Estudo sobre a utilização de Soldagem Capilar em Sistemas...

Relatório Final

Outubro 2012

Estudo sobre a utilização de Soldagem

Capilar em Sistemas de Tubos de Cobre

para pressões superiores a 7,5 kPa

Relatório Final – Soldagem capilar em sistemas de tubos de cobre Outubro 2012 – 2

Este trabalho foi realizado no contexto do Programa Anual de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico e de Conservação e Racionalização do Uso do Gás Natural, instituído pela Agência Reguladora de Saneamento e Energia do Estado

de São Paulo – ARSESP. O desenvolvimento dos trabalhos foi patrocinado pela Companhia de Gás de São

Paulo - COMGAS

Realizado pela Associação Brasileira pela Conformidade e Eficiência das Instalações – Abrinstal


Relatório Final

Outubro 2012

Equipe Técnica Responsável Alberto José Fossa, D.Sc. Bruno S. Burghetti, M.Sc. Murilo Tadeu Werneck Fagá, D.Sc.

Estudo sobre a utilização de Soldagem

Capilar em Sistemas de Tubos de Cobre

para pressões superiores a 7,5 kPa


SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 7

2 ANÁLISE E DETALHAMENTO DOS PROCESSOS DE SOLDAGEM .......................................... 9

2.1 TIPOS DE SOLDA ................................................................................................................ 10

2.2 SOLDA BRANDA ................................................................................................................ 11

2.3 SOLDA FORTE ................................................................................................................... 12

3 ELEMENTOS DE DESEMPENHO NA DISTRIBUIÇÃO DE GASES COMBUSTÍVEIS EM INSTALAÇÕES

PREDIAIS ........................................................................................................................... 15

3.1 REQUISITOS FUNCIONAIS DE REDES DE GASES COMBUSTÍVEIS ........................................................... 17

3.2 DESEMPENHO DO SISTEMA PREDIAL DE SUPRIMENTO DE GASES COMBUSTÍVEIS ..................................... 19

3.2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS USUÁRIOS ........................................................................................ 20

3.2.2 EXIGÊNCIAS E NECESSIDADES DOS USUÁRIOS ........................................................................... 21

3.2.3 CONDIÇÕES DE EXPOSIÇÃO DO SISTEMA ................................................................................ 24

3.2.4 REQUISITOS DE DESEMPENHO DOS SISTEMAS PREDIAIS PARA CONDUÇÃO DE GASES COMBUSTÍVEIS .......... 26

3.2.5 ELEMENTOS DE DESEMPENHO PARA SISTEMAS DE TUBOS DE COBRE EM INSTALAÇÕES INTERNAS DE GASES

COMBUSTÍVEIS............................................................................................................................ 28

4 CRITÉRIOS DE DESEMPENHO E MÉTODOS DE AVALIAÇÃO ............................................. 30

4.1 ENSAIOS MECÂNICOS E NÃO DESTRUTIVOS EM SISTEMAS DE TUBOS DE COBRE ...................................... 30

4.1.1 ENSAIOS MECÂNICOS ...................................................................................................... 31

4.1.2 ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS .............................................................................................. 34

4.2 ANÁLISE PRELIMINAR SOBRE ENSAIOS A SEREM REALIZADOS EM SISTEMAS DE TUBOS DE COBRE .................. 34

5 IDENTIFICAÇÃO DE ELEMENTOS DE DESEMPENHO VÁLIDOS .......................................... 37

5.1 NORMALIZAÇÃO DE REFERÊNCIA PESQUISADA ............................................................................ 38

5.2 INVESTIGAÇÕES E ENSAIOS PRÉ-SELECIONADOS ........................................................................... 41


5.3 ALTERNATIVAS E CRITÉRIOS DE PRIORIZAÇÃO DE ENSAIOS ............................................................... 43

5.4 FILTROS APLICADOS PARA DEFINIÇÃO DE AMOSTRAS ..................................................................... 44

6 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS .................................................................................... 46

6.1 LABORATÓRIOS ................................................................................................................ 46

6.2 AMOSTRAS ..................................................................................................................... 48

6.3 CONSIDERAÇÃO SOBRE ENSAIOS NÃO NECESSÁRIOS ...................................................................... 51

7 REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ......................................................................................... 53

7.1 PADRONIZAÇÃO DE AMOSTRAS E REGISTROS .............................................................................. 53

7.2 RESUMO DE CONDIÇÕES DE ENSAIOS ....................................................................................... 54

7.3 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS NO LABORATÓRIO FALCÃO BAUER ..................................................... 55

7.4 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS NO LABORATÓRIO IPT .................................................................... 59

7.5 REALIZAÇÃO DE ENSAIOS NO LABORATÓRIO FALCÃO BAUER ............................................................ 62

7.6 REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS NO LABORATÓRIO DO IPT .................................................................... 63

7.7 RESULTADOS E REGISTROS .................................................................................................... 64

7.7.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO ESMAGAMENTO E PRESSÃO HIDROSTÁTICA ........................................... 65

7.7.2 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À FLEXÃO E PRESSÃO HIDROSTÁTICA ....................................................... 67

7.7.3 ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO IMPACTO E PRESSÃO HIDROSTÁTICA ................................................... 69

7.7.4 ENSAIO DE TRAÇÃO E PRESSÃO HIDROSTÁTICA ......................................................................... 71

7.7.5 ENSAIO DE TRAÇÃO À RUPTURA .......................................................................................... 73

7.7.6 RESISTÊNCIA À PRESSÃO HIDROSTÁTICA DE CURTA DURAÇÃO ....................................................... 74

7.7.7 ENSAIO DE CICLO TÉRMICO ............................................................................................... 77

7.7.8 ENSAIO DE ENVELHECIMENTO ACELERADO POR NÉVOA SALINA ..................................................... 79

7.7.9 RESISTÊNCIA AO FOGO .................................................................................................... 81

8 ANÁLISE DOS RESULTADOS ......................................................................................... 86

8.1 PADRÕES DE PRESSÃO DE SERVIÇO PARA TUBOS DE COBRE .............................................................. 86

8.2 ANÁLISE DE RESISTÊNCIA À PRESSÃO HIDROSTÁTICA ...................................................................... 87

8.3 ANÁLISE DE RESISTÊNCIA AO FOGO .......................................................................................... 92


8.4 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES .......................................................................................... 93

ANEXO A – DETALHAMENTO DE MÉTODOS DE ENSAIOS ....................................................... 95

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 104


1 Introdução

O crescimento do consumo de gás natural traz consigo a preocupação crescente com a

segurança das instalações de distribuição de gases combustíveis, que têm respaldado o

estabelecimento dos requisitos das Normas Técnicas aplicáveis na construção dessas

instalações, como é o caso da NBR 15526 Redes de distribuição interna para gases combustíveis

em instalações residenciais e comerciais – Projeto e execução.

Ocorre que o desenvolvimento das Normas Técnicas é normalmente baseado em textos

internacionais, de forma a agregar experiências de mercados consolidados, mas que não

necessariamente estão claramente vinculadas à realidade nacional, apresentando por vezes

requisitos mais ou menos rigorosos do que aqueles que deveriam ser estabelecidos para o uso

pretendido, considerando a nossa realidade específica.

As tubulações de cobre, largamente utilizadas nas instalações prediais internas de gás natural,

são normalmente conectadas através dos processos de soldagem ou brasagem capilar.

Conforme estabelecido atualmente pela NBR 15526:2009 (item 7.3.2.2 alínea b), o processo de

soldagem aplica-se em acoplamentos com pressão máxima de 7,5 kPa. No caso de pressões

superiores a 7,5 kPa, o processo de brasagem deve ser utilizado. Os dois processos diferem-se

basicamente em função da temperatura de fusão do metal de enchimento. No caso da

soldagem, a temperatura é superior a 200oC. Para a brasagem, a temperatura fica acima de

450oC.


Aparentemente, tanto um processo quanto outro oferece resistência adequada aos requisitos

de suportabilidade de pressão, até o limite estabelecido para a rede de distribuição interna, que

é de 150 kPa; o que sugere que a limitação imposta para a soldagem capilar possa ser rigorosa.

A necessidade da constante busca dos melhores produtos e processos leva a sociedade sempre

a questionar os requisitos incorporados nas práticas estabelecidas, e a engenharia busca sempre

a melhor relação entre o custo e a qualidade das soluções adotadas, até que seja alcançado um

ponto “ótimo” que satisfaça aos interesses desta sociedade, sem colocar em risco a segurança

de patrimônio e pessoas.

O objetivo do projeto foi de desenvolver um estudo sobre a realização de acoplamento em

sistemas de tubulação de cobre classes A e E através dos processos de soldagem e brasagem

capilar, particularmente com relação aos seus requisitos de desempenho e segurança.


2 Análise e detalhamento dos processos de soldagem

Soldagem é o processo de união de materiais (particularmente os metais) mais importante do

ponto de vista industrial, sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças,

equipamentos e estruturas. A sua aplicação atinge desde pequenos componentes eletrônicos

até grandes estruturas e equipamentos (pontes, navios, vasos de pressão, etc.). Em função da

importância atribuída à tecnologia de soldagem, este trabalho aborda informações tecnológicas

sobre tal processo, incluindo tipos de soldagem, equipamentos utilizados, informações de

mercado e normas de referência.

O processo de soldagem visa uma união localizada de materiais, similares ou não, de forma

permanente, baseada na ação de forças em escala atômica semelhantes às existentes no

interior do material. Classicamente, a soldagem é considerada como um método de união.

Porém, muitos processos de soldagem, ou variações destes, são usados para a deposição de

material sobre uma superfície, visando a recuperação de peças desgastadas ou para a formação

de um revestimento com características especiais.

Atualmente são empregados mais de 70 processos diferentes de soldagem nos mais diversos

tipos de indústria, desde a microeletrônica e ourivesaria até a construção de navios e grandes

estruturas, passando pela fabricação de máquinas e equipamentos, veículos e aviões e muitas

outras.


2.1 Tipos de solda

Uma variedade de soldas está disponível para produzir junções satisfatórias. A escolha da solda

depende do tipo de aplicação e de normas ou regulamentações específicas existentes. No caso

particular de soldagem de tubos e conexões, deve-se assegurar que existe assentamento do

tubo na bolsa da conexão, garantindo assim um espaço capilar uniforme em torno da junção. A

uniformidade do espaço capilar permitirá ao metal a boa penetração da solda nos materiais que

serão unidos.

Os metais de enchimento para realização da solda são encontrados geralmente em forma de

arames e são incorporados na união quando se alcança a temperatura adequada para solda.

Também são encontradas formas metálicas pré-fabricadas do tipo anéis, que são colocadas nas

partes da conexão durante o processo de fabricação da conexão. As vantagens de se utilizar os

anéis de solda pré-fabricados são os seguintes: (i) se obtém uma união limpa com um filete de

solda contínuo com plena penetração em toda a superfície da união, e (ii) se economiza

material de preenchimento, uma vez que o pré-fabricado é calculado contendo a quantidade

correta de solda necessária para realizar a união.

A realização da soldagem é feita através da aplicação de uma chama na posição perpendicular

ao alinhamento do conjunto (tubo + conexão) sobre a conexão, de forma a conduzir o calor para

a área que será soldada. A extensão deste pré-aquecimento depende do tamanho da junção. O

tempo de aquecimento é determinado pela facilidade da aplicação do material de enchimento.

A deposição do material de enchimento no espaço capilar existente entre tubo e conexão é

responsável pela garantia de união entre as partes metálicas.


2.2 Solda branda

Na solda branda os metais (tubos e conexões) são unidos utilizando-se um material de

enchimento cujo ponto de fusão é menor que o dos metais que estão sendo unidos. Neste

método, as uniões dos tubos de cobre são realizadas por conexões capilares, onde o metal

fundido preenche o espaço que existe entre as peças que vão ser unidas. Como a solda branda

requer uma temperatura menor que do ponto de fusão das peças, existe pouco risco de

produzirmos danos na estrutura das peças.

Ao se aquecer as conexões que serão soldadas e alcançar a temperatura adequada, o metal de

enchimento se funde e se combina com o metal da superfície das peças formando uma camada

que serve de união entre os componentes das peças e o material da solda.

Esta união se chama normalmente “estanhado” porque geralmente se utiliza o estanho como

agente aderente para unir a solda com o metal das peças. Para usos comuns de instalações de

gás se usa solda de estanho (ver Tabela 1). A solda fundida penetra nos espaços entre as peças

por capilaridade.

Tabela 1 – Tipos de solda branda e suas aplicações (conforme ABNT NBR 11720)

Designação Intervalo de fusão sólidos líquidos

Massa específica

(g/cm3)

Aplicações típicas

oC

oC

Sn/Pb 50/50 183 215 8,87 Utilizadas em instalações de gases combustíveis e de água

Sn/Ag 95/5 221 245 7,39 Utilizadas em instalações de água e de gases combustíveis onde necessária maior resistência mecânica

Sn/Cu 97/3 230 250 7,32 Utilizadas em instalações de água e de gases combustíveis

Sn/Sb 95/5 233 240 7,25 Utilizadas em instalações de água e de gases combustíveis


Embora a estrutura das soldas brandas seja relativamente frágil, podendo romper-se quando

submetidas à determinados esforços; é no desenho das peças e na composição da união entre

elas, bem como na profundidade e área coberta pela solda, que se constrói uma solda com

características suficientemente resistentes para suportar os esforços aplicados sobre a união na

utilização normal dos conjuntos tubo e conexão.

As conexões são projetadas para permitir uma união com profundidade e superfície adequadas

que garantam bons resultados de resistência mecânica. Em geral, em processos de solda capilar,

utiliza-se um metal de enchimento como o 50-50 Sn/Pb (composto de estanho e chumbo), que

pode ser substituído por metais sem presença de chumbo, quando existirem restrições de meio

ambiente que regulamentam a presença do chumbo na água.

As soldas brandas livres de chumbo disponíveis atualmente contêm uma alta porcentagem de

estanho, agregado a um segundo metal que se adiciona para melhorar as propriedades de

resistência mecânica. Para aplicações que requeiram maior resistência e que devam resistir a

altas temperaturas de trabalho (até 167oC) são utilizadas soldas capilares de bronze. Em

instalações de refrigeração também se prefere este tipo de solda.

