Seção 5 Materiais Hidráulicos e Elétricos

O consumo de energia de um laboratório médico é muito elevado, pelo que a instalação de fios e circuitos elétricos é bastante complexa.

Os fios e cabos são produtos de fiação destinados a transmitir energia elétrica (magnética) e informações, bem como a realizar a conversão de energia eletromagnética. Em sentido amplo, os fios e cabos também são abreviados como cabos; em sentido estrito, um cabo designa um cabo isolado, que pode ser definido como um conjunto composto pelas seguintes partes: um ou mais núcleos isolados, juntamente com os seus respetivos revestimentos possíveis, uma camada protetora global e uma bainha exterior; um cabo também pode ter condutores adicionais sem isolamento.

Quanto à aplicação, podem ser divididos em condutores nus, fios isolados, fios resistentes ao calor, fios blindados, cabos de energia, cabos de controlo, cabos de comunicação, cabos de radiofrequência, entre outros.

Quanto ao material, podem ser divididos em fios isolados de policloreto de vinilo, fios flexíveis isolados de policloreto de vinilo, fios flexíveis isolados de mistura de butiril-policloreto de vinilo, fios isolados de borracha, fios de núcleo de alumínio isolados de plástico para enterramento direto no solo na agricultura, fios flexíveis trançados de fio de algodão isolados de borracha, fios com bainha de nylon isolados de policloreto de vinilo, fios flexíveis isolados de policloreto de vinilo para energia e iluminação, entre outros.

As bandejas para cabos são adequadas para a instalação aérea de cabos de energia e cabos de controlo em ambientes internos e externos de empresas industriais e mineiras comuns, podendo também ser utilizadas em ambientes internos e externos por setores como telecomunicações, rádio e televisão.

Os produtos de fios e cabos dividem-se principalmente nas três grandes categorias seguintes.

I. Condutores Isolados

Designa-se por condutor isolado um fio no qual uma camada de material não condutor, como resina, plástico, borracha de silicone, PVC, etc., é enrolada de forma uniforme e hermética no exterior do condutor, formando uma camada isolante que impede que o condutor entre em contacto com o exterior e cause acidentes como fugas de corrente, curtos-circuitos e choques elétricos, conforme ilustrado na Figura 8-49.

Os fios comuns para equipamentos elétricos incluem os fios de plástico (BV, BLV, BVR, BVVB, BLVVB, etc.).

1. Seguem-se vários tipos de condutores isolados comumente utilizados

1.1 Designações dos modelos de condutores isolados de borracha: BLX — fio isolado de borracha de núcleo de alumínio; BX — fio isolado de borracha de núcleo de cobre.

1.2 Designações dos modelos de condutores isolados de policloreto de vinilo (fios de plástico): BLV — fio de plástico de núcleo de alumínio; BV — fio de plástico de núcleo de cobre.

1.3 Designações dos modelos de cabos de borracha: YHC — cabo de bainha de borracha para serviço pesado; NYHF — cabo de arrasto com bainha de neopreno para uso agrícola.

Os condutores isolados de borracha estão disponíveis com núcleo de cobre ou de alumínio, e em versões de núcleo único, núcleo duplo ou multinúcleo. São utilizados na fiação interior, e a tensão de trabalho geralmente não excede os 500 V.

2. Designações de modelos e utilizações

2.1 R significa fio de cobre flexível, V significa isolamento de policloreto de vinilo, S significa par trançado, B significa tipo plano e P significa blindagem.

2.2 RV — fio flexível de núcleo único isolado de policloreto de vinilo, temperatura máxima de funcionamento 65 ℃, temperatura mínima de funcionamento -15 ℃, tensão de trabalho de 250 V em corrente alternada e 500 V em corrente contínua; utilizado como fiação interna de instrumentos e equipamentos.

