APOSTILA DE HIDRONICOS E BOMBAS IME SINDRATAR 2013

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CURSO DE EXTENSÃO EM ENGENHARIA DO AR CONDICIONADO 
 
 
APOSTILA DE SISTEMAS HIDRÔNICOS E BOMBAS AUTOR : PROF. JULIO TEYKAL 
2013 VENDA PROIBIDA MATERIAL PARA USO INTERNO E TREINAMENTO --- 1 
 
REALIZAÇÃO 
 
COORDENAÇÃO E APOIO 
IME - INSTITUTO MILITAR DE 
ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
12o CURSO DE EXTENSÃO 
EM ENGENHARIA DO AR CONDICIONADO 
 
 
 
 
APOSTILA DE SISTEMAS HIDRÔNICOS 
E BOMBAS CENTRÍFUGAS 
 
 
AUTOR: PROFESSOR JULIO TEYKAL 
 
 
 
PATROCINADORES 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE EXTENSÃO EM ENGENHARIA DO AR CONDICIONADO 
 
 
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ÍNDICE 
 
SISTEMAS HIDRÔNICOS.......................................................................................................................................... 3 
GENERALIDADES ................................................................................................................................................. 3 
Classificação dos Sistemas.................................................................................................................................... 3 
Componentes de um Sistema ................................................................................................................................ 3 
ASPECTOS CONSTRUTIVOS ............................................................................................................................... 4 
Tubulações de Água.............................................................................................................................................. 4 
Válvulas ................................................................................................................................................................ 9 
Válvulas de Controle........................................................................................................................................... 15 
Acessórios ........................................................................................................................................................... 19 
Fechamentos Hidráulicos .................................................................................................................................... 20 
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA ....................................................................................................... 21 
Sistemas Abertos e Sistemas Fechados ............................................................................................................... 21 
Tanques de Expansão.......................................................................................................................................... 22 
Separadores de ar ................................................................................................................................................ 22 
Arranjos de Tubulações....................................................................................................................................... 23 
VAZÃO DE ÁGUA NOS TROCADORES DE CALOR....................................................................................... 27 
PERDAS DE CARGA ............................................................................................................................................ 28 
Perda de Carga do Sistema.................................................................................................................................. 30 
Perdas de Carga por Fricção ............................................................................................................................... 31 
Perdas em Acidentes ........................................................................................................................................... 32 
Compensação pelo Tempo de Operação (aging)................................................................................................. 32 
Efeito do Sistema ................................................................................................................................................ 33 
DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÕES........................................................................................................ 33 
BOMBAS CENTRÍFUGAS ....................................................................................................................................... 35 
Generalidades...................................................................................................................................................... 35 
Aspectos Construtivos........................................................................................................................................ 36 
FUNDAMENTOS DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS ........................................................................................... 37 
Teoria Básica....................................................................................................................................................... 37 
Pressão Líquida Positiva na Sucção (NPSH) ...................................................................................................... 38 
Altura Manométrica e Pressão de Operação ....................................................................................................... 41 
Curva Característica de uma Bomba................................................................................................................... 44 
Potência............................................................................................................................................................... 45 
Leis de Afinidade ................................................................................................................................................ 47 
A BOMBA CENTRÍFUGA E O SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO ....................................................................... 48 
Curva do Sistema ................................................................................................................................................ 48 
Seleção de Bombas ............................................................................................................................................. 50 
Operação em Paralelo e em Série........................................................................................................................ 51 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS...................................................................................................................................... 53 
RELAÇÃO DE ANEXOS .......................................................................................................................................... 55 
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................................ 55 
SITES.......................................................................................................................................................................... 55 
UNIDADES ................................................................................................................................................................ 55 
 
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SISTEMAS HIDRÔNICOS 
 
 
GENERALIDADES 
 
Classificação dos Sistemas 
 
Os sistemas hidrônicos, de forma geral, podem ser classificados em: 
 
Quanto ao escoamento: 
Sistemas gravitacionais – o fluido circula por gravidade 
Sistemas forçados – o fluido é bombeado 
 
Quanto à circulação de água: 
Sistemas de passagem única (once-through) – o fluido não recircula no sistema 
Sistemas de recirculação (recirculating) – o fluido recircula pelo sistema 
 
Quanto à temperatura: 
Sistemas de alta temperatura (HTW) – temperaturas acima de 175 °C 
Sistemas de média temperatura (MTW) – temperaturas entre 120 e 175 °C 
Sistemas de baixa temperatura (LTW) – temperaturas até 120 °C 
Sistemas de água gelada (CW) – temperaturas entre 5 e 13 °C 
Sistemas com anti-congelamento – temperaturas abaixo de 0 °C 
 
Componentes de um Sistema 
 
Fonte – equipamento onde ocorre saída de calor do sistema 
Carga – equipamento onde ocorre entrada de calor no sistema 
Bomba – equipamento responsável pela recirculação da água 
Tanque de expansão – ponto em contato com a atmosfera ou gás compressível 
Sistema de distribuição – composto de tubulações, válvulas e acessórios 
 
 
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ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 
 
Tubulações de Água 
 
 
Na instalação de sistemas hidrônicos, podem ser utilizados diversos tipos de tubulações para 
interligação entre os equipamentos. Em aplicações de condicionamento de ar, as tubulações mais 
utilizadas são: 
 
- Tubos metálicos em aço-carbono 
- Tubos não metálicos em PVC ou polipropileno 
 
Entretanto, ao se optar por um determinado tipo de material, algumas características técnicas 
devem ser observadas: 
 
- pressão de operação – as pressões de operação dos sistemas, em seus pontos mais críticos, 
definem a classe de pressão a que devem ser submetidas as tubulações e os acessórios a serem 
utilizados. Em prédios altos, esta característica deve ser analisada de forma mais apurada. 
 
- auto-suportação – a rigidez da tubulação influencia no projeto de suportação do sistema. Tubos 
metálicos possuem maior rigidez que os não metálicos, possibilitando maior espaçamento entre 
os suportes. 
 
 
fonte 
 
carga 
 
tanque de expansão 
 bomba 
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- coeficiente de dilatação térmica do material – em condicionamento de ar, os sistemas 
hidrônicos estão sujeitos a variações de temperatura da água, as quais acarretam dilatações ou 
contrações nas tubulações. Em trechos de grande comprimento, de acordo com a dilatação 
térmica da tubulação, pode haver necessidade do emprego de juntas de dilatação ou loops 
(configuração em “U”) na tubulação, de forma a compensar estes movimentos. Os pontos de 
suportação e ancoragem das tubulações devem ser cuidadosamente definidos, de acordo com o 
lay-out do sistema de distribuição de água. 
 
- instalação ao tempo – deve ser verificada a resistência das tubulações, quando expostas a 
intempéries e à radiação solar, mais especificamente aos raios ultra-violeta. Dependendo do tipo 
de material empregado, ao longo do tempo, as tubulações expostas podem apresentar rachaduras. 
 
- corrosão e erosão – em função da temperatura, da velocidade, e do grau de limpeza da água, 
associados ao tratamento químico adequado, os efeitos de corrosão e erosão das tubulações 
podem ser acentuados. 
 
Tubos Metálicos 
 
Em condicionamento de ar as tubulações metálicas utilizadas são de aço-carbono, as quais 
podem ser submetidas a elevadas pressões de operação, e possuem coeficientes de dilatação 
aceitáveis, assim como elevado índice de resistência, quando expostas ao tempo. De acordo com 
sua especificação e regime de trabalho, podem apresentar elevados índices de corrosão e erosão. 
 
A American Society for Testing and Materials (ASTM) determina especificações de materiais 
para tubos de aço-carbono, sendo as seguintes as mais utilizadas em aplicações de 
condicionamento de ar: 
 
ASTM-A-106 – tubos sem costura de alta qualidade, para uso em temperaturas elevadas, com 
diâmetros entre 1/8” e 24”. Estabelece exigências para a composição química, e as propriedades 
mecânicas do material. 
 
