2. Compreender os três tipos de sistemas de canalização: HVAC (hidráulico), canalização (água doméstica, saneamento e ventilação) e sistemas de canalização químicos e especiais (sistemas de água do mar e produtos químicos perigosos).
Encanamento e sistemas de encanamento existem em muitos elementos de construção.Muitas pessoas já viram uma armadilha P ou tubulação de refrigerante sob a pia levando de e para um sistema dividido.Poucas pessoas veem o encanamento principal de engenharia na planta central ou o sistema de limpeza química na sala de equipamentos da piscina.Cada uma dessas aplicações requer um tipo específico de tubulação que atenda às especificações, restrições físicas, códigos e melhores práticas de projeto.
Não existe uma solução de encanamento simples que se adapte a todas as aplicações.Esses sistemas atendem a todos os requisitos físicos e de código se os critérios de projeto específicos forem atendidos e as perguntas certas forem feitas aos proprietários e operadores.Além disso, eles podem manter os custos e prazos adequados para criar um sistema de construção bem-sucedido.
Os dutos HVAC contêm muitos fluidos, pressões e temperaturas diferentes.O duto pode estar acima ou abaixo do nível do solo e percorrer o interior ou o exterior do edifício.Esses fatores devem ser levados em consideração ao especificar a tubulação HVAC no projeto.O termo “ciclo hidrodinâmico” refere-se ao uso da água como meio de transferência de calor para resfriamento e aquecimento.Em cada aplicação, a água é fornecida a uma determinada vazão e temperatura.A transferência de calor típica em uma sala é feita por uma serpentina ar-água projetada para retornar a água a uma temperatura definida.Isso leva ao fato de que uma certa quantidade de calor é transferida ou removida do espaço.A circulação de água de resfriamento e aquecimento é o principal sistema utilizado para a climatização de grandes instalações comerciais.
Para a maioria das aplicações em prédios baixos, a pressão operacional esperada do sistema é tipicamente inferior a 150 libras por polegada quadrada (psig).O sistema hidráulico (água fria e água quente) é um sistema de circuito fechado.Isso significa que a carga dinâmica total da bomba leva em consideração as perdas por atrito no sistema de tubulação, bobinas associadas, válvulas e acessórios.A altura estática do sistema não afeta o desempenho da bomba, mas afeta a pressão operacional necessária do sistema.Resfriadores, caldeiras, bombas, tubulações e acessórios são classificados para pressão operacional de 150 psi, o que é comum para fabricantes de equipamentos e componentes.Sempre que possível, essa classificação de pressão deve ser mantida no projeto do sistema.Muitos edifícios considerados baixos ou médios se enquadram na categoria de pressão de trabalho de 150 psi.
No projeto de edifícios altos, está se tornando cada vez mais difícil manter os sistemas de tubulação e equipamentos abaixo do padrão de 150 psi.A altura da linha estática acima de cerca de 350 pés (sem adicionar pressão da bomba ao sistema) excederá a classificação de pressão de trabalho padrão desses sistemas (1 psi = 2,31 pés de altura).O sistema provavelmente usará um disjuntor de pressão (na forma de um trocador de calor) para isolar os requisitos de pressão mais alta da coluna do resto da tubulação e equipamentos conectados.Este projeto de sistema permitirá o projeto e a instalação de resfriadores de pressão padrão, bem como a especificação de tubulações e acessórios de alta pressão na torre de resfriamento.
Ao especificar a tubulação para um grande projeto de campus, o projetista/engenheiro deve conscientemente identificar a torre e a tubulação especificadas para o pódio, refletindo seus requisitos individuais (ou requisitos coletivos se os trocadores de calor não forem usados ​​para isolar a zona de pressão).
Outro componente de um sistema fechado é a purificação da água e a remoção de qualquer oxigênio da água.A maioria dos sistemas hidráulicos é equipada com um sistema de tratamento de água que consiste em vários produtos químicos e inibidores para manter a água fluindo pelos tubos em um pH ideal (cerca de 9,0) e níveis microbianos para combater biofilmes e corrosão nos tubos.Estabilizar a água no sistema e remover o ar ajuda a prolongar a vida útil da tubulação, bombas associadas, serpentinas e válvulas.Qualquer ar preso nos tubos pode causar cavitação nas bombas de água de resfriamento e aquecimento e reduzir a transferência de calor no resfriador, caldeira ou serpentinas de circulação.
