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Cavitação

Cavitação é um fenômeno físico que ocorre principalmente no interior de sistemas hidráulicos e que consiste na formação de bolhas de vapor no meio fluido transportado.

Ou seja, a cavitação é a formação e acumulação de bolhas em torno de um impulsor de bomba. Isso tende a se formar em líquidos de qualquer viscosidade à medida que eles são transportados através e ao redor de um sistema de bombeamento.

Quando cada uma dessas minúsculas bolhas entra em colapso ou estoura, cria uma onda de choque de alta energia dentro do líquido.

Teorema de Bernoulli

Podemos entender a cavitação com a ajuda do Teorema de Bernoulli que diz que um fluido escoando, ao ser acelerado, tem uma redução da pressão, para que a sua energia mecânica se mantenha constante. Considere-se um fluido no estado líquido escoando com uma temperatura T₀ e a uma pressão P₀.

Em certos pontos devido à aceleração do fluido, como em um vertedor, em uma turbina hidráulica, uma bomba hidráulica, ou em uma válvula, a pressão pode cair a um valor menor que a pressão mínima em que ocorre a vaporização do fluido na temperatura T₀.

Ilustração do teorema de Bernoulli na figura abaixo que também é a base para o conceito do efeito Venturi – Geração de vácuo.

Então ocorrerá uma vaporização local do fluido, formando bolhas de vapor, um fenômeno que normalmente é chamado de cavitação (formação de cavidades dentro da massa líquida). A cavitação é comum em bombas de água e de óleo, válvulas, turbinas hidráulicas, propulsores navais e pistões de automóveis.

Tipos de cavitação

A cavitação pode ocorrer quando o fluxo do fluído é obstruído e obrigado a seguir numa outra direção. Quando isso acontece, o fluído é desviado de sua direção inicial, ou quando um volume de fluído se desprende da ponta das pás, gerando um ponto localizado de baixa pressão. Devido a diversas origens desses fenômenos, são desenvolvidos diferentes tipos de cavitação que veremos a seguir:

1. Vaporização:

Também conhecida como cavitação NPSH – Net Positive Suction Head ou “cavitação clássica”, esta é a forma mais comum. Ocorre quando uma bomba centrífuga transmite velocidade a um líquido quando passa pelo olho do impulsor.

Se o impulsor não estiver funcionando corretamente, parte do líquido pode ser fervido rapidamente (vaporizado), criando as pequenas ondas de choque ou bolhas.

2. Turbulência:

Se partes do sistema – tubos, válvulas, filtros, cotovelos, entre outros, são inadequadas para a quantidade ou tipo de líquido que você está bombeando, isso pode criar um escoamento giratório (vórtices) no líquido.

Basicamente isso leva ao líquido tornando-se turbulento e ocorrendo diferenças de pressão por toda parte e que podem corroer materiais sólidos ao longo do tempo.

3. Síndrome das palhetas:

Também conhecida como “síndrome de passagem das palhetas”, esse tipo de cavitação ocorre quando o impulsor usado tem um diâmetro muito grande, ou a carcaça tem um revestimento muito espesso. Um deles ou ambos criam menos espaço dentro do próprio alojamento.

Quando isso acontece, a pequena quantidade de espaço livre cria uma maior velocidade no líquido, o que, por sua vez, leva a uma pressão menor. Essa pressão mais baixa aquece o líquido, criando bolhas de cavitação.

4. Recirculação Interna:

Nesta situação, a bomba não pode descarregar o fluído na taxa adequada, assim esse fluído é recirculado em torno do rotor. O fluído percorre zonas de baixa e alta pressão, resultando em calor e alta velocidade e como resultado cria-se bolhas vaporizadas. Uma causa comum para isso é quando uma válvula de descarga está fechada enquanto a bomba está funcionando.

5. Cavitação por Aspiração de Ar:

Um tipo desse fenômeno muito comum onde o ar pode ser sugado para dentro de uma bomba através de válvulas com falha ou outros pontos fracos, como anéis de juntas.

Uma vez aspirado, o ar não tem para onde ir, e sim seguir para o curso do fluído. À medida que o fluído é misturado, o ar forma bolhas que depois são estocadas sob pressão pelo impulsor.

Sintomas de cavitação

Como em qualquer problema que devemos nos atentar em máquinas e equipamentos, os problemas de cavitação também requerem a necessidade de um processo de manutenção confiável.

Verificar os componentes e o desempenho dos sistemas de bombeamento é uma eficiente maneira de identificar sinais de possíveis problemas de cavitação.

Devemos nos atentar a um ou uma combinação de alguns sintomas que podem revelar problemas de bolhas nos sistemas de bombeamento:

Fluxo ou pressão diminuídos: Se a sua bomba não estiver produzindo a quantidade de fluxo, conforme declarado pelo fabricante, isso pode significar que a cavitação está ocorrendo.

Vibrações Inesperadas: A cavitação pode causar vibrações incomuns, não consideradas pelo equipamento usado e pelo líquido sendo bombeado.

Erosão do rotor: Peças do impulsor dentro do sistema, ou partes erodidas, são um sinal de fogo seguro de cavitação.

Falha de vedação / rolamento: esse fenômeno também pode causar vazamento ou falha dos vedantes.

Consumo anormal de energia: Se bolhas estiverem se formando ao redor do impulsor, ou se o impulsor em si já começou a falhar, você pode perceber que está acontecendo flutuações no uso de energia. Isso se evidencia à medida que a sucção aumenta e diminui, dependendo do desempenho do impulsor.

Ruído: se houver um sinal de cavitação, será evidenciado um nível de ruído anormal no sistema. Quando as bolhas implodem, elas podem fazer uma série de sons borbulhantes e rachados.

Fonte bibliográfica:

https://www.globalpumps.com.au

https://pt.wikipedia.org