dimensionamento rede gÁs -congÁs

5DIMENSIONAMENTO5.1 Parmetros para dimensionamento 5.2 Procedimento de clculo 5.3 Exemplos de dimensionamento5.1

5 Dimensionamento

5.1 Parmetros para o dimensionamento

Definio de parmetros para o dimensionamentoA tubulao de gs deve ser dimensionada por meio das metodologias clssicas (mtodo dos comprimentos reais e equivalentes) e segue o seguinte roteiro: Definio da tipologia construtiva; Definio da presso de operao; Clculo da potncia ou vazo de cada aparelho a gs; Clculo da perda de carga na instalao; Clculo da vazo em cada trecho da rede; Clculo dos dimetros da tubulao.

O ramal externo dimensionado e construdo pela Comgs.

Tipologia construtiva da instalao predialA escolha da tipologia construtiva deve ser feita em funo da finalidade do imvel (edifcios, casas e comrcios) e das caractersticas locais. O captulo 3 apresenta as tipologias tpicas utilizadas comumente nas instalaes prediais.

Presses da rede interna e materiais das tubulaesAs presses mximas admissveis para os vrios componentes da instalao interna de gs so estabelecidas na Tabela 5.1, que levam em conta o porte da construo e o material utilizado para a tubulao.

5.2

5 Dimensionamento


Tabela 5.1 Presses mximas admissveis na rede de distribuio interna LOCAL DA INSTALAO rea comum (locais fora da projeo da edificao) rea comum TIPO DE INSTALAO Enterrada (vazo acima 3 de 100 m /h) Enterrada EXEMPLO DE LOCALIZAO MATERIAL PRESSO MXIMA DE OPERAO

arruamento pavimentado Ao jardim e caladas de interligao do arruamento com a unidade Polietileno autnoma tubulao protegida de Cobre impacto garagens, jardins, outros paredes, muros, outros

1 bar (14 psig)

(interligao entre limite Embutida de propriedade e local de instalao de equipamentos no Aparente alinhamento da edificao) rea comum (prumadas coletivas ou individuais)

Cobre reas abertas Ao reas fechadas (subsolos, garagens, outros) devem possuir ventilao Cobre

0,35 bar (5 psig)

Aparente embutida

ou

dentro da edificao

Ao Ao/PE Multicamada

2,45 kPa (250 mmca)

Enterrada Embutida rea comum (residencial) Aparente

garagens, jardins, outros paredes, muros, outros Cobre 2,45 kPa (250 mmca)

Ao reas abertas Ao/PE reas fechadas (subsolos, garagens, outros) devem possuir Multicamada ventilao garagens, jardins, outros

Enterrada Embutida rea privada (comercial) Aparente

paredes, muros, outros Cobre reas abertas Ao reas fechadas (subsolos, garagens, outros) devem possuir ventilao Cobre Ao Ao/PE Multicamada

0,35 bar (5 psig)

rea privada (residencial)

Embutida

dentro da edificao

2,45 kPa (250 mmca)

Nota: Para a utilizao de presses diferentes das estabelecidas na tabela acima, a Comgs deve ser consultada antes da definio da tipologia a ser aplicada.

Presso de operaoA presso do gs utilizado para o dimensionamento a mxima presso de operao da rede de distribuio interna, confome apresentado na Tabela 5.1.

5.3

5 Dimensionamento


Potncia ou vazo dos aparelhos a gsO clculo da potncia ou vazo de gs necessria para atender cada unidade autnoma, comercial ou residencial, deve ser feito considerando-se o consumo de gs de cada aparelho, adotando-se o valor com base nos dados fornecidos pelo fabricante. O Anexo 3 apresenta valores recomendados como parmetros para os aparelhos a gs comerciais e residenciais.

