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Flurxo

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NBR 5626

Perda de carga e comprimento equivalente

O trecho de 15 metros que você mediu pode valer 28 na conta. A diferença são as conexões, e é quase sempre ali que a pressão some.

Retrato de Lucas Brandão

Lucas Brandão Arquiteto e urbanista, responsável técnico do Flurxo

Publicado em

Bancada coberta de joelhos e tês de PVC, com um trecho montado em curvas ao lado de um tubo reto do mesmo comprimento.

Perda de carga é a pressão que a água gasta para vencer o atrito com o tubo e as turbulências das conexões. Ela não é desperdício evitável: existe sempre que a água se move. O que dá para controlar é o tamanho dela, e o primeiro passo é perceber que o comprimento que entra na conta não é o que a trena mede. O cálculo de vazão soma os dois comprimentos e devolve a perda do trecho.

As duas perdas

A perda distribuída vem do atrito ao longo do tubo e cresce com o comprimento. A perda localizada vem das mudanças de direção e das restrições de seção: joelhos, tês, reduções e registros. Somar as duas exige uma unidade comum, e essa unidade é o metro de tubo reto.

O truque do comprimento equivalente é converter cada peça no comprimento de tubo que causaria a mesma perda dela. Um cotovelo de 90 graus em tubo de 50 mm equivale a 3,2 m de tubo reto; em 60 mm, a 3,4 m. Os valores crescem com o diâmetro e mudam com o formato da peça, e cada fabricante publica a própria tabela. Com todas as peças convertidas, a conta vira uma multiplicação só.

Perda total = perda unitária × (comprimento real + comprimento equivalente)

O exemplo que mostra o tamanho do efeito

Um trecho horizontal de 15 m em tubo de 44,0 mm conduzindo 1,95 L/s tem perda unitária de 0,4367 kPa por metro. Com quatro cotovelos de 90 graus, valendo 3,2 m equivalentes cada, o comprimento de cálculo sobe de 15 para 27,8 m e a perda total vai de 6,55 para 12,14 kPa.

As quatro peças quase dobraram a perda do trecho. Em ramal curto de banheiro, com dois ou três metros de tubo e meia dúzia de conexões, a proporção fica ainda mais desequilibrada: as peças respondem pela maior parte da perda, e o tubo reto vira coadjuvante. É esse número que explica por que endireitar um traçado rende mais pressão do que engrossar o tubo, e por que uma instalação refeita com curvas de raio longo em vez de joelhos pode melhorar o chuveiro sem trocar mais nada.

O registro é a peça que mais engana. Registro de gaveta totalmente aberto tem comprimento equivalente pequeno. Meio aberto, ele vira uma restrição severa, com perda muito maior e ainda com risco de cavitação e chiado. Muita instalação com pressão fraca tem um registro esquecido pela metade em algum ponto do caminho, às vezes dentro de um nicho fechado há anos. Antes de calcular, abra tudo o que for de passagem.

A fórmula da perda unitária

Para tubo liso, que é como se classificam plástico, cobre e ligas de cobre, a perda unitária sai da equação de Fair-Whipple-Hsiao, que a NBR 5626 de 1998 publicava nesta forma.

Ju (kPa/m) = 8,69 × 10⁶ × Q1,75 × D-4,75

Q em litros por segundo e D em milímetros. Existe uma versão para tubo rugoso, como aço carbono galvanizado ou não, com coeficiente de 20,2 vezes dez elevado a seis e expoentes de 1,88 e menos 4,88. A diferença entre as duas explica muita coisa em prédio antigo: a mesma vazão no mesmo diâmetro perde bem mais em tubulação de ferro galvanizado que em PVC, e a incrustação que se acumula ao longo dos anos piora ainda mais esse quadro.

Dois expoentes merecem atenção. O 1,75 da vazão significa que dobrar a vazão multiplica a perda por 3,4, e não por dois. O menos 4,75 do diâmetro significa que aumentar o diâmetro em 20 % derruba a perda para cerca de 40 % do que era. É essa assimetria que faz do diâmetro a variável mais poderosa da instalação.

O que a norma de 2020 diz sobre fórmula

A edição atual não prescreve equação. O item 6.14.4 exige que as perdas de carga e as pressões dinâmicas sejam determinadas mediante o emprego de equações pertinentes, e a nota acrescenta que a equação universal de perda de carga é a mais indicada, e que, ao usar equações empíricas, convém adotar a mais adequada para o material e o diâmetro do trecho considerado.

Na prática, isso libera o projetista e responsabiliza a escolha. A equação universal, de Darcy-Weisbach, é mais geral e exige calcular o fator de atrito em função do número de Reynolds e da rugosidade. Fair-Whipple-Hsiao é uma aproximação empírica calibrada para uma faixa específica, tubos lisos entre 12,5 e 100 mm de diâmetro interno, e dentro dessa faixa ela entrega resultado suficiente para instalação predial. Fora dela, o resultado passa a ser extrapolação, e é por isso que a calculadora avisa quando o diâmetro informado sai da faixa.

Contra o que comparar o resultado

Perda de carga isolada não significa nada. Ela só faz sentido comparada com a pressão disponível no início do trecho, e com o mínimo que precisa sobrar no fim. A norma fixa esse mínimo em 10 kPa, ou 1 mca, de pressão dinâmica em qualquer ponto de utilização, e em 5 kPa, ou 0,5 mca, em qualquer ponto da rede de distribuição.

