Com a publicação das novas Normas Brasileiras sobre instalações degás não industriais, que são as atuais NBR 13932 "Instalações internasde gás liqüefeito de petróleo (GLP) Projeto e execução", NBR 13933"Instalações internas de gás natural (GN) Projeto e execução" e NBR14570 "Instalações internas para uso alternativo dos gases GN e GLP -Projeto e execução", houve uma sugestão de padronização dodimensionamento das tubulações. 

 As fórmulas de dimensionamentoapresentadas nestas normas não sãode uso obrigatório, são apenas sugestões ou recomendações. Naprática quase todos os projetistas utilizam o sugerido pela norma poisem qualquer caso de mal funcionamento em equipamentos domésticoà gás, será alegado que o dimensionamento das tubulações de gáscombustível não foi executado segunda a norma pertinente.

Neste artigo, vou me deter apenas nas fórmulas sugeridas pela normae não na origem destas ou em outras formulas reconhecidasinternacionalmente.

O dimensionamento de cada uma das normas, apenas por questõesdidáticas, será tratado separadamente, apesar das seqüências dedimensionamento serem praticamente as mesmas e vários trechosescritos no dimensionamento segundo a NBR 13932 e NBR 13933ficarem conseqüentemente iguais.

Existem também algumas considerações importantes sobre odimensionamento que apesar de não constarem nas normas serãotratados no decorrer deste artigo.

Sempre devemos adotar como ponto inicial do cálculo o ponto deabastecimento de gás. Também é importante saber que sempre quese atingir um regulador de pressão, devemos considerar como umnovo dimensionamento o trecho posterior a este regulador.

Para facilitar o dimensionamento, o projetista deve montar uma tabela

Dimensionamento de tubulações de gás combustívelem instalações não industriais 

por Engo. Ciro de Toledo PizaTebecherani 

 

com todos os trechos (a cada derivação surge um trecho novo) e suascaracterísticas (vide tabela 1)

1. Dimensionamento segundo a NBR 13932 (Agosto de 1997)"Instalações internas de gás liqüefeito de petróleo (GLP) - Projeto eexecução. 

1.1 Essa norma, permite duas maneiras distintas de fazer odimensionamento, uma em baixa pressão (rede secundária) e outraem média pressão (rede primária).

1.1.1 Dimensionamento para rede primáriaRede primária, é aquela compreendida entre o regulador de primeiroestágio (dispositivo destinado a reduzir a pressão do gás , antes desua entrada na rede primária, para o valor de no máximo 150 kPA) e oregulador de segundo estágio (vide figura 1).

 A grande vantagem de dimensionarmos o maior trecho possível comorede primária é que devido a sua pressão inicial ser maior, odimensionamento das tubulações será o mais econômico. Porémexistem também desvantagens de tentar prolongar a rede primáriapois em qualquer circunstância de vazamento a quantidade de gásvazado será muito maior, gerando assim um risco também maior;Existe também um problema de compatibilidade entre uma possívelsubstituição futura do GLP por GN, pois a tubulação dimensionadapara GLP média pressão não é compatível com GN, sendo assim emalguns municípios, como por exemplo São Paulo, criaram umalegislação que obriga o dimensionamento da rede interna sercompatível com GN. Nestes casos é proibido dimensionar com médiapressão.

1.1.2 Dimensionamento para rede secundáriaRede secundária , é aquela situada entre o regulador de segundoestágio ou estágio único (dispositivo destinado a reduzir a pressão dogás, antes de sua entrada na rede secundária, para um valoradequado ao funcionamento do aparelho de utilização de gás abaixode 5 kPA) e os aparelhos de utilização (vide figura 1).

1.2 Os passos para se efetuar o dimensionamento de GLP são:

1.2.1. Apurar a potência computada (C) no trecho em quilocalorias por

 

hora. É a somatória das potências nominais dos aparelhos de utilizaçãode gás supridos pelo trecho, ou seja, se for o trecho inicial é asomatória de todas as potências nominais de todos os aparelhos deutilização de gás. Preferencialmente, devemos utilizar as potênciasfornecidas pelo fabricante do equipamento que será utilizado, caso nãotenhamos o fabricante definido, podemos adotar os valores sugeridospela norma (ver tabela 2).

