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UNIVERSIDADE REGIONAL DO CARIRI - URCA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT
DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL –
HABILITAÇÃO EM EDIFÍCIOS
TABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
TÚLIO FERRAZ SAMPAIO
COMPARATIVO DA TUBULAÇÃO DE PVC E FERRO FUNDIDO PARA ADUTORAS
JUAZEIRO DO NORTE - CE
2016
TÚLIO FERRAZ SAMPAIO
COMPARATIVO DA TUBULAÇÃO DE PVC E FERRO FUNDIDO PARA ADUTORAS
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Comissão Examinadora do
Curso de Tecnólogo da Construção Civil
com habilitação em Edifícios, da
Universidade Regional do Cariri – URCA,
como requisito parcial para obtenção do
título de Tecnólogo em Engenharia Civil.
Orientador: Professor Esp. Vangivaldo de
Carvalho Filho.
JUAZEIRO DO NORTE - CE
2016
TÚLIO FERRAZ SAMPAIO
COMPARATIVO DA TUBULAÇÃO DE PVC E FERRO FUNDIDO PARA ADUTORAS
BANCA EXAMINADORA
PROF. ESP.Vangivaldo de Carvalho Filho (ORIENTADOR)
PROF.MESTRE. Jefferson Luiz Alves Marinho (AVALIADOR)
PROF.ESP. Paulo Ricardo Evangelista (AVALIADOR)
DATA DE APROVAÇÃO: _____ DE _________________ DE 2016
Dedico a todos que sempre estiveram ao meu
lado durante estes anos de luta incentivando-
me a nunca desistir dos meus sonhos.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por me dar forças para enfrentar essa batalha.
A minha família pelo apoio.
Aos colegas da faculdade por dividirem os bons momentos.
Aos professores que destinaram parte da sua vida a minha aprendizagem.
A todos que cooperaram direta ou indiretamente na obtenção desse titulo.
“Sonhos determinam o que você quer. Ação
determina o que você conquista.”
(ALDO NOVAK)
RESUMO
O presente trabalho aborda a comparação da utilização de tubulações de
PVC e ferro fundido em adutoras, destacando os aspectos referentes ao custo,
características e comportamento dos materiais, objetivando destacar qual o melhor
material para aplicação. Procurando analisar as características dos materiais, os
custos, facilidade de manuseio na execução e identificar vantagens e
desvantagens, levando em consideração os aspectos da instalação, como:
diâmetro do tubo, cargas externas, custo de instalação e manutenção, qualidade da
água, quantidade de água, pressão da água e as particularidades do terreno. Para
isso é analisado os tipos de adutoras e os aspectos de projeto citados acima.
Através do estudo de caso é feito um comparativo, sobre todos os aspectos, entre
os dois materiais. Além da questão econômica, outro foco deve ser a qualidade
desse material e a segurança no contato com a água de consumo humano. Por
conseguinte, a pesquisa realizada conclui-se que a tubulação de ferro fundido
apresenta economia a longo prazo, pois possui uma vida média maior e menor taxa
de reparos.
Palavras-chave: tubulação, PVC, Ferro Fundido.
ABSTRACT
This paper deals with the comparison of the use of PVC pipes and cast iron water mains, highlighting the aspects related to cost, characteristics and behavior of materials, aiming to highlight what the best material for application. Looking analyze the characteristics of materials, cost, ease of handling implementation and identify advantages and disadvantages, taking into account aspects of installation, such as pipe diameter, external loads, cost of installation and maintenance, water quality, quantity water, water pressure and the terrain characteristics. For this is analyzed types of water mains and design aspects mentioned above. Through a comparative case study is done on all aspects between the two materials. Beyond economics, another focus should be the quality of the material and safety in contact with water for human consumption. Consequently, the survey is concluded that the cast iron pipe has a long-term savings, since an average life major and minor repairs rate.
Keywords: Pipe, PVC, Cast Iron.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Variação mensal dos vazamentos reparados entre 2002 e 2007. __________ 39
Figura 2 - Taxa de quebras por material da tubulação. ___________________________ 39
Figura 3 - Taxas de quebra segundo faixas de pressão. _________________________ 40
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Características do PVC e ferro fundido. ______________________________ 38
Tabela 2 - Custos estimados para reparo de quebras e substituição de tubulações. ____ 41
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO _______________________________________________________ 11
1.1 OBJETIVO GERAL_______________________________________________________ 13
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS _______________________________________________ 13
1.3 METODOLOGIA _________________________________________________________ 13
2. JUSTIFICATIVA ______________________________________________________ 14
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ____________________________________________ 15
3.1. ADUTORAS _____________________________________________________________ 15
3.1.1. LINHAS ADUTORAS _________________________________________________ 17
3.1.2. DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS ___________________________________ 17
3.2. REDES DE DISTRIBUIÇÃO _________________________________________________ 19
3.2.1. RESERVATÓRIOS _____________________________________________________ 19
3.3. TUBULAÇÔES _____________________________________________________________ 20
3.3.1. HIDRÁULICA APLICADA AS TUBULAÇÕES ______________________________ 22
3.3.2. TUBULAÇÕES EMPREGADAS EM LINHAS ADUTORAS ___________________ 24
3.3.3. MÉTODO BASEADO NA VARIAÇÃO LINEAR DOS CUSTOS DAS
TUBULAÇÕES ______________________________________________________________ 25
3.3.4. TUBULAÇÕES DE PVC (POLI VINIL CLORETO) __________________________ 26
4. DISCURSO DOS RESULTADOS _________________________________________ 38
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS _____________________________________________ 41
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS _________________________________________ 42
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1. INTRODUÇÃO
Na Europa e nos Estados Unidos é cada vez maior o uso de tubos de PVC na
distribuição de água em adutoras e redes de distribuição. Porém, no Brasil, ainda se
usam vastamente as tubulações de ferro fundido em adutoras e redes de
distribuição de água.
A tubulação de PVC apresenta vantagens em sua utilização, como por
exemplo, pouco peso, alta resistência à corrosão, coeficiente de atrito muito baixo,
facilidade de manuseio, baixa condutividade térmica e elétrica e cor própria e
permanente, além de menor custo de aquisição. Enquanto que os tubos de ferro
fundido proporcionam as seguintes vantagens: elevada resistência ao calor, elevada
resistência à pressão interna, dentre outras. O PVC novamente se manifesta como
uma boa opção quando a questão é segurança no contato com a água de consumo
humano, onde proporciona uma grande produtividade na instalação e
estanqueidade, evitando perdas de água e contaminação do lençol freático no caso
de uso em esgotos, e vida útil bem maior.
Tendo em vista que a construção civil vem se preocupando em procurar
processos mais eficazes e eficientes com menores custos e com foco maior no meio
ambiente, a tubulação PVC é uma ótima opção para substituir a tubulação de ferro
fundido. A sua montagem simples otimiza o tempo e facilita o trabalho, além de ter
baixo custo.
Um exemplo da utilização de tubos PVC que tem chamado bastante atenção
é a fabricação dos mesmos, já no local de instalação, com vários quilômetros de
extensão sem a presença de juntas, através do deslocamento da máquina à medida
que o conduto ia se formando. Ocasionando em economia na quantidade de juntas
necessárias e de mão-de-obra.
Na escolha do tipo de material, além da comparação da qualidade e custo-
benefícios, deve-se levar em consideração as despesas de operação e implantação
tendo como foco principal a parte econômica e a qualidade. Em vista da parte
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econômica é de suma importância o cálculo do diâmetro, pois minimiza o custo de
implementação e operação.
Outros fatores importantes que também devem ser observados para escolha
do PVC e do ferro fundido são: pressões de trabalho, cargas externas, qualidade da
água, quantidade de água e particulares do terreno. Visando se ter uma tubulação
com conservação por um período bem significante para a obra.
