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Dimensionamento de tubagem de CO2 – aço

Três coletores principais — aspiração MT, aspiração LT e líquido. Arraste os evaporadores para os posicionar, ligue uma linha a outra e clique em qualquer linha para definir o seu comprimento.
R744 · MT -8,0 °C · LT -32,0 °C · 26,50 kW

Dados do sistema

Temperatura de evaporação para cada circuito e temperatura do recipiente de líquido. A temperatura do líquido também define a proporção de gás flash e, com ela, o caudal mássico.
Sobreaquecimento útil à saída do evaporador. O vapor real é menos denso do que o vapor saturado — as linhas de aspiração são dimensionadas com base na densidade mais baixa.
Capacidade de compressão instalada, para comparação com a carga dos evaporadores ligados. Introduza a potência do compressor para obter a potência térmica total.
Controla diretamente o dimensionamento — uma velocidade mais alta resulta em tubos mais finos.
Os tubos que não suportam esta pressão são marcados com ⛔ e nunca são escolhidos automaticamente. Os valores predefinidos seguem valores de referência comuns da EN 378 (ambiente 32 °C) para um sistema booster transcrítico — a pressão de paragem do CO2 é muitas vezes mais determinante do que a temperatura de funcionamento. Ajuste-os ao seu próprio sistema.
Avançado – margens e material da tubagem
Aumenta o comprimento no cálculo da perda de carga — aparece na coluna Δp nas tabelas «Coletores principais»/«Ligações dos evaporadores» abaixo, não no diâmetro do tubo nem nos cartões no topo.
Acrescenta uma margem de encomenda apenas na lista de materiais e no mapa de isolamento (aparas, erros) — algo diferente de «Comprimento adicional para acessórios» acima, sem efeito no diâmetro nem em Δp.
Aço para baixa temperatura para CO2 — o aço carbono comum (P235/P265GH) não é tenaz a temperaturas LT. Ensaio de resiliência até −40 °C (EN 10216-4); abaixo disso, verifique a EN 13480-2 anexo B ou use inox. Parede espessa e pressão admissível elevada. Requer proteção anticorrosiva exterior.
Que pressão suporta cada diâmetro: veja a tabela no fim da página ↓
Tubos mais pequenos do que este limite nunca serão selecionados automaticamente.
Selecione a especificação de isolamento (espessura/cor) por coletor para a lista de materiais.

Evaporadores

Nome Circuito kW
Um ramal tem apenas UMA linha (líquido, MT ou LT). Um ramal MT/LT pode ser convertido num evaporador atribuindo-lhe uma carga em kW.
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Projeto

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Opções · Unidades

Altera apenas a forma como os valores são apresentados e introduzidos — todos os cálculos continuam a funcionar em segundo plano como antes.

Diagrama de fluxo

Aspiração MT Líquido Aspiração LT Ligado a outro tubo
100% 100%
Arraste livremente um evaporador para o posicionar. Clique em qualquer segmento de tubo para definir o seu comprimento ou alterar manualmente o diâmetro.
Clique aqui e depois num troço de tubo para posicionar um medidor de potência.
— m Dim.:
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Lista de materiais

Os comprimentos incluem a margem de desperdício acima, mas não a margem para acessórios (que só afeta Δp).

Mapa de isolamento

O tipo de isolamento por coletor é escolhido em "Avançado" nos Dados do sistema.

Ligações por evaporador

"Potência própria" é o valor próprio em kW do evaporador. "Potência no tubo" é o caudal acumulado nesse tubo específico — maior se outros evaporadores/tubos estiverem ligados a ele. Nunca some as colunas "Potência no tubo" para obter um total; use "Potência própria".