Cobre: ​​Tipo L, B, K, M ou C tubos estirados e endurecidos de acordo com ASTM B88 e B88M em combinação com conexões de cobre forjado ASME B16.22 e conexões com solda sem chumbo ou solda para aplicações subterrâneas.
Tubo endurecido, tipo L, B, K (geralmente usado apenas abaixo do nível do solo) ou A de acordo com ASTM B88 e B88M, com conexões de cobre forjado ASME B16.22 e conexões conectadas por solda sem chumbo ou acima do solo.Este tubo também permite o uso de conexões seladas.
A tubulação de cobre tipo K é a tubulação mais espessa disponível, fornecendo uma pressão de trabalho de 1534 psi.polegada a 100 F por ½ polegada.Os modelos L e M têm pressões de trabalho mais baixas do que K, mas ainda são adequados para aplicações HVAC (a pressão varia de 1242 psi a 100F a 12 pol. e 435 psi e 395 psi.
Essas pressões de operação são para trechos de tubos retos, que normalmente não são trechos limitados por pressão do sistema.Encaixes e conexões conectando dois comprimentos de tubo são mais propensos a vazar ou falhar sob a pressão operacional de alguns sistemas.Os tipos de conexão típicos para tubos de cobre são soldagem, solda ou vedação pressurizada.Esses tipos de conexões devem ser feitos de materiais sem chumbo e classificados para a pressão esperada no sistema.
Cada tipo de conexão é capaz de manter um sistema livre de vazamentos quando a conexão está devidamente vedada, mas esses sistemas respondem de forma diferente quando a conexão não está totalmente vedada ou estampada.A solda e as juntas de solda têm maior probabilidade de falhar e vazar quando o sistema é preenchido e testado pela primeira vez e o prédio ainda não está ocupado.Nesse caso, empreiteiros e inspetores podem determinar rapidamente onde a junta está vazando e consertar o problema antes que o sistema esteja totalmente operacional e os passageiros e o acabamento interno sejam danificados.Isso também pode ser reproduzido com conexões estanques se um anel ou conjunto de detecção de vazamento for especificado.Se você não pressionar até o fim para identificar a área problemática, a água pode vazar da conexão como solda ou solda.Se os acessórios estanques não forem especificados no projeto, eles às vezes permanecerão sob pressão durante o teste de construção e podem falhar somente após um período de operação, resultando em mais danos ao espaço ocupado e possíveis ferimentos aos ocupantes, especialmente se tubos quentes aquecidos passarem pelos tubos.água.
As recomendações de dimensionamento de tubos de cobre são baseadas nos requisitos dos regulamentos, nas recomendações do fabricante e nas melhores práticas.Para aplicações de água gelada (temperatura de abastecimento de água normalmente 42 a 45 F), o limite de velocidade recomendado para sistemas de tubulação de cobre é de 8 pés por segundo para reduzir o ruído do sistema e reduzir o potencial de erosão/corrosão.Para sistemas de água quente (normalmente 140 a 180 F para aquecimento ambiente e até 205 F para produção de água quente sanitária em sistemas híbridos), o limite de taxa recomendado para tubos de cobre é muito menor.O Copper Tubing Manual lista essas velocidades como 2 a 3 pés por segundo quando a temperatura do abastecimento de água está acima de 140 F.
Tubos de cobre geralmente vêm em um determinado tamanho, até 12 polegadas.Isso limita o uso de cobre nas principais utilidades do campus, pois esses projetos de construção geralmente exigem dutos maiores que 12 polegadas.Da planta central aos trocadores de calor associados.A tubulação de cobre é mais comum em sistemas hidráulicos de 3 polegadas ou menos de diâmetro.Para tamanhos acima de 3 polegadas, o tubo de aço com fenda é mais comumente usado.Isso se deve à diferença de custo entre o aço e o cobre, a diferença de mão de obra para tubo corrugado versus tubo soldado ou brasado (acessórios de pressão não são permitidos ou recomendados pelo proprietário ou engenheiro) e as velocidades e temperaturas de água recomendadas nestes dentro de cada uma das tubulações de materiais.
