Cavitação em Máquinas de Fluído: Fenômenos e Implicações

1 Máquinas de Fluídos Cavitação e NPSH 2 Cavitação Cavitação como ilustrado na Fig 1 é um fenômeno que ocorre quando bolhas de vapor do líquido que está sendo bombeado se formam e se movem ao longo das pás de um impelidor Obs um líquido entra em ebulição de duas formas quando se fornece calor a uma dada pressão constante ou quando a pressão é reduzida abaixo da pressão de vapor do liquido Fig 1 Formação de bolhas de vapor próximo às pás de um impelidor Máquinas de Fluídos 3 Cavitação Toda máquina teu seu calcanhar de Aquiles O das bombas centrífugas pode ser encontrado na sua sucção A região de mínima pressão crítica para efeito de análise da cavitação é a entrada olho do impelidor Nesta região a pressão é mínima pois o líquido ainda não recebeu nenhuma adição de energia por parte do impelidor e tem sua energia reduzida pelas perdas de carga na linha de sucção e na entrada da bomba Como será mostrado adiante a minimização da perda de carga nesse ponto é fundamental Máquinas de Fluídos 4 Cavitação O surgimento do fenômeno acontece quando a pressão absoluta em qualquer ponto de um sistema de bombeamento atinge valor igual ou inferior à pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento como mostrado na Fig 2 Isto é nestas condições haverá uma vaporização parcial do líquido com a formação de bolhas de vapor Fig 2 A pressão é mais baixa na região de entrada do impelidor Máquinas de Fluídos 5 Cavitação À medida que as bolhas se movem ao longo do impelidor a pressão em torno das bolhas aumenta como mostrado na Fig 3 Quando estas bolhas atingirem uma região de pressão mais elevada pv entrarão em colapso com retorno à fase líquida Ou seja as bolhas implodem Como o volume específico do líquido é muito menor que o volume específico do vapor na mesma temperatura o colapso das bolhas implicará na formação de um vazio proporcionando o aparecimento de ondas de choque Exemplo Na temperatura de 25C o l 0001003 m3 kg1 enquanto o v 4336 m3 kg1 isto é uma diferença da ordem de 43230 vezes Fig 3 A pressão sobre as bolhas aumenta ao longo das pás do impelidor Máquinas de Fluídos 6 Cavitação Bolha junto à superfície metálica Bolha em movimento na direção de um campo de maior pressão Bolha próxima à parede Direção do fluxo Forma original Forma original Forma original Depressão Jato sobre a superfície metálica Depressão no lado da alta pressão Jato na direção da baixa pressão Depressão Formação do jato Fig 4 Representação da formação e colapso das bolhas de vapor Máquinas de Fluídos 7 Cavitação A penetração do líquido na depressão originada pela deformação da bolha produz um micro jato na ocasião do colapso O efeito é mais severo quando o colapso ocorre junto ou próximo à superfície metálica Na verdade são centenas de bolhas que se colapsam na mesma região em cada pá do impelidor Fig 5 Representação da formação e colapso das bolhas de vapor Máquinas de Fluídos 8 Cavitação As bolhas parecem originarse em pequenas cavidades nas paredes do impelidor ou em torno de pequenas impurezas contidas no líquido em geral próximas às superfícies chamados de núcleos de vaporização Em geral líquidos puros apresentam menor intensidade de cavitação para as mesmas condições de entrada na bomba Assistir os vídeos httpswwwdultmeiercomvideospumpcavitationexplanationphp httpswwwyoutubecomwatchvTRo6DzjhMks httpswwwyoutubecomwatchvTRo6DzjhMks httpswwwyoutubecomwatchvKw3gcvA87I clássico Máquinas de Fluídos 9 Cavitação Assim o fenômeno da formação e posterior colapso das bolhas de vapor é chamado de cavitação que apresenta diversos efeitos nas bombas centrífugas O primeiro é a emissão de um som característico audível que significa que o processo já é intenso Mas o que é realmente importante é que a cavitação afeta o desempenho hidráulico e também a integridade da bomba O efeito hidráulico da cavitação sobre a bomba é que produz uma queda de sua curva de desempenho com mostrado na Fig 6 reduzindo tanto a vazão como a altura Fig 6 Representação