Cálculo do volume do tubo: princípios de cálculo e regras para realizar cálculos em litros e metros cúbicos

Ao encontrar a quantidade de líquido necessária em um sistema de aquecimento, muitas vezes é necessário resolver uma tarefa separada – realizar o cálculo do volume do tubo com parâmetros definidos. A própria fórmula de cálculo é simples. No entanto, na prática, para obter um resultado preciso, é necessário aplicá-la com cuidado.

Vamos explicar como calcular o volume interno de um importante sistema de comunicação. No artigo que apresentamos, detalhamos as opções de realização de cálculos para tubulações e dispositivos de aquecimento. Com nossos conselhos, você resolverá rapidamente a tarefa.

Parâmetros geométricos dos tubos

Para determinar o volume de um tubo, é necessário e suficiente conhecer apenas dois de seus indicadores: comprimento e diâmetro interno (real). É importante não confundir este último parâmetro com o tamanho externo, que é fornecido para a seleção correta de conexões e elementos de união.

Se o valor da espessura da parede for desconhecido, em vez do diâmetro interno calculado, pode-se usar DN (diâmetro nominal). Eles são aproximadamente iguais, e o valor DN geralmente é indicado na marcação, que é colocada na parte externa do produto.

A nomenclatura padrão dos tubos de polipropileno contém o diâmetro externo e a espessura da parede em milímetros. Com base nesses dois parâmetros, pode-se calcular o diâmetro interno.

Antes de tentar calcular o volume de qualquer tubo, é necessário evitar um erro comum e converter todos os parâmetros para um sistema de medição único. O fato é que o comprimento geralmente é expresso em metros e o diâmetro em milímetros. A relação entre essas duas unidades é a seguinte: 1 m = 1000 mm.

Na verdade, pode-se converter os parâmetros para valores intermediários – centímetros ou decímetros. Às vezes, isso é até conveniente, considerando que, nesse caso, o número de casas decimais ou, ao contrário, de zeros, não será muito grande.

Relação entre unidades de medida de volume. Ao converter de uma grandeza para outra, é necessário evitar erros na quantidade de zeros ou, ao contrário, de casas decimais.

Para tubos fabricados fora da Rússia (e não para a Rússia), o diâmetro pode ser expresso em polegadas. Nesse caso, é necessário fazer a conversão, considerando que 1″ = 25,4 mm.

Fórmula para um tubo individual

Do ponto de vista geométrico, um tubo é um cilindro circular reto.

O volume desse objeto é igual à área da seção transversal multiplicada pelo comprimento:

V = l * S

Onde:

• V – volume (m³);
• l – comprimento (m);
• S – área da seção (m²).

A área da seção transversal de um tubo com forma circular e diâmetro conhecido é calculada pela fórmula:

S = π * d² / 4

Aqui:

• π = 3.1415926;
• d – diâmetro do círculo (m).

A fórmula final para o volume de um tubo com diâmetro interno e comprimento conhecidos será:

V = π * l * d² / 4

Se a unidade de medida do comprimento e do diâmetro do tubo for outra grandeza (dm, cm ou mm), então o volume será expresso em dm³, cm³ ou mm³, respectivamente.

Também, gostaríamos de mostrar uma maneira simples de medir o diâmetro externo do tubo (D) sem um paquímetro. D = L / π, onde L é o comprimento da circunferência:

Para calcular corretamente o volume dos tubos, é necessário inserir dois parâmetros na fórmula simples: comprimento e diâmetro interno. Quanto mais precisos forem medidos ou calculados, mais preciso será o resultado obtido.

Para realizar cálculos do volume interno de um tubo, serão necessárias fórmulas geométricas simples, usadas na escola nas aulas de física, álgebra, química, geometria e outras disciplinas.

Exemplos práticos de realização de cálculos

Ajuda significativa na análise dos princípios de cálculo e da sequência de ações ao realizar os cálculos será fornecida por exemplos concretos, que valem a pena serem conhecidos pelos visitantes interessados.