No entanto, os materiais em questão por si só não garantem vida útil
prolongada, para isso acontecer se faz necessário que a instalação seja bem
planejada, para que a água transportada possa chegar ao seu destino com
qualidade, para um atendimento bem desejado.
As adutoras são conduções do sistema de abastecimento e tem como função
conduzir água entre unidades que nomeiam a rede de distribuição. Elas não lançam
a água diretamente aos consumidores, entretanto pode haver derivações que são as
sub-adutoras. Podendo ser consideradas de tal maneira como à natureza da água
transportada, bruta ou tratada. E tubulação é o conjunto de tubos e conexões
assentados com a finalidade de transportar um determinado fluido ou sólido de um
ponto a outro.
Para a definição de qual tipo de material utilizar pelo requisito de pressão da
água estudos sobre qual o tipo de adutora a serem utilizadas serão necessárias. As
adutoras podem ser por gravidade em conduto livre, por gravidade em conduto
forçado.
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1.1 OBJETIVO GERAL
Analisar e comparar as tubulações de PVC e ferro fundido nas construções de
adutoras.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar as principais características das tubulações de PVC e ferro fundido
na construção de adutoras.
Fazer um comparativo entre as tubulações de PVC e ferro fundido,
destacando as vantagens e desvantagens de cada um.
Destacar o tipo de tubulação mais viável para a construção de adutoras.
1.3 METODOLOGIA
O presente trabalho contempla uma metodologia de análise bibliográfica das
qualidades dos materiais PVC e Ferro Fundido, visando uma comparação e análise
de qual o melhor material para utilização em adutoras.
O embasamento teórico do trabalho foi desenvolvido no tópico 3 deste
trabalho. Para o desenvolvimento deste estudo foi realizado através de pesquisa
bibliográfica, a qual foi desenvolvida a partir de materiais publicados em livros,
artigos, dissertações, teses e NBRs.
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2. JUSTIFICATIVA
O tema presente foi escolhido em vista da grande procura da construção civil
por materiais mais econômicos e que viabilizem a execução do serviço, partindo da
comparação entre as tubulações de PVC e ferro fundido, destacando as vantagens e
desvantagens de utilização.
As linhas adutoras tem um grande valor para o sistema de abastecimento,
sendo que se houver alguma interrupção em seu funcionamento afetam todas as
demais unidades, comprometendo assim o próprio atendimento para a população
que depende direto ou indiretamente desse atendimento, pois está sujeito a esperar
o tempo necessário para o restabelecimento do fluxo, que pode ser contornado
imediato ou demorar dias para esse recebimento de água normalizar, causando
transtornos à população, como paralisação das unidades escolares, outros
departamentos público e até mesmo particular, pois sem água fica impossível
trabalhar, se alimentar, lavar e outras demandas que necessitam desse atendimento
para funcionarem. Portanto, a análise não será somente com base no valor
financeiro entre os dois matérias, mas também nas qualidades dos mesmos para
que se evite transtornos na rede.
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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. ADUTORAS
As adutoras podem ser originadas equivalendo às canalizações que
conectam a estação elevatória à rede de distribuição, pois o sistema de distribuição
é composto pelos reservatórios e redes de distribuição. De acordo com o
Departamento Nacional de Obras contra a Seca (DNOCS, 2012), os açudes de
grandes e médios portes oferecem sustentáculo ao abastecimento de água nas
regiões, entretanto a localização geográfica destes mananciais torna a recepção da
demanda centrada e de escassa abrangência.
As adutoras são conduções do sistema de abastecimento e tem como função
conduzir água entre unidades que nomeiam a rede de distribuição. Elas não lançam
a água diretamente aos consumidores, entretanto pode haver derivações que são as
sub-adutoras. Podendo ser consideradas de tal maneira como à natureza da água
transportada, bruta ou tratada.
Se tratando da energia para a circulação da água Tsutyia (2006, p. 64),
orienta que:
Sob o ponto de vista hidráulico, em adutoras por gravidade, recalque ou mista. a) Adutoras por gravidade: transportam a água de uma cota mais elevada para a cota mais baixa; b) Adutoras por recalque: transportam a água de um ponto a outro com cota mais elevada, através de uma estação elevatória e podem ser de único recalque ou recalque múltiplo e; c) Adutoras mistas: possui trechos por gravidade e trechos por recalque.
Dessa forma é necessário que se faça um estudo mais aprofundado sobre
qual a mais eficaz e econômica para as adutoras.
Nesse contexto as adutoras por gravidade em conduto livre ocorrerá quando
a água escoar continuamente em declive, sustentando uma superfície acessível sob
o efeito da pressão atmosférica. Sendo assim, os condutos não trabalham com
seção total. Já na adutora por gravidade em conduto forçado a força interna
permanentemente superior à pressão atmosférica admite à água mover-se, seja em
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acepção descendente seja em acepção ascendente. Adutora por gravidade em
conduto forçado quando no local da captação deve estar em um nível inferior, que
não permita a adução por gravidade, sendo imprescindível o serviço de equipamento
de recalque. Sendo assim descrever que a adução é realizada em condutos
forçados por recalque.
Com o intuito de minimizar as despesas de implantação das adutoras,
recomenda-se que a mesma seja implantada preferencialmente em ruas e terrenos
públicos para que se possa impedir traçado onde o terreno é rochoso, pantanoso e
de outras características não apropriadas, também não se deve realizar trechos de
adução horizontal, mas se o terreno apresentar aspecto horizontal, o conduto
precisa proporcionar alternadamente perfis ascendentes e descendentes, nos
trechos ascendentes com declividade não inferior a 0,2% e trechos descendentes
com declividade não inferior a 0,3%. Porém, quando a inclinação do conduto for
maior a 25%, tem-se a precisão de empregar blocos de fixação para oferecer o
equilíbrio ao conduto.
Com o passar dos tempos à vida útil do ferro se apresenta baixa e esse
material exibe desvantagens como: ferrugem, condução de calor, além do fenômeno
da incrustação, ou seja, redução da seção transversal devido ao acúmulo de
resíduos em suas paredes internas. Dessa forma, nas últimas décadas, o Policloreto
de Vinila, mais conhecido como PVC, recebeu grande valor pelos consumidores e
encanadores, substituindo, a partir da década de sessenta, os tubos de ferro
fundido.
Tornando-se apreciada a mais comum das famílias de tubos e conexões, o
PVC, que compõe a maioria das instalações de água fria no Brasil e se posiciona
como absoluto no que se refere a esgoto. No caso, são usados tubos brancos, que
têm espessura de parede menor que a dos tubos marrons, que são específicos para
abastecimento e distribuição de água.
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3.1.1. LINHAS ADUTORAS
O transporte que acontece com água até chegar às casas, prédios, fazendas
e demais destinos é realizado por meio de linhas adutoras, as quais são definidas
por Azevedo (1998, p. 12) da seguinte forma:
Linhas adutoras são as canalizações principais destinadas a conduzir água entre as unidades de um sistema público de abastecimento que antecedem à rede de distribuição e que interligam a captação e tomada de água à estação de tratamento de água, e esta aos reservatórios de um mesmo sistema. Define ainda que suas derivações, caso sejam necessárias, destinadas a conduzir água até outros pontos do sistema, são denominadas de sub-adutoras.
Sendo então o conjugado de encanamentos, peças exclusivas e obras de arte
designada a gerar a movimentação da água de um abastecimento urbano da
captação a estação de tratamento, da estação de tratamento e do reservatório a
rede de distribuição, do reservatório de distribuição diretamente à rede de
distribuição, fazendo assim com que a água circule nas tubulações.
