Os exercícios de dimensionamento costumam começar depois da parte difícil. Os dados aparecem prontos no enunciado, e o trabalho é aplicar fórmulas. Na realidade profissional é o contrário: reunir e validar os dados consome mais tempo que calcular, e um dado errado invalida tudo o que vem depois.

Trata-se de uma instalação de exaustão de fumos de solda com dois pontos de captação. Um captor fixo, do tipo coifa, posicionado sobre uma bancada, e um captor portátil com braço articulado, que o soldador aproxima do ponto de trabalho conforme a peça. Os dois ramais se encontram em uma junção e seguem por um trecho principal até um filtro e, depois dele, o ventilador, que descarrega para a atmosfera.

O contaminante são os fumos de solda, os vapores gerados durante o processo de soldagem. São tóxicos, e é essa toxicidade que justifica todo o sistema. Note que isso muda a natureza do projeto: não se trata de conforto térmico nem de eficiência energética, trata-se de saúde ocupacional, e o critério de aceitação é outro.

A velocidade adotada para esse serviço é da ordem de 15 metros por segundo. Observe que o critério aqui não é economia de perda de carga. Em uma linha convencional velocidade alta é algo a evitar porque custa pressão, e em captação de contaminante velocidade é o que garante o arraste do particulado até o filtro. Velocidade de menos significa fumo que decanta no duto ou que sequer é capturado na origem.

O ramal que sai do captor fixo até a junção tem vazão necessária de 1,15 metro cúbico por segundo e 7,7 metros de duto em aço galvanizado. O captor tem coeficiente de perda localizada de 0,25, e o ramal traz ainda um cotovelo de três peças, com relação entre raio de curvatura e diâmetro igual a 1,5, cujo coeficiente é 0,39.

Repare no nível de detalhe dessa descrição. A quantidade de peças que compõem a curva altera o coeficiente, assim como a relação entre raio e diâmetro, e uma curva de duas peças e uma de cinco peças, com a mesma relação geométrica, têm coeficientes diferentes. Esses valores vêm de tabelas das instituições do setor ou diretamente do fabricante do componente quando se trata de produto seriado.

O ramal do captor portátil tem vazão de 0,47 metro cúbico por segundo e 7,6 metros de comprimento, com um trecho em mangueira conjugada. O captor tem coeficiente de 0,50 e a junção a 45 graus tem 0,28. E aqui entra o dado que costuma passar despercebido: o fator de correção de material, igual a 2,4.

As tabelas de perda de carga em ventilação são construídas para aço galvanizado rígido, que é o material de referência da área, e qualquer outro material entra com um fator multiplicativo. Um fator de 2,4 significa que aquele trecho de mangueira conjugada perde 2,4 vezes mais carga que o equivalente rígido em galvanizado. Isso depende inteiramente de o dado estar disponível no levantamento, porque o fator não é visível no desenho, não aparece na medição de comprimento e não se deduz da vazão. Esquecê-lo subestima a perda do ramal em mais de metade.

Da junção até a descarga, o trecho principal tem 18,3 metros, cinco cotovelos de três peças com coeficiente de 0,39 cada, o filtro cartucho e a descarga direta para a atmosfera, com coeficiente igual a um. O filtro entra de forma diferente dos demais: em vez de um coeficiente a ser multiplicado pela pressão dinâmica, ele entra com uma perda em unidade de pressão, estimada em mil pascal, valor que vem do fabricante e depende do tamanho e do modelo. A vazão do trecho principal é a soma das duas, 1,62 metro cúbico por segundo.

Os dados do fluido seguem o padrão da ventilação, com massa específica de 1,2 quilograma por metro cúbico, fator de correção de massa específica igual a um, viscosidade cinemática de 1,51 vezes dez elevado a menos cinco e rugosidade do galvanizado de 0,15 milímetro. O exemplo adota ar padrão para não acumular complexidade, e se a condição real fosse outra bastaria aplicar a correção pela densidade, com altitude e temperatura.

Fica a pergunta mais honesta de todo o levantamento: como se chega aos 1,15 e aos 0,47 metros cúbicos por segundo. Isso depende do que está sendo soldado, da taxa de geração de vapor do processo, de quantas pessoas trabalham simultaneamente naquele posto, do tipo de ventilação adotada no galpão, e de exigências trabalhistas e de normas de segurança. É um estudo próprio, que não cabe no dimensionamento da máquina, e na prática em muitos casos o próprio fabricante do conjunto de captação informa a vazão necessária em função da área atendida e do tipo de operação.

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.