A rusty impeller blade with signs of cavitation.

Cavitação

Angus EwartConversa TécnicaLeave a Comment

Obtém Conhecimentos Aprofundados Sobre as Nossas Bombas & Indústria

A cavitação é potencialmente a força mais destrutiva em jogo dentro de um sistema de bombeamento, porém em muitos aspetos é o menos compreendido por muitos operadores de bombas. Para citar Sun Tsu em A Arte da Guerra , “conheça seu inimigo”, por isso, nesse blog vamos falar sobre cavitação e fornecer uma base de conhecimento forte que pode ser utilizada para evitá-lo.

Tenho muitas vezes ouvido pessoas se referirem a cavitação como “sucção de ar”  Embora sejam semelhantes em efeitos, os dois problemas são totalmente diferentes e não estão relacionados. Para ser claro, a cavitação em uma bomba ocorre sem a presença de ar e não há qualquer introdução de ar no sistema.  

 A cavitação é, na verdade, a formação e colapso de bolhas de vapor (cavidades cheias de vapor) dentro de um líquido – ou seja, pequenas zonas sem líquido. Embora as zonas sem líquido se assemelhem a bolhas de ar, elas não contêm ar, que é uma distinção muito importante que iremos desenvolver em futuros blogs.

As bolhas de vapor da cavitação são criadas pelo movimento de um dispositivo mecânico em um líquido (ou o movimento de um líquido sobre um dispositivo mecânico) que resulta em uma queda de pressão dentro desse líquido para reduzir a pressão de vapor do líquido. Essas bolsas de vapor então colapsam quando entram em zonas de maior pressão.

A série de fotos abaixo mostra uma bola viajando a velocidade continuamente crescente através de um líquido, e como as bolhas de vapor se tornam mais predominantes à medida que o líquido se esforça para preencher o vazio que é deixado pela bola em aceleração. 

A parte negativa da cavitação não é a criação de bolsas de vapor.  Na verdade, é o colapso da bolsa de vapor que causa destruição. A energia liberada quando a bolha, ou bolsa, colapsa forma um “micro jato” que pode ser destrutivo para qualquer superfície em contato com a bolha que implode.

Há registros de micro jatos em pressões tão elevadas como 145 000 000 psi. Esse valor excede o limite elástico para qualquer liga exótica, o que significa que até as ligas mais exóticas não previnem os danos da cavitação.

A fotografia abaixo demonstra o padrão de danos causados pela cavitação.

Tal como foi mencionado no início do blog, as bolhas de vapor da cavitação são criadas pelo movimento de um dispositivo mecânico em um líquido (ou o movimento de um líquido sobre um dispositivo mecânico).  Como tal, a cavitação pode assumir muitas formas, mas a forma mais comum em uma bomba é, de longe, causada pela sucção.

À medida que as pás do impulsor giram, o líquido se esforça para fluir para trás da pá em movimento, diminuindo a pressão nessa zona. Se a NPSHA na entrada da sucção for menor do que a NPSHR da bomba, as bolhas de vapor começam a se formar.  À medida que as bolhas avançam pela pá, a pressão crescente colapsa as bolhas. A cavitação começou!

Assumindo que as condições operacionais estão estáveis, e a cavitação é menor, o único sinal de cavitação poderá ser o som estranho de bolhas rebentando na entrada da sucção. Muitas vezes confundido com o som de uma pedra a entrar em uma bomba, essa cavitação menor é muitas ignorada. Não é bom, mas também não é um desastre.

Se as condições são tais que é bastante complicado manter uma corrente sólida de líquido no impulsor rotativo, ocorre cavitação maior. Nesse caso, a NPSHA está bem fora da NPSHR da bomba e o impulsor está alternando eficazmente entre o bombeamento do líquido e a tentativa de bombear o vapor de água.  Como o vapor de água não tem quase nenhuma massa, o impulsor está constantemente carregando e descarregando à medida que passam as bolsas alternadas de líquido e vapor. 

Esse nível de cavitação, por vezes denominado cavitação “maior”, é extremamente destrutivo.  A forte vibração que acompanha essa forma de cavitação pode destruir vedantes, rolamentos e pode até resultar em avaria no quadro ou montagem.

A cavitação pode ocorrer em muitas zonas da bomba. Cada zona tem sua própria designação. Nesse blog, destacamos a cavitação por sucção e a usamos para ilustrar o conceito. Espero que o breve resumo que apresentei tenha sido suficiente para você compreender os conceitos básicos sobre cavitação. No próximo blog iremos debater um assunto semelhante: recirculação de descarga, por vezes referida como cavitação de descarga!

Até uma próxima vez,

RJ

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