1. Polietileno de alta densidade: composição e caracterização.

1.1 A matéria prima PEAD

As tubagens FILGÁS são compostas por polietileno de alta densidade. O polietileno de alta densidade (PEAD) é um polímero termoplástico semi-cristalino. O PEAD é composto por macromoléculas, formadas através de um processo de polimerização. Entenda-se polimerização combo sendo uma reacção química durante a qual uma rápida e sucessiva adição de monómeros, que conduz à formação de uma macromolécula, cria longas cadeias de ramificações simples como exemplifica a fig. 2. O monómero utilizado é o etileno, um hidro-carboneto puro que, apesar de combustível, não é facilmente inflamável (ponto de auto-ignição elevado). Em caso de combustão, os produtos não são tóxicos, sendo até recomendado pelos organismos ambientais para instalações onde o risco de incêndio se encontre presente.

Fig. 1 - Monómero de Etileno

Fig. 2 - Macromolécula de PEAD

O Polietileno é um material parcialmente cristalino, designação que provém do facto de existir na sua estrutura cadeias longas e perfeitamente alinhadas cuja densidade é mais elevada (zonas cristalinas) e cadeias altamente desordenadas com densidades parciais mais baixas (zonas amorfas). Estas duas zonas possuem pontos de fusão distintos, cerca de 130°C para as zonas amorfas e temperaturas próximas dos 200°C para as zonas cristalinas, pelo que se torna necessário realizar a extrusão a temperaturas próximas desta última para que a matéria-prima se torne fluída.

Fig.3 - Estrutura do Polietileno

As zonas cristalinas permitem ao polietileno de alta densidade uma maior resistência, para diferentes ciclos térmicos, recuperando a

sua forma e mantendo as suas propriedades ao longo dos anos.

Os termoplásticos de natureza completamente amorfa são mais frágeis, não suportando com a mesma eficácia as variações de temperatura, não apresentando a resistência do polietileno de alta densidade mesmo a temperaturas próximas dos 20°C.

A matéria-prima apresenta as seguintes propriedades médias:

Tabela 1 - Propriedades médias das matérias primas utilizadas

As propriedades atrás mencionadas estão devidamente especificadas nas normas DIN 8075.

2. Gama de Produção.

Para o fabrico dos tubos FILGÁS utilizam-se duas resinas diferentes, classificadas em PE80 e PE 100.

Cada uma delas suporta uma tensão mínima requerida (MRS) diferente, 8.0 e 10.0 Mpa respectivamente, tendo em conta uma durabilidade de 50 anos a uma temperatura de operação de 20°C, ao qual correspondem tensões tangenciais (σ) de 6.3 e 8 Mpa.

Tabela 2 - Relação MRS, tensão tangencial para as resinas PE80 e PE100

A relação entre tensão tangencial (σ) e MRS (minimum required strength) verifica-se pela seguinte fórmula:

* Coeficiente de segurança PE

Considerando as tensões tangenciais atrás mencionadas, o dimensionamento dos tubos baseia-se na seguinte fórmula:

onde,

PN - Pressão nominal (20° C) DN - Diâmetro nominal.

S - Classe ou Série (segundo ISO 4065) SDR - Razão entre DN e espessura nominal da parede do tubo (en)

A espessura mínima para os tubos de distribuição de gás (FILGÁS) é de 3,0 mm.

2.1 FILGÁS

As tubagens FILGÁS são dimensionadas atendendo à norma ISO 4437 e ao projecto de norma europeia prEN 1555, sendo fornecidas na cor amarela ou na cor preta com quatro listas longitudinais amarelas, para as seguintes dimensões:

Tabela 5 - Gama de produção FILGÁS (rolos de 50 e 100m para os diâmetros até 110 - Varas de 6 e

12 metros para os diâmetros de 110 a 400 mm)

Recorrendo à norma ISO 4437 e especificação técnica GDP-034, a marcação deve conter:

Fabricante • Especificação técnica ou norma • Gás/pressão máxima (bar) • Operador • Ordem de fabrico • Designação comercial • Designação da resina • DN/Série de espessura • Data • Marcação métrica.

Exemplo de marcação:

DUOFIL • FILGÁS • ISO 4437• PE 80 • Gás 4 bar • 160/SDR II • 2000-12-12 • OP 71 • PEG 01673/00 • 6 mt

Os tubos FILGÁS são embalados com duplo filme, primeiro com um filme de bolhas e posteriormente com filme negro, sendo as extremidades devidamente tamponadas.

