Calculadora de dilatação térmica e braço de compensação de tubulações

Por que as tubulações se dilatam?

Todo material se dilata quando aquecido. Em um trecho de tubulação, a dilatação se acumula ao longo do comprimento: ΔL = α × L × ΔT, em que α é o coeficiente de dilatação linear do material, L é o comprimento entre duas ancoragens e ΔT é a diferença entre as temperaturas de instalação e de operação.

Tubos plásticos se dilatam muito mais que os metálicos. Os mesmos 10 metros aquecidos em 50 °C se alongam cerca de 6 mm em aço, 8,5 mm em cobre e 75 mm em PP-R. Por isso, absorver a dilatação é parte obrigatória do projeto de sistemas plásticos de água quente.

Exemplo

Uma linha principal de água quente em aço, com 50 m, é instalada a 20 °C e operará a 120 °C. A dilatação é 0,012 mm/(m·K) × 50 m × 100 K = 60 mm. Se o trecho estiver ancorado nas duas extremidades, esses 60 mm precisam ser acomodados: um braço de compensação ou uma lira os absorve, ou o tubo e as ancoragens ficam sujeitos a grandes forças.

Como calcular um braço de compensação?

O braço após uma mudança de direção absorve a dilatação por flexão lateral. Quanto mais longo o braço, mais facilmente ele flexiona.

Para tubos metálicos, é usada a aproximação da viga em balanço guiada: L = √(3 × E × D × δ / σ_A). E é o módulo de elasticidade, D o diâmetro externo, δ o movimento que o braço deve absorver e σ_A a faixa admissível de tensão.

Para tubos plásticos, os fabricantes fornecem a mesma relação com uma única constante do material: L = C × √(D × δ). Exemplo: para um tubo de PVC-U de 20 mm com dilatação de 46,8 mm e C = 33,5, o braço é 33,5 × √(20 × 46,8) = 1025 mm.

Liras em U

Em trechos retos longos sem curvas, uma lira em U é construída no meio do comprimento. Os dois braços dividem a dilatação que vem dos dois lados, cada um absorvendo metade. O braço tem, portanto, 1 / √2 do comprimento do braço único, cerca de 71 %.

Limites

Estas relações servem para cálculos preliminares aproximados. Os coeficientes de dilatação e as constantes dos materiais listados são aproximados. Especialmente para tubos plásticos, prevalece o manual do fabricante. Posições e forças nas ancoragens, espaçamento das guias e análise de tensões de linhas em alta temperatura são uma tarefa de engenharia separada.

Perguntas frequentes

Como calcular a dilatação térmica de uma tubulação de aço?

Por exemplo, um tubo de aço carbono de 50 m aquecido de 20 °C a 120 °C se dilata aproximadamente 60 mm. Este resultado preliminar multiplica comprimento, variação de temperatura e um coeficiente de dilatação aproximado. Ele não considera forças nas ancoragens, espaçamento de apoios e análise de tensões da tubulação.

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