 
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REALIZAÇÃO 
 
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ASTM-A-53 – tubos com ou sem costura de média qualidade, com diâmetros entre 1/8” e 24”. 
Estabelece exigências para a composição química, e as propriedades mecânicas para tubos pretos 
(sem acabamento), ou galvanizados. 
 
ASTM-A-120 – tubos com ou sem costura de baixa qualidade, pretos ou galvanizados, com 
diâmetros entre 1/8” e 24”. Por não prescrever exigências rígidas de composição química 
completa e propriedades mecânicas, não há garantia de qualidade. 
 
Qualquer que seja a especificação adotada, deve-se dar preferência a tubos sem costura. 
 
Diâmetros comerciais dos tubos de aço: são definidos pela norma ANSI (American National 
Standards Institute) B.36.10, e designados pelo denominado “diâmetro nominal”, abrangendo 
tubos entre 1/8” e 36”. 
 
O diâmetro nominal não corresponde a uma dimensão física dos tubos com diâmetros entre 1/8” 
e 12”. De 14” a 36”, o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos. 
 
Para cada diâmetro nominal, fabricam-se tubos com diversas espessuras de parede, mantendo-se 
sempre o diâmetro externo, e variando-se o diâmetro interno. Pela norma ANSI B.36.10, 
adotam-se as séries, para definir a espessura dos tubos (Schedule Number). O número de série é 
definido pela relação entre a pressão interna de trabalho, e a tensão admissível do material, 
ambas em psi. 
 
Por esta norma, são padronizadas diversas séries, sendo a Sch 40 a mais utilizada para aplicações 
em condicionamento de ar, por permitir a utilização sob elevadas pressões de operação. Em 
regimes de pressão mais elevadas, podem ser utilizadas tubulações Sch 80. 
 
Conexões - para tubulações com diâmetros nominais de até 2”, é usual a utilização de tubos de 
aço galvanizado, rosqueados. Para diâmetros maiores, tubos de aço preto, para solda. Conexões 
por pressão aplicadas a tubos ranhurados podem igualmente ser utilizadas. 
 
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Espaçamento dos Suportes das Tubulações Metálicas - Com a finalidade de se manter o 
alinhamento das tubulações, evitando deflexões devido ao peso, tanto dos tubos, quanto do 
fluido em circulação, as tubulações horizontais devem ser apoiadas em suportes com o 
espaçamento recomendado por normas de instalação. O espaçamento recomendado entre 
suportes, para tubulações Sch 40, conduzindo água são: 
 
 Diâmetro nominal (in) Espaçamento (m) 
 3/4" – 1 1/4" 2,5 
 1 1/2" – 2 1/2" 3,0 
 3” 3,5 
 4” – 6” 4,0 
 
Tubos não Metálicos 
 
Sua utilização tem crescido bastante por apresentar peso reduzido e baixo índice de corrosão. Em 
condicionamento de ar é permissível o emprego de tubulações não metálicas, geralmente em 
polipropileno ultra-violeta (UV) ou cloreto de polivinil (PVC). Entretanto, devido à sua limitada 
resistência mecânica, ao alto coeficiente de dilatação, e à possibilidade de deterioração com a 
exposição ao tempo (raios ultra-voleta), deve ser verificada sua aplicabilidade no sistema de 
distribuição de água a ser projetado. 
 
Especificações dos tubos em polipropileno – tubo plástico soldável, de acordo com a norma 
NBR 5648, com diâmetros entre 20 e 400mm, diversas espessuras, para temperaturas até 20 °C, 
e pressões de trabalho até 75 mca (7,5 kg/cm2). Tubos especiais podem ser fornecidos para 
pressões e temperaturas mais elevadas. Opção para tubos tipo UV, protegidos contra raios ultra-
violeta. 
 
Especificações dos tubos em PVC – tubo plástico soldável, de acordo com a norma NBR 5648, 
com diâmetros entre 20 e 110mm, para temperaturas até 20 °C, e pressões de trabalho até 75 mca 
(7,5 kg/cm2). Tubos especiais podem ser fornecidos para pressões e temperaturas mais elevadas. 
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Isolamento térmico das tubulações 
 
As redes de água gelada são isoladas termicamente com a finalidade de se reduzir as trocas de 
calor da água com o meio ambiente. O isolamento térmico deve ser contínuo ao longo das 
tubulações e dispositivos da rede de distribuição, não permitindo o contato direto dos mesmos 
com o ar, de forma a criar uma barreira de vapor, e consequentemente evitar a condensação. 
 
A espessura do isolamento térmico a ser adotado deveria ser teoricamente calculada em função 
basicamente de estudo econômico, visando a redução dos custos de implantação e de energia, 
assim como a condensação de vapor sobre a superfície externa do isolamento. Entretanto, na 
prática, raramente há necessidade deste cálculo, considerando-se que as condições de operação 
não justificam este procedimento, por não variar excessivamente. Portanto, são adotadas as 
espessuras já consagradas pelo uso, ou recomendadas pelos fabricantes, em função do diâmetro 
nominal da tubulação, assim como da temperatura média do fluido escoado. 
 
A NBR 16401 recomenda que o isolamento térmico, na sua produção, não utilize CFC ou 
substâncias que provoquem o efeito estufa. Recomenda ainda que não seja composto de 
substâncias nocivas, nem tóxico em presença de chama, com Índice de Proteção de Chama classe 
A (Ip < 25), e Índice de Densidade de Fumaça (Dm) menor ou igual a 450. 
 
Caso o isolamento térmico seja em material fibroso, com células abertas ou semi-fechadas, será 
necessária a aplicação de barreira de vapor. Neste caso é usual, em sistemas de água gelada, a 
utilização de calhas de poliuretano, aplicadas com cola asfáltica, como barreira de vapor. 
 
Caso o isolamento térmico seja em material composto de células fechadas, não é necessária a 
barreira de vapor. Neste caso é usual, em sistemas de água gelada, a utilização espuma 
elastomérica em células fechadas, com fator de resistência à difusão de vapor µ>=2500. Esta 
aplicação tem crescido bastante por propiciar uma instalação mais limpa, não necessitando de 
cola, exceto nas junções do isolamento, para manter a continuidade da barreira de vapor. 
 
Em todos os casos, pelo menos em instalações expostas, deve ser instalada uma proteção 
mecânica, em folha de alumínio lisa ou corrugada. 
 
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Válvulas 
 
 
As válvulas podem ser classificadas em 3 grandes grupos: 
 
- válvulas de bloqueio 
- válvulas de regulagem 
- válvulas de fluxo unidirecional 
 
Composição básica de uma válvula 
 
Corpo e castelo: a carcaça de uma válvula é composta pelo corpo, por onde passa o fluido, com 
suas extermidades de conexão (rosca ou flange), e pelo castelo (bonnet), posicionado acima do 
corpo, usualmente desmontável, para permitir acesso ao interior da válvula. Esta conexão entre 
corpo e castelo é executada por meio de rosca, para pequenos diâmetros, ou aparafusada, para 
maiores. 
 
Mecanismos internos: são as partes móveis das válvulas, sujeitas a grandes esforços, e fortes 
corrosão e erosão. São projetados conforme o tipo de aplicação (bloqueio, regulagem ou fluxo 
unidirecional). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
acionamento 
 
haste 
 
castelo 
 
 
mecanismo 
interno 
 
corpo 
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Haste: meio de ligação entre os mecanismos internos e o tipo de acionamento. 
 
Tipo de acionamento: as válvulas podem ser acionadas manualmente, por meio de volante ou 
alavanca para fechamento rápido, ou ainda de forma automática, por meio de motor elétrico. 
 
