Calcular perda de carga em uma rede de ar comprimido tem um impasse lógico que precisa ser resolvido antes da primeira conta. E, resolvido ele, aparece uma segunda questão que muda o peso de uma variável que em líquidos é importante.

As tabelas e a fórmula de perda de carga pedem a razão de compressão, que é a relação entre a pressão absoluta de descarga e a de admissão. Essa razão depende do compressor, e o compressor ainda não foi escolhido, porque escolhê-lo depende de conhecer a perda de carga, que é justamente o que se está tentando calcular. É um problema circular, e ele tem solução prática.

Antes da solução vale entender por que essa variável aparece. As tabelas de perda são construídas para o ar na condição de ar livre, e quando o ar está pressurizado o mesmo conteúdo de massa ocupa um volume menor. Volume menor na mesma tubulação significa velocidade menor, e velocidade menor significa perda de carga menor, então a razão de compressão entra dividindo, corrigindo a perda tabelada para a condição pressurizada real.

Observe que existe um efeito de sentido contrário ao longo do trajeto. Conforme o ar perde pressão ele se expande, a vazão efetiva aumenta e a perda volta a crescer, de modo que se a conta for feita considerando a pressão de descarga constante do início ao fim, a perda calculada sai um pouco menor que a real.

A saída é simples e fica do lado seguro. Se o componente de maior pressão do sistema pede oito bar, considere nove bar de descarga, ou seja, um bar acima, o que em termos absolutos deixa a razão de compressão em torno de dez. Se o componente pede dez bar, considere onze. O fundamento dessa margem é empírico: a perda de carga em sistemas de ar comprimido costuma ficar abaixo de um bar, então o gap de um bar cobre a perda com folga.

Note o que acontece depois. Quando o compressor for de fato escolhido, se a taxa de compressão real for maior que a adotada, significa que a perda calculada foi superestimada, e o projeto fica a favor da segurança. Quem não quiser nem esse trabalho pode usar direto a pressão do item mais exigente, sabendo que vai errar para mais.

O material de referência traz tabelas de perda por bitola e vazão, construídas para ar livre, e elas servem como atalho e como verificação. Para uma vazão de 5 pés cúbicos por minuto, uma tubulação de uma polegada e um quarto aparece como proibitiva, e a tabela nem informa o valor, porque a velocidade resultante seria baixa demais. Para 45 pés cúbicos por minuto, a de meia polegada também é proibitiva, aí pelo motivo oposto. Entre os dois extremos ficam as bitolas utilizáveis.

A segunda parte do tema nasceu de uma pergunta da turma: a fórmula do manual de ar comprimido leva em conta a rugosidade relativa? A resposta começa pela referência, porque assim como em ventilação o material adota o aço galvanizado como padrão, e, pelo menos na parte consultada do livro, não aparece um fator explícito de correção de rugosidade para outros materiais. Isso incomoda quem vem de bombeamento, onde rugosidade é variável de peso, e a explicação está no regime de escoamento.

Imagine a parede interna de um tubo de aço galvanizado, com as irregularidades exageradas para efeito de desenho. Junto a essa parede existe a camada limite, a região dentro da qual o escoamento é dominado pelo atrito viscoso. Se toda a rugosidade fica abaixo da camada limite, ela não interfere no escoamento principal, o fluido se comporta como se a parede fosse lisa, e o regime é chamado de hidraulicamente liso. Se as pontas da rugosidade ultrapassam a camada limite, elas perturbam o escoamento, geram turbilhões e a parede passa a pesar no resultado.

Observe qual dos dois predomina em cada fluido. Em escoamento de líquidos o segundo caso é frequente, e por isso a rugosidade é variável importante. Em escoamento de gases a tendência é o primeiro, e os efeitos reais da rugosidade de parede ficam pequenos.

Isso depende do material da tubulação, e a conclusão é tranquilizadora. Se a rede for de PVC moderno, PPR, alumínio ou qualquer outro material mais liso que o galvanizado, e a conta tiver sido feita com a referência do galvanizado, a perda calculada será maior que a real, e de novo o projeto fica a favor da segurança. Na prática, em ar comprimido a perda distribuída já costuma ser baixa, e quem domina a conta final são as singularidades, exatamente como acontece em ventilação. Para outros gases, com propriedades distintas do ar, essa simplificação precisa ser reavaliada antes de ser adotada.

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.