diferente para que, por exemplo,
consigam garantir uma maior resistência às radiações solares.
No entanto, os tubos de PVC implicam algumas desvantagens
uma vez que são constituídos a partir de um material termoplástico as
suas propriedades físicas e mecânicas são facilmente alteradas devido
a mudanças de temperatura. Outras desvantagens deste material são a
falta de informação acerca do seu envelhecimento e (como o nome
indica) ter cloro na sua constituição.
Os tubos de policloreto de vinilo são fabricados com diferentes
espessuras, constituindo assim várias séries de classe de pressão.
Atualmente são fabricados tubos com pressão de 0.60 MPa, 0.80 MPa,
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1.00 MPa, 1.25 MPa, 1.60 MPa e de 2.00 MPa. Contudo, os tubos mais
utilizados nas canalizações de abastecimento de águas em edifícios são
os que têm uma pressão de serviço de 1.00 MPa e de 1.60 MPa.
Em relação aos diâmetros, são fabricados tubos com diâmetros
nominais que oscilam entre os 16 mm e os 800 mm.
A ligação entre tubos de PVC pode ser feita com recurso a duas
técnicas distintas, através do alargamento da extremidade de um dos
tubos (abocardamento e respetiva colagem ou da utilização de peças
de união (tês, joelhos, etc).
FERRO FUNDIDO DUCTIL
Os tubos de ferro fundido dúctil, são essencialmente utilizados
em condutas sujeitas a grandes pressões ou locais onde possam
ocorrer esforços excecionais, conforme se verifica nos gráficos abaixo
referidos, na analise de custos.
Isto deve-se principalmente ao facto de este material ter uma
alta durabilidade, grande resistência ao choque e também, se revestido,
a corrosão.
Uma das grandes desvantagens deste material é o seu elevado
custo e peso, no entanto, nos últimos anos o custo tem a vindo a
tornar-se cada vez mais competitivo.
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Em termos de execução de juntas é importante referir três tipos:
Juntas standart, onde se une a boca de um tubo com a
extremidade do outro.
Juntas de flanges, nestas que os tubos ficam rigidamente ligados
entre si.
POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)
Os tubos de polietileno, são obtidos por extrusão de um polímero
termoplástico, com uma temperatura aproximada de 260ºC que é
arrastado pela extrusora através do bocal do molde com uma pressão
uniforme.
Em função da densidade (d), o polietileno distingue-se em três
tipos de material, nomeadamente:
Polietileno de Baixa Densidade (d≤0.93)
Polietileno de Média Densidade (0.93 < d ≤ 0.94)
Polietileno de Alta Densidade (d>0.94)
Destes três tipos de material o mais utilizado nas tubagens para
abastecimento de água são os tubos de Polietileno de Alta Densidade,
PEAD. Os tubos podem ser fabricados a partir de três tipos de resinas
distintas: PE63, PE80 e a PE100, com uma tensão de dimensionamento
de 5.0 MPa, 6.3 MPa, 8.0 MPa, respetivamente.
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As pressões de serviço, também referenciadas como pressões
nominais expressas em bar, abrangem os valores PN 4, 6, 8, 10, 12.5,
16, 20 e 25 (bar) para os tubos produzidos com as resinas PE80. A
utilização das resinas PE100 permite alargar a gama de fabrico dos
tubos à pressão nominal PN32.
Os tubos de polietileno de alta densidade apresentam diâmetros
que variam entre 16 e 1200 mm, para diâmetros pequenos, ou seja, até
90 mm, apresentam-se na forma de rolos com 50 ou 100 m, e para
diâmetros superiores em varas com 6 ou 12 m.
As juntas destacam-se por três formas distintas: soldadura topo
a topo (as extremidades dos tubos são aquecidas a 220ºC,
pressionadas uma contra a outra e arrefecidas), por electrofusão (uso
de uniões de polietileno com resistências que ao serem atravessadas
por correntes elétricas fundem o material obtendo uma ligação
perfeita) e através de flanges (as flanges são aplicadas em terminais
de PEAD que são soldados às extremidades dos tubos a unir).
LIGAÇÃO POR ELECTROSOLDADURA:
Na soldadura topo a topo o equipamento fica imobilizado
enquanto se desenvolve o processo, que finaliza uma vez que se
conclua o arrefecimento da união; por outro lado o sistema de
electrosoldadura permite o uso do equipamento noutra soldadura
assim que se finalize o tempo de fusão.
