Cálculo hidráulico de um gasoduto: métodos e métodos de cálculo + exemplo de cálculo

Para uma operação segura e sem problemas do fornecimento de gás, ele deve ser projetado e calculado.É importante selecionar perfeitamente tubos para redes de todos os tipos de pressão, garantindo um fornecimento estável de gás aos dispositivos.

Para garantir que a seleção de tubos, conexões e equipamentos seja a mais precisa possível, é realizado um cálculo hidráulico da tubulação. Como fazer isso? Admita, você não tem muito conhecimento sobre esse assunto, vamos descobrir.

Oferecemos a você a oportunidade de se familiarizar com informações cuidadosamente selecionadas e minuciosamente processadas sobre as opções para a produção de cálculos hidráulicos para sistemas de gasodutos. A utilização dos dados que apresentamos garantirá que os dispositivos sejam abastecidos com combustível azul com os parâmetros de pressão exigidos. Os dados cuidadosamente verificados baseiam-se nos regulamentos da documentação regulamentar.

O artigo descreve detalhadamente os princípios e esquemas para realizar cálculos. Um exemplo de realização de cálculos é fornecido. Aplicativos gráficos e instruções em vídeo são usados ​​como complementos informativos úteis.

Especificações do cálculo hidráulico

Qualquer cálculo hidráulico realizado é uma determinação dos parâmetros do futuro gasoduto. Este procedimento é obrigatório e também uma das etapas mais importantes da preparação para a construção. O funcionamento ideal do gasoduto depende da exatidão do cálculo.

Ao realizar cada cálculo hidráulico, é determinado o seguinte:

• necessário diâmetro do tuboque garantirá o transporte eficiente e estável da quantidade necessária de gás;
• A perda de pressão será aceitável ao movimentar o volume necessário de combustível azul em tubos de um determinado diâmetro?

As perdas de pressão ocorrem devido ao fato de existir resistência hidráulica em qualquer gasoduto. Se calculado incorretamente, pode fazer com que os consumidores não tenham gás suficiente para o funcionamento normal em todos os modos ou em momentos de consumo máximo.

Esta tabela é o resultado de um cálculo hidráulico realizado tendo em conta os valores indicados. Para realizar cálculos, você precisará inserir indicadores específicos nas colunas.

Tal operação é um procedimento padronizado pelo estado que é realizado de acordo com as fórmulas e requisitos estabelecidos em SP 42-101–2003.

O desenvolvedor é obrigado a realizar os cálculos. São tomados como base os dados das especificações técnicas do gasoduto, que podem ser obtidas junto ao fornecedor de gás da sua cidade.

Gasodutos que exigem cálculos

O estado exige que sejam realizados cálculos hidráulicos para todos os tipos de dutos relacionados ao sistema de abastecimento de gás. Já os processos que ocorrem quando o gás se move são sempre os mesmos.

Esses gasodutos incluem os seguintes tipos:

• pressão baixa;
• pressão média e alta.

Os primeiros destinam-se ao transporte de combustível para edifícios residenciais, todos os tipos de edifícios públicos e empresas domésticas.Além disso, em edifícios privados, de apartamentos e em chalés, a pressão do gás não deve exceder 3 kPa, nas empresas domésticas (não industriais) este valor é superior e chega a 5 kPa.

O segundo tipo de gasodutos destina-se ao abastecimento de redes de todos os tipos, baixa e média pressão através de pontos de controle de gás, bem como ao fornecimento de gás a consumidores individuais.

Podem ser empresas industriais, agrícolas, diversas empresas de utilidade pública e até mesmo independentes ou anexas a edifícios industriais. Mas nos dois últimos casos haverá restrições de pressão significativas.

Os especialistas dividem condicionalmente os tipos de gasodutos listados acima nas seguintes categorias:

• intra-casa, na loja, isto é, transportar combustível azul dentro de um edifício e entregá-lo a unidades e dispositivos individuais;
• filiais de assinantes, utilizado para fornecer gás de alguma rede de distribuição a todos os consumidores existentes;
• distribuição, usado para fornecer gás a determinados territórios, por exemplo, cidades, seus distritos individuais e empresas industriais. Sua configuração varia e depende dos recursos do layout. A pressão dentro da rede pode ser qualquer especificada - baixa, média, alta.

Além disso, são realizados cálculos hidráulicos para redes de gás com diferentes números de estágios de pressão, dos quais existem muitas variedades.

Assim, para atender às necessidades, podem ser utilizadas redes de dois estágios, operando com gás transportado em baixa, alta pressão ou baixa e média pressão. Redes de três e vários estágios também encontraram aplicação. Ou seja, tudo depende apenas da disponibilidade dos consumidores.