2.3 RVB: fio flexível trançado paralelo (plano), semelhante ao fio telefônico nu frequentemente utilizado em residências, com a exceção de que os seus fios de núcleo são iguais aos do RVV; os dois fios de núcleo estão envolvidos em paralelo dentro de uma bainha, geralmente com dois núcleos por bainha. 2.4 RVS: fio flexível entrançado em pares, fabricado simplesmente através da separação dos núcleos flexíveis de um RVB e do seu entrançamento em pares. Geralmente, dois fios são entrançados entre si.

2.5 RVSP: fio blindado de par trançado.

2.6 RVVB: fio flexível com bainha de policloreto de vinilo (tipo plano), norma GB/T 5023.5-2008/IEC 60227-5:2003. 2.7 RVV: fio flexível entrançado, ou seja, as almas do fio são compostas por vários fios de cobre. O fio RVV é o cabo mais utilizado em sistemas de corrente fraca; o número de suas almas não é fixo — pode haver uma única alma ou várias almas — e também há uma bainha na parte externa. No entanto, não há requisitos especiais para a disposição das almas.

2.8 RVVP: cabo flexível com alma de cobre, isolamento em policloreto de vinila, blindagem e bainha de policloreto de vinila, também chamado de cabo flexível anti-interferência para conexões elétricas, com tensão nominal de 250 V/450 V.

2.9 O BVVR é um fio flexível com alma de cobre, isolamento em policloreto de vinila e bainha de policloreto de vinila, que conta com uma camada protetora externa; o BVR é um fio flexível com alma de cobre e isolamento em policloreto de vinila, que possui apenas camada isolante, sem camada protetora externa. O chamado fio de plástico duplo refere-se à série BVV — o primeiro V indica o isolamento em policloreto de vinila e o segundo V indica a bainha de policloreto de vinila — enquanto a série BV corresponde aos fios de plástico simples.

Fig. 8-49 Condutor isolado

II. Cabos de Energia

A principal característica desta categoria de produtos é que uma camada isolante é extrudada (enrolada) no exterior do condutor, como ocorre nos cabos isolados aéreos; ou várias almas são torcidas entre si (correspondendo ao fio de fase, fio neutro e fio de terra do sistema de energia), como nos cabos isolados aéreos com mais de duas almas; ou ainda uma camada de bainha é adicionada, como nos fios e cabos com bainha de plástico/borracha. As principais tecnologias de processo incluem trefilação, entrançamento, extrusão (enrolamento) de isolamento, formação de cabos, armação e extrusão de camada protetora; as combinações de etapas de processo diferem em certa medida entre os diferentes produtos. Esses produtos são utilizados principalmente para a transmissão de energia elétrica de corrente forte em linhas de geração, distribuição, transmissão, transformação e fornecimento de energia, por onde passam grandes correntes (de várias dezenas de amperes a vários milhares de amperes) e operam com altas tensões (de 220 V a 500 kV e superior).

1. Classificação por classe de tensão

Por classe de tensão, eles podem ser divididos em cabos de energia de média e baixa tensão (35 kV e inferior), cabos de alta tensão (acima de 110 kV), cabos de tensão extra-alta (275–800 kV) e cabos de tensão ultra-alta (1000 kV e superior). Além disso, podem ser divididos por tipo de corrente em cabos de corrente alternada e cabos de corrente contínua.

2. Classificação por material isolante

2.1 Cabos de energia isolados em papel impregnado de óleo: cabos de energia cujo isolamento é feito de papel impregnado de óleo. Eles possuem a história de aplicação mais longa. São seguros e confiáveis, têm vida útil prolongada e são de baixo custo. Sua principal desvantagem é que o assentamento sofre restrições devido à diferença de altura. Desde o desenvolvimento do isolamento de papel impregnado não drenante, o problema da restrição por diferença de altura foi resolvido, permitindo que os cabos isolados em papel impregnado de óleo continuem a ser amplamente utilizados.