2.3 Solda forte

Para a realização da solda forte utiliza-se um metal de enchimento que tenha um ponto de

fusão acima de 450oC, porém abaixo do ponto de fusão dos metais que serão unidos. O metal

de enchimento, como no caso da solda branda, entra por capilaridade no espaço entre as duas


peças que estão sendo soldadas. A solda forte é apropriada para uma grande variedade de

instalações.

Ela é utilizada naqueles casos em que seja necessária uma grande resistência mecânica na

conexão, como no caso de operação em altas pressões, altas temperaturas e instalações para

trabalho pesado. A Tabela 2 apresenta exemplos desse tipo de solda.

Tabela 2 – Tipos de solda forte e suas aplicações (conforme ABNT NBR 11720)

Designação Intervalo de fusão sólidos líquidos

Massa específica

(g/cm3)

Aplicações típicas

oC

oC

Ag/Cu/Zn/Sn 38/32/28/2

649 721 9,00 Utilizadas em instalações de água, gases combustívies, gases medicinais e

refrigerantes.

Ag/Cu/Zn/Sn 30/36/32/2

665 755 8,80 Utilizadas em instalações de água, gases combustívies, gases medicinais e

refrigerantes.

Cu/P 93/7 710 820 8,10 Utilizadas em instalações de água, gases combustívies, gases refrigerantes.

Cu/P/Ag 92/6/2

645 825 8,10 Utilizadas em instalações de água, gases combustíveis, gases refrigerantes que necessitem melhor desempenho em

componentes sujeitos à vibração.

Deve-se considerar que a solda forte de tubos de cobre produz locais recozidos que devem ser

levados em consideração nos cálculos de resistência de pressão das instalações. Para que uma

união realizada por solda forte seja considerada satisfatória, devem ser observadas algumas

condições:

as superfícies que vão ser unidas devem estar quimicamente limpa, livres de sujeira,

graxa e óxidos;


é importante que o espaço entre as peças seja adequado para a efetividade do processo

de capilaridade;

o metal de preenchimento deve fluir de forma uniforme por capilaridade, e para que isto

seja feito, deve-se aplicar o calor cuidadosamente e de forma uniforme em toda a

superfície da união.

Quando se unem tubos e conexões de cobre, deve-se utilizar metais de enchimento de cobre-

prata-fósforo ou de cobre-fósforo. Estas soldas possuem pontos de fusão entre 600ºC e 800ºC e

geralmente contêm uma porção de prata. No geral, as soldas que têm menor quantidade de

prata possuem uma faixa de temperaturas de fusão maior e são mais viscosas que aquelas que

contêm maior quantidade de prata. Servem para soldar tubos de grandes diâmetros, porém não

são apropriadas para conexões onde não existam seções adequadas para o uso da capilaridade.

As soldas metálicas de alta quantidade de prata, que possuem grande fluidez em estado líquido,

podem penetrar por capilaridade de forma mais fácil.


3 Elementos de desempenho na distribuição de gases

combustíveis em instalações prediais

Em instalações hidráulicas de cobre para gás natural e GLP, é de suma importância que se dê

atenção à qualidade e integridade da solda, e neste sentido, o tipo de processo escolhido deve

conferir aos tubos e conexões a máxima estanqueidade e resistências mecânicas e químicas, tal

como aquelas que a tubulação e o material de soldagem devem possuir em sua vida útil (EPUSP,

2011).

É fácil concluir que o tubo de cobre deve resistir, primeiramente, às pressões internas que o

fluído a ser transportado irá exercer em suas paredes, sendo esta a condição mínima para a

estabilidade do material. Adicionalmente se devem considerar alguns limites de agressões

externas, associados à vida útil do material numa dada instalação.

Para garantir os requisitos mínimos de segurança e desempenho das instalações de cobre para

aplicações de gases combustíveis, o tipo de soldagem e os consumíveis (solda) no processo

devem atender a determinados parâmetros, os quais variam regionalmente em função das

normas técnicas adotadas por cada país. No sentido de definir esses elementos de desempenho,

em decorrência das ações que possam causar danos à área soldada de tubos e conexões

durante a sua vida útil, podem ser identificados ou levantados os elementos mais significativos

em termos da resistência do material.


Esse levantamento baseou-se na análise crítica dos esforços e ataques físico-químicos que estão

sujeitos os tubos e conexões de cobre desde o processo de instalação até a utilização, em si,

levando-se em conta, ainda, o transporte, armazenamento, estoque das peças e sua aplicação

final. Em princípio, os tubos e conexões de cobre devem ter resistência às pressões internas em

suas paredes exercidas pelo fluido transportado. Nas instalações, os tubos precisam resistir

também a pequenos impactos e colisões, como aquelas do contato mais abrupto com os

materiais e elementos da alvenaria, mesmo em áreas com tubulações aparentes protegidas. A

NBR 15526 estabelece a necessidade de instalação de proteções contra choques mecânicos

nesses locais.

Para tubos e conexões de cobre embutidas em paredes de alvenaria é preciso levar em

consideração a resistência da capa de reboco/revestimento, uma vez que esta torna menor os

efeitos dos impactos sobre a tubulação em caso de acidentes. Ainda, considerando-se as

tubulações sob o solo, faz-se necessário analisar a resistência de compressão diametral exercida

neste tipo de situação. Também segundo a norma NBR 15526, os tubos de cobre “não podem

ser considerados como elemento estrutural” da edificação, o que nos conduz a uma análise

independente dos esforços gerados pela dilatação e pela contração da edificação.

Adicionalmente, deve se considerar as resistências à tração e compressão exercidas pela própria

tubulação, bem como o próprio peso do material, devido ao fato de que os tubos podem estar

presos a abraçadeiras, as quais exercem uma força de resistência aos esforços na tração ou

compressão.

Para o armazenamento e transporte é necessário que os tubos resistam aos esforços de

eventuais materiais depositados sobre eles, e também a alguns pequenos choques causados no

sistema, como por exemplo, a queda do próprio material durante o transporte.


A partir desta visão preliminar, podem ser estabelecidos alguns dos elementos de desempenho

desejável em soldagem de tubos e conexões de cobre para distribuição interna de gás natural e

GLP, de maneira a atender aos requisitos específicos de resistência mecânica para seu perfeito

funcionamento nas instalações residenciais.

É importante mencionar que na fabricação de produtos de cobre, a NBR 15757, determina que

as conexões sejam ensaiadas pneumaticamente, com pressão interna mínima de 0,5 MPa, não

podendo apresentar vazamentos ao serem imersas por completo em tanque com água, o que

vale para a verificação do limiar de resistência à pressão hidrostática à temperatura ambiente.

Esse parâmetro de teste de fabricação demonstra que a conexão em si, resiste a níveis de

pressão bem superiores aos praticados nas instalações internas de gases combustíveis que,

conforme a NBR 15526, é de no máximo 150 kPa.

Do ponto de vista das premissas acima estabelecidas, podem ser identificados alguns requisitos

específicos de resistência mecânica a que os tubos e conexões de cobre devem atender para um

perfeito funcionamento dentro das instalações de gases combustíveis. A seguir são detalhados

aspectos de tais requisitos.

3.1 Requisitos funcionais de redes de gases combustíveis

Um sistema predial de suprimento de gases combustíveis, como os demais sistemas prediais,

deve atender características de flexibilidade, confiabilidade e gerenciabilidade, o que, segundo

Gonçalves (1998), podem ser definidos como:


Flexibilidade: capacidade de adaptação às evoluções funcionais e tecnológicas que ocorrem

durante toda a vida útil do edifício;

Confiabilidade: capacidade de permanecer em operação adequadamente, que é função das

ações a que o sistema está sujeito. O aumento de confiabilidade advém do correto

gerenciamento dos sistemas prediais envolvendo rotinas de testes, medições, manutenção

adequada e existência de planos de contingência, bem como da qualidade dos

equipamentos e materiais utilizados;

Gerenciabilidade: capacidade organizacional de gerir informações que permitam atuar

efetivamente sobre o sistema.

Desenvolvendo tais conceitos para a rede de gás, podem-se estabelecer algumas das suas

principais características, conforme apresentado na Tabela 3.

Tabela 3 – Características funcionais do sistema predial de suprimento de gases combustíveis

Elemento funcional Aspecto desejável

Flexibilidade

. previsão para expansão de aparelhos a gás (dimensionamento)

. previsão para novos usos (pontos de uso)

. disponibilidade de espaço adequado para instalação e manutenção

da rede

Confiabilidade

. segurança no uso do energético

. adequação de uso

. alternativa de comutação entre gases (back up)

. alternativa de comutação com sistemas solares / elétricos

Gerenciabilidade

. monitoramento do consumo

. gestão e controle sobre sistemas de aquecimento (ar / água /

ambiente)

. sistemas de segurança


O conhecimento de tais características, ou aspectos desejáveis, em função dos elementos

funcionais do sistema, possibilita uma reflexão inicial a respeito dos requisitos aplicáveis a este

tipo de sistema predial.

3.2 Desempenho do sistema predial de suprimento de gases

combustíveis

O conceito utilizado para desempenho dos sistemas prediais relaciona-se diretamente a

possibilidade de compatibilização às exigências do usuário, independentemente dos materiais e

componentes a serem usados. Para a determinação dos requisitos de desempenho necessários,

Gonçalves (2007) propõe uma metodologia básica a ser adotada que pode ser resumida nos

seguintes pontos:

Identificação dos usuários do sistema;

Levantamento das exigências e necessidades dos usuários;

Definição das condições de exposição do sistema;

Estabelecimento dos requisitos de desempenho (qualitativos).

Do ponto de vista da construção de requisitos objetivos, aplicáveis à definição construtiva dos

sistemas prediais de forma a poder ser claramente estabelecidos, reconhecidos e mensurados;

propõe-se a realização de duas etapas complementares àquelas anteriormente citadas:

Estabelecimento de critérios de desempenho (quantitativos);

Definição dos métodos de avaliação (ensaios, medidas, cálculos).


O estabelecimento de critérios e métodos de avaliação é normalmente bastante complexo, e

este trabalho não pretende abordar todos os aspectos vinculados diretamente à rede de

distribuição interna de gases combustíveis, recomendando-se reflexão adicional em trabalhos

futuros. No entanto, deve servir de orientação para a sua finalidade principal com relação aos

aspectos de soldagem em tubos de cobre.

O desenvolvimento da sequência de passos que possibilita a construção dos principais requisitos

de desempenho aplicáveis no caso dos sistemas prediais para suprimento de gases combustíveis

é apresentada a seguir.

3.2.1 Caracterização dos usuários

O conceito de usuário considera elementos humanos ou não, buscando uma abrangência maior

de inter-relação com o sistema predial de suprimento de gases combustíveis, possibilitando

também a abordagem de interfaces com outros subsistemas. Os usuários do sistema predial de

suprimento de gases combustíveis, considerados neste trabalho, são apresentados na Tabela 4.


Tabela 4 – Relação de usuários do sistema predial de suprimento de gases combustíveis

Tipos de usuários Descrição

Ocupantes do edifício . moradores

. visitantes

. clientes

. funcionários (limpeza / manutenção)

Não ocupantes do edifício . construtores

. proprietários

. financiadores

. vizinhos

. distribuidora de gás

. agentes de fiscalização (CB / CONTRU)

Usuários “não humanos” . equipamentos a gás

. estrutura (fundações / superestrutura)

. divisão de espaços externos e internos

. suprimento de energia elétrica

. controle térmico e ventilação

. telecomunicações

. segurança e proteção

3.2.2 Exigências e necessidades dos usuários

A ISO-DP 6241 e a Lista de Exigências Humanas do CIB Report 32 apresentam-se como

referências para identificação das exigências e necessidades dos usuários, conforme

apresentado na Tabela 5.


Tabela 5 – Padrão de exigências e necessidades dos usuários

Tipo de exigência Descrição

Segurança estrutural . estabilidade

. resistência mecânica

Segurança ao fogo . limitações do risco de início e propagação de incêndio

. segurança dos usuários

Segurança à utilização . segurança dos usuários

. segurança a intrusões

Estanqueidade . gases, líquidos e sólidos

Conforto higrotérmico . temperatura e umidade do ar e paredes

Atmosféricas . pureza do ar

. limitação de odores

Conforto visual

. aclaramento

. aspecto dos espaços e das paredes

. vista para o exterior

Conforto acústico . isolação acústica

. níveis de ruído

Conforto tátil

. eletricidade estática

. rugosidade

. umidade

. temperatura da superfície

Conforto antropodinâmico

. acelerações

. vibrações

. esforços de manobras

Higiene

. cuidados corporais

. abastecimento de água

. eliminação de matérias usadas

Adaptação à utilização . número, dimensões, geometria e relação de espaços e

equipamentos necessários

Durabilidade

. conservação do desempenho ao longo do tempo

Economia

. custo inicial e custos de manutenção e reposição

durante o uso


Da análise da Tabela 5 e da relação de usuários específicos do sistema predial de suprimento de

gases combustíveis, foi possível identificar uma relação das principais exigências aplicáveis a

este particular tipo de sistema, conforme apresentado na Tabela 6.

Tabela 6 – Exigências e necessidades dos usuários do sistema predial de suprimento de gases

combustíveis

Tipo de exigência Descrição Tipo de usuário envolvido

Segurança estrutural . resistência mecânica . ocupante

. não humanos

Segurança ao fogo

. limitações do risco de início e

propagação de incêndio

. segurança dos usuários

. ocupante

. não ocupante

. não humanos

Segurança à utilização . segurança dos usuários

. ocupante

. não ocupante

. não humanos

Estanqueidade

. gases

. ocupante

. não ocupante

. não humanos

Atmosféricas . pureza do ar

. ocupante

. não ocupante

. não humanos

Conforto acústico

. níveis de ruído . ocupante

Conforto antropodinâmico . vibrações

. esforços de manobras . não humanos

Higiene

. eliminação de matérias usadas . não humanos

Adaptação à utilização

. número, dimensões, geometria e

relação de espaços e equipamentos

necessários

. ocupante

. não humanos

Durabilidade . conservação do desempenho ao

longo do tempo

. ocupante

. não ocupante

Economia

. custo inicial e custos de

manutenção e reposição durante o

uso

. ocupante


3.2.3 Condições de exposição do sistema

A identificação das condições de exposição a que estão submetidos habitação, bem como seus

elementos e componentes, pode ser analisada através da ISO-DP 6241, que apresenta uma

identificação qualitativa desses agentes. A Tabela 7 reproduz a relação de tais agentes.

