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As características principais do material que permitem o desvio da tubulação

Por: Jorge Solorio Data: 30 de Maio de 2019

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As características principais do material que permitem o desvio da tubulação

Sistemas de canalização  |  Guia de instalação

A expansão linear é um fenômeno inevitável que afeta todo o material de tubulação - incluindo metais e plásticos. Se uma tubulação for restrita em ambas as extremidades, um aumento de temperatura fará com que o material se expanda, resultando em uma tensão de compressão. Quando esta força de montagem excede a tensão admissível do material, ocorre danos no sistema de tubulação.


Durante o projeto do sistema de tubulação, arquitetos e engenheiros devem construir joelhos de expansão para desviar esta tensão de compressão. Em cada um dos três tipos, é necessário um ângulo. 

 

 

Curvas e Deviaturas 

 

 

Os joelhos de expansão, os deslocamentos de expansão e as mudanças de direção fornecem uma direção linear para que o tubo se mova. Mas, quais características do material permitem que ele se desvie sem causar danos ao tubo?

 

Para saber como explicar a expansão térmica no desenho do sistema de tubulação, confira nossa publicação anterior sobre esse tópico.

 

Quais as Duas Características do Material Permitem que o Tubo Desvie como Joelhos de Expansão?

Cada joelho depende da capacidade do tubo de se desviar sem sofrer danos. Existem duas características importantes do material que tornam isso possível.

 

1. Módulo de Flexão de Elasticidade

O módulo de elasticidade de flexão de um material de tubulação demonstra o quanto de tensão pode ser colocado em um material antes que ele não consiga mais retornar ao seu estado original. Essencialmente, é uma proporção de tensão para esforço.

Quando a tensão atua sobre o material, ocorre uma certa quantidade de deformação ou esforço. À medida que a tensão que atua sobre o material aumenta, o mesmo ocorre com o esforço. Em certo ponto, a tensão é muito grande, prejudicando o material.

Materiais mais rígidos têm um maior módulo de elasticidade. Não importa quão rígido o material, o módulo de elasticidade irá diminuir à medida que a temperatura aumenta, o que significa que quanto mais alta a temperatura, mais fácil o tubo irá desviar.

 

Flexural Modulus of Elasticity

O gráfico mostra o módulo de flexão de elasticidade para Corzan® CPVC a diferentes temperaturas.

 

O módulo de elasticidade é uma propriedade do material, e é definido usando o Método de Teste Padrão ASTM D790 Spara Propriedades de Flexão de Plásticos Reforçados e Não Reforçados e Materias de Isolante Elétrico. Este padrão explica como preparar espécimes e configurar um sistema de carregamento de três pontos para determinar as propriedades de flexão dos materiais plásticos. Durante este teste, uma carga é colocada na amostra. A tensão da flexão é calculada a partir da curva de carga-desvio. O resultado da curva de tensão x curva de desvio é usada para determinar várias propriedades:

  • A porção linear desta curva é a região elástica, que é o intervalo em que o material reterá suas propriedades após a remoção de uma carga.
  • O módulo de elasticidade é a inclinação desta região.

 

2. Tensão de Trabalho

A tensão de trabalho é o tensão admissível máxima que um material pode ser submetido durante o uso. Em certo nível de tensão, os materiais sacrificarão a integridade estrutural. Todos os materiais exibem diferentes níveis de tensão de trabalho e o valor depende da geometria do material e da temperatura de trabalho.


A geometria de um material é a forma final que o composto assume. Por exemplo, o composto CPVC pode ser fabricado em tubulações de schedule 40 e schedule 80, feito sob medida para as conexões e fabricado para tubulações ou revestimentos. Cada geometria exibirá uma tensão de trabalho diferente.


Semelhante ao módulo de elasticidade, a tensão de trabalho também depende da temperatura da aplicação. O máximo de tensão de trabalho permitida diminui à medida que a temperatura aumenta.


Conforme mostrado na tabela abaixo, o Corzan CPVC pode lidar com a maior tensão máxima em temperaturas mais baixas do que em temperaturas mais elevadas.

 

Working Stress of Corzan CPVC  

O gráfico mostra a tensão de trabalho do Corzan CPVC a diferentes temperaturas.

 

A tensão de trabalho é um valor definido para cada material e geometria, e o método de teste padrão ASTM D1598 para o tempo de falha da tubulação de plástico sob pressão interna constante é o método para testar e calcular a tensão do aro (ou tensão de trabalho) da tensão longitudinal decorrente da pressão no tubo.

 

Fórmula de Expansão do Joelho: Unindo Essas Juntas

Para determinar a expansão linear de um tubo e a dimensão necessária de um joelho de expansão, os projetistas usam a Fórmula de Expansão de Joelho. As características de um material de tubulação coberto acima - o módulo de elasticidade e a tensão de trabalho - compõem a metade da equação.

 

Formula para Curva de Expansão

 

 

Veja como cada variável afeta o comprimento da expansão do joelho:

  • Módulo de flexão de elasticidade na temperatura máxima (E): À medida que o módulo de elasticidade aumenta, o comprimento requerido do joelho de expansão também aumenta. Quando forças iguais são aplicadas a tubos com o mesmo diâmetro, o tubo mais rígido exigirá um comprimento mais longo para desviar a mesma distância que o tubo mais flexível.
  • Tensão de trabalho na temperatura máxima (S): À medida que a tensão de trabalho aumenta, o comprimento do joelho necessário diminui. Em outras palavras, quanto mais tensão o tubo pode sustentar, menor será a área da força aplicada do desvio.
  • Mudança de comprimento devido à mudança de temperatura (ΔL): esta mudança de comprimento é calculada pela fórmula de expansão térmica, que leva em consideração o comprimento do tubo, a mudança de temperatura e o coeficiente de expansão térmica do material. À medida que esse valor aumenta, o comprimento requerido do joelho de expansão também aumenta.
  • Diâmetro externo do tubo (D): À medida que o diâmetro externo do tubo aumenta, o comprimento do joelho necessário também aumenta. Um tubo mais amplo é menos flexível precisa de mais comprimento de tubo para se desviar.

 

Calcule o Comprimento do Joelho Necessário para o seu Sistema

Para ajudar os engenheiros na criação dos sistemas de tubulação Corzan® CPVC, desenvolvemos uma Calculadora de Expansão de Tubos. Se você conhece o diâmetro do tubo, temperaturas máximas e mínimas e o comprimento da canalização, a calculadora fornecerá os comprimentos de joelho necessários para o seu sistema.

 

 

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