da formação e colapso das bolhas de vapor Máquinas de Fluídos 10 Cavitação A queda do desempenho hidráulico é devido à diferença de volumes específicos entre o líquido e o vapor bem como à turbulência gerada pelo fenômeno A alteração das curvas características é mais drástica no caso de bombas centrífugas puras devido ao tipo de impelidor Quando a pressão na entrada do impelidor alcança a pressão de vapor geralmente no lado de trás das pás do impelidor a cavitação extendese rapidamente através da toda a largura do canal AB como mostrado na figura abaixo Máquinas de Fluídos 11 Cavitação Na figura abaixo é possível notar que o início da cavitação depende das condições de sucção do sistema pois quanto menor for a altura de sucção hs mais provável será o aparecimento de pressão igual ou menor que a pressão de vapor pv na entrada da bomba de acordo com a temperatura do líquido bombeado Também se pode concluir da análise da figura que o início da cavitação e a consequente queda nas curvas características ocorrerá em vazões menores à medida que hs diminui isso é à medida que as condições de sucção se tornem mais críticas Máquinas de Fluídos 12 Cavitação O efeito mais sério da cavitação é o dano mecânico que pode ocorrer devido à excessiva vibração na bomba Essa vibração se deve ao desequilíbrio do carregamento do impelidor à medida que a mistura de vapor e líquido circula através das pás e devido às ondas de choque que ocorrem durante o colapso das bolhas Essas ondas de choque podem fisicamente danificar o impelidor causando a remoção de material da superfície da pá A quantidade de material removido depende da extensão da cavitação e do material do impelidor Se o impelidor é de aço carbono a remoção do material acontece por uma combinação de corrosão pela água bombeada e pelo efeito da erosão das ondas de choque Se o material do impelidor é menos suscetível à corrosão mas mais macio como o bronze o dano é similar a um processo de eletroerosão onde o material da pá é constantemente retirado O aço inox como o 316 que possui elevada resistência à corrosão apresenta uma maior capacidade de resistir à cavitação e à perda de material Máquinas de Fluídos 13 Cavitação A ação dos microjatos originados à partir do colapso das bolhas de vapor é o principal responsável pela danificação do material Este fato fica bastante evidente se considerarmos que uma grande quantidade de bolhas colapsa em um pequeno intervalo de tempo nas proximidades da região afetada Cada bolha tem um ciclo entre crescimento e colapso da ordem de poucos milésimos de segundo induzindo altíssimas pressões que atingem concentradamente essa zona A frequência desses ciclos pode ser da ordem de 600 a 1000 Hz e as vêzes atingindo 25000 Hz A pressão alcançada pode ser na ordem de 300 a 1000 atm 304 a 1013 MPa Tendo em vista o caráter cíclico do fenômeno as ações mecânicas repetidas na mesma região metálica ocasionam um aumento local da temperatura podendo alcançar até 800 C Esse aumento de temperatura funciona como um facilitador da remoção de material do impelidor pois altera a sua resistência mecânica através da modificação estrutural Máquinas de Fluídos 14 Cavitação Alguns exemplos de danos produzidos pela cavitação são apresentados na continuação Máquinas de Fluídos Fig 7 Exemplos de danos produzidos pela cavitação 15 Cavitação Máquinas de Fluídos Fig 8 Exemplos de danos produzidos pela cavitação 16 Cavitação Máquinas de Fluídos Fig 9 Exemplos de danos produzidos pela cavitação 17 Cavitação Máquinas de Fluídos Fig 10 Exemplos de danos produzidos pela cavitação 18 Cavitação Os pits de erosão são formados gradualmente desde que a bomba opere na condição de cavitação A remoção de material afeta o balanceamento dinâmico dos elementos girantes causando vibração excessiva A vibração pode afetar ou mesmo ocasionar falhas em outros componentes da bomba tais como selos mecânicos originando vazamentos rolamentos etc Máquinas de Fluídos Fig 11a Pits de erosão devido a cavitação 19 Cavitação A cavitação ocorre geralmente