TUBOS DE PRFV
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
Conteúdo e Objetivos
Parte 1Aspectos Gerais
P �
�V
????
PRFV =
Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro
Material Compósito(ou composto)
? Combinação de Materiais com Características
Mecânicas Diferentes
CONCRETO ARMADO PRFV
ResinaAGLOMERANTECimento
SílicaAGREGADOPedra/Areia
Fibra de VidroTRAÇÃOAço
Obtida pela fusão de diversos minérios[Areia (SiO2), Calcita (CaO), Alumina (Al2O3) e Dolomita (MgO)]
Alia custo baixo a excelentes propriedades mecânicas
SILO
FORNO
MATERIA PRIMASIZING
MATERIA PRIMA VIDROADVANTEX
Fibra de Vidro
Tipo de MaterialResistência a Tração (Mpa)
DensidadeTípica (g/cc)
Min Max Min MaxCarbono HS 3500 160 270 1,8 89 150Carbono M 5300 270 325 1,8 150 181Carbono HM 3500 325 440 1,8 181 244Carbono UHM 2000 440 2 220
Aramid LM 3600 1,45Aramid HM 3100 1,45Aramid UHM 3400 1,47
Vidro E (Adavantex®) 3100 - 3800 80 81 2,6 31 31Vidro S2 4600 - 4800 88 91 2,5 35 36
Aluminium Alloy (7020) 400 2,7Titanium 950 4,5Aço Carbono (Grade 55 450 7,8Aço Inox (AS-80) 800 7,8
26242625
Módulo Específico
4183122
196
60120180
Módulo em Tração (Gpa)
69110205
Propriedades da Fibra de Vidro
Tipo de Material
Resistência à Tração (Mpa)
Densidade Típica (g/cc)
Min Max MinCarbono HS 3500 160 270 1,8 89Carbono M 5300 270 325 1,8 150
Aramid LM 3600 1,45Aramid UHM 3400 1,47
Vidro E (Adavantex®) 3100 - 3800 80 81 2,6 31
Vidro S2 4600 - 4800 88 91 2,5 35
Aluminium Alloy (7020) 400 2,7Titanium 950 4,5
Aço Carbono (Grade 55) 450 7,8
Aço Inox (AS-80) 800 7,8Aço HS (17/4 H9000) 1241 7,8 25
2624
26
25
Módulo E
412
196197
60180
Módulo em Tração (Gpa)
69110
205
Propriedades da Fibra de Vidro
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.
Histórico
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos
Aplicação de Materiais Compósitos
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
Processos de Fabricação
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].
Este processo consiste na deposição de fios contínuos de rovingsobre uma superfície cilíndricas.
O uso de filamentos contínuos gera uma estrutura de alta resistência aos esforços axiais.
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Filamento Helicoidal Descontínuo (Sarplast, RPVC)
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
Grande Vida Útil
( > 50 anos)
Tubo inerte à corrosão
Não há a necessidade depintura, 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, seguea norma ISO 2531 emtoda sua extensão
Perfeito acoplamentocom todos osmateriais queatendam 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
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
Vantagens dos Tubos de PRFV
Custos Menores
Faixa de alta competitividade do PRFV
>20
20
16
10
6
1
Pressão
(bar)
>2000200015001000600300
Diâmetro (mm)
PRFV
Vocação dos Tubos de PRFV
PVC/PEAD
FºFº AÇO
CA
Mundo 180.000 km instaladosdesde 1961
Brasil 2.800 km instaladosdesde 1996
Km
instaladosDN
10> 1.200
401.000 – 1.200
420600 – 900
1300300 – 500
1000= 250
Tubos de PRFV fornecidos no Brasil desde 1996
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 2Aspectos 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
Os tubos são fabricados em conformidade com as normasinternacionais: 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
Normas
Para a homologação de tubos de PRFV são
necessários os seguintes ensaios:
HDB, Sb e Sc – Ensaios de 10.000 horas
Luvas – Ensaios em condições desfavoráveis
Qualificação
Teste utilizado para se determinar:
1. Classe de pressão do tubo (PN)
2. Resistência do tubo a longo prazo
HDB – Hydrostatic Desing Basis
Normas ASTM D2992 (Procedimento B) e/ou
ISO 10928 (Método A)
Várias amostras submetidas a vários níveis
diferentes de pressão
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
Teste de HDB
HDB – Resultado em Termos de Alongamento
ASTM D2992-96
0,39898995
0,180523362
0,1
1,0
0 1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Time (hours)
Pre
ssure
(B
ar/
100)
Regression line
Failed samples
G-Tec - runnin
.1
50 y
ears
HDBC- tecDN400, PN10, SN10000
0.2
0.4
0.6
0.8
HDB – Resultado em Termos de Pressão
HDB – Resultado em termos práticos
HDB - DN 400 PN 10 SN 5000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Tempo (h)
Pre
ssão
(bar)
HDBPw
Pw + PsPHC
THFReta
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
Sb (Strain Basis ) e Sc (Strain Corrosion)
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 Sb
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
Teste de Sc
Sb – Resultado em Termos de Alongamento
Sc – Resultado em Termos de Deflexão
Deflexão angular em função do DN
Desacoplamento de 0,3% do comprimento
Desalinhamento ou carregamentodiferencial
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
Ensaio de Qualificação da Luva
EnsaiosNão-Destrutivos
Dimensionais:
Espessura da parede
Comprimento
Diâmetro
Inspeção visual
Dureza Barcol
Sensibilidade à acetona
Controle de Qualidade
EnsaiosNão-Destrutivos
Teste Hidrostático
Controle de Qualidade
Ensaios Destrutivos
Ruptura por Pressão
Tração Axial
Tração Circunferencial
Prova de Composição
Rigidez
Controle de Qualidade
Projeto com Tubos de PRFV
Como Projetar Tubulações em PRFV
Obs: analisar a possibilidade de se projetar com 2 ou mais diâmetros
1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN):
Diâmetros disponíveis:
50 a 3.000 mm
1. Determinação do Diâmetro Nominal (DN):
Como Projetar Tubulações em PRFV
Informações Necessárias:
1. Vazão
2. Velocidade Máxima de Escoamento
• Água tratada: 4 m/s
• Água bruta: 3 m/s
• Esgoto: 3 m/s
2. Determinação da Pressão Nominal (PN)
Como Projetar Tubulações em PRFV
Informações Necessárias:
1. Desnível geométrico
2. Perda de carga
3. Cálculo dos transientes
Classes de pressão disponíveis:
1 a 32 bar
A celeridade de onda é calculada através da seguinte expressão:
ag
Ew
Ep
d=
+
/ γ
δ
1 1
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.
2.2. Transientes Hidráulicos
Como Projetar Tubulações em PRFV
Valores típicos de celeridade de onda de diversos materiais:
Ferro Fundido 1420 m/s
Ferro Dúctil, K9 1050 “
Aço - PN16 970 “
C-Tech, DN 600, PN 16, SN 5000 480 “
Flowtite, DN 600, PN 10, SN 5000 410 “
PVC - PN10 360 “
PE 50 - PN10 250 “
2.2. Transientes Hidráulicos
Como Projetar Tubulações em PRFV
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%.
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