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Os equipamentos de electrosoldadura são mais leves, têm custo
inferior e têm pouca manutenção.
A electrosoldadura é possível em situações de obra difíceis,
sendo ideal para efetuar reparações (onde não são possíveis
movimentos longitudinais da tubagem).
A electrosoldadura tem um limite: O inerente ao diâmetro
máximo que apresentam os acessórios disponíveis no mercado. A
soldadura topo a topo, sempre e quando se conte com os equipamentos
necessários, não tem limite neste sentido.
A electrosoldadura permite unir tubos de diferente material e
com diferente espessura de parede (não recomendável na soldadura
topo a topo).
LIGAÇÃO POR SOLDADURA TOPO A TOPO:
Trata-se de um sistema empregue para a união de tubagens e
acessórios fabricados em PEAD, para diâmetros superiores a 90mm.
O processo efetua-se mediante o aquecimento dos extremos de
dois tubos através do uso de uma placa de aquecimento, até se alcançar
a fusão das superfícies em contacto.
Com base em conhecimentos científicos recentes, é agora
assumido que os materiais soldados fluem para dentro um do outro na
interface entre as superfícies de junção e, que as macromoléculas nos
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fundidos viscoelásticos respetivos penetram um no outro ficando
enroladas.
As variáveis do processo, temperatura, pressão e tempo, devem
ser ajustadas de modo a impedir a alteração das propriedades físicas
originais do material, tendo em conta a matéria-prima, o diâmetro e a
espessura da parede do tubo. A temperatura deve ser de 210 ± 10.
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ANÁLISE DE CUSTOS
Com a evolução do homem houve a necessidade de encontrar
diferentes materiais e métodos, permitindo este conseguir alcançar
qualidade de vida, faz parte integrante deste capítulo avaliar os custo
dos materiais, PEAD PVC FFD, e para o efeito foi recolhido de diversos
fornecedores preços tabelados, permitindo fazer uma comparação
entre os preços dos diferentes materiais e para às classes de pressão
diferentes.
Na Tabela 4.1, 4.2 e 4.3 encontra-se os valores de custo das
tubagens de PVC, PEAD e FFD, para diferentes classes de pressão,
pode-se observar a partir da tabela 4.1 e 4.2 que o aumento da classe
de pressão traduz-se num aumento que pode variar entre 32,54% e
78,79%, este aumento em percentagem de está relacionado com o
aumento do diâmetro, este obriga necessariamente o aumento da
espessura das paredes, e este traduz-se num aumento da matéria-
prima, por isso tanto como o PVC e o PEAD estão condicionados no seu
diâmetro por razões económicas.
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Tabela 4.1 - Custo tubagem PVC para diferentes classes de pressões.
PVC – Policloreto de vinilo
Boca OR €/metro Linear
Ø mm PN 6 - PVC PN10 - PVC PN16 - PVC PN6 para
PN 10 PN10 para
PN16
32 - - - - -
40 - - - - -
50 - - - - -
63 - 2,73 4,27 - 56,41%
75 2,95 3,91 6,02 32,54% 53,96%
90 3,75 5,59 8,64 49,07% 54,56%
110 4,23 6,75 10,57 59,57% 56,59%
125 5,52 8,68 13,48 57,25% 55,30%
140 6,91 10,95 16,91 58,47% 54,43%
160 8,95 14,34 22,07 60,22% 53,91%
200 13,66 22,11 34,41 61,86% 55,63%
250 21,64 34,41 53,43 59,01% 55,27%
315 33,61 54,61 84,95 62,48% 55,56%
400 61,07 99,95 162,77 63,66% 62,85%
500 95,77 155,82 278,59 62,70% 78,79%
630 173,68 284,09 - 63,57% -
710 238,64 381,82 - 60,00% -
800 297,73 484,09 - 62,59% -
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PEAD – Polietileno de Alta Densidade
PE MRS 100 €/metro Linear
Ø mm PN 6,3 - PEAD PN10 - PEAD PN16 - PEAD
PN6,3 para PN10
PN10 para PN16
32 0,53 0,84 58,49%
40 0,81 1,29 59,26%
50 1,25 2,01 60,80%
63 1,99 3,18 59,80%
75 2,81 4,44 58,01%
90 4,04 6,42 58,91%
110 6 9,51 58,50%
125 5,18 7,78 13,8 50,19% 77,38%
140 6,52 9,77 17,19 49,85% 75,95%
160 8,57 12,77 22,58 49,01% 76,82%
200 13,24 19,91 35,18 50,38% 76,70%
250 21,34 32,19 58,68 50,84% 82,29%
315 33,93 51,04 93,24 50,43% 82,68%
400 54,23 82,07 150,84 51,34% 83,79%
500 90,52 137,02 235,44 51,37% 71,83%
630 143,84 217,31 374,4 51,08% 72,29%
710 197,65 298,82 51,19%
800 250,58 378,55 51,07%
900 319,59 479,05 49,90%
1000 395,3 592,95 50,00%
1200 566,15
Tabela 4.2 - Custo tubagem PEAD para diferentes classes de pressões.