Fator de simultaneidadePara a utilizao do fator de simultaneidade na determinao da vazo ou da potncia a ser considerada no dimensionamento da tubulao, as seguintes condies devem ser observadas: O fator de simultaneidade aplica-se a duas ou mais unidades autnomas residenciais; O fator de simultaneidade no se aplica para trechos de rede que alimentem um nico aparelho; O fator de simultaneidade no se aplica a edificaes comerciais - para estes casos, utiliza-se a vazo mxima de cada aparelho para o dimensionamento da instalao.

Clculo da potncia ou vazo adotadaO fator de simultaneidade relaciona a potncia ou a vazo instalada com a potncia ou a vazo adotada por meio da seguinte frmula:

A COnde: A = potncia adotada (kcal/h) ou vazo adotada (m 3/h) C = potncia instalada (kcal/h) ou vazo instalada (m 3/h) F = fator de simultaneidade (%)

F 100

O fator de simultaneidade pode ser obtido por meio de grfico ou de frmula matemtica, conforme apresentado no Anexo 4.

Perdas de carga e velocidade na rede de distribuio internaPresso de operao igual a 250 mmcaA presso de dimensionamento de 200 mmca. A mxima perda de carga admissvel de 10% da presso inicial. Para trechos verticais ascendentes, deve-se considerar um ganho de presso de 0,0049 kPa (0,5 mmca) para cada metro do referido trecho. Para trechos verticais descendentes, deve-se considerar 0,0049 kPa (0,5 mmca) de perda de presso para cada metro do referido trecho.

5.4

5 Dimensionamento


Presso de operao superior a 250 mmcaA mxima perda de carga admissvel de 30% da presso mxima de operao. A velocidade mxima admissvel de 20 m/s.

Perdas de carga localizadasPara clculo das perdas de cargas localizadas pode-se adotar os valores fornecidos pelos fabricantes das conexes. Na falta desses dados, podero ser utilizados os valores constantes das Tabelas 5.2 e 5.3.

Tabela 5.2 Comprimentos equivalentes em metros ao galvanizado DIMETRO NOMINAL (pol) 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 4 6 (mm) 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 150 T 90 FLUXO RETO 0,06 0,08 0,12 0,17 0,21 0,25 0,33 0,41 0,50 0,66 0,99 T 90 FLUXO EM NGULO 0,51 0,69 1,03 1,37 1,71 2,06 2,74 3,43 4,11 5,49 8,23 T 90 FLUXO DUPLO 0,62 0,83 1,25 1,66 2,08 2,50 3,33 4,16 4,99 6,65 9,98

COTOVELO 90 0,35 0,47 0,70 0,94 1,17 1,41 1,88 2,35 2,82 3,76 5,64

COTOVELO 45 0,16 0,22 0,32 0,43 0,54 0,65 0,86 1,08 1,30 1,73 2,59

VLVULA ESFERA 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,7 0,8 0,8 0,9 1,0 1,2

Tabela 5.3 Comprimentos equivalentes em metros cobre DIMETRO NOMINAL (pol) 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 4 (mm) 10 15 22 28 35 42 54 66 79 104 COTOVELO 90 1,1 1,1 1,2 1,5 2,0 3,2 3,4 3,7 3,9 4,3 COTOVELO 45 0,4 0,4 0,5 0,7 1,0 1,0 1,3 1,7 1,8 1,9 VLVULA ESFERA 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,7 0,8 0,8 0,9 1,0

T 90

2,3 2,3 2,4 3,1 4,6 7,3 7,6 7,8 8,0 8,3

A perda de carga no medidor pode variar em funo do tipo de medidor. Como orientao, pode-se adotar o valor de 15 mmca.

