UNIDADE 03 -DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÕES - PARTE 2

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Prof. Me. Augusto César R. Araújo
UNIDADE 03 –DIMENSIONAMENTO 
DE TUBULAÇÕES
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 CONEXÕES DE TUBULAÇÕES
 JUNTAS DE EXPANSÃO
UNIDADE 03 –DIMENSIONAMENTO 
DE TUBULAÇÕES
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CONEXÕES DE 
TUBULAÇÃO
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Classificação em função do sistema de ligação
empregado
 Conexões para solda de topo
 Conexões para solda de encaixe
 Conexões rosqueadas
 Conexões flangeadas
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões de solda de topo
 São peças tendo um chanfro apropriado nas
extremidades, para soldagem direta nos tubos, ou dessas
peças entre si.
 Devem ser sempre do mesmo material dos tubos ou de
material de mesmo “P” visando evitar soldas
dissimilares.
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões de solda de topo
 Materiais: Aço-liga e aço inoxidável;
 As dimensões básicas de todos os tipos de conexões
fabricadas estão padronizadas na norma ASME B.16.9;
 Joelho raio longo – Rm de curvatura vale 1/2 x DN
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões de solda de encaixe
 Apresenta as extremidades com encaixe para a soldagem
de tubos;
 Devem ser de mesmo material do tubos ou de mesmo
número “P”;
 Empregados em tubulações de pequenos diâmetros;
 Materiais: Aço-carbono forjado, aço liga e aço
inoxidável, metais não ferrosos e plásticos.
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões de solda de encaixe
 As dimensões encontram-se padronizadas na ASME
B.16.11;
 Apresentam três espessuras: 3.000# (P80), 6.000#
(P160) e 9.000# (XXS)
 A sua equivalência mecânica deve ser equivalente à do
tubo de mesmo material, de espessura correspondente a
respectiva classe;
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões rosqueadas
 Possuem na extremidades uma rosca interna
(rosqueamento direto nos tubos) ou rosca externa
(rosqueamento em outras peças);
 Material diferente dos tubos (economia);
 Tubulações prediais e industriais de baixa
responsabilidade;
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões rosqueadas
 Apresentam para aço forjado três espessuras: 2.000#
(P80), 3.000# (P160) e 6.000# (XXS);
 Conexões de ferro maleável podem ser pretas ou
galvanizadas;
 Ferro maleável – restrição a utilização serviços tóxicos;
 Dimensões padronizadas na ASME B.2.1.
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões flangeadas
 Material: Ferro fundido;
 Emprego mais raro(custo elevado, peso e volume do
material elevado, manutenção e risco de vazamento);
 Tubulações de grandes diâmetros (adutoras, linhas de
água e de gás);e de baixa pressão quando for de fácil
desmontagem;
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões flangeadas
 São fabricadas com flanges de face plana em duas
classes de pressão (125# e 250#).
 Outros materiais: latões, alumínios, plástico reforçado
com fibra de vidro;
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões de ligação - Niples
 São pedaços curtos de tubos preparados especialmente
para permitir a ligação das duas conexões entre si, ou de
um válvula com uma conexão, em tubulações onde se
empregam ligações rosqueadas ou para solda de encaixe;
 Servem para fazer pequenos trechos de tubulação
 Os niples paralelos (mesmo diâmetro) são fabricados de
pedaços de tubos cortados na medida certa e com as
extremidades preparadas;.
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Conexões de ligação - Niples
 Os niples de redução (diâmetros diferentes) e em geral
fabricados por estampagem de pedaços de tubos;
 Empregados normalmente no diâmetro de 4”;
 Comprimento varia de 50 a 150mm
 Niples rosqueados apresenta uma parte sextavada
visando facilitar o aperto.
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Curvas em gomos
 Curvas em gomo são utilizadas para tubulações com
diâmetro acima de 20”e tubulações e pressões
moderadas (150# a 400#) em diâmetro acima de 8”
(economia)
 Não é permitido seu uso para tubulações de fluidos
altamente tóxicos.