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FFD – Ferro Fundido Dúctil
€/metro Linear €/metro Linear
Ø mm PN10/16 - FFD (6m) PN10/16 - FFD PL PN10/16 - FFD ST
32 0,00 0,00
40 0,00 0,00
50 0,00 0,00
63 309,25 51,54 33,82
75 309,25 51,54 36,73
90 327,45 54,58 43,91
110 327,45 54,58 43,91
125 390,51 65,09 53,90
140 466,91 77,82 69,70
160 466,91 77,82 69,70
200 602,73 100,46 87,66
250 703,4 117,23 118,77
315 1030,84 171,81 145,72
400 1261,26 210,21 205,66
500 1794,87 299,15 282,59
630 2195,08 365,85 375,99
710 2643,8 440,63 577,66
800 3056,13 509,36 760,55
900 0,00 918,63
1000 0,00 1005,03
1200 0,00
Tabela 4.3 - Custo tubagem FFD para diferentes classes de pressões.
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Gráfico 4.1 – Relação custos tubagem de PVC/PEAD para classe de pressão PN6
32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 250 315 400 500 630 710 800 900 1000 1200PN 6 - PVC 2,95 3,75 4,23 5,52 6,91 8,95 13,66 21,64 33,61 61,07 95,77 173,7 238,6 297,7PN 6,3 - PEAD 5,18 6,52 8,57 13,24 21,34 33,93 54,23 90,52 143,8 197,7 250,6 319,6 395,3 566,2
0
100
200
300
400
500
600
Cust
o em
€/m
lClasse PN 6
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Com a análise do gráfico 4.1, que relaciona o custo do por
metro linear de tubagem do PCV (policloreto de vinílico), com
PEAD (Polietileno de Alta Densidade) para classe de Pressão PN6.
A partir do gráfico pode-se observar que a diferença entre o
custo de tubagem em PEAD com o PVC até ao diâmetro 315 mm é
quase nulo, poderá variar aproximadamente 5%, mas para
diâmetros superiores a 315 mm, a tubagem de PVC poderá ficar
mais cara aproximadamente 20%.
Tabela 4.4 - Variação custo entre tubagem de PVC e PEAD
PVC PEAD
75 2,95
90 3,75
110 4,23
125 5,52 5,18 6,56%
140 6,91 6,52 5,98%
160 8,95 8,57 4,43%
200 13,66 13,24 3,17%
250 21,64 21,34 1,41%
315 33,61 33,93 -0,94%
400 61,07 54,23 12,61%
500 95,77 90,52 5,80%
630 173,68 143,84 20,75%
710 238,64 197,65 20,74%
800 297,73 250,58 18,82%
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Gráfico 4.2 – Relação custos tubagem PVC/PEAD/FFD para classes de pressão PN10
32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 250 315 400 500 630 710 800 900 1000PN10 - PVC 2,73 3,91 5,59 6,75 8,68 10,95 14,34 22,11 34,41 54,61 99,95 155,82 284,09 381,82 484,09PN10 - PEAD 0,53 0,81 1,25 1,99 2,81 4,04 6 7,78 9,77 12,77 19,91 32,19 51,04 82,07 137,02 217,31 298,82 378,55 479,05 592,95PN10/16 - FFD PL 0,00 0,00 0,00 51,54 51,54 54,58 54,58 65,09 77,82 77,82 100,46 117,23 171,81 210,21 299,15 365,85 440,63 509,36PN10/16 - FFD ST 0,00 0,00 0,00 33,82 36,73 43,91 43,91 53,90 69,70 69,70 87,66 118,77 145,72 205,66 282,59 375,99 577,66 760,55 918,63 1005,0
0
200
400
600
800
1000
1200
Cust
o em
€/m
l
Classe PN 10
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Com a análise do gráfico 4.2, que relaciona o custo do por
metro linear de tubagem do PCV (policloreto de vinílico), com PEAD
(Polietileno de Alta Densidade) e FFD (Ferro Fundido Dúctil) para
classe de Pressão PN10.
