Aula 06 - Cavitação de bombas

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Cavitação de bombas e NPSH
São Paulo – SP, 2020
FACULDADES OSWALDO CRUZ
Curso: Química Industrial
Disciplina: Operações Unitárias da Indústria Química I
Profa: Bruna Pratto
Cavitação
É a formação de bolhas de vapor e posterior implosão das mesmas nas pás do impulsor
da bomba.
Cavitação de bombas e NPSH
Figura 1 – Cavitação em bomba centrífuga
• A pressão estática do fluido atinge temperaturas menores que a sua pressão de vapor, assim,
formando bolhas de vapor.
• A medida que as bolhas são transportadas no interior das bombas para regiões de alta pressão
elas irão se colapsar rapidamente, gerando pressões localizadas extremamente altas.
• Isso resulta na liberação de ondas de choque altamente energéticas causando a aparição de
altas tensões mecânicas e elevação da temperatura, provocando danos na superfície atingida.
Cavitação
Cavitação de bombas e NPSH
O fenômeno de cavitação provoca:
• Remoção de pedaços de rotor e tubulação junto à entrada da bomba;
• Perda de carga localizada;
• Afeta o rendimento;
• Provoca trepidação e vibração máquina;
• Presença de ruídos.
Cavitação
Cavitação de bombas e NPSH
Cavitação
Figura 2 – Exemplos de rotores de bombas deterioradas pelo fenômeno de cavitação
Cavitação de bombas e NPSH
Como evitar a cavitação?
í , ,
ou
í , ,
Devido a possíveis oscilações, por exemplo, na pressão e na temperatura do
fluido, é comum adicionar-se, por motivo de segurança, de 0,5 a 1,0 m.c.f. ao NPSHreq.
Então:
í + 1 m.c.f
Cavitação de bombas e NPSH
NPSH (Net Positive Suction Head - Altura Positiva Líquida de Aspiração) 
• NPSH disponível: é uma característica do sistema. Quantidade de energia que o
fluido possui ao entrar no bocal de sucção da bomba.
• NPSH requerido: é uma característica da bomba (fornecido pelo fabricante).
Energia que deve existir no bocal de sucção da bomba, para que, na entrada do
impelidor, a pressão esteja ainda superior à de vaporização.
Cavitação de bombas e NPSH
NPSH requerido
• Fornecido pelo fabricante da bomba
Cavitação de bombas e NPSH
• Para não ocorrer cavitação a energia na entrada da bomba deve ser maior que a
energia de vaporização.
• A diferença entre a energia absoluta na entrada da bomba e a energia de vaporização é
uma grandeza que representa a disponibilidade de energia na flange da bomba que faz
com que o líquidos chegue as pás do rotor.
í çã
í
NPSH disponível
Cavitação de bombas e NPSH
NPSH disponível
Balanço de energia entre o nível 1 e S:
𝑁𝑃𝑆𝐻 í =
𝑃
𝛾
+
𝑣
2𝑔
−
𝑃
𝛾
𝑁𝑃𝑆𝐻 í =
𝑃
𝛾
+ 𝑧 − ℎ −
𝑃
𝛾
Cavitação de bombas e NPSH
Como evitar cavitação através da modificação do NPSHd
• Trabalhar, sempre que possível, com líquidos frios;
• Tornar a linha de sucção o mais curta e reta possível, evitando excesso de acessórios;
• Trabalhar com tanques de sucção pressurizados;
• Preferência por instalações de bomba afogada;
• Se a sucção for positiva, manter o nível do tanque de sucção o maor possível.
Cavitação de bombas e NPSH
Ex 1. Uma bomba projetada para trabalhar com 84 m3/h a 1750 rpm encontra-se
trabalhando no seu ponto de projeto aspirando água a 15oC de um reservatório a
pressão atmosférica (101,32kPa). O vacuômetro na entrada da bomba indica uma
pressão de 60 kPa e o manômetro na saída da bomba indica 340 kPa. A bomba está 4
m acima do nível do líquido do reservatório de sucção. Determine o NPSH disponível.
Verifique se há cavitação. Qual a altura máxima que a bomba pode ser instalada para
que não ocorra cavitação (mantendo a mesma perda de carga na aspiração). Dados:
Pvap,H20 (15oC) = 1,71 kPa. NPSHrequerido=1,9m
Cavitação de bombas e NPSH
Cavitação de bombas e NPSH
Cavitação de bombas e NPSH
Ex 2. Um fabricante fornece um NPSH da bomba igual a 6 m. Água é bombeada desde um
reservatório com uma vazão de 100 m3/h. O nível do reservatório de aspiração esta a 5 m
abaixo da bomba. A pressão atmosférica é igual a 101,32kPa e a pressão de vapor da água é
de 0,89 kPa. Se a perda de carga total na aspiração é igual a 1,22m, verifique se a bomba entra
em cavitação nas condições acima.
Ex 3. Determinar o diâmetro mínimo para que não ocorra cavitação numa tubulação de
aspiração de uma bomba com NPSH disponível igual a 2,0 m. A bomba trabalha com água a 75
oC (Pvap = 39,3 kPa). A tubulação apresenta um comprimento equivalente igual a 85 m incluindo
a perda de carga dos acessórios. O fator de atrito da tubulação é igual a 0,056. O nível do
líquido no reservatório de aspiração (aberto à atmosfera) está 2,5 m abaixo do eixo da bomba. A
vazão é igual a 45 m3/h.
Cavitação de bombas e NPSH
Ex 4. Determinar a instalação da Figura 1 está a uma altitude de 900 m do nível do mar (Patm =
91 kPa). Dados: temperatura da água = 25 oC (Pvap = 3,2 kPa); diâmetro interno da tubulação =
0,2 m; fator de atrito = 0,020; comprimento total da tubulação = 660 m (incluindo perdas de
carga); altura entre a linha do centro da bomba e o nível do reservatório de sucção = 3,5 m e a
diferença entre o nível dos dois reservatórios = 22 m.
Determine:
a) Vazão que será recalcada;
b) Comprimento máximo da linha de sucção (incluindo as perdas de carga) para que a bomba
ainda esteja livre dos efeitos de cavitação. Considere uma margem de segurança de 1 m.c.a
para o NPSHrequerido.
Cavitação de bombas e NPSH
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250 300 350 400
H
m
 (m
)
Q (m3/h)
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200 250 300 350 400
N
PS
H
r
Q (m3/h)
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Bibliografia
MACINTYRE, A. J.: Bombas e instalações de bombeamento. 2ªed. LTC, 2011.
CARVALHO, D. F. Instalações elevatórias – Bombas. IPUC, 1977.
VILLAR ALÉ, J.A. Sistemas fluidodinâmicos – Sistemas de bombeamento, PUCRS, 2010
MORAES JÚNIOR, D. Transporte de líquidos, Ed. UFSCar, 1988
Cavitação de bombas e NPSH