2.2 Cabos de energia isolados em plástico: cabos de energia cuja camada isolante é composta por plástico extrudado. Os plásticos mais utilizados incluem policloreto de vinila, polietileno e polietileno reticulado. Os cabos de plástico têm estrutura simples, são fáceis de fabricar e processar, são leves, de simples assentamento e instalação, e não estão sujeitos a restrições de diferença de altura no assentamento. Por esse motivo, são amplamente utilizados em cabos de média e baixa tensão e apresentam tendência de substituir os cabos de papel de óleo com impregnação viscosa. Sua maior desvantagem é a ocorrência do fenômeno de ruptura por arborescência, que limita seu uso em tensões mais elevadas.

2.3 Cabos de energia isolados em borracha: a camada isolante é composta por borracha misturada a diversos agentes de formulação; após mastigação completa, ela é extrudada sobre a alma do fio condutor e moldada por aquecimento e vulcanização. O material é macio e elástico, sendo adequado para ocasiões com movimento frequente e pequenos raios de curvatura para assentamento. Compostos de borracha comumente usados para isolamento incluem misturas de borracha natural e borracha de estireno-butadieno, borracha de etileno-propileno, borracha butílica, entre outros.

3. Classificação por classe de tensão

3.1 Cabos de baixa tensão: adequados para assentamento fixo em linhas de transmissão e distribuição de energia com corrente alternada de 50 Hz e tensão nominal de 3 kV ou inferior, com o objetivo de transportar energia elétrica.

3.2 Cabos de média e baixa tensão (geralmente 35 kV ou inferior): cabos isolados de cloreto de polivinila, cabos isolados de polietileno, cabos isolados de polietileno reticulado, entre outros.

Fig. 8-50 Cabo de energia

3.3 Cabos de alta tensão (geralmente 110 kV ou superior): cabos de polietileno e cabos isolados de polietileno reticulado, entre outros.

3.4 Cabos de extra-alta tensão (275–800 kV).

3.5 Cabos de ultra-alta tensão (1000 kV ou superior).

III. Fios e Cabos para Equipamentos Elétricos

As principais características desta categoria de produtos são: grande variedade de tipos e especificações, ampla gama de aplicações e tensão de operação majoritariamente de 1 kV ou inferior; para ocasiões especiais, novos produtos são constantemente derivados, como cabos resistentes ao fogo, cabos retardantes de chama, cabos de baixa emissão de fumaça e sem halogênio/baixa emissão de fumaça e baixo teor de halogênio, cabos resistentes a cupins e roedores, cabos resistentes a óleo, ao frio, à temperatura e ao desgaste, cabos para uso médico, agrícola e de mineração, e fios de parede fina.

Novos produtos derivados de fios e cabos surgem principalmente a partir de requisitos de diferentes ocasiões e necessidades de aplicação, conveniência de equipamentos e redução de custos de equipamentos, por meio da adoção de materiais novos ou especiais, alteração da estrutura do produto, elevação de requisitos de processo ou combinação de produtos de diferentes variedades, conforme mostrado na Fig. 8-51.

Adoção de diferentes materiais, como no caso de cabos retardantes de chama, cabos de baixa emissão de fumaça e sem halogênio e de baixa emissão de fumaça e baixo teor de halogênio, cabos resistentes a cupins e roedores, cabos resistentes a óleo, ao frio e à temperatura, entre outros;

Alteração da estrutura do produto, como no caso de cabos resistentes ao fogo, entre outros;

Elevação de requisitos de processo, como no caso de cabos médicos, entre outros;

Produtos combinados, como o OPGW, entre outros;

Instalação conveniente e redução de custos de equipamentos, como no caso de cabos de ramal pré-fabricados, entre outros.

Os cabos de energia comuns incluem cabos de energia de plástico (incluindo quatro tipos: VV, VLV, VV22, VLV22) e cabos reticulados de alta, média e baixa tensão (incluindo quatro tipos: YJV, YJLV, JYV22, YJLV22, com tensões de 0,6/1 kV, 8,7/10 kV, 26/35 kV, 66/110 kV, entre outros). Vantagens: seção transversal de grande dimensão, suportando transmissão de energia de alta tensão e extra-alta tensão de longa distância.

