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0 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás FUNDAÇÃO DE ENSINO SUPERIOR DE OLINDA – FUNESO UNIÃO DE ESCOLAS SUPERIORES DE FUNESO – UNESF COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO, PESQUISA E EXTENÇÃO CURSO DE PÓS – GRADUAÇÃO LATO SENSU EM PETRÓLEO E GÁS JOSÉ PEREIRA DA SILVA APLICAÇÃO DO POLIETILENO NAS INSTALAÇÕES DE GÁS OLINDA 2012 1 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás JOSÉ PEREIRA DA SILVA APLICAÇÃO DO POLIETILENO NAS INSTALAÇÕES DE GÁS Monografia apresentada ao Curso de Pós- Graduação da Fundação de Ensino Superior de Olinda, como requisito parcial para obtenção do título de especialista em Petróleo e gás, sob orientação do Prof. Enjôlras de Albuquerque Medeiros Lima. OLINDA 2012 2 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Dados informacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP), Biblioteca Luiz Delgado da Fundação de Ensino Superior de Olinda, Olinda-PE. Silva, José Pereira Aplicação do Polietileno nas instalações da indústria de petróleo e gás. José Pereira da Silva. - Olinda: FUNESO, 2012. 73 f. Orientador: Prof. Dr. Enjôlras de Albuquerque Medeiros Lima. Monografia apresentada em cumprimento das exigências para obtenção do título de especialista em Petróleo e Gás. 1. Polietileno. 2. Soldagem 3. Tubos e conexões. l. Fundação de Ensino Superior de Olinda. II. Título. 3 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás APLICAÇÃO DO POLIETILENO NAS INSTALAÇÕES DE GÁS Monografia apresentada à Fundação de Ensino Superior de Olinda, (FUNESO). Como requisito para obtenção do título de especialista em Petróleo e gás. Aprovado em: ___/___/2012 NOTA:______ BANCA EXAMINADORA _______________________________________________________ _______________________________________________________ ________________________________________________________ 4 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás DEDICATÓRIA Aos meus pais João Claudino da Silva e Maria da Conceição da Silva (in memóriam), a minha esposa Berleide de Almeida Silva, a meus filhos Rafael de Almeida Silva e Filipe de Almeida Silva, maiores incentivadores na minha luta incansável em busca da aprendizagem e do saber. 5 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás AGRADECIMENTOS A Deus fonte de sabedoria e amor; A meus pais por todo conhecimento transmitido em vida de amor, carinho, perseverança, esperança que a vida necessita; A minha esposa e meus filhos por toda a força, amizade, amor, compreensão, e por estar o meu lado a todo tempo; A meus irmãos e irmãs pela amizade; A todos os Professores do Curso de Gestão de Petróleo e Gás pela competência, caráter e ensinamentos transmitidos que levarei por toda a minha vida; Ao meu orientador Prof. Dr. Enjôlras de Albuquerque Medeiros Lima, pela amizade, dedicação e atenção dada a este trabalho; A todos os meus amigos e amigas formandos que durante um ano e meio (1 ½) estiveram ao meu lado compartilhando os bons e maus momentos da vida acadêmica; Ao Engenheiro Químico Max Koehler que contribui com seus conhecimentos. A todas as pessoas e instituições que direta ou indiretamente, contribuíram para a elaboração deste trabalho. 6 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás RESUMO O presente trabalho tem como objetivo abordar o uso de Tubos e Conexões de Polietileno de Alta Densidade – PEAD, bem como os equipamentos, dispositivos e acessórios utilizados nas instalações de gás, através do processo de Soldagem, contemplando uma breve análise pontual de cada elemento supracitado e uma aplicação de processo de soldagem por eletrofusão. Palavras Chave: Polietileno, Soldagem, Tubos, Conexões. 7 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás ABSTRACT This monograph aims to board the use of pipes and fittings of High Density Polyethylene - HDPE, as well as equipments, devices and accessories used in the gas facilities, through the process of welding, comprising a brief punctual analysis of each element above and an applying of process of welding of polyethylene pipes and fittings by electrofusion. Keywords: Polyethylene, Welding, Pipes, Fittings. 8 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Consumo de Polietileno per capita para o Brasil, China, UE e USA.............. 17 Figura 2 – Representação esquemática da polimerização por adição do PE........ 19 Figura 3 – Esquema de obtenção das Poliolefinas................................................. 20 Figura 4 – Mecanismo da reação de obtenção de Polietileno................................ 21 Figura 5 – Extrusora................................................................................................ 27 Figura 6 – Tubo em barra com extremidades para solda de topo/eletrofusão; Tubo em barra com extremidades flangeadas........................................................ 28 Figura 7 – Tubos em barra para água (pretos e azuis) e para gás (laranja e amarelo); Feixe de tubos em barra com extremidades para solda de topo/eletrofusão....................................................................................................... 28 Figura 8 – Processo de bobinameto de tubo de polietileno; Discriminação de elementos de uma bobina....................................................................................... 29 Figura 9 - Discriminação dos elementos de um carretel......................................... 30 Figura 10 - Aplicação de tubo em carretel em campo............................................. 31 Figura 11 - Representação de uma junção de tubos policamadas de alumínio e polietileno; Conexões Autovedantes Prensadas e articulações sanfonadas típicas de tubos policamadas.................................................................................. 31 Figura 12 - Detalhamento de especificações em um tubo de Polietileno comercial................................................................................................................. 33 Figura 13 - Curva de Fator de Redução de pressão em função da temperatura e tipo do composto..................................................................................................... 35 Figura 14 - Tubo de Polietileno para água na cor preta.......................................... 36 Figura 15 - Tubo de Polietileno para gás na cor amarela............................................... 36 Figura 16 - Tubo de Polietileno para gás na cor laranja......................................... 36 Figura 17 - Tubo de Polietileno para água na cor azul.................................................... 37 Figura 18 - Codificação de tubos............................................................................................ 39 Figura 19 - Estocagem de tubos em pilha e pacote horizontal de altura máxima de 1,00 m, evitando a ovalização............................................................................ 40 Figura 20 - Luva de Eletrofusão PE100 SDR11 com fixador de 20 a 63, União e Luva Eletrofusão PE100 SDR11 de 75 a 400, respectivamente................................... 42 9 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 21 - Joelho45 Eletrofusão PE100 SDR11 de 75 a 180, Curva 45 PEAD de Ponta Segmentada, Curva 45 PEAD Ponta e Joelho 90 Eletrofusão PE100 SDR11 de 75 a 180, respectivamente........................................................................... 42 Figura 22 - Tê” de PEAD tipo “Ponta”, “Tê” de Eletrofusão, Cruzeta, “Tê” de Serviço com Válvula Integrada e “Y”, respectivamente.......................................... 43 Figura 23 - Cap Eletrofusão PE100 SDR11 de 160 a 250 e Cap Eletrofusão PE100 SDR11 de 20 a 63, respectivamente........................................................... 43 Figura 24 - Luva de Redução Eletrofusão PE100 SDR11 de 90 a 180...................... 43 Figura 25 - Flange de Polietileno............................................................................ 44 Figura 26 - Válvula de Polietileno............................................................................ 44 Figura 27 - Máquinas de Termofusão de Topo das marcas Georg Fischer e Rothenberger, respectivamente.............................................................................. 46 Figura 28 - Máquinas de Eletrofusão (Georg Fischer e Rothenberger).................. 48 Figura 29 - Alinhadores de tubos em Polietileno..................................................... 48 Figura 30 - Arredondadores de tubos em Polietileno.............................................. 49 Figura 31 - Endireitadores de tubos em Polietileno................................................ 49 Figura 32 - Raspadores manual e Rotativo de tubos em Polietileno...................... 49 Figura 33 - Cortadores de tubos de polietileno – alicate, rotativo e guilhotina, repectivamente........................................................................................................ 50 Figura 34 - Visão dos cordões internos e externos de solda; Extração de cordão interno e externo de solda; Extrator de cordão externo de solda; Extrator de cordão interno de solda........................................................................................... Figura 35 - Esmagadores de tubos em polietileno.................................................. 