3.1.2. DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS
A dimensão das instalações de uma adutora de recalque ou estações
elevatórias são sistemas que de acordo com Gomes (1999, p. 23), é composto por
bombas e tubulações, utilizadas para pressurizar um determinado líquido, a fim de
conduzi-lo a um determinado ponto, superando perdas de cargas e desníveis
topográficos. Daí a importância de ser pensado e calculado nos mínimos detalhes,
para se evitar futuros transtornos no que tange os cuidados com a adutora.
Dessa forma o critério fundamental para dimensionar uma adutora é o da
velocidade máxima, pois não pode ultrapassar 2 m/s, equivalente a 7200 m/h. Então,
este limite é instituído para evitar a sobrepressão elevada quando existe suspensão
do fluxo; os balanços na tubulação que diminuem a vida útil; a perda de pressão
demasiada já que a mesma é diretamente adequada à velocidade da água. Assim,
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habitua-se também constituir um limite mínimo de velocidade para impedir a
deposição de partículas que possam encontrar-se presentes na água. Normalmente,
0,5 m/s é suficiente (Gomes, 1999).
Dessa forma o projeto de uma instalação de recalque envolve o
dimensionamento das tubulações de recalque e de sucção com suas coerentes
estimativas da eficácia do conjunto elevatório. Todavia, um projeto desse porte faz-
se necessário que se tenha uma visão mais ampla no sentido técnico e econômico,
inclusive no que tange o dimensionamento hidráulico da tubulação de recalque, pois
é de suma importância o planejamento minucioso desse tipo de trabalho.
Em se tratando desse dimensionamento destinado para a adutora, as
despesas de operação e implantação tem sua variação financeira. Para Gomes
(1999, p. 29),
O dimensionamento hidráulico de um conduto sobre pressão consiste em determinar a velocidade média da circulação da água (V), a vazão (Q), o diâmetro do tubo (D) e a perda de carga do sistema (hf). No entanto, só se dispõem de duas equações básicas, a da continuidade e a da perda de carga (que geralmente é em função da vazão e do diâmetro). A vazão geralmente é um parâmetro conhecido do projeto, restando três variáveis (V, D, hf), para só duas equações.
Sendo o foco principal o econômico, deve-se, portanto ser empregado um
método bem planejado a fim de tornar mínimos os custos do projeto, porém não
podendo esquecer jamais que deve ser de boa qualidade.
Dessa forma, torna-se imprescindível definir um diâmetro excelente para a
tubulação de recalque, de maneira tal que se consiga uma ótima minimização de
custo de implantação e operação. Essas cotações de implantação vão desde o custo
dos tubos, das peças de conexão, do conjunto motor-bomba, até o custo com
escavação e montagem. É sabido da existência de vários métodos desenvolvidos
para se calcular o diâmetro economicamente ideal para os condutos.
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3.2. REDES DE DISTRIBUIÇÃO
Sendo um conjunto de peças específicas, uma rede de distribuição designa-
se a transportar a água até os alvos das instalações como residências, prédios e/ou
nos mais diversos pontos de consumo público, continuamente e de forma segura.
Geralmente são organizadas por dois tipos de canalização, principais e secundárias.
Então sendo as canalizações principais, de máximo diâmetro, fornecem as
secundárias de mínimo diâmetro e as mesmas se vinculam espontaneamente aos
pontos de consumo.
De acordo com Tsutyia (2006, p. 22), as redes de distribuição são
classificadas conforme seu traçado e sentido de escoamento nas tubulações
secundárias, dentre elas possuem as ramificadas, malhadas e mistas. Dessa forma
fica sabida da grande importância que tem a canalização para que água chegue a
seu destino com qualidade.
Faz-se necessário saber a importância de que as redes de distribuição devem
ser arquitetadas de modo adequado, considerando as particularidades da região e
as necessidades da população, e demandam uma equipe sucessivamente acabada
para atuar e aperfeiçoar quando necessário. Tal equipe tem ampla responsabilidade
com a saúde das pessoas que se beneficiam da água tratada.
A rede de distribuição é construída para impedir que a pressão eficaz mínima
e a pressão estática máxima não excedam os limites aconselhados e
preestabelecidos.
3.2.1. RESERVATÓRIOS
Empregados para a capitalização da água, os reservatórios apresentam como
desígnio conservar uma compressão mínima ou fiel da rede, objetivando assim
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acolher todas as demandas emergenciais, como incêndios e rupturas da rede, e
atender a variação de consumo.
Sempre tendo consciência de que o gasto de uma comunidade está ligado a
múltiplos fatores como, climas, hábitos de higiene, qualidade da água, cobrança
(água medida ou não). Sabendo que para uma mesma população, o consumo pode
mudar de acordo com as horas do dia ou com a época do ano, chamados
respectivamente de variação horária e diária.
Dessa forma o reservatório de distribuição consente acolher a essas
variações de acordo com Tsutyia (2006, p. 28),
Os reservatórios de distribuição de água podem ser classificados dependendo da sua configuração e sua posição com relação à rede de distribuição. Com relação a sua configuração podem ser enterrados, semienterrados, apoiados ou elevados, as razões que determinam a escolha entre eles são normalmente pressões, vazões, volumes a armazenar e fatores econômicos. Com relação a sua posição em relação à rede de distribuição têm os de montante, quando está localizado entre a captação e a rede de distribuição, e o de jusante, quando está localizado após a rede de distribuição.
Portanto, nesse último caso, ganha a água de consumo mínimo e ajuda a
abastecer a cidade durante as horas de consumo máximo. Daí a importância de se
planejar com bastante cuidado e atenção os reservatórios.
3.3. TUBULAÇÔES
Na busca por tecnologias mais hábeis e dinâmicas no meio da construção
civil a cada dia, são ampliadas as novidades tecnológicas com o intuito de
aperfeiçoar os processos, suavizar prazos e diminuir os custos. Com tudo isso a
inquietação acerca de como esse processo todo possa acontecer sem prejudicar o
meio ambiente também vem sendo estimulada em torno de todos os procedimentos
executados.
Dessa forma o processo da construção civil convencional ocorre por meio de
um processo de industrialização, originando assim, inovações acerca de
construções e instalações. Sendo assim, diversos fornecedores de materiais de
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construção optam pelo aperfeiçoamento, a fim de simplificar os serviços em campo e
dinamizando assim a produção.
Portanto as tubulações reais proporcionam uma maior resistência ao declive e
isso não pode ser abandonado na maioria dos casos, sob pena de deslizes
consideráveis. Já para uma tubulação real, pode ser considerada essa equidade
com um dos membros acrescido de uma altura correspondente ao detrimento de
pressão por conta da fricção com a tubulação. Logo, essa parcela é
denominada perda de carga.
Torna-se imprescindível que a preferência pelas peças das tubulações esteja
apropriada para se conseguir um extraordinário dimensionamento de um sistema
adutor. Contudo para se apresentar um resultado eficaz da escolha das tubulações é
imprescindível considerar vários fatores como, diâmetros, custos dos tubos,
pressões de trabalho, cargas externas onde poderão agir a propósito das
tubulações, custos de instalações, manutenção, qualidade da água a ser
transportada e particularidades do terreno onde os condutos serão instalados.
Dessa forma uma tubulação em irrigação pode, segundo a sua finalidade, ser
nomeada como adutora, ramal ou lateral. Sabendo que a adutora é aquela tubulação
que parte da bomba até a área a ser irrigada. Geralmente é a tubulação de maior
diâmetro, sendo os ramais aquelas tubulações que transportam água para os
diversos setores a serem irrigados. E a lateral é aquela tubulação onde estão
conectados os emissores, sejam eles aspersores, gotejadores ou microaspersores,
logo pode-se deduzir que uma lateral tem vazão variável. Sendo no primeiro trecho
regida a vazão que atende a todos os emissores e no segundo trecho, após o
primeiro emissor, é conduzida a vazão total menos a vazão do primeiro emissor. No
último trecho é conduzida a vazão do último emissor apenas.