Aço: Tubo de aço preto ou galvanizado conforme ASTM A 53/A 53M com conexões de ferro dúctil (ASME B16.3) ou forjado (ASTM A 234/A 234M) e conexões de ferro dúctil (ASME B16.39).Flanges, conexões e conexões classe 150 e 300 estão disponíveis com conexões roscadas ou flangeadas.O tubo pode ser soldado com metal de adição de acordo com AWS D10.12/D10.12M.
Em conformidade com ASTM A 536 Classe 65-45-12 Ferro dúctil, ASTM A 47/A 47M Classe 32510 Ferro dúctil e ASTM A 53/A 53M Classe F, E ou S Grau B Aço de montagem ou ASTM A106 , aço grau B. Conexões ranhuradas ou de orelhas para fixação de conexões de extremidade ranhurada.
Conforme mencionado acima, os tubos de aço são mais comumente usados ​​para tubos grandes em sistemas hidráulicos.Este tipo de sistema permite vários requisitos de pressão, temperatura e tamanho para atender às necessidades de sistemas de água gelada e aquecida.As designações de classe para flanges, conexões e conexões referem-se à pressão de trabalho do vapor saturado em psi.polegada do item correspondente.As conexões da classe 150 são projetadas para operar a uma pressão de trabalho de 150 psi.polegadas a 366 F, enquanto as conexões da Classe 300 fornecem uma pressão de trabalho de 300 psi.a 550 F. Os acessórios da classe 150 fornecem mais de 300 psi de pressão de água de trabalho.polegadas a 150 F, e os acessórios da Classe 300 fornecem pressão de água de trabalho de até 2.000 psi.polegadas a 150 F. Outras marcas de acessórios estão disponíveis para tipos de tubos específicos.Por exemplo, para flanges de tubos de ferro fundido e conexões flangeadas ASME 16.1, podem ser usados ​​graus 125 ou 250.
Os sistemas de tubulação e conexão ranhurados usam ranhuras cortadas ou formadas nas extremidades de tubos, conexões, válvulas, etc., para conectar cada comprimento de tubo ou conexões com um sistema de conexão flexível ou rígido.Esses acoplamentos consistem em duas ou mais peças aparafusadas e possuem uma arruela no furo do acoplamento.Esses sistemas estão disponíveis em tipos de flange de classe 150 e 300 e materiais de vedação EPDM e são capazes de operar em temperaturas de fluido de 230 a 250 F (dependendo do tamanho do tubo).As informações sobre tubos ranhurados são retiradas dos manuais e literatura da Victaulic.
Tubos de aço Schedule 40 e 80 são aceitáveis ​​para sistemas HVAC.A especificação do tubo refere-se à espessura da parede do tubo, que aumenta com o número da especificação.Com o aumento da espessura da parede do tubo, a pressão de trabalho admissível do tubo reto também aumenta.A tubulação Schedule 40 permite uma pressão de trabalho de 1694 psi para ½ polegada.Tubo, polegada de 696 psi para 12 polegadas (-20 a 650 F).A pressão de trabalho permitida para a tubulação Schedule 80 é de 3.036 psi.polegada (½ polegada) e 1305 psi.polegadas (12 polegadas) (ambos -20 a 650 F).Esses valores são obtidos da seção Watson McDaniel Engineering Data.
Plásticos: Tubos de plástico CPVC, conexões de soquete para a Especificação 40 e Especificação 80 para ASTM F 441/F 441M (ASTM F 438 para a Especificação 40 e ASTM F 439 para a Especificação 80) e adesivos solventes (ASTM F493).
Tubo de plástico PVC, conexões de soquete conforme ASTM D 1785 cronograma 40 e cronograma 80 (ASM D 2466 cronograma 40 e ASTM D 2467 cronograma 80) e adesivos solventes (ASTM D 2564).Inclui primer conforme ASTM F 656.