5.5

5 Dimensionamento


Clculo da perda de carga

Para redes de gs cuja presso de operao mxima 96,5 kPa (14 psig), recomenda-se o uso da equao de Renouard:

PA(abs)2 PB(abs)2 410642 S L

Q1,82 D4,82

Para redes de gs que operam em baixas presses de at 250 mmca, recomenda-se o uso da equao de Lacey:

HOnde: Q = vazo do gs a 20C e 1 atm (m3/h) D = dimetro interno do tubo (mm) H = perda de carga do trecho (mmca) L = comprimento do trecho da tubulao (m)

206580 Q1,8 S 0,8 L D 4,8

S = densidade relativa do gs em relao ao ar (adimensional) = 0,6 PA (abs) = presso absoluta de entrada de cada trecho (kPa) PB (abs) = presso absoluta de sada de cada trecho (kPa)

Clculo da velocidade do gs

VOnde: V = velocidade do gs (m/s) Q = vazo do gs na presso de operao (m3/h) P = presso manomtrica de operao (kgf/cm) D = dimetro interno da tubulao (mm)

354 Q (P 1,033) D 2

5.6

5 Dimensionamento

5.2 Procedimento de clculo

Procedimentos de clculo

Software de dimensionamentoA Comgs disponibiliza em seu site um software para dimensionamento da rede de distribuio interna de gases combustveis. O acesso pode ser feito atravs do link www.comgas.com.br.

Sequncia de clculo passo a passo para utilizao de frmulasA Tabela 5.4 ilustra os vrios passos para o dimensionamento de uma rede interna de distribuio de gs natural.

Tabela 5.4 Rotina para dimensionamento usando frmulas PASSO 1 ATIVIDADE Uma vez escolhido o posicionamento dos aparelhos na unidade autnoma e os locais para a instalao de equipamentos, preparar o isomtrico da rede e numerar seqencialmente cada n e os ponto de utilizao, partindo do ponto imediatamente a jusante do regulador. Introduzir a identificao de cada trecho da rede na planilha. Inserir a potncia em kcal/h para cada trecho, utilizando informaes dos fabricantes ou os dados disponveis no Anexo 3. Calcular o fator de simultaneidade para cada trecho sempre que aplicvel, utilizando o grfico ou frmulas apresentadas no Anexo 4. Calcular a potncia adotada em kcal/h para cada trecho. Calcular a vazo adotada em m /h para cada trecho, dividindo a potncia adotada de cada trecho por 8.600 (valor relativo ao poder calorfico inferior (PCI) do gs natural em kcal/h na condio de 20C e 1 atm). Preencher com o comprimento real do tubo que compe cada trecho considerado. Determinar o comprimento equivalente por meio de valores fornecidos pelos fabricantes das conexes ou utilizar as Tabelas 5.2 e 5.3. Calcular o comprimento o comprimento equivalente. total da tubulao para cada trecho, somando o comprimento real e3

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Adotar dimetros iniciais, objetivando verificar o atendimento da instalao s condies de perdas de carga mximas admissveis. Determinar a presso inicial de cada trecho (no deve ser considerada a perda de carga dos medidores). Calcular a perda de carga em cada trecho, utilizando as frmulas apresentadas, considerando compensaes para trechos verticais ascendentes e descendentes. Calcular a presso final, levando em conta as perdas de cargas calculadas. Se a perda de carga total do trecho ou a velocidade for superior aos limites mximos estabelecidos, repetir os passos 10 ao 14, selecionando um dimetro interno maior para a tubulao em cada trecho.

5.7

5 Dimensionamento

5.2 Procedimento de clculo

Sequncia de clculo passo a passo para utilizao de tabelasO Anexo 5 apresenta as tabelas para dimensionamento de situaes padres. A Tabela 5.5 ilustra os vrios passos para o dimensionamento de uma rede interna de distribuio de gs natural, utilizando as tabelas de dimensionamento. O dimensionamento atravs de tabelas deve ser feito apenas para a rede que alimenta somente um aparelho a gs. Na tabela de dimensionamento apresentada no Anexo 5 considerado para o clculo, o comprimento total da rede, a perda de carga mxima admissvel (10 %) e a presso inicial da rede com 250 mmca.