Coletores principais

Mostrar cálculo

Cálculo por tubagem

TubagemCaudal mássico [kg/s]Massa volúmica [kg/m³]Diâmetro interior [mm]Velocidade [m/s]RefComprimento (+ tolerância) [m]Δp [kPa]Δp por metro [Pa/m]Tipo de tubagem, PS
#1 DN15 · Líquido: Central frigorífica → Câmara fria 10,1043972,416,10,52771.7000,02786 (+1,8)1,82233P265NL · PS 60 bar
#2 DN15 · Líquido: Câmara fria 1 → Congelador 10,07272972,416,10,36750.0000,02856 (+1,8)0,906116P265NL · PS 60 bar
#3 DN15 · Líquido: Congelador 1 → Câmara fria 20,05316972,416,10,26936.6000,02936 (+1,8)0,49863,9P265NL · PS 60 bar
#4 DN15 · Líquido: Câmara fria 2 → Congelador 20,02948972,416,10,14920.3000,03156 (+1,8)0,16421,1P265NL · PS 60 bar
#5 DN15 · Líquido: Congelador 2 → Vitrina MT0,01579972,416,10,079710.9000,03486 (+1,8)0,05226,69P265NL · PS 60 bar
#6 DN15 · Aspiração MT: Central frigorífica → Câmara fria 10,0710370,2616,14,97406.0000,02616 (+1,8)111.410P265NL · PS 52 bar
#7 DN15 · Aspiração MT: Câmara fria 1 → Câmara fria 20,0394670,2616,12,76226.0000,02656 (+1,8)3,43439P265NL · PS 52 bar
#8 DN15 · Aspiração MT: Câmara fria 2 → Vitrina MT0,0157970,2616,11,190.3000,02746 (+1,8)0,56872,8P265NL · PS 52 bar
#9 DN15 · Aspiração LT: Central frigorífica → Congelador 10,0332632,816,14,98216.0000,02656 (+1,8)5,22669P265NL · PS 30 bar
#10 DN15 · Aspiração LT: Congelador 1 → Congelador 20,0136932,816,12,0588.8000,02746 (+1,8)0,917118P265NL · PS 30 bar
#11 DN15 · Linha para Câmara fria 1 · Líquido0,03157972,416,10,15921.7000,03125 (+1,5)0,15623,9P265NL · PS 60 bar
#12 DN15 · Linha para Câmara fria 1 · Aspiração MT0,0315770,2616,12,21181.0000,02665 (+1,5)1,84283P265NL · PS 52 bar
#13 DN15 · Linha para Câmara fria 2 · Líquido0,02368972,416,10,1216.3000,03255 (+1,5)0,091314P265NL · PS 60 bar
#14 DN15 · Linha para Câmara fria 2 · Aspiração MT0,0236870,2616,11,66135.0000,02695 (+1,5)1,05161P265NL · PS 52 bar
#15 DN15 · Linha para Vitrina MT · Líquido0,01579972,416,10,079710.9000,03485 (+1,5)0,04356,69P265NL · PS 60 bar
#16 DN15 · Linha para Vitrina MT · Aspiração MT0,0157970,2616,11,190.3000,02745 (+1,5)0,47372,8P265NL · PS 52 bar
#17 DN15 · Linha para Congelador 1 · Líquido0,01956972,416,10,098813.5000,03355 (+1,5)0,06439,89P265NL · PS 60 bar
#18 DN15 · Linha para Congelador 1 · Aspiração LT0,0195632,816,12,93127.0000,0275 (+1,5)1,53236P265NL · PS 30 bar
#19 DN15 · Linha para Congelador 2 · Líquido0,01369972,416,10,06929.4200,03585 (+1,5)0,03365,17P265NL · PS 60 bar
#20 DN15 · Linha para Congelador 2 · Aspiração LT0,0136932,816,12,0588.8000,02745 (+1,5)0,764118P265NL · PS 30 bar