Tanto a tubulação de CPVC quanto a de PVC são adequadas para sistemas hidráulicos abaixo do nível do solo, embora mesmo nessas condições seja necessário ter cuidado ao instalar essas tubulações em um projeto.Os tubos de plástico são amplamente utilizados em sistemas de esgoto e dutos de ventilação, especialmente em ambientes subterrâneos onde os tubos descobertos entram em contato direto com o solo circundante.Ao mesmo tempo, a resistência à corrosão dos tubos de CPVC e PVC é vantajosa devido à corrosividade de alguns solos.A tubulação hidráulica geralmente é isolada e coberta com uma bainha protetora de PVC que fornece um tampão entre a tubulação de metal e o solo ao redor.Tubos de plástico podem ser usados ​​em sistemas de água gelada menores, onde são esperadas pressões mais baixas.A pressão máxima de trabalho para tubo de PVC excede 150 psi para todos os tamanhos de tubo de até 8 polegadas, mas isso se aplica apenas a temperaturas de 73 F ou abaixo.Qualquer temperatura acima de 73°F reduzirá a pressão operacional no sistema de tubulação para 140°F.O fator de redução é 0,22 nesta temperatura e 1,0 a 73 F. A temperatura máxima de operação de 140 F é para tubos de PVC Schedule 40 e Schedule 80.O tubo CPVC é capaz de suportar uma ampla faixa de temperatura operacional, tornando-o adequado para uso de até 200 F (com um fator de redução de 0,2), mas tem a mesma classificação de pressão que o PVC, permitindo que seja usado em aplicações de refrigeração subterrânea de pressão padrão.sistemas de água até 8 polegadas.Para sistemas de água quente que mantêm temperaturas de água mais altas de até 180 ou 205 F, tubos de PVC ou CPVC não são recomendados.Todos os dados são obtidos das especificações de tubo de PVC Harvel e especificações de tubo CPVC.
Tubulações As tubulações transportam muitos líquidos, sólidos e gases diferentes.Ambos os líquidos potáveis ​​e não potáveis ​​fluem nesses sistemas.Devido à grande variedade de fluidos transportados num sistema de canalização, as condutas em causa são classificadas como condutas de água domésticas ou condutas de drenagem e ventilação.
Água doméstica: Tubo de cobre macio, ASTM B88 tipos K e L, ASTM B88M tipos A e B, com conexões de pressão de cobre forjado (ASME B16.22).
Tubulação de cobre rígido, ASTM B88 tipos L e M, ASTM B88M tipos B e C, com conexões de solda de cobre fundido (ASME B16.18), conexões de solda de cobre forjado (ASME B16.22), flanges de bronze (ASME B16.24)) e conexões de cobre (MCS SP-123).O tubo também permite o uso de conexões seladas.
Os tipos de tubo de cobre e os padrões relacionados são retirados da Seção 22 11 16 do MasterSpec.O projeto da tubulação de cobre para abastecimento doméstico de água é limitado pelos requisitos de vazões máximas.Eles são especificados na especificação do pipeline da seguinte forma:
A seção 610.12.1 do Uniform Plumbing Code de 2012 afirma: A velocidade máxima em tubos de cobre e ligas de cobre e sistemas de encaixe não deve exceder 8 pés por segundo em água fria e 5 pés por segundo em água quente.Esses valores também são repetidos no Copper Tubing Handbook, que utiliza esses valores como as velocidades máximas recomendadas para esses tipos de sistemas.
Tubulação de aço inoxidável tipo 316 de acordo com ASTM A403 e conexões similares usando acoplamentos soldados ou serrilhados para tubulações de água domésticas maiores e substituição direta para tubulações de cobre.Com o aumento do preço do cobre, os tubos de aço inoxidável estão se tornando mais comuns em sistemas domésticos de água.Os tipos de tubos e padrões relacionados são da Seção MasterSpec Veterans Administration (VA) 22 11 00.