A resistência hidráulica é a principal razão pela qual este tipo de cálculo precisa ser realizado. Além disso, também depende do material do tubo

Apesar da grande variedade de opções de gasodutos, os cálculos hidráulicos são semelhantes em qualquer caso. Já para a fabricação são utilizados elementos estruturais de materiais semelhantes, e os mesmos processos ocorrem no interior dos tubos.

Resistência hidráulica e seu papel

Conforme mencionado acima, a base de cálculo é a presença de resistência hidráulica em cada gasoduto.

Afeta toda a estrutura do duto, bem como suas peças individuais, conjuntos - tês, locais de redução significativa no diâmetro do tubo, válvulas de corte e válvulas diversas. Isso leva a uma perda de pressão no gás transportado.

A resistência hidráulica é sempre a soma de:

• resistência linear, ou seja, atuando ao longo de todo o comprimento da estrutura;
• resistências locais atuando em cada parte componente da estrutura onde a velocidade de transporte do gás muda.

Os parâmetros listados influenciam constante e significativamente as características de desempenho de cada gasoduto. Portanto, em decorrência de cálculos incorretos, ocorrerão perdas financeiras adicionais e significativas devido ao fato de o projeto ter que ser refeito.

Regras para realizar cálculos

Foi afirmado acima que o procedimento para qualquer cálculo hidráulico é regulamentado pelo perfil Código de Normas com o número 42-101–2003.

O documento indica que a principal forma de realizar o cálculo é utilizar um computador para esse fim com programas especiais que permitem calcular a perda de pressão planejada entre trechos do futuro gasoduto ou o diâmetro necessário da tubulação.

Qualquer cálculo hidráulico é realizado após a criação de um diagrama de cálculo que inclui os principais indicadores. Além disso, o usuário insere dados conhecidos nas colunas apropriadas

Se tais programas não existirem ou se uma pessoa acreditar que seu uso é inadequado, outros métodos permitidos pelo Código de Regras poderão ser usados.

Que incluem:

• o cálculo pelas fórmulas fornecidas no SP é o método de cálculo mais complexo;
• o cálculo pelos chamados nomogramas é uma opção mais simples do que a utilização de fórmulas, pois não é necessário fazer nenhum cálculo, pois os dados necessários estão indicados em uma tabela especial e fornecidos no Código de Regras, bastando apenas selecioná-los .

Qualquer um dos métodos de cálculo leva aos mesmos resultados. Portanto, o gasoduto recém-construído será capaz de garantir o fornecimento oportuno e ininterrupto da quantidade planejada de combustível, mesmo nos horários de seu uso máximo.

Opção de computação para PC

Realizar cálculos usando um computador é o menos trabalhoso - tudo o que é exigido de uma pessoa é inserir os dados necessários nas colunas apropriadas.

Portanto, os cálculos hidráulicos são feitos em poucos minutos, e esta operação não requer muito conhecimento, necessário na utilização de fórmulas.

Para realizá-lo corretamente, é necessário retirar os seguintes dados das especificações técnicas:

• densidade do gás;
• coeficiente de viscosidade cinética;
• temperatura do gás em sua região.

As condições técnicas necessárias são obtidas junto ao departamento de gás municipal da localidade onde será construído o gasoduto.Na verdade, o projeto de qualquer pipeline começa com o recebimento deste documento, pois contém todos os requisitos básicos para seu projeto.

A utilização de programas especiais é o método mais simples de cálculo hidráulico, dispensando a busca e estudo de fórmulas de cálculo

A seguir, o desenvolvedor precisa saber o consumo de gás de cada dispositivo que está planejado para ser conectado ao gasoduto. Por exemplo, se o combustível for transportado para uma casa particular, então ali são mais usados ​​fogões para cozinhar, todos os tipos de caldeiras de aquecimento e seus passaportes sempre contêm os números necessários.

Além disso, você precisará saber a quantidade de queimadores de cada fogão que será conectado à tubulação.

Na próxima etapa de coleta dos dados necessários, são selecionadas informações sobre a queda de pressão nos locais de instalação de qualquer equipamento - pode ser um medidor, uma válvula de corte, uma válvula de corte térmico, um filtro ou outros elementos .

Nesse caso, é fácil encontrar os números necessários - eles estão contidos em uma tabela especial anexa ao passaporte de cada produto. O projetista deve observar que a queda de pressão no consumo máximo de gás deve ser especificada.

Na tabela especial anexada à ficha técnica do produto, você pode encontrar informações sobre a perda de pressão ao conectar dispositivos à rede

Na próxima etapa, é recomendável saber qual será a pressão azul do combustível no ponto de inserção. Essas informações podem conter as condições técnicas do gás da sua cidade, um diagrama previamente elaborado do futuro gasoduto.

