O que é cavitação em bombas centrífugas – definição

Cavitação é uma ocorrência indesejável. Nas bombas centrífugas, a cavitação causa danos aos componentes (erosão do material), vibrações, ruídos e perda de eficiência. Engenharia Térmica

Cavitação em Bombas Centrífugas

cavitação - impulsor danificado-minPrincipais locais onde a cavitação ocorre são em bombas, em turbinas ou hélices . Nas bombas centrífugas, a cavitação resulta de uma redução na pressão de sucção , um aumento na temperatura de sucção ou um aumento na vazão acima daquela para a qual a bomba foi projetada.

Existem dois tipos básicos de cavitação da bomba :

Cavitação por sucção

cavitação de sucção - impulsor-minA cavitação por sucção , ou também a cavitação clássica , ocorre quando uma bomba está sob baixa pressão ou condições de alto vácuo. Quando o líquido sendo bombeado entra no olho de uma bomba centrífuga , a pressão é significativamente reduzida . Em alguns casos, a queda de pressão é grande o suficiente para fazer com que o líquido pisque ao vapor quando a pressão local cai abaixo da pressão de saturação do fluido que está sendo bombeado. Bolhas ou cavidades se formarão no olho do impulsor e, subsequentemente, as bolhas de vapor formadas se moverão para regiões de pressão mais alta à medida que viajam em direção à descarga da bomba. Na região de maior pressão, abolhas de vapor colapsam repentinamente nas partes externas do impulsor. Isso pode causar danos significativos a todas as partes móveis de uma bomba centrífuga.

Causas típicas da cavitação por sucção:

  • A bomba está funcionando muito longe na curva da bomba
  • Más condições de sucção ( requisitos NPSH )
  • Bloqueio no tubo no lado de sucção
  • Projeto de tubulação inadequado
  • Filtros ou filtros entupidos

Para evitar esse tipo de cavitação, a Cabeça de Sucção Positiva Líquida disponível (NPSHa) no sistema deve ser maior que o NPSH necessário da bomba. Esse problema é típico da cavitação por sucção e, portanto, esse tipo de cavitação também é chamado de cavitação NPSHa inadequada .

Cabeça de sucção positiva líquida

Além da troca da bomba, os problemas com a cavitação por sucção também podem ser resolvidos por:

  1. Baixando a temperatura
  2. Redução da rotação do motor, se possível
  3. Aumento do diâmetro do olho do impulsor
  4. Uso de um indutor de impulsor.
  5. Uso de duas bombas paralelas com menor capacidade.
  6. Uso de uma bomba auxiliar para alimentar a bomba principal.

Caso especial de cavitação ocorre no lado da sucção como resultado de tubulação inadequada na linha de sucção. O uso de restrições, cotovelos afiados e outros equipamentos hidráulicos podem turbulizar o fluxo, o que pode contribuir para a formação de cavitação.

 

Cavitação de descarga

cavitação de descarga - bomba-minA cavitação da descarga ocorre quando a pressão de descarga da bomba é extremamente alta ou quando o fluxo de descarga é restrito e não pode sair da bomba (por exemplo, causada por uma válvula de saída fechada). Uma pressão de descarga extremamente alta resulta na maioria do fluido bombeado circulando dentro da bomba .

Este tipo de cavitação se origina de duas fontes. Primeiro, essa circulação interna (das zonas de alta pressão para as zonas de baixa pressão) é forçada através da folga entre o impulsor e o compartimento da bomba em alta velocidade, resultando na formação de uma região de baixa pressão (como resultado do princípio de Bernoulli ). qual cavitação pode ocorrer. Segundo, o líquido está circulando dentro da voluta da bomba e superaquece rapidamente.

Nos dois casos, a cavitação tem consequências semelhantes. A implosão de bolhas desencadeia ondas de choque intensas, causando desgaste prematuro das pontas do impulsor e da carcaça da bomba. Em casos extremos, a cavitação de descarga pode causar a quebra do eixo do impulsor.

Causas típicas da cavitação de descarga:

  • A bomba está funcionando muito à esquerda na curva da bomba
  • Bloqueio no tubo no lado da descarga
  • Filtros ou filtros entupidos
  • Projeto de tubulação inadequado

Número de cavitação

número de cavitação (Ca) ou o parâmetro de cavitação é um número sem dimensão usado nos cálculos de fluxo. É convencional caracterizar a proximidade da pressão no fluxo do líquido com a pressão do vapor (e, portanto, o potencial de cavitação) por meio do número da cavitação.

O número da cavitação pode ser expresso como:

número de cavitação - equação

Onde

CA = número de cavitação

p = pressão local (Pa)

v = pressão de vapor do fluido (Pa)

ρ = densidade do fluido (kg / m 3 )

v = velocidade do fluido (m / s)

Danos por cavitação

A cavitação é, em muitos casos, uma ocorrência indesejável. Nas bombas centrífugas, a cavitação causa danos aos componentes (erosão do material), vibrações, ruídos e perda de eficiência.

Fonte: Wikipedia, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbine_Francis_Worn.JPG
Fonte: Wikipedia, CC BY 2.5,
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbine_Francis_Worn.JPG

Talvez o problema de engenharia mais importante causado pela cavitação seja o dano material que as bolhas de cavitação podem causar quando colapsam nas proximidades de uma superfície sólida. O colapso das bolhas de cavitação é um processo violento que gera ondas de choque e microjatos altamente localizados . Eles forçam o líquido energético em volumes muito pequenos, criando pontos de alta temperatura e esses distúrbios intensos geram tensões superficiais transitórias e altamente localizadas em uma superfície sólida. Os sinais de erosão aparecerão como pontinhos devido à ação de golpe de água das bolhas de vapor em colapso. Verificou-se que as taxas de danos por cavitação aumentam rapidamente com o aumento da vazão do volume.

Materiais mais macios podem ser danificados mesmo pela ocorrência de cavitação a curto prazo . Pontuações individuais podem ser observadas após um único colapso da bolha. Portanto, materiais mais duros são usados ​​para bombas centrífugas . Porém, com os materiais mais duros usados ​​na maioria das aplicações, o estresse cíclico devido a colapsos repetidos pode causar falha na fadiga da superfície local . Assim, os danos causados ​​pela cavitação aos metais geralmente têm a aparência de falha por fadiga .

cavitação - bolha em colapso-minQuando as bolhas de cavitação colapsam, elas forçam o líquido energético a volumes muito pequenos, criando pontos de alta temperatura e emitindo ondas de choque, as quais são uma fonte de ruído. Embora o colapso de uma pequena cavidade seja um evento de energia relativamente baixa, colapsos altamente localizados podem corroer metais, como o aço, ao longo do tempo. A picada causada pelo colapso das cavidades produz um grande desgaste dos componentes e pode reduzir drasticamente a vida útil da hélice ou da bomba.

A cavitação é geralmente acompanhada também por:

  • Ruído. O ruído típico é causado por cavidades em colapso. O nível do ruído resultante da cavitação é uma medida da gravidade da cavitação.
  • Vibração . As vibrações da bomba devido à cavitação são caracteristicamente baixas vibrações de frequência, geralmente encontradas na faixa de 0 a 10 Hz.
  • Redução na eficiência da bomba . Uma diminuição na eficiência da bomba é um sinal mais confiável de cavitação.

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: [email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.