Características Construtivas das Válvulas 
 
As carcaças utilizadas são normalmente construidas em bronze, rosqueadas, para diâmetros até 
2”, em ferro fundido, flangeadas, para diâmetros maiores. Os mecanismos internos são 
respectivamente de bronze ou aço inoxidável. 
 
As válvulas são construidas para diversas classes de pressão de trabalho, em função da 
temperatura de operação. 
 
Dimensionamento de Válvulas 
 
Válvulas comuns, tais como gaveta, globo, e outras, não necessitam de dimensionamento para 
seleção, sendo usual se adotar o mesmo diâmetro da tubulação onde serão instaladas. 
 
Todos os elementos passivos de um circuito causam uma diferença de pressão (perda de carga) 
que pode ser expressa pela seguinte fórmula: 
 
 dP = R Qn ρ sendo: 
 dP = diferença de pressão através do elemento 
 R = resistência à passagem do fluxo 
 Q = vazão volumétrica 
 n = coeficiente do sistema (para válvulas em fluxos turbulentos n = 2) 
 ρ = massa específica 
 
Esta fórmula pode ser ainda expressa como: 
 
 Q = ( dP / R ρ ) 0,5 
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Considerando-se o fluido como sendo a água, e o Coeficiente de vazão = (1 / R )0,5 , a seleção 
das válvulas de controle é baseada neste Coeficiente de Vazão (Av, Kv ou Cv), sendo um 
parâmetro muito importante para estabelecer a eficácia do sistema de controle. 
 
Av (SI) é definido como o fluxo em m3/s, através de uma válvula, que causa uma perda de 
pressão de 1 Pa, com a válvula totalmente aberta. 
 
 Q = Av (dP)0,5 para água, sendo 
 Q = fluxo volumétrico através da válvula, m3/s 
 Av = coeficiente de vazão da válvula, m3/s a dP = 1 Pa 
 dP = diferencial de pressão, Pa 
 
Em outros sistemas de unidades: 
 
Kv é definido como o fluxo em m3/h, através de uma válvula, que causa uma perda de pressão 
de 1 bar (aproximadamente 1 kg/cm2 ou 10 mca), com a válvula totalmente aberta. 
 
 Q = Kv (dP)0,5 para água, sendo 
 Q = fluxo volumétrico através da válvula, m3/h 
 Kv = coeficiente de vazão da válvula, m3/h a dP = 1 bar 
 dP = diferencial de pressão, bar 
 
Cv é definido como o fluxo em gpm (galões por minuto), através de uma válvula, que causa uma 
perda de pressão de 1 psi (2,31 ftwg), com a válvula totalmente aberta. 
 
 Q = Cv (dP)0,5 para água, sendo 
 Q = fluxo volumétrico através da válvula, gpm 
 Cv = coeficiente de vazão da válvula, gpm a dP = 1 psi 
 dP = diferencial de pressão, psi 
 
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Tipos de Válvulas 
 
Válvula de gaveta: é o tipo mais importante e de uso generalizado, utilizado para bloqueio do 
fluxo. O fechamento é feito pelo movimento de uma peça (gaveta), que se desloca 
perpendicularmente ao escoamento do fluido. Trata-se de válvula projetada para operar 100% 
aberta ou 100% fechada, cujas principais características são: 
 
- fechamento lento 
- perda de carga desprezível quando 100% aberta 
 
Válvula de macho: O fechamento é por meio da rotação de uma peça (macho), onde há um 
orifício para passagem do fluido. Trata-se de válvula de fechamento rápido, que só deve ser 
utlizada para bloqueio. A perda de carga quando aberta é pequena. 
 
Válvula de esfera: é uma variante da válvula macho, para pequenos diâmetros, cujas maiores 
vantagens sobre a válvula gaveta são o peso e o custo. 
 
Válvula de globo: o fechamento é por meio de um tampão que se ajusta sobre a sede da válvula. 
Este tampão está geralmente em posição paralela ao escoamento do fluido. Trata-se de válvula 
de regulagem de fluxo, projetada para operar em qualquer posição de abertura, cuja principal 
característica é a elevada perda de carga. Deve ser instalada de forma que o fluido entre sempre 
pela parte inferior do tampão. 
 
Válvula de agulha: é uma variante da válvula de globo, cujo fechamento é por meio de 
dispositivo cônico, no lugar do tampão. Permite regulagem mais fina do fluxo, em tubulações de 
pequeno diâmetro. 
 
Válvula de retenção: é uma válvula de fluxo unidirecional, fechando-se automaticamente por 
diferença de pressões exercidas pelo próprio fluido, quando houver tendência a inversão no 
sentido do fluxo. É basicamente aplicada em: 
 
- descarga de bombas em paralelo 
- descarga de bomba de recalque para tanque elevado 
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As válvulas de retenção devem ser posicionadas de forma que a ação da gravidade as mantenha 
fechadas, em caso de cessar o escoamento. Em tubos verticais, devem ser instaladas somente em 
tubulações com fluxo ascendente. 
Existem 3 tipos básicos, classificados de acordo com o tipo de seu fechamento: 
 
- válvula de portinhola (swing-check valve) – é o tipo mais comum, existindo modelos 
para operar na horizontal e na vertical. Fechamento por meio de portinhola. 
- válvula de levantamento (lift-check valve) – fechamento por meio de tampão similar ao 
das válvulas globo. Cuidados com instalação na vertical. 
- válvula de esfera (ball-check valve) – similar à de levantamento, sendo o tampão 
substituido por uma esfera. 
 
Válvula de borboleta: usada para aplicações com diâmetros maiores, e em baixas pressões, onde 
a perfeita vedação não seja exigida. O fechamento é por meio de um disco que gira, acionado 
pela haste. Por ser menor, mais leve e barata, tem sido utilizada em substituição à válvula de 
gaveta, para diâmetros acima de 2”. Permite certa regulagem do fluxo. 
 
Válvula de balanceamento: atualmente tem crescido o emprego deste tipo de válvula, que 
facilita o balanceamento das vazões de água nos trocadores de calor dos sistemas. Trata-se de 
uma válvula de regulagem, que permite leitura do fluxo por meio de um dispositivo eletrônico, 
que se acopla a duas agulhas de leitura, posicionadas no corpo da válvula. Após a regulagem, a 
posição de operação pode ser lacrada, de forma a evitar o manuseio. A desvantagem deste tipo é 
válvula é o seu custo mais elevado, que pode ser reduzido considerando-se a dupla função que a 
mesma pode exercer: bloqueio e regulagem. 
 
A tabela a seguir apresenta valores de Kv para válvulas de balanceamento manual: 
 
Diâmetro Kv 
3/4" 5,7 
1" 8,7 
1 1/4" 14,2 
1 1/2" 19,2 
2" 33,0 
 
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Exemplo: Calcular a perda de carga de uma válvula de balanceamento em mca, sendo o 
diâmetro nominal de 2” e vazão de 15m3/h. 
 
Da tabela anterior, Kv = 33 para uma válula de 2”. 
 
Q = Kv (dP)0,5 ou dP = (Q / Kv)2 
 
 dP = (15 / 33)2 = 0,2 bar ou 0,2bar x 10,2mca/bar = 2mca 
 
Válvula Limitadora de Fluxo: limita a vazão de um circuito, independentemente da pressão de 
operação a montante da válvula. 
 
Válvula Reguladora de Pressão Diferencial: assegura um diferencial de pressão constante 
através da válvula, independentemente das variações de pressão do sistema. Instalada em um 
circuito de retorno, pode ser utilizada interligada a uma válvula de balanceamento instalada na 
alimentação, de forma a manter constante a perda de carga de um circuito secundário de sistema 
de vazão de água gelada variável. Desta forma, garante uma condição de operação mais estável 
para a válvula de controle de capacidade de um condicionador de ar. 
 