Segundo Misawa (1975, p. 335), as condições a que os materiais
empregados nas tubulações devem obedecer alguns critérios como a condição de
qualidade, quantidade e pressão da água que será utilizada. Somente assim poderá
se alcançar o sucesso almejado. Contudo é bom saber que uma tubulação em
irrigação pode, segundo a sua finalidade, ser nomeada como adutora, ramal ou
lateral.
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Compreendendo que a adutora é aquela tubulação que vai da bomba até a
área a ser irrigada. Normalmente é a tubulação de maior diâmetro. Já os ramais são
aquelas tubulações que transportam a água para os distantes setores a serem
irrigados. Todavia, faz necessário saber que a lateral é aquela tubulação onde estão
conectados os emissores, sejam eles aspersores, gotejadores ou microaspersores.
Como pode ser deduzida, uma lateral possui vazão variável. No primeiro trecho é
conduzida a vazão que atende a todos os emissores. No segundo trecho, após o
primeiro emissor, é conduzida a vazão total menos a vazão do primeiro emissor. No
último trecho é conduzida a vazão do último emissor apenas.
3.3.1. HIDRÁULICA APLICADA AS TUBULAÇÕES
O termo “Instalações hidráulicas” faz referência a instalações de dutos, a fim
de adaptar a direção de fluídos, aonde o tipo de instalação altera de acordo com o
escoamento e com a sua finalidade, de acordo com Claro (1999, p. 103), os tipos
mais comuns e considerados são o abastecimento de água e o sistema de esgoto.
Porém, é possível citar mais três itens de grande relevância: sistemas de prevenção
de incêndio, recolhimento de águas pluviais e a distribuição de gás. Portanto nestes
estudos a ênfase será voltada para abastecimento de água.
Já de acordo com Landi (1993, p. 73),
As mais antigas instalações existentes datam de três a seis mil anos atrás, mostrando grande qualidade das mesmas, encontradas em forma de ruínas através de escavações no vale do Rio Indus, na Índia. A estrutura conhecida atualmente é bem diferente da existente no passado. O sistema hidráulico possuía em alguns lugares um sentido distinto do comum, que seria o cuidado com o corpo e conceitos de saneamento como pré-requisito para saúde, higiene e conforto. No Egito, o sistema de distribuição das águas do Nilo, por diques, caracterizava o aspecto social e a distribuição de terras. Já o Império Romano, que atingiu grandes realizações em vários setores da sociedade, principalmente na parte de infraestrutura, com construções como estradas, pontes, aquedutos e linhas fortificadas, teve como execução mais relevante dentre estas obras, os aquedutos.
Pode-se perceber que as instalações se perpetuam ao longo dos anos, e que
vem se aperfeiçoando cada vez mais com estudos voltados a essa temática.
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Sendo assim as bases que duas equações fundamentais necessariamente
precisam para poder conduzir o transporte da água por meio de condutos forçados,
são apreciadas como a equação da continuidade e equação da energia. Então para
a água, que é precisamente incompressível às pressões que operam nas redes de
abastecimento, a equação da sequência constitui que, para um escoamento fixo, a
vazão (Q) conservar-se constante ao longo de um conduto. Todavia, para alguma
seção do conduto verifica-se onde: Q – vazão na tubulação, m³/s; A – área da seção
transversal da tubulação, m²; V – velocidade média de circulação da água, m/s. A
Equação 1 da energia aplicada a fluidos incompressíveis estabelece que em um
escoamento permanente, entre duas seções de um conduto (de 1 para 2), a soma
das energias de pressão, potencial e cinética na seção 1, é igual à soma destas
mesmas energias na seção 2 mais as perdas de energia produzidas entre as duas
seções (Landi, 1993).
(1)
Portanto a hidráulica de tubulações proporciona aspectos práticos que
submergem ao diagnóstico do declive de líquidos incompressíveis em condutos
forçados e uniformes, em regime estável levando em consideração as espécies de
escoamento que tratam de vazão, velocidade, diâmetro e perda de carga.
Dessa forma, compreende-se por via forçada aquela na qual o líquido escorre
por completo, sendo assim, na maioria das vezes as vias de seção circular são
conhecidas por tubos ou tubulações. Uma via é dita uniforme quando a sua seção
transversal não transforma com o seu comprimento. Sendo assim, a hidráulica
aplicada as tubulações, oferece aspectos práticos que submergem ao julgamento do
escoamento de fluidos incompressíveis em vias forçadas e uniformes, em regime
constante levando em estima as condições de escoamento que tratam de vazão,
velocidade, diâmetro e perda de carga.
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3.3.2. TUBULAÇÕES EMPREGADAS EM LINHAS ADUTORAS
Em conformidade com os estudos de Alambert Júnior (1997, p. 18), tubulação
é o conjunto de tubos e conexões assentados com a finalidade de transportar um
determinado fluido ou sólido de um ponto a outro. Dessa forma faz-se necessário um
olhar mais minucioso e adequado no momento da seleção das tubulações e de seus
componentes quando se deseja um bom dimensionamento de um sistema adutor.
Contudo para uma adequada seleção de tubulações precisa-se analisar
determinados fatores que estão envolvidos nesse processo de seleção das
tubulações, tais como: custo dos tubos, diâmetros, pressões, cargas externas que
poderão atuar sobre as tubulações, manutenção, custo de instalação, qualidade da
água a ser transportada e características do terreno onde serão instalados os
condutos.
Os materiais que são geralmente empregados em linhas adutoras são ferro
fundido, revestido ou não internamente; aço soldado; concreto armado simples ou
protendido; ferro dúctil; PVC; fibra de vidro; plástico; polietileno e materiais especiais
como o P.R.F.V – poliéster reforçado com fibra de vidro. Portanto os materiais em
uso por si só não garante vida útil prolongada, para isso acontecer se faz necessário
que a instalação seja bem planejada, para que a água transportada possa chegar ao
seu destino com qualidade, para um atendimento bem desejado.
As condições a que os materiais empregados nas tubulações devem
obedecer, segundo Misawa (1975,0p. 238) são:
a) Qualidade da água: dependendo do tipo de água transportada, é importante o uso de materiais que não alterem sua qualidade; que não sejam facilmente dissolvidos e que, com a dissolução na água, não provoquem danos aos usuários da água; b) Pressão da água: materiais que permitam a obtenção de tubos com espessuras de paredes desejadas e que consigam resistir tanto aos esforços internos quanto externos; c) Quantidade de água: materiais que permitam a obtenção de tubos de diâmetros ou seções de escoamentos desejados, que não permitam grande rugosidade relativa ao decorrer do tempo; que não permitam a sensível alteração da seção de escoamento ao decorrer do tempo; que permitam a confecção de juntas com o mínimo de vazamentos e que provoquem o mínimo de trincas, corrosões e arrebentamentos pelas ações internas e
25
externas; d) Economia: a escolha de materiais, que satisfazendo condições técnicas, sejam de menor custo; sejam resistentes aos choques que ocorrem durante a fase de carga/descarga e assentamento; que permitam cortes e furos com relativa facilidade; materiais mais leves que facilitem o transporte e assentamento; materiais que permitam o menor número de juntas ou conexões; mais duráveis e que permitam menor custo na operação e manutenção.
Portanto é preciso que todas as atenções sejam voltadas para essas
recomendações a fim de que se possa realizar um trabalho com qualidade e
eficiência, podendo dessa forma fazer com que se possa ter uma tubulação com
conservação por um período bem significante para a obra.
Sendo assim para determinar o diâmetro interno de uma tubulação também
tem que se avaliar as perdas de pressão que sucedem ao longo dessa tubulação,
com objetivo de determinar qual deve ser a pressão na entrada para que seja
possível entregar no final da adutora a vazão correta, na pressão certa.
