5-Cavitacao_Adelma-HSA

Prévia do material em texto

FACULDADE DE TECNOLOGIA SÃO PAULO 
 
 
ADELMA SOUZA CRISPIM RICCIO 
 
 
 
CAVITAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo – SP 
2020 
 
 
 
ADELMA SOUZA CRISPIM RICCIO 
 
 
 
 
CAVITAÇÃO 
 
 
 
 
Trabalho apresentado à disciplina 
Laboratório de Hidráulica do curso 
Tecnologia em Hidráulica e Saneamento 
Ambiental da Faculdade de Tecnologia de 
São Paulo como requisito parcial para 
aprovação na disciplina. 
 Professor: Wladimir Firsoff 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo – SP 
2020 
 
Resumo 
 
Cavitação é o nome dado a mudança brusca de vapor para líquido que ocorre 
no interior da bomba provocando vibrações e ruídos anormais, além de queda 
de vazão e altura monométrica provocando o desgaste excessivo das peças 
internas da bomba em contato com o líquido. Ocorre quando a pressão de um 
líquido numa tubulação, cai abaixo da sua tensão de vapor, dando início ao 
processo de formação de bolhas de vapor, que são arrastadas pelo fluxo. Na 
cavitação ocorre o fenômeno de vaporização de um líquido pela redução da 
pressão, durante seu movimento. Para todo fluido no estado líquido pode ser 
estabelecida uma curva que relaciona a pressão à temperatura em que ocorre a 
vaporização. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 5 
2. REVISÃO DE LITERATURA ................................................................... 5 
2.1. Cavitação ................................................................................................ 5 
2.2. NPSH – Net Positive Suction Head ......................................................... 6 
2.3. Causas da formação de cavitação .......................................................... 7 
2.4. Metodologia de ensaio ............................................................................ 7 
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................. 10 
4. REFERÊNCIAS ..................................................................................... 11 
5 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Cavitação é a formação de cavidades (bolhas de vapor ou de gás) num 
líquido por efeito de uma redução da pressão total. Quando a pressão de um 
líquido numa tubulação, cai abaixo da sua tensão de vapor, tem início o processo 
de formação de bolhas de vapor, que são arrastadas pelo fluxo. 
Na tubulação de sucção de uma bomba centrífuga pode, em certos casos, 
ocorrer esse fenômeno. As pressões, nesse trecho de tubulação, são geralmente 
menores que a atmosférica e, apesar das tensões de vapor diminuírem com a 
temperatura, ainda assim poderá ser atingida essa condição. 
As bolhas de vapor desaparecem, assim que alcançam as zonas de alta 
pressão, no interior da bomba. Essa mudança brusca de vapor para líquido, que 
ocorre no interior da bomba é denominada CAVITAÇÂO. 
A cavitação provoca vibrações, ruídos anormais, queda de vazão e da 
altura manométrica, além do desgaste excessivo das peças internas da bomba 
em contato com o líquido (rotor e carcaça principalmente). 
 
2. REVISÃO DE LITERATURA 
 
2.1. Cavitação 
 
A Cavitação pode ser definida como um termo usado para descrever o 
fenômeno que ocorre numa bomba quando existe insuficiente NPSH disponível 
em relação ao NPSH requerido. Quando a pressão do líquido é reduzida a um 
valor igual ou abaixo de sua pressão de vapor, começam a formar pequenas 
bolhas ou bolsas de vapor. 
Estas bolhas se movem à frente das pás do rotor para uma zona de 
pressão mais alta, rebentando rapidamente. O arrebentamento é tão brusco que 
gera um ruído violento, como se a bomba estivesse bombeando cascalho. Por 
6 
 
isso, a maneira mais fácil de reconhecer que a bomba está cavitando é através 
do acompanhamento do ruído da bomba. 
Outra conseqüência do colapso das bolhas é a retirada de material da 
superfície (pitting) de onde ocorrem as implosões, causando principalmente, 
dependendo da intensidade e duração, a erosão do rotor. Além de danos no 
rotor, a cavitação normalmente resulta em redução da capacidade da bomba 
devido ao vapor presente, redução e instabilidade da altura manométrica, 
vibração e defeitos mecânicos. 
2.2. NPSH – Net Positive Suction Head 
 