Base do cálculo

Método
Cada tubagem é dimensionada para o menor diâmetro que mantém a velocidade igual ou abaixo do valor alvo e está homologada para a sua PS; a queda de pressão é calculada com Darcy–Weisbach.
Equações
  • ṁ = Q / (h″(t₀) − h′(t_liq))
  • v = ṁ / (ρ · π·d²/4)
  • Re = ρ·v·d / μ
  • f = 0.25 / [log₁₀(ε/(3.7·d) + 5.74/Re^0.9)]² (Re ≥ 2300); f = 64/Re (Re < 2300)
  • Δp = f · (L/d) · ρ·v²/2, L = length × (1 + allowance %)
Fator de atrito
Swamee–Jain (explicit form of Colebrook–White)
Dados do fluido
CoolProp, Span–Wagner EOS (R744) 8.0.0
Normas
EN 378-2 (PS) · EN 10220 (outside diameters) · EN 13480-3 (p = 2·f·z·e / (D − e)) · EN 10216-4 (P265NL, f = 170 MPa) · EN 10216-5 / EN 10217-7 (1.4404, f = Rp1.0/1.5 = 150 MPa)
Notas
  • Caudal mássico obtido a partir da potência frigorífica e da diferença de entalpia entre o vapor saturado à temperatura de evaporação e o líquido à temperatura do líquido; linhas de sucção com o sobreaquecimento indicado.
  • As diferenças de altura estática e a queda de pressão de válvulas e acessórios para além da tolerância não estão incluídas.

Pressão admissível por diâmetro

Pressão admissível (bar) de cada diâmetro e tipo de tubo, com a espessura. Verde: chega para a pressão de projeto dos três coletores (aspiração MT 52, aspiração LT 30, líquido 60 bar). Âmbar: chega só para os coletores indicados na célula. Vermelho ⛔: não chega para nenhum. –: o tipo de tubo não é fabricado nesse diâmetro.
DiâmetroP265NL – aço carbono, sem costura (EN 10216-4)
tipo de tubo escolhido		316L (1.4404) – inox, sem costura (EN 10216-5) 316L (1.4404) – inox, soldado de parede fina (EN 10217-7)
DN10 17,2 mm451 bar
2,30 mm		340 bar
2,00 mm		233 bar
1,60 mm
DN15 21,3 mm407 bar
2,60 mm		269 bar
2,00 mm		185 bar
1,60 mm
DN20 26,9 mm314 bar
2,60 mm		243 bar
2,30 mm		144 bar
1,60 mm
DN25 33,7 mm308 bar
3,20 mm		217 bar
2,60 mm		144 bar
2,00 mm
DN32 42,4 mm273 bar
3,60 mm		170 bar
2,60 mm		113 bar
2,00 mm
DN40 48,3 mm237 bar
3,60 mm		148 bar
2,60 mm		99 bar
2,00 mm
DN50 60,3 mm204 bar
3,90 mm		132 bar
2,90 mm		79 bar
2,00 mm
DN65 76,1 mm207 bar
5,00 mm		104 bar
2,90 mm		62 bar
2,00 mm
DN80 88,9 mm198 bar
5,60 mm		98 bar
3,20 mm		53 bar MT, LT
2,00 mm
DN100 114,3 mm172 bar
6,30 mm		85 bar
3,60 mm		41 bar LT
2,00 mm
DN125 139,7 mm140 bar
6,30 mm		77 bar
4,00 mm		33 bar LT
2,00 mm
DN150 168,3 mm130 bar
7,10 mm		72 bar
4,50 mm		36 bar LT
2,60 mm
DN200 219,1 mm112 bar
8,00 mm		77 bar
6,30 mm		28 bar ⛔
2,60 mm
DN250 273,0 mm99 bar
8,80 mm		62 bar
6,30 mm		26 bar ⛔
3,00 mm
DN300 323,9 mm94 bar
10,00 mm		59 bar MT, LT
7,10 mm		21 bar ⛔
3,00 mm

P265NL – aço carbono, sem costura (EN 10216-4): Aço para baixa temperatura para CO2 — o aço carbono comum (P235/P265GH) não é tenaz a temperaturas LT. Ensaio de resiliência até −40 °C (EN 10216-4); abaixo disso, verifique a EN 13480-2 anexo B ou use inox. Parede espessa e pressão admissível elevada. Requer proteção anticorrosiva exterior.

