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Cavitação
F
Fenômeno que consiste na formação de bolhas de vapor (vazios no meio fluido) que ocorre no interior de sistemas hidráulicos.
F
Como ocorre o fenômeno da cavitação? Se na entrada da bomba p < p
vapor do líquido
(na temperatura em que o
líquido se encontra), inicia-se o processo de vaporização do mesmo. Nestas condições, uma grande bolha de vapor poderá aparecer na seção de entrada da bomba e interromper a circulação do fluido. Em vez de bolha única, pode ocorrer a formação de bolhas múltiplas que, ao atingirem regiões de maior pressão dentro da bomba, sofrem um colapso (implosões audíveis seguidas de vibrações devidas ao desequilíbrio) e retornam à fase líquida.
Cavitação
F
Como ocorre o fenômeno da cavitação? O colapso das bolhas de vapor, sendo acompanhado de ondas dechoque, provoca corrosão, desgastando e até mesmo destruindopedaços dos rotores e dos tubos de aspiração junto à entrada dabomba. O fenômeno de formação e destruição das bolsas de vapor,ou
cavidades
preenchidas com vapor, denomina-se
cavitação
Efeitos da Cavitação
F
Dependem do tempo de duração, intensidade de cavitação,
propriedade do líquido e resistência do material à erosão por cavitação.
F
A destruição das paredes da carcaça e das palhetas do rotor,
provocada pelos choques, é devida a dois efeitos: efeito mecânico e
efeito químico. Para reduzir a corrosão das bombas, utilizam-se em sua fabricação materiais que resistem melhor aos efeitos da cavitação, dentre eles: ferro fundido; bronze; alumínio; aço fundido; aço laminado; bronze fosforoso; bronze-manganês; aço-níquel; aço-cromo e ligas de aço inoxidável especiais. Para bombas que utilizam materiais químicos, devem ser revestidas com neoprene.
Condições de Cavitação
A queda de pressão desde a entrada do tubo de sucção até a entrada da
bomba depende:
F
da altura estática de sucção;
F
do comprimento da tubulação de sucção
F
da rugosidade das paredes dos tubos
F
das perdas de cargas localizadas devidas às peças intercaladas nesta parte da instalação.
A presença de cavitação é evitada através do projeto adequado da
linha de sucção minimizando o aparecimento de baixas pressões. Normalmente, em bombas afogadas, ou seja, onde a h
sg
está
localizada acima do eixo da bomba, a cavitação praticamente é eliminada.
ALTURA GEOMÉTRICA DE SUCÇÃO
Altura
geométrica de
sucção
é negativa
Altura
geométrica de
sucção
é positiva
Bomba afogada
Bomba não afogada
A pressão na entrada da bomba é usada como referência para amenor pressão permitida na linha de sucção, apesar das perdas entre aentrada da bomba e a entrada do rotor que tende a diminuir a pressãoaté atingir a posição nas pás do rotor onde se inicia a transferência dequantidade de movimento.Como a água vaporiza à pressão e temperatura constantes, ao iniciar acavitação a pressão naquele ponto tende a manter-se constante, igual apressão de vapor do líquido, mesmo que o rotor tente impor seuabaixamento, provocando um limite na vazão para a qual ocorre acavitação fazendo com que a curva da bomba sofra uma deformação apartir daquele ponto.
NPSH requerido e NPSH disponível
Para que a bomba não cavite, demonstra-se que a altura geométrica desucção é dada pela expressão abaixo. Ou seja, a altura de sucçãomáxima é obtida pela seguinte fórmula:
g
V V h h p p h
perdas
B
v
atm
sg
2
1
2
2
OBS.:1.
O valor da pressão de vapor (p
v
) depende da temperatura, seu valor
pode ser obtido por meio de tabela.
h
B
é uma perda de carga interna da bomba, relacionada à sua
geometria e ao tipo de rotor.
m
B
H
h
σ
fator de cavitação
(n
o
de Thoma), que mede a sensibilidade da
bomba à cavitação.
O fator de cavitação
σ
é função da rotação específica da bomba e de
um fator (
ϕ
), que tem seus valores iguais a:
Valor de
ϕ
Tipo de bomba
0,
Centrífugas radiais, lentas e normais
0,
Helicoidais hélico-axiais
0,
Axiais
O coeficiente de cavitação é obtido pela seguinte expressão matemática:
q n. ϕ = σ
4
3
q
H
Q
n
n
Lembrando que a rotação específica é: Segundo Stepanoff, nas proximidades do ponto de maior rendimento,
3
/
4 q
n
.
0012
,
0
=
σ
NPSH requerido e NPSH disponível
F
Pode-se afirmar que, em uma instalação de bombeamento, a
bomba não cavitará quando:
NPSH
d
> NPSH
r
Na prática: NPSH
d
1,10 a 1,15 NPSH
r
F
O NPSH
d
é uma preocupação do usuário ou projetista e o NPSH
r
é
dado pelo fabricante.
Observações Importantes
- Quando a bomba for de dupla sucção, a altura geométrica de sucção
é calculada para um lado do rotor. Assim, a vazão da bomba será dividida por dois, na equação da rotação específica (para a determinação do coeficiente de cavitação).
- Os fabricantes de bombas trazem em seus catálogos a altura
geométrica de sucção e/ou o NPSH requerido pela bomba.
Medidas Destinadas a Dificultar o Aparecimento da Cavitação Quando a instalação apresenta um NPSH disponível insuficiente para uma seleção ótima da bomba, existem vários modos de se lidar com o problema. Podemos encontrar meios para aumentar o NPSH disponível:
- Elevar o nível do líquido no tanque de sucção - Abaixar a bomba - Reduzir as perdas na linha de sucção - Resfriar o líquido
