As principais considerações para a escolha de materiais em um sistema de irrigação são:
habilidade do material para resistir a tensões mecânicas, temperaturas extremas, radiação solar, e contatos químicos para os quais eles podem ser expostos.
A tensão mecânica pode ser devida a condições internas como pressão da água, acidez da água e alcalinidade, golpe de aríete e vácuo. Os componentes também podem ser afetados por forças externas como expansão térmica e contração. Há numerosas combinações de metais, combinações, plásticos, cerâmicas, e elastômeros que podem ser usados em componentes para um sistema de irrigação. Não somente é importante que os materiais resistam às tensões mecânicas e ambientais que podem ocorrer, como também devem ser compatíveis entre si para evitar corrosão interna ou efeitos de galvanização. As principais considerações na seleção dos materiais são: pressão, faixa de temperatura, afinidade química e custo.
O planejamento da pressão de trabalho é o fator mais importante na seleção dos materiais para compor o sistema de distribuição de água. Tipicamente, tubulações e dispositivos de controle deveriam resistir o dobro da pressão de operação normalmente utilizada. O ambiente e a temperatura da água devem receber um pouco de consideração na seleção dos materiais, pois temperaturas elevadas podem diminuir a força de plásticos. Em casos onde podem ser expostos
componentes a temperaturas altas (por exemplo: próximo de estações de bomba), plásticos especiais que resistem a altas temperaturas ou aço deveriam ser usados em vez de PVC. Em áreas sujeito ao congelamento, deve ser dada consideração a materiais que não sofrem fraturas tão facilmente como o ferro. A radiação ultravioleta (UV) é um problema comum para tubulações expostas à luz solar. A radiação UV pode causar degradação da maioria dos plásticos; então, são usados elementos aditivos como negro de carbono para inibir este processo. Os elastômeros são normalmente menos influenciados pela radiação UV, e os metais normalmente permanecem inalterados (MANO; MENDES, 2004).
A resistência química é uma consideração importante em sistemas de irrigação por gotejamento onde se faz a aplicação de diferentes tipos de substâncias químicas agrícolas que variam desde fertilizantes a produtos utilizados para limpeza das linhas. No entanto, combinações corrosivas freqüentemente podem passar pelo sistema. Condições ácidas (pH baixo) resultarão em corrosão da maioria dos metais. Alumínio e zinco são os metais mais sensíveis à ação do ácido. Ferro fundido, aço carbono, e ligas de cobre são menos sensíveis, mas para uma exposição prolongada para condições ácidas, um material resistente como aço inoxidável deveria ser utilizado. Condições de pH alto (alcalino) podem ser prejudiciais a alumínio, zinco, e titânio. A maioria dos outros metais, como também a maioria dos plásticos e elastômeros, não são sensíveis a condições alcalinas (MANO; MENDES, 2004).
Partículas sólidas como areia no fluxo de água pode resultar em severos danos à parede de metais e componentes plásticos. Danos a superfície destes materiais podem ser devido à cavitação. Plásticos e elastômeros são mais elásticos e resistentes a danos causados por cavitação;
porém, eles são mais suscetíveis a danos por abrasão de sólidos a alta velocidade.
1.8.1 Nomenclatura de polímeros
A diversidade de formação dos profissionais, envolvidos em atividades tanto acadêmicas quanto industriais na área de Polímeros, impõe a necessidade de se obedecer às regras de nomenclatura sistemática, a fim de que não se instale o caos nas informações técnicas (MANO;
MENDES, 2004).
Na linguagem técnica, pela simplificação que traz aos usuários, é muito empregada a nomenclatura baseada em siglas, que utiliza abreviações das denominações usuais, sempre em
Inglês. Ex.: PE (“polyethylene”, polietileno), HDPE (“high density polyethylene”, polietileno de alta densidade), LDPE (“low density polyethylene”, polietileno de baixa densidade), LLDPE (“linear low density polyethylene”, polietileno linear de baixa densidade); UHMWPE (“ultra-high molecular weight polyethylene”, polietileno de altíssimo peso molecular), PMMA (“poly(methyl methacrylate)”, poli(metacrilato de metila)), PA-6 (“polyamide 6”, poliamida 6), PVC (“poly(vinyl chloride)”, poli(cloreto de vinila)), etc.