Tabela 7 – Agentes atuantes na edificação e seus sistemas

Natureza / Origem Exterior à edificação Interior à edificação

Atmosfera Solo Ocupação Concepção

1 agentes mecânicos

1.1 gravidade

1.2 forças e

deformações

1.3 energia cinética

1.4 vibrações e ruídos

Cargas de neve, de água,

de chuva

Pressão de gelo,

dilatação térmica

Vento, granizo, choques

exteriores

Ruídos exteriores

Pressão do solo, de água

Escorregamentos,

recalque

-

Vibrações exteriores

Sobrecarga de utilização

Esforços de manobras

Choques interiores, abrasão

Ruídos interiores, vibrações

interiores

Cargas permanentes

Retrações, fluência,

forças e deformações

Impactos de corpo mole

Ruídos e vibrações da

edificação

2 agentes

eletromagnéticos

2.1 radiação

2.2 eletricidade

2.3 magnetismo

Radiação solar

Raios

-

-

Correntes parasitárias

-

Lâmpada, radiação nuc

-

Campos magnéticos

Painel radiante

Correntes distribuição

Campos magnéticos

3 agentes térmicos

Reaquecimento,

congelamento, choques

térmicos

Reaquecimento,

congelamento Calor emitido, cigarro Aquecimento, fogo

4 agentes químicos

4.1 água e solventes

4.2 oxidantes

4.3 redutoras

4.4 ácidos

Umidade do ar,

condensação,

precipitação

Oxigênio, ozônio, óxidos

de nitrogênio

-

Ácido carbônico,

excrementos de

Água de superfície

Água subterrânea

-

Sulfetos

Ácido

carbônico

Ácidos húmicos

Ações de lavagem com

água, condensações,

detergentes, álcool,

hipoclorito de sódio (água

de lavanderia) água

oxigenada, agentes

combustíveis, amônia

Vinagre, ácido cítrico

Ácido carbônico

Água de distribuição

Águas servidas,

infiltrações

Potenciais

eletroquímicos positivos

Agentes combustíveis

Potenciais

eletroquímicos negativos

Ácido sulfúrico

Ácido carbônico


Natureza / Origem Exterior à edificação Interior à edificação

Atmosfera Solo Ocupação Concepção

4.5 bases

4.6 Sais

4.7 matérias inertes

pássaros, ácido sulfúrico

-

Névoa salina

Poeira

Cales

Calcários, sílica

Soda cáustica, hidróxido de

potássio, hidróxido de

amônia

Cloreto de sódio

Gorduras, óleos, tintas,

poeira

Soda cáustica, cimentos

Cloreto de cálcio,

sulfatos

Gesso

Gorduras, óleos, poeria,

sujeira

5 agentes biológicos

5.1 vegetais

5.2 animais

Bactérias, grãos

Insetos, pássaros

Bactérias, bolor,

cogumelos, raízes

Roedores, vermes

Bactérias, plantas

domésticas

Animais domésticos

Com base nas características do sistema predial de suprimento de gases combustíveis

apresentados e considerando a relação de agentes de atuação na edificação disposto na Tabela

7; é possível exercitar a identificação dos aspectos mais relevantes aplicáveis a tal sistema,

conforme mostrado na Tabela 8.

Tabela 8 – Agentes atuantes no sistema predial de suprimento de gases combustíveis

Natureza / Origem Tipo de agente

Agentes mecânicos . pressão do solo

. choques exteriores

. vibrações exteriores

. choques interiores

. cargas permanentes

Agentes eletromagnéticos . raios

. correntes parasitárias

Agentes térmicos . aquecimento e fogo

Agentes químicos . ações de lavagem


3.2.4 Requisitos de desempenho dos sistemas prediais para condução de gases

combustíveis

À luz dos elementos apresentados anteriormente, pode-se elaborar uma estrutura de requisitos

de desempenho com o objetivo de atender as funcionalidades e necessidades dos usuários do

sistema predial de suprimento de gases combustíveis. A Tabela 9 apresenta o detalhamento dos

requisitos de desempenho propostos, relacionando os elementos de origem utilizados para o

seu respectivo estabelecimento.

Tabela 9 – Requisitos de desempenho do sistema predial de suprimento de gases

combustíveis

Origem Requisitos de desempenho Fundamentação

Concepção do sistema

Permitir expansão de uso futuro (novos

aparelhos a gás, dimensionamento)

flexibilidade

dimensões adaptáveis

Possibilitar flexibilidade na utilização do gás

combustível (pontos de uso, locais de

instalação de aparelhos, dimensionamento)

flexibilidade

confiabilidade

Possibilitar comutação entre gases

combustíveis (dimensionamento) confiabilidade

Resistência estrutural

Resistir aos esforços (conexões,

movimentações estrutura, pressão)

resistência mecânica

vibrações

esforços de manobras

pressão do solo

vibrações exteriores

cargas permanentes

Resistir às solicitações de choques mecânicos


choques exteriores

choques interiores

Resistir à ação acelerada de agentes agressivos ações de lavagem

soda cáustica

Segurança contra

incêndio

Não propiciar acúmulo de gás vazado

limitações do risco de início e


Resistir ao fogo limitações do risco de início e


Origem Requisitos de desempenho Fundamentação


aquecimento e fogo

Ser estanque ao gás



estanqueidade de gases

Dificultar ou evitar princípio de incêndio

(ignição, descargas elétricas)



raios

correntes parasitárias

Possibilitar interrupção de fornecimento no

caso de vazamentos sistemas de segurança

Segurança na utilização

Não propiciar ferimentos

confiabilidade

segurança dos usuários

Possuir pontos de consumo em locais

favoráveis à dispersão de gases de combustão

segurança dos usuários

pureza do ar

eliminação de matérias

usadas

Durabilidade e

manutenibilidade

Permitir acesso para manutenção

(particularmente em pontos de conexão)

flexibilidade

conservação

Facilidade e custos compatíveis para

conservação e manutenção ao longo do tempo

conservação

custo inicial e de

manutenção

Não provocar ruídos excessivos

níveis de ruído

Garantir suprimento do gás em pressões

adequadas aos aparelhos adequação de uso

Adequação ambiental Minimizar consumo de materiais

custo inicial e de

manutenção

Consumo de energia

Permitir consumo total e individualizado

gerenciabilidade

Possibilitar controle sobre sistemas de

aquecimento (controle aparelhos gás) gerenciabilidade


3.2.5 Elementos de desempenho para sistemas de tubos de cobre em

instalações internas de gases combustíveis

A Tabela 9 destaca a construção de elementos de desempenho potencialmente aplicáveis a uma

rede de distribuição interna de gases combustíveis na sua integralidade de funções. Dessa

análise foi possível extrair os elementos específicos que podem ser aplicados ao sistema de

tubos de cobre que conduz o gás combustível dentre da rede de distribuição interna. Tal

exercício leva em consideração as condições de conhecimento do comportamento de metais,

tais como o cobre e suas ligas.

A Tabela 10 apresenta os requisitos de desempenho que podem ser considerados nos sistemas

de tubos de cobre aplicados neste tipo de situação, considerando-se também os aspectos de

soldagem utilizados nesses mesmos sistemas.


Tabela 10 – Requisitos de desempenho de sistemas de tubo de cobre em redes internas de

distribuição de gases combustíveis

Origem Requisitos de desempenho Requisitos de desempenho

Resistência

estrutural

Resistir aos esforços (conexões,

movimentações estrutura, pressão)


vibrações


pressão do solo


cargas permanentes

Resistir às solicitações de choques

mecânicos


choques exteriores

choques interiores

Resistir à ação acelerada de

agentes agressivos

ações de lavagem

soda cáustica

Segurança contra

incêndio

Resistir ao fogo



aquecimento e fogo






4 Critérios de desempenho e métodos de avaliação

Uma vez identificados os requisitos aplicáveis a um sistema, é necessário que sejam definidos os

critérios de desempenho e os métodos de avaliação. Os critérios de desempenho normalmente

estão associados a valores específicos aos quais os elementos em análise devem atender. Os

métodos de avaliação normalmente estão associados a ensaios realizados para verificação dos

valores vinculados aos critérios de desempenho.

O desenvolvimento completo dos critérios de desempenho e métodos de avaliação é

apresentado no Capítulo 5. No entanto, numa abordagem preliminar, foi considerada

importante a análise dos ensaios realizados nos produtos componentes dos sistemas de tubos

de cobre soldados. Tal abordagem é apresentada a seguir.

4.1 Ensaios mecânicos e não destrutivos em sistemas de tubos de

cobre

Os ensaios são primordiais para se verificar e simular situações que podem ocorrer no processo

de instalação e durante a vida útil dos tubos e conexões de cobre, os quais necessariamente

precisam suportar impactos leves, como as colisões com materiais da obra ou construção, tais

como pedaços de madeira; batidas de ferramentas, impactos com pedras, pedaços da alvenaria

etc. (MODENESI, 2006).


4.1.1 Ensaios mecânicos

Segundo Tiburi (2007), ensaios mecânicos são considerados ensaios destrutivos, pois na maioria

das vezes provocam a ruptura ou a inutilização da peça ensaiada. As propriedades mecânicas

constituem uma das características mais importantes dos metais em suas várias aplicações na

engenharia, visto que, o projeto e a execução de estruturas metálicas são baseados no

comportamento destas propriedades.

As propriedades mecânicas avaliam o comportamento de um material sujeito a esforços de

natureza mecânica e correspondem às propriedades que, num determinado material, definem a

sua capacidade de transmitir e resistir aos esforços que lhe são aplicados, sem romper, ou que

não produzam deformações instáveis (FRANÇA, 2007).

A determinação das propriedades mecânicas dos metais é obtida através de ensaios, realizados

em corpos de prova de dimensões definidas, forma e procedimento, ou especificação de

execução, padronizados (MARKS, 2007). Os resultados de ensaios mecânicos satisfatórios

asseguram a qualidade mínima da solda em termos de propriedades mecânicas, bem como

servem de base para qualificações do metal de adição, do procedimento de soldagem, de

soldadores e para verificar os testes de produção.

As normas EN1057, ASTM B88 e NBR 13206 estabelecem os requisitos específicos de resistência

a que os tubos de cobre devem atender para um perfeito funcionamento nas suas diversas

aplicações (incluso as instalações de gases combustíveis), e neste sentido, os ensaios de

resistência à tração e compressão são considerados importantes, uma vez que permitem avaliar

ação de forças a que estão submetidos os tubos de cobre nas diversas situações de uso, como

por exemplo, a força exercida devido ao seu peso próprio quando em suspensão em dois


pontos, ao longo do tubo. Na Tabela 11 são indicadas as resistências mínimas que os tubos

devem suportar, com base nas normas de referência dos produtos.

Tabela 11 - Requisitos de tração em tubos de cobre conforme normas específicas

Norma Resistência mínima à tração

(MPa)

Alongamento mínimo

EN 1057 220 a 290 40 a 30 (%)

ASTM B88 200 a 250 0,040 a 0,025 (mm)

NBR 13206 310 -

Considerando-se os esforços causados pela dilatação e contração presentes na estrutura da

edificação, é importante ressaltar que os tubos de cobre “não podem ser considerados como

elemento estrutural” da edificação, conforme especificado na NBR 15526. Estando a tubulação

enterrada, faz-se necessário ensaiar a resistência de compressão diametral sofrida pelos tubos

devido à ação do solo. As normas de referência não apresentam requisitos específicos para

compressão da tubulação, entendendo-se que tais características são intrínsecas do material

quando definida a sua têmpera.

Quanto às pressões máximas admitidas, o tubo de cobre deve resistir às pressões internas

máximas definidas em norma para cada aplicação específica. De acordo com a NBR 15526,

instalações internas de distribuição de gases combustíveis podem estar submetidas a uma

pressão máxima de trabalho de 150 kPa (1,53 kgf/cm²).

A norma NBR 13206 estabelece os requisitos de pressões mínimas de resistência interna para

tubos de cobre leves, médios e pesados, sem costura, para condução de fluidos. As pressões

declaradas nesta referência normativa são cinco vezes menores que as pressões reais de


ruptura do material, possuindo um fator de segurança igual a 5. A Tabela 12 apresenta as

pressões de serviço para as classes de tubos de cobre, conforme NBR 13206.

Tabela 12 - Pressões de serviço para tubos de cobre, segundo sua classe

Diâmetro externo

nominal (mm)

Pressão de serviço (kPa)

Classe E Classe A Classe I

10 6.800 11.170 14.220

15 4.250 6.910 8.730

22 3.460 5.240 6.460

28 2.700 4.090 5.500

35 2.520 4.000 5.120

42 2.400 3.320 4.250

54 2.090 2.810 3.520

66 1.880 2.260 2.840

79 1.900 2.380 3.030

104 1.430 1.800 2.400

Em uma análise preliminar, entende-se que a estrutura dos tubos não oferece qualquer tipo de

fragilidade nas condições de pressões máximas utilizadas nas redes internas de distribuição de

gases combustíveis. Uma primeira questão a ser observada refere-se à resistência específica na

região de solda entre tubos e conexões.

Essas pressões devem nortear uma investigação específica nas sessões soldadas dos tubos de

cobre. Para a determinação e avaliação da capacidade de resistência da área soldada de tubos

de cobre, deve-se também considerar o ambiente onde estará submetido o produto (COMGÁS,

2006).


4.1.2 Ensaios não destrutivos

São considerados, ainda, os ensaios não destrutivos, que são técnicas largamente utilizadas por

meio da inspeção de materiais e equipamentos, de forma que as peças metálicas não sejam

danificadas nos ensaios. Estes ensaios podem ser executados em etapas, as quais simulam a

montagem, operação e manutenção das tubulações (MARKS, 2007).

Nos processos de soldagem os ensaios não destrutivos ocupam um papel muito importante na

detecção de defeitos que ocorrem antes, durante e após a execução da soldagem. Este trabalho

identificou o ensaio de estanqueidade como principal ensaio não destrutivo para o controle da

qualidade de juntas soldadas.