na face de baixa pressão na entrada das pás como mostrado na Fig 11b Em vazões muito elevadas a cavitação pode também ocorrer na língua da voluta e nas saídas das pás do impelidor cavitação Fig 11b Exemplos de danos produzidos pela cavitação Máquinas de Fluídos 20 Cavitação Qualquer material pode ser danificado sob efeitos das bolhas em colapso durante um tempo suficientemente longo Esta propriedade é chamada erosão por cavitação Através do ensaio de diversas ligas obtémse as graduações apresentadas na Tab 1 na ordem decrescente de resistência ao desgaste por cavitação Tabela 1 Índice de resistência à cavitação Máquinas de Fluídos Índice de Resistência a Cavitação Revestimento duro Stellite 20 Revestimento de cromo 5 Aço inox 174PH SAE Tipo 630 2 AISI 304316 1 Monel 400 08 Ferro Fundido Cinzento 075 Aço liga CrMo 5 Cr 067 Aço carbono 038 Bronze B16 008 Revestimento de Níquel 007 Alumínio puro 0006 21 Cavitação Fases da cavitação Começo em uma dada altura de sucção as primeiras bolhas podem ser observadas nas pás do impelidor em alturas de sucção maiores a cavitação não ocorre À medida que a altura de sucção é reduzida a zona de bolhas cobre um comprimento crescente da pá do impelidor 0 de queda de H se a altura de sucção é reduzida além do ponto 3 a altura da máquina começará a cair 3 de queda de H é um critério largamente aceito Cavitação completa a altura H da máquina cai Máquinas de Fluídos x medidas de perda de material Fig 12a Fases da cavitação por estágio H NPSH disp 22 Cavitação Fig 12b Fases da cavitação Máquinas de Fluídos De acordo com as normas ISO 3555 o valor do NPSH é determinado por uma queda de 3 na altura total e representa o valor necessário ou crítico no qual a cavitação é totalmente desenvolvida O método precisa de uma bancada de teste especial prescrita pelos padrões da norma e um conjunto de resultados de medição para determinar o valor necessário de NPSH em diferentes vazões Também é usada para garantir os testes mas não é adequada para o monitoramento de cavitação em operações em campo ISO 3555 1977E Centrifugal mixed flow and axial pumps code for acceptance tests Class B 23 Teste de cavitação Máquinas de Fluídos Fig 16b Esboços de cavitação rotativa em filmagem em alta velocidade Vazão em torno de 70 da vazão nominal da bomba Análise experimental da cavitação cavitação rotativa 24 Cavitação Erosão pela cavitação Aumenta com o aumento da energia de implosão a intensidade da erosão é aproximadamente proporcional ao NPSH3 Diminui com o aumento da tensão de deformação ou dureza do material Aumenta com a intensidade da cavitação supondo que o colapso das bolhas aconteça na superfície do material Diminui com o aumento da temperatura da água Máquinas de Fluídos 25 Cavitação Erosão pela cavitação continuação Diminui com o incremento do conteúdo de gás dissolvido no fluido visto que gases nãocondensáveis reduzem as pressões de implosão Aumentam com o meio corrosivo É consideravelmente maior em cargas parciais do que quando operando na região de ótima eficiência Máquinas de Fluídos 26 Cavitação Análise da cavitação em bombas Existem dois aspectos a serem considerados determinar as condições que devem ser satisfeitas para evitar o fenômeno e o outro é apresentar procedimentos que atenuem os efeitos da cavitação caso seja impossível ou impraticável evitar sua existência A análise que será apresentada considera que a cavitação tenha origem da entrada olho do impelidor devido à insuficiência do sistema em manter nessa região uma pressão acima da pressão crítica pressão de vapor Máquinas de Fluídos 27 NPSH Análise da cavitação em bombas Considerando um sistema de bombeamento e a tubulação de sucção como mostrada na Fig 13 Pv pressão de vapor T ps zs hfs Fig 13 Variáveis envolvidas no cálculo da energia disponível no flange de sucção da bomba Máquinas de Fluídos 28 NPSH A altura de sucção hs conforme visto antes representa a energia por unidade de peso existente no flange de sucção conforme a Eq 1 A energia em termos absolutos no flange de