Os sistemas de água gelada conectam todos os equipamentos usando tubos de água gelada. Sem usar um software sofisticado, como dimensionar tubulações de água gelada com um gráfico?
A seguir, compartilharei como dimensiono canos de água gelada usando o Tabela de Perda por Fricção do Sistema de Tubulação Fechada por Transportadora. Eu estarei usando uma perda por atrito de 8 pés de água por 100 pés e uma velocidade de 10 pés por segundo para dimensionar o tubo de água gelada.
Observe que estou usando o gráfico para sistemas de tubulação fechada porque o tubo de água gelada no resfriador e no ar condicionado é de circuito fechado.
No entanto, na minha opinião, o tamanho da tubulação de água gelada resultante deve ser considerado uma referência e não um absoluto, porque precisamos considerar o preço das tubulações de água gelada e otimizar o tamanho final da tubulação de água gelada.
Como ler o gráfico de perda de atrito?
Usaremos todos os 4 elementos no gráfico de perda por atrito para dimensionar os tubos de água gelada. A seguir, vou explicar cada um deles e como vamos usá-los.
Perda de Fricção: Quanta resistência à água gelada?
A perda por atrito é a quantidade de resistência exercida na água gelada devido ao contato com a superfície interna dos tubos de água gelada. Em outras palavras, a perda por atrito nos diz quanta distância a água gelada não é capaz de percorrer devido ao atrito.
A perda por atrito é expressa em pés de água por 100 pés. A unidade de medida da perda por atrito nos diz quantos pés de distância são perdidos para cada 100 pés. Por exemplo, uma perda por atrito de 8 pés de água por 100 pés significa que a água gelada percorre 8 pés menos para cada 100 pés que percorre.
Tubos menores geralmente têm maior perda por atrito. Um sistema de resfriamento de água com alta perda de atrito requer uma cabeça de bomba mais alta para empurrar a água gelada e, portanto, custos de bomba mais altos. Contrariamente, um sistema de resfriamento de água com baixa perda de atrito requer tubos de água gelada maiores e, portanto, maior custo de tubulação. Portanto, precisamos lutar por um ponto de equilíbrio.
“Um sistema de recirculação é dimensionado para fornecer um equilíbrio razoável entre o aumento da potência de bombeamento devido à alta perda por atrito e o aumento do custo inicial da tubulação devido aos grandes tamanhos de tubulação. Em grandes aplicações de ar condicionado, este ponto de equilíbrio é muitas vezes considerado como uma taxa de atrito máxima de 10 pés de água por 100 pés de comprimento de tubo equivalente.”
Sistema de Ar Condicionado Carrier, desde 1915
A Carrier recomendou a perda por atrito de não mais de 10 pés de água por 100 pés. Eu pratico usar não mais de 8 pés de perda por atrito ao dimensionar tubos de água gelada.
Fluxo: Quanta água gelada flui dentro do tubo de água gelada?
O fluxo ou taxa de fluxo de água gelada é a quantidade de volume de água necessária para viajar dentro de tubos de água gelada. O fluxo é expresso em galões por minuto (GPM). Não é difícil entender que os tubos precisam ser dimensionados com base na vazão de água.
Cada chiller tem uma vazão de água gelada necessária para sua capacidade de refrigeração nominal. Geralmente, quanto menor a vazão de água gelada, menor a capacidade de resfriamento. Assim, precisamos dimensionar os tubos de água gelada com base na quantidade de água gelada necessária para cada chiller. A vazão de água gelada necessária geralmente pode ser encontrada na especificação do seu chiller.
Quando se trata de dimensionar o cabeçote do tubo de água gelada, simplesmente adicionamos todas as taxas de fluxo de água gelada associadas e usamos o gráfico novamente para encontrar o tamanho do tubo correspondente.
Velocidade: Quão rápido a água gelada está se movendo dentro do tubo de água gelada?
| Tamanho do tubo (dentro) |
Fluxo | Velocidade | Queda de pressão | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| (GPM dos EUA) | (litro/s) | (pés/s) | (EM) | (pésH2O/100 pés) | (Pa/100 m) | |
| 4 | 140 | 9 | 3,5 | 1,1 | 2,2 | 21827 |
| 6 | 380 | 24 | 4.2 | 1.3 | 1,9 | 18877 |
| 8 | 650 | 41 | 4.2 | 1.3 | 1,4 | 13371 |
| 10 | 1100 | 69 | 4.2 | 1.3 | 1.2 | 11700 |
| 12 | 1800 | 114 | 4,5 | 1,4 | 1.2 | 12093 |
| 14 | 2200 | 139 | 5.1 | 1,6 | 1,1 | 11208 |
| 16 | 3300 | 208 | 5.9 | 1,8 | 1.2 | 11405 |
| 18 | 4500 | 284 | 6.2 | 1,9 | 1.2 | 11503 |
| 20 | 6000 | 379 | 6.7 | 2,0 | 1.2 | 11503 |
| 24 | 11.000 | 694 | 7,8 | 2,4 | 1.2 | 11700 |
| 30 | 19.000 | 1199 | 8,7 | 2.6 | 1,1 | 10913 |
| 3 | 70 | 4 | 3,0 | 0.9 | 2,3 | 22712 |
Tubos principais - fluxo máximo permitido, velocidade e queda de pressão
A velocidade é a velocidade da água gelada ao viajar dentro de tubos de água gelada. A velocidade é expressa em pés por segundo (fps). Precisamos considerar a rapidez com que a água gelada se move dentro dos canos de água gelada. Quanto mais rápido a água refrigerada viajar dentro dos tubos de água refrigerada, mais rápida será a erosão nos tubos de água refrigerada e, portanto, menor será a vida útil dos tubos de água refrigerada.