50 51 Figura 36 - Componentes de um termofusor: A) Unidade Hidráulica; B) Placa aquecedora; C) Faceadora; D) Alinhador............................................................... 54 Figura 37 - Regulagem da pressão da unidade hidráulica............................................. 55 Figura 38 - Verificação de alinhamento entre os tubos........................................... 55 Figura 39 - A) Faceador executando operação; B) Formação de fita contínua; C) Detalhe de formação de fita contínua..................................................................... 56 Figura 40 - Nova verificação de alinhamento entre os tubos.................................. Figura 41 - Limpeza das extremidades dos tubos com álcool isopropílico............. 56 56 10 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 42 - Introdução da placa de aquecimento entre os tubos............................ 57 Figura 43 - Formação de cordão de solda entre a placa de aquecimento e os tubos........................................................................................................................ 57 Figura 44 - Processo de sooldagem concluído, com a formação de cordão final de solda................................................................................................................... 57 Figura 45 - Retirada de cordão externo de solda.................................................... 58 Figura 46 - Componentes de um eletrofusor: Display, Cabos, Conectores e Caneta Ótica............................................................................................................ Figura 47 - Limpeza grosseira do tubo.................................................................... 58 58 Figura 48 - Marcação da profundidade da inserção na conexão e tubo................. 59 Figura 49 - Remoção da camada oxidada com raspador rotativo.......................... 59 Figura 50 - Remoção das rebarbas das extremidades externas e internas do tubo.......................................................................................................................... 59 Figura 51 - Limpeza da superfície do tubo a ser soldada....................................... 60 Figura 52 - Limpeza da conexão de solda por eletrofusão..................................... 60 Figura 53 - Inserção do tubo até a marcação traçada............................................ 60 Figura 54 - Terminais do componente conectados e esquemas de compoente antes e durante o aquecimento............................................................................... 61 Figura 55 - Exemplo de estrutura de código de barras de uma conexão para eletrofusão............................................................................................................... 61 Figura 56 - Registro dos parâmetros da soldagem no tubo.................................... 61 Figura 57 - Instalação de rede de gás através da acomodação de duto de polietileno em vala................................................................................................... 63 Figura 58 - Instalação de rede para Gás Natural em PEAD................................... 64 Figura 59 - Instalação de rede para Gás Natural em PEAD em Guarulhos SP...... 64 Figura 60 - Tubo e conexões multicamada polietileno-alumínio-polietileno............ 65 Figura 61 - Instalação de um ramal predial............................................................. 65 Figura 62 – Instalação predial de tubos multicamadas para gás............................ Figura 63 - Representação esquemática da aplicação de tubos de polietileno pelo método de inserção. A) Perfuração do furo piloto; B) Alargamento do furo piloto e lançamento da tubulação final.................................................................... 65 66 Figura 64 - Representação esquemática da aplicação de tubos de polietileno..... 66 11 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás pelo método de substituição por arrebatamento..................................................... Figura 65 - Representação esquemática da aplicação de tubos de polietileno pelo método da perfuração por percussão.............................................................. 67 Figura 66 - Rede de dutos submarinos................................................................... 67 Figura 67 - Fotos A,B,C e D fazendo manobra, lançamento e atracação no Rio Branco em São Vicente / São Paulo comTubos em Polietileno (PEAD) PE-100 ø 1000 mm ................................................................................................................ 68 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Diâmentro Interno, Diâmetro Externo e Altura de Bobina para diversos diâmetros externos de tubos de polietileno, conforme normas ISO – International organization for standardization e DIN - Deutsches Institut für Normung.................................................................................................................. 29 Tabela 2 – Dimensões para carretéis de 1000, 1500 e 2000 m, para diferentes pressões nominais de tubo, conforme normas ISO – International organization for standardization e DIN - Deutsches Institut für Normung.................................... 30 Tabela 3 - Normas de Referência para Fabricação, Ensaios e Instalação de Tubos de Polietileno................................................................................................ 33 Tabela 4 - Equivalência entre série de classificação de tubos............................... 38 Tabela 5 - Dimensões de Tubos............................................................................. 38 Tabela 6 - Fabricantes nacionais de tubos de PE..................................................41 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1.............................................................................................................. 35 Equação 2.............................................................................................................. 37 Equação 3.............................................................................................................. 37 Equação 4.............................................................................................................. 37 12 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás SUMÁRIO Capitulo 1.................................................................................................................. 14 1 Introdução.............................................................................................................. 15 Capitulo 2.................................................................................................................. 18 2 Generalidades sobre Polietileno............................................................................. 19 2.1 Estrutura básica................................................................................................... 19 2.2 Obtenção............................................................................................................. 20 2.3 Mecanismo da reação de obtenção de Polietileno............................................. 21 2.4 Aditivos fundamentais.......................................................................................... 22 2.5 Tipos de polietileno............................................................................................... 22 2.6 Propriedades químicas e mecânicas.................................................................... 22 2.7 Razão do uso....................................................................................................... 24 2.8 Áreas de utilização............................................................................................... 24 2.9 Limitações............................................................................................................. 24 Capitulo 3.................................................................................................................. 26 3 Tubos e Acessórios de Polietileno......................................................................... 27 3.1 Processo de fabrico de tubos de polietileno por extrusão.................................. 27 3.2 Formas de fornecimento...................................................................................... 27 3.3 Descrição dos tubos de polietileno....................................................................... 32 3.4 Identificação de tubos.......................................................................................... 3.5 Normas de referências......................................................................................... 32 33 3.6 Designação dos tubos de Polietileno................................................................... 34 3.7 Dimensões dos tubos........................................................................................... 37 3.8 Recomendações para manuseio, transporte, armazenagem e instalação.......... 40 3.9 Acessórios de tubulações..................................................................................... 42 Capitulo 4.................................................................................................................. 45 4 Equipamentos de Soldagem................................................................................... 