316L (1.4404) – inox, sem costura (EN 10216-5): Aço inoxidável resistente a ácidos com parede média. Não precisa de proteção anticorrosiva exterior e é tenaz a baixas temperaturas.

316L (1.4404) – inox, soldado de parede fina (EN 10217-7): Tubo leve de parede fina, calculado com fator de soldadura 0,85. Só os diâmetros menores suportam a pressão do CO2 — veja a marca ⛔ face à sua pressão de projeto.

Fonte e método: EN 13480-3, p = 2·f·z·e / (D − e), onde e é a espessura mínima da parede (nominal menos a tolerância: −12,5 % sem costura, −10 % com costura), f a tensão admissível (P265NL 170 MPa, 1.4404 150 MPa, Rp1,0/1,5 do lado seguro) e z o fator de junta soldada (0,85 para com costura). As espessuras são dimensões de stock comuns – verifique com o seu fornecedor antes de encomendar.

Outros países

As classes de pressão acima seguem a prática europeia (EN 378, EN 13480-3). Noutros mercados, as tubagens de refrigerante são dimensionadas e aprovadas de acordo com estas normas. Esta calculadora não foi verificada face a elas – utilize a norma aplicável no local onde o sistema está instalado.

EUA

  • ASME B31.5 – Refrigeration Piping and Heat Transfer Components: dimensionamento de tubagens, pressão de projeto e pressão de ensaio
  • ANSI/ASHRAE Standard 15 – Safety Standard for Refrigeration Systems: requisitos de segurança para sistemas de refrigeração

Canadá

  • CSA B52:23 – Mechanical refrigeration code: norma de refrigeração; remete para a ASME B31.5 para tubagens

Austrália e Nova Zelândia

  • AS/NZS 5149 – Refrigerating systems and heat pumps — Safety and environmental requirements: requisitos de segurança para sistemas de refrigeração
  • AS 4041 – Pressure piping: dimensionamento de tubagens, pressão de projeto e pressão de ensaio

Perguntas frequentes sobre tubagem de aço para CO2

Como se dimensiona tubagem de aço para CO2 (R744)?

Cada linha é dimensionada pelo caudal mássico e pela velocidade admissível: aspiração MT, aspiração LT e linha de líquido. A calculadora obtém o caudal mássico a partir da potência frigorífica, da temperatura de evaporação e do sobreaquecimento, escolhe o menor DN que cumpre a velocidade alvo e mostra a perda de carga troço a troço.

Calcular na ferramenta acima ↑CO2 (R744): dimensionamento de tubos de cobre →

Qual é a pressão admissível dos tubos de aço?

A pressão admissível é calculada segundo a EN 13480-3 (p = 2·f·z·e / (D − e)) com a espessura mínima após a tolerância de fabrico: −12,5 % para tubo sem costura e −10 % para tubo soldado. A calculadora mostra a pressão admissível de cada diâmetro e avisa com ⛔ quando um tubo não aguenta a pressão de projeto indicada.

Calcular na ferramenta acima ↑

P265NL ou aço inoxidável 316L?

O P265NL (EN 10216-4) é um aço carbono sem costura, com ensaio de impacto para baixas temperaturas, sendo a escolha habitual para instalações de CO2; o P235GH/P265GH simples não se destina a temperaturas de baixa temperatura (LT). O aço inoxidável 1.4404 (316L) é fornecido sem costura (EN 10216-5) e soldado longitudinalmente (EN 10217-7). Não necessita de pintura, mas o tubo soldado tem uma parede mais fina e uma classe de pressão inferior. O P265NL é testado ao impacto até −40 °C (EN 10216-4); abaixo disso, consulte a EN 13480-2 Anexo B ou utilize aço inoxidável.