Em geral, quanto mais rápido o movimento da água gelada, menor a vida útil do tubo de água gelada. Eu pratico usando não mais que 10 fps para a velocidade da água gelada.
Tamanho do tubo: Qual é o tamanho do tubo de água gelada resultante?
O tamanho do tubo resultante é expresso em polegadas. Podemos comprar tubos de água gelada de tamanho padrão de fornecedores locais de tubos de água gelada. Não há tamanhos ímpares, como 30 mm, 60 mm e 70 mm, a menos que sejam feitos sob medida.
Dimensionamento de tubulações de água gelada usando um gráfico de perda por atrito
Sugiro que você imprima o gráfico de perda por atrito para facilitar o processo de dimensionamento. A seguir, fornecerei um guia passo a passo sobre como dimensionar tubos de água gelada usando o gráfico de perda por atrito:
Corrija a perda de atrito da água gelada
- O critério de projeto para a perda por atrito não é superior a 8 pés.
- Destaque o eixo de perda por atrito a 8 pés.
Limite a velocidade da água gelada
- Os critérios de projeto para a velocidade não é superior a 10 pés.
- Destaque o eixo de velocidade a 10 pés.
Determinar o tamanho do tubo de água gelada
- Puxe a linha horizontal para o fluxo em 4,8 GPM (linha azul) e encontre o tamanho do tubo dentro dos critérios de projeto.
- Para este exemplo, recebo um tamanho de tubo de 3/4″ (linha rosa). Eu verifico a perda de atrito e a velocidade que são 5,5 pés e 2,8 fps, respectivamente.
- Tanto a perda por atrito quanto a velocidade estão dentro dos critérios de projeto. Assim, um O tamanho do tubo de 3/4 "é adequado.
Otimize o tamanho do tubo de água gelada
- Lembre-se de sempre otimizar o tamanho do tubo. Experimente um tamanho de tubo menor em um esforço para reduzir o custo do tubo.
- Por exemplo, se eu usar um tamanho de tubo de 1/2″, obterei a perda de atrito e a velocidade de 22 pés e 5 fps, respectivamente.
- A perda por atrito está fora dos critérios de projeto e, portanto, um O tamanho do tubo de 1/2″ não é adequado.
- Portanto, o tamanho final do tubo de água gelada ainda é 3/4″ para água gelada a uma vazão de 4,8 GPM.
Não se esqueça da velocidade ao dimensionar tubos grandes
Na maioria das vezes, a perda por atrito é o principal fator no dimensionamento de tubulações de água gelada, pois tubulações pequenas são mais comuns. Por isso, muitas vezes esquecemos que a partir de cerca de 400 GPM, a velocidade se torna o principal fator. Portanto, muitas pessoas cometeram o erro, inclusive eu.
Seja flexível com o tamanho do tubo de água gelada
Às vezes, você pode entrar em uma situação em que há duas opções ou o tamanho do tubo resultante é muito próximo. Nesses casos, muitas vezes você precisa decidir entre desempenho, confiabilidade e custo.
O gráfico acima é um exemplo de tal situação. Por exemplo, se você estiver dimensionando um tubo de água gelada para um fluxo de 1.000 GPM de água gelada, você obterá um tamanho de tubo de 8″ com perda de atrito e velocidade bem sob os critérios de projeto. Por outro lado, você pode optar por um tamanho de tubo de 6″ com uma velocidade de pouco mais de 10 fps.
Se você me perguntar, provavelmente escolherei um tamanho de tubo de 6″, especialmente quando a velocidade é apenas 1 fps a mais do que o critério de projeto, que é de 10 fps, considerando o custo.
Pensamento final
Como regra geral, o custo das tubulações de água gelada aumenta exponencialmente com o tamanho devido não apenas ao material, mas também ao isolamento, revestimento, mão de obra e logística. Um tamanho maior pode ser muitas vezes mais difícil de instalar.
Outra coisa a considerar é o comprimento do tubo. Se o comprimento do tubo de água gelada for relativamente curto e sua bomba tiver um cabeçote excedente, você pode aumentar a perda de atrito permitida de 8 pés para 10 pés ou mais.
Da mesma forma, se o cano de água gelada for muito longo, você pode querer reduzir a perda de atrito de 8 pés para 6 pés ou menos para garantir que a água gelada possa alcançar o ar condicionado mais distante.