sucção será onde Patm representa a pressão atmosférica no local da instalação em Pa Se dessa energia for subtraída a parcela correspondente à perda de carga hfi entre o flange de sucção e o olho do impelidor será obtida a energia absoluta nesse último 1 2 2 2 fs s s s s h g V z g P h g p h h atm s s abs fi atm s s abs imp h g p h h 3 Máquinas de Fluídos 29 NPSH Como o objetivo é determinar a pressão mínima no olho do impelidor subtrai se da Eq 3 o termo da perda de pressão local causada pela diferença de pressão entre as partes da frente e de trás das pás frequentemente chamada de depressão dinâmica conforme a Eq 4 onde λs são coeficientes experimentais dependendo do projeto de sucção da bomba C1 é a velocidade absoluta na entrada e W1 é a velocidade relativa na entrada Como a cavitação inicia quando a pressão mínima é igual à pressão de vapor a Eq 4 é igualada a Pv que representa a equação de início da cavitação A Eq 4 pode ser reescrita como 2 2 2 1 2 1 g P g W g C h g P h v w c fi atm s 4 5 Máquinas de Fluídos 30 NPSH Comentários em relação à Eq 4 λc vale entre 11 e 12 enquanto que o valor de λw vem da figura abaixo 2 2 2 1 2 1 g P g W g C h g P h v w c fi atm s 4 Máquinas de Fluídos Fig 13a Valor do coeficiente λw em função do ângulo de entrada 1 Hergt P A Nicklas G Mollenkopf and S Brodersen The suction performance of centrifugal pumps possibilities and limits of improvements Proceedings of the 13rd International Pump Users Symposium pp 1326 31 NPSH O termo da esquerda da Eq 5 não depende da bomba mas somente das características do sistema e do líquido bombeado e é chamado de NPSH disponível e interpretado fisicamente como a energia absoluta por unidade de peso existente no flange de sucção da bomba acima da pressão de vapor NPSH Net Positive Suction Head ou altura líquida positiva acima da pressão de vapor O termo da direita depende exclusivamente da bomba e é chamado de NPSH requerido e é interpretado fisicamente como sendo a quantidade mínima de energia absoluta por unidade de peso acima da pressão de vapor que deve existir no flange de sucção para que não haja cavitação Assim para que não haja cavitação é necessário que req disp NPSH NPSH 6 Máquinas de Fluídos 5 32 NPSH Reescrevendo o termo da esquerda da Eq 5 podese chegar a fs s v atm s s disp h g V p p p z NPSH 2 2 da vazão independe v atm s s p p p z Q NPSHdisp hfs 7 Máquinas de Fluídos 33 NPSH Como pode ser observado na Eq 5 o NPSH requerido aumenta quadraticamente como o aumento das velocidades na entrada na bomba tal como apresentado na figura abaixo A interseção destas duas curvas determinará a vazão de uma bomba em um sistema que corresponde ao início da cavitação e queda das curvas características Máquinas de Fluídos NPSH Q NPSHdisp NPSHreq NPSHre q Q 34 NPSH Critério de avaliação das condições de cavitação Para o cálculo prático do NPSHreq costumase utilizar uma margem de segurança de 06 a 10 m energia por unidade de pesso Assim 8 Máquinas de Fluídos mc líquido NPSH NPSH req disp 01 a 60 35 Características Datum de elevação para diversos desenhos de bombas De acordo com Hydraulic Institute 1994 American National Standard for Centrifugal Pumps Máquinas de Fluídos 36 Características Tabela 2 Propriedades da água Máquinas de Fluídos 37 Características Tabela 2 Pressão de vapor para outros líquidos em função da temperatura Máquinas de Fluídos 38 Teste NPSH Teste de cavitação Visa a determinação do NPSHreq Realizado de forma indireta induzindo a bomba trabalhar em cavitação e calculando o NPSHdisp que no início da cavitação coincide com o NPSHreq Para alturas zs pequenas e bombas pequenas a cavitação pode ser induzida mediante o estrangulamento do escoamento na sucção da bomba através do aumento da queda de pressão hfs o que diminui o NPSHdisp No entanto a forma mais correta é através da utilização de uma bancada especial apresenta na Fig 15 onde através da redução da pressão no reservatório ou no aumento da temperatura do líquido a cavitação é induzida sem alterar as condições operacionais da