Calcular na ferramenta acima ↑

Que diâmetros a calculadora inclui?

De DN10 a DN300, com diâmetros exteriores segundo a EN 10220, de 17,2 a 323,9 mm. A espessura depende do tipo de tubo escolhido, e a lista de materiais indica a designação de encomenda, por exemplo «DN25 · 33,7 × 3,2». Confirme a espessura com o fornecedor antes de encomendar.

Calcular na ferramenta acima ↑

Quando usar aço em vez de cobre?

O tubo de cobre K65 existe até 2-1/8″ (54 mm). Linhas maiores, refrigeração industrial com CO2 e partes com pressão de projeto elevada fazem-se por isso normalmente em aço. Para instalações pequenas existe a calculadora de cobre, e um ficheiro de projeto abre em ambas com o esquema.

Calcular na ferramenta acima ↑CO2 (R744): dimensionamento de tubos de cobre →

Pressupostos: Líquido saturado na linha de líquido, CO2 (R744) subcrítico entre −50 e +10 °C. Diâmetros em DN com diâmetro exterior segundo EN 10220; as espessuras são medidas correntes de stock. A pressão admissível é calculada segundo EN 13480-3 com a espessura mínima. Verifique espessura, material e pressão de projeto segundo EN 378/PED e os dados do fornecedor antes da montagem. O caudal mássico baseia-se no efeito frigorífico líquido, h_g à temperatura de evaporação menos h_f à temperatura do líquido, pelo que o gás flash da expansão está incluído. A entalpia do sobreaquecimento e a sobrealimentação por bomba não são contabilizadas.

Aviso legal: Esta ferramenta não garante resultados corretos. Verifique sempre manualmente a espessura da parede, a classe de pressão e outros valores antes da montagem.

Ajuda – como utilizar a calculadora

A calculadora dimensiona as tubagens de um sistema de refrigeração CO2 (R744): aspiração MT, aspiração LT e líquido. Introduza os dados do sistema, construa a instalação no diagrama de fluxo e consulte os diâmetros de tubo, as perdas de carga e a lista de materiais. A potência de cada evaporador determina o caudal em cada troço, e os tubos são escolhidos para que a velocidade não exceda a velocidade-alvo.

1. Dados do sistema

  • Introduza a temperatura de evaporação de MT e LT, a temperatura da linha de líquido e o sobreaquecimento de MT e LT (o sobreaquecimento influencia o dimensionamento das linhas de aspiração).
  • Defina uma velocidade-alvo distinta para a aspiração MT, a aspiração LT e o líquido. Uma velocidade-alvo mais alta dá tubos mais finos; uma mais baixa dá tubos maiores e menor perda de carga.
  • A potência instalada da central e a potência do compressor são opcionais. Servem para comparar com a carga dos evaporadores e mostrar a potência térmica total.
  • Em “Avançado – margens e material da tubagem”: comprimento adicional para acessórios (afeta apenas a perda de carga, não o diâmetro), tipo de tubo, diâmetro mínimo permitido e isolamento por coletor (usado na lista de materiais).
  • O tipo de tubo e a pressão de projeto determinam em conjunto quais os diâmetros permitidos — ⛔ nas tabelas significa que esse diâmetro não suporta a pressão indicada.
  • Marque «Linha para o gas cooler» para dimensionar também a descarga: introduza a alta pressão, a temperatura de descarga, a de saída do gas cooler, a velocidade alvo e a PS do lado de alta pressão. A linha é desenhada por cima da central frigorífica.

2. Evaporadores e ramais

  • Adicione um evaporador com “+ Adicionar evaporador” e introduza o nome, o circuito (MT/LT) e a potência. Com ▲ ▼ altera a ordem e com × remove uma linha.
  • Um ramal é uma linha única (líquido, MT ou LT) à qual se podem ligar outros evaporadores. Atribua uma potência a um ramal MT/LT se este deve tornar-se um evaporador.