As conexões de cobre são submetidas ao ensaio de estanqueidade durante processo de

fabricação e não devem apresentar vazamento. Os tubos de cobre também são avaliados

quanto à sua estanqueidade no processo de fabricação. As pressões utilizadas, citadas nas

normas de referências ABNT NBR 13206 e ABNT NBR 11720, são substancialmente superiores

ao limite de pressão máxima utilizada nas redes de distribuição interna de gases combustíveis

conforme anteriormente citado.

4.2 Análise preliminar sobre ensaios a serem realizados em sistemas

de tubos de cobre

Com base nos levantamentos realizados para determinação dos elementos (ou requisitos) de

desempenho dos sistemas de tubos de cobre, bem como na análise preliminar dos tipos de


ensaios previstos para tubos e conexões, é possível identificar sobre quais os ensaios que seriam

necessários para avaliação desses elementos de desempenho. Na Tabela 13 são apresentados

os resultados de uma abordagem preliminar sobre os ensaios a serem aplicados em sistemas de

tubos e conexões de cobre soldados, aplicáveis à redes internas de distribuição de gases

combustíveis.

Tabela 13 – Ensaios e justificativas associadas a requisitos de desempenho

Requisitos de

desempenho Justificativas adicionais Fundamentação Ensaio(s)

Resistir aos esforços

(conexões,

movimentações estrutura,

pressão)

Garantia da integridade

do produto, em caso de

movimentação das

peças no local de

instalação


Resistência à tração

Resistência à

compressão

vibrações

Resistência à vibração



Resistência à

compressão

Resistência à flexão

pressão do solo

Resistência à

compressão


Resistência à vibração

cargas permanentes Resistência à

compressão

Resistir às solicitações de

choques mecânicos

Garantia da integridade

do produto no

transporte e instalação



Resistência à

compressão

Resistência à flexão

choques exteriores

Resistência ao impacto


Requisitos de

desempenho Justificativas adicionais Fundamentação Ensaio(s)

choques interiores -

Resistir à ação acelerada

de agentes agressivos

Integridade do produto

em caso de agentes

químicos de lavagens ou

intempéries

ações de lavagem

Resistência a agentes

químicos

soda cáustica Resistência ao

envelhecimento

Resistir ao fogo


quando esteja

submetido a situações

de incêndio, onde pode

haver dilatação

diferente entre cobre e

solda (a solda Branda

vai até 250°C e a forte

acima de 450°C).

limitações do risco de

início e propagação de

incêndio

aquecimento e fogo

Resistência ao fogo



em caso de sobre-

pressão na rede

limitações do risco de

início e propagação de

incêndio


Pressão hidrostática

Com base nesta relação preliminar foi possível avaliar e determinar que elementos são

considerados válidos para os propósitos deste trabalho. Tal detalhe é apresentado no capítulo a

seguir.


5 Identificação de elementos de desempenho válidos

Com base nos levantamentos apresentados anteriormente, identifica-se de forma objetiva os

requisitos aplicáveis ao sistema de tubulações de cobre e métodos de ensaios que possam

verificar e mensurar de forma prática o atendimento a tais requisitos. Destaca-se que o

conjunto de métodos de ensaios foi identificado através da observação de referências da

normalização internacional.

O balizamento com base nas referências internacionais de simulação de produtos e sistemas

nas aplicações pretendidas (ou similares) foi de fundamental importância para que fosse

estabelecido um conjunto representativo de requisitos de desempenho e métodos de ensaios,

sem que se extrapole a possibilidade de avaliações reais e factíveis dentro do escopo e recursos

previstos no projeto. Tais requisitos e métodos de ensaios foram validados com a equipe da

Comgás.

A infraestrutura para distribuição e uso final dos gases combustíveis tem papel importante na

manutenção do desenvolvimento do país. No entanto, exige o estabelecimento de requisitos

técnicos, e sua respectiva normalização, para adequada difusão, propiciando segurança ao

consumidor no uso do energético.

A aplicação dos conceitos de desempenho nos sistemas de condução de gás em instalações

internas, além de propiciar o estabelecimento de uma base objetiva e racional para avaliação

dos sistemas construtivos, contribui para o desenvolvimento e elaboração de projetos

adequados, bem como para a construção de uma normalização eficaz. Através de uma


metodologia consistente foi possível identificar os elementos de desempenho, analisados nos

sistemas de condução de gás em instalações internas, particularmente sob a ótica dos sistemas

de tubos de cobre soldados.

A seguir será apresentada a contextualização sobre a normalização e a correlação entre os

principais requisitos, justificativas e ensaios aplicáveis às seções soldadas de tubos de cobre.

Procura-se também definir vínculos entre as normas aplicáveis e os tipos de ensaios e requisitos

previstos nas investigações realizadas por este trabalho. Por fim, apresenta-se o detalhamento

da metodologia e dos procedimentos da realização da cada ensaio realizado.

5.1 Normalização de referência pesquisada

Para a realização dos ensaios dos elementos de desempenho, com o objetivo de analisar as

características de resistências física dos sistemas de tubos de cobre, buscou-se identificar as

várias condições adversas a que os tubos e conexões de cobre podem estar submetidos no local

da instalação. Identificou-se que as normas EN1057, ASTM-B88, UL1821, ABNT NBR 11720 e

ABNT NBR 13206 estabelecem os requisitos específicos de resistência que os tubos e conexões

de cobre devem atender, particularmente tratando-se de instalações de gases combustíveis.

Também foram utilizadas tais referências para a definição das metodologias de ensaio.

A Norma Internacional UL1821 – “Thermoplastic Sprinklers Pipe and Fittings Protection” traz

especificações de ensaios laboratoriais que atendem a proposta de simulação sugerida por este

trabalho, particularmente no caso da análise de resistência dos sistemas de tubos de cobre. A

ABNT NBR 15757 estabelece os métodos de ensaio para tubos e conexões de cobre. A ABNT


NBR 11720 traz as especificações dos tipos de materiais e conexões para junção de tubos de

cobre por soldagem ou brasagem capilares.

Destacam-se alguns critérios considerados relevantes, apresentados na ABNT NBR 15526:

a) As conexões devem ser conforme ABTN NBR 11720 ser utilizadas em tubos especificados

na NBR 13206;

b) Permite-se o uso da soldagem capilar para junção de tubulações aparentes ou embutidas

em trechos de rede com pressão máxima de 7,5 kPa, devendo o metal de preenchimento

ter ponto de fusão mínimo de 250oC;

c) Permite-se o uso da brasagem capilar para junção de tubulações aparentes ou

embutidas, devendo o metal de preenchimento ter ponto de fusão mínimo de 450oC; e

d) Os processos de soldagem devem ser conforme ABNT NBR 15345.

Na Tabela 14 é apresentada a correlação entre os principais elementos de desempenho,

requisitos específicos a serem atendidos, justificativa para cada um dos requisitos, ensaios

aplicáveis às seções soldadas de tubos de cobre e normas técnicas identificadas para realização

do ensaio.

Tabela 14 – Correlação entre os parâmetros e normas

Elementos de desempenho

Requisitos Justificativa Ensaio aplicável Norma Técnica

Resistência à pressão hidrostática interna dos tubos após serem submetidos ao esmagamento

Carga de 90 kg na junção de cobre soldada

Garantia da integridade do produto, em caso de movimentação das peças no local de instalação

Ensaio de Resistência ao Esmagamento

UL1821

Resistência a Flexão sob pressão interna

Flexão na seção soldada, sob pressão de 1,21 MPa

Garantia da integridade do produto no transporte e instalação pelo técnico

Ensaio de Flexão UL1821


Elementos de desempenho

Requisitos Justificativa Ensaio aplicável Norma Técnica

Resistência ao impacto de massa definida

Resistência à pressão de 1,21 Mpa após impacto de uma carga de 0,90 kg, equivalente à energia de energia de 20,3 J

Integridade do produto em caso de impacto acidental no transporte e no local da instalação

Ensaio de Resistência ao impacto

UL1821

Resistência às forças de tração na seção soldada

Verificar a força máxima tolerada pelas junções

Garantia de integridade do produto em caso de solicitações por excesso de peso sobre as peças no transporte e instalação

Ensaio de tração NBR ISO 6892

Resistência a ruptura e separação das peças sob pressão maior de serviço.

teste = 5x Pressão de serviço

Integridade do produto em caso de sobre pressão na rede

Ensaio de resistência à pressão hidrostática de curta duração

UL1821

Integridade da seção soldada quando em exposição a temperaturas elevadas

200°C<T<450°C - solada branda

Integridade do produto quando esteja submetido a situações de incêndio, onde pode haver dilatação diferente entre cobre e solda (a solda Branda vai até 250°C e a forte acima de 450°C).

Ensaio de Temperatura, com calor direto e indireto

Testar faixas de temperatura com fontes direta e indireta de calor, para soldas Branda e forte (entre 200°C e 700°C), atendendo a norma NBR 5628-80/ NBR10636

E

450°C<T<700°C - solda forte

Resistência à corrosão Atmosfera de 5% em NaCl, UR97% e ph entre 6,5 e 7,2.

Integridade da seção soldada em atmosferas corrosivas

Ensaio de névoa salina

NBR 8094

Resistência à torção das seções soldadas sob esforço na montagem da rede

Torção em tempo determinado, até a ruptura das seções soldadas, comparativamente ao tubo integro.

Integridade da seção soldada em situações de torção nas instalações

Ensaio de Torção ASTM-E143

Resistir à ação acelerada de agentes agressivos (temperatura e umidade).

exposição das peças a determinados níveis de umidade e temperatura

Integridade da seção soldada em atmosferas corrosivas

ensaio de Wheatherometer

ASTM D822-86, G23-88


5.2 Investigações e ensaios pré-selecionados

Com base na contextualização apresentada na Tabela 14, foram estabelecidos os requisitos

específicos de resistência a que os tubos e conexões de cobre devem atender, em se tratando

de instalações de gases combustíveis, bem como definidas as metodologias de ensaio para sua

verificação.

Os testes de resistências e de desempenho do sistema de cobre foram baseados, em sua grande

maioria, nas especificações da Norma Internacional UL1821 – “Thermoplastic Sprinklers Pipe

and Fittings Protection”, que dispõe sobre ensaios aplicáveis à simulação das condições de

desempenho de instalações prediais muito próximas àquelas abordas neste estudo.

Previu-se uma comparação específica entre os seguintes elementos, buscando-se uma

abrangência de análise que considerasse os aspectos relevantes da realidade atual das

instalações internas de gases combustíveis:

Classes de tubos: classes A e E;

Bitolas dos tubos: ½”, ¾”, 1”;

Tipos de soldagem: solda branda e brasagem capilar;

Pressões de utilização: 2,5 – 7,5 – 35 – 150 kPa.

Durante a realização dos ensaios foram aplicadas pressões hidrostáticas crescentes até o limite

solicitado, no intuito de se averiguar possíveis danos nos tubos, nas conexões ou junções

soldadas.


Buscou-se também extrair os elementos de desempenho específicos aos sistemas de tubos de

cobre para cada tipo de solda adotado. Além da verificação de resistência estrutural, foi

também verificada a segurança contra incêndio. A primeira relacionada com situações de

esforços, solicitações de choques e ação acelerada de agentes agressivos, a segunda associada à

resistência da solda ao aquecimento ou fogo, verificando-se a estanqueidade do sistema.

Os principais ensaios utilizados para se determinar o desempenho dos sistemas de tubos e

conexões de cobre foram:

Ensaio de Ciclo térmico

Ensaio de Corrosão - Envelhecimento Acelerado por Névoa Salina

Ensaio de Resistência à Flexão

Ensaio de Resistência à Pressão Hidrostática de Curta Duração


Ensaio de Resistência ao Fogo

Ensaio de Resistência ao Impacto

Ensaio de Torção

Ensaio de Tração

Ensaio de Vibração

Ensaio de Weather-Ometer - Envelhecimento Acelerado

Uma vez tendo os ensaios definidos, pôde-se então realizar o planejamento de execução das

investigações laboratoriais.


5.3 Alternativas e critérios de priorização de ensaios

O planejamento dos ensaios partiu da necessidade de se avaliar o cruzamento entre todas as

alternativas possíveis, levando-se em consideração classes dos tubos de cobre, bitolas sob

análise e tipos de solda sob investigação.

Fez-se necessário adotar critérios de otimização para a parte experimental, uma vez que não

haveria possibilidade de se ensaiar todas as combinações possíveis dos elementos acima

citados. O detalhamento e planejamento da realização dos ensaios, visando tal otimização,

levou em consideração critérios que expusessem os conjuntos de teste nas situações mais

representativas e críticas, de forma a não se realizar ensaios desnecessários.

Desta forma, priorizaram-se os ensaios de conjuntos em condições de maior fragilidade, de

forma a partir de uma situação de maior vulnerabilidade para o sistema. Foram, portanto,

realizados ensaios em tubos com menor resistência e depois naqueles com maiores resistência,

de forma a possibilitar análise de dados referentes à situação de maior risco ao sistema de

distribuição interna de gás.

Os ensaios foram realizados de forma a contemplar os dois tipos de soldas (branda e forte),

testando-se uma amostra de tubo íntegro e outra de tudo soldado, levando-se em conta a

possibilidade de se estressar o conjunto de maior fragilidade primeiro e em seguida, se

necessário, o conjunto de maior resistência.

Para o caso de menor resistência, identificou-se que deveriam ser tratados os tubos de classe E

e bitola 28. Em se avaliando primeiramente os tubos de classe E (pior situação, com tubos com


resistências menores), em caso de avaliação positiva nos ensaios, não se justificaria a realização

de ensaios em tubos com maior resistência (bitolas 15 e 22).

5.4 Filtros aplicados para definição de amostras

Também foram utilizados critérios específicos para a identificação dos tipos de amostras a

serem ensaiados.

Com relação ao tipo de solda, teve-se como objetivo verificar a resistência da conexão soldada

por meio da análise da estanqueidade dessas junções. Assim, as amostras ensaiadas foram

compostas tanto de conexões de solda branda quanto de solda forte, de maneira que fosse

possível estabelecer uma comparação entre os tipos de solda e um tubo sem nenhuma

conexão, verificando-se sua integridade e estanqueidade.