Tabela 5.5 Rotina para dimensionamento usando tabelas PASSO 1 2 3 4 5 6 7 8 ATIVIDADE Uma vez escolhido o posicionamento do aparelhos na unidade autnoma, preparar o isomtrico da rede. Atravs do isomtrico, definir o comprimento real do tubo da rede em metros. Determinar o comprimento equivalente por meio de valores fornecidos pelos fabricantes das conexes ou utilizar as Tabelas 5.2 e 5.3. Calcular o comprimento o comprimento equivalente. total da tubulao para cada trecho, somando o comprimento real e

Calcular a potncia adotada em kcal/h para cada trecho. Calcular a vazo adotada em m /h para cada trecho, dividindo a potncia adotada de cada trecho por 8.600 (valor relativo ao poder calorfico inferior (PCI) do gs natural em kcal/h na condio de 20C e 1 atm). Identifique a tabela do Anexo 5 a ser utilizada em funo do material de tubos a serem utilizados na instalao Identifique na coluna de comprimento da tabela selecionada o valor imediatamente superior aquele do trec ho a ser calculado. Exemplo: para um comprimento da tubulao calculado de 22 metros identifica-se na tabela selecionada a linha de 30 metros. Na linha anteriormente selecionada, identifica-se a vazo de gs correspondente ao do aparelho(s) a ser(em) alimentado(s) pelo trecho de rede, considerando sempre o prximo valor superior. Exemplo:comprimento de 22 metros e vazo do aparelho de 2,37 m/h, identificada linha de 30 metros e coluna de vazo de 4,13 m/h na tabela A.5.8. Obter o dimetro do tubo a ser utilizado no trecho em anlise em correspondncia coluna da vazo do aparelho, na parte superior das tabelas onde so apresentados os dimetros dos tubos.3

9

10

5.8

5 Dimensionamento

5.3 Exemplos de dimensionamento

Exemplos de dimensionamento

Exemplo 1: dimensionamento de instalao para residnciaDados da instalaoIsomtrico e dimenses: conforme Figura 5.1. Presso de operao da rede de gs natural: 250 mmca conforme a Tabela 5.1. Presso de dimensionamento: 200 mmca. Material da tubulao a ser utilizado: cobre classe E. Aparelhos a gs utilizados na residncia: fogo de 6 bocas com forno; aquecedor de gua tipo passagem com capacidade de 10 l/min; secadora de roupa.

Figura 5.1 Exemplo ilustrativo de instalao de gs natural em residncia

5.9

5 Dimensionamento


Dados dos aparelhos a gsPotncia nominal dos aparelhos utilizados apresentados na Tabela 5.6, obtidos do Anexo 3.Tabela 5.6 Potncias dos aparelhos a gs utilizados APARELHOS Fogo de 6 bocas com forno Aquecedor de passagem de 10 l/min Secadora de roupas POTNCIA (kcal/h) 11.000 14.700 6.000

Dados da tubulaoUtilizada tubulao de cobre rgido, conforme apresentado na Tabela 5.7.Tabela 5.7 Dados de tubulao de cobre DIMETRO NOMINAL (mm) 10 15 22 28 35 42 DIMETRO INTERNO (mm) 8,52 14,00 20,80 26,80 33,60 40,40 CLASSE E E E E E E

Potncias por trechos da tubulaoConforme procedimento de clculo, verificamos na Figura 5.1 a instalao dividida nos trechos AB, BB, BC, CC e CD. As potncias foram calculadas conforme ilustrado na Tabela 5.8.Tabela 5.8 Clculo da potncia de cada trecho TRECHO AB BB' BC CC' CD APARELHO A JUSANTE Fogo 6B + Aquecedor 10 l + secadora Fogo 6B Aquecedor + secadora Aquecedor Secadora POTNCIA (kcal/h) 32.700 11.000 20.700 14.700 6.000

5.10

5 Dimensionamento


Consideraes para o dimensionamentoPor se tratar de uma casa no foi aplicado o fator de simultaneidade em nenhum dos trechos, ou seja, a potncia adotada igual potncia instalada. Foram considerados os seguintes comprimentos equivalentes associados utilizao de conexes: Comprimento equivalente do trecho AB: 3 cotovelos + 1 t Comprimento equivalente do trecho BB: 2 cotovelos + 1 vlvula Comprimento equivalente do trecho BC: 1 t Comprimento equivalente do trecho CC: 2 cotovelos + 1 vlvula Comprimento equivalente do trecho CD: 2 cotovelos + 1 vlvula Para os trechos verticais ascendentes, foi considerado um ganho de presso de 0,5 mmca para cada metro.