3.3.3. MÉTODO BASEADO NA VARIAÇÃO LINEAR DOS CUSTOS DAS
TUBULAÇÕES
Os custos de uma tubulação ainda continuam sendo uma grande
preocupação para as construtoras, pois demanda um orçamento bastante
significativo as tubulações empregadas nas adutoras. Um dos métodos mais usados
e que é bastante simples e parte do princípio, aprovado por Mendiluce (1996, p. 34):
O custo da tubulação varia linearmente com o seu diâmetro, ou seja: C(D) = l D (6) em que: C(D) é o preço da tubulação por metro de comprimento ($/m); D o diâmetro normalizado do tubo, em metros; l é o custo do tubo, por metro de comprimento, e por metro de diâmetro ($/m x m). O custo total do sistema de recalque é composto de duas partes distintas: uma referente aos custos de implantação do sistema, e a outra se refere aos custos operacionais, que, em grande parte, corresponde à energia gasta pela instalação de bombeamento para recalcar a vazão de projeto.
E ainda completa Porto (1998, p. 46),
O custo de implantação da tubulação de recalque pode ser dado pela equação 2.5, sendo L o comprimento total da tubulação, ou seja: Cinstalação = l D L (7) A potência, em Kw, requerida pelo conjunto motor bomba, para elevar uma vazão Q de água, a uma determinada altura manométrica "Hman" é dada por: η Q Hman 8,91 P = (8) Q é dada em m³/s,
26
a altura manométrica, que corresponde à altura 1 Jaques Antoine Charles Bresse, engenheiro francês.
Todo esse trabalho necessita de um olhar minucioso, pois a demanda é
bastante significativa em quantidade de tubulações e para que a obra tenha
qualidade faz-se necessário que o material também tenha qualidade. Precisa unir
quantidade a qualidade.
3.3.4. TUBULAÇÕES DE PVC (POLI VINIL CLORETO)
Nos dias atuais é possível se deparar com uma diversidade de produtos
expostos no mercado, porém a confecção desses produtos tão diferentes só é
possível por causa da versatilidade do PVC. Produto bem conceituado devido à
ampla quantidade de benefícios, como versatilidade, leveza, estética, economia em
escala, durabilidade e sustentabilidade, contraídas com o uso do PVC, também
proporciona grande destaque no cenário atual, tanto no Brasil quanto mundialmente.
Deve ser ressaltado que só o setor da construção civil absorve 73% da sua
produção total. O PVC é utilizado neste setor principalmente na área de
infraestrutura e de construções e arquitetura.
Portanto sempre foram procuradas para a infraestrutura, alternativas para
captação, tratamento, distribuição de água e saneamento, que são elementos
essenciais para a sobrevivência e saúde humana. Dessa forma, novamente o PVC
se manifesta como uma boa opção, pois é totalmente seguro no contato com a água
de consumo humano, onde proporciona uma grande produtividade na instalação e
estanqueidade, evitando perdas de água e contaminação do lençol freático no caso
de uso em esgotos.
Ainda tem um grande aliado a seu favor, as instalações feitas com PVC têm
um menor custo de manutenção e uma vida útil bem maior. Aproveitar-se mais nesta
área de instalações de água e esgoto, instalações elétricas, drenagem de águas
pluviais, poços tubulares e telecomunicação. Tendo como fundamental vantagem
para estes casos à soldagem química, facilitando assim a instalação, estabilidade
27
dimensional, resistência mecânica e rugosidade superficial, isolamento elétrico,
resistência à corrosão, resistência química e leveza, facilitando o transporte.
Uma instalação de adutoras ou de rede de água com tubos de PVC rígido é
feita com abertura de valas, assentamento e junção dos tubos. Assim as juntas das
tubulações podem ser de solda ou elásticas. As orientações descritas a seguir são
sugeridas para tubos de PVC com juntas elásticas. A execução do trabalho é
precedida de projeto executivo, e deve levar em conta características do tubo e
orientações específicas do fabricante.
No caso das construções, o PVC é famoso pelo sucesso de seu bom
emprego na confecção de tubos e perfis em instalações em geral, entretanto a cada
dia, são requisitadas soluções arquitetônicas mais sofisticadas e modernas por
engenheiros e arquitetos. Dessa forma, existiu uma ampliação da utilização do PVC
e este proporciona agora um quadro muito maior de produtos resultantes dele, que
tem o desígnio de proteger, revestir e decorar. Pode-se apresentar como um bom
exemplo disso o sucesso feito pelas esquadrias de PVC, que deu início a sua
aplicação na década de sessenta, e hoje comandam o mercado europeu e norte-
americano.
Segundo Claro (1999, p. 79), nas últimas décadas, o Policloreto de Vinila,
mais conhecido como PVC, ganhou grande importância para consumidores e
encanadores, substituindo, a partir da década de sessenta. Dessa forma foi
apreciado como a mais comum das famílias de tubos e conexões, o PVC, compõe a
maioria das instalações de água fria no Brasil e se apresenta como absoluto no que
se refere a esgoto. No caso, são usados tubos brancos, que têm espessura de
parede menor que a dos tubos marrons, que são específicos para abastecimento e
distribuição de água.
As tubulações de PVC, usadas na adução e distribuição de água, podem ser
classificadas em: linha PBA, linha PBS e linha DEFOFO. Sendo assim as linhas PBA
e PBS são fabricadas na cor marrom. Essas linhas têm como principal diferença os
sistemas de união dos 19 tubos e conexões, enquanto que as tubulações da linha
PBA são conectadas por meio de juntas elásticas (ponta e bolsa dotada de anel de
28
borracha), já os tubos e conexões da linha PBS são ligados por meio de juntas
soldáveis (executadas com a utilização de solvente apropriado).
Os estudos de Tigre (2012, p. 21) mostram que,
As linhas PBA e PBS podem ser encontradas nas dimensões de DN 50 até DN 270 e nas classes 12, 15 e 20, para pressões de serviço de 60, 75 e 100 mca, respectivamente. Os tubos da linha DEFOFO são fabricados na cor azul, com diâmetros nominais de 100 a 500 mm, em uma classe única de pressão de 100 mca (1 MPa) à temperatura de 20°C, possuem diâmetros equivalentes ao dos tubos de ferro fundido, inclusive suas conexões são fabricadas com este material e as juntas são elásticas.
Sendo assim, Gomes (1999, p. 48) deixa sua contribuição quando,
Cita como desvantagens a resistência mecânica dos tubos, que diminui com o tempo e com o aumento da temperatura; a vida útil dos tubos, bem menor para aqueles que são instalados sobre o terreno e expostos ao sol, quando comparados com os que são instalados enterrados, sem contar com certa facilidade de rompimento dos engastes rápidos das tubulações portáteis.
É imprescindível a observação de todos esses detalhes para que se possa
tomar as medidas cabíveis. Torna-se necessário saber que alguns tubos PVC são
fabricados com dimensões especiais, para suprirem tubulações de ferro fundido ou
para utilizar as conexões de ferro fundido existentes no mercado e com alta
resistência.
3.3.4.1. CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL (PVC)
Esse material tem uma caracterização baseado em Policloreto de Vinila
(PVC), produzido por meio do sal e especialmente do petróleo, sendo um dos
plásticos mais versáteis existentes e por este motivo, é um dos materiais mais
utilizados e estudados. De acordo com Nunes (2006, p. 41),
Os estudos sobre o histórico deste material mostram que, o Monômero de Cloreto de Vinila (MVC) foi sintetizado pela primeira vez , em 1835, em laboratório por Justus Von Liebig. Sua descoberta fez-se por meio da reação do dicloroetileno com hidróxido de potássio em solução alcoólica.
Brandão (2010, p. 32) afirma que Victor Regnault, em 1839, fez observações
verificando que quando se expunha uma ampola fechada contento o MVC à luz
solar, ocorria à formação de um pó branco. Porém, esse pó não era o PVC, tratava-
29
se de poli (cloreto de vinilideno). Sendo que em 1872, E. Baumann sintetizou o
Policloreto de Vinila (PVC).
