6. Cavitação

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Tópicos Integradores
Aula 04: Máquinas de Fluxo: Cavitação
Profa. Tathiane Caminha Andrade
MKT-MDL-05
Versão 00
Introdução
• Ao desmontar uma bomba ou turbina 
hidráulica que apresenta funcionamento 
irregular, o responsável pela 
manutenção, pode deparar-se com a 
superfície metálica das pás do rotor 
recoberta de minúsculas crateras, em 
casos extremos, dando ao material uma 
aparência esponjosa, semelhante a de 
um osso fraturado.
• Poderia ser erosão por partículas
abrasivas?
Mesmo em líquidos totalmente isentos de 
partículas abrasivas, esse fenômeno pode 
acontecer! Ele é conhecido como cavitação!
Introdução
• A cavitação vem acompanhada de um ruído próprio e, mesmo 
antes dos danos provocados pela erosão, provoca alteração nas 
características da máquina, como redução da vazão, redução da 
potência no eixo e queda de rendimento.
Cavitação - Definição
• A cavitação consiste na formação e subsequente colapso, no seio 
de um liquido em movimento, de bolhas ou cavidades 
preenchidas, em grande parte, por vapor do liquido.
Cavitação - Definição
• No entanto, Canavelis propõe, como definição mais geral de 
cavitação, a formação de cavidades macroscópicas em um liquido, 
a partir de núcleos gasosos microscópicos. Diz ainda da 
importância destes núcleos, constituídos de vapor do liquido, gás 
não dissolvido no liquido ou de uma combinação de gás e vapor, 
pois a inexistência dos núcleos microscópicos tornaria necessária a 
aplicação de forças localizadas da mesma ordem de grandeza das 
forças de ligação molecular, para o surgimento do fenômeno da 
cavitação.
Cavitação
• O crescimento destes
núcleos microscópicos
acontece por
vaporização, dando
origem ao aparecimento
da cavitação, sempre
que a pressão em um
ponto qualquer do
escoamento atingir
valores iguais ou
inferiores a pressão de
vaporização do líquido na
temperatura em que ele
se encontra.
Cavitação
• Quando a pressão absoluta cai a valores inferiores a pressão de 
vaporização da água na temperatura em que esta se encontra, 
formam-se bolhas de vapor a partir de núcleos microscópicos, 
contendo gases não dissolvidos na água ou vapor d’ água, 
existentes em torno de matérias em suspensão (impurezas) ou em 
pequenas fissuras das fronteiras sólidas
Cavitação
• À medida que são arrastadas pela corrente em escoamento para 
regiões de pressão mais elevada, as bolhas vão aumentando de 
tamanho até o local em que a pressão torna-se novamente 
superior a pressão de vaporização da agua.
• Neste ponto, o vapor contido no interior das bolhas condensa-se 
bruscamente, deixando um espaço vazio, que é preenchido 
rapidamente pela água circundante, causando o que se denomina 
de implosão das bolhas (bubbles implosion).
Cavitação
• O choque entre as partículas que ocupam o espaço deixado pela 
implosão das bolhas dá origem a uma onda de choque, fazendo 
surgir picos de altíssima pressão no local (60 a 200 MPa), que se 
repetem com alta frequência (de 10 a 180 kHz). 
• Estas sobrepressões localizadas propagam-se em todas as direções 
com velocidade equivalente a do som na agua, diminuindo 
gradativamente de intensidade. As superfícies metálicas que se 
encontram nas proximidades da zona de colapso das bolhas serão 
então, atingidas por golpes altamente concentrados e repetidos 
que acabam por desagregar partículas de material por fadiga, 
formando pequenas crateras que caracterizam a erosão por 
cavitação (cavitation pitting).
Cavitação
• A cavitação provoca a queda do rendimento e da potência gerada 
pela turbina e, em determinadas ocasiões, pode dar origem a 
vibrações perigosas para a estrutura da máquina.
Vídeo do IET no youtube: 
https://www.youtube.com/watch?v=U-uUYCFDTrc&t=7s
Cavitação
• Como minimizar:
• Injeção de ar nas zonas de baixa pressão do rotor e do tubo de 
sucção de turbinas hidráulicas
• Muitas vezes é antieconômico projetar uma turbina a salvo do 
perigo de cavitação, procura-se utilizar materiais resistentes 
à cavitação.
Cavitação
Cavitação
• A partir do quadro, vemos que fundição de ferro não é 
recomendado para partes expostas à cavitação, enquanto que 
alguns aços inoxidáveis são melhores. Isso devido a alta 
tenacidade, elevado limite de elasticidade e dureza.
• O aço inoxidável é empregado como recobrimento por solda das 
zonas mais expostas a cavitação, como chapa soldada nas 
superfícies das pás do rotor, ou, mais raramente, pelo elevado 
custo, na construção de todo o rotor.
Cavitação
• As superfícies danificadas pela cavitação têm um aspecto
rendilhado, esponjoso, enquanto as superfícies desgastadas por
abrasão apresentam-se riscadas, onduladas e polidas.
Coeficiente de Cavitação
• Para cavitação provocada por singularidades que originam redução local 
da pressão (tubos de Venturi, diafragmas, curvas, saliências):
• ! = coeficiente de cavitação, adimensional;
• pr = pressão de referência do líquido, ou seja, pressão absoluta num
ponto próximo da singularidade, mas fora da zona de cavitação, em Pa;
• pv = pressão de vaporização do líquido a temperatura considerada, em 
Pa;
• " = massa específica do líquido, em kg/m3;
• c = velocidade do líquido num ponto ou numa seção de referência 
(velocidade media numa seção de canalização, por exemplo), em m/s.
Coeficiente de Cavitação
• Para cavitação em máquinas de fluxo, utiliza-se o coeficiente de Thoma
• ! = coeficiente de cavitação de Thomas, adimensional;
• "Ys = energia específica correspondente à depressão suplementar Aps
devida à sobrevelocidades localizadas no rotor das máquinas de fluxo, 
em J/kg;
• Y = salto energético específico correspondente à altura de queda das 
turbinas ou à altura de elevação das bombas, em J/kg;
• "ps = depressão suplementar, em kgf/m2;
• H= altura de queda da turbina ou altura de elevação da bomba, em m;
• #= peso específico do líquido que circula pela máquina, em kgf/m3.
Questões ENADE
NPSH (Net Positive Suction Head)
• No bombeamento de líquidos, a pressão, em qualquer ponto da 
linha de sucção, nunca deve ser reduzida a pressão de vapor do 
liquido. 
• A energia disponível para conduzir o liquido através da 
canalização de sucção e no seu percurso pelo interior do rotor, 
sem risco de vaporização, pode ser, então, definida como a 
energia total na sucção menos a energia correspondente a pressão 
de vapor do liquido na temperatura de bombeamento. 
• Esta energia disponível por unidade de peso, medida na boca de 
sucção da bomba, é denominada de NPSH.
NPSH (Net Positive Suction Head)
• Cada bomba exige, na boca de sucção, uma certa quantidade de 
energia NPSH, expressa em metros de coluna de líquido, para que 
não haja cavitação. 
• Esta energia específica é denominada de NPSH requerido pela 
bomba ou energia de segurança à cavitação e depende 
fundamentalmente das características construtivas da máquina, 
mas também de propriedades do líquido, como a viscosidade.
• Para que não exista cavitação, é necessário que:!"#$%&'%( ≥ !"#$*+&,-.&
Questões ENADE