Princípios Básicos de Bombas Centrífugas: Cavitação

Tipos de cavitação em bombas centrífugas

Para reduzir ou prevenir a cavitação em bombas centrífugas, é importante compreender os diferentes tipos de cavitação que podem ocorrer. Esses tipos incluem:

1. Cavitação de vaporização. Também conhecida como "cavitação típica" ou "cavitação por deficiência de cabeça de sucção positiva líquida (NPSHa)", este é o tipo mais comum de cavitação. A bomba centrífuga aumenta a velocidade do fluido à medida que ele é aspirado pelos orifícios do impulsor. Um aumento na velocidade corresponde a uma diminuição na pressão do fluido. A redução da pressão pode fazer com que parte do fluido ferva (vaporize) e forme bolhas de vapor, que colapsam violentamente ao atingir a área de alta pressão e criam uma pequena onda de choque.

 

2. Cavitação turbulenta. Peças como cotovelos, válvulas, filtros, etc. no sistema de tubulação podem não ser adequadas para o volume ou a natureza do líquido que está sendo bombeado, o que pode criar correntes parasitas, turbulência e diferenças de pressão em todo o líquido. Quando esses fenômenos aparecem na entrada da bomba, eles irão corroer diretamente o interior da bomba ou causar a vaporização do líquido.

 

3. Cavitação da síndrome foliar. Também conhecida como "síndrome da lâmina", este tipo de cavitação ocorre quando o diâmetro do impulsor é muito grande ou o revestimento interno da carcaça da bomba é muito espesso/o diâmetro interno da carcaça da bomba é muito pequeno. Uma ou ambas as condições reduzirão o espaço (folga) no corpo da bomba abaixo de um nível aceitável. Uma redução na folga na carcaça da bomba resulta em um aumento na vazão do fluido, resultando em uma redução na pressão. A pressão reduzida pode fazer com que o fluido vaporize, produzindo bolhas de cavitação.

 

4. Cavitação de recirculação interna. Quando a bomba não consegue descarregar o fluido na vazão desejada, ela faz com que parte ou todo o fluido recircule em torno do impulsor. O fluido recirculado passa por regiões de baixa e alta pressão, resultando em calor, alta velocidade e formação de bolhas de vaporização. Uma causa comum de recirculação interna é o funcionamento da bomba quando a válvula de saída da bomba está fechada (ou com uma vazão baixa -).

 

5. Entrada de ar com cavitação. O ar pode entrar na bomba através de uma válvula com defeito ou de um conector solto. Uma vez dentro da bomba, o ar fluirá com o fluido. O movimento do fluido e do ar pode formar bolhas que “explodem” quando expostas ao aumento da pressão do impulsor da bomba.

 

Fatores que causam cavitação

NPSH, NPSHa e NPSHr

O NPSH é um fator chave para prevenir a cavitação em bombas centrífugas. NPSH é a diferença entre a pressão de sucção real e a pressão de vapor do fluido, medida na entrada da bomba. O valor NPSH deve ser alto para evitar a vaporização do fluido na bomba. NPSHa é o NPSH real sob condições de operação da bomba. A altura manométrica de sucção positiva líquida necessária (NPSHr) é o NPSH mínimo especificado pelo fabricante da bomba para evitar cavitação. NPSHa é uma função dos detalhes de instalação e operação da tubulação de sucção e da bomba. O NPSHr é uma função do projeto da bomba e seu valor é determinado por testes da bomba. NPSHr indica a altura manométrica disponível sob condições de teste e geralmente considera uma queda de 3% na altura manométrica da bomba (para bombas multiestágios, altura manométrica do impulsor) como base para identificação de cavitação. O NPSHa deve sempre ser maior que o NPSHr para evitar cavitação.

Arrasto de ar e seu papel na cavitação
Quando o ar entra na linha de sucção da bomba, ocorre o arrastamento de ar, resultando num risco aumentado de cavitação. Isso pode ocorrer devido ao enchimento inadequado da bomba, vazamento na linha de sucção e fluxo turbulento ou turbulento na linha de sucção. O ar no líquido forma pequenas bolhas que, sob condições de pressão na bomba, podem contribuir ou agravar o processo de cavitação. Reduzir a entrada de ar é fundamental para minimizar o risco de cavitação. Isto pode ser conseguido cumprindo os requisitos mínimos de imersão, garantindo a vedação adequada das conexões dos tubos, mantendo o NPSHa adequado e evitando turbulência na entrada da bomba.

 

Análise das curvas da bomba e do sistema relacionadas ao risco de cavitação

 

A análise da curva da bomba e do sistema é uma ferramenta importante para compreender e reduzir o risco de cavitação. As interseções entre as curvas da bomba e do sistema ilustram o desempenho da vazão, altura manométrica e eficiência da bomba sob diferentes condições do sistema. Ao analisar as curvas da bomba e do sistema, o operador pode determinar a faixa operacional ideal da bomba e evitar áreas conhecidas por causarem cavitação. Essas áreas incluem situações onde a vazão é muito alta ou a altura manométrica de sucção é muito baixa. Atenção especial deve ser dada ao ponto de vazão mínimo, pois operar abaixo desta taxa aumenta muito o risco de cavitação. O uso adequado das curvas da bomba ajuda a tomar decisões sobre a seleção da bomba, velocidade de operação e precauções necessárias para minimizar a cavitação em bombas centrífugas.