1.2.2 Encontrar o fator de simultaneidade (F) através do gráfico oufórmulas sugeridas pela normas (ver gráfico 1).

1.2.3 Calcular a potência a ser adotada (A), em quilocalorias por hora,no dimensionamento do trecho através da formula ou a critério doprojetista (ver nota do gráfico 1):

(A) = (F) x (C) 

1.2.4 Determinar a vazão do gás (Q), em m3 por hora através daformula:

(Q) = (A) / (PCI), onde devemos adotar PCI (Poder CaloríficoInferior) do GLP como sendo 24.000 kcal/ m3

1.2.5 Adotar um diâmetro interno inicial (D), compatível com astubulações permitidas na norma (vide tabela 2).

Para um dimensionamento o mais econômico possível, devemos tentaradotar o menor diâmetro comercial aplicável em função da perda decarga máxima permitida (vide itens 1.2.11 e 1.2.12). Paradimensionamentos realizados em calculadoras programáveis oucomputadores, sempre partimos do Diâmetro Nominal de ½" (omenor diâmetro nominal permitido) e vamos aumentando seu valorgradativamente até que se atinjam todos os requisitos; Paradimensionamentos realizados manualmente dependerá muito daexperiência do projetista para acertar o valor na primeira tentativa,para os mais inexperientes recomendo que se faça como realizado emcomputadores.

1.2.6 Calcular as perdas de carga localizadas de conexões e válvulasem função do diâmetro (D) adotado, do tipo de material e dofabricante.

 

Cabe destacar três comentários sobre perda de carga localizada:

Enquanto que em uma válvula de esfera de passagem plena a perdade carga é praticamente desprezível, em uma válvula de esfera depassagem reduzida a perda de carga localizada pode ser a maior a serconsiderada.

 A perda de carga localizada chega a variar em mais de 50% entrefabricantes diferentes de uma mesma singularidade (válvulas conexõesetc.), devemos estar atento para este fato e procurar utilizar sempredados reais fornecidos pelo fabricante da válvula e conexão. Evite usardados bibliográficos, pois em função do fabricante, o dimensionamentopoderá ficar sub ou super dimensionado.

 A perda de carga localizada varia em função do material utilizado. Paramateriais com menor rugosidade, a perda de carga de um mesmo tipode conexão é maior em metros equivalentes de tubulação, assim umatabela desenvolvida para aço não deve ser utilizada para cobre e viceversa.

1.2.7 Some o comprimento equivalente das singularidades obtidos em1.2.6 com os trechos retilíneos da tubulação e obterá o comprimentoequivalente total (L) do trecho da tubulação para aquele diâmetro.

1.2.8 Calcular a perda ou ganho de pressão em função do peso dacoluna do GPL no trecho.Como o GLP é mais denso que o ar atmosférico, se estivemos comuma diferença de cota ascendente entre o ponto inicial e o final dotrecho calculado haverá uma perda na pressão, caso o diferença decota entre os pontos seja descendente, haverá um ganho na pressão.

 A formula que devemos adotar é:

P = 1,318 x 10-2 x H x (dg - 1) onde:

P

 

é a perda ou ganho de pressão, em quilopascals;H é a altura do trecho vertical em metros ("+" se for ascendente e ""se for descendente)dg é a densidade relativa do GLP (adotar 1,8 conforme sugestão danorma)Para simplificar a formula, podemos adotar direto:

 

 

P = 0,010544 x H 

1.2.9 Para o calculo do dimensionamento da tubulação, a normasugere duas formulas diferentes, uma para média pressão (pressãocompreendida entre 5 kPa e 150 kPa) e outra para baixa pressão(inferior a 5 kPa).Devemos verificar com qual pressão estamos dimensionando (videconsiderações do item 1.1).