Com a finalidade de caracterizar condições para que a sucção do líquido 
pela bomba seja adequada, foi introduzido na terminologia de instalações de 
bombeamento o conceito de Net Positive Suction Head (NPSH). Este parâmetro 
estima a energia com que o líquido acessa o bocal de entrada da bomba. 
A cavitação está diretamente relacionada com o termo NPSH – Net 
Positive Suction Head – esse termo está relacionado a pressão no flange de 
entrada da bomba, acima da pressão de vapor do líquido, são definidos dois 
tipos: 
1. NSPH Disponível (NPSHdisp) - é uma característica da instalação em que 
a bomba opera, e da pressão disponível do líquido no lado da sucção. O 
NPSHdisp pode ser calculado através desta equação: 
 
Fórmula NPSHdisp: 
 
Sendo: 
Ps [kgf/cm²] – Pressão no flange de sucção 
Patm [kgf/cm²] – Pressão atmosférica 
Pv [kgf/cm²] – Pressão de vapor do líquido à temperatura de bombeamento 
Y [kg/dm³] – Peso específico do fluido 
g [m/s²] – Aceleração da gravidade 
7 
 
Vs [m/s] – Velocidade do fluxo no flange de sucção 
Zs [m] – Distância entre linhas de centro da bomba e do manômetro 
 
2. NPSH Requerido (NPSHreq) - Normalmente, as curvas características de 
uma bomba incluem a curva de NPSHreq em função da vazão. Esta curva 
é uma característica própria da bomba e pode ser obtida 
experimentalmente nas bancadas de testes dos fabricantes. No teste para 
obtenção do NPSHreq, é utilizada como critério a queda de 3% na altura 
manométrica para uma determinada vazão. Este critério é adotado pela 
HI (Hydraulic Institute) e API 610 (American Petroleum Institute Standard 
610). 
 
2.3. Causas da formação de cavitação 
 
Quando o líquido alcançou uma pressão atmosférica absoluta muito 
baixa, ele acaba evaporando e formando cavidades em seu interior. 
São identificadas como causas da formação de cavitação: 
• Dimensionamento incorreto da tubulação de sucção; 
• Filtro ou linha de sucção obstruídos; 
• Reservatórios "despressurizados"; 
• Filtro de ar obstruído ou dimensionamento incorreto; 
• Óleo hidráulico de baixa qualidade; 
• Procedimentos incorretos na partida a frio; 
• Óleo de alta viscosidade; 
• Excessiva rotação da bomba; 
• Conexão de entrada da bomba muito alta em relação ao nível de óleo no 
reservatório. 
 
2.4. Metodologia de ensaio 
 
Segundo informações que constam no material de apoio Apostila 
Hidráulica Aplicada Experimental, o ensaio de laboratório para determinação do 
8 
 
NPSHREQUERIDO, é sempre realizado com a pré-fixação de uma determinada 
vazão. 
Os fabricantes de bombas apresentam em seus catálogos, uma curva de 
NPSHREQUERIDO X VAZÃO. No ensaio realizado no Laboratório, é fixada a 
vazão em torno do ponto de rendimento máximo da bomba. Assim sendo, 
obterem-se apenas um ponto de curva de NPSHREQUERIDO. 
O NPSH REQUERIDO será determinado através da redução progressiva 
do NPSH DISPONÍVEL, até a ocorrência da cavitação. Essa variação é feita pela 
diminuição da pressão existente sobre o líquido, no tanque de alimentação. Esse 
tanque é hermeticamente fechado e, através de uma bomba de vácuo, vai sendo 
retirado o ar existente no seu interior. 
 