Válvulas de Múltiplas Funções (MPV): agregam em uma única válvula diversas funções de 
operação, reduzindo o espaço de instalação e, em alguns casos, estabilizando o fluxo de água em 
um circuito. Podem ser utilizadas nas sucções e descargas de bombas, substituindo diversos 
componentes usualmente instalados, conformedescrito a seguir: 
 
Na sucção da bomba: 
 
- redução significativa do espaço para estabilização do fluxo na sucção 
- válvula de bloqueio 
- filtro 
- leitura de pressão 
 
 
 
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REALIZAÇÃO 
 
COORDENAÇÃO E APOIO 
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ENGENHARIA 
 
Na descarga da bomba: 
 
- válvula de bloqueio e opcionalmente ajuste de vazão 
- válvula de retenção 
- leitura de pressão 
 
 
Válvulas de Controle 
 
São utilizadas em combinação com instrumentos de controle, para ajustar automaticamente a 
vazão necessária nos equipamentos. São válvulas motorizadas, usualmente com dispositivos de 
atuação semelhantes às válvulas de globo. 
 
Em condicionamento de ar, são utilizadas no controle de capacidade de condicionadores tipo 
fan-coil, por meio do ajuste automático da vazão de água gelada que passa pela serpentina de 
resfriamento e desumidificação. Entretanto, válvulas de balanceamento ou globo sempre são 
necessárias para a regulagem inicial, e evitar fluxo acima do projetado. 
 
As válvulas podem ser de 2 ou 3 vias, e sua operação do tipo duas posições (on-off), abrindo ou 
fechando o fluxo de água para os condicionadores de pequena capacidade, ou modulantes, 
permitindo o fluxo variável, para maiores capacidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
fan-coil com válvula de 2 vias fan-coil com válvula de 3 vias 
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REALIZAÇÃO 
 
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Os fabricantes classificam suas válvulas de acordo com os respectivos diâmetros e Cv’s. Podem 
existir válvulas de mesmo diâmetro nominal e Cv’s diferenciados. 
 
Na tabela a seguir são apresentados valores orientativos de diâmetros de válvulas de respectivos 
Cv´s, obtidos de catálogo de fabricante de válvulas de controle: 
 
Diâmetro Cv 
3/4" 7,3 
1" 11,7 
1 1/4" 18,7 
1 1/2" 29,3 
2" 46,8 
 
 
Seleção de válvulas de 2 vias modulantes: a diferença de pressão através de uma válvula varia 
entre um valor mínimo (quando está 100% aberta) a um valor máximo (quando está controlando 
o fluxo). A razão entre estas pressões (Pmín/Pmáx) é denominada Autoridade da Válvula (β). 
 
No dimensionamento das válvulas de controle há uma regra prática de se adotar-se um 
diferencial de pressão através da válvula que corresponda aproximadamente a 50% a 70% do 
diferencial de pressão entre as tubulações de alimentação e retorno de água do circuito 
(fechamento hidráulico do condicionador) da válvula considerada. 
 
 
 
 
 
 
 
Entretanto, em função do tipo de bombeamento e de ações do controle sobre o sistema de 
distribuição de água, para um controle mais estável, este diferencial de pressão pode ser 
considerado como sendo entre 25% e 50% da perda de carga do restante do circuito hidráulico da 
válvula, ou seja, a perda de carga desde a saída da bomba, passando por tubulações e acessórios, 
até a serpentina controlada, e o retorno à bomba. 
serpentina 
VC 
dP 
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REALIZAÇÃO 
 
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Desta forma, a seleção da válvula é baseada na resposta do sistema de distribuição de água 
controlado. Dependendo da teoria de controle e do nível de performance requerido em alguns 
sistemas, as considerações para seleção das válvulas devem ser mais apuradas, incluindo a 
atuação de válvulas de balanceamento e regulagem de pressão diferencial. 
 
Exemplo: calcular o diâmetro de uma válvula de 2 vias modulante, sabendo-se que o diferencial 
de pressão dPc do circuito, a partir da bomba até a válvula considerada, e retorno até a bomba, é 
de 20mca. A vazão de água através da válvula 100% aberta é de 5m3/h. 
 
Considerando-se que Cv corresponde a unidade do sistema inglês: 
 
 20mca x 1,42psi/mca = 28,4psi 
 5m3/h x 4,4gpm/m3/h = 22gpm 
 
Considerando-se ainda o diferencial de pressão da válvula como sendo, a princípio, 25% do 
diferencial do circuito, ou seja, dPv = 0,25 x 28,4 = 7,1psi : 
 
 Q = Cv (dPv)0,5 ou 22 = Cv (7,1)0,5 e Cv = 8,27 
 
Pela tabela de Cv’s de válvulas anteriormente apresentada, selecionando-se uma válvula com Cv 
menor que o calculado, de forma a tornar a perda de carga da válvula superior a 25% em relação 
ao circuito, adota-se Cv = 7,3, e diâmetro da válvula de 3/4“. 
 
Finalmente, para se calcular a perda de carga real da válvula 100% aberta, adota-se a mesma 
fórmula anterior, com Cv = 7,3 e 22gpm: 
 
 22 = 7,3 (dP)0,5 , ou dP = (22 / 7,3 )2 = 9psi (superior ao valor de 7,1 adotado) 
 9psi / 1,42psi/mca = 6,3mca (mais de 25% da perda de carga do circuito) 
 
Seleção de válvulas de 2 vias de 2 posições (on-off): não há necessidade de calcular o 
diferencial de pressão através da válvula, e portanto, a importância do Kv é minimizada. É usual 
se adotar para a válvula, o mesmo diâmetro da tubulação. 
 
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Válvulas de 3 vias: podem ser divergentes (diverting) e misturadoras ou convergentes (mixing), 
sendo as misturadoras mais usuais em sistemas de condicionamento de ar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
As válvulas de 3 vias podem ser modulantes ou de 2 posições (on-off). 
 
Seleção de válvulas de 3 vias modulantes: assim como para válvulas de 2 vias modulantes, sua 
seleção é baseada no Av, Kv ou CV. Podem ser considerados os mesmos critérios adotados para 
as válvulas de 2 vias. 
Adicionalmente, deve-se balancear os 2 circuitos a seguir representados, de forma que a perda de 
pressão no circuito # 1 seja aproximadamente igual à perda de pressão do circuito # 2. Desta 
forma, é recomendável a instalação de uma válvula de balanceamento, globo ou agulha, no 
circuito de desvio ou by-pass (# 2), assim como dimensionar esta tubulação para um diâmetro 
comercial menor que o diâmetro selecionado para a vazão do fan-coil, de forma a equilibrar a 
perda de carga dos dois circuitos em paralelo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
serpentina 
VC 
dP # 1 
dP # 2 
divergente convergente 
serpentina serpentina 
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Seleção de válvulas de 3 vias de 2 posições (on-off): é usual se adotar os mesmos diâmetros das 
tubulações de alimentação e retorno. 
 
Acessórios 
 
Existem diversos tipos de acessórios, classificados de acordo com sua aplicação: 
 
Finalidade Tipo 
Mudanças de direção curvas e joelhos 
Derivações tês normais e de redução 
Mudanças de diâmetro reduções concêntricas e excêntricas 
Ligações luvas, uniões, flanges e niples 
Tamponamentos tampões, bujões e flanges cegos 
 
Junta de expansão: é um dispositivo não rígido, utilizado para absorver dilatações ou 
contrações, e impedir a propagação de vibrações. Por ser sempre ponto fraco na tubulação, 
passível de problemas (alinhamento, vazamento, etc..), e de custo geralmente elevado, sempre 
que possível, as dilatações devem ser absorvidas pelo desenho das tubulações. Geralmente são 
utilizadas em conexões com torres de arrefecimento, bombas e resfriadoras de água. 
 
