Cavitação

Prévia do material em texto

Cavitação 
1 
 
1111 CavitaçãoCavitaçãoCavitaçãoCavitação 
1.11.11.11.1 O fenômeno da cavitaçãoO fenômeno da cavitaçãoO fenômeno da cavitaçãoO fenômeno da cavitação 
- fluido em escoamento (temperatura constante) passa por uma 
região de baixa pressão, chegando a atingir pressões inferiores à 
sua pressão de vapor e, por isso, parte dele vaporiza, formando 
bolhas; 
 
Figura 1 – Curva de pressão de vapor 
 
- em geral na região de sucção da bomba; 
 
Figura 2 – Região onde ocorre a formação das bolhas (www.ottosistemas.com.br) 
 
- processo extremamente rápido, chegando à ordem de centésimos 
de segundos. 
1.21.21.21.2 CCCConsequências diretasonsequências diretasonsequências diretasonsequências diretas 
- se pressão interna das bolhas for superior à externa, elas se 
expandem até ocupar toda a seção: interrupção do escoamento; 
- se as bolhas são carregadas para o interior da bomba, onde a 
pressão é maior, elas tendem a implodir e, se a explosão ocorrer 
Cavitação 
2 
 
próxima às superfícies sólidas da bomba, estas podem ser 
erodidas; 
- golpe de aríete: efeito da cavitação repetido continuamente por 
inúmeras bolhas, acompanhado de ondas acústicas audíveis 
(também chamado martelagem); 
- queda de rendimento da bomba; 
- excesso de ruídos; 
- vibrações contínuas do equipamento e sistema acoplado; 
- erosão interna de partes da bomba, exigindo manutenção 
periódica e dispendiosa. 
 
 pt.wikipedia.org www.manutençãoesuprimentos.com.br 
Figura 3 – Erosão em equipamentos devido à cavitação 
 
1.31.31.31.3 Explicações do fenômenoExplicações do fenômenoExplicações do fenômenoExplicações do fenômeno 
Não há um consenso sobre o assunto: 
- a introdução e expulsão contínua do líquido nos poros do metal 
promove a erosão, acentuada pelo aparecimento das limalhas 
após o início da corrosão; 
- corrosão química devido à liberação de oxigênio pelo líquido; 
- cavitação induz vibrações às zonas mais extensas do metal e a 
erosão acontece devido ao intenso fenômeno oscilatório que dá 
origem a elevadas pressões internas. 
 
1.1.1.1.4444 CCCCoooommmmoooo eeeevvvviiiittttaaaarrrr o fenômenoo fenômenoo fenômenoo fenômeno 
Embora não se tenha conhecimento exato do mecanismo segundo 
o qual se processa a cavitação, é possível projetar, com grande 
segurança, uma instalação na qual em todos os pontos do 
Cavitação 
3 
 
percurso do líquido a pressão interna é maior que a sua pressão 
de vapor, em certa temperatura. 
Aplicando a equação de Bernoulli entre os pontos (0) e (1) 
definidos na figura 4: 
 
��� + ��� +
���2
� − ��
 +
�
� +
�
�2
� = ∆ℎ�→
 + �� 
 
 
Figura 4 – Instalação elevatória típica (adaptado de www.ebah.com.br) 
 
Considerando o DATUM no ponto (0): 
�� = 0 → �����					�					�
 = ℎ�					 
�� = ������ 
�� = 0		 → !�"#$%	!%	$�&�$'(#ó$*% 
�� = 0				 → ("#�&	!(	+%,+( 
∆ℎ�→
 = ∆ℎ -.çã1 + ∆ℎ∗ 
Em que ∆h* é a perda de carga na sucção da bomba, entre o fim 
da tubulação e a entrada do rotor da bomba. 
E a equação de Bernoulli passa a: 
������ � − �ℎ� +
�
�� � +
�
�2
� = ∆ℎ -.çã1 + ∆ℎ∗ 
Observe que dos termos desta equação, o único que facilita o 
processo de sucção é 34564789 ; os demais termos tendem a dificultar o 
processo de sucção. 
Cavitação 
4 
 
Separando os termos que dependem da instalação elevatória ou 
do fluido dos que dependem da bomba: 
������ � − �ℎ� +
�
�� � + ∆ℎ -.çã1� =
�
�2
 + ∆ℎ∗ 
:;<�=> 3 = :;<�?@A 
Sendo: 
- NPSH – NNNNet PPPPositive SSSSuction HHHHead, ou, em bom português, carga 
líquida para sucção; 
 
:;<�=> 3 = ����
�� 
� − �ℎ� +
�
�� � + ∆ℎ -.çã1� 
- NPSHdisp – carga existente, ou disponível, na instalação 
elevatória para permitir a sucção do líquido; 
- NPSHdisp tem seu valor máximo quando p1abs=pvapabs; 
 
:;<�?@A = �
�
2
 + ∆ℎ∗ 
- NPSHreq – carga energética mínima que a bomba necessita para 
succionar o fluido sem cavitar; 
- é curva característica fornecida pelo fabricante da bomba; 
- é função da velocidade e, portanto, da vazão (aumenta com o 
aumento da vazão). 
 
Análise final: 
- quando 
NPSHreq ≥ NPSHdisp ⇒ CAVITAÇÃO 
porque o sistema não oferece o mínimo que a bomba requer para 
funcionar sem cavitar. 
 
- para evitar a cavitação: 
NPSHdisp > NPSHreq 
 
Cavitação 
5 
 
Na falta da curva característica de NPSH da bomba, pode-se 
trabalhar com a seguinte aproximação: 
 
:;<�?@A = ∆ℎ∗ = 0,0012 ∙ "E FG ∙ H� FG 												[,] 
Em que: 
- n é a rotação nominal da bomba (RPM); 
- Q é a vazão no ponto de rendimento máximo da bomba (m³/s). 
 
EXERCÍCIOSEXERCÍCIOSEXERCÍCIOSEXERCÍCIOS