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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