 Não é usual a utilização de curvas em gomo em
tubulações de aços-liga ou inoxidáveis;
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
 Derivações soldadas
 Aplicam-se a tubulações de qualquer tipo de aço (aço-
carbono, aços-liga e aços inoxidáveis);
 As bocas-de-lobo podem ser do tipo sobreposta ou
permanente
 As bocas-de-lobo são desaconselhadas para serviços
sujeitos a forte vibrações ou altamente cíclicos;
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
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CONEXÕES DE TUBULAÇÃO
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JUNTAS DE 
EXPANSÃO
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
 São peças deformáveis que se intercalam com a
finalidade de:
 Absorver total parcialmente as dilatações provenientes
das variações de temperatura
 Impedir a propagação de vibrações ou de esforços
mecânicos;
 São peças pouco empregadas;
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JUNTAS DE EXPANSÃO
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
10 – Frequência dos ciclos de aquecimento e resfriamento
da tubulação e tempo de vida útil para a junta de expansão;
11 – Normas, códigos ou especificações que devam ser
obedecidos para a fabricação, inspeção e teste de junta;
12 – Esquema da tubulação onde ficará a junta mostrando o
sistema de suportes.
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
 Os movimentos das juntas de expansão podem ser de
três tipos fundamentais: movimento axial, movimento
angular e movimento lateral;
 O movimento axial é o tipo de movimento mais comum;
 Movimento axial provem da dilatação de trechos da
tubulação ligado às juntas de expansão;
 Linhas retilíneas providas de juntas de expansão.
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JUNTAS DE EXPANSÃO
 Juntas articuladas somente realizam movimentos
angulares;
 Para as juntas articuladas exigi-se que o sistema seja
geometricamente estável;
 Não ode haver mais de três juntas de expansão entre dois
pontos fixos do sistema.
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JUNTAS DE EXPANSÃO
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
 Juntas Telescópio
 Consistem basicamente de dois pedaços de tubo
concêntrico, que deslizam um sobre o outro, cada um
ligado a um dos extremos da junta;
 Só podem absorver movimentos axiais das tubulações;
 Devem ser impedidos que esforços laterais ou momentos
de rotação sobre as juntas evitando sua danificação.
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JUNTAS DE EXPANSÃO
 Juntas Telescópio
 Todas devem possuir um dispositivo limitador de curso
que impeça o desengate por abertura excessiva;
 Podem ser batentes internos ou externos ou também
tirantes limitadores reguláveis;
 São fabricadas em aço fundido, ferro fundido, ferro
fundido nodular e bronze.
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
 Juntas Telescópio
 São empregadas para tubulações de vapor de baixa
pressão , de condensado ou de água quente;
 Utilizados em serviços não severos e onde movimentos
não sejam frequentes ( evitar vazamentos);
 Quando não é possível desenvolvimento adequado para
flexibilização da tubulação;
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
 Juntas de Fole
 Consistem essencialmente em um fole com uma série de
gomos feitos de uma chapa de aço flexível;
 Como não possuem gaxetas não há risco de vazamentos
e a manutenção é bem menor
 Podem ser usadas em serviços diversos mesmo com
fluidos perigosos;
 Como a chapa é fina, apresenta pouca resistência
mecânica e assim sendo um ponto fraco da tubulação
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JUNTAS DE EXPANSÃO
JUNTAS DE EXPANSÃO
 Juntas de Fole
 O fole deve ser material resistente à corrosão e
construído a parti de um tubo sem costura;
 Deve ser realizados testes não destrutivos compatíveis
com o material;
 Dependendo do modelo podem permitir qualquer tipo ou
combinação de movimentos
 Em qualquer junta de fole o esforço axial necessário
para comprimir ou para distender é menor que na junta
telescópio.
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JUNTAS DE EXPANSÃO
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CÁLCULOS EM FUNÇÃO 
DA VELOCIDADE
Cálculo em função da velocidade
1) Toma-se o maior possível para vazão (Q – m³/s)
2) Arbitra-se um determinadodiâmetro (d – m²)
3) Calcula-se a velocidade (m/s)
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Cálculo em função da velocidade
4) Compara-se a velocidade calculada com a velocidade
econômica para o líquido e o serviço em questão
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Cálculo em função da velocidade
4) Compara-se a velocidade calculada com a velocidade
econômica para o líquido e o serviço em questão
4.1) Se a velocidade calculada estiver superior à velocidade
econômica – Diâmetro pequeno
4.2) Se a velocidade calculada estiver inferior ou
imediatamente abaixo à velocidade econômica – Diâmetro
adequado
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Cálculo em função da velocidade
Exemplo:
Uma indústria que utiliza equipamentos a base de ar
comprimido. Necessita dimensionar um diâmetro de
tubulação para uma uma vazão de 200 L/s.
