Cavitação - 3 Laudas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
FENÔMENOS DE TRASPORTE
 (12. Dez. 2020)
Prof. Danilo Duarte
Discente: Ana Cristina da C Sousa
Cavitação
Introdução 
 O nome cavitação é dado devido à formação de cavidades dentro da massa liquida, este fenômeno físico é causado pela formação e colapso de bolhas de vapor em um meio fluido transportado ao redor de um impulsor de bombas.
Segundo Knapp et al. (1970) se definem a cavitação como uma condição que ocorre quando um líquido alcança um estado no qual cavidades de vapor são formadas e crescem devido a pressão dinâmica do fluido reduzir até a pressão de vapor do líquido com temperatura constante.
São identificadas quatro tipos de cavitação:
1. Cavitação por bolhas ocorre quando bolhas são formadas e o fluído é levado pelo fluxo e sofrem colapso. 
2. Cavitação fixa ocorre quando há cavitação em torno de um corpo rígido submerso. 
3. Cavitação vibratória é quando uma onda de pressão se propaga em um fluido, alternando entre alta pressão e pressão baixa. A parte de baixa pressão da vibração é onde acontece a cavitação. 
4. Cavitação por vórtice é encontrada no núcleo de alta velocidade e de baixa pressão de um vórtice. 
Como ocorre?
Tal fenômeno tem ocorrências frequentes em bombas centrifugas, pois o fluido perde pressão ao longo do escoamento na tubulação de sucção, porém qualquer equipamento ou dispositivo inserido num escoamento está sujeito ao efeito da cavitação. A cavitação pode ter inicio já no escoamento do fluido, pois para que o mesmo ocorra é preciso que haja uma diferença de pressão entre o ponto de origem e o ponto de destino deste fluído e durante esse processo pode ocorrer o fenômeno chamado “perda de carga”, que reduzirá a pressão absoluta ao longo do escoamento, o fluido irá manter uma temperatura constante ao mesmo tempo em que a pressão diminui e alcança a pressão de vapor, essa, por sua vez, ocorre quando o fluido coexiste em suas fases liquidas e vapor, o que ocasiona a formação de bolhas de vapor pela temperatura e atrito. Estudos indicam que a origem das bolhas ocorre em pequenas cavidades nas paredes do material ou em torno de pequenas impurezas no líquido próximas à superfície, também conhecidas por núcleos de vaporização ou de cavitação.
 As bolhas formadas ao ser conduzidas pelo fluxo do fluido, para uma região no sistema do equipamento onde a pressão é maior que a pressão de vapor colapsa e condensa, já com maior velocidade, esse liquido precipita-se sob a forma de jactos microscópicos causando choques na parede do equipamento e, consequentemente, a remoção dos componentes do material causando seu desgaste.
Como prevenir
Para se evitar as consequências da cavitação é preciso assegurar que se haja um controle entre a pressão registrada na entrada do impulsor e a pressão de vapor, a diferença entre essas duas pressão é chamado de NPSH (Net Positive Suction Head) esse é um fator fundamental para o funcionamento de uma bomba. Sua função é mostrar quanto de líquido deve ser empurrado antes que comece a formação de bolhas. 
O NPSH pode ser subentendido em duas partes: NPSH Disponível (NPSHd) referente à pressão absoluta exercida pelo sistema na entrada da bomba e NPSH Requerido (NPSHr) sendo a pressão mínima exigida na entrada da bomba para evitar a cavitação. Essa informação é fornecida pelo fabricante. E para que se haja um bom desempenho da bomba é preciso calcular o NPSH do equipamento e garantir que NPSH d > NPSH r. A equação geral é dada dessa forma:
NPSHA = HA ±  HZ  ‐  HF +  HV  ‐  HVP
HA ‐ Pressão absoluta na superfície do tanque de abastecimento
HZ ‐  Distância vertical da superfície do líquido dentro do tanque de abastecimento até a linha de centro da bomba.
HF ‐ Valor referente à perda de carga na sucção da bomba.
HV ‐ Valor vinculado à velocidade do fluido
HVP ‐ Pressão de vapor absoluta do líquido na temperatura de bombeamento
Outras medidas incluem o controle da temperatura do fluido bombeado, para que pressão do vapor não se eleve demais, troca do equipamento danificado ou reparo do mesmo caso seja viável, utilizar materiais mais resistentes à corrosão por cavitação.
Cavitação nos vertedouros da barragem Glen Canyon
O forte derretimento da neve e as chuvas no inverno de 1983 inundaram a bacia do rio Colorado, enchendo o lago Powell, de aproximadamente 298 km, até a borda. A represa de Glen Canyon, construída em 1966, abriu seus dois vertedouros pela primeira vez para reduzir o nível do lago. Em seis de junho de 1983, sons estrondosos puderam ser ouvidos do vertedouro esquerdo, que é um túnel, a barragem começou a tremer. Após fecharem o vertedouro, os engenheiros encontram uma série de cinco buracos abertos nas rochas ao lado da barragem e ao entrarem no vertedouro danificado da represa de Glen Canyon, eles encontraram uma cratera de 10 metros de profundidade e 60 metros de comprimento, metal reforçado e rochas foram levados pela água. O vertedouro direito teve danos semelhantes, porém menos grave. O método de reparo e prevenção foi introduzir uma nova tecnologia com fendas de aeração, instalaram-se rampas em pontos vulneráveis do vertedouro para criar uma bolsa de ar, onde o vapor de água poderia ser interrompido e enfraquecido. Esse método obteve resposta satisfatória o que levou a agência federal a reformar duas grandes barragens, Hoover e Blue mesa com aeradores. Atualmente esse método é comum em novas barragens.
Conclusão
A cavitação é um problema sério, que gera prejuízos na qualidade do desempenho do equipamento, causando uma queda significativa em seu rendimento, também pode gerar grandes prejuízos econômicos, tanto pela danificação do equipamento, sendo ela parcial ou total, quanto pela solução de reparo e até mesmo a de prevenção. 
Referências biográficas
https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS95RHAM/2/avalia__o_de_cavita__o_em_turbinas_hidr_ulicas_por_emiss_o_ac_stica.pdf
https://www.mercurynews.com/2017/02/17/oroville-dam-what-made-the-spillway-collapse/
POTTER, C. M; E WIGGERT, C.D; Mecânica dos Fluidos; São Paulo, 2004.