bomba Máquinas de Fluídos 39 Teste NPSH Fig 15 Esquema de uma bancada para teste de cavitação Teste de cavitação Máquinas de Fluídos 40 Teste de cavitação Máquinas de Fluídos Fig 16 Condições para a determinação do NPSHreq Teste de cavitação Medindose o NPSHdisp até que a altura da bomba H apresente uma queda de 3 Nessa condição estabelecese que Para bombas maiores ou sujeitas a transientes devese detectar uma queda na ordem de 1 Na verdade como foi mostrado anteriormente o início da cavitação ocorre antes de se detectar a queda no desempenho Daí a necessidade de utilizar o fator de segurança mostrado na Eq 8 por estágio H NPSH disp disp req NPSH NPSH 41 Teste de cavitação Máquinas de Fluídos Fig 16a Curva característica do NPSHreq Teste de cavitação Exemplo de curva de NPSH requerido 42 NPSH Constante de cavitação de Thoma O termo depressão dinâmica mostrado na Eq 4 pode ser representado como uma fração da altura da bomba H onde o coeficiente é chamado de fator de cavitação de Thoma Substituindo esse termo na Eq 5 e considerando o termo hfi incluído nessa constante ou NPSHreq H H g W g C 2 2 2 1 12 9 req v atm s s NPSH H H g P P P h 10 req v atm s fs s NPSH H H g P P P h z 11 Máquinas de Fluídos por estágio H NPSH disp 43 NPSH Constante de cavitação de Thoma Assim a altura de sucção máxima pode ser determinada através da Eq 12 Quando o valor de NPSHreq não é conhecido o valor de H pode ser estimado empiricamente através da expressão de Pfleiderer baseada em dados de muitos experimentos conforme a Eq 13 onde N é a rotação da bomba em rpm Q é a vazão em m3s f é um fator experimental e k é o coeficiente de redução da seção de entrada do impelidor conforme a Eq 14 e Fig 16 12 23 2 100 k f Q N NPSH H req 13 Máquinas de Fluídos Obviamente essa equação também pode ser utilizada com o valor medido do NPSHreq que substitui o termo σH Quando o valor máximo de zs for negativo significa que a bomba deverá funcionar afogada de uma altura mínima idêntica ao valor absoluto calculado Zsmax 44 NPSH Constante de cavitação de Thoma onde de é o diâmetro do flange de entrada da bomba em m e dm1 é o diâmetro de entrada correspondente ao filete médio do impelidor também em m O valor de k varia normalmente entre 06 e 09 O coeficiente f adimensional é igual a f26 para bombas radiais f29 para bombas mistas f24 para bombas axiais 14 2 1 1 e m d d k Máquinas de Fluídos Fig 16 Diâmetros associados à equação de Pfleiderer 45 NPSH Constante de cavitação de Thoma Outra forma de se obter o coeficiente de cavitação de Thoma é através da equação de Stepanoff mostrada na Eq 15 onde N é a rotação da bomba em rpm Q é a vazão em m3s e H é a altura em m O coeficiente é um fator experimental dado por 15 Máquinas de Fluídos 3 4 4 3 Ns H Q N 00011 para bombas radiais 00013 para bombas mistas 000145 para bombas axiais 46 NPSH Vazão máxima permissível para uma bomba em um sistema A equação do NPSHdisp é função das quedas de pressão carga na linha de sucção e consequentemente da vazão bombeada como mostrado anteriormente pela Eq 7 Se arbitrarmos valores de vazão e calcularmos os valores correspondentes de NPSHdisp os valores serão decrescentes com o aumento da vazão resultando na seguinte curva Máquinas de Fluídos fs s v atm s s disp h g V p p p z NPSH 2 2 7 NPSHdisp hfs Q v atm s s p p p z 47 NPSH Vazão máxima permissível para uma bomba em um sistema Considerando que a curva do NPSHreq vs Q é crescente a intersecção destas curvas determinará a vazão máxima de uma bomba em um dado sistema Essa é a vazão correspondente ao início da cavitação e queda nas curvas características Máquinas de Fluídos NPSHreq Q 48 NPSH Fatores que modificam o NPSHdisp Observando a Eq 7 podese notar que a alteração de determinados parâmetros pode alterar o valor do NPSHdisp Altura estática de sucção zs Variando a altura estática de sucção o NPSHdisp se altera Como se deve analisar as condições críticas NPSHdisp mínimo se utiliza a altura estática mínima para o caso de zs positivo e a altura máxima para o caso de zs negativo