Dados:
1 L/s – 0,001 m³/s
1 pol – 0,0254 m
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a) 2”
b) 4”
c) 5”
d) 6”
e) 10”
Cálculo em função da velocidade
Exemplo:
Vazão 200 L/s x 0,001 = 0,2 m³/s
Diâmetro = 4 x 0,0254 = 0,1016m
V = 4 x 0,2 / π x (0,1016)² = 0,8 / 0,0324 = 24,69 m/s
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Cálculo em função da velocidade
Exemplo:
Vazão 200 L/s x 0,01 = 0,2 m³/s
Diâmetro = 6 x 0,0254 = 0,1524m
V = 4 x 0,2 / π x (0,1524)² = 10,96 m/s
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Cálculo em função da velocidade
Exemplo:
Vazão 200 L/s x 0,01 = 0,2 m³/s
Diâmetro = 5 x 0,0254 = 0,127m
V = 4 x 0,2 / π x (0,127)² = 15,78 m/s
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CÁLCULOS EM FUNÇÃO 
DA PERDA DE CARGA
Cálculo em função da perda de carga
1) Calcular a pressão na entrada do reservatório
2) Calcular a diferença de cotas
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Cálculo em função da perda de carga
3) Calcular o comprimento equivalente em função do
diâmetro (Baseado na tabela de velocidade econômica)
3.1) Retirar de uma tabela ou gráfico os comprimentos
equivalentes para os acidentes existentes
3.2) Somar o comprimento equivalente dos acidentes ao
comprimentos dos tubos
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Cálculo em função da perda de carga
4) Definir o regime de escoamento da partir do número de
Reynolds
d – diâmetro interno (cm)
V – Velocidade (cm/s)
v – Viscosidade cinemática (St)
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Cálculo em função da perda de carga
4) Definir o regime de escoamento da partir do número de
Reynolds
Rn < 2000 – Regime Laminar
Rn > 4000 – Regime turbulento
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Cálculo em função da perda de carga
4.1) Se regime Laminar
5) Equação de Poiseuille para calcular a perda de carga
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Cálculo em função da perda de carga
6) Calcular a perda de carga total
Se o valor de J for maior que a diferença de cotas –
Diâmetro pequeno
Se o valor de J for menor que a diferença de cotas –
Diâmetro adequado
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Cálculo em função da perda de carga
7) Se diâmetro pequeno
7.1) Aumentar o diâmetro
7.2) Calcular a perda de carga
7.3) Calcular a perda de carga total
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Cálculo em função da perda de carga
4.2) Se regime Turbulento
5) Utilizar o gráfico e obter o valor de rugosidade (E/d)
6) Utilizar o valor de rugosidade e o número de Reynolds
em outro gráfico e obter o valor do coeficiente de atrito (f)
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Cálculo em função da perda de carga
7) Aplicar a fórmula de Darcy
8) Calcular a perda de carga total
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Cálculo em função da perda de carga
9) Calcular a expressão
Pa – Pressão atmosférica (103,3 kPa)
Pv – Pressão de vapor
NPSH – Valor mínimo de energia entrando na bomba
(evitar cavitação)
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Cálculo em função da perda de carga
10) Comparar o valor obtido da expressão com o da perda
de carga total
Se o valor de J for maior que a diferença de cotas –
Diâmetro pequeno
Se o valor de J for menor que a diferença de cotas –
Diâmetro adequado
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Cálculo em função da perda de carga
Exemplo:
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Cálculo em função da perda de carga
Exemplo:
Comprimentos: L1 = 4m L2 = 88m L3 = 75m L4 = 7m
Vazão: 200 m³/h
Cotas de elevação: H1 = 0,85m H2 = 13,70m
Pressão na saída da bomba: P1= 45psig = 316 kPa
Altura máxima do reservatório: Hr = 9m
Pressão máxima no reservatório: Pr =10psig =70,3 kPa
Peso específico do líquido: γ = 9,5 N/dm³
Viscosidade cinemática: v = 55 cSt