No caso das borrachas ou elastômeros diênicos, além das denominações científicas, é comum, industrialmente, serem empregadas siglas referentes aos monômeros e à natureza elastomérica do produto. Exemplo: IR (‘isoprene rubber”, borracha de poliisopreno), NBR (“acrylonitrile butadiene rubber”, borracha de copolímero de butadieno e acrilonitrila), etc. Por extensão, é comum denominar-se NR (“natural rubber”) a borracha natural proveniente da serigueira, Hevea brasiliensis. Deve-se observar que os termos borracha (“rubber”) e elastômero (“elastomer”) são equivalentes.
Nos polímeros não-diênicos elastoméricos são ainda empregadas algumas siglas: CSM (“chloro sulfonated methylene elastomer” - elastômero de polietileno cloro-sulfonado), EPDM (“ethylene propylene diene methylene elastomer” - elastômero de copolímero de etileno, propileno e dieno não-conjugado), TPR (“thermoplastic rubber” - borracha termoplástica). Na prática, emprega-se a denominação que for mais simples para cada caso (MANO; MENDES, 2004).
1.8.2 Resistência química dos materiais plásticos (PVC)
Dentre os diversos materiais plásticos, o PVC é dos mais inertes quimicamente à ação da maioria dos produtos químicos e em particular a todos os produtos usados para limpeza que podem se encontrar nas águas servidas. É resistente a álcool, gorduras, e óleos e petróleo.
Também a maioria dos agentes corrosivos que incluem ácidos inorgânicos, alcalinos e sais. O PVC não deve ser usado com ésters, acetona, éteres e aromático ou hidrocarbonetos clorados, pois o PVC absorve estas substâncias e isto conduz a um inchaço e uma redução em resistência à tração.
A Tabela 6 apresenta a resistência do PVC aos agentes químicos que possuem cloro em sua composição. Os diferentes produtos foram classificados por ordem alfabética e marcados às
temperaturas de 20º e 60ºC com os sinais convencionais R (Resistente), L (Resistência limitada – leve ataque) e N (Não resistente).
Tabela 6 – Resistência do PVC aos agentes químicos que possuem cloro em sua composição
Produto 20ºC 60ºC
Cloreto de potássio, solução saturada R R Cloreto de sódio, solução saturada R R Cloreto férrico, solução saturada fria R R
Cloro benzeno N N
* R (Resistente), L (Resistência limitada – leve ataque) e N (Não resistente).
Fonte: Dubois (1974).
1.8.3 Considerações para Tubos de PVC
Para trabalho de escoamento de água normal, tubos de PVC são totalmente inalterados pelo solo e substâncias químicas presentes na água. É provável que a questão de resistência química somente surja se eles são usados em ambientes incomuns ou se eles são usados para escoar substâncias químicas. Os dados seguintes dão direção neste contexto.
Os tubos de PVC não serão afetados por nada que normalmente possa estar presente em efluente de sistema de esgoto. Porém, se alguma descarga ilegal é feita é provável o ataque ao anel de borracha de vedação que o tubo de PVC possui. Por causa de modernos controles de
poluição de descargas de esgoto, tubos de PVC podem ser usados seguramente em qualquer cadeia de sistema de esgoto municipal, inclusive em áreas que aceitam efluente industrial (MANO; MENDES, 2004).
Para aplicações específicas de transporte de alimento ou armazenamento, devem ser observados regulamentos de saúde, sendo obtidos informações específicas a respeito do uso de tubos de PVC.
Geralmente é conhecido que tubos e acessórios em material termoplásticos são extensamente usados em indústrias onde o transporte de líquidos altamente corrosivos e gases requer materiais de alta qualidade e caracterizados por uma excelente resistência a corrosão. Aço inox, aço revestido, vidro e materiais cerâmicos podem ser substituídos freqüentemente e vantajosamente por materiais termoplásticos com segurança, confiabilidade e benefícios econômicos expostos a condições operacionais semelhantes (MANO; MENDES, 2004).
Variações na análise das combinações químicas como também nas condições operacionais (pressão e temperatura) podem modificar significativamente em comparação a resistência química atual dos materiais.
1.8.4 Ataque químico a termoplásticos e elastômeros
Substâncias químicas que atacam polímeros fazem isso a taxas diferentes e modos diferentes. Há dois tipos comuns de ataques químicos em polímeros: a) Ocorre uma expansão do polímero, sendo que o mesmo retorna à sua condição original se a substância química for removida. Porém, se o polímero é composto de um ingrediente que é solúvel na substância química, podem ser alteradas as propriedades do polímero por causa da remoção deste ingrediente e a própria substância química será contaminada; e b) A resina básica ou moléculas de polímeros são mudadas união em cruz, oxidação, reação de substituição ou cisão em cadeia.