46 4.1 Equipamentos de solda por termofusão a topo................................................... 46 4.2 Equipamentos de soldagem por eletrofusão........................................................ 47 13 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 4.3 Acessórios............................................................................................................ 48 Capitulo 5 ................................................................................................................ 52 5.1 Conceito Soldagem.............................................................................................. 53 5.2 Métodos de soldagem.......................................................................................... 53 5.3 Procedimento se soldagem de tubos e conexões de Polietileno........................ 54 Capitulo 6.................................................................................................................. 62 6 Aplicações............................................................................................................... 6.1 Generalidades...................................................................................................... 63 63 6.2 Conclusão............................................................................................................. 69 Referências................................................................................................................. 70 14 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Capítulo 1 Introdução 15 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 1 INTRODUÇÃO(12) Desde a Antiguidade que se conhecem aplicações de polímeros naturais, no entanto, a ciência e indústria dos polímeros teve origem no início do século XIX, quando Hancock, na Inglaterra, descobriu o efeito da “mastigação” da borracha natural, tendo sido em 1843 patenteada à vulcanização da borracha por meio de enxofre. Em 1839, Goodyear, na América do Norte, tinha apresentado independentemente uma patente semelhante e, mais tarde, em 1851, viria a descobrir a ebonite, iniciando assim o desenvolvimento dos plásticos termoendurecíveis. A primeira experiência comercial bem sucedida na área dos polímeros deve-se a J. W. Hyatt que, em 1870, nos E.U.A., usando cânfora como plastificador do nitrato de celulose produziu a celulóide. Esta invenção surgiu na sequência dos seus trabalhos para sintetizar um substituto para o marfim para o fabrico de bolas de bilhar. Assim, a celulóide tornou-se rapidamente um sucesso comercial e controlou o mercado durante cerca de 30 anos, embora, devido à sua elevada inflamabilidade, logo se procurassem materiais alternativos mais estáveis. Os plásticos baseados em acetato de celulose e caseína foram desenvolvidos em princípios do século XX e, entre 1907 e 1910, comercializou-se a “bakelite”, um polímero que ainda hoje é muito usado em caixas e ligações elétricas. Em 1917, a falta de matérias-primas fez com que os químicos alemães desenvolvessem uma borracha sintética a partir do dimetilbutadieno. O produto, cujas propriedades eram incomparavelmente inferiores às da borracha natural, serviu, no entanto, como ponto de partida para a importantíssima indústria da borracha artificial sintética. Até ao início da década de 20, não era possível um verdadeiro desenvolvimento neste domínio dado à ausência de conhecimentos fundamentais sobre a estrutura dos materiais poliméricos. Quando, em 1953, Staudinger recebeu o prémio Nobel de Química pelo seu trabalho monumental no estabelecimento da ciência de polímeros, já esta ciência e a indústria dos polímeros estavam firmemente implantadas. De fato, desde 16 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 1930, nomes como Mark, Carothers, Flory, Meyer e muitos outros tinham contribuído fortemente para o desenvolvimento destes materiais. Em 1933, três investigadores da ICI - Imperial Chemical Industries, Gibson, Fawcett e Swallow descobriram o polietileno. Em 1934, W. H. Carothers, trabalhando para a Dupont descobriu o nylon e, subsequentemente, desenvolveuum trabalho pioneiro sobre a teoria das reações de polimerização por condensação. Nessa década, Hill e Crawford, também da ICI, sintetizaram o poli(metacrilato de metilo) (perspex e vidro acrílico). Nessa mesma altura começou a produzir-se comercialmente o poliestireno e o poli(cloreto de vinilo) (PVC). Em 1939 a ICI produzia industrialmente o polietileno de alta pressão. Depois da 2ª Guerra Mundial, aceleraram-se a investigação científica e o desenvolvimento industrial. A maioria dos polímeros poliolefínicos modernos são o resultado direto do trabalho de Natta (e Ziegler) que desenvolveu catalisadores organometálicos de polimerização que permitiram obter, na década de 50, o polietileno de alta densidade e o polipropileno isotático. Juntamente com os poliuretanos (1937), os epóxidos (1939), o poli(tetrafluoroetileno) (1941), os silicones (1942), as resinas de poliéster insaturadas (1946), o policarbonato (1956) e as poliamidas (descobertas em 1964), estes polímeros são a base de mais de 90% dos plásticos utilizados atualmente. (8)Os tubos plásticos, no Brasil, são ainda poucos conhecidos – com exceção, talvez, dos tubos de PVC rígido e eventualmente os de fibra de vidro (fiberglass). Os tubos plásticos flexíveis de pequenos diâmetros também já se tornaram populares em virtude de suas aplicações em irrigação (PEBD) e nas ligações domiciliares de água (PEAD). Todavia, os tubos plásticos flexíveis de médios e grandes diâmetros são ainda quase desconhecidos entre nós. A literatura técnica pertinente, em português, praticamente inexiste. Entretanto, as características técnicas destes tubos são singularíssimas, permitindo, muitas vezes, soluções inconcebíveis aos tubos convencionais de concreto, aço, ferro fundido, cimento amianto, resina de poliéster reforçado com fibra de vidro, ou mesmo de PVC. Descortinam-se, assim, novos e fascinantes campos de aplicações para esses tubos ditos poliolefínicos – PO (PE – polietileno, PP – polipropileno, PB – polibuteno) especialmente em emissários subaquáticos, em tubulações sujeitas à abrasão (transporte de sólidos), em 17 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás tubulações assentadas em solos muito inconsistentes e/ou muito agressivos, em linhas sujeitas a produtos altamente corrosivos, em água quente, redes de distribuição de água e de gás combustível, onde a velocidade e a facilidade de instalação, aliadas a uniões e derivações altamente seguras, são imprescindíveis. (11)As poliolefinas representam aproximadamente 60% da demanda mundial de termoplásticos, onde os PE se enquadram no patamar de 40%. No Brasil as poliolefinas representam cerca de 65% dos quais 43% são PE. Figura 1: Consumo de PE per capita para o Brasil, China, Europa e Estados Unidos. Fonte: AZEVEDO, J. S. G. A Indústria de Petróleo e Gás Natural - 2008. In: IBEF – Instituto Brasileiro de Executivos de Finanças. 18 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Capítulo 2 Generalidades sobre Polietileno 19 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 2 GENERALIDADES SOBRE O POLIETILENO(9) É o mais leve e o mais barato dos materiais termoplásticos, tendo excelente resistência aos ácidos minerais, aos álcalis e aos sais. É um material combustível com fraca resistência mecânica, 20 a 35 Mpa (≈2,0 a 3,5 kg/mm²), e cujos limites de temperatura vão de -30° a 80°C, dependendo da especificação. O polietileno é usado para tubos de baixo peso, para pressões moderadas. Distinguem-se três graus de material, denominados de baixa, média e alta densidade, sendo os últimos de melhor qualidade e maior resistência. No Brasil fabricam-se tubos flexíveis de 1/2” a 4”, pela norma P-EB-195, e tubos rígidos de 110 a 1.200 mm, nas classes 2,5; 3,2; 4,0; 6,0; e 10,0 kg/cm². 2.1 ESTRUTURA BÁSICA(8) H – Hidrogênio C - Carbono R - Radical n – Grau de polimerização (n = 2000 a 40000) Polietileno R = H O Polietileno é obtido pela polimerização, na presença de catalisadores e sob determinadas condições de temperatura e pressão, do gás eteno (etileno CH2 = CH2). Figura 2: Representação esquemática da polimerização por adição do polietileno. Fonte: Propriedades gerais do polietileno e sua aplicação em tubulações PUC-Rio 20 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás O etileno é um hidrocarboneto olefínico, obtido através do cracking da nafta do petróleo. O etileno pode ainda ser ainda ser obtido da desidratação catalítica do álcool etílico. Por advir de hidrocarboneto olefínicos, o PE é chamado de resina poliolefínica (PO – possuem apenas hidrogênio e carbono na sua molécula). 