Na engenharia e em cursos técnicos, é comum aprendermos fenômenos físicos de forma “teórica” e “real”.
Enquanto o modelo teórico considera condições ideais, com variáveis controladas e perfeitas, o modelo real considera perturbações que reduzem a previsibilidade dos resultados e os distanciam do valor esperado.
Este desvio é visto em diversas áreas da engenharia. Na termodinâmica, por exemplo, as condições reais exigem parâmetros como coeficiente de fugacidade e fator de compressibilidade para corrigir cálculos teóricos.
Já na refrigeração, perdas no processo prejudicam variáveis como entalpia, entropia, eficiência isentrópica, entre outros.
Quando o problema envolve sistemas que transportam fluidos, como sistemas pneumáticos, essa diferença se manifesta de forma clara por meio de um fator crítico e muito conhecido: a perda de carga.
A perda de carga é, simplesmente, a perda de pressão ao longo da linha. Assim, variáveis fundamentais para o desempenho, como a vazão, devem ser calculadas com atenção redobrada.
É justamente neste contexto que surge a necessidade de entender como calcular a vazão segundo a realidade operacional. Quais fatores influenciam na perda de carga? Como tratá-los na prática para projetos industriais?
Essas respostas, entre outras, você obtém no texto de hoje.
Relação entre vazão, pressão e área
Como se sabe, a vazão volumétrica pode ser definida como o produto entre a velocidade do fluido e a área da seção transversal da tubulação:
Q=A⋅v
Onde:
- Q = vazão volumétrica
- A = área da seção transversal
- v = velocidade do fluido
Por meio desta relação, é possível perceber que alterar o diâmetro do tubo e a sua velocidade através de válvulas parcialmente fechadas, por exemplo, faz com que a vazão volumétrica do ar mude.
O que é perda de pressão (perda de carga)
Já a perda de pressão é sinônimo de redução da energia do fluido ao longo do escoamento. Em sistemas pneumáticos, ela ocorre principalmente devido a dois mecanismos:
- Perdas distribuídas: causadas pelo atrito do ar com as paredes internas da tubulação
- Perdas localizadas: causadas por elementos como conexões, válvulas, curvas, filtros e reguladores
Dimensionamento de tubulação – método nomograma
Por acaso você já havia visto um nomograma antes?
Um nomograma é uma ferramenta gráfica, com escalas graduadas (linhas) posicionadas de maneira que, ao traçar uma reta entre valores conhecidos em duas escalas, obtém-se o resultado do cálculo em uma terceira escala.
Em outras palavras, o nomograma permite realizar cálculos complexos de forma visual e instantânea, sem a necessidade de calculadoras ou fórmulas manuais.
No entanto, para utilizar este método, é preciso conhecer algumas variáveis importantes ao longo do sistema, tais como:
- Vazão efetiva: é a quantidade real de ar que chega ao ponto de consumo (como um cilindro ou atuador), considerando todas as perdas e condições reais do sistema;
- Perdas de carga admitidas: valor máximo de perda de pressão que o projetista aceita ao longo do sistema;
- Pressão a regime: pressão efetiva do sistema durante a operação contínua, o
- E outros mais óbvios.
Desta maneira, considere:
- Comprimento total da linha tronco: 500 m
- Vazão efetiva: 1000 m3/h
- Pressão a regime: 6 bar
- Perdas de carga admitidas: 0,1 bar
- Sem pontos de estrangulamento.
Ao traçar essas informações no nomograma, temos:
Como resultado, a tubulação deve ter 4” (polegadas).
“Ah, mas eu queria mesmo é saber a vazão. Isso não me ajuda”
Calma lá! Lembra que para descobrir o valor em uma terceira coluna, basta marcar duas? Então pronto! Entre com duas variáveis que não sejam a vazão, e aí o nomograma vai lhe fornecer o que você precisa!
“E a perda de carga? Está incompleto”.
Bom, está incompleto porque ainda não terminamos. Vamos ver como considerar perdas de carga.
Perda de carga
Agora, chega o momento de considerar o comprimento do tubo equivalente para perda de carga por singularidades (em metros).
Para isso, você conta com tabelas que fornecem, em função do diâmetro nominal (em polegadas) e o tipo de conexão, a perda de carga (em metros) a ser considerada:
Para considerar essas singularidades no cálculo, basta somá-las ao comprimento total da tubulação.
Por exemplo, vamos supor que com seus dados, você tenha 300 metros de comprimento total linear de tubulação (que desconsidera curvas e válvulas e suas respectivas perdas de carga).
Suponha também que seu sistema possui:
- 10 tês roscados com fluxo ramal;
- 5 tês roscados com fluxo linha;
- 7 válvulas gaveta tipo roscada;
- 5 curvas roscadas de 90° com raio longo.
Essas singularidades devem ser pesquisadas nas tabelas de conexões e convertidas em comprimentos em metros, que serão somadas àqueles 300 metros de comprimento linear de tubulação.
Desta maneira, você pode fixar o diâmetro de tubo que deseja para encontrar qual é a perda de carga consequente.
Se você acha este método complicado, não se preocupe, temos outra solução.
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Dimensionamento de tubulação – método cálculo
Como vazão está ligada diretamente ao diâmetro da tubulação e sua velocidade, é possível encontrar as variáveis de interesse também através de uma equação:
Onde:
- d: diâmetro mínimo da tubulação (mm);
- Δp: perda de carga admitida (kgf/cm2);
- P: pressão em regime (kgf/cm2);
- Lt: comprimento da tubulação linear (m);
- Q: volume de ar corrente (m3/h).
Para resolver o problema anterior com este método, basta isolar a variável “Q” e, na variável “Lt”, somar os 300 metros +:
- 10 x 5,2 = 52 m (tês roscados com fluxo ramal);
- 5 x 3,7 = 18,5 m (tês roscados com fluxo linha);
- 7 x 0,58 = 4,06 m (válvulas gaveta tipo roscada);
- 6 x 1,2 = 7,2 m (curvas roscadas de 90° com raio longo).
Além disso, vale a pena aplicar cerca de 60% na vazão máxima para futuros aumentos de capacidade da sua indústria no futuro, quando ela alcançar horizontes que você ainda não conhece!
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FAQ – Vazão e perda de pressão em sistemas pneumáticos
1. O que causa perda de pressão em sistemas pneumáticos?
A perda de pressão ocorre devido ao atrito do ar com as paredes da tubulação (perdas distribuídas) e pela presença de conexões, válvulas e curvas (perdas localizadas).
2. Como calcular a vazão em sistemas pneumáticos?
A vazão pode ser calculada pela relação entre área da tubulação e velocidade do fluido (Q = A × v), ou por meio de métodos como nomogramas e equações de dimensionamento.
3. Por que o dimensionamento da tubulação é importante?
Tubulações mal dimensionadas aumentam a velocidade do ar e as perdas por atrito, reduzindo a eficiência do sistema e prejudicando o desempenho dos equipamentos.
4. Como reduzir perdas de carga na prática?
Utilizando tubulações adequadas, reduzindo o número de conexões e curvas, mantendo filtros limpos e escolhendo componentes de qualidade para o sistema pneumático.
