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Como evitar a cavitação de uma bomba?

A cavitação é um problema em bombas de recalque, que causa erosão das hélices do rotor e gerando manutenção excessiva em um sistema hidráulico. Veja a explicação a seguir de como ocorre a cavitação em uma bomba.

É muito comum acontecer cavitação em bombas de recalque de edifícios residenciais, pois normalmente o espaço destinado ao sistema de abastecimento de água não é planejado corretamente e as bombas ficam nos espaços que “sobram” na edificação.

Fonte: Blog o Pórtico.com

Como ocorre a cavitação em uma bomba?

Devido à força de sucção adicional para retirar a água do reservatório inferior da inércia, uma pressão negativa é considerada no ramal de sucção da bomba.

Quando tem-se grandes comprimentos e altura de sucção, esta força é tão grande que a pressão interna da tubulação fica inferior à atmosférica, fazendo com que a água de dentro da tubulação ferva e cause problemas nas bombas.

Para evitar isso pode-se realizar a verificação da cavitação de uma bomba a partir do ponto de funcionamento e assim garantir que esse problema não ocorra.

As bombas devem ser especificadas, não só pela sua altura manométrica e vazão, mas também pelo seu NPSH (net positive suction head) ou altura de sucção absoluta.

O que é NPSH?

O NPSH nada mais é do que o valor de pressão “negativa” que a bomba fornece no ramal de sucção no sistema.

Os fabricantes devem fornecer o NPSH para o projetista e este valor depende do ponto de funcionamento e vazão. Quanto maior a nossa vazão, maior será o NPSH (em m.c.a.) da bomba.

Fonte: Catálogo motobombas Schneider

Como verificar se vai ocorrer a cavitação?

Para realizar a verificação, necessita-se verificar se a pressão no interior da tubulação será menor que a atmosférica.

Neste caso, como trata-se de pressão atmosférica, é preciso considerar no balanço de energia a pressão de vapor do fluido, chamado de Pv.

Em termos absolutos podemos utilizar a seguinte expressão:

Pa – Hs – h -Pv – NPSH > 0

Onde,

Pa = Pressão atmosférica em m.c.a. – Normalmente 1 atm = 10,33 m.c.a.

Hs = Altura de sucção, sendo negativa para casos afogados em m.c.a.

h = Perda de carga na tubulação de sucção em m.c.a.

Pv = Pressão de vapor em m.c.a.

NPSH = Altura de sucção absoluta da bomba em m.c.a.

Nota: Em caso de obras com altitudes acima de 1.000 metros acima do mar, consultar a pressão atmosférica do local da obra.

Como eu encontro a pressão de vapor?

Para determinar a pressão de vapor, basta utilizar os valores da tabela abaixo e dividir por 10, transformando kPa em m.c.a.

O que fazer quando ocorre a cavitação?

Caso a equação não se verifique e a expressão seja negativa, pode-se alterar o sistema para as seguintes condições:

utilizar tubulações maiores (diminuindo a perda de carga);
adotar comprimentos menores (diminuindo a perda de carga);
deixar a bomba em nível mais próximo ao de sucção (ideal afogada);
diminuir a altura de sucção da bomba;
diminuir a vazão do sistema, diminuindo o NPSH da bomba;
utilizar bomba com o NPSH menor para o mesmo sistema.

Fonte: Wikibooks

Exemplo de cálculo da cavitação

Problema: Verificar a cavitação em uma bomba de recalque de um edifício que levará a água do reservatório inferior até o superior.

Fonte: e-Disciplinas USP

Dados do problema:

Número de dormitórios: 84

Taxa de ocupação: 3 pessoas por dormitório (Itapema)

População: 252 pessoas

Consumo per capita: 200 litros/pessoa/dia

Consumo total diário: 50.400 litros/dia

Material da tubulação = PPR PN12 (C=150)

Vazão (Q) = 10,35 m³/h -> 0,0029 m³/s

Altura de recalque = 60 metros

Diâmetro da tubulação de sucção = 60mm (sucção)

Comprimento de tubulação = 3 metros

Comprimento equivalente

Joelhos 90 (3,4): 2

Tê passagem direta (2,3): 01

Registro de gaveta (0,8): 01

Válvula de pé com crivo (23,7): 01

Comprimento equivalente total = 33,6 metros

Comprimento total = 3 + 33,6 = 36,6 metros

Bomba escolhida: Schneider ME-AL 2350 5cv

Saiba como calcular a bomba de recalque neste conteúdo: https://youtu.be/yyK7DQfUPyA

Como encontrar o NPSH?

Após a escolha da bomba, deve-se verificar qual é o NPSH que a bomba escolhida necessita para o ponto de funcionamento calculado.

Para isso, verifica-se o catálogo de bombas e qual é a curva NPSH dela.

Verifique qual é o modelo:

Fonte: Adaptação do Catálogo de motobombas Schneider

No catálogo de curvas, verifique qual bate com o modelo.

Fonte: Catálogo de motobombas Schneider

Encontre o NPSH do modelo escolhido

NPSH ~ 4,25 m.c.a.

Altura de sucção

Se considerar a bomba afogada é provável que verifique.

Por isso, considere que a bomba esteja a 2 metros acima do ponto de sucção, que é a válvula de pé com crivo.

Como calcular a perda de carga?

Dados:

Vazão de projeto (Q) = 10,35 m³/h -> 0,0029 m³/s

Diâmetro da tubulação de sucção (D) = 60mm (sucção)

Material da tubulação = PPR PN12 (C=150)

Comprimento de tubulação = 3 metros

Comprimento equivalente:

Joelhos 90 (3,4): 2

Tê passagem direta (2,3): 01

Registro de gaveta (0,8): 01

Válvula de pé com crivo (23,7): 01

Comprimento equivalente total = 33,6 metros

Comprimento total (L) = 3 + 33,6 = 36,6 metros

Para a determinar a perda de carga, utilizaremos a fórmula de Hazen-Willians

h = 10,65 x L x Q1,85C1,85x D4,87

h = 10,65 x 36,6 x 0,00291,851501,85x 0,064,87=0,66 m.c.a.

Verificação se ocorre a cavitação:

Pa – Hs – h -Pv – NPSH > 0

10,33 – 2 -0,66 – 0,32 – 4,25 = 3,1 > 0 -> ok

Conclusão: Nesta bomba deste sistema com estas condições, não ocorrerá a cavitação e o sistema trabalhará de forma correta e eficiente.

 

Autor: Engenheiro Civil Allan Souza Mendes

 

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