Os dois processos principais para obtenção do PVC são a polimerização em
suspensão e a polimerização em emulsão. As diferenças entre os dois aparecem
nas características e no tamanho dos grãos de PVC obtidos, onde estes são
utilizados de acordo com os resultados que se desejam obter com o PVC e suas
aplicações.
Sendo assim antes de modificar o PVC num produto final, são congregados a
ele aditivos, pois a sua característica principal é a necessidade e capacidade de se
combinar a uma enorme variedade de aditivos. Isto se deve a alta polaridade,
proveniente do grande teor de cloro presente na sua estrutura molecular. Essa
combinação é chamada de composto, permitindo-lhe passar por um adequado
processamento e ser moldado num determinado produto. Com a escolha e a
dosagem adequada dos componentes desta mistura, pode-se obter um polímero
adequado às necessidades e características de uma aplicação específica. Assim, o
Policloreto de Vinila pode ter suas propriedades e características modificadas,
dentro de um amplo campo, podendo variar desde um material rígido a um bem
flexível, tornando-o um material polimérico versátil dentro da categoria dos
Termoplásticos.
Os processos de produção do PVC acontece da seguinte forma: uma mistura
de sal marinho ou sal gema a água, sendo dissociado, originando cloro, hidróxido de
sódio e hidrogênio. Então por meio da eletrólise do sal é extraído o cloro que reage
com o etileno, obtendo o dicloroetano. Por pirólise (aquecimento em forno a alta
temperatura), o dicloroetano é decomposto, sendo feita a polimerização do
Monômero de PVC.
Dessa forma o PVC se torna o segundo termoplástico mais vendido no mundo
todo, com um processo mundial de resina maior que 35 milhões de toneladas no ano
de 2005, sendo a capacidade mundial de produção de resinas de PVC estimada em
cerca de 36 milhões de toneladas ao ano. Dessa demanda total, 21% foram
consumidos na América do Norte (principalmente nos Estados Unidos), 20% na
China, 18% nos países da Europa Ocidental e 5% no Japão. O Brasil foi responsável
30
pelo consumo de cerca de 2% da demanda mundial de resinas de PVC (Nunes et al,
2006).
Sendo assim, essas informações apontam o potencial de crescimento da
demanda de resinas de PVC no Brasil, sendo que o consumo per capita, na faixa de
4,0 kg/hab/ano, ainda é baixo se confrontado com o de outros países. Dessa forma
fica sabido que o consumo de PVC em alguns países tem uma demanda grandiosa,
sendo que em outros, mesmo estando abaixo da média mundial, há um grande
potencial de crescimento (Nunes et al, 2006).
Perante o exposto o PVC apresenta qualidades muito atraentes, que permite
que ele seja empregado em uma gama muito grande de produtos. Uma delas é o
caso de ele ser durável quimicamente, porque conserva as características
organoléticas de produtos por ele embalados, por conta da sua inércia química,
possibilitando seu emprego na indústria médico-hospitalar, alimentícia e industrial de
uma maneira geral, pois apresenta boa resistência a ácidos e bases. Ele também
não é inflamável, não inflama sozinho e nem é facilmente queimado, por causa do
cloro existente em sua molécula, sendo, desta forma, extensivamente empregado
para isolar e proteger cabos elétricos. Possui propriedades de barreira, se tornando
ideal para indústria de alimentos, por apresentar baixa permeabilidade ao oxigênio e
ao gás carbônico.
Contudo fica sabido que os produtos fabricados com PVC evidenciam uma
vida útil longa, permitindo a sua aplicação em bens duráveis. Bem como tem um
elevado valor energético, proporciona apropriada recuperação de energia. Sendo
utilizado nos atuais sistemas de valorização energética de resíduos, constituindo
emissões muito controladas, também pode prover calor e energia na indústria,
residências ou em outros lugares. Por ser um termoplástico, é completamente
reciclável e pode modificar-se na grande maioria dos procedimentos industriais de
transformação, como injeção, extrusão, calandragem, sopro, entre outros. Além do
que, ainda apresenta excelente relação custo / benefício, resistência à luz e bom
isolamento acústico e térmico.
Diante do exposto faz-se necessário saber que suas características também
podem ser conseguidas por meio de diversos aditivos, como pigmentos,
31
plastificantes, estabilizantes térmicos, entre outros. Pois é enorme a facilidade do
PVC em incorporar outros materiais em sua composição. Todas as suas
características juntamente com suas propriedades vêm ganhando o gosto em
variados segmentos, em especial o da Construção Civil e Arquitetura. Vale ressaltar
que o PVC no mundo, fica em terceiro lugar no consumo de plásticos e que o setor
da Construção Civil corresponde por mais de 50% do consumo deste material.
3.3.4.2. NORMAS TÉCNICAS (PVC)
São tamanhas as normas técnicas que existem para os produtos
confeccionados com PVC e sua funcionabilidade. Os que são feitos para os fins de
instalações hidráulicas mais importantes segundo Nunes (2006, p. 53) são:
ASTM F-794: Especificação de tubos e conexões de poli (cloreto de vinila) para drenagem por atração com base em diâmetro interno controlado,
NBR 5626: Instalação predial de água fria, NBR 5647: Sistema para adução e distribuição de água – Tubos e conexões de PVC 6,3 com junta elástica e com diâmetros nominais até DN 100,
NBR 5648: Sistemas prediais de água fria - Requisitos para tubos e conexões de PVC 6,3 PN 750 kPa, com junta soldável – Requisitos,
NBR 5674: Manutenção de edificações - Procedimento,
NBR 5683: Tubos de PVC - Verificação da resistência à pressão hidrostática interna,
NBR 5685: Tubos e conexões de PVC - Verificação do desempenho da junta elástica,
NBR 5687: Tubos de PVC - Verificação da estabilidade dimensional,
NBR 5688: Sistemas Prediais de água pluvial, esgoto sanitário e ventilação para tubos e conexões de PVC, tipo DN – Requisitos,
NBR 6483: Conexões de PVC - Verificação do comportamento ao achatamento,
NBR 7231: Conexões de PVC - Verificação do comportamento ao calor,
NBR 7362: Sistemas enterrados para condução de esgoto,
NBR 7367: Projeto e assentamento de tubulações de PVC rígido para sistemas de esgoto sanitário – Procedimento,
32
NBR 7371: Tubos de PVC - Verificação do desempenho da junta soldável,
NBR 7665: Sistema para adução e distribuição de água - Tubos de PVC 12 DEFOFO com junta elástica – Requisitos,
NBR 8160: Instalações prediais de esgotos sanitários,
NBR 9822: Execução de tubulações de PVC rígido para adutoras de redes de água - Procedimento.
Dessa forma as tubulações e conexões de PVC tendem a ser soldáveis ou
roscáveis, cada um desses apresenta um processo executivo diferente. Porém para
tirar o brilho das superfícies a serem soldadas (ponta do tubo e bolsa da conexão)
serão usadas lixa d’água, a fim de aperfeiçoar a aderência na soldagem. Para a
limpeza das superfícies, para eliminar as impurezas que podem impedir a ação do
adesivo, limpar as superfícies lixadas com solução limpadora. Esta ação também
prepara o PVC para a soldagem. Todo esse processo tem que ser seguido a risca
para não comprometer a segurança das tubulações, promovendo assim um
excelente resultado nas instalações.