Purgador de ar: deve ser sempre utilizado em locais onde as tubulações, pelo seu desenho, 
possam permitir a formação de bolsões de ar (pontos mais elevados). 
 
Filtro: é utilizado na alimentação de água de equipamentos, de forma a minimizar a entrada de 
impurezas transportadas pelo escoamento do fluido. Em condicionamento de ar, os mais 
utilizados são os filtros tipo “Y”, com elemento filtrante metálico. 
 
Dispositivos de leitura: termômetros e manômetros são utilizados para aferição das condições do 
fluxo, tanto na entrada quanto na saída dos equipamentos. 
 
Interruptor de fluxo de água (water flow switch): abre ou fecha um contato elétrico em função 
da ausência ou presença de fluxo de água em uma tubulação. 
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Fechamentos Hidráulicos 
 
Denomina-se fechamento hidráulico ao conjunto de dispositivos utilizados nas conexões das 
tubulações próximas aos diversos equipamentos, com a finalidade de bloquear, regular e/ou 
verificar as condições de operação. A seguir estão representados os componentes básicos de 
fechamentos hidráulicos típicos de condicionadores de ar tipo fan-coil com válvulas de duas 
vias, e de evaporadores de unidades resfriadoras de água. 
 
 
VC – válvula de controle 
VG – válvula gaveta 
VB – válvula balanceamento 
VE – válvula esfera 
FI - filtro 
FL – conexão flexível 
IF – interuptor de fluxo 
M - manômetro 
T - termômetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VC 
M 
VB VG 
FI 
VE 
T T 
fan-coil 
evaporador chiller 
FL FL 
VG VB 
M 
IF 
T 
T 
VE 
FI 
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SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA 
 
Sistemas Abertos e Sistemas Fechados 
 
Denomina-se sistema aberto, quando o fluido recirculado tem contato com dois ou mais 
reservatórios abertos à atmosfera. Os sistemas de água de condensação, que possuem torres de 
arrefecimento, são classificados como abertos. 
 
O sistema fechado, possui apenas um ponto em contato com a atmosfera, ou com gás 
compressível. Este ponto é necessário, para compensar as variações de volume do fluido, 
causadas pelas mudanças de temperatura. Portanto, os sistemas fechados possuem um tanque, 
denominado de expansão, pressurizado ou em contato com a atmosfera. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema Aberto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema fechado 
torre 
 
condensador 
 BAC 
 
chiller 
 
fan-coil 
 
tanque de expansão 
 BAG 
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REALIZAÇÃO 
 
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Tanques de Expansão 
 
São utilizados para compensar as variações do volume de água no interior dos sistemas fechados. 
Podem ser do tipo abertos (atmosféricos), ou fechados (pressurizados) com ou sem diafragma. 
 
Para se determinar o volume mínimo do tanque de expansão atmosférico, deve-se calcular o 
volume total de líquido contido no sistema (tubulações e trocadores de calor), e multiplicar este 
valor por 0,6% para temperaturas até 55 °C. Os tês de expansão são utilizados em conjunto com 
os tanques atmosféricos para facilitar a purga do ar. Seu diâmetro é de dois tubos comerciais 
acima do diâmetro da tubulação do retorno. 
 
O volume mínimo de um tanque fechado (pressurizado) é calculado em função das pressões e 
temperaturas máximas e mínimas de operação do sistema. Alguns fabricantes de unidades 
resfriadoras de água disponibilizam, instalados em seus equipamentos, tanque de expansão 
fechado, bomba de recirculação e acessórios, sendo este conjunto denominado kit hidrônico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Separadores de ar 
 
São utilizados em conjunto com tanques de expansão fechados (pressurizados), e calculados em 
função da vazão de água circulante no sistema. 
 
d 
Tê no ponto mais 
alto do sistema 
4 d 
tanque 
atmosférico 
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Arranjos de Tubulações 
 
Tubulações de Retorno 
 
O arranjo das tubulações de retorno pode ser classificado como sendo direto ou reverso, sendo 
este último igualmente denominado compensado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os sistemas de retorno reverso são utilizados com a finalidade de melhorar a distribuição de 
água, cujos fluxos tendem a ser maiores nos circuitos mais curtos. São recomendados quando os 
equipamentos alimentados são aproximadamente iguais, em termos de perda de carga. 
 
Caso estas perdas sejam significativamente distintas, e utilizem válvulas de balanceamento, o 
retorno direto pode ser utilizado, por ser mais econômico. Neste caso, pode ser necessário 
superdimensionar as tubulações principais de alimentação e retorno, com a finalidade de se 
reduzir as perdas nestes circuitos, facilitando a balanceamento das vazões de água nos circuitos. 
Desta forma, são aplicáveis em sistemas de vazão de água variável que possuam vávulas de 
controle do tipo duas vias modulantes. 
 
 retorno reverso retorno direto 
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Sistemas de Água de Condensação 
 
São utilizados para recuperação da água de arrefecimento dos condensadores de sistemas de 
expansão direta (self-contained) e indireta (água gelada). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
chiller 
con 
 
BAC 
torre 
self 
 
 
 
self 
 
 
 
 
BAC 
torre 
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Sistemas de Água Gelada 
 
O controle do provisionamento de água gelada para os condicionadores tipo fan-coil, é obtido 
por meio de sistemas de bombeamento e válvulas de controle. Existem dois métodos de 
circulação de água entre as unidades resfriadoras de água e os condicionadores: 
 
- Vazão constante – com a instalação de válvulas de 3 vias, modulantes ou não 
- Vazão variável – com a instalação de válvulas de 2 vias modulantes ou não 
 
A utilização de válvulas de 3 vias, que simplesmente desviam a passagem do fluxo pela 
serpentina, não é considerado um método recomendado, em termos de eficiência energética, e 
pode ser adotado para sistemas de pequeno porte, com reduzido número de condicionadores e 
bombas de água gelada (BAG) com potências até 5,0 CV (3,75 kW) conforme a NBR 16401. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para projetos hidrônicos de maior porte, onde a carga simultânea ou de bloco, devido à 
diversidade da carga térmica da construção, é sensivelmente inferior à carga de pico, tem sido 
largamente utilizado o arranjo de circuitos de bombeamento (anéis) primário-secundário, sendo o 
circuito secundário projetado para vazão de água variável. 
 
A NBR-16401 recomenda que a variação da vazão de água no circuito secundário seja obtida 
por meio da variação da rotação da bomba secundária, e não por um desvio (by-pass) entre as 
tubulações principais de alimentação e retorno, com vazão controlada automaticamente por 
válvula de controle modulante, acionada por dispositivo de controle diferencial de pressão. 
 
 chiller 
 
 
 fan-coil 
BAG 
V3V 
TE 
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Os sistemas de bombeamento primário-secundário, denominados sistemas desacoplados, se 
baseiam no seguinte princípio: quando dois circuitos são interconectados, o fluxo em um dos 
circuitos causará fluxo induzido no outro circuito, em função da perda de carga na tubulação 
comum aos circuitos (tubulação de desvio ou de by-pass). Este princípio pode ser entendido de 
outra forma: quando dois circuitos são interconectados, o fluxo em um dos circuitos não causará 
fluxo no outro circuito, se a perda de carga na tubulação de desvio for eliminada. 
 
Neste caso, a circulação de água no circuito secundário ocorrerá somente quando a bomba 
secundária estiver em operação. Com este arranjo, podem ser utilizadas válvulas de controle do 
tipo 2 vias, que restringem a passagem do fluxo, economizando energia. 
 
Na utilização de bombeamento primário-secundário é recomendável que as bombas secundárias 
operem com variadores de frequência, que reduzem a vazão das mesmas, em caso de elevação do 
diferencial de pressão entre as tubulações principais de alimentação e retorno (operação com 
carga térmica reduzida). 
 