Uma nova inovação que será implementada e aplicada em 2014 é a Lei Federal de Liderança em Água Potável.Esta é uma aplicação federal das leis atuais na Califórnia e em Vermont em relação ao conteúdo de chumbo em cursos de água de quaisquer tubos, válvulas ou acessórios usados ​​em sistemas domésticos de água.A lei estabelece que todas as superfícies molhadas de tubos, conexões e acessórios devem ser “livres de chumbo”, o que significa que o teor máximo de chumbo “não exceda uma média ponderada de 0,25% (chumbo)”.Isso exige que os fabricantes produzam produtos fundidos sem chumbo para atender aos novos requisitos legais.Os detalhes são fornecidos pela UL nas Diretrizes para componentes de chumbo em água potável.
Drenagem e ventilação: Tubos de esgoto de ferro fundido sem mangas e conexões em conformidade com ASTM A 888 ou Cast Iron Sewer Piping Institute (CISPI) 301. Conexões de solvente em conformidade com ASME B16.45 ou ASSE 1043 podem ser usadas com um sistema sem parada.
Tubos de esgoto de ferro fundido e conexões flangeadas devem estar em conformidade com ASTM A 74, juntas de borracha (ASTM C 564) e selante de chumbo puro e fibra de carvalho ou cânhamo (ASTM B29).
Ambos os tipos de dutos podem ser usados ​​em edifícios, mas os dutos e acessórios sem dutos são mais comumente usados ​​acima do nível do solo em edifícios comerciais.Tubos de ferro fundido com CISPI Plugless Fittings permitem instalação permanente, podem ser reconfigurados ou podem ser acessados ​​removendo braçadeiras de banda, mantendo a qualidade de um tubo de metal, o que reduz o ruído de ruptura no fluxo de resíduos através do tubo.A desvantagem do encanamento de ferro fundido é que o encanamento se deteriora devido aos resíduos ácidos encontrados nas instalações típicas do banheiro.
Tubos e conexões de aço inoxidável ASME A112.3.1 com extremidades alargadas e alargadas podem ser usados ​​para sistemas de drenagem de alta qualidade no lugar de tubos de ferro fundido.O encanamento de aço inoxidável também é usado para a primeira seção do encanamento, que se conecta a uma pia de piso onde o produto carbonatado é drenado para reduzir os danos causados ​​pela corrosão.
Tubo de PVC sólido de acordo com ASTM D 2665 (drenagem, desvio e respiradouros) e tubo de favo de PVC de acordo com ASTM F 891 (Anexo 40), conexões de alargamento (ASTM D 2665 a ASTM D 3311, dreno, resíduos e respiradouros) adequado para tubo Schedule 40), primer adesivo (ASTM F 656) e adesivo solvente (ASTM D 2564).Os tubos de PVC podem ser encontrados acima e abaixo do nível do solo em edifícios comerciais, embora sejam mais comumente listados abaixo do nível do solo devido a rachaduras nos tubos e requisitos de regras especiais.
Na jurisdição de construção do sul de Nevada, a Emenda do Código Internacional de Construção (IBC) de 2009 declara:
603.1.2.1 Equipamento.Os dutos de combustível podem ser instalados na casa de máquinas, cercada por uma estrutura resistente ao fogo de duas horas e totalmente protegida por sprinklers automáticos.A tubulação de combustível pode ser passada da sala de equipamentos para outras salas, desde que a tubulação esteja incluída em um conjunto aprovado especial resistente ao fogo por duas horas.Quando tais tubulações combustíveis passarem por paredes corta-fogo e/ou pisos/tetos, a penetração deve ser especificada para o material específico da tubulação com graus F e T não inferiores à resistência ao fogo necessária para a penetração.Os tubos combustíveis não devem penetrar mais do que uma camada.
Isso requer que todas as tubulações combustíveis (plásticas ou não) presentes em um edifício Classe 1A, conforme definido pelo IBC, sejam envolvidas em uma estrutura de 2 horas.A utilização de tubos de PVC em sistemas de drenagem apresenta diversas vantagens.Em comparação com os tubos de ferro fundido, o PVC é mais resistente à corrosão e oxidação causada por resíduos de banheiro e terra.Quando colocados no subsolo, os tubos de PVC também são resistentes à corrosão do solo circundante (como mostrado na seção de tubulação HVAC).A tubulação de PVC usada em um sistema de drenagem está sujeita às mesmas limitações de um sistema hidráulico HVAC, com uma temperatura operacional máxima de 140 F. Essa temperatura é ainda exigida pelos requisitos do Uniform Piping Code e do International Piping Code, que estipulam que qualquer descarga para receptores de resíduos deve estar abaixo de 140 F.