DimensionamentoA Tabela 5.9 apresenta o resultado do dimensionamento.Tabela 5.9 Dimensionamento de instalaes de gs exemplo 1 Comprimento equivalente Fator de simultaneidade

Comprimento de tubos

Descendente (-) ou Ascendente (+)

Comprimento total

Perda de presso / comprimento total

Potncia instalada

Potncia instalada

Perda de presso

Dimetro interno

Vazo adotada

Presso inicial

Trecho parcial

Presso final

(kcal/h) (%) AB BB' BC CC' CD 31.700 11.000 20.700 14.700 6.000 100 100 100 100 100

(kcal/h) 31.700 11.000 20.700 14.700 6.000

(m/h) 3,69 1,28 2,41 1,71 0,70

(m)

(m)

(m) 12,00 3,02 4,40 6,40 6,70

(mm) (mm) 22 15 22 15 15 20,80 14,00 20,80 14,00 14,00

(mmca) 0,00 0,36 0,00 0,55 0,20

(mmca) 200,00 191,84 191,84 190,41 190,41

(mmca) (mmca) (mmca/m) (m/s) 8,16 1,63 1,43 6,73 1,33 191,84 190,21 190,41 183,68 189,08 0,68 0,54 0,33 1,05 0,20 2,86 2,20 1,87 2,93 1,20

6,00 6,00 0,72 2,30 2,00 2,40 4,10 2,30 4,40 2,30

Dimetros adotadosA Tabela 5.10 apresenta os dimetros adotados para cada trecho como resultado do dimensionamento.Tabela 5.10 Dimetros adotados exemplo 1 Trecho AB BB' BC CC' CD DN 22 15 22 15 15

5.11

Velocidade

DN

5 Dimensionamento


Exemplo 2: dimensionamento de instalao predialDados da instalaoIsomtrico e dimenses : conforme Figura 5.2. Prdio de 10 andares, 4 unidades autnomas por andar. Presso de operao: 250 mmca conforme Tabela 5.1. Presso de dimensionamento: 200 mmca. Material da tubulao: ao galvanizado NBR 5580 classe M. Aparelhos a gs utilizados na residncia: fogo de 4 bocas com forno; aquecedor de gua tipo passagem com capacidade de 6 l/min.

Dados dos aparelhosAparelhos utilizados por unidade autnoma apresentados na Tabela 5.11 (potncias obtidas do Anexo 3).

Tabela 5.11 Potncia nominal dos aparelhos utilizados APARELHOS Fogo de 4 bocas com forno Aquecedor de passagem de 6 l/min POTNCIA (kcal/h) 7.000 9.000

5.12

5 Dimensionamento


Figura 5.2 Exemplo ilustrativo de instalao em prdio de apartamentos distribuio do gs atravs de prumada coletiva com medidores no hall dos andares

5.13

5 Dimensionamento


Potncias por trechos da tubulaoA instalao foi dividida em: prumada coletiva: trechos AB, BC, CD, DE, EF, FG, GH, HI, IJ, JK e KX; instalao interna da unidade autnoma: trechos XY, YZ e YY.

Foram calculadas as respectivas potncias, conforme ilustrado na Tabela 5.12.Tabela 5.12 Clculo das potncias para cada trecho TRECHO AB BC CD DE EF FG GH HI IJ JK KX XY YY YZ APARELHOS A JUSANTE Fogo 4B + aquecedor 40 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 36 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 32 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 28 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 24 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 20 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 16 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 12 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 8 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 4 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor 4 unidades autnomas Fogo 4B + aquecedor Aquecedor Fogo 4B POTNCIA (kcal/h) 640.000 576.000 512.000 448.000 384.000 320.000 256.000 192.000 128.000 64.000 16.000 16.000 9.000 7.000

