Sistema de Tubulação | 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.
Os joelhos de expansão, os deslocamentos 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 possibilitam a utilização de curvas de expansão?
Existem duas características importantes do material que permitem a utilização de curvas de expansão sem causar danos a tubulação..
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.
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.
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 curvas de expansão: 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.
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 da curva necessária 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 tubulação, a calculadora fornecerá os comprimentos necessários da curva para o seu sistema.
