Módulo 2 Cavitação (NPSH)

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Máquinas de Fluxo 8º - Engenharia Mecânica 
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1. Apresentação do fenômeno 
Cavitação provém do termo latim “cavus” (cavidade). Pode-se resumir, sob o nome de cavitação, um grupo de fenômenos basicamente importantes, que podem ocorrer no interior de sistemas hidráulicos, pelo aparecimento de bolhas de vapor. 
Isto se deve à vaporização do fluído, que acontece quando a pressão de um escoamento diminui por qualquer motivo e alcança a pressão de vapor correspondente à sua temperatura. 
Pressão de vapor de um fluido a uma determinada temperatura é aquela na qual coexistem as fases líquidos e vapor. 
Nessa mesma temperatura, quando tivermos uma pressão maior que a pressão de vapor, haverá somente a fase líquida e quando tivermos uma pressão menor que a pressão de vapor, haverá somente a fase vapor. 
Nota-se que a medida que aumenta a temperatura, a pressão de vapor aumenta, assim caso a temperatura seja elevada até um ponto em que a pressão de vapor iguale, por exemplo, a pressão atmosférica, o líquido se vaporiza, ocorrendo o fenômeno da ebulição. 
A pressão de vapor tem importância fundamental no estudo das bombas, principalmente nos cálculos de NPSH. 
 
 
 
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Desta forma quanto mais aumentarmos a velocidade do fluído, a distância entre a bomba e o manancial e a perda de carga na sucção, mais negativa será a pressão. 
Se Pe <= Pv, teremos Vaporização do fluído na entrada da bomba e conseqüente CAVITAÇÃO. 
Visualização esquemática do fenômeno em uma bomba: 
 
Quando a bolha de ar encontra a zona de transição de baixa pressão para alta pressão, ocorre o colapso desta (implosão) em forma de um micro jato, e isto gera uma energia muito grande concentrada em um ponto pequeno. Alguma medições dizem que a pressão resultante deste micro jato chega a 1000 Atm. 
Materiais que mais resistem a este fenômeno é o bronze, devido à granulometria fina, na seqüência aço inox e depois os demais, sendo o FoFo o mais frágil. 
 
Para minimizar o efeito da pré-rotação, em função das altas rotações de operação (1750, 3500rpm), gera uma velocidade média elevada. Para minimizar este problema instala-se defletores na sucção. 
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1.2 . Verificação da pressão de entrada 
Pode-se afirmar que não haverá cavitação se Pe>>>Pv, porém se isto não for verdadeiro, pode ocorrer cavitação, pois como vimos na figura da bomba anteriormente mencionada, a equação da energia não penetra no domínio interno da bomba, o que propicia uma diminuição da Pe, desta forma determinamos a cavitação pelo método de NPSH 
1.3. Verificação do NPSH 
NPSH = Net Positive Suction Head (valor positivo de carga na sucção) NPSHr = Requerido pela bomba, fornecido pelo fabricante. NPSHd = Disponível pela instalação, calculado pelo projetista. 
Se NPSHd > NPSHr + 0,5m, não haverá cavitação. 
 
 
 
 
 
 
 
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1.4. Recursos para elevar o NPSH 
 
1.4.1. Bomba acima do nível do manancial 
 
Levando em consideração que em são Paulo, a pressão barométrica está na ordem de 695mmhg, temos 
 
Porém com as perdas internas da bomba, consegue uma altura profundidade máxima de sucção de 7,0 metros. Para recalcar água de poços profundos ou utiliza-se bombas submersas e submersíveis ou bomba injetora, como abaixo demonstrado. 
1.4.2. Afogando a sucção da bomba 
Deixar a bomba abaixo do nível do manancial é uma solução boa para aumentar o NPSH disponível. 
1.4.3. Diminuindo a perda de carga 
Aumentando-se o diâmetro da sucção e/ou reduzindo-se o comprimento total, aumenta o NPSH disponível. 
 
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1.4.4. Diminuindo a rotação da bomba 
 
1.4.5. Alteração das curvas provocadas por cavitação 
 
1.4.6. Ensaio de cavitação 
Primeiro levanta-se pontos conhecidos da curva da bomba (pares QxHb) 
 
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De acordo com a NBR6400, aplica-se vácuo no tanque de captação (variando o P0), e quando a altura manométrica diminuir 3%, esta será o ponto de cavitação. 
 
Avaliando na sucção da bomba: 
 
 
Bibliografia: Santos, Lopes Sergio. Bombas e Instalações Hidráulicas. LCTE Editora, 2007.