Fig. 8-51 Cabo para equipamentos elétricos

De acordo com as disposições relevantes do Código Nacional de Projeto Elétrico de Edifícios Civis e outros regulamentos, todos os fios devem ser passados por eletroduto; os dois tipos de eletroduto atualmente em uso comum são os seguintes.

IV. Eletroduto de PVC

Seu nome completo é “eletroduto elétrico isolante para uso em edificações”, com norma de execução JG 3050-1998. Em termos simples, é um tipo de tubo de plástico PVC rígido branco, um tubo anticorrosivo e estanque usado para passagem de fios elétricos. Atualmente, o tubo corrugado de PE é comumente usado como “eletroduto elétrico”; ele é de boa qualidade e baixo preço, atraente e conveniente.

Se os requisitos nacionais fossem seguidos rigorosamente, seria obrigatório o uso de eletroduto de aço carbono. No entanto, o custo seria então muito alto. Portanto, em projetos reais, as obras de decoração de interiores usam majoritariamente eletroduto de PVC; essa prática economiza custos, por um lado, e, por outro lado, o eletroduto de PVC é relativamente conveniente para a construção, conforme mostrado na Fig. 8-52.

Fig. 8-52 Eletroduto de PVC

V. Eletroduto de Aço Carbono

Um tubo de proteção para fios e cabos fabricado a partir de tubo de aço soldado do material Q235, geralmente um produto com R=6D. Quanto maior o R, mais suave é a curvatura e mais fácil é puxar os fios durante o enfiamento. Quando o eletroduto de aço carbono é conectado a um tubo reto, uma luva de acoplamento protege a junta, e então o tubo e o eletroduto são unidos por solda; o objetivo é evitar que a junta seja danificada pela solda elétrica e, assim, proteger os fios e cabos internos. As especificações comuns são DN20–DN150. Ele é usado em ambientes internos normais e em locais com alta temperatura, muita poeira, vibração e risco de incêndio. Também pode ser usado em locais úmidos. Não deve ser usado em locais especialmente úmidos, em locais corroídos por ácidos, bases ou sais, ou em locais com risco de explosão. A temperatura ambiente de operação é de -15 ℃ a +40 ℃. O eletroduto tem excelentes propriedades mecânicas e excelente resistência à corrosão, alta resistência à pressão, com pressão de trabalho superior a 2,5 MPa. A superfície do eletroduto é lisa, a resistência ao fluxo de fluido é baixa, não forma incrustações e não é propenso à proliferação de microrganismos. O coeficiente de expansão térmica é pequeno, e ele não encolhe nem deforma. Ele utiliza o método tradicional de instalação e conexão. A camada de revestimento plástico de epóxi do eletroduto resolve de forma mais eficaz a corrosão de tubulações metálicas causada pelo transporte de água, enterramento e por ácidos, bases e sais, e sua vida útil pode chegar a mais de 50 anos, conforme mostrado na Fig. 8-53.

Fig. 8-53 Eletroduto de aço carbono

VI. Tubos de Abastecimento de Água

Na engenharia de decoração de um laboratório médico, o sistema de abastecimento e drenagem de água do laboratório se enquadra nas obras ocultas internas e ocupa uma parte significativa de todo o projeto; além disso, ele exige alta qualidade de construção, pois, uma vez que ocorra um problema, é bem possível que cause uma série inteira de retrabalhos. Portanto, os requisitos para os materiais de abastecimento e drenagem de água recebem ênfase especial.