Se a rede consistir em vários trechos, eles deverão ser numerados e o comprimento real indicado.Além disso, para cada um, todos os indicadores variáveis ​​​​devem ser anotados separadamente - é a vazão total de qualquer dispositivo que será utilizado, queda de pressão e outros valores.

Será necessário um coeficiente de simultaneidade. Leva em consideração a possibilidade de trabalho conjunto de todos os consumidores de gás conectados à rede. Por exemplo, todos os equipamentos de aquecimento localizados em um prédio de apartamentos ou em uma casa particular.

Esses dados são usados ​​por um programa de cálculo hidráulico para determinar a carga máxima em qualquer seção ou em todo o gasoduto.

Para cada apartamento ou casa individual, não é necessário calcular o coeficiente especificado, pois seus valores são conhecidos e indicados na tabela abaixo:

Tabela com coeficientes de simultaneidade, cujos dados são utilizados para qualquer tipo de cálculo. Basta selecionar a coluna correspondente a um determinado eletrodoméstico e pegar o número desejado

Se em alguma instalação estiver prevista a utilização de mais de duas caldeiras de aquecimento, fornos e termoacumuladores, o indicador de simultaneidade será sempre de 0,85. Isto é o que deverá indicar na coluna correspondente utilizada para o cálculo do programa.

A seguir você deve indicar diâmetro do tubo, e você também precisará de seus coeficientes de rugosidade, que serão utilizados na construção do duto. Esses valores são padrão e podem ser facilmente encontrados no Regulamento.

Influência do material do tubo no cálculo

Para a construção de gasodutos, podem-se utilizar tubos feitos apenas de determinados materiais: aço, polietileno. Em alguns casos, são utilizados produtos de cobre. Será amplamente utilizado em breve estruturas metal-plásticas.

Cada tubo possui uma rugosidade, o que leva a uma resistência linear, que afeta o processo de movimentação do gás. Além disso, este valor é significativamente mais elevado para os produtos siderúrgicos do que para os plásticos.

Hoje, as informações necessárias só podem ser obtidas para tubos de aço e polietileno. Como resultado, os cálculos de projeto e hidráulicos só podem ser realizados tendo em conta as suas características, o que é exigido pelo Código de Prática relevante. O documento também contém os dados necessários para o cálculo.

O coeficiente de rugosidade é sempre igual aos seguintes valores:

• para todos os tubos de polietileno, novos ou não, - 0,007 cm;
• para produtos siderúrgicos já utilizados - 0,1 cm;
• para novas estruturas de aço - 0,01 cm.

Para quaisquer outros tipos de tubos este indicador não está indicado no Código de Prática. Portanto, não devem ser utilizados para a construção de um novo gasoduto, pois os especialistas da Gorgaz podem exigir ajustes. E estes são novamente custos adicionais.

Cálculo do fluxo em uma área limitada

Se o gasoduto consistir em seções separadas, o cálculo da vazão total de cada uma delas deverá ser realizado separadamente. Mas isso não é difícil, pois os cálculos exigirão números já conhecidos.

Definindo dados usando o programa

Conhecendo os indicadores iniciais, tendo acesso à tabela de simultaneidade e fichas técnicas de fogões e caldeiras, você pode iniciar o cálculo.

Para fazer isso, execute as seguintes etapas (o exemplo é dado para um gasoduto interno de baixa pressão):

1. O número de caldeiras é multiplicado pela produtividade de cada uma delas.
2. O valor resultante é multiplicado pelo coeficiente de simultaneidade especificado em tabela especial para este tipo de consumidor.
3. A quantidade de fogões destinados à cozinha é multiplicada pela produtividade de cada um deles.
4. O valor obtido após a operação anterior é multiplicado pelo coeficiente de simultaneidade retirado de uma tabela especial.
5. Os valores resultantes para caldeiras e fogões são somados.

Manipulações semelhantes são realizadas para todas as seções do gasoduto. Os dados obtidos são inseridos nas colunas apropriadas do programa com o qual os cálculos são realizados. A eletrônica faz todo o resto sozinha.

Cálculo usando fórmulas

Este tipo de cálculo hidráulico é semelhante ao descrito acima, ou seja, serão necessários os mesmos dados, mas o procedimento será demorado. Como tudo terá que ser feito manualmente, além disso, o projetista precisará realizar uma série de operações intermediárias para utilizar os valores obtidos para o cálculo final.

Você também terá que dedicar muito tempo para entender muitos conceitos e questões que uma pessoa não encontra ao usar um programa especial. A validade do acima exposto pode ser verificada familiarizando-se com as fórmulas a serem utilizadas.