Tarefa #1 – cálculo do volume do fluido de aquecimento necessário

Para uma casa de campo de residência temporária, é necessário calcular o volume de propilenoglicol a ser comprado – fluido térmico que não congela em temperaturas de até -30°C. O sistema de aquecimento consiste em um fogão com camisa de 60 litros, quatro radiadores de alumínio com 8 seções cada e 90 metros de tubo PN25 (20 x 3,4).

Os tubos do padrão PN25 20 x 3,4 são mais frequentemente usados para organizar um pequeno circuito de aquecimento com conexão em série de radiadores. Seu diâmetro interno é igual a 13,2 mm.

O volume de líquido no tubo precisa ser calculado em litros. Para isso, a unidade de medida deve ser o decímetro. As fórmulas de conversão das unidades padrão de comprimento são: 1 m = 10 dm e 1 mm = 0,01 dm.

O volume da camisa da caldeira é conhecido. V₁ = 60 l.

No manual do radiador de alumínio Elegance EL 500, é indicado que o volume de uma seção é igual a 0,36 l. Então V₂ = 4 * 8 * 0,36 = 11,5 l.

Vamos calcular o volume total dos tubos. O diâmetro interno deles d = 20 – 2 * 3.4 = 13.2 mm = 0.132 dm. O comprimento l = 90 m = 900 dm. Portanto:

V₃ = π * l * d² / 4 = 3.1415926 * 900 * 0.132 * 0.132 / 4 = 12.3 dm³ = 12.3 l.

Assim, agora podemos encontrar o volume total:

V = V₁ + V₂ + V₃ = 60 + 11.5 + 12.3 = 83.8 l.

A porcentagem da quantidade de líquido nos tubos em relação a todo o sistema é de apenas 15%. Mas se a extensão das comunicações for grande ou se usar o sistema “piso aquecido”, a contribuição dos tubos para o volume total aumenta significativamente.

Em instalações industriais e agrícolas, frequentemente são instalados radiadores de aquecimento caseiros, organizados como registros. Conhecendo as dimensões dos tubos, é possível calcular seu volume.

Tarefa #2 – cálculo do volume de um radiador caseiro

Vamos analisar como calcular um radiador de aquecimento caseiro clássico feito de quatro tubos horizontais de 2 m de comprimento. Primeiro, é necessário encontrar a área da seção transversal. O diâmetro externo pode ser medido na extremidade do produto.

Suponhamos que seja 114 mm. Usando a tabela de parâmetros padrão de tubos de aço, encontramos a espessura da parede típica para este tamanho – 4.5 mm.

Calculamos o diâmetro interno:

d = 114 – 2 * 4.5 = 105 mm.

Determinamos a área da seção transversal:

S = π * d² / 4 = 8659 mm².

O comprimento total de todos os fragmentos é 8 m (8000 mm). Encontramos o volume:

V = l * S = 8000 * 8659 = 69272000 mm³.

O volume dos tubos de conexão verticais pode ser calculado de maneira semelhante. Mas esse valor pode ser desprezado, pois será inferior a 0.1% do volume total do radiador de aquecimento.

O valor obtido não é informativo, então vamos convertê-lo para litros. Como 1 dm = 100 mm, então 1 dm³ = 100 * 100 * 100 = 1000000 = 10⁶ mm³.

Portanto V = 69272000 / 10⁶ = 69.3 dm³ = 69.3 l.

Grandes baterias ou sistemas de aquecimento (que são instalados, por exemplo, em fazendas) requerem volumes significativos de fluido térmico.

Portanto, como será necessário calcular o volume dos tubos em m³, todas as dimensões antes de inseri-las na fórmula devem ser convertidas imediatamente para metros.

Tarefa #3 – cálculo do comprimento necessário dos tubos de PP

O valor do comprimento do fragmento pode ser obtido usando uma régua comum ou fita métrica. Pequenas curvaturas e flacidez dos tubos poliméricos podem ser desprezadas, pois não levarão a um erro final grave.