2.2 OBTENÇÃO(8) A obtenção do PE basicamente se resume na polimerização do etileno, em reator na presença de solventes, catalizadores, hidrogênio e comonômeros quando for ocaso. O catalizador entra no processo para desencadear a reação e propiciar a estereoespecificidade, ou seja, fazer com que as unidades básicas se interliguem na conformação desejada (daí o termo catalisador estereoespecífico) enquanto o hidrogênio (H2) entra como elemento finalizador ou limitador de comprimento das macromoléculas. O produto em forma de um pó branco, ou em forma de flocos, precipita- se no reator e a seguir é lavado e secado para eliminação do solvente e de resíduos catálicos. Depois então, é conduzido a uma unidade para mistura de aditivos específicos e pigmentos, conforme a aplicação do produto, passando daí à unidade de granulação (extrusora) e embalagem. Figura 3: Esquema de obtenção das Poliolefinas Fonte: Manual de Tubulações de polietileno e Polipropileno, José Roberto Danieletto 21 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 2.3 MECANISMO DA REAÇÃO DE OBTENÇÃO DE POLIETILENO(8) São polímeros formados por reações que seguem mecanismos radicalares, essas reações prosseguem em três etapas: uma de iniciação, uma de propagação e uma de terminação. No geral, a etapa de iniciação é realizada por apenas uma reação, onde o iniciador sofre uma quebra homolítica, e as etapas posteriores são compostas por várias reações. Figura 4: Mecanismo da reação de obtenção de Polietileno. Fonte: Manual de tubulações de Polietileno e polipropileno, José Roberto Danieletto 2.4 ADITIVOS FUNDAMENTAIS(10) Os aditivos são produtos adicionados à matéria prima básica com função de melhorar algumas propriedades específicas necessárias ao desempenho do produto. 2.4.1 Antioxidantes e termoestabilizantes Tem por objetivo proteger o polímero contra o envelhecimento natural e contra a degradação térmica, seja na extrusão, na soldagem, ou no trabalho a temperaturas elevadas. A presença de antioxidantes permite também que o polímero seja reprocessado diversas vezes sem que haja perdas significativas de propriedades. 22 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 2.4.2 Pigmentos e protetores contra a radiação ultravioleta A cor natural das poliolefinas (PE e PP) é um branco translúcido, podendo ser pigmentadas nas mais variadas cores para efeito de identificação ou por motivo meramente estético: Tubos para gás: normalmente são amarelos Tubos para água: normalmente são pretos ou azuis. A pigmentação se faz durante o processo de produção da matéria-prima, ou misturando esta com o pigmento no momento de produzir o tubo ou a conexão, de forma que o pigmento seja fundido e misture-se à massa da matéria prima dentro do cilindro da extrusora ou injetora. 2.4.3 Antichama Todos os materiais orgânicos são combustíveis. Embora as poliolefinas não seja consideradas materiais inflamáveis, pegam fogo sob chama direta e demoram a apagar. Por isso são consideradas Propagantes de chamas. 2.5 TIPOS DE POLIETILENO(13)Na prática os diversos tipos de polietilenos comercializados podem ser classificados pela sua densidade (sem aditivos): d < 930 kg/m³ - Polietileno de baixa densidade. 930 < d < 940 kg/m³ - Polietileno de média densidade. d > 940 kg/m³ - Polietileno de alta densidade. 2.6 PROPRIEDADES QUÍMICAS E MECÂNICAS(13) O PE é de um modo geral, uma matéria inerte cuja resistência química aos produtos agressivos correntes (ácidos, bases) é excelente, até mesmo em concentrações altas e aquecidas. 23 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Os odorizantes e os solventes usados no acondicionamento do gás natural são praticamente inativos para o polietileno, para as taxas habituais e de um modo geral, enquanto estão em fase de vapor. Os gases: gás natural, gás liquefeito de petróleo, também são praticamente inativos para o PE quando estão em estado gasoso. Porém, duas famílias de produtos chegam a atacar o PE. Estes são os agentes tensoativos como os detergentes, sabões e potassa, e os hidrocarbonetos pesados, parafinas e aromáticos em estado líquido. Estas agressões não são propriamente uma degradação química do PE, mas sim uma corrosão a baixa tensão em meio tensoativo ou orgânico. Com o hidrocarbonetos são verificados alguns dos fenômenos de colapso pontual e de dilatação por absorção de líquido. O PE que está debilitado mecanicamente favorece deste modo os mecanismos de ruptura. Este material não é atacado pelos diversos microrganismos e bactérias suscetíveis de serem encontrados no solo, nem pelos insetos como as térmitas (cupins). O PE é um bom isolante. Sua resistividade à 20°C é da ordem de 1016 Ωm. Esta propriedade confere às canalizações de PE a vantagem de ser perfeitamente insensível à corrosão eletroquímica suprimindo, deste modo, a proteção passiva ou catódica. O PE é mau condutor e pode dar lugar ao acúmulo local de carga eletrostática criada, por exemplo, pela passagem de gás com pó. Nestas condições é necessário tomar precauções no momento das intervenções com carga, evitando a formação de faíscas, com a presença de uma mistura de gases combustíveis. O PE tem um coeficiente de dilatação linear de aproximadamente 130 a 200 µm/m °C. Com este valor, 10 vezes superior ao coeficiente de dilatação do aço, necessita em alguns casos, certas precauções para a colocação em trabalho. Uma vez enterrado o tubo, as variações de temperatura são fortemente atenuadas e só dão lugar a deslocamentos e compressões fracas rapidamente liberadas. Independentemente da dilatação linear, o aumento da temperatura acelera o envelhecimento do material, visto que, diminuindo suas propriedades mecânicas, favorece os mecanismos de trincamento. 24 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 2.7 RAZÃO DO USO(13) O PE foi imposto como matéria prima nas canalizações para gás, devido principalmente as seguintes razões: O uso do PE resolve os problemas que são derivados da corrosão e da fragilidade de outros tipos de tubos, resistindo aos ataques químicos quase que na sua totalidade. O PE apresenta uma grande facilidade de manipulação e de instalação. Oferece melhores características de soldagem e excelente resistência para as agressões do ambiente. Para as instalações de PE é previsto um tempo de vida de 50 anos, para temperaturas de 20°C. 2.8 ÁREAS DE UTILIZAÇÃO(13) O regulamento de Redes e Ramais de Combustíveis Gasosos admite o uso de PE nos seguintes intervalos de pressão: Baixa pressão: (até 0,05 bar) BP Média pressão A: (entre 0,05 bar e 0,4 bar) MPA Alta pressão B: (entre 0,4 bar e 4 bar) MPB 2.9 LIMITAÇÕES(13) O regulamento de Redes e Ramais de Combustíveis Gasosos estabelece as seguintes limitações: Não deve ser usado exposto ao tempo e nem lugares, cuja temperatura pode ultrapassar ao 50°C. Não deve ser usado em canalizações que não podem ser enterradas. O PE é afetado pela ação nociva do oxigênio, durante uma exposição 25 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás demorada ao tempo no que se traduz em um endurecimento e diminuição das suas propriedades. Deve ser armazenado protegido dos raios ultravioleta da luz solar. Não deve ser usado nos casos em que a pressão de trabalho superará o que estabelece a norma. A norma UNE 53-333 estabelece as pressões máximas de trabalhos para cada diâmetro e série. 26 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Capítulo 3 Tubos e Acessórios de Polietileno 27 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 3 TUBOS E ACESSÓRIOS DE POLIETILENO Tubos são condutos fechados, destinados principalmente ao transporte de fluídos. Acessórios de tubulações são peças utilizadas nas tubulações de modo a permitir mudanças de direção, de nível, derivações, redução ou ampliação do diâmetro da tubulação. 3.1 PROCESSO DE FABRICO DE TUBOS DE POLIETILENO POR EXTRUSÃO(13) A produção de um tubo ou acessório necessita de três operações delicadas que são: • Fusão da matéria-prima. • Conformação por: extrusão ou injeção • Resfriamento. Figura 5: Extrusora Fonte: Apostila Soldador de Polietileno Núcleo do Gás Natural SENAI 3.2 FORMAS DE FORNECIMENTO(18)(19) Dependendo das necessidades de cada companhia de gás, esses tubos de PE podem ser fornecidos em barras, bobinas ou carretéis. Estes últimos são formados por uma estrutura metálica, na qual, o tubo de PE é enrolado. 28 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Os critérios gerais segundo o diâmetro do tubo podem ser: 3.2.1 Barras Os tubos em barra são aqueles fornecidos no formato “retilíneo” e sem deformação apreciável em sua curvatura. Seus comprimentos comerciais mais comuns são os de 6,12 e 18 metros, com extremidades tipo ponta para solda topo/eletrofusão ou flangeadas, podendo ser fornecidos em outros comprimentos, sob consulta ao fabricante. A) B) Figura 6: A) Tubo em barra com extremidades para solda de topo/eletrofusão; B) Tubo em barra com extremidades flageadas. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO A) B) Figura 7: A) Tubos em barra para água (pretos e azuis) e para gás (laranja e amarelo); B) Feixe de tubos em barra com extremidades para solda de topo/eletrofusão. Fonte: www.fgsbrasil.com.br/tubos-de-polietileno-peadqtubo-para-gas.htm 25/09/2012 3.2.2 Bobinas: Os tubos são enrolados em torno de um molde circular, conferindo formato de bobina, cuja altura e diâmetros externo e interno são estabelecidos por normas, conforme Tabela 1 abaixo. Suas dimensões comerciais mais comuns são de DE 20 a 125 para SDR < 17 e comprimentos até 100 metros. http://www.fgsbrasil.com.br/tubos-de-polietileno-peadqtubo-para-gas.htm 29 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás A) B Figura 8: A) Processo de bobinameto de tubo de polietileno; B) Discriminação de elementos de uma bobina. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO Na figura 8 (B) acima, os elementos da bobina são: H = Altura da Bobina Øi = Diâmetro Interno da Bobina Øe = Diâmetro Externo da Bobina Tabela de dimensões para bobinas de 100 m Tabela 1: Diâmentro Interno, Diâmetro Externo e Altura de Bobina para diversos diâmetros externos de tubos de polietileno, conforme normas ISO – International organization for standardization e DIN - Deutsches Institut für Normung. