Passo a Passo | Como calcular sistema de hidrantes — Parte 4: Comprimentos, perda de carga e pressão resultante
Objetivo desta etapa
Chegou a hora de colocar números no papel. Nesta etapa calculamos os comprimentos da tubulação, transformamos conexões em comprimentos equivalentes, aplicamos a fórmula de Hazen-Williams (Williams) para obter a perda de carga unitária e, por fim, chegamos à pressão resultante do trecho. Esses resultados são a base para dimensionar bomba, pressões e vazões do sistema de hidrantes.
Termos essenciais que você precisa dominar
- Comprimento real: soma linear de subidas, trechos horizontais e descidas. Deve ser medido com precisão no local.
- Comprimento equivalente: soma das equivalências das conexões (curvas, tees, válvulas, registros) transformadas em metros de tubulação.
- Comprimento virtual: soma do comprimento real com o comprimento equivalente. É o valor usado nos cálculos hidráulicos.
- Perda de carga unitária (J): perda por metro obtida pela fórmula de Hazen-Williams, função da vazão, coeficiente de rugosidade e diâmetro interno.
- Perda de carga total: J multiplicado pelo comprimento virtual do trecho.
- Pressão resultante: pressão padronizada do ponto (mca) somada à perda de carga total e ajustada pelo delta de nível (delta h), conforme favorecimento ou desfavorecimento do trecho.
- Fator k: k = vazão / raiz(pressão). Usado para equalizar trechos distintos ao comparar vazões e pressões entre hidrantes.
Exemplo prático: dados iniciais
Usaremos um trecho de referência do hidrante H1 até o ponto A com os seguintes valores utilizados no exemplo:
- Vazão de projeto: 200 L/min
- Pressão padronizada (tabela): 40 mca (equivalente a 4 bar)
- Comprimento real do trecho: 20,00 m
- Conexões no trecho: 1 tee e 4 curvas
- Equivalência adotada para tee: 10,00 m
- Equivalência adotada para cada curva: 2,35 m (4 curvas → 4 × 2,35 = 9,40 m)
Cálculo do fator k
O fator k serve para equilibrar trechos distintos na comparação entre vazão e pressão. Ele é definido por:
k = vazão ÷ raiz(pressão)
Com vazão 200 L/min e pressão 4 bar, temos raiz(4) = 2, logo k = 200 ÷ 2 = 100 (L/min) por raiz(bar). Esse valor será útil quando compararmos os dois trechos mais desfavoráveis do sistema (H1→A e H2→A) para fazer a equalização.
Cálculo dos comprimentos
Comprimento equivalente:
- Tee = 10,00 m
- 4 curvas = 9,40 m
- Total equivalente = 10,00 + 9,40 = 19,40 m
Comprimento virtual = Comprimento real + Comprimento equivalente = 20,00 + 19,40 = 39,40 m.
Importante: qualquer alteração no traçado ou nas conexões altera imediatamente o comprimento equivalente e, consequentemente, todos os cálculos a jusante. Por isso é fundamental trabalhar com planilhas para agilizar reajustes.
Perda de carga unitária (Hazen-Williams)
A fórmula de Hazen-Williams é a que vamos utilizar para calcular J. Ela depende de:
- Vazão (Q)
- Coeficiente de rugosidade (C) do material (aço, cobre, PVC, etc.)
- Diâmetro interno (d) da tubulação
Os valores de C e do diâmetro interno devem ser obtidos nos catálogos dos fabricantes ou na NBR 5580. Ao aplicar a fórmula com os dados do exemplo (Q = 200 L/min, tubulação de aço e diâmetro correspondente), chega-se a uma perda de carga unitária na ordem de 0,0177 m/m (valor ilustrativo do exemplo).
Perda de carga total do trecho
Multiplique a perda de carga unitária pelo comprimento virtual:
Perda total = J × comprimento virtual = 0,0177 × 39,40 ≈ 0,70 mca.
Cálculo da pressão resultante no ponto A (trecho H1 → A)
A pressão resultante é dada pela soma da pressão padronizada do hidrante, mais a perda de carga total, ajustada pelo delta de nível (delta h). Se o trecho estiver favorecido por desnível (a coluna d’água ajuda), esse delta h é subtraído; se estiver desfavorecido, é somado.
No exemplo:
- Pressão padronizada: 40 mca
- Perda de carga total: 0,6995 mca
- Delta h (favorável): 1,00 m (subtrai)
Pressão resultante = 40 + 0,6995 − 1,00 ≈ 39,70 mca.
Repetir para o trecho H2 → A e consolidar
O mesmo procedimento deve ser repetido para o trecho do hidrante H2 até o ponto A: medir comprimento real, contabilizar conexões para obter comprimento equivalente, calcular comprimento virtual, aplicar Hazen-Williams para J, obter perda total e calcular a pressão resultante. Depois, utiliza-se o fator k para equalizar e comparar os dois trechos mais desfavoráveis do sistema.
Dicas práticas e recomendações
- Use planilha para automatizar recalculos sempre que houver mudanças no projeto.
- Guarde os catálogos dos fabricantes: equivalências de conexões, diâmetros internos e coeficientes de rugosidade serão usados constantemente.
- Consulte a NBR 5580 e as normas do Corpo de Bombeiros local (no exemplo, referências às normas de São Paulo e à tabela 2 da IT-22 foram usadas).
- Verifique unidades: mca, bar e L/min exigem conversões consistentes durante os cálculos (1 bar ≈ 10 mca).
- Documente todos os pressupostos (tipo de tubulação, valores de C, diâmetros adotados) para facilitar revisões e aprovação do projeto.
Próximos passos
Após calcular pressões e perdas para H1→A e H2→A, o próximo passo é consolidar esses trechos, comparar resultados com o fator k e completar a análise da linha entre a bomba e o reservatório, para então definir o dimensionamento final da bomba. Trabalhar com planilhas facilita muito a etapa final de equalização e iteração dos dados.
Resumo rápido
Medir corretamente o comprimento real, transformar conexões em comprimentos equivalentes, somar para obter o comprimento virtual, calcular J (Hazen-Williams), multiplicar para obter perda total e ajustar a pressão padronizada pelo delta de nível. Esses passos levam você ao valor da pressão resultante que será base para o dimensionamento hidráulico do sistema de hidrantes.
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