Tratando-se da seleção de bitolas dos tubos, ainda segundo a ideia de se analisar os casos de

maior probabilidade de ruptura e/ou deterioração das soldas, optou-se pela escolha dos

maiores diâmetros dos tubos e conexões, associados a conjuntos com menor resistência

(diâmetro 28). Caso fosse verificada a estanqueidade das peças nestas condições, deveriam ser

dispensados os ensaios para seções de maior resistência (diâmetros 22 e a 15), já que estaria

mantida a integridade das seções e da manutenção de sua estanqueidade nas instalações.

Com relação aos ensaios de envelhecimento acelerado, tanto de névoa salina, quanto no

Weather-Ometer, optou-se por verificar o comportamento do material frente às condições de

intempéries, independentemente de suas dimensões. Assim, foram utilizadas todas as bitolas

(28, 22 e 15) e classes (A e E) e tipos de solda (branda e forte).


No tocante aos ensaios mecânicos conduzidos no laboratório, é importante destacar que foi

investigada a resistência das soldas e da estanqueidade das conexões, partindo-se sempre do

caso de menor resistência mecânica. Uma vez que o material de menor resistência não tenha

sido deteriorado e nem tenha sido observado comprometimento da estanqueidade da seção no

ponto de solda, não se julgou necessário verificar situações de maior resistência.

Os ensaios de pressão são comparativos, já que se quer verificar as máximas pressões admitidas

para os conjuntos tubo + conexão, além da estanqueidade das soldas entre conjuntos íntegros e

ensaiados (que sofreram algum tipo de esforço). Assim, as pressões foram aplicadas em

elevação gradual nos corpos de prova, até a ruptura do sistema. Com isto, pôde-se verificar o

limite de suportabilidade das peças, observando-se a resistência e estanqueidade em diversas

faixas de pressão. Ressalta-se que o planejamento da parte experimental deste trabalho levou

em consideração a relação dos ensaios a serem realizados, os tipos de amostras a serem

utilizadas, os padrões de resultados a serem obtidos, além de um conjunto de informações

necessárias para uma adequada condução de realização dos experimentos em laboratório.

A seguir, é apresentado como foi realizado o planejamento dos ensaios, de forma a otimizar a

estrutura laboratorial e o tempo de análise. É importante se destacar que, para a condução dos

ensaios de maneira satisfatória, todas as peças foram montadas em condições semelhantes de

operação, não havendo diferenciação de processos para uma mesma classe de tubos e soldas.

Ademais, as peças utilizadas são de um mesmo fornecedor, com as mesmas características

físico-químicas e estruturais de forma a não haver divergências nos resultados dos ensaios,

eventualmente causados por diferenças nas amostras.


6 Planejamento dos ensaios

Este capítulo apresenta os detalhes envolvidos no planejamento inicial para a realização dos

ensaios aplicáveis aos sistemas de tubos e conexões de cobre soldados. Incluem as pesquisas de

laboratórios potenciais, contatos e seleção final dos locais para realização da cada um dos

ensaios previstos. Destaca também as condições de preparo, quantidade de amostras

necessárias, bem como outros detalhes pertinentes.

6.1 Laboratórios

O planejamento referente aos laboratórios consistiu em verificar quais atendiam aos requisitos

especificados em termos de infraestrutura, equipamentos, ferramentas e também, uma

previsão de tempo e datas de realização dos ensaios, incluindo a forma e fonte de obtenção de

amostras.

Para a realização dos ensaios foram inicialmente identificados os seguintes laboratórios:

Laboratório Falcão Bauer - Centro Tecnológico de Controle da Qualidade Ltda.

Contato: Daniel / Renê – fone: 3611 0833

e-mail: [email protected]

IPT - Instituto de Pesquisa Tecnológico


Contato: Berto - fone: 3767 4105


CNPQ - Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações

Contato: Célia / Evandro fone: 3705 7227

e-mail: [email protected] ou langui@ cpqd.com.br

TÜV Rheinland do Brasil Ltda - Laboratório UCIEE

Contato: Luiz Fernando Nosé – fone: 5588-6100/6144


Após a análise de infraestrutura adequada para a realização dos ensaios, foram selecionados os

laboratórios Falcão Bauer e IPT. A Tabela 15 apresenta a relação dos ensaios bem como a

correlação entre os laboratórios selecionados para sua execução. Também é apresentada uma

estimativa do prazo para realização de cada ensaio, fornecida na época das analises iniciais.

Tabela 15 – Correlação entre os parâmetros e normas

Ensaio aplicável Requisitos Norma Técnica Laboratório Prazo

Resistência ao esmagamento

(crush test)

Carga de 90 kg UL1821 Falcão Bauer

20 dias

Resistência à flexão Flexão sob pressão de 1,21

MPa UL1821

Falcão Bauer

20 dias

Resistência ao impacto Impacto de uma carga de

0,90 kg, equivalente à energia de 20,3 J

UL1821

Falcão Bauer

20 dias


Ensaio aplicável Requisitos Norma Técnica Laboratório Prazo

Resistência à tração Verificar a força máxima

tolerada pelo sistema

NBR ISO 6892

Falcão Bauer

20 dias

Resistência à vibração Vibração do sistema tubo e

conexão UL1821 -- --

Resistência à torção Torção sob carga de 90kg ASTM E143 -- --

Resistência à pressão hidrostática de curta

duração

Verificar pressão máxima tolerada pelo sistema

UL1821 Falcão Bauer

20 dias

Ciclo térmico Ciclo térmico de até 120ºC

UL1821

Falcão Bauer

20 dias

Resistência ao fogo (com calor direto e indireto)

Verificar temperatura tolerada pelo sistema

NBR 5628-80, NBR10636

IPT 60 dias

Corrosão – Envelhecimento

acelerado por névoa salina

Atmosfera de 5% em NaCl,

UR97% e ph entre 6,5 e 7,2. NBR 8094

Falcão Bauer

20 dias

Wheatherometer ASTM D822-86, G23-

88 -- --

NOTA: considerações a respeito de ensaios não realizados são apresentadas no item 6.3

6.2 Amostras

As amostras de tubos, conexões e soldas foram providenciadas pela equipe da Abrinstal, com as

junções soldadas realizadas por técnico especializado e em conformidade com as normas

vigentes, de maneira que se tivesse uma análise fiel às condições de operação real em campo.

Os materiais foram disponibilizados pelo mesmo fornecedor, garantido assim a uniformidade

das peças.


As amostras foram identificadas quanto ao tipo de solda, materiais de enchimento,

especificações técnicas dos tubos (bitolas e classes), de forma que fosse possível executar os

ensaios sem erros ou contratempos.

Na Tabela 16, a seguir, são apresentados os ensaios realizados, as especificações das amostras

incluindo bitola, classe de tubos e tipos de soldas ensaiadas. Também é apresentado um

resumo, por tipo de ensaio, de quantas amostram foram necessárias para a sua realização.

Tabela 16 – Resumo de ensaios exploratórios a serem realizados

Tipo de ensaio Classe Bitola Tipo Número de amostras

Subtotal de amostras


28 E

Branda 1

3 Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Resistência à Flexão 28 E

Branda 1

3 Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Resistência ao Impacto 28 E

Branda 1

3 Forte 1

Branda 1

Ensaio de Tração 28 E

Branda 1

3 Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Vibração 28 E

Branda 1

3 Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Torção 28 E

Branda 1

3 Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Resistência à Pressão Hidrostática de Curta Duração

15

A

Branda 1

6

Forte 1

Tubo 1

E

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

22

A

Branda 1

6

Forte 1

Tubo 1

E

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

28 A

Branda 1

6 Forte 1

Tubo 1


E

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Ciclo Térmico 28 E

Branda 1

3 Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Resistência ao Fogo 28 E Branda 2

6 Forte 2

Ensaio de Corrosão - Envelhecimento Acelerado por

Névoa Salina

15

A

Branda 1

18

Forte 1

Tubo 1

Branda 1

E Forte 1

Tubo 1

22

A

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

Branda 1

E Forte 1

Tubo 1

28

A

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

Branda 1

E Forte 1

Tubo 1

Ensaio de Weather-Ometer - Envelhecimento Acelerado

15

A

Branda 1

18

Forte 1

Tubo 1

Branda 1

E Forte 1

Tubo 1

22

A

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

Branda 1

E Forte 1

Tubo 1

28

A

Branda 1

Forte 1

Tubo 1

Branda 1

E Forte 1

Tubo 1

Total de

Amostras 78


6.3 Consideração sobre ensaios não necessários

Após a definição dos laboratórios e ensaios, passou-se a detalhar aspectos operacionais da

realização de todos os ensaios previstos. Foram observadas dificuldades quanto à realização de

determinados métodos de ensaio, que a priori haviam sido cotados pelos laboratórios. Assim,

alguns ensaios não puderam ser realizados. As justificativas para os ensaios não realizado são

apresentadas a seguir.

Em relação ao ensaio de Weather-Ometer, verificou-se que nenhum dos laboratórios

identificados possuía equipamento compatível para a sua correta realização. O teste de

Weather-Ometer busca ensaiar o envelhecimento acelerado em materiais através da simulação

de ciclos de temperatura e umidade. Sendo assim, após análise conjunta entre os membros da

equipe de desenvolvimento e a Comgás, entendeu-se que a realização do ensaio de fogo e de

névoa salina representariam de forma satisfatória os condicionamentos e agressões

inicialmente estabelecidos, sem prejuízo para o estudo.

Quanto à realização do ensaio de Torção, os laboratórios identificados informaram que não

dispunham dos equipamentos adequados para a sua simulação e que a adaptação com a

utilização de outro equipamento comprometeria a eficácia na simulação do esforço e do

resultado pretendido. Por trata- se de ensaio mecânico, foi acordado que o seu efeito poderia

ser verificado através de outros ensaios mecânicos considerados mais críticos, como o ensaio de

tração.

Em relação ao ensaio de Vibração, a equipe de trabalho entendeu que a agressão prevista era

significativamente inferior a outros ensaios mecânicos planejados. Houve também consenso no

cancelamento deste ensaio.


De forma a compensar algum eventual prejuízo de análise, a equipe de trabalho decidiu por

acrescentar o ensaio de Tração ao ensaio de pressão hidrostática. Desta forma, foi incluída

análise de resistência à pressão hidrostática interna dos tubos e conjunto tubo + conexão após

serem submetidos à tração. A relação final dos ensaios aprovados, bem como o detalhamento

de seus procedimentos e respectivos resultados, é apresentada no capítulo 7.


7 Realização dos ensaios

Neste capítulo são apresentados os detalhes sobre a realização dos ensaios propostos para

avaliação de desempenho dos sistemas de tubos e conexões de cobre soldados. São detalhados

os aspectos de planejamento das atividades de interface com os laboratórios, a realização dos

ensaios e os resultados obtidos.

7.1 Padronização de amostras e registros

Os corpos-de-prova “padrões” foram constituídos por três conjuntos compostos da seguinte

forma: (i) 1 tubo sem conexão, (ii) 1 tubo + conexão solda branda e (iii) 1 tubo + conexão solda

forte. Os conjuntos estavam vazios e não pressurizados, e possuíam aproximadamente 600 mm

de comprimento. Em uma das extremidades foi soldado um plug para vedação do conjunto. Na

outra extremidade foi instalada uma saída de ½” BSP, para que fosse possível a realização do

teste de pressão hidrostática. A relação de amostras padrões é apresentada a seguir:

1 amostra tubo 28 classe E;

1 amostra tubo 28 classe E + luva 28 (solda branda);

1 amostra tubo 28 classe E + luva 28 (solda forte).

Foi também acordado um padrão de registros mínimos dos ensaios, conforme apresentado a

seguir:

características do tubo e da conexão ensaiada;


ocorrências nos corpos de prova após a aplicação de esforços (quando aplicável);

pressão hidrostática interna na ruptura (quando aplicável);

registro fotográfico de amostras antes e após ensaio;

data de realização do ensaio.

7.2 Resumo de condições de ensaios

A Tabela 17 apresenta um resumo das condições de realização dos ensaios.

Tabela 17 – Resumo de condições de ensaios

Ensaio Bitola Classe Conexão Solda Número

Amostras Condição ensaio Obs

Resistência ao Esmagamento

28 E

Luva Branda 1

- carga de 90 Kg - corpo de prova 300 mm

Comprimento corpo prova compatível

equipamento de teste

Luva Forte 1

- - 1

Resistência à Flexão

28 E

Luva Branda 1

- aprox. 3,6 m

Tubo preenchido com água para gerar

aumento de carga.

Luva Forte 1

- - 1

Resistência ao Impacto

28 E

Luva Branda 1 - peso aprox. de 0,90 kg - altura de 2,30 m - corpo de prova: peça cilíndrica de Ø 31,7

Energia em torno de 20,31 J

Luva Forte 1

- - 1

Tração + pressão 28 E

Luva Branda 1 - tubo+conexão: corpo de prova de 30 cm de cada lado da conexão; tubo sem conexão aprox. 60 cm

Extremidades afixadas por

garras ao equipamento

medição

Luva Forte 1

- - 1

Tração a ruptura 28 E


Extremidades afixadas por

garras ao equipamento

medição

Luva Forte 1

- - 1

Resistência à Pressão

15 22

A

Luva Branda 6 - tubo+conexão: corpo de prova de 30 cm de cada

Pressão aplicada até Luva Forte 6


Hidrostática de Curta Duração

28 E - - 6

lado da conexão; tubo sem conexão aprox. 60 cm

ruptura

Ciclo Térmico 28 E

Luva Branda 1

- ciclo de calor entre 20°C e 150°C, período de 24h; - corpo de prova 300 mm

5 ciclos completos;

comprimento corpo prova compatível

equipamento de teste

Luva Forte 1

- - 1

Resistência ao Fogo

28 E

Luva

Branda

2 - tubo+conexão: corpo de prova de 30 cm de cada lado da conexão; tubo sem conexão aprox. 60 cm; - aplicação de fontes direta e indireta de calor entre 200°C e 1000°C

Luva Forte 2

- - 2

Corrosão- Envelhecimento Acelerado por Névoa Salina

15 22 28

A

E


solução de NaCl a 5%, em

temperatura de 35°C

Luva Forte 6

- - 6

Luva Forte 6

- - 6

Total de Tipos de Ensaios: 9

7.3 Planejamento dos ensaios no laboratório Falcão Bauer

Após definir quais os ensaios a realizar no laboratório Falcão Bauer, foi necessário planejar

como seria realizada a confecção das amostras, sua a verificação de padronização e

identificação, que incluíam as seguintes atividades: o corte das amostras nos tamanhos

adequados, alinhamento com o soldador para atender os requisitos identificados, acompanhar

os ajustes das máquinas e a realização dos ensaios propriamente ditos.

