Em ventilação o duto não circular é rotina. O retangular aparece em instalações de ar condicionado de edifícios grandes e shoppings, e o oblongo, achatado, existe para caber em altura de forro, entre estruturas, em passagens apertadas. E toda a teoria de perda de carga disponível está escrita em função de diâmetro.

A saída é conhecida e vem da mecânica dos fluidos. O que quase sempre se perde no caminho é que existem dois números diferentes, com nomes parecidos, e usar um no lugar do outro produz um erro que nenhuma verificação de unidade detecta.

O raio hidráulico é definido como a área da seção dividida pelo perímetro molhado, e o diâmetro hidráulico é quatro vezes o raio hidráulico. Quando a seção é circular e está completamente cheia, a conta simplifica e devolve o próprio diâmetro, o que confirma a coerência da definição. Perímetro molhado é o contorno em contato com o líquido, e em um conduto parcialmente cheio a parte superior, que não toca o fluido, não entra na conta.

Para gás o conceito precisa ser emprestado com uma ressalva. Gás não molha nada e ocupa toda a seção disponível, seja ela quadrada, retangular, oblonga ou triangular, e por isso em sistemas gasosos o termo correto é simplesmente perímetro da seção. A fórmula não muda, apenas o nome e a justificativa.

Vale abrir um parêntese que responde a uma pergunta recorrente: por que dutos retangulares são comuns em ventilação e praticamente inexistentes em bombeamento ou em redes de ar comprimido. Comparando duas tubulações de mesma área de seção, uma circular e outra quadrada, a circular suporta mais pressão antes de falhar, porque a geometria circular distribui a tensão de forma mais eficiente, e em instalações de bombeamento e em redes de oito bar a resistência mecânica é restritiva e decide a escolha.

Em ventilação as variações de pressão são da ordem de centenas de pascal, ou seja, uma fração minúscula da pressão atmosférica. A resistência deixa de ser restritiva, e a geometria passa a ser decidida pelo espaço disponível, pelo custo de fabricação e pelo arranjo arquitetônico.

Agora o que de fato importa. O diâmetro hidráulico serve apenas para o cálculo hidráulico: ele entra no número de Reynolds e na rugosidade relativa, ou seja, serve para calcular perda de carga. E só. Ele não serve para entrar em ábaco.

Ábacos são gráficos, diagramas e tabelas construídos para extrair informação sem calcular, como o diagrama de Mollier faz para vapor de água. A ventilação tem vários desses gráficos, e eles resolvem rapidamente o que levaria páginas de conta. Para entrar nesses gráficos com uma seção que não é circular existe outro número, o diâmetro equivalente, que vem da equação de Huebscher, adotada pela ASHRAE e construída a partir de ensaios, relacionando a área elevada a 0,625 com o perímetro elevado a 0,25, multiplicados por um coeficiente de 1,55.

Note por que esse erro é perigoso. Os dois números têm dimensão de comprimento, os dois saem de área e perímetro, os dois resultam em valores da mesma ordem de grandeza. Trocar um pelo outro não gera inconsistência dimensional, não dispara alarme em planilha e não produz resultado absurdo. Produz apenas um ponto errado no gráfico, e a partir dele toda a leitura subsequente fica deslocada.

Vale ainda registrar um detalhe de aplicação. O conceito de diâmetro hidráulico não é exclusivo da ventilação, pode ser usado em qualquer escoamento em que a seção não seja circular, inclusive em sistemas de compressão. O que restringe o uso não é o fluido nem a pressão, é apenas a disponibilidade da informação geométrica da seção. A regra prática é curta: hidráulico para conta, equivalente para gráfico.

Com perda de carga calculada, o passo seguinte é o ponto de operação, que é o cruzamento entre a curva do ventilador e a curva do sistema. A lógica é idêntica à de bombas: a curva do sistema varia com a pressão dinâmica, que por sua vez varia com o quadrado da velocidade, resultando em uma parábola. A curva do ventilador é levantada em ensaio normalizado, variando a abertura de uma válvula e registrando ponto a ponto, para cada rotação, e durante o ensaio também se medem potência e nível de ruído.

Isso depende de respeitar a região recomendada da curva. À esquerda do pico há instabilidade, baixo rendimento, vibração, baixa vazão e ruído elevado. Alguns fabricantes publicam apenas o trecho útil, outros mostram a curva inteira. Em qualquer caso, o ponto de operação precisa ficar afastado dessa região, e isso vale tanto para o duto circular quanto para o retangular que motivou toda esta discussão.

Esse recorte faz parte de uma das aulas da pós-graduação em Engenharia de Movimentação de Fluidos e Equipamentos Industriais. Conheça em engenhariaecia.com/pos.