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1
Cavitação ..................................................................................... 2
1.1
Apresentação do fenômeno ...................................................... 2
1.2
Verificação da pressão de entrada............................................. 4
1.3
Verificação do NPSH ................................................................ 5
1.4
Recursos para elevar o NPSH ................................................... 6
1.4.1
Bomba acima do nível do manancial.................................... 6
1.4.2
Afogando a sucção da bomba ............................................. 7
1.4.3
Diminuindo a perda de carga.............................................. 7
1.4.4
Diminuindo a rotação da bomba ......................................... 7
1.4.5
Alteração das curvas provocadas por cavitação..................... 8
1.4.6
Ensaio de cavitação........................................................... 8
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1
1.1
Cavitação
Apresentação do fenômeno
Cavitação provém do termo latim “cavus” (cavidade).
Pode-se resumir, sob o nome de cavitação, um grupo de fenômenos
basicamente importantes, que podem ocorrer no interior de sistemas
hidráulicos, pelo aparecimento de bolhas de vapor.
Isto se deve à vaporização do fluído, que acontece quando a pressão
de um escoamento diminui por qualquer motivo e alcança a pressão
de vapor correspondente à sua temperatura.
Pressão de vapor de um fluido a uma determinada temperatura é
aquela na qual coexistem as fases líquidos e vapor.
Nessa mesma temperatura, quando tivermos uma pressão maior que
a pressão de vapor, haverá somente a fase líquida e quando tivermos
uma pressão menor que a pressão de vapor, haverá somente a fase
vapor.
Nota-se que a medida que aumenta a temperatura, a pressão de
vapor aumenta, assim caso a temperatura seja elevada até um ponto
em que a pressão de vapor iguale, por exemplo, a pressão
atmosférica, o líquido se vaporiza, ocorrendo o fenômeno da ebulição.
A pressão de vapor tem importância fundamental no estudo das
bombas, principalmente nos cálculos de NPSH, como veremos
adiante.
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2
H 0 = H E + HpSUC
2
V
P
V
→ 0 = E + E + Z E + HpSUC → PE = −γ ( E + Z E + HpSUC )
2g γ
2g
Desta forma quanto mais aumentarmos a velocidade do fluído, a
distância entre a bomba e o manancial e a perda de carga na sucção,
mais negativa será a pressão.
Se Pe <= Pv, teremos Vaporização do fluído na entrada da
bomba e conseqüente CAVITAÇÃO.
Visualização esquemática do fenômeno em uma bomba:
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Quando a bolha de ar encontra a zona de transição de baixa pressão
para alta pressão, ocorre o colapso desta (implosão) em forma de um
micro jato, e isto gera uma energia muito grande concentrada em um
ponto pequeno. Alguma medições dizem que a pressão resultante
deste micro jato chega a 1000 Atm.
Materiais que mais resistem a este fenômeno é o bronze, devido à
granulometria fina, na seqüência aço inox e depois os demais, sendo
o FoFo o mais frágil.
Para minimizar o efeito da pré-rotação, em função das altas rotações
de operação (1750, 3500rpm), gera uma velocidade média elevada.
Para minimizar este problema instala-se defletores na sucção.
1.2
Verificação da pressão de entrada
Pode-se afirmar que não haverá cavitação se Pe>>>Pv, porém se
isto não for verdadeiro, pode ocorrer cavitação, pois como vimos na
figura da bomba anteriormente mencionada, a equação da energia
não penetra no domínio interno da bomba, o que propicia uma
diminuição da Pe, desta forma determinamos a cavitação pelo
método de NPSH.
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1.3
Verificação do NPSH
NPSH = Net Positive Suction Head (valor positivo de carga na sucção)
NPSHr = Requerido pela bomba, fornecido pelo fabricante.
NPSHd = Disponível pela instalação, calculado pelo projetista.
Se NPSHd > NPSHr + 0,5m, não haverá cavitação.
NPSH = H E (abs) −
Pv(abs)
γ
H 0 = H E + HpSUC → H E (abs) = H 0 (abs) − HpSUC → H E (abs) =
P0 (abs)
γ
+ Z 0 − HpSUC
Como Z0 = +/- altura de sucção, teremos:
NPSH d =
NPSH d =
P0 (abs)
γ
± hsuc − HpSUC −
P0 (abs) − Pv(abs)
γ
Pv(abs)
γ
± hsuc − HpSUC
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1.4
Recursos para elevar o NPSH
1.4.1 Bomba acima do nível do manancial
Levando em consideração que em são Paulo, a pressão barométrica
está na ordem de 695mmhg, temos
P = γ .h → 13600 × 0,695 = 9540
kgf
m2
Pef=-9.540kgf/m² e desta forma
h=
P
γ
→h=
− 9540
→ h = −9,5m
1000
Porém com as perdas internas da bomba, consegue uma altura
profundidade máxima de sucção de 7,0 metros.
Para recalcar
submersas e
demonstrado.
água de poços profundos ou utiliza-se bombas
submersíveis ou bomba injetora, como abaixo
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1.4.2 Afogando a sucção da bomba
Deixar a bomba abaixo do nível do manancial é uma solução boa para
aumentar o NPSH disponível.
1.4.3 Diminuindo a perda de carga
Aumentando-se o diâmetro da sucção e/ou
comprimento total, aumenta o NPSH disponível.
reduzindo-se
o
1.4.4 Diminuindo a rotação da bomba
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1.4.5 Alteração das curvas provocadas por
cavitação
1.4.6 Ensaio de cavitação
Primeiro levanta-se pontos conhecidos da curva da bomba (pares
QxHb)
De acordo com a NBR6400, aplica-se vácuo no tanque de captação
(variando o P0), e quando a altura manométrica diminuir 3%, esta
será o ponto de cavitação.
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Avaliando na sucção da bomba:
NPSH = H E (abs)mínima −
Pv(abs)
γ
2
V
Pe (abs)
H E (abs) = E + lim
+ ZE
2g
γ
Como Ze =0, teremos:
2
V
Pe (abs)
H E (abs) = E + lim
γ
2g
2
NPSH r =
VE
Pe (abs) − Pv(abs)
+ lim
γ
2g
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