 
 
FIGURA 01 – CAVITAÇÃO EM BOMBAS CENTRÍFUGAS – BANCO DE ENSAIOS 
Fonte: Apostila Hidráulica Aplicada Experimental 
 
Quando a bomba atingir o “estado de cavitação”, poderá ser observado o 
fenômeno das formações de bolhas de vapor na tubulação de sucção dela. Ao 
mesmo tempo, haverá uma diminuição dos valores de “Q” e “Ht”. 
Quando a vazão “Q” é controlada, em torno de um valor fixo pré-
estabelecido,a diminuição dar-se-á primeiramente nos valores de “Ht”. Se, ao 
9 
 
contrário, “Ht” for mantido constante, os valores de vazão é que primeiramente 
diminuirão. 
Considera-se, para efeito de determinação do NPSHREQUERIDO, a 
curva que primeiramente apresentar esse decréscimo. Essa metodologia prevê 
a pré-fixação da vazão. Dessa forma a curva “Ht” x NPSH é que deverá 
apresentar primeiramente o decréscimo. 
Com os dados calculados, deverá ser elaborado um gráfico, em papel 
milimetrado: alturas de elevação da bomba “Ht” e vazão “Q” (nas ordenadas) em 
função do NPSHDISPONÍVEL (abcissas). O NPSHREQUERIDO é obtido 
graficamente, traçando-se uma paralela ao trecho reto do gráfico, com uma 
distância de 3% do valor constante de “Ht”. No ponto de cruzamento dessa 
paralela com a curva “Ht” x NPSHdisp., deve-se baixar uma perpendicular até o 
eixo de NPSHDISPONÍVEL. Esse é o valor definido como sendo o 
NPSHREQUERIDO da bomba. 
Sendo: 
Q = Vazão em litros por segundo e 
Ht = Altura manométrica em metros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
A cavitação é prejudica tanto a bomba como o sistema, em decorrência 
disso os fabricantes especificam as limitações dos seus produtos dispostos no 
mercado. Especificando a pressão menor que a atmosférica, que deve ocorrer a 
entrada da bomba para encher o mecanismo de bombeamento, mas as 
especificações para esse tipo de pressão não são dadas em termos da escala 
de pressão absoluta, mas em termos da escala de pressão do vácuo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
4. REFERÊNCIAS 
 
Apostila Hidráulica Aplicada e Experimental. Disponível em: 
<https://www.passeidireto.com/arquivo/4962587/apostila-lab-hidra>. Acesso em 
20 de jun. de 2020. 
 
COELHO, Welington Ricardo. Análise do Fenômeno de Cavitação em Bomba 
Centrífuga. Universidade Estadual Paulista – UNESP, Ilha Solteira, 2006. 
Disponível em: 
<https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/88879/coelho_wr_dr_ilha_
prot.pdf?sequence=1> Acesso em: 20 de jun. 2020. 
 
SANTOS, Sérgio Lopes. Uso da Cavitação Hidrodinâmica Como uma 
Alternativa Para a Produção de Biodiesel. FEI, São Bernardo do Campo, 
2009. Disponível em: 
<https://repositorio.fei.edu.br/bitstream/FEI/616/2/fulltext.pdf> Acesso em 22 de 
jun. de 2020. 
 
SOARES, Homero. Variação na Curva do Sistema. Universidade Federal de 
Juiz de Fora – UFJF, 2020. Disponível em: 
<http://www.ufjf.br/engsanitariaeambiental/files/2012/09/HG_Cap%C3%ADtulo-
5_Parte-2.pdf> Acesso em: 20 de jun. 2020. 
 
FOX, R.W., McDonald, A.T., Pritchard, P.J., Introdução à Mecânica dos 
fluidos, LTC, 6º edição, 2006. 
 
CENGEL, Y.A.; CIMBALA, John M. Mecânica dos fluídos: fundamentos e 
aplicações. São Paulo: McGraw -Hill, 2007. 
 
POTTER, M.C., Wiggert, D.C.; Mecânica dos fluidos, Thomson Learning, 2004. 
 
PORTO, R.M. Hidráulica básica. 2.ed. São Carlos: USP, 1999, 540 p. 
 
12 
 
NETTO, J. M. de A. Manual de Hidráulica. 8ª edição, Edito ra Edgard Blücher, 
1998, São Paulo, SP.