1.2.9.1 Para média pressão adotar:

PA2 (abs) - PB

2 (abs) = ( 467000 x dg x L x Q

1,82)

-

 

------------------------------D

4,82

1.2.9.2 Para baixa pressão adotar: 

PA - PB = ( 2273 x dg x L x Q1,82  ) -

 

-----------------------------D 4,82 

nota: PA (abs) é a pressão absoluta (pressão do ponto mais a pressãoatmosférica que é de 101 kPa) de entrada do trecho em quilopascals.

PB (abs) é a pressão absoluta (pressão do ponto mais a pressão

 

atmosférica que é de 101 kPa) de saída do trecho em quilopascalsPA é a pressão de entrada do trecho em quilopascalsPB é a pressão de saída do trecho em quilopascalsdg é a densidade relativa do GLP (fase vapor em relação ao ar, adotar

 

1,8)L é o comprimento equivalente total em metros (já calculado em 1.2.7)Q é a vazão de gás necessária para suprir a potência do trecho emm3/h (já calculada em 1.2.4)D é o diâmetro interno real adotado em mm (vide item 1.2.5 e tabela2)

1.2.10 Para obtermos o valor de pressão final no ponto de saída dotrecho (PB), devemos considerar a acréscimo ou decréscimo depressão calculado em 1.2.8.

1.2.11 Temos que verificar agora, se a diferença de pressão entre o

 

ponto inicial e o final atende os requisitos de perda de carga máxima epressão mínima imposta pela norma. Considerar as seguintescondições em função de ser média o baixa pressão:

1.2.11.1 Média pressão (redes primárias) A perda de carga máxima é de 15 kPa nas redes primárias, ou seja adiferença de PA e PB não pode ser superior a 15 kPa

1.2.11.2 Baixa pressão (rede secundária) A pressão mínima final, no ponto de utilização não pode ser inferior a2,6 kPa.

1.2.11.3 muitos projetistas costumam trabalhar com uma perda decarga máxima de 10%, inclusive os valores acima citados foramobtidos aplicando-se esse percentual. Para média pressão, 10% de150 kPa (pressão máxima permitida) é 15 kPa e para baixa pressãouma perda de 10% de 2,8 kPa (pressão nominal para todos osequipamentos domésticos de GPL, tais como fogão, aquecedores etc.)resulta em aproximadamente 2,6 kPa.

1.2.12 Caso exista mais de um trecho na sua planilha dedimensionamento, devemos verificar se o caminhamento mais críticoentre trechos atende os requisitos de 1.2.11.Muitas pessoas confundem a perda de carga total da planilha, com aperda do caminhamento mais crítico, essa confusão deve ser evitadapois em dimensionamentos com vários pontos de utilização, se formosdimensionar todos os trechos da tubulação e somar todas as perdas decarga (e não apenas a do caminhamento mais crítico) com certeza odimensionamento se tornará inviável.

1.2.13 Caso o item 1.2.11 e 1.2.12 não sejam cumpridos, devemosescolher um determinado trecho da tubulação e aumentar o seudiâmetro, pois assim as perdas de carga diminuirão e a pressão desaída será maior. Devemos repetir essa operação até que as condiçõesde 1.2.11 e 1.2.12 sejam atendidas, somente então passamos a umnovo trecho.

2. Dimensionamento segundo a NBR 13933 (Agosto de1997) "Instalações internas de gás natural (GN) - Projeto eexecução.

2.1 Essa norma, permite a utilização de pressões de rede de até 35

 

kPa, mas na pratica se utiliza normalmente 1,96 kPa, que é inclusive apressão adotada para dimensionamento de GN na NBR 14570.

2.2 Os passos para se efetuar o dimensionamento são:2.2.1. Apurar a potência computada (C) no trecho em quilocalorias porhora. É a somatória das potências nominais dos aparelhos de utilizaçãode gás supridos pelo trecho, ou seja, se for o trecho inicial é asomatória de todas as potências nominais de todos os aparelhos deutilização de gás. Preferencialmente, devemos utilizar as potênciasfornecidas pelo fabricante do equipamento que será utilizado, caso nãotenhamos o fabricante definido, podemos adotar os valores sugeridospela norma (ver tabela 2).2.2.2 Encontrar o fator de simultaneidade (F) através do gráfico oufórmulas sugeridas pela normas (ver gráfico 1).2.2.3 Calcular a potência a ser adotada (A), em quilocalorias por hora,no dimensionamento do trecho através da formula ou a critério doprojetista (ver nota do grafico 1):