O dimensionamento da tubulação de desvio (by-pass) deve levar em conta os seguintes aspectos: 
1) fluxo de água equivalente a, no mínimo, uma unidade resfriadora de água; 2) perda de carga 
mínima (sugerido no máximo 0,5 mca); 3) comprimento mínimo de 10 diâmetros nominais da 
tubulação de by-pass, de forma a evitar fluxo de água induzido de um circuito para o outro. 
chiller fan-coil 
BAG primária 
V2V 
TE 
BAG secundária 
by-pass 
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VAZÃO DE ÁGUA NOS TROCADORES DE CALOR 
 
As vazões de água nas serpentinas dos condicionadores tipo fan-coil, nos evaporadores de 
resfriadoras, e nos condensadores arrefecidos a água, podem ser obtidas pelas relações a seguir: 
 
No sistema SI: 
 
 q = 4180 x Q x dt ou Q = q ou 
 4180 x dt 
 
No sistema Métrico Prático: 
 
 q = 1000 x Q x dt ou Q = q sendo: 
 1000 x dt 
 
 q = carga térmica total ou calor rejeitado pelo condensador, W ou kcal/h 
 Q = vazão de água gelada ou de condensação, L/s ou m3/h 
 dt = diferencial de temperatura da água (entrada e saída), °C 
 1000 = massa específica aproximada da água, kg/m3 
 calor específico da água = 4,18 kJ/kgoC ou 1,0 kcal/kgoC 
 
Na falta de maiores informações, é usual se considerar o calor dissipado nos condensadores 
arrefecidos a água como sendo 25% maior que o calor absorvido pelos evaporadores. 
 
Exemplo: calcular a vazão de água necessária para arrefecer o condensador de uma resfriadora 
com capacidade de 300.000 kcal/h, conhecendo-se as temperaturas de entrada e saída de água de 
condensação, respectivamente de 29,5 °C e 35,0°C. 
 
q = THR (condensador) = 300.000 kcal/h x 1,25 = 375.000 kcal/h 
 Q = q ÷ (1000 x dt) = 375.000 kcal/h ÷ [1000 x (35,0 °C – 29,5 °C)] = 68,2 m3/h 
 THR = Total Heat Rejection = calor total rejeitado pelo condensador, kcal/h 
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PERDAS DE CARGA 
 
Em termos práticos, a equação de Bernoulli aplicada a sistemas hidrônicos nos projetos de 
condicionamento de ar, pode ser expressa por: 
 
 PE1 + PV1 + H1 + Hm = PE2 + PV2 + H2 + HL ou 
 Hm = (PE2 – PE1) + (PV2 – PV1) + (H2-H1) + HL sendo: 
 PE1,2 = pressões estáticas dos pontos 1 a 2, mca (metros de coluna de água) 
 PV1,2 = pressões velocidade dos pontos 1 e 2, mca 
 H1,2 = alturas dos pontos 1 e 2 em relação a um nível de referência, mca 
 Hm = diferença de pressão ou altura manométrica da bomba, mca 
 HL = perda de carga entre os pontos 1 e 2, mca 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerando-se que nos sistemas de condicionamento de ar abertos (água de condensação), as 
bombas succionam e descarregam a água em tanques ou canalizações abertos para a atmosfera,as pressões nos pontos 1 e 2 são iguais à pressão atmosférica, e portanto o termo (PE2 – PE1) = 
0. Da mesma forma, em sistemas fechados, considerando-se que as bombas descarregam a água 
no mesmo ponto, (PE2 – PE1) = 0. 
 
Considerando-se ainda que as velocidades nas tubulações são limitadas a 3,0 m/s ou um pouco 
mais, variações nas pressões velocidade são baixas, e consequentemente os valores de (PV2 – 
PV1) podem igualmente ser desprezados. 
 
2 
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Portanto, a equação pode ser reescrita na seguinte forma, para sistemas abertos: 
 
Hm = (H2 – H1) + HL sendo 
(H2 – H1) = He = altura de elevação da água, mca 
 
Em condicionamento de ar He é o desnível entre as bacias superior e inferior da torre. 
 
E para sistemas fechados: 
 
 Hm = HL já que (H2 = H1) = 0 (descarregam no mesmo ponto) 
 
A perda de carga HL consiste na soma das perdas de carga por fricção Hf nos diversos trechos de 
tubulações do pior trajeto, com as respectivas perdas dinâmicas Hd nos diversos acidentes, mais 
as perdas nos trocadores de calor e outros componentes deste trajeto: 
 
 Hm = HL = Hf + Hd + dP(trocadores e outros) 
 
Em sistemas hidrônicos é usual se adotar as perdas dinâmicas (Hd) em termos de comprimento 
equivalente de tubulação, e somadas ao comprimento real do respectivo trecho, sendo este total 
multiplicado pela perda por fricção (Hf) por metro linear do trecho. Portanto, para cada trecho: 
 
 Le = Lr + Σ Lac sendo: 
 Le = comprimento equivalente do trecho, m 
 Lr = comprimento real do trecho, m 
 Σ Lac = soma dos comprimentos equivalentes de todos os acidentes do trecho, m 
 
 A perda de carga total HL do trecho será: 
 
HL (tubos e acidentes) = Le x Hf/m sendo: 
 
Hf/m = perda de carga por fricção por metro linear do trecho, Pa/m ou mca/m 
 
 
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Perda de Carga do Sistema 
 
Considerando-se dois circuitos hidrônicos em paralelo, e não havendo dispositivos de controle de 
vazão nos mesmos, as vazões nos trechos se ajustam de forma que as perdas de carga entre os 
dois circuitos sejam iguais, ou seja, HL (ABD) = HL (ACD). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um sistema hidrônico real possui diversos circuitos em paralelo. De forma a se garantir uma 
determinada vazão no circuito mais distante em relação à bomba, e aparentemente de maior 
perda de carga, devem ser instaladas válvulas de balanceamento nos trechos mais próximos. Na 
prática, estas válvulas são utilizadas em todos os trechos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por ser aparentemente o de maior perda, o trecho #3 será considerado no cálculo da altura 
manométrica da bomba (Hm = HL#3 desde a saída até a entrada na bomba). 
A 
B 
D 
C 
#1 #3 #2 
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Perdas de Carga por Fricção 
 
As perdas de carga por fricção da água com a superfície dos tubos são usualmente calculadas por 
meio da equação de Darcy-Weisbach, para qualquer tipo de aplicação. Entretanto, para sistemas 
que utilizam água a baixa temperatura (água gelada e de condensação), as perdas de carga, em 
termos de altura de fluido (mca), podem ser calculadas por meio da equação de Hazen-Willians: 
 
 Hf = 6,819 L (V/C)1,852 (1/D)1,167 sendo 
 Hf = perda de carga em altura de fluido, mca 
 L = comprimento da tubulação, m 
 V = velocidade do fluido, m/s 
 D = diâmetro interno do tubo, m 
 C = fator de rugosidade 
 
O valor usual de C para tubos de plástico ou cobre é de 150, para tubos de aço é de 140, e para 
tubos com alta rugosidade ou corrosão, 100 (água de condensação). 
 
A relação entre área interna do tubo, a velocidade e a vazão pode ser espressa por: 
 
 Q = 3600 V A sendo 
 Q = vazão, m3/h 
 V = velocidade, m/s 
 A = área interna, m2 
 3600 = conversão de unidades (1 hora = 3600 segundos) 
 
Exemplo: considerando-se um sistema de água gelada, calcular a perda de carga em Pa, de um 
tubo de aço (C = 140) Sch 40, de diâmetro nominal 3” (80 mm), sendo a vazão de água 36 m3/h 
(10 l/s). Considerar o tubo com comprimento retilíneo de 1 metro. 
 
