Cavitação é a formação e subsequente colapso de um vapor dentro de um líquido. A cavitação ocorre em bombas centrífugas e pode causar danos graves e interromper as operações. O dano resulta do colapso de bolhas e da descarga de energia. A gravidade do dano depende do líquido que está sendo bombeado, bem como da temperatura. Por exemplo, a cavitação da água causa mais danos do que a cavitação do óleo, e a cavitação da água fria causa mais danos do que a cavitação da água quente. Existem dois tipos de cavitação:Cavitação Clássica e Recirculação Cavitação.
Ilustração da formação e colapso de bolhas de vapor à medida que o líquido se move através do impulsor da bomba.
Cavitação Clássica
A cavitação clássica acontece quando o líquido na entrada do impulsor (olho de sucção) é tão baixo que parte do líquido vaporiza antes de entrar na bomba, formando bolhas de vapor. À medida que as bolhas de vapor se movem para as passagens do impulsor e, eventualmente, para a voluta, a pressão aumenta e as bolhas colapsam. A causa da cavitação clássica é a baixa pressão de sucção, dada a temperatura de sucção e a vazão através da bomba.
- Se um tanque for a fonte de líquido para a bomba, às vezes um nível baixo do tanque pode causar baixa pressão de sucção e, portanto, causar cavitação.
- As condições operacionais devem ser analisadas para descobrir outras causas para a baixa pressão de sucção. Elas podem incluir válvulas parcialmente fechadas, filtros ou peneiras entupidos ou outros problemas operacionais a montante da bomba.
- Tenha em mente que a temperatura de sucção dita a pressão de vapor de um fluido. Conforme a temperatura sobe, as bolhas de vapor se formam mais facilmente a uma dada pressão, e pressões mais altas podem ser necessárias no olho de sucção para evitar cavitação.
- À medida que a vazão através de uma bomba aumenta, a pressão necessária para evitar a cavitação no olho de sucção também aumenta. Essa pressão é chamada de Altura de Sucção Positiva Líquida Disponível (NPSHA). A NSPHA deve ser maior do que a Altura de Sucção Positiva Líquida Necessária (NPSH3, ou anteriormente conhecida como NPSHR) do fabricante. Como a NPSH3 é dinâmica e muda com a vazão, ela geralmente pode ser encontrada plotada ao lado da curva hidráulica da bomba para Altura Total Desenvolvido (TDH).
Um exemplo de curvas hidráulicas. A linha superior mostra o TDH. O NPSH3 é a linha inferior. O “NPSH3 mais margem mínima” ilustra o NPSHA mínimo desejado, considerando que a bomba já estaria cavitando quando o NPSHA cruzasse o NPSH3.
Exemplo clássico de cavitação
Consulte a ilustração hidráulica acima ao visualizar este exemplo. Digamos que uma bomba esteja operando em BEP, gerando 50 gpm de fluxo, e a pressão no olho de sucção é ligeiramente maior do que a pressão necessária para evitar a cavitação. Isso resulta em um ponto na curva NPSHA diretamente abaixo do caret BEP ilustrado acima. Neste ponto, o NPSHA é maior do que o NPSH3 e a cavitação não está acontecendo. Então, o fluxo da bomba é aumentado para 75 gpm, resultando em uma vazão próxima ao final da curva hidráulica (à direita). Mesmo que a pressão no medidor de sucção permaneça constante, o NPSHA cai devido às pressões dinâmicas dentro da bomba, fazendo com que o NPSHA caia abaixo do NPSH3 e resultando em cavitação. Para evitar isso, aumente a pressão de sucção da bomba, diminua a temperatura na sucção ou diminua a vazão.
Recirculação Cavitação
A cavitação de recirculação acontece porque a vazão através da bomba não é ideal para a operação da bomba. A vazão é muito alta ou muito baixa. Aumentar as pressões do sistema não resolverá a cavitação de recirculação. A única solução é operar a bomba dentro da região operacional permitida (AOR). Para melhor confiabilidade da bomba, a bomba deve ser operada dentro da região operacional preferida (POR), que otimiza a eficiência energética, minimiza a vibração e minimiza os danos à bomba devido às condições hidráulicas da bomba.
A Cavitação de Recirculação pode ser ainda dividida em Cavitação de Recirculação de Sucção e Cavitação de Recirculação de Descarga, mas os danos que elas causam e as soluções para resolvê-los são semelhantes. Em ambos os casos, as reversões de fluxo na sucção ou descarga do impulsor criam vórtices dentro das passagens do impulsor, criando pontos locais de baixa pressão no fluido que causam cavitação.
O AOR é definido pelo fabricante da bomba e deve ser fornecido pelo OEM em qualquer compra. O AOR é definido por um limite de fluxo superior e um limite de fluxo inferior. O limite de fluxo superior é geralmente o fim da curva da bomba (o lado direito da curva, a vazão mais alta desenhada na curva). No entanto, em alguns casos, isso pode ser estendido além, ou limitado a, valores menores que o fim da curva. O limite inferior do AOR também é chamado de Fluxo Estável Contínuo Mínimo (MCSF). A operação abaixo do MCSF é a causa mais frequente de cavitação de recirculação e pode causar um curto período de tempo para falha se for severamente violada.
O POR também tem um limite de fluxo superior e um limite de fluxo inferior, mas nem sempre é incluído pelo OEM da bomba quando ela é comprada. Normalmente, o OEM pode compartilhar essas informações mediante solicitação, ou você pode tentar calculá-las você mesmo. Para a maioria das bombas centrífugas operando em uma velocidade de bombeamento, fluxo e altura manométrica razoáveis, o limite POR inferior é 70% da vazão do BEP. O limite POR superior é 120% da vazão do BEP. Para projetos de bomba com velocidades de eixo mais altas ou altos fluxos com um TDH relativamente baixo, a região pode ser restrita a 80%-120% ou 85%-115% da vazão do BEP. Sob os projetos de bomba mais restritivos, com velocidades de eixo muito altas ou com uma combinação de vazões muito altas com muito pouco TDH, a região pode ser restrita a 90%-110% da vazão do BEP.
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P.S.
Cavitação é diferente de bolhas de ar ou gás naturalmente presentes em um fluido. Por exemplo, se o nível de um tanque for muito baixo sem prevenção de vórtices, então vórtices podem se formar no tanque e puxar ar ou gás para dentro do fluido. O fluido pode carregar esses gases para dentro da bomba, causando flutuações de fluxo e pressão. Isso pode danificar a bomba ou os mancais. No entanto, esse tipo de problema não é cavitação.
A cavitação soa como o bombeamento de cascalho. O ruído do cascalho é, na verdade, o “pop” das bolhas de cavitação conforme elas implodem.
Nem toda cavitação é ruim, e algumas bombas são projetadas para operar com cavitação. No entanto, elas são incomuns e, a menos que você saiba que suas bombas são projetadas para fazer isso, a cavitação deve ser evitada.
