A4 Aula sobre cavitacao

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9. CAVITAÇÃO. NPSH. 
 
 Definição 
- Fenômeno que ocorre devido ao fato de aparecer na tubulação de 
sucção (à entrada da bomba), pressões iguais ou inferiores à pressão de 
vapor do líquido circulante. Haverá então a formação de bolhas de 
vapor (cavidades) que serão arrastadas pela corrente líquida em direção 
à saída do rotor, onde reinam pressões elevadas. Esta brusca variação 
de pressão provoca o colapso das bolhas por um processo de implosão. 
 
- O colapso das bolhas é acompanhado de ondas acústicas, podendo o 
ruído ser audível, provocando um barulho característico. 
- Processo extremamente rápido, chegando à ordem de centésimos de 
segundo. 
 
Conseqüências: 
→ Queda de rendimento da bomba; 
→ Início de um fenômeno de erosão das partes metálicas que poderão 
inutilizar a máquina (destruição das paredes da carcaça e das palhetas 
do rotor). 
 
Explicação do fenômeno de erosão: 
- Ainda não há consenso. 
→ Efeito físico (mecânico) – com as implosões, há o decréscimo do 
diâmetro das bolhas → as partículas fluidas deslocam-se para o centro 
destas bolhas e chocam-se em virtude do entrecruzamento de suas 
trajetórias → os choques provocam sobrepressões que se propagam em 
todas as direções, afetando principalmente os poros e ranhuras das 
superfícies metálicas. 
 
→ Efeito químico – com a implosão das bolhas, há a liberação de íons 
de O2 que atacam as superfícies metálicas. 
 Condições de cavitação: 
- Para que uma bomba trabalhe sem cavitar é necessário que em 
todos os pontos do percurso do fluido, a pressão interna seja sempre 
superior à pressão de vapor da água, à temperatura que funcione a 
instalação. 
 
 - Ponto mais crítico em termos de pressão baixa – entrada do rotor. 
 - Queda de pressão = f (Q, D, Ls, e, hs) 
 
 NPSH (Net Positive Suction Head) 
 
 NPSH disponível 
- É uma característica da instalação, definida como a energia que o 
líquido possui em um ponto imediatamente antes do flange de sucção 
da bomba, acima de sua pressão de vapor (pressão disponível na 
instalação para sucção do fluido). 
)1(p
g2
vpNPSH v
2
11
disp γγγγ
−−−−++++
γγγγ
==== 
 
onde pv/γ é a pressão de vapor da água (m.c.a.). 
 
Consideremos uma instalação de recalque com hs positivo e N.A. do 
poço de sucção sujeito a pressão atmosférica (patm/γ). Aplicando a 
equação de Bernoulli entre a superfície do reservatório e a entrada da 
bomba, tem-se: 
sf
2
11
s
2
00
0 hg2
vph
g2
vp
z ++++++++
γγγγ
++++====++++
γγγγ
++++ 
 
)2(
g2
vphhp
2
11
sfs
atm ++++
γγγγ
====−−−−−−−−
γγγγ
 
 
Comparando-se as equações (1) e (2), tem-se: 
 positivohparahhppNPSH ssfs
vatm
disp ⇒⇒⇒⇒





++++++++
γγγγ
−−−−
γγγγ
==== (3) 
)afogadabomba(negativoh/phhppNPSH ssfsvatmdisp ⇒⇒⇒⇒





++++−−−−
γγγγ
−−−−
γγγγ
====
 
 NPSH requerido 
- É a energia requerida pelo líquido para chegar, a partir do flange de 
sucção e vencendo as perdas de carga dentro da bomba, ao ponto onde 
ganhará energia e será recalcado (fornecida pelo fabricante em função 
da vazão). 
 
Para o bom funcionamento do sistema elevatório (para não haver 
cavitação) é necessário que, para a vazão recalcada: 
 
reqdisp NPSHNPSH >>>> (4) 
 
 
- Na prática: NPSHdisp – NPSHreq = mínimo de 0,5 m. 
 
 - Análise das variáveis que influem no NPSH disponível: 
● hs: menor hs → maior NPSHdisp (valor prático: hs < 4 a 5 m); 
● hfs: menor hfs → maior NPSHdisp; 
● patm/γ: maior altitude → menor patm/γ → menor NPSHdisp (influência 
importante nas bombas situadas em aeronaves). 
 
 Determinação da máxima altura estática de sucção 
Substituindo a eq. (3) na eq. (4) tem-se: 
 
reqsfs
vatm NPSHhhpp >>>>





++++++++
γγγγ
−−−−
γγγγ
 
 
 )5(NPSHhpph reqsfvatms 





++++++++
γγγγ
−−−−
γγγγ
≤≤≤≤ 
 
 Determinação da pressão atmosférica e da pressão de vapor 
 
)6(
1000
h081,07606,13patm 




 −−−−
====
γγγγ
 (m.c.a.) 
 
onde h é a altitude do local (m). 
 
Obs: Equação válida para h < 2000 m. 
 
 Tabela 1 – Valores da pressão de vapor da água em m.c.a. 
T(°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 
Pv/γ (m) 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,43 0,57 0,75 0,98 1,25 
T(°C) 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 
Pv/γ (m) 1,61 2,03 2,56 3,20 3,96 4,86 5,93 7,18 8,62 10,33 
 
 
 Coeficiente de cavitação de Thoma (σ) 
 
 - Coeficiente adimensional definido como: 
 
)7(
H
NPSH
m
req
====σσσσ 
 
 σc → valor mínimo de σ para o qual tem início a cavitação. Pode ser 
determinado experimentalmente para uma dada máquina ou modelo. É dado 
pelas seguintes expressões, produto de um grande número de ensaios: 
 
)8(
H
Qn65,3onde10x0,2 4/3
m
2/1
s
3/4
s
4
c ====ηηηηηηηη====σσσσ −−−− 
ou 
)9(
H
Qn
onde0012,0 4/3
m
2/1
q
3/4
qc ====ηηηηηηηη====σσσσ 
 
Assim, a altura máxima de sucção pode ser dada por: 
 
)10(Hhpph mcsvatms 





σσσσ++++∆∆∆∆++++
γγγγ
−−−−
γγγγ
====