Cavitação Fenômeno que consiste na formação de bolhas de vapor (vazios no meio fluido) que ocorre no interior de sistemas hidráulicos. Como ocorre o fenômeno da cavitação? Se na ent ntra rada da da bom omb ba p < pvap temper peratu atura ra em em que que o vapor or do líqu líquido ido (na tem líquido se encontra), encontra), inicia-se inicia-se o processo processo de vaporização do mesmo. mesmo. Nestas condições, uma grande grande bolha bolha de vapor poderá 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 desequilí dese quilíbrio brio)) e retorna retornam m à fase líqui líquida. da.
Cavitação
Como ocorre o fenômeno da cavitação? O colapso das bolhas de vapor, sendo acompanhado de ondas de choque, provoca corrosão, desgastando e até mesmo destruindo pedaços dos rotores e dos tubos de aspiração junto à entrada da bomba. O fenômeno de formação e destruição das bolsas de vapor, ou cavidades preenchidas com vapor, denomina-se cavitação.
Cavitação Características de uma bomba em cavitação queda do rendimento; aumento da potência de eixo (bombas); queda da potência de eixo (turbinas); marcha irregular, trepidação e vibração das máquinas, pelo desbalanceamento que acarreta; ruído, provocado pelo fenômeno de implosão das bolhas.
Efeitos da Cavitação Dependem do tempo de duração, intensidade de cavitação, propriedade do líquido e resistência do material à erosão por cavitação. 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: da altura estática de sucção; do comprimento da tubulação de sucção da rugosidade das paredes dos tubos 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 hsg está localizada acima do eixo da bomba, a cavitação praticamente é eliminada.
ALTURA GEOMÉTRICA DE SUCÇÃO A linha de sucção de uma bomba é o local onde geralmente as pressões são baixas. Sendo assim, é exatamente na linha de sucção que se deve ter cuidado para que durante o bombeamento de líquidos, a pressão não atinja a pressão de vaporização na temperatura que o líquido se encontra. A altura geométrica de sucção de uma bomba é definida como a distância vertical do centro do eixo da bomba e o nível do líquido no reservatório de sucção.
ALTURA GEOMÉTRICA DE SUCÇÃO Altura geométrica de sucção é negativa
Bomba afogada
Bomba não afogada
Altura geométrica de
A pressão na entrada da bomba é usada como referência para a menor pressão permitida na linha de sucção, apesar das perdas entre a entrada da bomba e a entrada do rotor que tende a diminuir a pressão até atingir a posição nas pás do rotor onde se inicia a transferência de quantidade de movimento. Como a água vaporiza à pressão e temperatura constantes, ao iniciar a cavitação a pressão naquele ponto tende a manter-se constante, igual a pressão de vapor do líquido, mesmo que o rotor tente impor seu abaixamento, provocando um limite na vazão para a qual ocorre a cavitação fazendo com que a curva da bomba sofra uma deformação a partir daquele ponto.
NPSH requerido e NPSH disponível Para se evitar o fenômeno da cavitação, os fabricantes definem, em função da vazão, qual o valor da energia que deve existir na flange de sucção da bomba, para que na entrada do impelidor a pressão esteja ainda superior à da vaporização. A este valor deu-se o nome de NPSH requerido (Net Positive Suction Head required) ou simplesmente NPSHr , que é fornecido pelos fabricantes juntamente com as curvas das bombas. Pelo exposto, o NPSHr pode ser definido como a carga exigida pela bomba para aspirar o fluido do poço de sucção
NPSH requerido e NPSH disponível Para que a bomba não cavite, demonstra-se que a altura geométrica de sucção é dada pela expressão abaixo. Ou seja, a altura de sucção máxima é obtida pela seguinte fórmula:
h sg ≤
p atm − p v γ
− h B − ∆ h perdas −
V 22 − V 12 2 g
OBS.: 1. O valor da pressão de vapor (pv) depende da temperatura, seu valor pode ser obtido por meio de tabela. 2. hB é uma perda de carga interna da bomba, relacionada à sua geometria e ao tipo de rotor.
h B = σ Hm de cavitação (no de Thoma), que mede a sensibilidade da ba à vitaçã
σ: fator
b
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
Tipo de bomba
ϕ
0,0011
Centrífugas radiais, lentas e normais
0,0013
Helicoidais hélico-axiais
0,00145
Axiais
O coeficiente de cavitação é obtido pela seguinte expressão matemática: 4 σ = ϕ. n q 3 Lembrando que a rotação específica é:
nq =
n Q H3 4
Segundo Stepanoff, nas proximidades do ponto de maior rendimento,
NPSH requerido e NPSH disponível
Da equação de altura máxima de sucção definida anteriormente, separando as grandezas que dependem das condições locais da instalação e aquelas que dependem das condições particulares da bomba, tem-se: NPSH disp
NPSH req
644 4 4 744 4 4 8
64 4 74 4 8
patm
V − V
γ
−
pv γ
± h sg − ∆h perdas >
2 2
2 g
2 1
+ h B
NPSHdisp : representa a disponibilidade de pressão, ou energia, no flange da bomba. NPSHreq : representa a carga exigida pela bomba para poder succionar
NPSH requerido e NPSH disponível Pode-se
afirmar que, em uma instalação de bombeamento, a bomba não cavitará quando:
NPSHd > NPSHr Na prática: NPSHd > 1,10 a 1,15 NPSHr O
NPSHd é uma preocupação do usuário ou projetista e o NPSHr é dado pelo fabricante.
Observações Importantes - Quando a bomba for de dupla sucção, a altura geométrica de sucçã 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