3. O diagrama de fluxo

  • Arraste um evaporador para o mover. Clique no nome para o renomear e na potência para a alterar. Clique em [MT]/[LT] para mudar de circuito (só é possível se a linha de aspiração do evaporador chegar diretamente ao coletor).
  • Clique num tubo para definir o comprimento, bloquear o comprimento ou escolher o diâmetro manualmente. Um ✎ nas tabelas indica que o diâmetro foi escolhido manualmente.
  • Na mesma caixa escolhe o tipo de tubo só para essa linha, p. ex. inox 316L nos tubos pequenos e P265NL no resto. Cada diâmetro mostra a sua pressão admissível (bar) nesse tipo de tubo; ⛔ significa que não suporta a pressão de projeto (PS) do coletor.
  • Clique com o botão direito num tubo para adicionar um evaporador ou um ramal nesse ponto.
  • A pega redonda na linha de um evaporador pode ser arrastada e largada sobre a linha do mesmo tipo de outro evaporador para se ligar a ela, ou sobre um espaço livre para se ligar diretamente ao coletor. Os quadrados pequenos arrastam-se ao longo da margem do evaporador para alterar por onde a linha entra.
  • Selecione um evaporador ou tubo e prima Delete para o remover. Anule com “Anular” ou Ctrl/Cmd+Z.

4. Navegar no desenho

  • Arraste o fundo para deslocar a vista. Aumente com os botões, com Ctrl/Cmd + roda do rato ou com um gesto de pinça no trackpad. A− e A+ alteram o tamanho do texto no desenho.
  • “Imprimir desenho” imprime o diagrama de fluxo juntamente com um resumo.
  • Assinale “Forçar curvas a 90°” para que todos os tubos sigam ângulos retos; desmarque para ligar e arrastar tubos livremente.
  • Marque «Forçar linhas paralelas» para que os tubos que saem diretamente de uma linha principal derivem alinhados com a ligação do evaporador e formem uma linha reta sem curva. A derivação acompanha o evaporador ou a sua ligação quando os desloca.

5. Medidor de potência

  • Clique em “Adicionar medidor de potência” e depois num tubo. O medidor mostra quantos kW circulam de cada lado do ponto.
  • Arraste o ponto para medir noutro local, arraste a caixa para mover a leitura e clique em × para remover o medidor.

6. Ler os resultados

  • Os cartões no topo mostram a potência frigorífica total, o caudal mássico total e o diâmetro dos três coletores principais.
  • As tabelas mostram, para cada evaporador e troço, a potência, o diâmetro escolhido, a velocidade e a perda de carga (Δp). O programa escolhe o menor diâmetro que respeita a velocidade-alvo.
  • ⚠ significa que o caudal exige um tubo maior do que o maior diâmetro da tabela. 🚩 significa que dois tubos ou evaporadores têm o mesmo nome.
  • A lista de materiais e a lista de isolamento somam os comprimentos de tubo por diâmetro, sem margem para acessórios. Utilize-as como base para a encomenda.

7. Guardar e abrir

  • “Guardar” e “Guardar como…” guardam toda a instalação num ficheiro, e “Abrir projeto” carrega-o de novo.
  • No Chrome e no Edge, «Guardar» e a gravação automática escrevem no ficheiro escolhido com Guardar como ou Abrir. Outros navegadores descarregam um ficheiro novo com «Guardar», e a gravação automática guarda o projeto no navegador.

8. Unidades

  • Em “Opções · Unidades” escolhe separadamente a unidade de temperatura, sobreaquecimento, pressão, velocidade, comprimento, potência e caudal mássico. Isto altera apenas a forma como os valores são apresentados e introduzidos, não os cálculos.
Aviso legal: Esta ferramenta não garante resultados corretos. Verifique sempre manualmente a espessura da parede, a classe de pressão e outros valores antes da montagem.