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No dimensionamento de redes de hidrantes, a correta avaliação das perdas de carga é fundamental para garantir que a pressão disponível no ponto de utilização atenda aos requisitos normativos e operacionais do sistema de combate a incêndio. No AltoQi Builder, essas perdas são consideradas em diferentes componentes da rede, como os trechos finais da tubulação, as mangueiras e os esguichos associados aos hidrantes.
Este artigo reúne as orientações relacionadas ao cálculo das perdas de carga em redes de hidrantes, explicando como o programa considera a perda no último trecho da planilha de pressões, bem como as perdas adicionais introduzidas pela mangueira e pelo esguicho. O objetivo é auxiliar na interpretação dos resultados apresentados pelo software e na validação do dimensionamento hidráulico do sistema.
Assuntos tratados neste artigo
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Como é calculada a perda de carga do último trecho da planilha de pressão dos hidrantes?
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Perda de carga no esguicho associado ao hidrante no projeto de incêndio
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Perda de carga na mangueira associada ao hidrante no projeto de incêndio
Como é calculada a perda de carga do último trecho da planilha de pressão dos hidrantes?
O módulo Incêndio da plataforma AltoQi Builder permite a geração de planilhas de pressões do sistema projetado. Considerando uma rede de hidrantes, é possível conferir o resultado do seu dimensionamento trecho a trecho.
Neste artigo, será explicado como é calculada a perda de carga do último trecho da tubulação de recalque.
Observação: Para gerar uma planilha de pressões, recomendamos a leitura do artigo Como gerar o relatório da planilha de pressões (memorial de cálculo) das peças no projeto de gás, hidráulico e de incêndio?.
Na planilha de pressões, a perda de carga em cada trecho é calculada pela multiplicação dos valores das colunas comprimento total (Total) e perda de carga unitária (J). Porém, no último trecho de recalque, a perda de carga é calculada de maneira diferente dos demais.
A imagem abaixo mostra a tabela de cálculo dos trechos de recalque de uma planilha de pressões que será utilizada como exemplo neste artigo.
Perceba que no último trecho de recalque da imagem acima, trecho 3-4, o comprimento do conduto está zerado, pois apenas o hidrante é considerado. Isto é, a passagem da água pelo esguicho do hidrante representa o último trecho da planilha.
O comprimento equivalente dos hidrantes trata-se do comprimento equivalente de um registro globo de 2 1/2" (65 mm), resultando o valor de 20 m, segundo bibliografias tomadas como referência.
Até a saída d'água, também deve-se considerar as perdas de carga da mangueira e do esguicho. Tais valores estão localizados na tabela Altura manométrica na mesma planilha de pressões, como mostra a imagem abaixo.
Observação: Para saber como são calculadas as perdas da mangueira e do esguicho, respectivamente, recomendamos a leitura dos tópicos presentes neste artigo Perda de carga na mangueira associada ao hidrante no projeto de incêndio e Perda de carga no esguicho associado ao hidrante no projeto de incêndio.
Considerando as informações acima, temos que o cálculo da perda de carga no último trecho é obtido da seguinte maneira:
Logo, a conferência dos valores apresentados nas tabelas anteriores, exemplificadas neste artigo, é mostrada a seguir:
A partir das informações apresentadas neste artigo, será possível compreender o resultado da perda de carga do último trecho das planilhas de pressões nos projetos com rede de hidrantes.
Perda de carga no esguicho associado ao hidrante no projeto de incêndio
Conforme apresenta a NBR 13714/2000, esguicho é o dispositivo adaptado na extremidade das mangueiras de incêndio, responsável por dar forma, direção e controle ao jato d'água. Esta peça pode ser do tipo compacto ou ainda regulável.
A plataforma AltoQi Builder procede com o cálculo da perda de carga do esguicho considerado em cada hidrante lançado no projeto de Incêndio. O valor numérico associado à perda de carga do esguicho é observado junto à planilha de pressões do seu respectivo hidrante, na tabela Altura manométrica (m.c.a.), como mostra a figura abaixo para um exemplo genérico.
Perda de carga total
O cálculo da perda de carga de um esguicho é fundamentado do conceito de comprimento equivalente para uma singularidade a partir da equação a seguir.
Em que,
Je = perda de carga total no esguicho, em m.c.a.;
K = coeficiente de singularidade do esguicho, adimensional;
v = velocidade do fluido no esguicho, em m/s;
g = aceleração da gravidade, por padrão, igual a 9,81 em m/s².
Coeficiente de singularidade K
Corresponde ao coeficiente de perda de carga para o esguicho admitido no respectivo hidrante.
Observação: Por padrão, a plataforma AltoQi Builder admite o coeficiente de singularidade K do esguicho igual a 0,1. Contudo, é possível alterar para o valor fornecido por fabricante.
Para alterá-lo, proceda com os passos abaixo.