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO 3.2.3 Carretéis Nesse formato, o tubo é fornecido bobinado em torno de um carretel que irá facilitar a aplicaçãodo tubo em campo, uma vez que permitirá que o tubo seja 30 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás depositado a partir do carretel diretamente sobre a vala (vide Figura 10); quanto maior o diâmetro do carretel, menor será a necessidade de soldagem; os tubos em carretel são geralmente fornecidos em comprimentos aproximados de 200, 500, 1000 e 1500 m, para diâmetros de 63, 90 e 110 mm. Os elementos principais de um carretel são indicados na Figura 9 abaixo: Figura 9: Discriminação dos elementos de um carretel. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO Na figura 9 acima, os elementos da bobina são: DF = Diâmetro do Flange do carretel DI = Diâmetro Interno do carretel L = Largura do Carretel E = Espessura do Flange As dimensões críticas dos carretéis de tubos de polietileno são previstas em norma, conforme a tabela abaixo. Tabela 2: Dimensões para carretéis de 1000, 1500 e 2000 m, para diferentes pressões nominais de tubo, conforme normas ISO – International organization for standardization e DIN - Deutsches Institut für Normung. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO 31 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 10: Aplicação de tubo em carretel em campo. Fonte: Apostila Formação continuada Soldador de polietileno SENAI-SP 3.2.4 Tubos Flexíveis para Gás em Alumínio Multicamadas(21) Os tubos flexíveis para Gás em Alumínio Multicamadas representam uma nova tecnologia em instalação de Gás Natural e GLP e são específicos para instalações prediais. A) B) Figura 11: A) Representação de uma junção de tubos policamadas de alumínio e polietileno; B) Conexões Autovedantes Prensadas e articulações sanfonadas típicas de tubos policamadas. Fonte: Tubos Flexíveis para Gás em Aluminio Multicadas http://www.emmeti.com.br/ Características: Sem emendas - tubos flexíveis em bobinas de 100 m; Conexões Autovedantes Prensadas - Com anéis internos de borracha, sem soldas ou colas. 32 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 3.3 DESCRIÇÃO DOS TUBOS DE POLIETILENO(25) 1ª geração: PE 63 - tensão de rachaduras-rompimento após 50 anos / 20°C e tensão de 6.3 N/mm2. 2ª geração: PE 80 - tensão de rachaduras-rompimento após 50 anos / 20°C e tensão 8.0 N/mm2. 3ª geração: PE 100 - tensão de rachaduras-rompimento após 50 anos / 20°C e tensão 10,0 N/mm2. 3.4 IDENTIFICAÇÃO DE TUBOS(19)(23) Todos os tubos de PE para canalização de gás, geralmente vão marcados com as seguintes indicações: HDPE (High Density Polyethylene) ou MDPE (Medium Density Polyethylene) conforme seja o polietileno de alta ou média densidade. A palavra gás. UNE 53-333, ISO 14462, ISO 4437, ou norma equivalente. Tipo de tubo por meio de série σ/p ou SDR. Diâmetro nominal. Siglas da Identificação do fabricante. As duas últimas cifras do ano de produção. Lote de produção. Modelo de marcação dos tubos de PE, de acordo com a norma ISO 4437/97 (aplicação para distribuição de gás), podendo ter dupla marcação a 180º para tubos em bobinas. 33 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 12: Detalhamento de especificações em um tubo de Polietileno comercial. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO 3. 5 NORMAS DE REFERÊNCIA Fabricação ABNT NBR 14462 2000 Sistemas para distribuição de gás combustível – Tubos de Polietileno PE 80 e PE 100 – Requisitos ABNT NBR 14463 2000 Sistemas para distribuição de gás combustível enterrada – Conexões em Polietileno PE 80 e PE 100 – Requisitos Ensaios ABNT NBR 8415 2007 Tubos e conexões de polietileno – Verificação da resistência à pressão hidrostática interna ABNT NBR 9023 1985 Termoplástico – Determinação do índice de fluidez – Método de ensaio ABNT NBR 14464 2000 Sistemas para distribuição de gás combustível para redes enterradas – Tubos de Polietileno PE 80 e PE 100 – Execução de solda de topo. ABNT NBR 14465 2000 Sistemas para distribuição de gás combustível para redes enterradas – Tubos de Polietileno PE 80 e PE 100 – Execução de solda por eletrofusão. ABNT NBR 14466 2000 Tubos de Polietileno PE 80 e PE 100 – Verificação da resistência após envelhecimento. Instalação ABNT NBR 14461 2000 Sistemas para distribuição de gás combustível para redes enterradas – Tubos e conexões de Polietileno PE 80 e PE 100. Tabela 3: Normas de Referência para Fabricação, Ensaios e Instalação de Tubos de Polietileno. Fonte: Catálogo Técnico TIGREGÁS 34 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 3.6 DESIGNAÇÃO DOS TUBOS DE POLIETILENO(19) 3.6.1 Diâmetro Externo (DE) Os tubos de Polietileno são mundialmente designados pelo Diâmetro Externo Nominal (DE), diferentemente dos tubos brasileiros de PVC, AÇO e FERRO, que são designados pelo Diâmetro Nominal (DN). DN corresponde aproximadamente, ao diâmetro interno do tubo em milímetros, enquanto o DE é o diâmetro externo do tubo em milímetros. Quando dizemos que o tubo tem DE 63, significa que seu diâmetro externo é de, no mínimo, 63 mm. Nunca menor, pois somente se admite tolerância para cima. Enquanto seu diâmetro interno é função da espessura. Ex.: tubo de PE 80 DE 110, para classe de pressão PN 10. Seu diâmetro externo será de, no mínimo, 110 mm, sendo sua espessura de 8,2 mm. Portanto, seu diâmetro interno será de: 110 - (2. x 8,2) = 93,6 mm. 3.6.2 Classe de Pressão (PN ou SDR) A Classe de Pressão do tubo refere-se à pressão máxima que o tubo pode suportar à 25ºC; e pode ser expressa por: PN (Pressão Nominal), que corresponde à pressão em bar (ou kgf/cm²), ou seja, PN 10 corresponde a 10 bar (ou kgf/cm²) de pressão. PN 8 corresponde a 8 bar (ou kgf/cm²) de pressão, e assim por diante; MPa (Megapascal), que corresponde à PN 10. Ou seja, 1 MPa corresponde a PN 10, assim como 0,6 MPa corresponde a PN 6, e assim por diante; SDR (relação diâmetro externo/espessura); Todos os tubos de mesmo SDR e de mesmo material (PE 80 ou 100) são da mesma classe de pressão, ou seja, de mesma PN. 3.6.3 Máxima Pressão de Serviço - Tipo A ou B Conforme o comportamento do material, os mesmos são ainda designados por tipo A ou B, ou seja, um PE 80 pode ser PE 80 A ou PE 80 B, pois se refere à resistência à pressão do tubo em função da temperatura. 35 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Quando o tubo for transportar fluidos que estejam a temperaturas superiores a 25ºC, o projetista da obra deverá dizer qual a máxima pressão que ele suportará, pois quanto maior for a temperatura de operação, menor será a pressão suportada, conforme equação abaixo: FtPNMPS (Equação 1) Onde: MPS = Máxima Pressão de Serviço PN = Pressão Nominal Ft = Fator de Redução Figura 13: Curva de Fator de Redução de pressão em função da temperatura e tipo do composto. Fonte: Manual técnico Tubos de Polietileno BRASTUBO Por exemplo, um tubo de PN 10 de tipo “A” a 25ºC suporta 10 bar, enquanto que a 40ºC o mesmo tubo suportará no máximo 7,4 bar. 36 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 3.6.4 Lote de Fabricação Todo tubo deve ter indicado em sua superfície externa o seu lote de fabricação. Cada fabricante tem seu sistema e tipo de codificação. O instalador deve registrar esse código, pois no caso de haver problemas com a tubulação, o fabricante poderá identificar o material do tubo e os resultados dos ensaios executados, facilitando a avaliação do problema ocorrido. 3.6.5 Cor dos Tubos Para cada finalidade, os tubos de polietileno são fabricados em cores específicas: Preto PE 80 e PE 100: Para água e aplicações gerais - pode ser utilizado exposto ao tempo; Figura 14: Tubo de Polietileno para água na cor preta. Fonte: www.acrelnet.com.br/index.php/produtos/13/125/tubo_pebd_natural 25/09/2012 Amarelo PE 80: Para gás - somente para instalações enterradas até 4 bar; Figura 15: Tubo de Polietileno para gás na cor amarela. Fonte: www.tigre.com .br/pt/produtos 25/09/2012 Laranja PE 100: Para gás PE 100 até 7 bar enterrados; Figura 16: Tubo de Polietileno para gás na cor laranja. Fonte: www.tigre.com.br/pt/produtos 25/09/2012 http://www.acrelnet.com.br/index.php/produtos/13/125/tubo_pebd_natural http://www.tigre.com.br/pt/produtos 37 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Azul PE 80 E PE 100: para água - somente para tubos enterrados; Figura 17: Tubo de Polietileno para água na cor azul. Fonte: www.acrelnet.com.br/index.php/produtos/13/125/tubo_pebd_natural 25/09/2012 outras cores: somente para tubos enterrados. 3.7 DIMENSÕES DOS TUBOS(13) As dimensões características de um tubo são o diâmetro externo nominal, as espessuras da parede e as tolerâncias. Existem várias formas de expressar as dimensões de um tubo: SDR (Relação Dimensional Normalizada) relação entre o diâmetro do tubo e a espessura da parede: e D SDR (Equação 2) Série de classificação de acordo com a norma ISO: 1 2 SDR S (Equação 3) σ/P – Esforço tangencial de trabalho em relação à pressão interna. e eDN P 2 )( (Equação 4) PN – Pressão Nominal do tubo. http://www.acrelnet.com.br/index.php/produtos/13/125/tubo_pebd_natural 38 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Tabela 4: Equivalência entre série de classificação de tubos. Fonte: Apostila Soldador de Polietileno Núcleo do Gás Natural SENAI TABELA DE DIMENSÕES(16) Tabela 5 – Dimensões de Tubos Fonte: Catálogo técnico Poly Easy 39 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 18 – Codificação de tubos. Fonte: Catálogo técnico Poly Easy 40 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 3.8 RECOMENDAÇÕES PARA MANUSEIO, TRANSPORTE, ARMAZENAGEM E INSTALAÇÃO.