Para que os testes fossem executados, o laboratório Falcão Bauer solicitou algumas ‘amostras

extras’ para os testes iniciais e ajustes das máquinas de ensaio.


A Tabela 18 contém o modelo para a correta identificação das amostras. Foi proposto uma

sequencia numérica de 1 a 42 para a identificação das amostras utilizadas nos ensaios oficiais,

destacando: bitola; conexão com luva ou sem luva; tipo de solda e teste aplicável. No total

foram contabilizadas as 42 amostras oficiais e mais 22 amostras extras de ajustes necessários,

totalizando 64 amostras.

Tabela 18 – Identificação das amostras – Falcão Bauer


amostras Identificação de amostras

Resistência ao Esmagamento + Pressão

Hidrostática 28 E

Luva Branda 1 (1) 28E/luva/BR - Resist Esmag

Luva Forte 1 (2) 28E/luva/FT - Resist Esmag

- - 1 (3) 28E/ - / - Resist Esmag

Resistência à Flexão + Pressão Hidrostática

28 E

Luva Branda 1 (4) 28E/luva/BR - Resist Flexão

Luva Forte 1 (5) 28E/luva/FT - Resist Flexã

- - 1 (6) 28E/ - / - Resist Flexão

Resistência ao Impacto + Pressão Hidrostática

28 E

Luva Branda 1 (7) 28E/luva/BR - Resist Impacto

Luva Forte 1 (8) 28E/luva/FT - Resist Impacto

- - 1 (9) 28E/ - / - Resist Impacto

Tração + Pressão Hidrostática

28 E

Luva Branda 1 (10) 28E/luva/BR - Tração + Pressão

Luva Forte 1 (11) 28E/luva/FT - Tração + Pressão

- - 1 (12) 28E/ - / - Tração + Pressão

Tração à Ruptura 28 E

Luva Branda 1 (13) 28E/luva/BR - Tração Rup

Luva Forte 1 (14) 28E/luva/FT - Tração Rup

- - 1 (15) 28E/ - / - Tração Rup

Resistência à Pressão Hidrostática de Curta

Duração

A Luva Branda 1 (19) 15A/luva/BR – Pressão

15 Luva Forte 1 (20) 15A/luva/BR – Pressão

- - 1 (21) 15A/ - / - Pressão

E Luva Branda 1 (22) 15E/luva/BR – Pressão

15 Luva Forte 1 (23) 15E/luva/BR – Pressão


- - 1 (24) 15E/ - / - Pressão


22 Luva Forte 1 (26) 22A/luva/BR – Pressão

- - 1 (27) 22A/ - / - Pressão


22 Luva Forte 1 (29) 22E/luva/BR – Pressão

- - 1 (30) 22E/ - / - Pressão


28 Luva Forte 1 (32) 28A/luva/FT – Pressão

- - 1 (33) 28A/ - / - Pressão


28 Luva Forte 1 (35) 28E/luva/FT – Pressão

- - 1 (36) 28E/ - / - Pressão

Ciclo Térmico 28 E

Luva Branda 1 (37) 28E/luva/BR - Ciclo Térmico

Luva Forte 1 (38) 28E/luva/FT - Ciclo Térmico

- - 1 (39) 28E/ - / - Ciclo Térmico

Corrosão- Envelhecimento Acelerado por Névoa

Salina

Luva Branda 1 (40) 28E/luva/BR -Névoa salina

28 E Luva Forte 1 (41) 28E/luva/FT - Névoa salina

- - 1 (42) 28E/ - / - Névoa salina

A relação das 22 amostras extras, dedicadas para o ajuste das máquinas e realização de testes

inicias, é apresentada na Tabela 19.


Tabela 19 – Relação de amostras extras



Conjunto Extra de

Amostras para Ensaios

Luva Branda 4 (43 - 46) 28E/luva/BR - Amostra

extra

28 E Luva Forte 4 (47- 50) 28E/luva/FT - Amostra

extra

- - 4 (51 - 54) 28E/ - / - Amostra

extra

Conjunto p/ Ajuste

Máquina 28 E - - 10

(55 - 64) 28E/ - / - Amostra

extra

Os preparativos das amostras foram realizados entre os dias 12 e 19 de abril de 2012. Nas

Figuras 1 e 2, são aprestados os primeiros registros (figuras) de preparação das amostras (tubos,

luvas, conexões, tampão).

Figura 1 – Conjunto em cobre de tubo, tampão, luva e conector


Figura 2 – Conjunto montado em cobre com etiqueta de identificação

7.4 Planejamento dos ensaios no laboratório IPT

Para a realização do ensaio de fogo foi necessário planejar como seria realizada a confecção das

amostras, bem como da parede estrutural que conteria os conjuntos instalados. Cada conjunto

de corpos de prova deveria ser ensaiado numa instalação aparente (fixados em parede de

alvenaria e exposto ao fogo direto), e numa instalação embutida (também em parede de

alvenaria). O conjunto de amostras padrão a ser ensaiado foi composto por 3 corpos e

identificado, conforme Tabela 20.


Tabela 20 – Conjunto de amostras padrão ensaio de fogo



Resistência ao Fogo 28 E

Luva Branda 2 28E/luva/BR - Resist Fogo

Luva Forte 2 28E/luva/FT - Resist Fogo

-- -- 2 28E / - / - Resist Fogo

As amostras deviam ser iguais no que se refere ao comprimento, forma, tipo e diâmetro dos

tubos e conexões (onde aplicável), porém distintas tendo em conta o tipo de solda utilizada.

Também deveria ser embutida na parede, a tubulação sem conter nenhum tipo de solda, com

objetivo de verificar o comportamento de um tubo sem conexão exposta ao fogo. As Figuras 3,

4 e 5 apresentam a sequencia para a realização do ensaio de fogo, destacando-se a construção

da parede de alvenaria.

Figura 3 – Início da construção da parede para ensaio de fogo


Figura 4 – Construção da parede para ensaio de fogo

Figura 5 – Construção final da parede para ensaio de fogo

Para a realização do ensaio de fogo é necessário o monitoramento da temperatura nas regiões

de conexões dos tubos através de termostatos. Foi, portanto, necessário adquirir os termopares


que foram colocados na região interna da parede (local da solda de cada amostra), dado a sua

fragilização na hora do ensaio de fogo. Na Figura 6 é apresentada foto dos termopares utilizados

no ensaio de fogo.

Figura 6 – Registro de termopares para ensaio de fogo

Os resultados de cada ensaio e demais registros estão apresentados no ítem a seguir.

7.5 Realização de ensaios no laboratório Falcão Bauer

No caso do Laboratório Falcão Bauer, toda a preparação das amostras foi realizada por técnico

especialista em soldagem e em conformidade com as normas vigentes. A Tabela 21 abaixo

apresenta o cronograma com data da realização dos ensaios no laboratório Falcão Bauer.


Tabela 21 – Cronograma de preparação e execução dos ensaios – Falcão Bauer

Dia Horário Preparação e execução Quantidade

de amostras

23/04/2012 Entrega de amostras 18

28/04/2012 Entrega de amostras 27

02/05/2012 Preparação para os ensaios de Pressão hidrostática

03/05/2012 09:00 h às 16:00 h Execução do Ensaio Pressão Hidrostática 18

04/05/2012 Preparação para os ensaios de Tração e Impacto

21/05/2012 09:00 h ás 16:00 h Execução do Ensaio de Tração até ruptura 3

21/05/2012 09:00 h ás 16:00 h Execução do Ensaio de Tração e Pressão Hidrostática 3

21/05/2012 09:00 h ás 16:00 h

Execução do Ensaio de Esmagamento e Pressão

Hidrostática 3

22/05/2012 09:00 h às 16:00 h Execução do Ensaio de Impacto e Pressão Hidrostática 3

22/05/2012 09:00 h

Execução do Ensaio de Ciclo Térmico e Pressão

Hidrostática – Início 3

22/05/2012 09:00 h

Execução do Ensaio de Corrosão e Pressão Hidrostática –

Início 3

01/06/2012 09:00 h às 16:00 h

Execução do Ensaio de Ciclo Térmico e Pressão

Hidrostática – Término 3

05/06/2012 09:00 h às 16:00 h Execução do Ensaio de Flexão e Pressão hidrostática 3

21/06/2012 09:00 h às 16:00 h

Execução do Ensaio de Corrosão e Pressão Hidrostática –

Término 3

24/07/2012 Retirada amostras

7.6 Realização dos ensaios no laboratório do IPT

Com relação ao laboratório IPT, o ensaio de fogo necessitou da construção de uma parede de

alvenaria, para que os tubos fossem embutidos e para que o fogo fosse aplicado . Nesse caso,


cada conjunto de corpos de prova foi ensaiado numa instalação aparente (fixados em parede de

alvenaria e exposto ao fogo direto), e numa instalação embutida (também em parede de

alvenaria).

As amostras de tubos, conexões e soldas utilizados no ensaio de fogo tiveram suas seções

soldadas pelo mesmo técnico especializado que confeccionou as amostras utilizadas no Falcão

Bauer. O cronograma do ensaio é apresentado na Tabela 22.

Tabela 22 – Cronograma de ensaios – IPT

Dia Horário Ensaio / Preparação Quantidade de

Amostras

27/07/2012 Entrega de materiais e amostras

30/07/2012 09:00 h às 16:00 h Construção parede alvenaria – Início

31/07/2012 09:00 h às 16:00 h Construção parede alvenaria – Fim

02/08/2012 09:00 h às 16:00 h Preparação e entrega de Amostras 6

06/08/2012 09:00 h às 16:00 h Montagem da rede tubos e conexões - início 6

08/08/2012 09:00 h às 16:00 h Montagem da rede tubos e conexões - fim 6

13/08/2012 09:00 h às 16:00 h Ensaio de Fogo – início

13/08/2012 09:00 h às 16:00 h Ensaio de Fogo – Fim

7.7 Resultados e registros

São apresentados a seguir alguns registros fotográficos dos ensaios realizados. O registro

detalhado de cada ensaio, bem como as fotos da montagem dos equipamentos e seus

resultados, os relatórios emitidos pelo Falcão Bauer e IPT são disponibilizados em arquivos


anexos a esse relatório. A seguir são detalhados os principais resultados de cada ensaio

realizado.

7.7.1 Ensaio de resistência ao esmagamento e pressão hidrostática

O ensaio de resistência ao esmagamento foi realizado em um aparelho de compressão, com

carga de 90 Kg aplicada através de uma placa metálica, com velocidade aproximada de 13

mm/min e mantida por 5 minutos. O ensaio teve como objetivo verificar a resistência à pressão

hidrostática interna de tubo e conjunto tubo + conexão após serem submetidos ao esforço de

esmagamento. A Figura 7 apresenta a montagem para realização do ensaio.

Figura 7 – Aparelho de ensaio de esmagamento


Após a realização do esmagamento foi realizado o ensaio de pressão hidrostática, para

avaliação de danos estruturais no material. Nos ensaios realizados, em todas as amostras, não

foi detectado nenhuma falha. A carga aplicada de 90 Kg não chegou a marcar o tubo nem a

interferir em suas propriedades que pudessem diminuir sua resistência a pressão hidrostática

aplicada.

A Figura 8 apresenta resultado do ensaio de teste hidrostático com pressão de ruptura.

Figura 8 – Resultado após ensaio de pressão hidrostática

As pressões de ruptura encontradas, com o também as ocorrências nos tubos após ensaio de

esmagamento, são apresentadas na Tabela 23.

(1) 28E/luva/BR - Esmag (2) 28E/luva/FT - Esmag


Tabela 23 – Resultados do ensaio esmagamento e pressão hidrostática

Ensaio Identificação de

amostras Pressão máxima

atingida (bar) Ocorrência

Pressão Hidrostática

(1) 28E/luva/BR - Resist Esmag

91 Ruptura no Tubo na região termicamente

afetada

(2) 28E/luva/FT - Resist Esmag


afetada

(3) 28E/ - / - Resist Esmag


afetada

7.7.2 Ensaio de resistência à flexão e pressão hidrostática

A amostra foi inicialmente preenchida com água, e fixada entre dois apoios distanciados de 3,4

m, e submetida a um esforço de compressão pontual no centro com carga de 3 kgf, durante o

período de 1 minuto, sendo relatadas as ocorrências.

Em seguida, a amostra foi submetida à pressão hidrostática interna, até a sua máxima

resistência. O objetivo do ensaio foi verificar a resistência à pressão hidrostática interna de tubo

e conjunto tubo + conexão após serem submetidos ao esforço de flexão.

A Figura 09 apresenta a montagem do ensaio.


Figura 09 – Tubo submetido à carga na região da solda

No caso do ensaio de flexão com tubo + conexão utilizando-se soda forte, o teste não gerou

deformação perceptível. As pressões de ruptura encontradas nos tubos após ensaio de flexão

são apresentadas na Tabela 24.

Tabela 24 – Resultados do ensaio flexão e pressão hidrostática





(4) 28E/luva/BR -

Resist Flexão 92

Ruptura no Tubo na região termicamente afetada

(5) 28E/luva/FT -

Resist Flexão 90


(6) 28E/ - / -

Resist Flexão 94


(5) 28E/luva/FT - Flexão


Como análise cabe salientar que a tolerância apontada pela Norma NBR 13206, Tubo de cobre

leve, médio e pesado, sem costura, para condução de fluidos para bitola 28 é de 2,7 MPa. Neste

caso todas as rupturas dos tubos se encontram bem acima da tolerância definida em Norma.

7.7.3 Ensaio de resistência ao impacto e pressão hidrostática

A amostra foi inicialmente submetida ao ensaio de impacto por uma peça cilíndrica de Ø 31,7

mm com massa de 0,90 kg lançada de uma altura de 2,30 m, sendo relatadas as devidas

ocorrências. A Figura 10 apresenta a montagem para realização do ensaio. Após as amostras

serem submetidas ao ensaio, todas apresentaram deformação na região do impacto, todavia,

não houve ruptura do tubo ou da conexão. A Figura 11 apresenta evidência dos danos

causdados.

