Fenômenos De Transporte

CAVITAÇÃO

Como qualquer outro líquido, a água também tem a propriedade de vaporizar-se em determinadas condições de temperatura e pressão. E assim sendo temos, por exemplo, entra em ebulição sob a pressão atmosférica local a uma determinada temperatura, por exemplo, a nível do mar (pressão atmosférica normal) a ebulição acontece a 100oC. A medida que a pressão diminui a temperatura de ebulição também se reduz. Por exemplo, quanto maior a altitude do local menor será a temperatura de ebulição (V. Tabela 4). Em consequência desta propriedade pode ocorrer o fenômeno da cavitação nos escoamentos hidráulicos.

Chama-se de cavitação o fenômeno que decorre, nos casos em estudo, da ebulição da água no interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a valores inferiores a pressão de vaporização. No interior das bombas, no deslocamento das pás, ocorrem inevitavelmente rarefações no líquido, isto é, pressões reduzidas devidas à própria natureza do escoamento ou ao movimento de impulsão recebido pelo líquido, tornando possível a ocorrência do fenômeno e, isto acontecendo, formar-se-ão bolhas de vapor prejudiciais ao seu funcionamento, caso a pressão do líquido na linha de sucção caia abaixo da pressão de vapor (ou tensão de vapor) originando bolsas de ar que são arrastadas pelo fluxo. Estas bolhas de ar desaparecem bruscamente condensando-se, quando alcançam zonas de altas pressões em seu caminho através da bomba. Como esta passagem gasoso-líquido é brusca, o líquido alcança a superfície do rotor em alta velocidade, produzindo ondas de alta pressão em áreas reduzidas. Estas pressões podem ultrapassar a resistência à tração do metal e arrancar progressivamente partículas superficiais do rotor, inutilizando-o com o tempo.

Quando ocorre a cavitação são ouvidos ruídos e vibrações características e quanto maior for a bomba, maiores serão estes efeitos. Além de provocar o desgaste progressivo até a deformação irreversível dos rotores e das paredes internas da bomba, simultaneamente esta apresentará uma progressiva queda de rendimento, caso o problema não seja corrigido. Nas bombas a cavitação geralmente ocorre por altura inadequada da sucção (problema geométrico), por velocidades de escoamento excessivas (problema hidráulico) ou por escorvamento incorreto (problema operacional).

NPSH

Em qualquer cálculo de altura de sucção de bombas tem de ser levada em consideração que não deve ocorrer o fenômeno da cavitação e, para que possamos garantir boas condições de aspiração na mesma, é necessário que conheçamos o valor do NPSH (net positive suction head). O termo NPSH (algo como altura livre positiva de sucção) comumente utilizado entre os fornecedores, fabricantes e usuários de bombas pode ser dividido em dois tipos: o requerido (NPSHr) e o disponível (NPSHd).

O NPSHr é uma característica da bomba e pode ser determinado por testes de laboratório ou cálculo hidráulico, devendo ser informado pelo fabricante do equipamento. Podemos dizer que NPSHr é a energia necessária para o líquido ir da entrada da bomba e, vencendo as perdas dentro desta, atingir a borda da pá do rotor, ponto onde vai receber a energia de recalque, ou seja, é a energia necessária para vencer as perdas de carga desde o flange de sucção até as pás do rotor, no ponto onde o líquido recebe o incremento de velocidade. Em resumo NPSHré a energia do líquido que a bomba necessita para seu funcionamento interno. Normalmente, o NPSHr é fornecido em metros de coluna de água (mca).

O NPSHr pode ser calculado através da expressão:

NPSHr = s . Hman

Onde o coeficiente de cavitaçãos pode ser determinado pela expressão j .( Ns )4/3, sendo j um fator de cavitação que corresponde aos seguintes valores:

1. Para bombas radiais Þ 0,0011;

2. Diagonais Þ 0,0013;

3. Axiais Þ 0,00145.

O NPSHd é uma característica do sistema e define-se como sendo a disponibilidade de energia que um líquido possui, num ponto imediatamente anterior ao flange de sucção da bomba, acima de sua tensão de vapor. Pode ser calculado através da expressão:

NPSHd = ± hs + [(Patm - hv) / g ] - hfs

Em resumo, o NPSHd é a energia disponível que possui o líquido na entrada de sucção da bomba. Portanto os fatores que influenciam diretamente o NPSH são a altura estática de sucção, o local de instalação, a temperatura de bombeamento e o peso específico, além do tipo de entrada, diâmetro, comprimento e acessórios na linha de sucção que vão influenciar nas perdas de carga na sucção.

Para que não ocorra o fenômeno da cavitação, é necessário que a energia que o líquido dispõe na chegada ao flange de sucção, seja maior que a que ele vai consumir no interior da bomba, isto é, que o NPSH disponível seja maior que o NPSH requerido, NPSHd ³ NPSHr. Teoricamente é recomendado uma folga mínima de 5%, ou seja, NPSHd ³ 1,05 x NPSHr, sendo esta folga limitada a um mínimo de 0,30m, isto é, 1,05 x NPSHr ³ NPSHr + 0,30m.

ALTURA MÁXIMA DE ASPIRAÇÃO

Chama-se de altura de aspiração a diferença entre as cotas do eixo da bomba e o nível da superfície livre da água a ser elevada, quando a água na captação está submetida a pressão atmosférica. Neste caso é função da pressão atmosférica do local. Na realidade a altura de aspiração não é limitada somente pela pressão atmosférica local, mas, também, pelas perdas de carga pelo atrito e pela turbulência ao longo da aspiração e no interior da bomba até que o líquido receba a energia do rotor e, além disso, pela necessidade de evitar a cavitação. Como as condições de pressão atmosférica variam de acordo com a altitude do local e as de pressão de vapor com a temperatura do fluido a recalcar, os fabricantes não têm condições de fornecer a altura de sucção da bomba, mas devem apresentar a curva de variação do NPSHr, determinada nos laboratórios da indústria (V. Exemplo de cálculo na página seguinte).

Denomina-se de vórtice o movimento em espiral gerado a partir da superfície livre de um líquido quando