Atividade 01 Fenômeno dos transportes

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Atividade 01 – Fenômenos dos Transportes 
Kleber de Almeida (RA 21490700) 
	
 A cavitação é um fenômeno que ocorre devido a uma redução da pressão em uma tubulação, 
abaixo da pressão de vapor, de um líquido que flui por essa tubulação. Desta maneira, são formadas bo-
lhas que se rompem e agridem o metal da tubulação. O fenômeno da cavitação é a principal causa de ma-
nutenção em turbinas hidráulicas e térmicas, que devem ser acompanhadas de perto para que a produção 
de energia ou calor não seja comprometido. A cavitação pode ser benéfica quando a intenção é fazer uma 
limpeza ultrassônica em algum equipamento, por exemplo, em turbinas ou bombas afetadas por caramu-
jos que grudam nas pás, mas na maioria das vezes tem um efeito danoso sobre a tubulação como: vibra-
ções, redução do desempenho hidrodinâmico do equipamento e ruídos muito altos. Inclusive, quando a 
cavitação ocorre em cascos de navios, pode reduzir a velocidade da embarcação. Baseado nesse texto, 
deste importante tópico, e em uma pesquisa que você fará sobre cavitação, responda às questões abaixo 
sobre o que ocorre nos fenômenos de transporte de fluidos: 
 
 O que é cavitação e como ela pode ser controlada? Como esse fenômeno prejudica as instalações 
de água nas residências e prédios e no sistema de tratamento de água das cidades? Como a cavitação 
presente em turbinas prejudica o funcionamento e o aproveitamento, no nível ótimo, da força hidráulica de 
usinas elétricas? Quais os cuidados que se deve tomar com a manutenção destas instalações? 
 
Referência 
FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J.; LEYLEGIAN, J. C. Tradução e Revisão Técnica de 
Koury, R. N. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 8..ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2010. 
	
1- O que é cavitação e como ela pode ser controlada? 
 
 Este fenômeno consiste da evaporação, formação de bolhas de ar na tubulação devido variação de 
pressão. As moléculas escapam da superfície liquida produzindo vapor que exercem uma pressão parcial 
na superfície. A variação de pressão faz com que o líquido entre em ebulição, provocando o aparecimento 
de bolhas de ar, que podem ser prejudiciais aos equipamentos e a tubulação ocasionando corrosão. 
 
 Se a região de colapso das bolhas for próxima a uma superfície sólida, as ondas de choque gera-
das pelas implosões sucessivas das bolhas podem provocar trincas microscópicas no material que, com o 
fluxo constante, irão crescer e provocar o descolamento de material da superfície, originando uma cavida-
de de erosão localizada. 
 
 Este é um fenômeno físico molecular que se dissemina e tende a aumentar com o tempo, causan-
do a ruína dos rotores, válvulas, tubulações, propulsores e vários outros componentes de um sistema hi-
dráulico. 
 
 A cavitação é comum em bombas de água e de óleo, válvulas, turbinas hidráulicas, propulsores 
navais, pistões de automóveis e até em canais de concreto com altas velocidades, como em vertedores de 
barragens. 
 
 Segundo o artigo publicado no link (https://www.dulong.com.br/blog/o-que-e-cavitacao/), a cavita-
ção pode ser controlada se aplicado as seguintes ações: 
 
 a) Elevar o nível do líquido no tanque de sucção; 
 b) Baixar o ponto de sucção; 
 c) Manter a tubulação sempre cheia; 
 d) Dimensionar o sistema para que a bomba fique afogada; 
 e) Diminuir a temperatura do fluido; 
 f) Diminuir a velocidade de escoamento; 
 g) Selecionar um tipo de válvula que tenha uma queda de pressão menor; 
 h) Usar uma válvula com bitola maior que o DN da tubulação. 
 
 
 
2- Como esse fenômeno prejudica as instalações de água nas residências e prédios e no sistema de tra-
tamento de água das cidades?	
	
	 Primeiramente vamos definir rede de distribuição água, segundo Tsutiya (2006), redes de distribui-
ção podem ser compreendidas como: “[...] a parte do sistema de abastecimento formada de tubulações e 
órgãos acessórios, destinada a colocar água potável à disposição dos consumidores, de forma contínua, 
em quantidade e pressão recomendadas.” (TSUTIYA, 2006, p. 389). 
 
 A cavitação traz consequências ao funcionamento das máquinas de fluxo que trabalham com líqui-
do, e se inicia em regiões de altas velocidades e baixa pressão. Danificam os equipamentos, principalmen-
te os rotores. Isto faz com que as condições de sucção, região de menor pressão no sistema, tenham pa-
pel importante no projeto e nas especificações das instalações para o correto funcionamento tanto de 
bombas como de turbinas. Ao longo do tempo o sistema de distribuição de água apresenta corrosão, não 
somente nas pás dos rotores, mas também em pontos da tubulação enterrada, causando a em primeira 
instância a parada no fluxo de distribuição para devida manutenção e no pior caso o rompimento da aduto-
ra, deixando de forma abrupta, inúmeras residências sem abastecimento. 
 