3.3.5. TUBULAÇÕES DE FERRO FUNDIDO
Sobre ferro fundido se tem muita história pra contar, pois foi descoberto em meados
do ano 500 (DC) e foi primeiramente negociado em 1388. Sendo uma liga metálica mais
barata empregada em aplicações tribológicas. Sendo o ferro um dos mais extraordinários e
mais difundidos metais do mundo moderno. É empregado em praticamente tudo. Seu uso
com fartura ocorre na crosta terrestre, além disso é possível sua existência em grande
quantidade também no núcleo do planeta. É sabido que não existem jazidas de ferro nativo,
em estado de metal puro, como as de ouro e prata, sendo extraído de numerosos minérios
como a hematita, a magnetita, a limonita e a pirita. Dessa forma o que se tem o habito a
chamar de ferro é o metal puro, sendo então uma liga de ferro e carbono, isto é, uma
associação do metal de ferro com quantidades de carbono em sua composição (Francklin,
2009).
O ferro, portanto, é apenas um constituinte básico: um pouco de carbono (ou
outro elemento químico) já modifica profundamente suas propriedades físicas.
33
Também a presença de magnésio na quantidade apropriada faz com que se
formem, no ferro fundido, estrias grossas de grafita, como também pode aparecer
em forma de veios finos ou como bolinhas ou nódulos. E é esta microestrutura que
determina a resistência do material. Geralmente, a disposição de ferro fundido é
realizada pela comparação visual de micrografias óticas com cartões de código da
norma ISO-945. Necessariamente, uma comparação visual simples é subjetiva e
não pode ser automatizado em um ambiente industrial (Francklin, 2009).
As tubulações de ferro fundido proporcionam uma alta resistência às pressões
positivas e negativas, às cargas externas e aos choques constatados durante o
transporte e assentamento. Também apresenta o fenômeno de envelhecimento que
se manifesta na formação de incrustações na parede interna, no momento em que a
água é transportada proporciona baixo pH. Aumentando assim, a rugosidade,
resultante da redução gradativa da vazão de escoamento. Diâmetros comerciais: 50
a 1200 m.
De acordo com os estudos de Landi (1993, p. 18), a vida útil do ferro é baixa e
esse material apresenta desvantagens como: ferrugem, condução de calor, além do
fenômeno da encrostação, ou seja, redução da seção transversal devido ao acúmulo
de resíduos em suas paredes internas. É preciso uma atenção especial em relação
a este tipo de tubulação.
Conforme Moreira (2013, p. 211),
Os ferros fundidos são, basicamente, ligas do sistema ternário Fe-C-Si contendo teores de carbono acima de 2%. Sua microestrutura pode apresentar parte do carbono sob a forma de grafita ou a de cementita (Fe3C). Em ambas as formas, os ferros fundidos apresentam ductilidade insuficiente para operações de conformação mecânica.
De acordo com Francklin (2009, p. 18),
Os ferros fundidos são classificados de acordo com a cor da sua fratura em somente três tipos: cinzentos, brancos ou mesclados. Uma análise microestrutural mostra que os ferros fundidos cinzentos apresentam a grafita (C) em sua constituição, os ferros fundidos brancos apresentam carbonetos (Fe3C, o M3C ou M7C3) e os mesclados, uma mistura das duas fases.
Em meio às ligas de ferro-carbono, os ferros fundidos constituem um bando
de ligas de valor essencial para a indústria, não só por causa das qualidades
34
essenciais ao próprio material, como também pelo episódio de, mediante ao
ingresso de elementos de liga, aproveitamento de tratamentos térmicos adaptados e
ter sido viável ao seu emprego em atenções que de certa maneira, eram
característicos do aço. Com tudo isso, a papel de suas características intrínsecas e
também pela probabilidade de se acrescentar elementos de liga contorna os ferros
tratáveis termicamente ocasionando categorias de materiais com emprego em
aplicações que eram específicas dos aços.
Dessa maneira, os elementos produzidos em ferros fundidos só podem ser
alcançados pelas técnicas de fundição. Garantindo também que os ferros fundidos
são distribuídos de acordo com a forma em que o carbono se apresenta na
microestrutura.
São consideradas como características fundamentais para o ferro fundido que
se apresentam no estado bruto de fundição, suas qualidades mecânicas
determinadas pela microestrutura, mais precisamente, pela forma em que o carbono
encontra-se combinado: no formato de grafita proporciona dureza baixa, baixa
resistência mecânica e boa usinabilidade; no formato de cementita, proporciona
dureza elevada, alta resistência mecânica e ao desgaste e baixa tenacidade.
É importante saber que os ferros fundidos são distribuídos de acordo com a
forma em que o carbono se apresenta na microestrutura: ferro fundido branco –
microestrutura em que todo o C está na forma de cementita (Fe3C); ferro fundido
mesclado – microestrutura em que o C está na forma de cementita, próximo à
superfície, e de grafita no núcleo; ferro fundido cinzento – microestrutura em que a
maior parte do C está na forma de veios de grafita; ferro fundido nodular ou ferro
fundido dúctil – microestrutura em que a maior parte do C está na forma de grafita
esferoidal e ƒ ferro fundido vermicular – microestrutura em que a maior parte do C
está na forma de grafita vermicular, que é uma forma intermediária entre a grafita em
veios e a em nódulos.
Dessa forma Chiaverine (2005, p. 45) afirma que,
O ferro fundido pode ser classificado de acordo com a forma de suas partículas de grafita. Os elementos que influenciam na estrutura são o carbono e o silício. O carbono determina a quantidade de grafita que se pode formar, e o silício é o elemento grafitizante, favorecendo a decomposição do carboneto de ferro; sua presença independente do teor de
35
carbono pode fazer um ferro fundido tender para cinzento ou para branco. O manganês sempre presente tem efeito oposto ao do silício, isto é, estabiliza a cementita e assim contrabalanceia de certo modo a ação grafitizante do silício.
Assim as tubulações de ferro fundido proporcionam elevada resistência a
cargas externas e a corrosão que atribui uma grande resistência a ataques químicos
e a temperaturas elevadas e são geralmente aproveitados nas seguintes situações:
em locais de trânsito pesado e pouco recobrimento; em casos da tubulação ser
assentada a grande profundidade, acima dos limites de carga dos outros materiais;
nos casos de tubulação aparente; em casos de passagem de obstáculos, vãos de
pontes, rios e estruturas sujeitas a trepidação; em casos de grande declividade.
No que diz respeito às juntas ele apresenta projeto muito simples, extinguindo
quaisquer riscos de falha humana no processo de montagem, originando juntas
totalmente estanques e resistentes à pressão. Também evidencia oposição a golpe
de aríete e possível aumento de pressão, dessa forma o isolamento acústico, na
qual este material restringe a transmissão transversal dos ruídos e as juntas
providas de anéis de borracha eliminam o contato entre tubos e conexões, opondo-
se à propagação das ondas sonoras.
Pode-se também apresentar outras vantagens como: aversão ao fogo, pois é
totalmente incombustível, colaborando desta forma para a não propagação do fogo;
resistência mecânica, resistência aos acidentes de manuseio e estocagem, tais
como choques, quedas, etc. Por tudo isso é avaliado como um material seguro, pois
não apresenta perigo de contaminação em caso de acidente com transporte e
estocagem; é integralmente reciclável e quimicamente estável em todo seu ciclo de
vida, além de não ser necessário tratamento nos resíduos de fabricação.
Em se falando de ligas Fe-C-Si, o estudo da solidificação dos ferros fundidos
é baseado no diagrama ternário Fe-C-Si. Portanto, para teores de Si de até 3%, os
cortes pseudobinários do diagrama Fe-Si-C são bastante idênticos ao diagrama Fe-
C. Sendo assim, sucede uma redução da quantidade de C do ponto eutético e uma
pequena alteração das temperaturas que representam o equilíbrio. Dessa forma a
solidificação dos ferros fundidos onde apresenta grafita pode ser analisada com o
diagrama estável Fe-C considerando-se ao invés de carbono, uma grandeza
denominada carbono equivalente (CE) (Moreira, 2013).