A Seção 810.1 do Código Uniforme de Encanamento de 2012 afirma que os canos de vapor não devem ser conectados diretamente a uma tubulação ou sistema de drenagem, e água acima de 140 F (60 C) não deve ser descarregada diretamente em um dreno pressurizado.
A seção 803.1 do Código Internacional de Encanamento de 2012 afirma que os canos de vapor não devem ser conectados a um sistema de drenagem ou a qualquer parte do sistema de encanamento, e água acima de 140 F (60 C) não deve ser descarregada em nenhuma parte do sistema de drenagem.
Sistemas de tubulação especiais estão associados ao transporte de líquidos atípicos.Esses fluidos podem variar de tubulações para aquários marinhos a tubulações para fornecer produtos químicos para sistemas de equipamentos de piscinas.Os sistemas de encanamento de aquários não são comuns em prédios comerciais, mas são instalados em alguns hotéis com sistemas de encanamento remotos conectados a vários locais a partir de uma sala de bombas central.O aço inoxidável parece ser um tipo de tubulação adequado para sistemas de água do mar devido à sua capacidade de inibir a corrosão com outros sistemas de água, mas a água salgada pode realmente corroer e corroer os tubos de aço inoxidável.Para tais aplicações, tubos marítimos CPVC de plástico ou cobre-níquel atendem aos requisitos de corrosão;ao colocar esses tubos em uma grande instalação comercial, a inflamabilidade dos tubos deve ser considerada.Conforme observado acima, o uso de tubulação de combustível no sul de Nevada exige a solicitação de um método alternativo para demonstrar a intenção de cumprir o código de tipo de construção relevante.
A tubulação da piscina que fornece água purificada para imersão corporal contém uma quantidade diluída de produtos químicos (pode-se usar alvejante hipoclorito de sódio 12,5% e ácido clorídrico) para manter um pH específico e equilíbrio químico conforme exigido pelo departamento de saúde.Além da tubulação de produtos químicos diluídos, alvejantes à base de cloro e outros produtos químicos devem ser transportados das áreas de armazenamento de materiais a granel e salas de equipamentos especiais.Os tubos de CPVC são resistentes a produtos químicos para fornecimento de alvejante à base de cloro, mas os tubos com alto teor de ferrosilício podem ser usados ​​como uma alternativa aos tubos químicos ao passar por edifícios não combustíveis (por exemplo, Tipo 1A).É forte, mas mais frágil do que o tubo de ferro fundido padrão e mais pesado do que os tubos comparáveis.
Este artigo discute apenas algumas das muitas possibilidades para projetar sistemas de tubulação.Eles representam a maioria dos tipos de sistemas instalados em grandes edifícios comerciais, mas sempre haverá exceções à regra.A especificação principal geral é um recurso inestimável para determinar o tipo de tubulação para um determinado sistema e avaliar os critérios apropriados para cada produto.As especificações padrão atenderão aos requisitos de muitos projetos, mas projetistas e engenheiros devem revisá-las quando se trata de torres altas, altas temperaturas, produtos químicos perigosos ou mudanças na legislação ou jurisdição.Saiba mais sobre recomendações e restrições de encanamento para tomar decisões informadas sobre os produtos instalados em seu projeto.Nossos clientes confiam em nós como profissionais de design para fornecer a seus edifícios projetos do tamanho certo, bem equilibrados e acessíveis, onde os dutos alcancem sua vida útil esperada e nunca sofram falhas catastróficas.
Matt Dolan é engenheiro de projetos na JBA Consulting Engineers.Sua experiência reside no projeto de sistemas HVAC e encanamento complexos para uma variedade de tipos de edifícios, como escritórios comerciais, instalações de saúde e complexos de hospitalidade, incluindo torres de hóspedes e vários restaurantes.
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