O cálculo por meio de fórmulas é complexo e, portanto, não acessível a todos. A imagem mostra fórmulas para cálculo da queda de pressão na rede de alta, média e baixa pressão e do coeficiente de atrito hidráulico

Na aplicação de fórmulas, como no caso dos cálculos hidráulicos por meio de um programa especial, existem funcionalidades para gasodutos de baixo, médio e, claro, alta pressão. E vale lembrar, pois um erro sempre acarreta custos financeiros significativos.

Cálculos usando nomogramas

Qualquer nomograma especial é uma tabela que mostra uma série de valores, estudando os quais é possível obter os indicadores desejados sem realizar cálculos. No caso de cálculos hidráulicos, o diâmetro do tubo e a espessura de suas paredes.

Os nomogramas para cálculo são uma forma simples de obter as informações necessárias. Basta referir-se às linhas que atendem às características de rede especificadas

Existem nomogramas separados para produtos de polietileno e aço. Ao calculá-los, foram utilizados dados padrão, por exemplo, a rugosidade das paredes internas. Portanto, você não precisa se preocupar com a veracidade das informações.

Exemplo de cálculo

É dado um exemplo de realização de cálculos hidráulicos usando um programa para gasodutos de baixa pressão. Na tabela proposta, todos os dados que o projetista deve inserir de forma independente estão destacados em amarelo.

Eles estão listados no parágrafo acima sobre cálculos hidráulicos de computador. Estes são a temperatura do gás, o coeficiente de viscosidade cinética e a densidade.

Neste caso os cálculos são realizados para caldeiras e fogões, portanto é necessário especificar o número exato de queimadores, que pode ser 2 ou 4. A precisão é importante, pois o programa selecionará automaticamente o coeficiente de simultaneidade.

Na imagem, as colunas nas quais os indicadores devem ser inseridos pelo próprio projetista estão destacadas em amarelo. Abaixo está a fórmula para calcular a vazão no site

Vale atentar para a numeração das seções - elas não são inventadas de forma independente, mas são retiradas de um diagrama previamente traçado, onde são indicados números semelhantes.

A seguir, são anotados o comprimento real do gasoduto e o chamado comprimento calculado, que é maior. Isso acontece porque em todas as áreas onde há resistência local é necessário aumentar o comprimento em 5 a 10%. Isso é feito para evitar pressão insuficiente de gás entre os consumidores. O programa realiza os cálculos de forma independente.

O consumo total em metros cúbicos, para o qual é fornecida uma coluna separada, em cada local é calculado antecipadamente. Se o edifício for multiapartamentos, será necessário indicar o número de habitações, partindo do valor máximo, conforme se pode verificar na coluna correspondente.

É obrigatório inserir na tabela todos os elementos do gasoduto, durante a passagem dos quais se perde pressão. O exemplo mostra uma válvula de corte térmico, uma válvula de corte e um medidor. O valor da perda em cada caso foi retirado do passaporte do produto.

Usando um programa você pode fazer cálculos para todos os tipos de gasodutos. A imagem mostra cálculos para uma rede de média pressão

O diâmetro interno da tubulação é indicado de acordo com as especificações técnicas, caso a empresa de gás tenha alguma exigência, ou a partir de diagrama previamente elaborado. Neste caso, na maioria das áreas é prescrito um tamanho de 5 cm, porque a maior parte do gasoduto passa ao longo da fachada, e o gás local da cidade exige que o diâmetro não seja menor.

Se você se familiarizar, mesmo que superficialmente, com o exemplo dado de realização de um cálculo hidráulico, é fácil perceber que, além dos valores inseridos por uma pessoa, há um grande número de outros. Tudo isso é resultado do programa, pois após inserir os números nas colunas específicas destacadas em amarelo, o trabalho de cálculo da pessoa é concluído.

Ou seja, o cálculo em si ocorre com bastante rapidez, após o qual os dados recebidos podem ser enviados para aprovação ao departamento municipal de gás de sua cidade.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Este vídeo permite entender onde começam os cálculos hidráulicos e onde os projetistas obtêm os dados necessários:

O vídeo a seguir mostra um exemplo de um tipo de cálculo computacional:

Abaixo você pode ver um exemplo de cálculo usando um programa de computador:

Para realizar um cálculo hidráulico por computador, conforme permite o Código de Regras do perfil, basta dedicar um pouco de tempo para se familiarizar com o programa e coletar os dados necessários.

Mas tudo isto não tem significado prático, pois a elaboração de um projeto é um procedimento muito mais extenso e inclui muitas outras questões. Diante disso, a maioria dos cidadãos terá que procurar ajuda de especialistas.

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