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Diâmetro econômico de tubulação

Informe vazão, comprimento, acessórios e preços e veja, para cada diâmetro comercial, a velocidade, a perda de carga, a energia de bombeamento e o custo total por ano, com o retorno de aumentar o diâmetro.

Ferramenta de pré-dimensionamento e estimativa: os resultados não substituem projeto, cálculo ou laudo assinado por profissional habilitado nem a verificação conforme as normas aplicáveis.

Pré-dimensionamento
Escoamento
Bombeamento
Tubulação e comparação

Custo instalado por metro = massa por metro (Sch 40) × preço do aço × fator de instalação (suportes, solda, montagem, pintura).

Análise econômica
—Diâmetro de menor custo total
—

Custo total por ano conforme o diâmetro

Investimento anualizado pela TMA e vida útil mais energia de bombeamento. A menor barra é o diâmetro econômico.

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Velocidade e perda de carga

Faixa usual para água em linhas de recalque: de 1 a 3 m/s.

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Resultados por diâmetro

Retorno do projeto

Fluxo de caixa da melhoria: investimento no ano 0 e economia anual corrigida pelo aumento informado, descontada pela TMA.

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O memorial reúne entradas, resultados, equações, hipóteses e referências desta página, com campos para projeto, responsável e revisão. Na janela de impressão, escolha Salvar como PDF.

Método, hipóteses e referências

Equações usadas

Darcy–Weisbach: hf = (f · L ÷ D + ΣK) · v² ÷ (2g)
Colebrook–White: 1 ÷ √f = −2 log10(ε ÷ (3,7 D) + 2,51 ÷ (Re √f)); laminar (Re < 2300): f = 64 ÷ Re
Hazen–Williams (opção para água): hf = 10,67 · L · Q^1,852 ÷ (C^1,852 · D^4,8704) + ΣK · v² ÷ (2g), em SI
Óleo: ν(T) pela equação de Walther (ASTM D341) com ν40 do grau ISO VG e ν100 típico; ρ(T) = 870 · [1 − 0,00065 (T − 15)]
Re = ρ v D ÷ μ; v = Q ÷ (π D² ÷ 4)
Potência elétrica: P = ρ g Q (Hs + hf) ÷ (ηbomba · ηmotor)
Investimento = massa por metro (Sch 40, ρaço 7850 kg/m³) × L × preço do aço × fator de instalação
Custo total por ano = investimento × FRC(i, n) + energia × preço

Hipóteses e limites

  • Diâmetros internos de tubos Sch 40 conforme ASME B36.10M; para outros schedules ou materiais, o diâmetro interno difere.
  • Água com massa específica e viscosidade da IAPWS (IF97 e IAPWS 2008) na temperatura informada.
  • Vazão e rendimentos constantes ao longo do ano; diâmetros com velocidade entre 0,3 e 6 m/s entram na comparação.
  • O custo da bomba e do motor não muda entre diâmetros (simplificação); em diferenças grandes de altura, inclua a troca de bomba no investimento.

Normas e documentos técnicos

  • Colebrook, C. F. (1939). Turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region. J. Inst. Civil Eng.; Moody, L. F. (1944). Friction factors for pipe flow
  • Crane Co., Technical Paper No. 410 (TP-410): Flow of Fluids Through Valves, Fittings and Pipe
  • ASME B36.10M: Welded and Seamless Wrought Steel Pipe; ABNT NBR 5590: tubos de aço carbono com ou sem solda
  • IAPWS R12-08: Release on the IAPWS Formulation 2008 for the Viscosity of Ordinary Water Substance
  • Hydraulic Institute & Europump, Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems
  • Peters, Timmerhaus & West, Plant Design and Economics for Chemical Engineers (economic pipe diameter)

Legislação e regulamentos no Brasil

  • NR-13: tubulações que interligam caldeiras e vasos de pressão, com fluidos das classes A a D, exigem inventário e programa de inspeção
  • Portaria Interministerial MME/MCTIC/MDIC nº 1/2017: rendimento mínimo dos motores de indução trifásicos (nível equivalente ao IR3)
  • Lei nº 10.295/2001 (Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia)

Perguntas frequentes

O que é diâmetro econômico?

É o diâmetro com o menor custo total ao longo da vida da linha: tubos maiores custam mais na compra e na montagem, mas gastam menos energia de bombeamento. A calculadora soma os dois custos por ano para cada diâmetro comercial.

Qual velocidade usar para água?

Em linhas de recalque, a prática fica entre 1 e 3 m/s. Abaixo disso a linha tende a estar superdimensionada; acima, crescem perda de carga, ruído, erosão e risco de golpe de aríete.

Como estimar a soma dos K?

Some os coeficientes de cada acessório: curvas de 90° de raio longo cerca de 0,3, válvulas gaveta abertas 0,15, retenção 2, entrada de tanque 0,5 e saída 1. O Crane TP-410 traz os valores por tipo e diâmetro.