1. Tubo de PVC-U

O UPVC, também chamado de PVC rígido ou PVCU, é composto por uma resina termoplástica amorfa obtida pela polimerização de monômeros de cloreto de vinila juntamente com certos aditivos (como estabilizantes, lubrificantes, cargas, etc.). Além do uso de aditivos, também se adota o método de mistura e modificação com outras resinas para conferir-lhe valor prático evidente. Essas resinas incluem CPVC, PE, ABS, EVA, MBS, entre outras. O UPVC tem alta viscosidade do fundido e baixa fluidez; mesmo que a pressão de injeção e a temperatura do fundido sejam elevadas, a alteração na fluidez não é grande. Além disso, a temperatura de moldagem da resina é muito próxima da sua temperatura de decomposição térmica, e a faixa de temperatura na qual a moldagem pode ser realizada é muito estreita, tornando-o um material de difícil moldagem. Na engenharia de decoração de laboratórios médicos, o tubo de PVC-U pode ser usado como tubulação de água da torneira, conforme mostrado na Fig. 8-54.

Fig. 8-54 Tubo de PVC-U

Propriedades do tubo de PVC-U:

1.1 Peso leve, conveniente para transporte, carga e descarga

O material do tubo de PVC-U é muito leve, conveniente para transporte e construção, e pode economizar mão de obra.

1.2 Excelente resistência química

O tubo de PVC-U tem resistência destacada a ácidos, bases e corrosão, sendo muito adequado para uso na indústria química.

1.3 Baixa resistência ao fluxo de fluido

A superfície da parede do tubo de PVC-U é lisa e oferece pouca resistência aos fluidos; seu coeficiente de rugosidade é de apenas 0,009, inferior ao de outros materiais de tubo, portanto, na mesma vazão, o diâmetro do tubo pode ser reduzido.

1.4 Alta resistência mecânica

O tubo de PVC-U tem muito boa resistência à pressão hidrostática, resistência à pressão externa e resistência ao impacto, sendo adequado para obras de tubulação em todos os tipos de condições.

2. Tubo PP-R

O tubo PP-R (polipropileno random) também é chamado de tubo de polipropileno tipo III, tubo de polipropileno copolímero random, ou tubo PPR. O tubo PP-R é fabricado a partir de polipropileno copolímero random, por extrusão para obtenção do material do tubo e moldagem por injeção para as conexões de tubo.

Comparado aos tubos tradicionais como tubos de ferro fundido, tubos de aço galvanizado e tubos de cimento, o material de tubo PPR tem as vantagens de economia de energia e matéria-prima, proteção ambiental, peso leve e alta resistência, resistência à corrosão, paredes internas lisas que não formam incrustações, construção e manutenção simples, e longa vida útil. É amplamente utilizado em abastecimento e drenagem de água em edifícios, abastecimento e drenagem de água urbana e rural, gás urbano, revestimento de cabos de energia e fibra óptica, e transporte de fluidos industriais, conforme mostrado na Fig. 8-55.

Fig. 8-55 Tubo PPR

3. Tubos de Água de Aço Inoxidável

Em um laboratório, diversos grupos de salas precisam utilizar água purificada. Atualmente, muitos laboratórios, com a economia de custos em mente, majoritariamente substituem o tubo PPR pelo tubo de água purificada durante a construção; estritamente falando, no entanto, essa prática não atende ao padrão — de acordo com as especificações nacionais relevantes, o tubo de água de aço inoxidável deve ser usado como conduto para água purificada. O tubo de água de aço inoxidável é o melhor material de tubulação para transportar água potável direta. Ele apresenta característica de baixa taxa de vazamento de água, que permite economizar recursos hídricos preciosos. Para tubos de abastecimento de água, escolher tubo de aço inoxidável é a opção mais benéfica à saúde. Em testes de imersão em água, todos os indicadores atendem aos requisitos das normas nacionais de água potável relevantes. A parede interna do tubo de aço inoxidável é lisa; com uso prolongado, não acumula incrustações e não é facilmente contaminada por bactérias, portanto não há necessidade de se preocupar com o impacto na qualidade da água, e a poluição secundária da água pode ser eliminada. A fina e densa película de óxido rica em cromo na superfície do aço inoxidável confere aos tubos de água de aço inoxidável boa resistência à corrosão em todas as qualidades de água, incluindo água mole; mesmo quando enterrados no subsolo, eles têm excelente resistência à corrosão. Dados de teste de corrosão em campo mostram que a vida útil dos tubos de água de aço inoxidável pode chegar a 100 anos, com quase nenhuma manutenção necessária durante o ciclo de vida, evitando despesas e transtornos com substituição de tubos, e o custo de uso abrangente é baixo. Todas as matérias-primas utilizam os graus 304, 304L, 316 e 316L, todos atendendo aos requisitos da JIS4305. Os graus citados têm as características de desempenho estável, alta resistência e baixo coeficiente de expansão térmica, conforme mostrado na Fig. 8-56.