As tubagens FILGÁS foram verificadas pelo Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ) e pelo Instituto Tecnológico do Gás (ITG), às quais foram efectuadas ensaios com resultados positivos.

2.2 Paletização

Para o fornecimento em paletes das tubagens FILGÁS, as quantidades são as seguintes:

Tabela 6 - (Valor idêntico para as varas de 6 e 12 metros)

3. Durabilidade.

A durabilidade dos tubos FILGÁS é sustentada pelas normas vigentes. Tendo em atenção a pressão máxima de serviço estipulada para cada uma das séries de tubos, considerando uma temperatura de 20°C, é esperado um tempo de duração de 50 anos.

Poder-se-á observar o comportamento dos tubos em polietileno de alta densidade para diferentes temperaturas.

Fig. 3 - Curva de regressão PE 80 (Fonte DIN 8074)

Fig. 4 - Curva de regressão PE 100 (Fonte DIN 8074)

4. Propriedades dos tubos FILGÁS.

· Elevada durabilidade, mantendo as suas propriedades ao longo dos anos;

· Atoxidade em caso de incêndio;

· Grande resistência química aos agentes químicos e aos solos agressivos;

· Excelente soldabilidade, uma característica inerente aos termoplásticos;

· Peso reduzido, facilitando o manuseamento e transporte;

· Baixo coeficiente de rugosidade interior. A sua superfície interior praticamente lisa permite a execução de sistemas com perdas de carga reduzidas, quando comparadas com outro tipo de tubagens;

· Boa resistência à abrasão, devido à tenacidade dos materiais;

· Boa flexibilidade. As tubagens em polietileno permitem fazer curvaturas com relativa facilidade, possibilitando a sua instalação em traçados com curvas e permitindo também um bom comportamento a baixas temperaturas.

· Excelente resistência aos raios ultravioletas, quando pigmentados com cor preta (através da adição de negro de fumo);

· Baixa condutividade térmica;

· Baixa condutividade eléctrica;

· Produto mais ecológico do que os metais - quantidades de matéria e de energia muito mais reduzidas para produzir a mesma quantidade de produto acabado. Produto facilmente aproveitado quer para produção de outros produtos quer para combustão (ex.: energia térmica).

6. Campos de aplicação.

6.1 FILGÁS

As tubagens FILGÁS encontram aplicação na construção de redes enterradas de distribuição de gás combustível canalizado, o que se justifica pela sua excelente resistência aos constituintes do gás. Exemplos de Aplicação do tubo FILGÁS:

7. Sistemas FILGÁS.

Os sistemas FILGÁS completam-se com dois conjuntos de acessórios: acessórios de soldadura topo-a-topo e acessórios electrossoIdáveis.

7.1 Acessórios para soldadura topo-a-topo

7.2 Acessórios de Electrossoldadura

8. Instruções de montagem.

8.1 Informações gerais de soldadura

a) O índice de fluidez de cada tubo e/ou acessório é variável consoante a matéria-prima que o constitui, aspecto fundamental quando se vai proceder a uma soldadura. No entanto, pode admitir-se um intervalo compreendido entre 0.2 e 1.3 g/10 min (190°/ 5 Kg).

b) Deverá proteger a zona de soldadura de condições climatéricas desfavoráveis (humidade, vento, radiação UV intensiva, temperaturas inferiores a 5°C), utilizando tenda ou toldo apropriado. As temperaturas admissíveis para efectuar soldaduras estão compreendidas entre 5°C e 40°C.

c) Será importante aqui referir alguns pontos a ter em conta para efectuar as soldaduras:

· pode-se efectuar electrossoldaduras para todos os diâmetros;

· a soldadura topo-a-topo para instalação de gás só é possível a partir do diâmetro de 90 mm, inclusive;

· as ligações flangeadas devem ser reduzidas o mais possível;

· quanto ao sistema por aperto rápido só é possível para instalações destinadas à distribuição de água.

8.2 Electrossoldadura

Na electrossoldadura, tubos e acessórios são soldados através de um aquecimento produzido pelas resistências eléctricas incorporadas no acessório, que, ao aquecerem através da tensão que lhes é induzida, fundem o material de forma homogénea.