Do Anexo 3 verifica-se que o diâmetro interno do tubo de 3” é de 0,0779 m e a área transversal 
interna 0,004766 m2. 
 
Q = 3600 V A ou 
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V = Q ÷ (3600 x A) = 36 ÷ (3600 x 0,004766) = 2,1 m/s 
Hf = 6,819 L (V/C)1,852 (1/D)1,167 
Hf = 6,819 x 1 x (2,1/140)1,852 (1/0,0779)1,167 = 0,0562 mca = 0,0562 x 9800 = 550 Pa 
 
Em face do cálculo ter sido efetuado para um tubo com 1 metro linear de comprimento, esta 
perda de carga por fricção calculada pode ser expressa como sendo 550 Pa/m (Hf/m). 
 
O Anexo 4 apresenta gráfico de perdas de carga para tubos de aço Sch 40 com água limpa. 
 
Considerando-se os valores do exemplo, Q = 10 l/s (36 m3/h) e tubo de 3” (80 mm) nominais, 
verificam-se os valores calculados V = 2,1 m/s e Hf = 550 Pa/m. 
 
Para facilitar a seleção de uma bomba, é usual adotar-se os valores das perdas de carga em 
metros de coluna de água. 
 
Perdas em Acidentes 
 
As perdas em acidentes podem ser superiores às causadas somente pelos tubos. Estas perdas são 
normalmente expressas em termos de comprimento equivalente de tubulação, e devem ser 
acrescidas ao comprimento real, para possibilitar o cálculo da perda de carga total do sistema de 
distribuição de água. 
 
A Anexo 2 apresenta comprimentos equivalentes de diversos tipos de válvulas e acidentes mais 
significativos em aplicações de condicionamento de ar. 
 
Desta forma, a perda de carga total HL de um trecho, exceto trocadores de calor, será: 
 
 HL = Le x Hf/m sendo Le = Lr + Σ Lac 
 
Compensação pelo Tempo de Operação (aging) 
 
Todos os cálculos de perda de carga apresentados referem-se a tubos novos. Para instalações 
antigas, pode-se considerar uma compensação de mais 15% a 20% para sistemas fechados, e de 
75% a 90% para sistemas abertos. Para tubos de plástico não há necessidade desta consideração. 
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Efeito do Sistema 
 
No cálculo da perda de carga de um sistema, as conexões entre as tubulações e a bomba devem 
ser consideradas. Na sucção, o diâmetro da tubulação de água deve ser igual ou maior que a o 
diâmetro da conexão com a bomba, e deve-se considerar um comprimento mínimo de tubulação 
entre 5 e 8 diâmetros sem acidentes, de forma a estabilizar ao máximo o fluxo de água. Deve-se 
avaliar a utilização de válvula de múltiplas funções (MPV). 
Na descarga, a velocidade da tubulação deve estar entre 3 e 4,5m/s, devendo ser menor em caso 
de utilização de válvula de retenção, de forma a evitar o martelo hidráulico. 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÕES 
 
 
O dimensionamento das tubulações de água é baseado principalmente nas velocidades e nas 
perdas de carga máximas recomendadas, de forma a reduzir os custos de instalação e operacão 
dos sistemas, assim como efeitos indesejáveis, tais como a erosão e o ruído. Velocidades baixas 
implicam em diâmetros maiores, e consequentemente maiores custos de instalação. Velocidades 
altas acarretam erosão e ruído elevados, assim como maior custo operacional do sistema de 
bombeamento. No dimensionamento de sistemas, NBR 16401 recomenda: 
 
 - considerar diversificação no ramal principal; 
- adotar maiores diferenciais de temperatura com a finalidade de reduzir custos; 
- adotar sistemas de bombeamento primário-secundário, com válvulas de duas vias; 
- pre-dimensionar o sistema adotando-se valores máximos de velocidades e coeficientes 
de perda por fricção; 
- para os acidentes em geral (válvulas e acessórios), considerar as perdas de carga em 
comprimentos equivalentes; 
- são sugeridas velocidades de até 1,2 m/s para tubulações até 50 mm de diâmetro 
nominal, e perdas de carga de até 400 Pa/m para diâmetros maiores, de forma a se obter 
uma relação de bombeamento / capacidade do sistema em torno de 0,04 kW / kW; 
- revisar o dimensionamento caso os valores calculados sejam considerados excessivos; 
- procurar equilibrar os ramais, em termos de perda de carga. 
 
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A NBR 16401 recomenda ainda os seguintes limites de velocidades: 
 
Velocidades econômicas 
Horas de operação / ano V m/s 
1500 4,6 
3000 4,0 
6000 3,0 
 
Velocidades máximas para reduzir erosão 
Localização V m/s 
Recalque de bombas 2,4 a 3,6 
sucção de bombas 1,2 a 2,1 
Geral 1,5 a 3,5 
 
 
Em aplicações usuais de condicionamento de ar, as tubulações são dimensionadas considerando-
se as seguintes limitações, simultaneamente NNBR 6401): 
 
- velocidades máximas até 3,3 m/s 
- perdas de carga por fricção até 0,1 mca/m (aproximadamente 980 Pa/m) 
 
Com base nestas limitações, o Anexo 1 (Tabela 15 da antiga NBR 6401), apresenta as vazões 
máximas recomendadas para tubulações de aço Sch 40 até 6”, em sistemas abertos (água de 
condensação) e sistemas fechados (água gelada), assim como apresenta uma comparação com os 
parâmetros de seleção da nova NBR 16401. 
 
Para tubulações acima destes diâmetros, a NBR 6401 recomenda velocidades máximas até 3,3 
m/s, sempre verificando-se as perdas de carga resultantes. 
 
Exemplo: dimensionar o diâmetro da tubulação de aço Sch40, destinada à alimentação de água 
de um condensador de um chiller, com vazão de 68 m3/h. Considerar a NBR 6401. 
 
Do Anexo 1 para sistemas abertos com vazão de 68 m3/h obtem-se o diâmetro nominal de 4”. 
 
 
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BOMBAS CENTRÍFUGAS 
 
 
 
Generalidades 
 
Em condicionamento de ar, as bombas utilizadas para recirculação de água são do tipo 
centrífugas, constituidas basicamente de carcaça ou voluta, e rotor ou impelidor, acionadas 
diretamente por motores elétricos. 
 
Vantagens das bombas centrífugas: 
 
- construção simples; 
- poucas partes móveis; 
- perda mínima na transmissão de potência; 
- compacta; 
- manutenção reduzida; 
- baixo custo. 
 
A principal desvantagem é serem ineficientes para baixas vazões, menores que 2,3 m3/h, e 
grandes pressões de bombeamento, condições não usuais em condicionamento de ar. 
 
Arranjos de montagem: Em sistemas de menor porte, o motor e a bomba (rotor) podem estar 
acoplados no mesmo eixo, formando uma única unidade com bomba-motor usualmente 
denominada monobloco. Este arranjo necessita de menor espaço e é de fácil manutenção. 
 
Para bombas com motores de maior porte, pode haver a opção por dois eixos distintos, acoplados 
por meio de luva eslástica. Este arranjo é denominado base e luva (acoplamento flexível), e 
requer maiores cuidados de manutenção, no que se refere ao alinhamento entre os eixos. 
 
O emprego de bombas do tipo em linha (in line) tem sido mais recentemente empregado, por 
ocasionar menores vibrações, devido ao seu aspecto construtivo. Alguns modelos não necessitam 
de construção de base, sendo apoiadas diretamente nas tubulações de sucção e descarga. 
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1- monobloco 
2- base e luva 
3- em linha (in line) 
 
 
Aspectos Construtivos 
 
As bombas centrífugas são constituídas basicamente de carcaça, rotor, vedação e dispositivo de 
acionamento. 
 