Fig. 8-56 Tubo de água de aço inoxidável

VII. Tubos de Drenagem

1. Tubos de Drenagem de PVC

Na construção de laboratórios, a drenagem da grande maioria dos projetos utiliza tubo de PVC. PVC é a abreviação de Policloreto de Vinila; seu componente principal é o policloreto de vinila, um material ao qual outros componentes são adicionados para aumentar sua resistência ao calor, tenacidade e ductilidade. A camada superior dessa película de superfície é verniz, o componente principal da camada intermediária é o policloreto de vinila, e a camada inferior é um adesivo de revestimento traseiro. A produção de tubos e conexões é concluída por meio de processos como resfriamento, cura, modelagem, inspeção e embalagem.

É um material sintético profundamente apreciado, bastante popular e amplamente utilizado no mundo atualmente. Seu consumo global ocupa o segundo lugar entre os diversos materiais sintéticos.

Fig. 8-57 Tubo de drenagem de PVC

As especificações convencionais dos tubos de drenagem de PVC comumente usados são as seguintes: os diâmetros externos nominais são respectivamente 32 mm, 40 mm, 50 mm, 75 mm, 90 mm, 110 mm, 125 mm, 160 mm, 180 mm, 200 mm, 250 mm, 315 mm, 400 mm, 500 mm, 630 mm, entre outros. O comprimento dos tubos PVC-U é geralmente de 4 m ou 6 m, sendo outros comprimentos definidos por negociação entre fornecedor e comprador, conforme mostrado na Fig. 8-57.

2. Tubos de Ferro Fundido Dúctil

Durante a construção de laboratórios, ocasionalmente a parte construtora solicita especificamente à parte de construção mandatada que utilize tubos de ferro dúctil para as tubulações de drenagem. O tubo de ferro dúctil tem a essência do ferro e o desempenho do aço, daí seu nome. No tubo de ferro dúctil, a grafite existe de forma esférica, e o tamanho da grafite é geralmente dos graus 6 a 7. Em termos de qualidade, é necessário que o grau de nodularização do tubo de ferro fundido seja controlado nos graus 1 a 3, com uma nodularidade ≥ 80%; consequentemente, as propriedades mecânicas do próprio material são bastante aprimoradas, conferindo-lhe a essência do ferro e o desempenho do aço. Após o recozimento, a estrutura metalográfica do tubo de ferro dúctil é composta por ferrita e uma pequena quantidade de perlita, com boas propriedades mecânicas, por isso também é chamado de tubo de aço de ferro fundido. O tubo de ferro dúctil é um tipo de tubo de ferro fundido. Possui excelente desempenho anticorrosivo, boa dutilidade, bom efeito de vedação e instalação simples, sendo utilizado principalmente para abastecimento de água municipal, transmissão de gás, transmissão de petróleo, entre outros, em empresas industriais e de mineração.

Uma determinada quantidade de grafite esférica está distribuída em uma matriz de ferrita e perlita; dependendo do diâmetro nominal e dos diferentes requisitos de alongamento, as proporções de ferrita e perlita na estrutura da matriz variam — a proporção de perlita para diâmetros pequenos geralmente não é superior a 20%, enquanto para diâmetros grandes ela é geralmente controlada em cerca de 25%, conforme mostrado na Fig. 8-58.

Fig. 8-58 Tubo de ferro dúctil