- Acesse na aba Arquivo - opção Configurações - guia Incêndio;
- À esquerda da janela Configurações, no grupo Dimensionamento -opção Hidrantes, altere o campo "Coeficiente de singularidade do esguicho", como ilustra a figura abaixo;
- Clique em OK para salvar a alteração.
Velocidade no esguicho
A velocidade no esguicho é obtida da equação da continuidade, apresentada a seguir.
Em que,
- v = velocidade no esguicho, em m/s;
- Q = vazão disponível na seção do esguicho, em m³/s;
- A = área da seção do esguicho, em m².
Vazão do esguicho
A vazão do esguicho é obtida do último trecho de tubo analisado junto ao recalque do sistema, já que o esguicho está considerado no ponto mais a jusante do traçado.
Para obtê-la, proceda como descrito abaixo.
- Gere a planilha de pressões do hidrante que se deseja analisar, procedimento equivalente ao apresentado no artigo técnico Como gerar o relatório da planilha de pressões (memorial de cálculo) das peças no projeto de gás, hidráulico e de incêndio?;
- Observe o valor da vazão no trecho mais a jusante, ou seja, o último trecho admitido na planilha. Quando empregado sistema de bombeamento, verifica-se o último trecho do grupo de recalque.
Para o exemplo indicado no início deste artigo, considerou-se bombeamento. A planilha de pressões apresenta o valor de vazão igual a 4,25 L/s ou 0,00425 m³/s.
Área do esguicho
A área da seção admitida para o esguicho diz respeito à área de uma seção circular, como mostra a equação abaixo.
Em que,
- A = área da seção do esguicho, em m²;
- D = diâmetro do esguicho, em m.
O diâmetro do esguicho está associado ao cadastro do hidrante lançado no projeto. Para verificar qual o diâmetro atribuído, proceda com os seguintes passos:
- Acesse a aba Arquivo - Cadastro;
- Na aba Peças localize a classe, grupo e peça associados ao hidrante utilizado;
- Junto à peça, verifique o campo Diâmetro do esguicho (cm), como ilustrado na figura abaixo.
Observação: Para a determinação do diâmetro do esguicho de jato regulável como especificado junto à Norma de Procedimento Técnico do Estado do Paraná, recomenda-se o acompanhamento do artigo técnico Como utilizar o Módulo Incêndio de acordo a NPT 022 do Estado do Paraná.
Para o exemplo deste artigo técnico, o diâmetro do esguicho é de 1,6 cm ou 0,016 m.
Como resultado a este exemplo, a área será igual a 0,00020106 m² e, consequentemente, a velocidade igual a aproximadamente 21,14 m/s.
Aceleração da gravidade (g)
Por padrão, a aceleração da gravidade corresponde a 9,81 m/s².
Para o exemplo, o resultado deste cálculo é equivalente ao indicado na imagem inicial.
Observação: Ressalta-se a necessidade em ratificar os dados de cálculo atribuídos ao esguicho do hidrante lançado no projeto de incêndio, já que estes parâmetros devem atender às prescrições normativas da localidade da edificação projetada.
Com a substituição de todos os valores observados para os parâmetros supracitados junto à primeira equação, é possível validar a perda de carga no esguicho associado ao hidrante analisado em seu projeto de incêndio.
Perda de carga na mangueira associada ao hidrante no projeto de incêndio
Conforme apresenta a NBR 11861/1998, a mangueira de incêndio é o dispositivo de combate à incêndio constituído essencialmente por um duto flexível dotado de uniões.
A plataforma AltoQi Builder procede com o cálculo da perda de carga da mangueira para o hidrante analisado, lançado no projeto de Incêndio. O valor numérico associado à perda de carga da mangueira é observado junto à planilha de pressões do seu respectivo hidrante, na tabela Altura manométrica (m.c.a.), como mostra a figura abaixo para um exemplo genérico.
Perda de carga total
O cálculo da perda de carga de uma mangueira de incêndio é fundamentado do conceito de perda de carga distribuída que, por sua vez, é dependente da perda de carga unitária e do respectivo comprimento da mangueira, como mostra a equação a seguir.
Em que,
- Δh mangueira = perda de carga total na mangueira, em m.c.a.;
- J = perda de carga unitária, em m/m;
- L = comprimento da mangueira, em m.
Perda de carga unitária J
Diz respeito à perda de energia por metro ocasionada ao fluido quando este escoa através do tubo. Para consideração deste parâmetro, a plataforma AltoQi Builder faz uso da fórmula de Hazen-Williams, detalhada abaixo.
Em que,
- J = perda de carga unitária, em m/m;
- Q = vazão da mangueira, em m³/s;
- C = coeficiente de rugosidade do material da mangueira, adimensional;
- D = diâmetro da mangueira, em m.
Vazão da mangueira Q
A vazão da mangueira é obtida do último trecho analisado junto ao recalque do sistema, tendo em vista que este equipamento é admitido no ponto mais a jusante do traçado. Para obtê-la, proceda como descrito abaixo.