(25) 1. O descarregamento de tubos em bobinas ou barras por caminhões com “Munck“ devem ser feitas cautelosamente. 2. Nunca jogue tubos em bobina (mesmo em pequenas dimensões) do caminhão para o solo. 3. Nunca role tubos em bobina pelo chão para ou durante o armazenamento. 4. Nunca carregue tubos em barras com uma das extremidades tocando o solo. 5. O preenchimento com areia da canaleta onde está o tubo de PE deve ser feito com cuidado. Figura 19: Estocagem de tubos em pilha e pacote horizontal de altura máxima de 1,00 m, evitando a ovalização. Fonte: FRIALEN ® Técnicas de junção para tubos em PEAD) www.friatec.com.br, Acesso em: 15 de jul. 2012. 6 - Verificar para que os tubos não fiquem expostos às fontes de calor, como escapamentos de veículos, e agentes químicos agressivos, como solventes. 7 - Para a movimentação dos tubos utilizar cintas não metálicas e largas, próprias para cargas. 8 - Quando do manuseio e movimentação dos tubos, deve-se evitar colisões ou impactos, evitando assim marcas ou entalhes que possam comprometer a sua resistência. 9 - Amarrar e acondicionar adequadamente as cargas de tubos para que não se soltem durante o transporte. Deve-se evitar a fixação da carga através de cintas metálicas ou cordas. http://www.friatec.com.br/ 41 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 10 - Ao armazenar, preparar uma base de apoio adequada, com calços de madeira largos, impedindo movimentos acidentais. Respeitar as alturas máximas de armazenagem em função da espessura de parede, evitando a deformação dos tubos inferiores. 11 - Os tubos não devem ser armazenados ao sol, de modo à evitar a ação nociva dos raios U.V., bem como deformações em função da variação térmica. 12 - Para instalação devem ser seguidos os procedimentos de soldagem normalizados. 13 - Na instalação aérea deve ser verificado o correto espaçamento entre os suportes, bem como o tipo de suporte a ser utilizado, sendo previamente calculados e especificados. 14 - Na instalação de tubulação aterrada deve ser verificada a correta dimensão para abertura da vala, bem como o tipo e carga de aterro. 15 - Na instalação de tubo subterrânea deve ser verificado o correto comprimento de abertura de vala para inserção do tubo, em função do raio de curvatura admissível. 16- Para o processo de inserção do tubo deve ser observado o limite máximo de tração de 15 mpa (20ºC), ou menor em função do tipo de dispositivo de tracionamento. É conveniente que o equipamento de inserção seja provido de um sistema de segurança não permitindo que o limite máximo de tração seja ultrapassado. Fabricantes brasileiros *Tecnologia Hoechst – Alemanha; **tecnologia Solvay – Bélgica; ***tecnologia Mitsubishi - Japão Tabela 6: Fabricantes nacionais de tubos de PE. Fonte: Formação continuada Soldador de Polietileno SENAI-SP Fabricante Local Produto Tipo Classificação Código Cor Ipiranga* Triunfo/RS PEAD PEAD PE 80 A PE 80 A GM 7040G GM 5010T2 Amarelo preto Solvay** Ribeirão Pires/SP PEMD PEMD PEAD PEAD PE 80 B PE 63 B PE 80 A PE 80 A TUB 102 TUB 101 TUB 131-X TUB 132-X Amarelo preto preto amarelo Polialden*** Canaçari/BA PEAD PE 80 B ES002G Preto/natural 42 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 3.8 ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES(26) Os materiais das conexões são os mesmos utilizados na fabricação dos tubos. As normas que regulam a fabricação desses acessórios são as seguintes: ASTM/ANSI, ISO, DIN, BS e JIS. 3.8.1 Conexões As conexões das tubulações são de diferentes tipos, com diferentes finalidades, como podemos ver a seguir. • Luvas, niples e uniões. Para ligar tubos entre si ou com algum outro acessório. Figura 20: Luva de Eletrofusão PE100 SDR11 com fixador de 20 a 63, União e Luva Eletrofusão PE100 SDR11 de 75 a 400, respectivamente. Fonte: http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2, Acesso em: 10 de jul. 2012. • Curvas e joelhos Para mudança de direção. Figura 21: Joelho 45 Eletrofusão PE100 SDR11 de 75 a 180, Curva 45 PEAD de Ponta Segmentada, Curva 45 PEAD Ponta e Joelho 90 Eletrofusão PE100 SDR11 de 75 a 180, respectivamente. Fonte: http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2, Acesso em: 10 de jul. 2012. http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2 http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2 43 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás • Tês, Cruzetas e Y Para derivações ao mudar de direção da tubulação. Figura 22: “Tê” de PEAD tipo “Ponta”, “Tê” de Eletrofusão, Cruzeta, “Tê” de Serviço com Válvula Integrada e “Y”, respectivamente. Fonte: http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2, Acesso em: 10 de jul. 2012. • Tampões, Bujões Para fechamento de extremidades de tubos ou equipamentos. Figura 23: Cap Eletrofusão PE100 SDR11 de 160 a 250 e Cap Eletrofusão PE100 SDR11 de 20 a 63, respectivamente. Fonte: http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2, Acesso em: 10 de jul. 2012. • Reduções Para mudar, seja para maior ou menor, o diâmetro da tubulação. Figura 24: Luva de Redução Eletrofusão PE100 SDR11 de 90 a 180. Fonte: http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2, Acesso em: 10 de jul. 2012. http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2 http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2 http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2 44 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás • Flanges Para fazer a ligação entre tubos ou entre tubos e acessórios. Figura 25: Flange de Polietileno. Fonte: http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2, Acesso em: 10 de jul. 2012. • Válvulas Para controlare interromper o fluxo de uma tubulação. Figura 26: Válvula de Polietileno Fonte: http://www.redebras.com.br/tubos-e-conexoes-polietileno-pe-sigas/valvula-esfera-pe-sigas.php Todos esses acessórios são fabricados de acordo com o tipo de ligação empregada, ou seja, com o procedimento adotado para unir tubos entre si, ou tubos com algum acessório ou algum equipamento. http://www.reunidasrp.com.br/exibeProdutos.php?id=4&t=2 45 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Capítulo 4 Equipamentos de Soldagem 46 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 4 EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM As máquinas de solda para tubos de polietileno são equipamentos que apresentam uma solução tecnológica para problemas da união de polímeros que não dispõem de cola para sua união e são termoplásticos, normalmente polietileno (PEAD). Existem no Brasil alguns fabricantes de tubos, mas, devido ao fato de que os equipamentos de soldagem serem de tecnologia "avançada", não dispomos de fabricante de máquinas de solda 100% nacionais. 4.1 EQUIPAMENTOS DE SOLDA POR TERMOFUSÃO A TOPO(15)(16) A solda por termofusão é composta por algumas etapas, como o faceamento das extremidades dos tubos, verificação de alinhamento das extremidades, aquecimento e pressionamento mútuo das extremidades; devido a esse fato, associado à necessidade de uma unidade de controle dessas operações, no caso de uma máquina automática ou semiautomática; por isso, um equipamento de termofusão normalmente é composto por vários elementos, como ilutrado na Figura 27 abaixo. Figura 27: Máquinas de Termofusão de Topo das marcas Georg Fischer e Rothenberger, respectivamente. Fonte: Catálogo técnico fabricante Georg Fischer e Rothenberger 47 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Na figura acima podemos visualizar os vários elementos que compõem uma máquina de termofusão: Unidade básica composta de estrutura da máquina, as abraçadeiras para tubos e os cilindros hidráulicos para movimentação e aplicação das forças de soldagem; Faceador rotativo (plaina com lâminas rotativas), de acionamento elétrico, com dispositivo de proteção que habilita seu funcionamento somente quando adequadamente posicionado na unidade básica evitando riscos de acidentes com o operador; Unidade hidráulica, comando moto-bomba hidráulica com simples ajustes das pressões de soldagem e comando do equipamento; Casquilhos (reduções), para adaptação das abraçadeiras da unidade básica aos demais diâmetros de tubos da gama do equipamento; Suporte, para descanso do faceador e da placa de aquecimento; Placa de solda em alumínio revestida com composto PTFE (teflon) com resitências elétricas fundidas no seu interior e com temperatura controlada por pirômetro eletrônico; 4.2 EQUIPAMENTOS DE SOLDAGEM POR ELETROFUSÃO O equipamento é dotado de caneta para leitura óptica de código de barras resistentes e de fácil manejo e cabos de alimentação e de fusão. Os modelos dotados de memória para registro de dados possuem interface USB para “uploads” de novos “softwares” e linguagens. Para gravação de dados para soldagem, conta com prático “Compact Flash Slot” com capacidade acima de 1.700 protocolos, possibilitando o transporte destes arquivos sem a necessidade de retirar o aparelho da frente de trabalho. Para