Assim a Eq 12 pode ser reescrita como A altura mínima é calculada da mesma forma considerando zs positivo Máquinas de Fluídos folga max req fs v atm s s NPSH h g P P P z folga 2 2 req fs s v atm s s disp NPSH h g V P P P z NPSH 16 17 fs s v atm s s disp h g V p p p z NPSH 2 2 49 NPSH Fatores que modificam o NPSHdisp Altitude do local da instalação Variando a altitude a pressão atmosférica muda e portanto o valor do NPSHdisp Para bombas instaladas acima do nível do mar podese considerar uma diminuição da pressão atmosférica de 338653 Pa para cada 3048 m ou conforme a Tab 3 Máquinas de Fluídos Tabela 3 Pressão atmosférica vs altitude 50 NPSH Fatores que modificam o NPSHdisp Temperatura do líquido Quanto maior a temperatura do líquido maior será sua pressão de vapor diminuindo o NPSHdisp Ao mesmo tempo quanto maior a temperatura maior será o volume específico do líquido e menor será a relação entre esse volume e o volume específico do vapor Isso significa que é mais fácil cavitar mas o efeito da cavitação será menos intenso Máquinas de Fluídos 51 NPSH Fatores que modificam o NPSHdisp Tipo de líquido Diferentes líquidos possuem diferentes pressões de vapor massa específica e viscosidade Assim alterando o tipo de líquido bombeado no mesmo sistema alterará o valor do NPSHdisp Tipo de entrada comprimento diâmetro e acessórios da tubulação de sucção Qualquer alteração nas características físicas da tubulação de sucção ou nos acessórios filtros válvulas trocadores de calor etc modificará o valor do NPSHdisp Vazão Qualquer modificação na vazão de operação do sistema modificará a perda de pressão carga hfs e consequentemente o valor do NPSHdisp Máquinas de Fluídos Uso de indutores Uma forma de reduzir o NPSH requerido de uma bomba é através do uso de um indutor Um indutor é um impelidor axial com um baixo número de pás 2 a 4 que é colocado imediatamente a montante do impelidor da bomba centrífuga e gira na mesma velocidade de rotação que o impelidor da bomba Nas bombas multi estágios é instalado a montante do primeiro estágio A redução do NPSH requerido pela bomba é realizada pelo aumento da pressão estática a montante do impelidor O escoamento em vórtice prérotação na direção da rotação do impelidor a jusante do indutor desempenha um papel importante Com o aumento da vazão o uso do indutor aumenta o NPSH requerido da bomba Máquinas de Fluidos 52 Indutor em uma bomba mostrado em vermelho Assistir o vídeo httpswwwyoutubecomwatchvxmoY9gn0AvI Aumento do diâmetro na entrada do impelidor À primeira vista um aumento no diâmetro do olho do impelidor parece benéfico A velocidade do escoamento será menor resultando em uma pressão estática localizada mais alta Isso dá uma margem de segurança contra a cavitação É por isso que um tubo de sucção maior na entrada da bomba parece uma boa ideia Infelizmente o escoamento do líquido na região do impelidor não é tão simples e uniforme assim No BEP não há problema mas em vazões menores o líquido não segue o caminho indicado pelas pás O resultado é um escoamento em vórtice e uma área de recirculação aparece no olho do impelidor com cavitação e vibração A redução do NPSH requerido só acontece se a bomba não operar muito afastada de seu BEP Máquinas de Fluidos 53 Aumento do diâmetro do impelidor na entrada para redução do NPSH requerido 54 NPSH Bombeamento de água quente e hidrocarbonetos O NPSHreq para bombas centrífugas é normalmente determinado para o caso de bombeamento de água limpa e fria No entanto a experiência tem mostrado que as bombas podem trabalhar com hidrocarbonetos e água quente com NPSHdisp menor do que seria necessário para o caso de água fria Essa redução é função da pressão de vapor e da massa específica do líquido A justificativa é que com água fria formase um volume de vapor muito maior na entrada do impelidor para um mesmo NPSH causando a obstrução dos canais do impelidor Máquinas de Fluídos 55 NPSH Bombeamento de água quente e hidrocarbonetos Porquê isso Definindo Máquinas de Fluídos l v v v R esp do líquido saturado