8.2.1 Procedimentos gerais de electrosoldadura

1) Cortar o tubo perpendicularmente ao eixo radial, com as respectivas ferramentas de corte. Marcar o comprimento de introdução no acessório;

2) Raspar o tubo na direcção axial utilizando um raspador próprio de forma a eliminar a camada de óxido proveniente de influências atmosféricas, em particular dos raios UV . Se o objecto a soldar é um acessório, deve-se proceder à mesma operação;

3) Limpar os tubos e acessórios. Não soldar tubos ou acessórios que não estejam devidamente limpos e inteiramente secos, sendo aconselhável a utilização de um solvente (acetona, álcool...) e um papel macio;

4) Introduzir os tubos no acessório e verificar se as marcas se situam na extremidade do acessório. O comprimento das marcas introduzidas nos tubos devem corresponder a metade do comprimento do acessório;

5) Apertar ambos os tubos através de um posicionador ou outro dispositivo de posicionamento;

6) Dever-se-á colocar os bornes do acessório virados para cima;

7) Posicionar os cabos da máquina de forma a que o seu peso não provoque a rotação da união electrossoldável;

8) Introduzir os dados da soldadura através da leitura do código de barras existente no acessório ou cartão, através de caneta magnética ou leitura automática do aparelho de electrossoldadura. Existem equipamentos que permitem a introdução manual do código de soldadura;

9) Proceder ao processo de soldadura respeitando as instruções de serviço;

10) Respeitar o tempo mínimo de arrefecimento, possibilitando a solidificação da fusão, aspecto fundamental para garantir a qualidade da soldadura;

11) Sempre que o processo de electrosoldadura seja interrompido (falha de energia eléctrica..), não se poderá reutilizar o mesmo acessório.

8.3 Soldadura topo-a-topo

A soldadura topo-a-topo caracteriza-se por três fases:

1) Preparação da soldadura - Alinhamento das faces a soldar através de ferramenta de fresagem própria e alinhamento das tubagens.

2) Pré-aquecimento - Os extremos de tubos e/ou acessórios a soldar são pressionados (a baixa pressão) contra um disco de aquecimento até à temperatura de soldadura;

3) Junção e arrefecimento - As partes aquecidas são unidas, sobre pressão, após ter sido retirado o elemento de aquecimento, até que termine o tempo necessário ao arrefecimento de ambas as partes.

8.3.1 Parâmetros de soldadura

Para proceder à soldadura é necessário estipular os parâmetros necessários para que esta se efectue correctamente. A tabela seguinte exemplifica o tempo e pressão necessários para diferentes espessuras.

Tabela 8 - Valores de referência para soldadura topo a topo de tubos e acessórios de PE 80 a

temperatura exterior de 20º C e baixo nível de velocidade do ar

8.3.2. Procedimentos para soldadura topo-a-topo

1) Preparação do local de soldadura - em caso de necessidade trabalhar sob tenda ou toldo apropriado;

2) Ler o manual da máquina e verificar o correcto funcionamento de todos os seus componentes;

3) Colocar os tubos e/ou acessórios com as respectivas áreas a soldar em planos paralelos uma com a outra, assegurando a possibilidade de movimentos longitudinais;

4) Alinhamento das faces a soldar (fase 1), limpar rebarbas ou outros vestígios resultantes do processo de rectificação;

5) Efectuar a limpeza dos topos interior e exteriormente, utilizando um agente de limpeza;

6) Verificar se os tubos e/ou acessórios estão devidamente colocados na máquina de soldar, encostando-os;

7) Selar a parte oposta do tubo de forma a evitar um arrefecimento rápido da sua temperatura interior, no caso de se detectar a existência de correntes de ar;

8) Determinar a pressão de arrasto, que depende do comprimento e do peso do tubo a arrastar (pressão que deverá ser adicionada à pressão de soldadura);

9) Verificar a temperatura do disco de aquecimento (é aconselhável que seja limpo antes de cada soldadura);

10) Inserir o disco de aquecimento, encostar ambos os topos impondo a pressão e tempo determinados, de forma a criar uma gola. Deve-se então reduzir a pressão de ajustamento e aguardar que se cumpra o tempo de pré-aquecimento (fase 2);

11) Remover o elemento de aquecimento e unir os topos, aumentando gradualmente a pressão de ajustamento durante o tempo de junção até atingir o valor requerido. Manter a pressão de ajustamento durante o tempo necessário para o arrefecimento;

12) Acabada a soldadura, dever-se-á observar uma gola em torno de toda a circunferência com as seguintes características:

· Tamanho idêntico das duas partes que compõem a gola;

· Superfície da gola suave.