 

Estratégias para reduzir a cavitação

Aumente o NPSHa para evitar cavitação
Garantir que o NPSHa seja maior que o NPSHr é essencial para evitar a cavitação. Isso pode ser feito por:

1. Reduza a altura da bomba em relação ao reservatório/tanque de sucção. Pode aumentar o nível no reservatório/piscina de sucção ou reduzir a altura de instalação da bomba. Isto aumenta o NPSHa na entrada da bomba.

 

2. Aumente o diâmetro do tubo de sucção. Isto reduz a velocidade do fluido a uma vazão constante, reduzindo assim as perdas de carga de sucção para tubos e conexões.

 

3. Reduza a perda de cabeça dos acessórios. Reduza o número de conexões na linha de sucção da bomba. Use acessórios como curvas de raio longo, válvulas de diâmetro total e tubos com redução de conicidade para ajudar a reduzir a perda de altura de sucção causada pelas conexões dos tubos.

 

4. Na medida do possível, evite instalar filtros e filtros na linha de sucção da bomba, pois costumam causar cavitação na bomba centrífuga. Se isso não puder ser evitado, certifique-se de que o filtro e o filtro na linha de sucção da bomba sejam verificados e limpos regularmente.

 

5. Resfrie o fluido bombeado para reduzir a pressão do vapor.

 

Saiba mais sobre a margem NPSH para prevenir a cavitação

A margem NPSH é a diferença entre NPSHa e NPSHr. Uma grande margem NPSH reduz o risco de cavitação porque fornece um fator de segurança que evita que o NPSHa caia abaixo dos níveis operacionais normais devido a flutuações nas condições operacionais. Os fatores que afetam a margem NPSH incluem características do fluido, velocidade da bomba e condições de sucção. Os engenheiros devem calcular e maximizar esta margem durante as fases de projeto e planejamento operacional para garantir um desempenho confiável da bomba e minimizar o risco de cavitação. O monitoramento e o ajuste regulares com base em dados operacionais em tempo real ajudam a manter uma margem NPSH eficaz.

 

Mantenha o fluxo mínimo da bomba

Garantir que a bomba centrífuga esteja operando acima da vazão mínima especificada é fundamental para reduzir a cavitação. As bombas centrífugas operando abaixo da faixa de vazão ideal (área de trabalho permitida) aumentam a probabilidade de zonas de baixa pressão, o que pode induzir cavitação. Cada bomba centrífuga possui uma curva característica da bomba que mostra a vazão mínima necessária para evitar problemas operacionais, como cavitação. Este fluxo mínimo pode ser mantido usando métodos de controle de fluxo, como linhas de derivação, válvulas de controle ou bombas de velocidade variável. Isto é especialmente importante durante a fase de arranque ou de paragem, quando a necessidade da bomba muda.

 

Considerações de projeto do impulsor para reduzir a cavitação

O projeto do impulsor desempenha um papel importante para determinar se a bomba centrífuga é propensa à cavitação. Um impulsor com menos pás e maiores tende a acelerar menos o fluido, reduzindo o risco de cavitação. Além disso, impulsores com grandes diâmetros de entrada ou pás cônicas ajudam a gerenciar o fluxo de fluidos de maneira mais suave, minimizando a turbulência e a formação de bolhas. A vida útil de impulsores e bombas pode ser estendida usando materiais resistentes a danos por cavitação.

Use dispositivos anti-cavitação

Dispositivos de prevenção de cavitação, como acessórios de controle de fluxo ou revestimentos de supressão de cavitação, podem reduzir efetivamente a cavitação. A função desses dispositivos é controlar a dinâmica dos fluidos ao redor do impulsor, proporcionando um fluxo mais estável e reduzindo a turbulência e as áreas de baixa pressão que causam cavitação. Os retificadores de fluxo podem ser usados ​​para reduzir os vórtices no fluido e melhorar as condições de entrada da bomba. O revestimento de supressão de cavitação rompe a bolha antes que ela imploda, protegendo o impulsor e a carcaça da bomba contra danos.

 

A importância de dimensionar corretamente a bomba para evitar cavitação

Selecionar o tipo certo de bomba e especificar o tamanho certo para uma aplicação específica é fundamental para evitar a cavitação. Bombas sobredimensionadas podem funcionar de forma menos eficiente com taxas de fluxo mais baixas, levando a um risco aumentado de cavitação, enquanto bombas subdimensionadas podem precisar trabalhar mais para atender aos requisitos de fluxo, o que também aumenta a probabilidade de cavitação. A seleção adequada da bomba inclui análise detalhada dos requisitos de fluxo máximo, normal e mínimo, características do fluido e layout do sistema para garantir que a bomba esteja operando dentro da faixa operacional especificada. A seleção precisa evita a cavitação e melhora a eficiência e a confiabilidade da bomba durante todo o seu ciclo de vida. A cavitação em bombas centrífugas pode afetar a eficiência e reduzir a vida útil, danificando componentes importantes. A implementação das estratégias discutidas, como a otimização do projeto e seleção da bomba, a manutenção de taxas de fluxo adequadas e a garantia de margens NPSH adequadas, reduzirá significativamente o risco de cavitação. O monitoramento e a manutenção regulares garantem que a bomba esteja operando em condições ideais, aumentando assim a vida útil e a confiabilidade de diversas aplicações. Ao tomar medidas proativas, o equipamento pode melhorar o desempenho e evitar danos dispendiosos e perigos causados ​​pela cavitação.