- Gere a planilha de pressões do hidrante que se deseja analisar, procedimento equivalente ao apresentado no artigo técnico Como gerar o relatório da planilha de pressões (memorial de cálculo) das peças no projeto de gás, hidráulico e de incêndio?;
- Observe o valor da vazão no trecho mais a jusante, ou seja, o último trecho admitido na planilha. Quando empregado sistema de bombeamento, verifica-se o último trecho do grupo de recalque.
Para o exemplo indicado no início deste artigo, considerou-se bombeamento. A planilha de pressões apresenta o valor de vazão igual a 4,25 L/s ou 0,00425 m³/s.
Coeficiente de rugosidade C
O coeficiente de rugosidade é dependente do material estabelecido para a mangueira de incêndio e consta junto ao cadastro do hidrante lançado no projeto. Para o presente exemplo, considerou-se a mangueira de revestimento interno de borracha, com valor igual a 140.
Diâmetro da mangueira D
O diâmetro da mangueira também é outro parâmetro associado ao cadastro do hidrante lançado no projeto. Para o exemplo deste artigo técnico, o diâmetro da mangueira é de 3,8 cm ou 0,038 m.
Comprimento da mangueira L
Assim como os parâmetros acima, o comprimento da mangueira também consta no cadastro do hidrante lançado no projeto. Nesta situação, utilizou-se o um lance de 15 m.
Observação: Para a desconsideração do comprimento da mangueira no dimensionamento do projeto de incêndio contemplado por hidrantes, como especificado junto à Instrução Técnica do Estado de São Paulo, recomenda-se o acompanhamento do artigo técnico Como utilizar o módulo Incêndio de acordo com a IT n°22/2019 do Estado de São Paulo.
Para localizar os parâmetros supracitados, observados junto ao cadastro do hidrante definido para o projeto, proceda com os seguintes passos:
- Acesse a aba Arquivo - Cadastro;
- Na aba Peças localize a classe, grupo e peça associados ao hidrante utilizado;
- Junto à peça, verifique os campos Comprimento da mangueira (cm), Diâmetro a mangueira (cm) e Coeficiente de rugosidade, como ilustrado na figura abaixo.
Observação: Ressalta-se a necessidade em ratificar os dados de cálculo atribuídos à mangueira do hidrante lançado no projeto de incêndio, já que estes parâmetros devem atender às prescrições normativas da localidade da edificação projetada.
Com a substituição de todos os valores observados para os parâmetros supracitados junto à primeira equação, é possível validar a perda de carga na mangueira do hidrante analisado em seu projeto de incêndio.
Considerações finais
A correta compreensão das perdas de carga em redes de hidrantes é essencial para interpretar os resultados do dimensionamento hidráulico e garantir que o sistema atenda às pressões mínimas exigidas. Ao considerar de forma integrada as perdas no último trecho da tubulação, na mangueira e no esguicho, o AltoQi Builder fornece uma visão completa do comportamento hidráulico do sistema.
Ao analisar essas informações na planilha de pressões, o projetista consegue identificar eventuais gargalos hidráulicos e validar se as soluções adotadas estão adequadas ao projeto de incêndio. Para uma análise completa do sistema, recomenda-se sempre avaliar as perdas de carga em conjunto com os critérios de uso simultâneo e com a verificação dos hidrantes mais desfavoráveis.
Perguntas Frequentes
A perda de carga no último trecho corresponde às perdas hidráulicas calculadas no segmento final da tubulação que alimenta o hidrante mais desfavorável. Esse trecho tem papel importante na planilha de pressões, pois influencia diretamente a pressão disponível no ponto de consumo.
A perda de carga da mangueira é sempre considerada no cálculo?
Sim. Em projetos de hidrantes, o AltoQi Builder considera a perda de carga na mangueira associada ao hidrante, utilizando critérios definidos no cadastro da peça e nas configurações do projeto. Essa perda é somada às demais perdas da rede no cálculo da pressão final.
Como o esguicho influencia a perda de carga do sistema?
O esguicho introduz uma perda de carga localizada, que representa a restrição imposta ao escoamento da água no ponto de saída. Essa perda é considerada separadamente pelo programa e impacta diretamente a pressão residual exigida no hidrante.
As perdas de carga em mangueira e esguicho são aplicáveis a sprinklers?
Não. As perdas de carga em mangueira e esguicho são específicas de projetos de hidrantes. Em projetos de sprinklers, esses componentes não existem e, portanto, essas perdas não são consideradas no cálculo hidráulico.
Onde posso visualizar essas perdas no AltoQi Builder?
As perdas de carga associadas ao último trecho, à mangueira e ao esguicho podem ser analisadas por meio da planilha de pressões gerada no Gerenciador do projeto, permitindo ao projetista identificar a contribuição de cada componente no resultado final.