Carga e controle

As válvulas revelam-se dispositivos essenciais para qualquer sistema de transporte de fluidos. Por meio delas, torna-se possível abrir ou fechar uma tubulação de água, por exemplo, e controlar a quantidade de fluido que passa para o outro lado. Os primeiros registros do uso de válvulas nesses sistemas datam de períodos anteriores ao ano 1. No entanto, os dois tipos de válvula mais utilizados até os dias de hoje, as válvulas gaveta e globo, foram desenvolvidas entre os séculos XVIII e XIX.

Ambas possuem vantagens e desvantagens. A válvula do tipo gaveta funciona como uma espécie de comporta que se movimenta em direção à canopla ou a um trecho da tubulação, interrompendo ou permitindo a passagem do fluido. É mais utilizada com funções de manutenção, de uso mais restrito, pois não permite o controle do fluxo, funcionando totalmente aberta ou fechada. São exemplos de válvulas gaveta os dispositivos conhecidos como registros, presentes nos banheiros e cozinhas e que são fechados no caso de manutenções.

Já o tipo globo é mais comum no uso diário, estando presente em chuveiros e torneiras. Diferentemente do tipo gaveta, no globo o que interrompe ou libera o fluxo é uma espécie de disco que se desloca em um espaço esférico – daí o nome “globo”. Sua grande vantagem é permitir o controle mais fino do fluxo, além de ter um sistema de operação mais simplificado. Entretanto, é o modelo com a maior perda de carga. Isso porque a resistência exercida por seus componentes gera turbulências no fluido que resultam em menos energia e pressão. Ou seja, parte da energia e pressão que a coluna d’água apresenta ao chegar à válvula dissipa-se. Um dos desafios da engenharia é reduzir essa perda de energia causada pelas válvulas.

“O ideal seria que as válvulas, quando totalmente abertas, não causassem perdas de energia”, explica Vatavuk. Segundo os pesquisadores, as soluções atuais para o problema encontram-se no aumento do diâmetro dos encanamentos e/ou no emprego de bombas elétricas, o que encarece o custo das construções e de sua manutenção. Uma solução mais interessante, então, precisaria, de alguma maneira, estar associada ao formato da válvula.

Os professores José Gilberto Dalfré Filho (à esq.) e Paulo Vatavuk, orientador e coorientador, respectivamente: formato da válvula pode ser a solução

O protótipo criado por Costa Filho apresenta formato retangular e acionamento feito por um controle que desliza na horizontal. O desenvolvimento aconteceu em duas etapas. A primeira envolveu o estudo de alternativas para o projeto utilizando a fluidodinâmica computacional, de forma a analisar o comportamento do escoamento dos fluidos considerando índices de abertura da válvula de 10%, 30%, 50%, 70%, 90% e 100%. A partir disso, elaboraram-se mapas medindo a velocidade e a pressão do fluido, permitindo comparar as diversas opções consideradas para o projeto da válvula. A segunda etapa consistiu na fabricação de um protótipo e em uma avaliação experimental, na qual o desempenho da nova válvula foi medido e comparado com o de uma válvula globo de mercado.

A partir dos testes, é obtido o coeficiente de perda de carga das válvulas, um número adimensional – que não é expresso por unidade de medida. Quanto mais elevado o coeficiente, maior a perda de carga. Enquanto a válvula globo convencional apresentou 39,6 de coeficiente, o protótipo registrou o número de 3,2 – mais de dez vezes menor. “Esse parece um desenvolvimento simples de produto, mas os conhecimentos empregados para que o protótipo pudesse ser produzido não é algo encontrado de forma corriqueira”, pontua Dalfré Filho.

SIMPLES E EFICAZ

Além de possibilitar o controle de fluxo com pouca perda de carga, a invenção de Costa Filho apresenta outra vantagem: economia de espaço e de materiais. O estudo aponta que as canoplas das válvulas consomem cerca de 0,1 metro quadrado de área dos boxes. Esse valor pode parecer pequeno se considerada apenas uma residência. Entretanto, em um conjunto de mil habitações, por exemplo, trata- se de 100 metros quadrados que podem ser aproveitados de outra forma.

Outro ganho está na facilidade de manutenção, o que se traduz em custos menores. Nos modelos convencionais, qualquer simples reparo já implica a quebra da alvenaria, transtorno que não aconteceria com o novo modelo. “O acesso para manutenção é todo frontal. Basta desparafusar a chapa metálica e o reparo é feito ali mesmo, sem a necessidade de quebrar a alvenaria”, detalha o engenheiro, que vê na simplicidade de sua criação um de seus maiores valores agregados. “A pesquisa mostra que não é preciso algo mirabolante para ser eficiente.”

Texto publicado originalmente no Jornal da Unicamp