A conta de conferência é uma subtração simples: pressão no início, mais ou menos o desnível geométrico, menos a perda de carga do trecho, tem de resultar em algo acima do mínimo exigido e acima do que o aparelho pede. Um chuveiro instalado 3 m abaixo do nível da água na caixa recebe cerca de 30 kPa de pressão estática. Se o caminho até ele consumir 20 kPa de perda de carga, sobram 10 kPa, exatamente o piso da norma, e o banho vai ser fraco. O caminho da altura para a pressão está em pressão do chuveiro e altura da caixa.

O que reduz perda de carga, em ordem de eficácia

  1. Aumentar o diâmetro. Pelo expoente menos 4,75, é de longe o mais eficaz. Subir de DN 25 para DN 32 num trecho crítico costuma resolver sozinho. As bitolas e seus diâmetros internos estão em diâmetro de tubo de água fria.
  2. Reduzir o número de conexões. Traçado direto, com curvas de raio longo no lugar de joelhos, corta metros equivalentes sem gastar material a mais.
  3. Abrir todos os registros de passagem. Custo zero, e resolve uma parte surpreendente dos casos de pressão fraca.
  4. Substituir tubulação incrustada. Em prédio antigo com tubo galvanizado, a rugosidade e a redução da seção útil somam um efeito que nenhuma bomba compensa direito.
  5. Aumentar a pressão de entrada, seja elevando a caixa, seja pressurizando. É o último da lista porque trata o sintoma: a perda continua lá, agora empurrada por mais energia.

Até onde esta página vai

A conta aqui é de um trecho, com vazão informada e comprimento equivalente somado à mão a partir da tabela do fabricante das conexões que você usa. Projeto de rede predial encadeia trechos, aplica um método declarado de vazão de projeto e verifica ponto a ponto a pressão dinâmica residual, com responsável técnico. Em instalação existente com pressão fraca, o cálculo ajuda a formular a hipótese, mas o diagnóstico depende de medir pressão e vazão no local.

Perguntas frequentes

O que é comprimento equivalente?
É o comprimento de tubo reto que causaria a mesma perda de carga que uma conexão. Um cotovelo de 90 graus em tubo de 50 mm equivale a 3,2 m de tubo reto. O total de todas as conexões do trecho se soma ao comprimento real antes de multiplicar pela perda unitária.
Como calcular a perda de carga total de um trecho?
Multiplique a perda unitária, em kPa por metro, pela soma do comprimento real do tubo com o comprimento equivalente das conexões. Num trecho de 15 m com quatro cotovelos de 3,2 m equivalentes, o comprimento de cálculo é 27,8 m, não 15 m.
Qual a fórmula de perda de carga para tubo de PVC?
A de Fair-Whipple-Hsiao para tubos lisos: a perda unitária em kPa por metro é 8,69 vezes dez elevado a seis, vezes a vazão em litros por segundo elevada a 1,75, vezes o diâmetro interno em milímetros elevado a menos 4,75. Ela vale para plástico, cobre e ligas de cobre.
Por que trocar joelhos por curvas melhora a pressão?
Porque a curva de raio longo desvia a água de forma gradual e tem comprimento equivalente bem menor que o joelho de 90 graus, que força uma mudança brusca de direção. Em ramal curto com muitas conexões, as peças respondem por mais da metade da perda do trecho.
Qual a pressão mínima que precisa sobrar no ponto?
Dez quilopascals, ou 1 metro de coluna d água, de pressão dinâmica em qualquer ponto de utilização, pelo item 6.9.2. Em qualquer ponto da rede de distribuição, o mínimo é 5 kPa, ou 0,5 mca. É contra esses valores que a perda de carga calculada precisa ser comparada.

A conta que este texto acompanha

Vazão e perda de carga Vazão em L/s e L/min, velocidade da água e perda de carga do trecho com as conexões.

Fontes

  • Viptec, módulo de dimensionamento de água fria, Eng. Moacir de Oliveira Junior Traz a equação de Fair-Whipple-Hsiao da ABNT NBR 5626:1998 em duas versões, para tubo liso e para tubo rugoso, com perda unitária em kPa por metro, vazão em litros por segundo e diâmetro interno em milímetros. Apresenta o exemplo resolvido usado aqui: 1,95 L/s em tubo de 44,0 mm devolvem 0,436697 kPa/m, e quatro cotovelos de 90 graus valendo 3,2 m equivalentes cada elevam um trecho de 15 m para 27,8 m de comprimento de cálculo, com perda total de 12,14 kPa. Registra que a perda total é a perda unitária multiplicada pela soma do comprimento real com o comprimento equivalente.
  • ABNT NBR 5626:2020, itens 6.9.1 a 6.9.5, 6.14.3 e 6.14.4 O item 6.9.2 exige pressão dinâmica de no mínimo 10 kPa, ou 1 mca, em qualquer ponto de utilização, e traz a relação entre vazão e pressão pelo fator de vazão da peça. O 6.9.3 e o 6.9.4 exigem no mínimo 5 kPa, ou 0,5 mca, em qualquer ponto da rede de distribuição. O 6.14.3 lista a disponibilidade de perda de carga entre os critérios de escolha do diâmetro, e a nota do 6.14.4 registra que a equação universal de perda de carga é a mais indicada, e que ao usar equações empíricas convém adotar a mais adequada ao material e ao diâmetro do trecho.
  • Tigre, catálogo técnico de água fria Traz as dimensões da linha soldável usadas nos exemplos, com os diâmetros internos obtidos do externo menos duas espessuras de parede, e as recomendações de montagem da rede predial.