36
3.3.5.1. CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL (Ferro Fundido)
Sendo o ferro fundido uma liga metálica, composta de ferro e carbono com
teor de 2,2 a 4,5%, seu processo de fabricação é caracterizado para tubos e
conexões. Como citado por Garcez (1969, p. 301),
Os tubos são fabricados através de um recozimento em fornos contínuos, seguida por centrifugação do metal fundido em formas, sendo posteriormente aplicadas pinturas de proteção do metal. Já as conexões são produzidas através de fundição em areia, passando por usinagem para retirada de rebarbas e limpeza.
Em análise ao seu uso na construção civil, podem ser destacados dois tipos,
os designados a condutos livres (tipo esgoto) e os designados a tolerar pressão
interna (tipo pressão). Os tipos esgoto são produzidos com ponta e bolsa, já os tipos
pressão são determinados com ponta e bolsa, com flanges e com juntas especiais.
Sendo assim o ferro fundido proporciona as principais características à
resistência a corrosão, que confere uma grande resistência a ataques químicos e a
temperaturas elevadas, apresenta projeto muito simples das juntas, abolindo
quaisquer riscos de falha humana durante a montagem, determinando juntas
totalmente estanques e resistentes à pressão. Podendo também apresentar
resistência a golpe de aríete e possível aumento de pressão; isolamento acústico,
onde este material limita a transmissão transversal dos ruídos e as juntas providas
de anéis de borracha eliminando o contato entre tubos e conexões, opondo-se à
propagação das ondas sonoras.
Dessa forma o ferro fundido, também no seu estado líquido ganha benefício
de elementos no banho metálico, que tendem aumentar a velocidade de
resfriamento do metal, e consequentemente, esferoizar à grafita. Este processo é
chamado de “esferoidização”. Onde posteriormente a este tratamento, se faz
necessária a introdução de outros elementos químicos para reduzir o “efeito de
coquilhamento”, sendo um processo chamado de “inoculação”. No qual o magnésio,
cério, cálcio, bário, ítrio e as terras raras são os principais elementos que beneficiam
a esferoidização da grafita. Porém, o processo mais comum e mais econômico
usado para a fabricação do ferro fundido nodular é o tratamento com magnésio,
tendo como método mais usual o processo “sandwich”.
37
3.3.5.2. NORMAS TÉCNICAS (Ferro Fundido)
As peças fabricadas em ferro fundido precisam ser padronizadas segundo
normas nacionais e internacionais, tais como a ASTM (American Society for Testing
and Materials), ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), DIN (Deutsches
Institut für Normung), BS (British Standard), ISO (International Organization for
Standardization) e AWWA (American Water Works Association).
Então os tubos, conexões, válvulas e acessórios de canalização em ferro
dúctil têm como principais normas:
Normas ABNT NBR 6589/1986 – Peças de ferro fundido cinzento
classificadas conforme a resistência à tração;
NBR 8583/1984 – Peças de ferro fundido cinzento classificadas
conforme a dureza Brinell;
NBR 6916/1981 - Ferro fundido nodular ou ferro fundido com grafita
esferoidal;
NBR 7560 – Tubo de ferro fundido dúctil centrifugado com flanges
roscados ou soldados;
NBR 7663 - Tubo de ferro fundido dúctil centrifugado para canalizações
sob pressão;
NBR 7674 – Junta Elástica para tubos e conexões de ferro fundido
dúctil;
NBR 7675 – Conexões de ferro fundido dúctil;
NBR 7676 – Anel de borracha para juntas elástica e mecânica de tubos
e conexões de ferro fundido;
NBR 9651 - Tubos e Conexões de Ferro Fundido para Esgoto;
Norma ASTM (A 48M) – Correlação entre espessura da peça e corpo-
de-prova fundido separado;
DIN – 1691- 1985 – Propriedades dos flocos de ferro fundido cinzento;
DIN - 1693 - Ferro fundido nodular com grafita não ligado e liga de
baixo teor.
38
4. DISCURSO DOS RESULTADOS
Com base nas características analisadas do PVC e do ferro fundido foi
elaborada a Tabela 1 com as vantagens de se utilizar cada material e para uma
melhor visualização e comparação de ambos. Além de que foi extraída de uma
pesquisa analisada na Região Metropolitana de São Paulo as Figuras 1 e 2 com a
variação mensal dos vazamentos reparados e quebras em tubulações de PVC e
ferro fundido em distribuição de água para critério de comparação também.
Tabela 1 - Características do PVC e ferro fundido.
CARACTERÍSTICAS
PVC FERRO FUNDIDO
Elevada resistência à corrosão ou oxidação
Elevada resistência à pressão interna
Boa durabilidade Reduzida dilatação térmica
Baixa condutividade térmica e elétrica Estabilidade dimensional
Baixo peso Elevada resistência ao calor
Facilidade de manuseio Elevada resistência mecânica
Rapidez e facilidade de execução das juntas
Elevada resistência aos efeitos de fadiga mecânica e térmica
Baixa resistência ao escoamento Resistente à exposição prolongada à radiação ultravioleta e à ação do tempo
Pouca acumulação de detritos Maior confiabilidade em informação de desempenho sob uso prolongado
Boa flexibilidade e elasticidade Incombustível em temperaturas elevadas
Maior segurança na execução das juntas
Baixa transmissão acústica
Baixo custo relativo de aquisição
Fonte: O autor (2016)
39
Figura 1 - Variação mensal dos vazamentos reparados entre 2002 e 2007.
Fonte: Sabesp (fev./2008).
Figura 2 - Taxa de quebras por material da tubulação.
Fonte: Sabesp (fev./2008)
Com o desenvolvimento de novas técnicas implantadas na fabricação,
principalmente, do ferro fundido com a camada interna de proteção contra corrosão,
a partir de 1973, o índice de vazamento e quebras de tubulações caíram. Porém,
pode-se observar na Figura 1 que nos meses de inverno o índice de vazamentos na
tubulação de ferro fundido aumenta. Em contrapartida, a taxa de quebra visualizada
na Figura 2 tem maior índice na tubulação de PVC comparada com o Ferro fundido.
40
Deve-se considerar também que as tubulações das adutoras trabalham sob
pressão da água e que essa força interna pode ocasionar quebras ou rachaduras
que impliquem em vazamento. Para tanto foi realizado um estudo e constatado que,
conforme Figura 3, a tubulação de ferro fundido apresenta uma maior resistência a
pressões internas.
Figura 3 - Taxas de quebra segundo faixas de pressão.
Fonte: SARZEDAS (2009, p. 92)
41
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Apesar de mais barata e de fácil instalação, o PVC a longo prazo se torna
mais caro em decorrência da sua taxa de quebra e da necessidade constante de
mão-de-obra para reparos. Como as adutoras consistem em abastecer a população
e não pode haver impedimentos que acarretem na paralização da mesma, a
tubulação de ferro fundido se mostra mais adequada, pois, mesmo com um alto
índice de vazamento em alguns meses do ano, a ocorrência de quebras é menor.
Sarzedas (2009, p. 104) também analisou o custo de reparo e a vida média
das tubulações. Podendo-se verificar pela Tabela 2 que o PVC apresenta uma vida
média de 46 anos e o ferro fundido 80 anos. A mesma verificou também que o custo
de reparo do PVC é R$ 1.850/unidade e do ferro fundido R$ 2.300/unidade.
Confrontando essas duas informações conclui-se que mesmo a um custo maior e
com vazamentos mais frequentes em algumas épocas do ano, o ferro fundido seria
a melhor opção de escolha frente ao PVC, pois com durabilidade maior e baixa taxa
de quebra, a longo prazo sua aquisição se torna mais barata do que o PVC já que
seu tempo de substituição é quase o dobro.
Tabela 2 - Custos estimados para reparo de quebras e substituição de tubulações.
Fonte: SARZEDAS (2009, p. 100).
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