volume esp do vapor saturado volume 57655 20 l v C agua v v R 3 309 80 l v C agua v v R 2761 20 l v C propano v v R 4 42 80 l v C propano v v R 56 NPSH Bombeamento de água quente e hidrocarbonetos Esse ajuste é feito utilizandose uma carta de redução do NPSH e sua validade é A redução não pode exceder 50 do NPSHreq para a bomba operando com água ou uma redução máxima de 3 m ou o que for menor Aplicase somente para líquidos de baixa viscosidade ou hidrocarbonetos livres de ar ou gases Não se aplica para condições de operação transientes Não é recomendado extrapolar os valores fornecidos pela carta de redução Máquinas de Fluídos 57 NPSH Máquinas de Fluídos Fig 17 Carta de redução do NPSH 58 NPSH Máquinas de Fluídos Fig 18 Pressão de vapor para líquidos Conversão 1 psi6895 kPa 1 kPa 0145038 psi 81 32 F C 32 81 C F 59 NPSH Máquinas de Fluídos Fig 19 Pressão de vapor para líquidos Conversão 1 psi6895 kPa 1 kPa 0145038 psi 81 32 F C 32 81 C F 60 NPSH Cálculo do NPSH para bombas alternativas Esse tipo de bomba também está sujeita aos efeitos da cavitação como na verdade qualquer bomba volumétrica e assim o NPSH disponível deve ser calculado e informado no momento da aquisiçãoseleção da bomba A equação para o cálculo no NPSH disponível é a mesma vista anteriormente Eq 16 adicionandose um termo chamado de altura de aceleração Essa altura de aceleração é causada pela rápida aceleração e desaceleração do líquido na linha de sucção à medida que as válvulas de sucção e descarga abrem e fecham na bomba Máquinas de Fluídos Fig 20 Tipos de válvulas encontradas em bombas alternativas esq tipo placa centro tipo cone dir tipo esfera 61 NPSH Cálculo do NPSH para bombas alternativas Esse termo de altura de aceleração ha em metros deve ser então subtraído na Eq 16 e é dado pela Eq 18 onde L é o comprimento real da tubulação de sucção em m V é a velocidade média do líquido na tubulação de sucção em ms N é a rotação do eixo da bomba em rpm C é uma constante dependente do tipo de bomba g é a aceleração da gravidade em ms2 e k é um fator associado ao tipo de líquido Máquinas de Fluídos 18 gk LVNc ha Tipo c Simplex de ação dupla 0200 Duplex de ação simples 0200 Simplex de ação simples 0400 Duplex de dupla ação 0115 Triplex de ação simples ou dupla 0066 Quintuplex de ação simples ou dupla 0040 Septuplex de ação simples ou dupla 0028 Tabela 4 Valores da constante C da Eq 18 62 NPSH Tipos de bombas volumétricas alternativas Máquinas de Fluídos Simplex um único cilindro de dupla ação Duplex dois cilindros de dupla ação 63 NPSH Tipos de bombas volumétricas alternativas Máquinas de Fluídos Quintuplex ação simples Triplex ação simples 64 NPSH Cálculo do NPSH para bombas alternativas Máquinas de Fluídos Líquido k Hidrocarbonetos altamente compressíveis 25 Outros hidrocarbonetos 20 Água aminas glicóis 15 Água desaerada 14 Tabela 5 Valores da constante k da Eq 18 Fig 21 Velocidades máximas de sucção para bombas alternativas em função do seu tipo e de N 65 Cavitação em válvulas Cavitação em válvulas de controle Máquinas de Fluídos Fig 22 Princípio de Bernoulli em válvulas 66 Cavitação em válvulas Cavitação em válvulas de controle Máquinas de Fluídos Fig 23 Flashing formação da bolha de vapor mas sem o seu colapso Fig 24 Cavitação 67 Cavitação em válvulas Cavitação em válvulas de controle Máquinas de Fluídos Fig 25 Efeitos da cavitação em válvulas de controle 68 Outros exemplos de cavitação Cavitação no leme de um navio Máquinas de Fluídos Fig 26 Efeitos da cavitação no leme de um navio Ver Cavitationphotographspdf 69 Outros exemplos de cavitação Cavitação no vertedouro de uma barragem Máquinas de Fluídos Fig 26 Efeitos da cavitação no vertedouro na barragem de Glen Canyon 70 Bibliografia Borremans M 2019 Pumps and compressors John Wiley Sons pp 178 Mattos EE de Falco R de 1998 Bombas industriais Interciência Sulzer Pumps 2010 Centrifugal pump handbook 3th ed Elsevier Karassik IJ McGuire T 1998 Centrifugal pumps 2nd ed Chapman Hall Volk M 2014 Pump characteristics and applications 3th ed CRC Press