Nestas situações o polímero não pode ser restabelecido pela remoção da substância química.
Exemplos deste tipo de ataque em PVC é vapor d´água a 200oC e gás cloro úmido (MANO;
MENDES, 2004).
Vários fatores podem afetar a taxa e o tipo de ataque químico que pode ocorrer. Estes fatores são: a) Concentração: em geral, a taxa de ataque aumenta com a concentração, mas em muitos casos há níveis limiar no qual nenhum efeito químico significante é notado; b) Temperatura: como com todos os processos, a taxa de ataque aumenta com a elevação da
temperatura. Novamente, temperaturas limiares podem ser utilizadas; c) Período de contato: em muitos casos, a taxa de ataque é lenta, tendo resultado somente com um contato contínuo e prolongado. “Em geral PVC é considerado relativamente insensível para acentuar corrosão”
(MANO; MENDES, 2004).
A resistência química de polietileno é devida a não-polarização ou natureza parafinada do material que é em função da concentração de reagentes e temperatura. Algum ataque pode ocorrer sob condições específicas.
Onde misturas de borracha modificada LDPE são usadas para aperfeiçoar propriedades em aplicações de irrigação, o efeito de substâncias químicas específicas, pode requerer avaliação do tubo e tubogotejador a ser utilizado em sistema de irrigação por gotejamento (MANO;
MENDES, 2004).
A Tabela 7 apresenta a resistência química de anel de borracha (elastômeros) utilizados para vedação e outros diversos fins.
Tabela 7 – Resistência química de elastômeros
Material e sigla Geralmente resistente para Geralmente não resistente para Borracha natural
NR
A maioria das substâncias químicas moderadas, úmidas ou secas, ácidos orgânicos, álcool, acetonas, aldeídos
Ozônio, ácidos fortes, gorduras, óleos, graxas, a maioria dos hidrocarbonetos Borracha Butadieno
estireno
SBR Igual para Borracha Natural Igual para Borracha Natural Policloropeno
(Neopreno) CR
Substâncias químicas moderadas e ácidas, ozônio, gorduras, muitos óleos e solventes
Ácidos oxidantes fortes, ésters,
Animal e óleos vegetais, ozônio,
Substâncias químicas oxidantes fortes Óleos minerais e solventes, hidrocarboneto aromáticos clorados e hidrocarbonetos de nitro Fonte: Mano e Mendes (2004).
Nota: O desempenho químico de elastômeros é influenciado por vários fatores incluindo: a) temperatura de serviço;
b) condições de serviço; c) grau de polimerização e d) combinação utilizada.
Uma composição moldável de borracha é complexa. A massa é comumente designada composição vulcanizável e sempre contém, além do elastômero, alguns aditivos, em pequena quantidade; pode ainda conter outros ingredientes em quantidades muito maiores, sob a forma de carga e plastificante. Quando a composição vulcanizável não contém carga é chamada goma pura
(“pure gum”). Os principais ingredientes são os seguintes: a) Agente de vulcanização; b) Acelerador; c) Ativador; d) Antioxidante; e) Carga (reforçadora ou inerte); e f) Plastificante, etc.
Da correta formulação de uma composição moldável dependerá não apenas o bom processamento da mistura, como também as propriedades do produto obtido (MANO; MENDES, 2004).
Na avaliação das propriedades de um polímero é necessário considerar a fluência da massa, que envolve força e deformação ao longo do tempo, a uma dada temperatura. Assim, são exigidos alguns conhecimentos de caráter reológico.
Conforme Mano e Mendes (2004), os materiais sólidos podem ser de imediato reconhecidos à temperatura ambiente pela suas características de deformação antes da ruptura, através de sua duração (temporária ou permanente), grau (elevado ou baixo) e natureza (elástica ou plástica).
Materiais de elastômeros são usados para vedação e selamento por resistirem a altas tensões junto com temperaturas altas e baixas. Borracha natural ou sintética provou ser o material mais satisfatório para vedação e selamento em sistemas de irrigação. Eles fornecem bom desempenho para resistência, flexibilidade, e uso (MANO; MENDES, 2004).
1.9 Características hidráulicas e efeitos da temperatura da água em emissores utilizados na