(A) = (F) x (C) 

2.2.4 Determinar a vazão do gás (Q), em m3 por hora através daformula:

(Q) = (A) / (PCI), 

onde devemos adotar PCI (Poder Calorífico Inferior) do GN comosendo 9.230 kcal/ m3

2.2.5 Adotar um diâmetro interno inicial (D), compatível com astubulações permitidas na norma (vide tabela 2).

Para um dimensionamento o mais econômico possível, devemos tentaradotar o menor diâmetro comercial aplicável em função da perda decarga máxima permitida (vide itens 2.2.11 e 2.2.12). Paradimensionamentos realizados em calculadoras programáveis oucomputadores, sempre partimos do Diâmetro Nominal de ½" (omenor diâmetro nominal permitido) e vamos aumentando seu valorgradativamente até que se atinjam todos os requisitos; Paradimensionamentos realizados manualmente dependerá muito daexperiência do projetista para acertar o valor na primeira tentativa,para os mais inexperientes recomendo que se faça como realizado emcomputadores.

 

2.2.6 Calcular as perdas de carga localizadas de conexões e válvulasem função do diâmetro (D) adotado, do tipo de material e dofabricante.

Cabe destacar três comentários sobre perda de carga localizada:Enquanto que em uma válvula de esfera de passagem plena a perdade carga é praticamente desprezível, em uma válvula de esfera depassagem reduzida a perda de carga localizada pode ser a maior a serconsiderada. A perda de carga localizada chega a variar em mais de 50% entrefabricantes diferentes de uma mesma singularidade (válvulas conexõesetc.), devemos estar atento para este fato e procurar utilizar sempredados reais fornecidos pelo fabricante da válvula e conexão. Evite usardados bibliográficos, pois em função do fabricante, o dimensionamentopoderá ficar sub ou super dimensionado. A perda de carga localizada varia em função do material utilizado. Paramateriais com menor rugosidade, a perda de carga de um mesmo tipode conexão é maior em metros equivalentes de tubulação, assim umatabela desenvolvida para aço não deve ser utilizada para cobre e viceversa.

2.2.7 Some o comprimento equivalente das singularidades obtidos em2.2.6 com os trechos retilíneos da tubulação e obterá o comprimentoequivalente total (L) do trecho da tubulação para aquele diâmetro.2.2.8 Calcular a perda ou ganho de pressão em função do peso dacoluna do GPL no trecho.Como o GLP é mais denso que o ar atmosférico, se estivemos comuma diferença de cota ascendente entre o ponto inicial e o final dotrecho calculado haverá uma perda na pressão, caso o diferença decota entre os pontos seja descendente, haverá um ganho na pressão.

 A formula que devemos adotar é:

P = 0,005 / H

onde:

P é a perda ou ganho de pressão, em quilopascals;H é a altura do trecho vertical em metros ("+" se for ascendente e ""se for descendente)

2.2.9 Para o calculo do dimensionamento, a norma sugere a seguinte

 

formula:

2.2.9.1 PA 2(abs) - PB2

(abs) = (4,67 x 105 x S x L x Q1,82 )

--------------------------------------

D 4,82

onde:PA (abs) é a pressão absoluta (pressão do ponto mais a pressãoatmosférica que é de 101 kPa) de entrada do trecho em quilopascalsPB (abs) é a pressão absoluta (pressão do ponto mais a pressãoatmosférica que é de 101 kPa) de saída do trecho em quilopascalsS é a densidade relativa do GN (fase vapor em relação ao ar, adotar0,6)L é o comprimento equivalente total em metros (já calculado em 2.2.7)Q é a vazão de gás necessária para suprir a potência do trecho emm3/h (já calculada em 2.2.4)D é o diâmetro interno real adotado em mm (vide item 2.2.5 e tabela2)

2.2.10 Para obtermos o valor de pressão final no ponto de saída dotrecho (PB), devemos considerar a acréscimo ou decréscimo depressão calculado em 2.2.8.