A partir do gráfico 4.2 pode observar que as tubagens em
PEAD tem uma redução de 90% do custo em relação ao FFD para
diâmetros reduzidos, de acordo com tabela 4.5, pode observar a
partir do gráfico que a utilização de PEAD para diâmetros inferiores
a 1000 mm e para pressões PN 10 este torna-se mais económico.
Tabela 4.5 - Redução em percentagem do custo
da utilização de PEAD para FF
PN10 - PEAD PN10/16 - FFD ST
1,99 € 33,82 € 94,12%
2,81 € 36,73 € 92,35%
4,04 € 43,91 € 90,80%
6,00 € 43,91 € 86,34%
7,78 € 53,90 € 85,57%
9,77 € 69,70 € 85,98%
12,77 € 69,70 € 81,68%
19,91 € 87,66 € 77,29%
32,19 € 118,77 € 72,90%
51,04 € 145,72 € 64,97%
82,07 € 205,66 € 60,09%
137,02 € 282,59 € 51,51%
217,31 € 375,99 € 42,20%
298,82 € 577,66 € 48,27%
378,55 € 760,55 € 50,23%
479,05 € 918,63 € 47,85%
592,95 € 1.005,03 € 41,00%
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Gráfico 4.3 – Relação custos tubagem PVC/PEAD/FFD para classes de pressão PN16
Com a análise do gráfico 4.3, que relaciona o custo do por metro linear de tubagem do PCV (policloreto de vinílico), com PEAD
(Polietileno de Alta Densidade) e FFD (Ferro Fundido Dúctil) para classe de Pressão PN16.
A partir do gráfico 4.3 pode observar que para pressões PN16, existe um ponto de intersecção no diâmetros 630 mm, para os
diferentes matérias, a partir deste diâmetro a utilização de FFD torna-se mais económico, e é neste patamar que o PEAD deixa de ser
comercializado.
32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 250 315 400 500 630 710 800 900 1000PN16 - PVC 4,27 6,02 8,64 10,57 13,48 16,91 22,07 34,41 53,43 84,95 162,77 278,59PN16 - PEAD 0,84 1,29 2,01 3,18 4,44 6,42 9,51 13,8 17,19 22,58 35,18 58,68 93,24 150,84 235,44 374,4PN10/16 - FFD PL 0,00 0,00 0,00 51,54 51,54 54,58 54,58 65,09 77,82 77,82 100,46 117,23 171,81 210,21 299,15 365,85 440,63 509,36PN10/16 - FFD ST 0,00 0,00 0,00 33,82 36,73 43,91 43,91 53,90 69,70 69,70 87,66 118,77 145,72 205,66 282,59 375,99 577,66 760,55 918,63 1005,0
0
200
400
600
800
1000
1200
Cust
o em
€/m
lClasse PN 16
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CONCLUSÃO
Findada a elaboração deste trabalho, concluiu-se, existe no mercado uma grande diversidade de materiais para a execução de tubagens para abastecimento de água (adução), redes de saneamento de águas residuais e pluviais.
Com a análise dos gráficos conseguiu-se definir patamares de escolha de tubagens mediante às classes de exigências, diâmetro e pressões.
As empresas das tubagens de PVC e PEAD, para um determinado valor de pressão e diâmetro, deixam de comercializar, visto que a escolha pela utilização do FFD torna a rede mais económica, como se pode verificar com o declive das retas de cada material, com o aumento de pressão e diâmetro, o declive é mais acentuado.
O Projeto não se completa só com o dimensionamento das tubagens, mas também pela correta escolha dos seus materiais.