impressão ou “downloads” destes arquivos, o equipamento conta, ainda, com uma porta USB tipo A. 48 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 28: Máquinas de Eletrofusão (Georg Fischer e Rothenberger) Fonte: Catálogo técnico fabricante Georg Fischer e Rothenberger 4.3 ACESSÓRIOS(14) 4.3.1 Alinhadores e Arrendadores para solda Estes acessórios são indispensáveis par se realizar solda de tubos com perfeição pois permitem que os tubos possam adquirir valores de alinhamento e perpendicularidade entre as extremidades dos tubos dentro dos limites de tolerância previstos em normas, como, por exemplo a NBR 14462, para uma soldagem de forma correta e sem aparecimento de ressaltos. Figura 29: Alinhadores de tubos em Polietileno Fonte: Catálogo técnico ferramentas Poly Easy 49 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figuta 30: Arredondadores de tubos em Polietileno Fonte: Catálogo técnico ferramentas Poly Easy Figura 31: Endireitadores de tubos em Polietileno Fonte: Catálogo técnico ferramentas Poly Easy 4.3.2 Raspadores Os raspadores têm a função de tratar as áreas dos tubos a serem soldadados, através de remoção física da camada superficial dos mesmos, que estão oxidadas e potencialmente contaminadas com impurezas que, se não retiradas, poderão interferir na qualidade da soldagem. A B Figura 32: A) Raspadores manual e B) Rotativo de tubos em Polietileno Fonte: A) FRIALEN ® Técnicas de junção para tubos em PEAD) www.friatec.com.br, Acesso em: 15 de jul. 2012 e B) Catálogo técnico ferramentas Poly Easy http://www.friatec.com.br/ 50 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 4.3.3 Cortadores Os cortadores são ferramentas com a função de cortar tubos e podem ter diversas formas, sendo algumas mais empregadas em tubos de pequenos diâmetros, como o alicate, e outras para diâmetros de tubos maiores, como as guilhotinas. Figura 33: Cortadores de tubos de polietileno – alicate, rotativo e guilhotina, repectivamente. Fonte: Catálogo técnico ferramentas Poly Easy 4.3.4 Extrator de cordão de solda O controle de qualidade da soldagem de topo de tubos de polietilenos é feita pela análise de alguns parâmetros dos cordões de solda, tais como a espessura, relação entre as espessuras dos cordões, alinhamento, altura, presença de descontinuidades e resistência mecânica do cordão, determinada por meios de ensaios de dobramento. Para tanto, é necessária a retirada do cordão com extratores apropiados, que retirem o cordão de solda de forma rente ao tubo, mas sem danificar a solda propriamente dita. Figura 34: a) Visão dos cordões internos e externos de solda; b) Extração de cordão interno e externo de solda; c) Extrator de cordão externo de solda; d) Extrator de cordão interno de solda. Fonte: FRIALEN ® Técnicas de junção para tubos em PEAD) www.friatec.com.br, Acesso em: 15 de jul. 2012. http://www.friatec.com.br/ 51 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 4.3.5 Pinçadores de tubos Em algumas ocasiões, tais como manutenções em redes vivas de gás, é necessário fazer um interrupção no fluxo de gás, de forma a evitar perdas e acidentes; tal manobra é executada através do esmagamento pontual nos tubos, utilizando-se pinçadores ou estraguladores, conforme figura abaixo. Figura 35: Esmagadores de tubos em polietileno Fonte: Catálogo técnico ferramentas Poly Easy 52 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Capítulo 5 Soldagem 53 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 5.1 CONCEITO SOLDAGEM Processo de Fabricação para união de materiais por meio de solda, que reduz o tempo de produção na maioria das vezes (substituindo rebites, parafusos e adesivos), com ou sem deposição de material em metais ou não metais (polímeros), seja por aquecimento das partes à temperatura adequada, com ou sem aplicação de pressão (solda a frio), dividindo-se em três fatores para sua aplicação: tipo de operação, material a ser soldado e estrutura (duto) no nosso caso. 5.2 MÉTODOS DE SOLDAGEM Asoldagem de tubos de PE pode ser feita por dois métodos: Termofusão ou Eletrofusão. As soldagens de tubos por termofusão são classificadas em: Topo Soquete Sela Ar quente/Espaguete Extrusão Rotacional As soldagens de tubos por eletrofusão são classificadas em: Luva Sela No Brasil, os métodos de soldagem adotados para tubulação são: Termofusão de topo: DE ≥ 63 mm Termofusão soquete: DE de 20 a 63 mm e SDR ≥ 17 Termofusão de sela: DE de 63 a 280 mm Eletrofusão de luva e sela DE de 20 a 315 mm 54 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás O método de soldagem por termofusão por extrusão aplica-se mais comumente na confecções de tanques e peças especiais. O método de soldagem tipo Ar quente / Espaguete pode ser aplicado em tubos finos que não são submetidos a pressões muito altas ou a muito baixa pressão, pois não resultam em fator de solda adequado a linhas pressurizadas. A soldagem por rotação não é aplicada no Brasil e é muito pouco utilizada no exterior. Necessita de peças similares às da soldagem tipo soquete, que são soldadas ao tubo através da rotação de alta velocidade da peça e do consequente atrito contra a superfície externa do tubo, provocando a fusão superficial dos dois materiais. 5.3 PROCEDIMENTO DE SOLDAGEM DE TUBOS E CONEXÕES DE POLIETILENO 5.3.1 Termofusão O equipamento utilizado na solda de topo é constituído por 3 elementos: Unidade de força (composta de unidade hidráulica e alinhador), faceador e placa de aquecimento; Figura 36: Componentes de um termofusor: A) Unidade Hidráulica; B) Placa aquecedora; C) Faceadora; D) Alinhador. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 55 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Os passos para a execução de uma soldagem por termofusão são: 1 - A partir de uma tabela fornecida pelo fabricante, verificar a pressão de solda necessária e some-a à pressão inicial para deslocamento do conjunto (inércia da máquina adicionada ao peso próprio do tubo a ser deslocado); Figura 37: Regulagem da pressão da unidade hidráulica. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 3 - A partir da tabela de valores de desalinhamento constante na NBR 14464, verificar o perfeito alinhamento dos dois tubos; Figura 38: Verificação de alinhamento entre os tubos. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 56 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 4 - Com o uso do faceador, constituído de lâminas de aço rotativas, aplainar as superfícies das extremidades dos tubos; A B C Figura 39: A) Faceador executando operação; B) Formação de fita contínua; C) Detalhe de formação de fita contínua. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 5 - Aproximar os tubos e verificar novo alinhamento. Repita a operação até conseguir o perfeito alinhamento; Figura 40: Nova verificação de alinhamento entre os tubos. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 6 - Limpar as superfícies com álcool isopropílico ou solução à base de acetona, e a partir desse instante não tocar, em nenhuma hipótese, na região a ser soldada; Figura 41: Limpeza das extremidades dos tubos com álcool isopropílico. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 57 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 7 - Quando a temperatura da placa de aquecimento estiver no valor recomendado pelo fabricante do tubo, posicioná-la mantendo a pressão de solda até a formação de um cordão inicial entre a placa e o tubo (a tabela do fabricante indicará a dimensão do cordão); Figura 42: Introdução da placa de aquecimento entre os tubos. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 8 - Formado o cordão, retirar a pressão de solda e mantenha a placa em contato com os tubos pelo tempo recomendado pelo fabricante do equipamento; Figura 43: Formação de cordão de solda entre a placa de aquecimento e os tubos. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 9 - Retirar a placa de aquecimento e aproxime os tubos. O cordão de solda imediatamente aumentará de dimensão. Aguarde o resfriamento recomendado. Somente após o resfriamento pode-se mover o equipamento, preparando-o para a montagem seguinte. Figura 44: Processo de sooldagem concluído, com a formação de cordão final de solda Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 58 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 10 – Retirar o cordão de externo de solda para análise, ensaios e rastreabilidade. Figura 45: Retirada de cordão externo de solda. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 5.3.2 Eletrofusão O equipamento utilizado na solda de Eletrofusão é constituído pelos elementos: Caneta ótica, Conectores, Cabos e Display Figura 46: Componentes de um eletrofusor: Display, Cabos, Conectores e Caneta Ótica Fonte: Catálogo fabricante Rothenberger Os passos para a execução de uma soldagem por eletrofusão: 1. Remover a sujeira grossa do tubo Figura 47: Limpeza grosseira do tubo. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 59 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 2. Marcar a profundidade da inserção Figura 48: Marcação da profundidade da inserção na conexão e tubo. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 3. Remover a camada oxidada com raspador Figura 49: Remoção da camada oxidada com raspador rotativo. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 4. Raspar as extremidades externas e internas do tubo, removendo as rebarbas. Figura 50: Remoção das rebarbas das extremidades externas e internas do tubo. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 5. Arredondar tubos ovalizados utilizando os grampos desovalizadores. 60 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 6. Limpar a superfície do tubo com acetona ou com álcool isopropílico. Figura 51: Limpeza da superfície do tubo a ser soldada. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 7. Limpar as áreas internas do acessório. Figura 52: Limpeza da conexão de solda por eletrofusão. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 8. Inserir o tubo até a marca ou até atingir o batente interno. Figura 53: Inserção do tubo até a marcação traçada. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) 61 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 9. Conectar os terminais elétricos do eletrofusor aos terminais do componente. Figura 54: Terminais do componente conectados e esquemas de componente antes e durante o aquecimento. Fonte: José Pereira e Max Koehler (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) e Figura 55: Exemplo de estrutura de código de barras de uma conexão para eletrofusão. Fonte: FRIALEN ® Técnicas de junção para tubos em PEAD) www.friatec.com.br, Acesso em: 15 de jul. 2012. 10. Escreva os parâmetros da fusão no tubo Figura 56: Registro dos parâmetros da soldagem no tubo. Fonte: José Pereira (Laboratório Soldador de PEAD SENAI-CABO) http://www.friatec.com.br/ 62 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Capítulo 6 Aplicações 63 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 6 APLICAÇÕES 6.1 GENERALIDADES(17) As característicastécnicas, e principalmente econômicas, dos materiais plásticos fazem com que estes materiais venham se revelando como elementos fundamentais para o setor da Construção Civil, Mineração, Indústria do Petróleo, Gás, etc. Praticamente 100% das novas redes de distribuição de gás são feitas com tubos de Polietileno, em todo o mundo. No Brasil, as recentes medidas governamentais para um grande incremento da participação do gás natural na matriz energética, entre elas o gasoduto Brasil-Bolívia, encontram nos tubos de Polietileno a solução técnica para a construção das novas redes de distribuição e na substituição e recuperação das redes de ferro fundido com a técnica de inserção. Figura 57: Instalação de rede de gás através da acomodação de duto de polietileno em vala. Fonte: Propriedades gerais do polietileno e sua aplicação em tubulações PUC-Rio Na implementação de infraestruturas, os tubos de polietileno apresentam facilidade de instalação e grande versatilidade em acompanhar as variações de relevo, em função de sua leveza, soldabilidade e relativa flexibilidade, conforme ilustrado nas figuras 58 e 59 a seguir. 64 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 58: Instalação de rede para Gás Natural em PEAD Fonte: http://www.planemont.com.br/gas_natural.htm Acesso em 28/09/2012 Figura 59: Soldagem eletrofusão de ramais em PEAD em Curitba e Região Metropolitana/PR COMPAGÀS ramais em PEAD em Curitba e Região Metropolitana/PR Fonte: http://www.gel-eng.com.br/imagem/89.jpg Acesso em 01/10/2012 Em geral, o tubo de polietileno simples (monocamada) é utilizado apenas em redes externas de gás; já para as instalações prediais tem sido muito difundido pelas companhias de distribuição de gás o uso de versões de tubos multicamadas polietileno-alumínio-polietileno em substituição às tubulações de aço galvanizados, cobre, etc. (18)As figuras abaixo ilustram os tubos e conexões multicamadas, representam esquematicamente a ligação de um ramal predial a um tubo mestre de rede externa e de uma instalação predial. http://www.planemont.com.br/gas_natural.htm http://www.gel-eng.com.br/imagem/89.jpg 65 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Figura 60: Tubo e conexões multicamada polietileno-alumínio-polietileno. Fonte: http://maygas.com.br/port/manual%20do%20produto%20Maygas.pdf, Acesso em 28/09/2012 Figura 61: Instalação de um ramal predial. Fonte: http://maygas.com.br/port/manual%20do%20produto%20Maygas.pdf, Acesso em 28/09/2012 Figura 62: Instalação predial de tubos multicamadas para gás. Fonte: http://maygas.com.br/port/manual%20do%20produto%20Maygas.pdf, Acesso em 28/09/2012 http://maygas.com.br/port/manual%20do%20produto%20Maygas.pdf http://maygas.com.br/port/manual%20do%20produto%20Maygas.pdf http://maygas.com.br/port/manual%20do%20produto%20Maygas.pdf 66 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás A substituição de tubos antigos pela técnica de inserção de tubos de Polietileno vem viabilizando de forma econômica, rápida e segura a recuperação das antigas redes de distribuição de gás. Conforme representações esquemáticas abaixo. Figura 63: Representação esquemática da aplicação de tubos de polietileno pelo método de inserção. A) Perfuração do furo piloto; B) Alargamento do furo piloto e lançamento da tubulação final. Fonte: Catálogo técnico Tigregás A substituição por arrebatamento consiste em usar uma tubulação pré existente como caminho para a inserção de uma nova tubulação, inclusive podendo ser de diâmentro maior. A tubulação pré existente é destruída no processo. Figura 64: Representação esquemática da aplicação de tubos de polietileno pelo método de substituição por arrebatamento. Fonte: Catálogo técnico Tigregás 67 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás A perfuração por percussão é método similar à substituição por arrebatamento, porém sem uma tubulação pré exeistente para servir como caminho preferencial da perfuração. Figura 65: Representação esquemática da aplicação de tubos de polietileno pelo método da perfuração por percussão. Fonte: Catálogo técnico Tigregás Os tubos empregados na fabricação de dutos submarinos são revestidos com polietileno ou polipropileno para isolar a água do mar da superfície da tubulação. Figura 66: Rede de dutos submarinos. Fonte: Apostila Inspeção de dutos, Ealaboração Raimundo Sampaio 68 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Mergulho Subaquático para Manobra, posicionamento, lançamento e atracação no Rio Branco em São Vicente/São Paulo, dos tubos em Polietileno (PEAD) PE-100 ø 1000 mm e ø 1600 mm, indicada nas figuras abaixo. Figura 67: Fotos A,B,C e D fazendo manobra, lançamento e atracação no Rio Branco em São Vicente / São Paulo comTubos em Polietileno (PEAD) PE-100 ø 1000 mm e ø 1600 mm. Fonte: http://www.momplast.com.br/obras-brastubo.asp Acesso em 11/11/2012 http://www.momplast.com.br/obras-brastubo.asp 69 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás 6.2 CONCLUSÃO Os tubos e conexões de Polietileno mostram ter grande aplicabilidade na indústria de gás, além de em indústrias de outros setores que fogem ao escopo dessa monografia; tal aplicabilidade vem sendo confirmada pela durabilidade de suas instalações, constatada por ocasiões de manutenção e instalação de novas derivações em tubulações antigas; essa constatação se baseia no ótimo estado físico dos tubos observado pelos técnicos, validando a estimativa de vida útil dessas tubulações, fornecida pelos fabricantes, de no mínimo cinqüenta anos; vale salientar que tubos metálicos subterrâneos necessitariam de um oneroso sistema de proteção catódica para oferecer tais condições. Outro aspecto bastante importante é o da relativa facilidade de aplicação, frente a tubulações de outros materiais, principalmente os metálicos. Dessa forma, o uso de tubos de polietileno na indústria de gás apresenta as seguintes vantagens: Menores custos com transporte, material e ferramental; Menor grau de qualificação requerido dos profissionais envolvidos; Não necessita de sistemas de proteção permanentes contra corrosão; A depender do diâmetro do tubo, sua aplicação pode ser feita em valas não retilíneas, podendo até dispensar o uso de valas, quando sua aplicação for feita por inserção no solo. Sua fabricação é menos complexa e tem consideravelmente menor custo energético. Considerando-se as vantagens acima, é esperado que o uso de tubos de polietileno torne-se cada vez mais uma regra, com exceção apenas em que o seu uso não atender aos requisitos de segurança parâmetros técnico-operacionais; atualmente no Brasil as companhias de gás ainda não alcançaram a totalidade de suas instalações nesse material, embora essa seja a tendência natural. vantagens econômicas e de segurança. 70 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás Referências 71 SILVA, José Pereira Petróleo e Gás REFERÊNCIAS 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR14724: Informação e documentação: Trabalhos acadêmicos: Apresentação: Rio de janeiro, 2011. 2. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR6028: Informação e documentação: Resumo: Apresentação: Rio de janeiro, 2003. 3. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR6024: Informação e documentação: Numeração progressiva das seções de um documento escrito: Apresentação: Rio de janeiro, 2003. 4. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6023: Informação e documentação: referências: Elaboração: Rio de janeiro,2002. 5. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR14462: Sistemas para distribuição de gás combustível para redes enterradas – Tubos de polietileno
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