2.2.11 Temos que verificar agora, se a diferença de pressão entre oponto inicial e o final atende os requisitos de perda de carga máxima epressão mínima imposta pela norma. Considerar a seguinte condição:

2.2.11.1 A perda de carga máxima é de 0,19 kPa .

nota:muitos projetistas costumam trabalhar com uma perda de cargamáxima de 10%, inclusive o valor acima citados foram obtidosaplicando-se esse percentual. Para uma perda de 10% de 1,96 kPa(pressão nominal normalmente adotada para dimensionamentos emGN e a pressão obrigatória para a NBR 14570) resulta emaproximadamente 0,19 kPa.

2.2.12 Caso exista mais de um trecho na sua planilha dedimensionamento, devemos verificar se o caminhamento mais críticoentre trechos atende os requisitos de 2.2.11.Muitas pessoas confundem a perda de carga total da planilha, com aperda do caminhamento mais crítico, essa confusão deve ser evitada

 

pois em dimensionamentos com vários pontos de utilização, se formosdimensionar todos os trechos da tubulação e somar todas as perdas decarga (e não apenas a do caminhamento mais crítico) com certeza odimensionamento se tornará inviável.

2.2.13 Caso o item 2.2.11 e 2.2.12 não sejam cumpridos, devemosescolher um determinado trecho da tubulação e aumentar o seudiâmetro, pois assim as perdas de carga diminuirão e a pressão desaída será maior. Devemos repetir essa operação até que as condiçõesde 2.2.11 e 2.2.12 sejam atendidas, somente então passamos a umnovo trecho.

3. Dimensionamento segundo a NBR 14570 (Agosto de2000) "Instalações internas para uso alternativo dos gasesGN e GLP Projeto e execução

3.1 Para realizar o dimensionamento segundo esta norma, devemosapenas realizar o dimensionamento para GN, refazer odimensionamento para GLP baixa pressão e adotar os maioresdiâmetros encontrados, apenas temos que tomar alguns cuidados compeculiaridades desta norma:

3.2 Dimensionamento para GN:

3.2.1 A pressão de cálculo de entrada do GN deve serobrigatoriamente de 1,96 kPa.

3.2.2 A perda de carga máxima admitida para toda a rede (e cadatrecho conseqüentemente) é de 10% da pressão de utilização;

3.3 Dimensionamento para GLP

3.3.1 A pressão de cálculo de entrada do GLP deve ser de 2,74 kPa.

nota: apesar da norma mista considerar esse valor como único deentrada do GLP, não devemos adota-lo para grandes edificações e simvalores mais altos, porém abaixo de 5 kPa (valor limite para baixapressão), caso contrário os dimensionamentos podem se tornarinviáveis. Até mesmo o exemplo de dimensionamento da norma paraum edifício foi realizado com 5kPa para GLP e não 2,8kPa.

 Além de toda a formulação e seqüência de dimensionamento citada

 

neste artigo, são necessários outros conhecimentos para realizar umbom dimensionamento, como por exemplo as variações momentâneasde pressão não podem ultrapassar certos valores, as tubulaçõespossuem restrições quanto ao local de instalação etc. Recomendo quecada leitor perca um tempo lendo minuciosamente as três normas quetratam sobre este assunto.O primeiro número deste guia, possui um artigo sobre equívocoscometidos em instalações de gás, o qual também recomendo sualeitura como complementar a este.

Gostaria ainda de poder ilustrar o exposto com vários exemplos,porém devido a falta de espaço necessária para tal, deixarei para umapróxima vez.Caso o leitor tenha interesse em receber uma cópia gratuita de umprograma que realiza os cálculos expostos acima de maneiraautomática, para tubos de aço e conexões de ferro fundido maleável,basta entrar em contato através dos e-mails ciropiza@osite.com.br 

 

ou ciro@tupy.com.br. 

 

Coloco-me a inteira disposição para tentar resolver qualquer dúvidaque tenha surgido ou não tenha sido claramente esclarecida por esteartigo.