Em bombeamento é comum dimensionar tubulação pela perda de carga admissível. Em rede de ar comprimido o caminho usual é outro: arbitra-se uma velocidade recomendada, calcula-se o diâmetro a partir dela e só depois se verifica a perda de carga na bitola comercial escolhida. A inversão não é detalhe de método, ela existe porque o critério que limita o projeto é diferente.

Três efeitos indesejados crescem com a velocidade do ar dentro do tubo. O primeiro é a perda de carga, que varia com o quadrado da velocidade, e em ar comprimido a pressão disponível é cara, porque cada décimo de bar a mais na descarga significa energia consumida durante toda a vida da instalação. O segundo é o arraste de condensado, porque rede de ar comprimido sempre tem água, e velocidades altas carregam o líquido acumulado nos pontos baixos para dentro das ferramentas. O terceiro é o ruído, porque velocidade alta em tubo metálico gera sibilo.

Note que nenhum desses três efeitos é captado por um único critério de perda de carga. É por isso que a velocidade entra como parâmetro de projeto e não como resultado.

A literatura de ar comprimido trabalha com faixas, não com um valor único. Para ramais principais os valores recomendados costumam ficar na casa de seis a oito metros por segundo, e para trechos curtos de tomada admite-se mais. Adotar seis metros por segundo no cálculo é uma escolha conservadora dentro da faixa, e ela se justifica porque o resultado será arredondado para a bitola comercial imediatamente superior, o que derruba a velocidade real ainda mais. Isso depende do tipo de instalação, porque uma rede de ar de instrumentação trabalha em outra faixa.

Fixada a velocidade, o diâmetro vem direto da equação da continuidade: a vazão é o produto da área pela velocidade, e a área depende do quadrado do diâmetro. Isolando o diâmetro chega-se a uma expressão com a raiz quadrada de quatro vezes a vazão dividida pelo produto de pi pela velocidade. A conta é simples e é exatamente por ser simples que ela esconde armadilha.

A vazão que entra nessa equação precisa estar na condição de operação, já corrigida pela compressibilidade, e numa unidade compatível com a velocidade: se a velocidade está em metro por segundo, a vazão precisa estar em metro cúbico por segundo. Observe que a maioria dos catálogos entrega a vazão em metro cúbico por hora ou por minuto, e a conversão é obrigatória.

Dividir por três mil e seiscentos quando o dado estava em metro cúbico por minuto, em vez de por sessenta, é um erro de fator sessenta. Esse erro não produz mensagem nenhuma: a raiz quadrada aceita o número, o diâmetro sai, e ele sai em milímetros como esperado. O que denuncia é a ordem de grandeza, e só quem tem referência na cabeça percebe.

Na prática, a defesa é ter um valor esperado antes de calcular. Numa rede industrial de porte médio, ramal geral costuma ficar entre duas e três polegadas, anel um pouco abaixo e descidas na casa de meia a uma polegada. Quando o resultado sai muito fora disso, há erro antes da conta. Repare que essa referência não substitui o cálculo, ela serve como alarme.

O procedimento se repete três vezes no exercício. O ramal geral, que carrega a vazão inteira da planta, resulta no maior diâmetro. O anel, que carrega aproximadamente metade, resulta num valor menor. As descidas, que atendem apenas o grupo de pontos abaixo delas, resultam nos menores. Essa hierarquia é verificação gratuita: se o diâmetro do anel sair maior que o do ramal geral, alguma vazão foi trocada de lugar.

Ao fim desta etapa existem três diâmetros calculados, e nenhum deles existe no mercado. O passo seguinte é escolher a bitola comercial, o que muda a área e portanto muda a velocidade real, e só então a perda de carga pode ser calculada com valores que correspondem à instalação que será construída. Isso depende de qual tabela comercial será usada, porque tubo de aço, de cobre e de alumínio têm séries diferentes de diâmetro interno para a mesma designação nominal.

Cabe a pergunta: se no fim a perda de carga vai ser verificada de qualquer forma, por que não partir dela. O motivo é prático, porque dimensionar pela perda de carga exige fixar antes quanto de perda cada trecho pode consumir, e essa repartição não é óbvia numa rede com ramal, anel e várias descidas. Seria preciso arbitrar uma distribuição da perda total entre os trechos, o que é mais frágil do que arbitrar uma velocidade. Além disso, a velocidade carrega os outros dois critérios de projeto, o arraste de condensado e o ruído.

Uma última observação sobre o resultado desta etapa. Entre duas bitolas comerciais consecutivas a área varia de forma significativa, e a velocidade varia na mesma proporção inversa, de modo que subir uma bitola pode derrubar a velocidade bem abaixo da faixa recomendada. Velocidade baixa demais não causa problema de operação, mas indica tubo mais caro do que o necessário. Na prática, quando o diâmetro calculado cai muito perto de uma bitola comercial, vale verificar a perda de carga nas duas opções antes de decidir.

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.