 
Carcaças ou Volutas: construídas em ferro fundido, classificadas em função do alinhamento da 
tubulação de descarga em relação ao eixo de rotação: descarga na linha de centro ou descarga 
tangencial. Considerando-se que, na maioria das aplicações em condicionamento de ar, a 
descarga das bombas é vertical, os modelos com descarga na linha de centro são preferíveis, por 
equilibrar os esforços exercidos pelas tubulações, assim como reduzir a formação de bolsões de 
ar na carcaça da bomba. 
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As conexões de sucção e descarga podem ser rosqueadas ou flangeadas. Conforme o fabricante, 
as de descarga podem ser um ou mais diâmetros comerciais menores que as de sucção. 
 
As bombas costumam ser identificadas por números que indicam os diâmetros nominais de 
sucção, descarga e nominal da carcaça. 
 
Rotores: usualmente são do tipo fechado, construidos em ferro fundido. 
 
Vedação: para minimizar vazamentos através da conexão carcaça-eixo,são utilizadas as gaxetas 
ou os selos mecânicos. Os selos mecânicos costumam ser amplamente empregados em sistemas 
de condicionamento de ar. 
 
Acionamento: o acionamento é realizado por motores elétricos de 4 pólos (1.750 rpm), ou de 2 
pólos, com velocidades de rotação mais elevadas (3.500 rpm), as quais resultam em menores 
tamanhos de rotores. Entretanto, as aplicações com velocidades mais elevadas, devem ser 
avaliadas em casos de serviço contínuo. 
 
 
FUNDAMENTOS DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS 
 
 
Teoria Básica 
 
A rotação do rotor impele uma força centrífuga ao fluido, uma energia cinética em forma de 
velocidade. A carcaça converte grande parte da energia cinética em pressão, energia potencial 
medida em altura de fluido. 
 
Conforme o fluido passa pelo rotor, cria uma zona de baixa pressão na sucção da bomba. A 
pressão atmosférica e a altura de fluido na sucção, forçam a entrada de mais fluido pela sucção. 
Esta pressão exercida na sucção, juntamente com a pressão devida à rotação do rotor, produzem 
o fluxo contínuo do líquido bombeado. Pelo exposto, verifica-se a importância da existência de 
pressão na entrada da bomba. 
 
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Pressão Líquida Positiva na Sucção (NPSH) 
 
Consiste na pressão mínima na sucção da bomba, requerida para sua operação, de forma a evitar 
a evaporação da água, caso esta estiver abaixo da pressão de vaporização d´água na temperatura 
de operação do sistema. 
 
Portanto, trata-se de uma pressão absoluta, ou seja, em sua avaliação deve ser considerada a 
pressão atmosférica do local (altitude) da instalação. 
 
Nas aplicações em sistemas de condicionamento de ar, usualmente não há necessidade da 
avaliação da pressão de entrada, devido às seguintes condições de operação: 
 
- os sistemas de água gelada são sistemas fechados, e portanto, a bomba recalca o 
fluido contra sua própria sucção. 
- os sistemas de água de condensação utilizam as configurações denominadas bombas 
afogadas, ou seja, os tanques inferiores das torres de arrefecimento, estão em nível 
acima do nível das sucções das bombas. 
 
Entretanto, em casos de aplicação de bombas não afogadas, deve ser avaliada a Pressão Líquida 
Positiva na Sucção (Net Positive Suction Head - NPSH), a qual é função das características 
específicas do sistema que está sendo projetado, cabendo ao projetista garantir as condições de 
operação da bomba, na execução do projeto. 
PV 
PV => PE (parte) 
NPSH 
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 Bomba não afogada 
 
A NPSH de um sistema específico deve ser avaliada em termos de pressão absoluta, ou seja, 
levando-se em conta a pressão atmosférica. Em termos práticos, desconsiderando-se a pressão 
velocidade na sucção, a NPSH de uma bomba não afogada, aplicada a um circuito de água de 
condensação de sistema de condicionamento de ar, pode ser avaliada como sendo: 
 
 NPSH = Ha – Hs – Hv – HLs sendo 
Ha = pressão atmosférica, em termos de coluna d’água na elevação considerada 
(ao nível do mar Ha = 10,3 mca) 
Hs = altura de elevação da água na sucção da bomba, m (mca) 
Hv = pressão absoluta de vapor d’água na temperatura bombeada (a 29,5 °C o 
valor de Hv é 0,4 mca) 
HLs = perda carga na sucção (tubulação e acessórios), mca 
 
O valor da NPSH deve ser avaliado considerando-se a pressão atmosférica em função da altitude 
do sistema em relação ao nível do mar: 
 
Altitude (m) Ha (m) 
 0 10,3 
150 10,2 
300 10,0 
600 9,6 
900 9,3 
 
Ha Hs 
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A insuficiência da NPSH requerida pode levar à cavitação da bomba. Caso a pressão na sucção 
da bomba ficar abaixo da pressão de vapor do fluido na temperatura de operação, haverá 
formação de bolhas, as quais migram para regiões mais elevadas, formando bolsões de ar que 
prejudicam a eficiência do sistema. 
 
Os fabricantes indicam em seus catálogos a NPSH requerida, mínima para operação da bomba. 
A NPSH disponível, que é uma característica de cada instalação, deve ser, no mínimo, superior 
à requerida pela bomba, para evitar problemas de operação. A NBR 16401 recomenda que a 
NPSH disponível seja um valor 20% superior ao requerido. 
 
Exemplo: calcular a NPSH disponível de uma instalação ao nível do mar, conhecendo-se: 
 
- altura de elevação na sucção (Hs) = 2 mca 
- vazão da bomba = 72 m3/h (20 l/s) 
- diâmetro nominal da tubulação de sucção = 4” (100 mm) 
- comprimento real da tubulação de sucção = 10 m 
- acessórios da tubulação de sucção = 2 joelhos 
- temperatura de bombeamento da água = 29,5 °C 
 
Perda de carga na sucção (HLs) = Le x Hf/m sendo: 
Hf/m = perda de pressão por fricção por metro linear de tubulação 
Le = comprimento equivalente da tubulação = L r + Σ Lac 
 
Do Anexo 4, com 20 l/s e 100 mm, Hf/m = 550 Pa/m = 0,056 mca/m 
Do Anexo 2, para joelhos de 4”, Lej = 3 m (comprimento equivalente do joelho de 4”) 
Le da tubulação de sucção = Lr + Σ L ac = 10 + (3 + 3) = 16 m 
HLs = Hf/m x Le = 0,056 mca/m x 16 m = 0,9 mca 
NPSHd = Ha – He – Hv – HLs = 10,3 – 2 – 0,4 – 0,9 = 7 mca 
 
Este valor deve ser 20% superior ao NPSHr (requerido), indicado pelo fabricante. 
 
 
 
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Altura Manométrica e Pressão de Operação 
 
A altura de bombeamento ou Altura Manométrica (Hm), pode ser definida como sendo o 
diferencial de pressão causado pela bomba, entre sua saída e sua entrada, necessário para manter 
a vazão desejada através de todo o sistema de distribuição de água. É usualmente expressa em 
metros de coluna de água (mca). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O cálculo da altura manométrica da bomba deve ser o mais próximo possível das condições 
reais, evitando-se fatores de segurança. Caso o projetista superestime a altura manométrica, a 
bomba vai operar com vazão acima da projetada, causando acréscimo da potência requerida, e 
problemas de sobrecarga no motor. 
 
Em termos práticos, as alturas manométricas das bombas, para aplicações em sistemas de 
condicionamento de ar, podem ser avaliadas como: 
 
Sistemas abertos 
 
 Hm = He + HL + dPc + dPt + dPy sendo: 
He = altura estática de