Com tal curvatura dos tubos poliméricos, seu comprimento será significativamente maior (em 10-15%) do que a extensão do trecho por onde são instalados

Para garantir a precisão, é muito mais importante determinar corretamente o início e o fim do fragmento:

• Ao conectar o tubo à coluna, a medição do comprimento deve começar a partir do início do fragmento horizontal. Não se deve incluir a parte adjacente da coluna, pois isso resultará na contagem dupla do mesmo volume.
• Na entrada do radiador, a medição do comprimento deve ser feita até seus tubos, incluindo as válvulas. Elas não são consideradas na determinação do volume do radiador com base em seus dados de placa.
• Na entrada da caldeira, a medição deve ser feita a partir da camisa, considerando o comprimento dos tubos de saída.

As curvas podem ser medidas de forma simplificada – considerando que elas formam um ângulo reto. Esse método é aceitável, pois sua contribuição total para o comprimento dos tubos é insignificante.

Com a presença de um esquema de layout do piso aquecido, o comprimento dos tubos com fluido térmico pode ser calculado a partir do plano com a aplicação de uma grade de escala.

O volume do piso aquecido é calculado com base na metragem dos tubos instalados.

Se os dados de comprimento ou o esquema não estiverem disponíveis, mas o espaçamento entre os tubos for conhecido, o cálculo pode ser realizado pela seguinte fórmula aproximada (independentemente do método de instalação):

l = (n – k) * (m – k)/k

Aqui:

• n – comprimento da área do piso aquecido;
• m – largura da área do piso aquecido;
• k – espaçamento entre os tubos;
• l – comprimento total dos tubos.

Apesar da pequena seção dos tubos usados para piso aquecido a água, sua extensão total resulta em um volume significativo de fluido térmico contido.

Assim, para abastecer um sistema semelhante ao da figura acima (comprimento – 160 m, diâmetro externo – 20 mm), serão necessários 26 litros de líquido.

Obtenção do resultado por método experimental

Na prática, surgem situações problemáticas quando o sistema hidráulico possui uma estrutura complexa ou alguns de seus fragmentos são instalados de forma oculta. Nesse caso, torna-se impossível determinar a geometria de suas partes e calcular o volume total. Então, a única saída é realizar um experimento.

O uso do coletor e a instalação de tubos sob a camada de contrapiso são um método moderno de fornecimento oculto de água quente para radiadores de aquecimento. Calcular com precisão o comprimento das tubulações na ausência de um plano é impossível.

É necessário drenar todo o líquido, pegar um recipiente de medição (por exemplo, um balde) e encher o sistema até o nível desejado. O enchimento é feito pelo ponto mais alto: tanque de expansão do tipo aberto ou pela válvula de purga superior. Todos os outros registros devem estar abertos para evitar a formação de bolsas de ar.

Se o movimento da água pelo circuito é realizado por uma bomba, é necessário deixá-la funcionar por uma ou duas horas sem aquecer o fluido térmico. Isso ajudará a eliminar os acúmulos de ar residuais. Depois disso, é necessário completar novamente o líquido no circuito.

Esse método também pode ser usado para partes individuais do circuito de aquecimento, por exemplo, piso aquecido. Para isso, é necessário desconectá-lo do sistema e “purgar”-lo da mesma forma.

Conclusões

Apesar de a internet nos oferecer uma enorme variedade de softwares para realizar cálculos de volume de fluido térmico, existem tabelas GOST para determinar o volume interno dos tubos, é necessário conhecer os princípios dos cálculos «manuais».

Eles são necessários para aqueles que constroem e reparam comunicações por conta própria, e para aqueles que utilizam os serviços de empresas de projeto e construção. As informações úteis ajudarão a determinar o consumo de material antes da instalação do sistema, calcular com precisão o orçamento e ter uma ideia dos futuros custos operacionais.

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