Consideraes para o dimensionamentoNo foi utilizado o fator de simultaneidade para os trechos YZ e YY, pois estes fornecem gs para um nico aparelhos a gs (a potncia adotada igual a potncia instalada). Foram considerados os seguintes comprimentos equivalentes associados utilizao de conexes: trecho AB: 2 cotovelos + 1 vlvula trechos BC; CD; DE; EF; FG; GH; HI; IJ: 1 t trecho JK: 3 ts + 2 cotovelos trecho KX: 1 vlvula trecho XY: 3 cotovelos + 1 t trecho YY: 1 cotovelo + 1 vlvula trecho YZ: 2 cotovelos + 1 vlvula presso do ponto K = presso do ponto X Para os trechos verticais ascendentes, foi considerado um ganho de presso de 0,5 mmca para cada metro.

5.14

5 Dimensionamento


DimensionamentoA Tabela 5.13 apresenta o resultado do dimensionamento.Tabela 5.13 Dimensionamento de instalaes de gs exemplo 2

Descendente (-) ou Ascendente (+)

Comprimento total

Perda de presso / comprimento total

Potncia instalada

Potncia instalada

Perda de presso

Dimetro interno

Comprimento de tubos

Fator de simultaneidade

Vazo adotada

Presso inicial

Trecho parcial

Comprimento equivalente

Presso final

(kcal/h) AB BC CD DE EF FG GH HI IJ JK KX XY YY' YZ 640.000 576.000 512.000 448.000 384.000 320.000 256.000 192.000 128.000 64.000 16.000 16.000 9.000 7.000

(%) 24,89 26,02 27,34 28,91 30,85 33,30 36,57 41,27 48,93 65,47 100,00 100,00 100,00 100,00

(kcal/h) 159.302 149.859 139.963 129.532 118.454 106.567 93.630 79.241 62.635 41.901 16.000 16.000 9.000 7.000

(m/h) (m) 18,52 17,43 16,27 15,06 13,77 12,39 10,89 9,21 7,28 4,87 1,86 1,86 1,05 0,81 19,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 0,00 6,50 1,00 3,70

(m) 3,52 2,08 2,08 2,08 2,08 2,08 2,08 2,08 1,66 6,86 0,30 4,48 0,57 1,60

(m) 22,52 5,08 5,08 5,08 5,08 5,08 5,08 5,08 4,66 9,86 0,30 10,98 1,57 5,30

(mm) (mm) 40 32 32 32 32 32 32 32 25 25 25 25 15 20 41,60 35,70 35,70 35,70 35,70 35,70 35,70 35,70 27,00 27,00 27,00 27,00 16,00 21,60

(mmca) (mmca) (mmca) (mmca) (mmca/m) (m/s) 2,00 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 0,00 0,00 0,50 0,35 200,00 192,15 189,50 187,36 185,72 184,60 183,89 183,69 184,00 182,57 181,04 181,04 180,43 180,43 7,85 2,65 2,14 1,63 1,12 0,71 0,20 -0,31 1,43 1,53 0,00 0,61 -0,10 -0,20 192,15 189,50 187,36 185,72 184,60 183,89 183,69 184,00 182,57 181,04 181,04 180,43 180,53 180,63 0,35 0,52 0,42 0,32 0,22 0,14 0,04 -0,07 0,31 0,16 0,00 0,06 -0,07 -0,04 3,60 4,60 4,30 3,98 3,64 3,27 2,88 2,43 3,36 2,25 0,86 0,86 1,38 0,59

Dimetros adotadosA Tabela 5.14 apresenta os dimetros adotados para cada trecho como resultado do dimensionamento.Tabela 5.14 Dimetros adotados exemplo 2 Trecho AB BC CD DE EF FG GH HI IJ JK KX XY YY' YZ DN 40 32 32 32 32 32 32 32 25 25 25 25 15 20

5.15

Velocidade

DN

dimensionamento rede gÁs -congÁs

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