Figura 10 – Tubo submetido ao impacto na região da solda


Figura 11 – Resultado da amostra submetida ao impacto na região da solda

Em seguida, as amostras foram submetidas à pressão hidrostática interna, até a sua máxima

resistência, sendo relatadas as ocorrências. O objetivo do ensaio foi verificar a resistência à

pressão hidrostática interna de tubo e conjunto tubo + conexão após serem submetidos ao

impacto. As pressões de ruptura encontradas nos tubos após ensaio de impacto são

apresentadas na Tabela 25.

Tabela 25 – Resultados do ensaio de impacto e pressão hidrostática





(7) 28E/luva/BR

– Resist Impacto 100


(8) 28E/luva/FT -

Resist Impacto 90


(9) 28E/ - / -

Resist Impacto 95


(7) 28E/luva/BR – Impacto Impacto


Neste caso, a resistência a pressão hidrostática e os valores de ruptura estabelecidos nas 3

amostras estão bem acima da tolerância máxima estabelecida pela NBR 13206.

7.7.4 Ensaio de tração e pressão hidrostática

A amostra foi inicialmente submetida a uma carga de tração de 900 N, por um período de 5

minutos, sendo relatadas as ocorrências, após o alivio da carga. Após a realização dos ensaios

nenhuma das amostras apresentou deformação visualmente perceptível. A Figura 12 apresenta

a realização do ensaio de tração.

Figura 12 – Aparelho de ensaio de tração


resistência, sendo relatadas as ocorrências. O objetivo do ensaio foi verificar a manutenção da

resistência à pressão hidrostática interna dos tubos e conjunto tubo + conexão após serem

submetidos à tração. A Figura 13 apresenta resultado de rompimento do tubo na região

fragilizada pela solda forte.


Figura 13 – Resultado da amostra após ensaio de pressão hidrostática

As pressões de ruptura encontradas nos tubos após ensaio de tração são apresentadas na

Tabela 26.

Tabela 26 – Resultados do ensaio de tração e pressão hidrostática




Tração

(10) 28E/luva/BR

– Resist Tração 130

Ruptura no Tubo na região

termicamente afetada

(11) 28E/luva/FT

- Resist Tração 89


(12) 28E/ - / -

Resist Tração 93


(11) 28E/luva/FT


Como resultado, o ensaio demonstrou que a carga de tração exercida não prejudicou as

amostras e os valores de ruptura após o ensaio de pressão hidrostática a ruptura nas 3 amostras

estão bem acima da tolerância máxima estabelecida pela NBR 13206.

7.7.5 Ensaio de tração à ruptura

A amostra foi fixada na máquina de ensaios e submetida ao esforço de tração, até a carga

máxima de resistência, sendo relatadas as ocorrências. A Figura 14 apresenta as evidências de

rupturas nas amostras.

Figura 14 – Tubo submetido à tração a ruptura na região da solda

O objetivo do ensaio foi verificar a resistência dos corpos de prova com relação à tração até a

sua ruptura. Os esforços máximos de tração encontrados nos tubos após o ensaio de tração à

ruptura são apresentados na Tabela 27.

(13) 28E/luva/BR – Resist (15) 28E/ - / -

Resist Tração rup


Tabela 27. Resultados do ensaio de tração à ruptura


amostras Carga máxima de resistência (kgf)

Ocorrência

Tração até ruptura

(13) 28E/luva/BR –

Resist Tração rup 1762 Ruptura no Tubo

(14) 28E/luva/FT -

Resist Tração rup 1210


(15) 28E/ - / -

Resist Tração rup 1540 Ruptura na Garra

7.7.6 Resistência à pressão hidrostática de curta duração

As amostras foram submetidas à pressão hidrostática interna tendo sua pressão interna elevada

gradualmente até que se verificasse a ruptura, sendo relatadas as ocorrências significativas. O

objetivo do ensaio foi verificar a ocorrência de rupturas, separações ou vazamentos ao

submeter o tubo e as conexões a uma pressão hidrostática interna. A Figura 15 apresenta

resultados de amostras submetidas ao ensaio hidrostático.


Figura 15. Amostras após ensaio de pressão hidrostática até ruptura

As pressões de ruptura encontradas nos tubos após ensaio de pressão hidrostática são

apresentadas na Tabela 28.

Tabela 28 – Resultados do ensaio de pressão hidrostática de curta duração





(19) 15A/luva/BR – Pressão


afetada



afetada

(21) 15A/ - / - Pressão


afetada

(22) 15E/luva/BR – Pressão


afetada



afetada






(24) 15E/ - / - Pressão


afetada



afetada



afetada

(27) 22A/ - / - Pressão


afetada



afetada



afetada

(30) 22E/ - / - Pressão


afetada



afetada

(32) 28A/luva/FT – Pressão


afetada

(33) 28A/ - / - Pressão


afetada



afetada

(35) 28E/luva/FT – Pressão


afetada

(36) 28E/ - / - Pressão


afetada


Os tubos foram submetidos ao ensaio de pressão hidrostático para verificar sua resistência

mecânica a esforços internos. Os resultados encontrados apontam resistência mecânica

superior à tolerância máxima especificada pela NBR 13206.

7.7.7 Ensaio de ciclo térmico

As amostras foram inicialmente submetidas a cinco (5) ciclos térmicos, com exposição à

temperaturas de 150oC e 20oC, por 24 horas. A Figura 16 ilustra o equipamento para realização

do ensaio. Em seguida, as amostras foram submetidas à pressão hidrostática interna, até a sua

máxima resistência. A Figura 17 ilustra resultado do teste após aplicação de pressão.

Figura 16 – Estufa do ensaio de ciclo térmico


Figura 17 – Resultado do tubo após ser submetido ao ciclo térmico

O objetivo do ensaio foi verificar a manutenção da resistência à pressão hidrostática interna dos

tubos e conjunto tubo + conexão após serem submetidos ao ciclo térmico. As pressões de

ruptura encontradas nos tubos após ensaio do ciclo térmico são apresentadas na Tabela 29.

Tabela 29 – Resultados do ensaio de ciclo térmico





(37)

28E/luva/BR –

Resist Pressão

93


(38) 28E/luva/FT

- Resist Pressão

88 Ruptura no Tubo na região

termicamente afetada

(39) 28E/ - / -

Resist Pressão 92


(38) 28E/luva/FT


O ensaio de ciclo térmico não prejudicou as amostras e os valores de ruptura após o ensaio de

pressão hidrostática nas 3 amostras estão acima da tolerância máxima estabelecida pela NBR

13206 de 2,7 MPa.

7.7.8 Ensaio de envelhecimento acelerado por névoa salina

As amostras foram expostas à névoa salina por um período de 720 horas. As ocorrências

encontradas nas 3 amostras, após as primeiras 48 horas da névoa salina, referem-se ao

surgimento de produtos de corrosão “verde”, e após as 720 horas as amostras apresentaram

intensificação da corrosão “verde “.


resistência, sendo relatadas a devidas ocorrências. O objetivo do ensaio foi verificar a

manutenção da resistência à pressão hidrostática interna dos tubos e conjunto tubo + conexão

após serem submetidos ao ensaio de névoa salina. As Figuras 18 e 19 apresentam as amostras

após ensaio de névoa salina e subsequente resistência hidrostática.


Figura 18 – Tubo submetido a ensaio de névoa salina na região da solda

Figura 19 – Resultado após ensaio de pressão hidrostática

As pressões de ruptura encontradas nos tubos após ensaio do ciclo térmico são apresentadas na

Tabela 30.

(41) 28E/luva/FT

(41) 28E/luva/FT


Tabela 30 – Resultados do ensaio de envelhecimento acelerado por névoa salina





(40) 28E/luva/BR –

Resist Pressão 90


(41) 28E/luva/FT -

Resist Pressão 86


(42) 28E/ - / -

Resist Pressão 84


O ensaio de envelhecimento acelerado por névoa salina não prejudicou as amostras e os valores

de ruptura após o ensaio de pressão hidrostática nas 3 amostras estão acima da tolerância

máxima estabelecida pela NBR 13206.

7.7.9 Resistência ao fogo

As amostras foram expostas a aplicação de fontes direta e indireta de calor para diversas faixas

de temperatura, entre 200oC e 1000oC, observando-se a ocorrência de anomalias,

deformidades, vazamento ou ruptura dos corpos de prova.

O objetivo do ensaio foi verificar a integridade da tubulação em situações a que esta seja

submetida a um incêndio, por meio de calor direto ou indireto, através de forno de ensaio de

resistência ao calor. As amostras foram submetidas à pressurização máxima de operação (150

kPa) durante a realização do ensaio.


Todos os trechos da tubulação possuíam cotovelo de 90º, Tê para colocação dos manômetros,

válvula e bico de engate rápido tipo espigão. As Figuras 20 e 21 ilustram estruturas de

montagem de ensaios.

Figura 20 – Detalhes das amostras montadas


Figura 21 – Dimensionamento da parede

A figura abaixo contém os resultados de todas as medições de temperatura no forno de ensaio

e das tubulações, efetuadas durante o ensaio de fogo.


5 556 490 382 357 377 25 27 25

10 658 609 530 534 542 44 57 50

15 719 680 638 937 631 86 97 87

20 761 738 703 697 688 99 98 98

25 795 780 760 750 743 99 105 98

30 822 814 802 798 790 106 124 106

35 845 841 834 834 827 119 151 120

40 865 870 871 870 864 140 159 138

45 882 897 900 897 892 162 177 157

50 898 915 921 919 914 183 182 231

55 912 927 938 932 928 203 197 255

60 925 942 954 948 943 221 216 277

65 937 955 969 963 959 239 234 297

70 948 968 983 977 973 255 252 315

75 959 979 995 989 986 271 268 332

80 968 988 1006 1000 997 286 284 347

85 977 998 1017 1011 1007 300 298 362

90 986 1006 1027 1020 1017 314 313 376

Pto 6

Temperatura da face não exposta ao fogo (ºC)

Tubulações aparentes Tubulações embutidastempo

(min)

Curva

Padrão

normativa

∆T (ºC)

Variação

temperatura

média do forno

∆T (ºC)Pto 1 Pto 2 Pto 3 Pto 4 Pto 5

Figura 22 – Valores de temperatura obtidos no ensaio de fogo

Após o termino do ensaio e resfriamento do corpo de prova, os trechos de tubulações foram

retirados e todas as conexões foram analisadas. Os tubos embutidos (amostras 4 e 5)

mantiveram-se pressurizados durante os 90 minutos do ensaio e não apresentaram ruptura ou

indício de que as soldas haviam se desalojado das conexões.

Já as tubulações aparentes estavam parcialmente danificadas e os tubos desconectados das

conexões após o ensaio de fogo. Os resultados após o ensaio de fogo são apresentados na

Tabela 31.


Tabela 31 – Resultados do ensaio de Fogo


amostras

Pressão inicial (bar)

Temperatura no ponto ruptura (

0C)

Tempo da ruptura (min)

Observação


(1) 28E/luva/BR –

Aparente 1,5 260

0C 2 minutos

(2) 28E/luva/FT –

Aparente 1,5 710

0C 21 minutos

(3) 28E/ - / - Aparente

1,5 7200

C 23 minutos

(4) 28E/ - / - Embutida

1,5 - - - - Não rompeu

(5) 28E/luva/FT –

Embutida 1,5 - -

- -

Não rompeu

(6) 28E/luva/BR – Embutida

1,5 2450C 66 minutos

Verificou-se que as soldas das amostras mantiveram-se integras até atingir as temperaturas

próximas de sua fusão (forte 750°C e branda 250°C), o que demonstra que o efeito do aumento

da pressão interna, em decorrência do aumento da temperatura, não gerou impacto adicional

que afetasse a integridade das soldas. Pode se concluir que o vazamento das amostras ocorreu

devido exclusivamente à temperatura limite de fusão da solda.


8 Análise dos resultados

Este capítulo tem como propósito apresentar a análise sobre o desempenho das amostras de

sistemas de tubos de cobre após a realização dos ensaios. Para avaliar se as agressões realizadas

foram capazes de fragilizar a estrutura das amostras do conjunto tubo + conexão de cobre, as

análises referentes aos ensaios mecânicos foram desenvolvidas em duas etapas específicas.

A primeira etapa tratou de verificar o comportamento das amostras quando submetidos ao

ensaio de pressão hidrostática, até a ruptura, sem que o conjunto tivesse sofrido qualquer tipo

de agressão. A segunda etapa se importou em confrontar os resultados dos conjuntos

submetidos ao ensaio de pressão hidrostática, até a ruptura, depois de realizadas as agressões

previstas.

Em função da particularidade do ensaio de fogo, foi realizada análise específica para tal ensaio.

As análises se concentraram no comportamento da bitola 28 de classe E, no conjunto composto

por um tubo sem solda e nos conjuntos possuindo conexões com solda branda e solda forte.

8.1 Padrões de pressão de serviço para tubos de cobre

Os tubos de cobre devem resistir às pressões internas máximas conforme limites estabelecidos

nas Normas Técnicas existentes para cada aplicação particular. Segundo a ABNT NBR 15526, a


pressão máxima de trabalho para instalações internas de gases combustíveis é de 150 kPa (1,5

bar).

Os requisitos de pressão de trabalho para tubos de cobre leve (E), médio (A) e pesado (I), sem

costura, para condução de fluidos estão definidos na norma ABNT NBR 13206.

Destaca-se que tais níveis de pressão são estabelecidos com um fator de segurança igual a 5, ou

seja, as pressões declaradas são 5 vezes menores do que aquelas necessárias para levar o tubo à

ruptura em condições normais. A Tabela 32 apresenta os níveis de pressão de serviço para

tubos de cobre, recomendados pela ABNT NBR 13206.

Tabela 32 – Níveis de pressão de serviço NBR 13206

Diâmetro externo nominal (mm)

Pressão de Serviço (bar)

Classe E Classe A

15 42,5 69,1

22 34,6 52,4

28 27,0 40,9

8.2 Análise de resistência à pressão hidrostática

Na Figura 23 observa-se a pressão de ruptura nas amostras que não sofreram agressão,

considerando-se a bitola 28 e classe E (solda branda, forte e tubo íntegro), quando submetidos

ao ensaio de pressão hidrostática até a ruptura do conjunto sob ensaio.


