Oitava aula

ME5330 – Oitava aula
Mecânica dos Fluidos para
Engenharia Química
14/04/2009

O que vem a ser o fenômeno de
cavitação?

Por que ele geralmente
é indesejável?

Evocando que a engenheira e o engenheiro
são pessoas aptas a solucionar problemas,
é fundamental que saibam responder:
13/04/2009 - v1

Quais os cuidados preliminares a
serem adotados na execução de um
projeto para evitá-lo? Quando ocorre?

Para que possamos
compreender as respostas
para estes novos
questionamentos, vamos
estudar o fenômeno de
cavitação, iniciando com o
cálculo da pressão na
entrada da bomba

Inicialmente estaremos
analisando a
supercavitação, o que
implica dizer, que estaremos
analisando o fenômeno na
entrada da bomba, para isto
devemos conhecer a
pressão nesta seção.

Considerando a tubulação de sucção
da instalação esquematizada abaixo,
determine a pressão de entrada da
bomba (pe)?

Adotando o PHR no nível de
captação, temos:

Pe     ze 
v2  
e  f  L aB  
LeqaB v2 
 e
 2g DH 2g 
 

Eu em
1981
Será que a equação
anterior pode-se ser
aplicada em todas as
instalações?

Para responder a pergunta anterior,
calcule a pressão na entrada da bomba
para o esquema a seguir:

(0)

h
(e)

B

Adotando o PHR no nível de
captação, temos:

Pe      h 
v2  
e  f  L aB  
LeqaB v2 
 e
 2g DH 2g 
 

Conclui-se que não,
portanto a pressão de
entrada deve ser
determinada aplicando-se a
equação da energia.

Fenômeno de supercavitação, que
é fundamental para a compreensão
do fenômeno de cavitação, surge
quando a pressão de entrada
(peabs) é menor ou igual a pressão
de vapor (pvapor) do fluido, que está
sendo bombeado, onde a pressão
de vapor é a pressão que para uma
dada temperatura do fluido
coexistem as fases líquido e vapor.

Se a peabs (pe + patm local ) for
menor ou igual a pvapor,
tem-se o fenômeno de
evaporação (total ou
parcial) à temperatura de
escoamento, que é
considerado o início do
fenômeno da cavitação.

Notas:

1 → O fenômeno de cavitação observado na
entrada da bomba (peabs < pvapor) é denominado
geralmente de supercavitação e é considerado um
erro grosseiro do projetista.
2 → A pressão na entrada da bomba não
representa o ponto de menor pressão do
escoamento, este ocorre no interior do corpo da
bomba, o que equivale a dizer que o fato de não
ocorrer o fenômeno de cavitação na entrada da
bomba não garante que o mesmo não ocorra em
seu interior.

Ao considerar as figuras 7.3.a e 7.3.b, verificamos que a
bolha de vapor ao ser lançada na direção do difusor da
bomba, onde a energia total é maior e a pressão maior
que a pressão atmosfera, esta irá sofrer a condensação
repentina com grande liberação de energia, ocorrendo a
penetração do fluido nos espaços vazios do material
(função do tamanho dos grãos) do rotor, podendo
promover o "arrancamento” de grãos, que seria uma das
consequências da cavitação.

O fenômeno de cavitação, geralmente
propicia os seguintes problemas:

1º → erosão que originam ruídos
2º → vibrações
3º → diminuição do rendimento
4o → diminuição do tempo vida da bomba.

Pelo fato do fenômeno de
cavitação poder comprometer
todo o projeto de uma
instalação de bombeamento
alguns cuidados preliminares
devem ser tomados para evitá-
lo, cuidados estes onde
objetiva-se trazer a pe o mais
perto possível da patm, ou até
mesmo superior a ela.

Considerando a equação
abaixo, quais seriam os
cuidados que deveriam ser
adotados?

 v2 
Pe     ze  e  f 

L aB  
LeqaB v2 
 e
 2g DH 2g 
 

Os cuidados adotados para procurar-se evitar o fenômeno de cavitação são:

1º → a bomba deve ser instalada o mais perto possível do nível de captação
com a finalidade de diminuir Ze, ou, se possível, a bomba deve ser instalada
abaixo do nível de captação (bomba “afogada”) com isto Ze< 0 .

2º → a tubulação antes da bomba deve ser a menor possível com a finalidade
de diminuir a HpaB.

3º → na tubulação antes da bomba devem ser usados os acessórios
estritamente necessários com a finalidade de diminuir a HpaB.

4º → o diâmetro da tubulação antes da bomba deve ser um diâmetro superior
ao diâmetro de recalque com a finalidade, tanto de diminuir a carga cinética
de entrada da bomba, quanto diminuir HpaB.

5º → o ponto de trabalho da bomba deve estar o mais próximo do ponto de
rendimento máximo.

Nota: Por questão de economia, sempre que possível, não se considera o
cuidado 4º mencionado acima, já que quanto maior o diâmetro maior o custo
da tubulação.

Primeiro teste do
aprendizado.

http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/teste_seu_aprendizado1.htm

Verificação do Fenômeno
de Cavitação
Como mencionado no item anterior a condição de peabs > pvapor
não é suficiente para garantir a não existência fenômeno de
cavitação. Por este motivo, introduzi-se um novo parâmetro
denominado de N P S H (Net Positive Suction Head), ou A P L
S (Altura Positiva Líquida de Sucção, ou Altura de Sucção
Absoluta) e que representa a disponibilidade de energia que o
líquido penetra na boca de entrada da bomba e que lhe
permitirá atingir o bordo da pá do rotor.

Existem dois NPSH, um fornecido pelo fabricante que é
denominado de NPSHrequerido e o calculado pelo projetista que é
o NPSHdisponível.

O NPSHdisponível

p vapor
NPSHdisponive l NPSHd  Heabs 

p vapor
NPSHd  Hinicial  Hp 
abs aB 
Supondose çãoinicialcom oníve l de re se rvatór :
io

NPSHd  Zinicial 
pinicial
abs
 p vapor 
 faB 

L aB  
Le qaB Q2ponto de trabalho

 DH
aB 2g  A2
aB
Zinicial  obtidaadotando se o PHR no e ix o da bom ba
-

O ideal...

NPSHdisponível – NPSHrequerido ≥ 1,5 m

7.12.45 A bomba hidráulica utilizada na
instalação de recalque, cuja tubulação de
sucção é esquematizada abaixo, tem o
NPSHr = 2,0 m. Verifique o fenômeno de
cavitação. São dados:

L m
Q  4 ; g  9,8 ; tubulaçãode aço 40 com Dn  2"
s s2

fluido águaa 20 C;
patm  700 m m Hg
;

 Le qaB  44,6 m
k gf
pm  0,3
cm2

Trecho da instalação do
exercício 7.12.45

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