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Cálculo em função da perda de carga
Exemplo:
Acidentes:
2 válvulas de gaveta ---- 2 x 1,75m = 3,50m
1 válvula de retenção---- 1 x 21m = 21,0m
4 curvas de 90º----------- 4 x1,75m = 7,0m
1 entrada --------------------1 x 10m – 10m
Somatório = 41,50
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Cálculo em função da perda de carga
P2 = Pr + Hr x γ
P2 = 70,3 + 9 x 9,5
P2 = 70,3 + 85,5
P2 = 155,8 kPa
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Cálculo em função da perda de carga
DC = (0,85 + 316 / 9,5) – (13,70 + 155,8 / 9,5)
DC = 34,11 – 30-10 = 4,01m
L = 4 + 88 + 75 + 7 = 174m
L = 174 + 41,50 = 215,50m
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Cálculo em função da perda de carga
Supor que o diâmetro de 10” espessura 40
Diâmetro interno – 255mm = 25,5 cm
Viscosidade = 550 cSt = 5,50 St
Vazão = 200 m³/h = 55,5 L/s 50,90 – 1 m/s
Velocidade = 1,0903 m/s = 109,03 cm/s
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Cálculo em função da perda de carga
Numero de Reynolds
Rn = 25,5 x 109,03 / 5,50
Rn = 505,5 < 2000 – Regime laminar
Perda de carga
J = 32 x 5,50 x 109,03 / 981 x (25,5)² = 0,0300 cm/cm =
3,00m a cada 100m
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Cálculo em função da perda de carga
Perda de carga total
J = 3 x 215,5 / 100 = 6,47m
DC = 34,11 – 30-10 = 4,01m
Diâmetro pequeno
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Cálculo em função da perda de carga
Supor que o diâmetro de 12” espessura 3/8”
Diâmetro interno – 303mm = 30,3 cm
Viscosidade = 550 cSt = 5,50 St
Vazão = 200 m³/h = 55,5 L/s
Velocidade = 0,791 m/s = 79,1 cm/s
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Cálculo em função da perda de carga
Numero de Reynolds
Rn = 30,3 x 79,1 / 5,50
Rn = 435,77 < 2000 – Regime laminar
Perda de carga
J = 32 x 5,50 x 79,1 / 981 x (30,3)² = 0,0154 cm/cm =
1,54m a cada 100m
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Cálculo em função da perda de carga
Perda de carga total
J = 1,54 x 215,5 / 100 = 3,31m
DC = 34,11 – 30-10 = 4,01m
Diâmetro adequado
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Cálculo em função da perda de carga
Exemplo:
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Cálculo em função da perda de carga
Exemplo:
Comprimentos: L1 = 59,5m L2 = 2,30m
Vazão: 9 L/s
Cotas de elevação: Ha = 2,60m
Pressão de vapor: Pv = 35,2 kPa
NPSH: 1,9m
Peso específico do líquido: γ = 7,8 N/dm³
Viscosidade cinemática: v = 6 cSt
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Cálculo em função da perda de carga
Exemplo:
Acidentes:
1 peça de redução – 1 x 2,1 = 2,1m
3 curvas de 90º ---- 3 x 2,0m = 6,0m
1 válvula de pé -- 1 x 11,0m = 11,0m
Somatorio = 19,10
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Cálculo em função da perda de carga
L = 59,5 + 2,30 = 61,80m
L’ = 61,80 + 19,10 = 80,9m
Supor diâmetro de 4” serie 40 – d = 10,22 cm
Viscosidade = 6 cSt = 0,06 St
Q = 9 L/s = 540 l/min --- v = 1,096m/s = 109,6cm/s
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Cálculo em função da perda de carga
Numero de Reynolds
Rn = 10,22 x 109,6 / 0,06 = 18.668 > 4000 – Regime
Turbulento
Grau de rugosidade
E/R – 0,0004
Coeficiente de atrito
f = 0,028
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Cálculo em função da perda de carga
Perda de carga
J = 0,028 x (109,6)² / 2 x 10,22 x 981 = 0,0167cm = 1,67m
Perda de carga total
J = 1,67 x 80,9 / 100 = 1,35m
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Cálculo em função da perda de carga
Pa / γ = 103,3 / 7,8 = 13,20m x 0,90 = 11,88m
(H1 – H2) = Ha = 2,60m
Pv / γ = 35,2 / 7,8 = 4,54m
NPSH = 1,9m
Somatório = 11,88 – (2,60 + 4,54 + 1,90) = 11,88 – 9,04 =
2,84m
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Cálculo em função da perda de carga
Comparação
Somatório = 2,84m
J = 1,67 x 80,9 / 100 = 1,35m
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