8.4. Sistema de tubagem enterrada

8.4.1. FILGÁS

Para as tubagens destinadas à distribuição de gás, recorreu-se ao Regulamento Técnico relativo ao Projecto, Construção e Manutenção de Redes de Distribuição de Gases Combustíveis (Port. 386/94).

· O recobrimento da tubagem deve ser, no mínimo, de 60 cm, podendo instalar-se a uma profundidade menor, desde que não colida com outras tubagens e fique adequadamente protegida contra cargas excessivas, recorrendo a uma manga de protecção, de modo a garantir as condições de segurança equivalentes às de um enterramento normal.

· O fundo das valas deve ser regularizado, eliminando qualquer saliência. A tubagem deve ser assente sobre uma camada de areia doce ou material equivalente, com uma espessura mínima de 10 cm, sendo mais tarde completamente envolvida com o referido material, mantendo-se a espessura mínima indicada em todas as direcções. O enchimento da vala acima desta camada pode ser efectuado com materiais disponíveis do desaterro, sempre que estes não constituam um eventual perigo para a tubagem ou para o seu revestimento.

· Os tubos em polietileno apenas poderão ser instalados no exterior dos edifícios em troços enterrados.

· Na ligação das redes de distribuição aos edifícios, os tubos só poderão emergir do solo 60 cm, estando protegidos por uma manga ou bainha metálica que seja cravada 20 cm abaixo do nível do solo e convenientemente fixa.

· As tubagens de gás devem ficar, no mínimo, a uma distância de 20 cm de outras tubagens, quer em percursos paralelos quer em cruzamentos, sendo excepção as redes de esgotos que devem distar pelo menos 50 cm. Poder-se-á considerar distâncias inferiores recorrendo a uma manga electricamente isolante, fibrocimento, betão ou outros materiais não combustíveis, cujas extremidades distem, pelo menos, 20 cm para cabos eléctricos, telefónicos e similares. No caso das redes de esgoto, a distância entre as extremidades deverá ser de 50 cm.

· Nos cruzamentos ou traçados paralelos com tubos a temperaturas elevadas deve-se ter em atenção a distância e o isolamento necessário para que a temperatura da tubagem de gás nunca ultrapasse os 20°C.

· As mudanças de direcção devem ser executadas por dobragem a frio dos tubos, com raios de curvatura mínimos iguais a 30 vezes o diâmetro dos tubos ou através da utilização de acessórios.

8.5 - Ensaios de pressão

Todas as tubagens, antes de entrarem em serviço, devem ser submetidas, em todo o seu comprimento, de uma só vez ou por troços, aos ensaios estabelecidos:

· O ensaio dos troços de tubagem a colocar dentro de mangas deve ser feito separadamente com o tubo fora destas, antes da montagem no local, não dispensando o ensaio final do conjunto da rede;

· Os fluídos de ensaio admissíveis para tubagens destinadas à distribuição de gás são o ar, o azoto ou o gás distribuído na rede, tomando as medidas de segurança necessárias;

· A pressão de ensaio deve ser, no mínimo, 1,5 vezes a pressão de serviço da tubagem, mas nunca inferior a 1 bar.

· Para a execução dos ensaios deve-se proceder à medição contínua das pressões e temperaturas, com o auxílio de aparelhos registadores e de um indicador de pressão calibrado, acompanhado de certificado de calibração;

· Os valores das pressões devem ser corrigidos tendo em conta as variações das temperaturas do fluído utilizado no ensaio, da parede do tubo, do terreno ou do ambiente e comportamento elástico do material;

· Podem-se ensaiar troços inferiores a 500 m, com o gás distribuído, à pressão de serviço, desde que se faça a verificação da estanquidade de todas as juntas desse troço com o auxílio de um produto espumífero, sendo dispensável a correcção da pressão, em função da temperatura;

· O resultado será satisfatório se, após a estabilização das condições de ensaio, a pressão se mantiver constante nas seis horas seguintes, com eventual correcção face às variações da temperatura.