 
3- Como a cavitação presente em turbinas prejudica o funcionamento e o aproveitamento, no nível ótimo, 
da força hidráulica de usinas elétricas?	
	
	 As turbinas hidrelétricas são projetados para gerar energia elétrica a partir da força das águas, em 
sua grande maioria advindas de rios através de seu represamento e afunilamento. Turbinas mais usadas 
existentes são do tipo Kaplan, Francis, Pelton e Bulbo, fabricadas em aço carbono ou aço inox. 
 
 A cavitação pode ocorrer em qualquer estrutura hidráulica de uma usina, tais como: vertedouro, 
válvulas, canais, túneis, comportas e principalmente nas turbinas hidráulicas. Este fenômeno é motivo de 
muita preocupação em usinas hidrelétricas, em virtude do desgaste nos componentes da turbina. 
 
 O desgaste por cavitação é a remoção de material da superfície de uma peça devido à ação de bo-
lhas de pressão presentes num fluido, que escoam e colapsam na superfície. 
 
 Abaixo os principais tipos de ocorrência de cavitação em turbinas: 
 
 • Cavitação fixada (Michel and Belahadji, 1997), que consiste basicamente da formação, cresci-
mento e enchimento de uma cavidade de vapor, que posteriormente é interrompida por um fluxo reentran-
te, e deslocada para a jusante, para regiões de pressões mais elevadas, onde é implodida violentamente, 
provocando ondas de choques e concentrações de altas pressões. Este tipo de cavitação é detentora de 
um poder destruidor considerável; 
 
 • Cavitação por vórtice, que se desenvolve normalmente em regiões de alta tensões cisalhantes, 
onde ocorre a formação de vórtices. Nos vórtices a pressão absoluta decresce no centro para valores pró-
ximos aos da pressão de vapor. Estes vórtices são normalmente desenvolvidos nas extremidades das pás 
rotoras de turbinas Kaplan (tip vortex cavitation), nas camadas cisalhantes de jatos submersos, na exten-
são do cone dos rotores (principalmente em turbinas Francis) e nas passagens do fluxo entre as pás. Este 
tipo de cavitação é responsável por grandes erosões, vibrações e ruídos intensos; 
 
 • Cavitação por bolhas (Franc et al, 1995) em menor escala, ocorre como consequência do ciclo da 
bolha, originado devido a gradientes de pressão e a existência de germes ou núcleos contidos nos fluidos. 
Este tipo de cavitação normalmente aparece ao longo de contornos sólidos, ou no interior dos fluidos, de-
vido a queda de pressão para valores inferiores ao da pressão de vapor do líquido. Esta cavitação é erosi-
va devido as altas pressões geradas pelos colapsos das bolhas, que normalmente são intermitentes; devi-
do ao impacto do jato reentrante, que se forma durante a implosão, com a superfície sólida; ou ainda devi-
do a repercussão das ondas de choques geradas. 
 
 Tal desgastes por cavitação ocasionam: 
 
 a) Perda de eficiência dos equipamentos; 
 
 b) Paradas prolongadas de máquinas; 
 
 c) Danos que podem se tornar irreversíveis e resultar na necessidade de substituição das peças, 
com elevadíssimos custos de manutenção para as empresa geradoras de energia. 
 
	
	
4- Quais os cuidados que se deve tomar com a manutenção destas instalações? 
 
 Relacionados os principais aspectos que devem ser levados em consideração para a realização 
demanutenção de turbinas quanto ao fenômeno de cavitação: 
 
 • Perda dos perfis das pás rotoras, devido a sucessivas intervenções para reparos, principalmente 
quando não se dispõe de gabaritos para a reconstituição do perfil; 
 
 • Perda dos perfis das palhetas diretrizes; 
 
 • Rugosidade excessiva; 
 
 • Operação fora das faixas garantidas, isto é, com carga parcial ou com sobrecarga; 
 
 • Desconjugação das palhetas diretrizes com as pás rotoras; 
 
 • Características da água do reservatório; 
 
 • Operação com altura de sucção inferior a mínima prevista; 
 
 • Projeto de perfis inadequados; 
 
 • Sucção da unidade subestimada; 
 
 • Proteção insuficiente das áreas sujeitas a severa cavitação, previstas nos ensaios de modelo em 
escala reduzida. 
 
 Estudos realizados por engenheiros da Eletronorte, demonstraram uma melhora no combate deste 
desgaste com o uso de elementos com Carboneto de Tungstênio Cromo, aplicados pelo processo de as-
persão térmica, uma excelente alternativa para reduzir o desgaste de turbinas hidrelétricas por cavitação e 
aumentar significativamente a vida útil desses equipamentos. 
 Fonte: ( https://www.ipen.br/biblioteca/cd/conem/2000/OC8712.pdf ). 
 
 A manutenção preventiva considerando os pontos elencados acima, é fator primordial para a lon-
gevidade dos equipamentos submetidos a este fenômeno, uma vez que a cavitação causa a fadiga do ma-
terial, sendo necessário acompanhamento constate evitando desta forma parada emergencial para substi-
tuição de componentes.