95

90

95

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

28E BRANDA

28E FORTE

28E TUBOB

ito

la

bar

Figura 23 – Pressão máxima atingida após ensaio de pressão hidrostática sem agressão

Na Figura 24 são apresentados os resultados da pressão de ruptura dos conjuntos tubos +

conexões com solda branda, após realizadas as agressões químicas e mecânicas previstas nos

ensaios realizados.

91

92

100

130

95

93

90

0 20 40 60 80 100 120 140

Esmagamento

Flexão

Impacto

Tração

Pressão Hidr.

Ciclo Térm.

Corrosão Névoa

Bar

Figura 24 – Resultados de ruptura após ensaio pressão hidrostática - bitola 28 classe E solda

branda


Foi possível observar que o comportamento dos conjuntos tubos + conexões na bilota 28 de

classe E, unidos por solda branda, após sofrer agressões químicas ou mecânicas não se

modificou e que os resultados permanecem na mesma faixa daqueles obtidos quando da

realização do ensaio de pressão hidrostática sem agressões (vermelho).

Na figura 25 é apresentado o comportamento da pressão de ruptura do conjunto tubos +

conexões em bitola 28 de classe E, unidos com solda forte.

100

90

90

89

90

88

86

75 80 85 90 95 100 105

Esmagamento

Flexão

Impacto

Tração

Pressão Hidr.

Ciclo Térm.

Corrosão Névoa

Bar

Figura 25 – Resultados de ruptura após ensaio pressão hidrostática - bitola 28 classe E solda

forte

Nesse gráfico foi possível examinar que a ruptura do conjunto de tubos + conexões, após

realização do ensaio de pressão hidrostática, é semelhante aos demais resultados encontrados


nos conjuntos sem qualquer agressão (vermelho). Ficou evidenciado que as agressões não

comprometem a resistência dos tubos e conexões.

Na Figura 26 são apresentados os resultados das pressões de ruptura no tubo íntegro de bitola

28 e classe E, após agressões previstas nos diversos ensaios realizados.

90

94

95

93

95

92

94

87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

Esmagamento

Flexão

Impacto

Tração

Pressão Hidr.

Ciclo Térm.

Corrosão Névoa

Bar

Figura 26 – Resultados de ruptura após ensaio pressão hidrostática - bitola 28 classe E tubo

sem conexão

Também no caso do tubo sem conexão foi possível verificar que as rupturas dos tubos se

encontram em faixa uniforme, não evidenciando comprometimento da estrutura mecânica do

tubo após realização de agressões específicas, quando comparado à situação sem qualquer

agressão (vermelho).


A Figura 27 apresenta o resultado de pressões de ruptura quando comparamos as soldas forte e

branda através de diversas amostras de bitolas e classes de tubos, sem agressões prévias, após

o ensaio de pressão hidrostática.

180

120

160

110

90

95

200

115

150

105

130

90

0 50 100 150 200 250

15A BRANDA

15E BRANDA

22A BRANDA

22E BRANDA

28A BRANDA

28E BRANDA

15A FORTE

15E FORTE

22A FORTE

22E FORTE

28A FORTE

28E FORTE

bar

Figura 27 – Comparação de resultados de ruptura solda branda x forte

Neste caso também foi possível verificar que o comportamento é semelhante aos encontrados

nas análises anteriores. Destaca-se que, independentemente do tipo de solda, os conjuntos

resistem aproximadamente 3 vezes as resistências nominais apresentadas na norma de

referência dos tubos. Os ensaios evidenciam que, em sua grande maioria, as rupturas ocorrem

nas regiões fragilizadas pelo aquecimento do processo de solda forte (presente também nas


amostras de conjuntos tubo + conexão unido com solda branda, no tampão soldado para

vedação do conjunto).

8.3 Análise de resistência ao fogo

Verificou-se que as soldas das amostras mantiveram-se integras até atingir as temperaturas

próximas de fusão das próprias soldas (forte 750°C e branda 250°C). Pode-se observar que o

vazamento das amostras (evidenciado pela perda de pressão identificada nos manômetros)

ocorreu devido à temperatura limite de fusão das soldas. Demonstrou-se que o efeito do

aumento da pressão interna, em decorrência do aumento da temperatura, não gerou impacto

na integridade das soldas.

Destaca-se que, embora evidenciado comportamento previsto da fragilização das soldas, há

diferença entre instalações aparentes e embutidas no caso de exposição ao fogo. A simulação

realizada no ensaio de fogo prevê a reprodução de uma ocorrência de incêndio. Neste sentido, a

solda branda em instalação aparente resistiu tempo inferior (2 minutos) comparativamente à

solda forte (21 minutos). No entanto, em instalações aparentes, embora evidenciado

vazamento no conjunto, o comportamento da solda branda (66 minutos) foi significativamente

superior ao comportamento da solda forte aparente (21 minutos).

Da análise dos corpos de prova após realização do ensaio de fogo, observou-se que a agressão,

mesmo chegando a temperaturas próximas a da fusão do material, não danificou a estrutura

dos produtos, evidenciando-se que tubos e conexões permaneceram íntegros em sua

conformação original, embora fragilizados em função da temperatura do ensaio.


8.4 Conclusões e recomendações

As agressões mecânicas e químicas nos sistemas compostos por tubos e conexões soldados,

tanto com solda branda quanto com solda forte, não interferiram nos resultados das pressões

de ruptura.

Destaca-se que os resultados dos ensaios de ruptura à pressão hidrostática, sem ou com

agressão (mecânica ou química), quando comparados aos níveis de pressão de serviço para

redes de distribuição interna de gases conforme ABNT NBR 15526, são significativamente

maiores (cerca de 60 vezes).

Conclui-se da análise desses resultados que, independente do tipo de solda (forte ou branda),

os sistemas compostos por tubos e conexões soldadas, mesmo quando sofrendo agressões que

podem ser previstas em instalações internas convencionais de gases combustíveis, suportam

valores superiores à máxima pressão de serviço especificado pela ABNT NBR15526.

No caso da agressão térmica pode-se concluir que o vazamento das amostras ocorreu

exclusivamente devido à temperatura limite de fusão da solda. Neste caso, as soldas das

amostras mantiveram-se íntegras até atingir as temperaturas próximas de fusão das respectivas

soldas (forte 750°C e branda 250°C), sem que fosse evidenciado qualquer tipo de alteração desse

comportamento em função da presença do fogo.

Não se identifica obstáculo para a utilização de qualquer dos tipos de solda avaliados neste

trabalho nas instalações internas de gases combustíveis, sob a óptica das resistências mecânicas

e químicas avaliadas, e que pretendem representar a realidade da média das instalações

internas de gases combustíveis existentes. Tal afirmativa é possível uma vez que a resistência

evidenciada é semelhante entre diversas situações de não agressão e agressão, e que a mesma


é significativamente maior que a necessária para atendimento dos requisitos previstos para este

tipo de aplicação.

Sob a ótica de resistência térmica, foram confirmados os vínculos com a característica de

temperatura inerente a cada uma das soldas testadas. Assim, a solda forte resiste a

temperaturas superiores a da solda branda. Da análise comparativa entre instalações embutidas

e aparentes, pode-se afirmar que uma instalação embutida, com uso de solda branda, possui

resistência ao fogo superior a uma instalação aparente de solda forte, quando adotado o

conceito de tempo para ocorrência de vazamentos.

Não se identificaram requisitos específicos de resistência à temperatura na ABNT NBR 15526,

nem tão pouco requisitos de tempo para ocorrência de vazamentos em determinadas condições

específicas. Destaca-se que a investigação sobre tais requisitos deveria abranger o conjunto

mais importante de materiais, equipamentos e aparelhos a gás utilizados nas instalações de

gases combustíveis, de forma a se evidenciar, comparativamente, o comportamento desse

conjunto de elementos nesses tipos de instalações submetidas a um caso de incêndio.


Anexo A – Detalhamento de métodos de ensaios

Neste anexo são apresentados detalhes dos ensaios propostos para avaliação de desempenho

dos sistemas de tubos e conexões de cobre soldados.

Resistência ao esmagamento + pressão hidrostática

Objetivo

Verificar a resistência à pressão hidrostática interna de tubo e tubo+conexão após serem

submetidos ao esforço de esmagamento.

Corpos de prova

Vide item geral de especificação de corpos de prova.

Procedimento de ensaio

O ensaio de esmagamento foi realizado em um aparelho de compressão diametral, carga de 90

Kg aplicada através de uma placa metálica, velocidade aproximada de 13 mm/min e mantida

por 5 minutos.

Após realização do ensaio de esmagamento, o ensaio de pressão hidrostática deve levar as

amostras até sua ruptura.


Resistência à flexão + pressão hidrostática

Objetivo

Verificar a resistência à pressão hidrostática interna de tubo e tubo+conexão após serem

submetidos ao esforço de flexão.

Corpos de prova

Vide item geral de especificação de corpos de prova. Considerar, neste caso, comprimento de

3,6 metros.


O ensaio de flexão foi realizado com as extremidades das amostras apoiadas, preenchidos

internamente com água para gerar um aumento de carga, e submetidas a um peso na sua

região central (vide figura ilustrativa), durante 1 minuto.

Figura A1 – Esquema ilustrativo de montagem dos corpos de prova no ensaio de flexão


Nestes corpos de prova, as cargas aplicadas serão definidas em função do diâmetro de cada

tubo, segundo a fórmula a seguir:

P = (2 . W . Lr2 – W . Lt

2) / (2 x Lt)

Onde:

P = Peso referente à massa aplicada (g)

W = Massa por unidade de comprimento do tubo cheio de água (g/cm)

Lr = Duas vezes a distância máxima do espaçamento dos suportes (cm)

Lt = distância entre os suportes na configuração do ensaio (cm)

Os pesos aplicados no centro do vão serão os seguintes, conforme Tabela abaixo.

Tabela A.1 – Relação entre medida do tubo e carga no centro das seções soldadas

Medida do tubo (mm)

Massa de resistência a flexão aproximada

(Kg)

15 0,400 kg

22 1,300 kg

28 3,130 kg

Após realização do ensaio de flexão, o ensaio de pressão hidrostática deve levar as amostras até

sua ruptura.


Resistência ao impacto + pressão hidrostática

Objetivo

Verificar a manutenção da resistência à pressão hidrostática interna dos tubos e conjunto

tubo+conexão após serem submetidos ao impacto.

Corpos de prova



O ensaio de resistência ao impacto foi realizado à temperatura ambiente, com a queda, sobre o

corpo de prova (preferencialmente na região das conexões soldadas), de uma peça de aço

carbono 1010-1020, cilíndrica de diâmetro de 31,7 mm, de vértices arredondados, com peso

aproximado de 0,90 kg, de uma altura de 2,30 m, com energia de cerca de 20,31 J.

Após realização do ensaio de impacto, o ensaio de pressão hidrostática deve levar as amostras

até sua ruptura.

Ensaio de tração + pressão hidrostática

Objetivo

Verificar a manutenção da resistência à pressão hidrostática interna dos tubos e conjunto tubo

+ conexão após serem submetidos à tração.


Corpos de Prova



O ensaio de tração foi realizado em um aparelho de tração, carga de aproximadamente 900 N

aplicada longitudinalmente nas amostras, e mantida por 5 minutos.

Após realização do ensaio de tração, o ensaio de pressão hidrostática deve levar as amostras até

sua ruptura.

Ensaio de tração à ruptura

Objetivo

Verificar a resistência dos corpos de prova com relação à tração.

Corpos de Prova



O ensaio de tração à ruptura foi realizado em um aparelho de tração, aplicada

longitudinalmente nas amostras, até ruptura.


Resistência à pressão hidrostática de curta duração

Objetivo

Verificar a ocorrência de rupturas, separações ou vazamentos ao submeter o tubo e as

conexões a uma pressão hidrostática interna.

Corpos de Prova

Os corpos-de-prova devem ser constituídos por 1 tubo e 2 tubo + conexão, vazio e não

pressurizados, com aproximadamente 600 mm de comprimento. Devem possuir uma

extremidade fechada (plug) e a outra extremidade com saída de ½” BSP para realização do teste

de pressão hidrostática. A relação de amostras é apresentada a seguir:

1 amostra tubo 15 classe A;

1 amostra tubo 15 classe A + luva 15 (solda branda);

1 amostra tubo 15 classe A + luva 15 (solda forte).


















A pressão hidrostática deve ser aplicada às amostras, sendo elevada gradualmente até que se

verifique a ruptura.

Ciclo térmico

Objetivo


tubo+conexão após serem submetidos ao ciclo térmico.

Corpos de Prova




A amostra foi submetida a ciclo de temperatura entre 20°C e 150°C, por um período de 24h, por

pelo menos cinco ciclos completos.

Após realização do ensaio de ciclo térmico, o ensaio de pressão hidrostática deve levar as

amostras até sua ruptura.

Ensaio de envelhecimento acelerado por névoa salina

Objetivo


tubo+conexão após serem submetidos ao ensaio de névoa salina.

Corpos de Prova



O teste de névoa salina foi realizado através do envelhecimento acelerado das amostras com

solução de NaCl a 5%, em temperatura de 35°C, por 720h.

Após realização do ensaio de envelhecimento acelerado por névoa salina, o ensaio de pressão

hidrostática deve levar as amostras até sua ruptura.



Objetivo

Verificar a integridade da tubulação em situações a que esta seja submetida a um incêndio, por

meio de calor direto ou indireto através de forno de ensaio de resistência ao calor.

Corpos de Prova



O ensaio foi realizado através da aplicação de fontes direta e indireta de calor para diversas

faixas de temperatura entre 200°C e 1000°C, observando-se a ocorrência de anomalias,

deformidades, vazamento ou ruptura dos corpos de prova. Os corpos de prova devem ser

pressurizados durante o ensaio para devido monitoramento.


Bibliografia

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ABNT NBR 13206, Tubo de cobre leve, médio e pesado, sem costura, para condução de fluidos –

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ABNT NBR 15345, Instalação predial de tubos e conexões de cobre e ligas de cobre –

Procedimento.

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Estudo sobre a utilização de Soldagem Capilar em Sistemas...

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