O que é a cavitação?

Como entender a carga de sucção positiva

Existem duas maneiras de expressar NPSH em relação a um sistema de bombeamento centrífugo.

Para tornar o termo “carga de sucção positiva líquida” (NPSH) mais acessível aos engenheiros de bombas, que podem não entender como projetar um impulsor para NPSH ou os detalhes exatos da física, tentei simplificá-lo:

NPSH é uma medida da energia da pressão absoluta presente em um líquido. Os engenheiros de bombas usam essa energia para ajudar a “alimentar” o fluido no olho do impulsor de primeiro estágio. As bombas geralmente não sugam.

NPSH é a soma da pressão estática total mais a pressão cinética menos a pressão de vapor líquido no bocal de sucção da bomba ou na entrada do rotor, que é expressa em termos de altura manométrica.

Existem duas maneiras de expressar NPSH em relação a um sistema de bombeamento centrífugo:

NPSHa — A altura de sucção positiva líquida disponível é a medição da quantidade de energia de pressão do fluido disponível do sistema na entrada do impulsor da bomba.

NPSHr — A altura de sucção positiva líquida necessária é a medição da quantidade de energia de pressão do fluido exigida pela bomba.

O NPSH disponível deve ser maior do que o exigido pela bomba. Se não houver NPSHa suficiente, a bomba cavitará. Como resultado, o desempenho e a confiabilidade podem ser comprometidos.

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Como funciona a cavitação

IMAGEM 1: Uma maneira simplificada de pensar sobre cavitação (imagens cortesia da Hydro, Inc.)

De uma forma ainda mais simples de ver: se você não tiver pressão de sucção suficiente para a bomba, bolhas de vapor se formarão e então entrarão em colapso no rotor. Isso, por sua vez, prejudicará o desempenho da bomba (Imagem 1). O local do colapso depende do fluxo em que a máquina está operando e pode ocorrer na face frontal ou traseira do impulsor. Bolhas em colapso causam grandes danos à lâmina do impulsor (Imagem 2).

Mas essa não é toda a história, há uma complicação adicional que sempre deve ser considerada.

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Curvas NPSHr

As curvas NPSHr, conforme fornecidas pelo fabricante da bomba, são geradas usando os dados coletados durante um teste de desempenho da bomba. A determinação do NPSHr requer o teste da bomba em uma série de pontos de fluxo constante e cuidadosamente controlados e condições de sucção variáveis em uma instalação de teste. O operador do laboratório de teste define o fluxo e, em seguida, começa a introduzir um vácuo no lado da sucção da bomba. Isso reduz a pressão de sucção em incrementos controlados. Ao reduzir a pressão de sucção, a pressão de descarga é monitorada de perto.

O Hydraulic Institute estabeleceu o padrão da indústria para o NPSHr de uma bomba, e é o NPSHa em uma determinada taxa de fluxo e velocidade, que criará cavitação suficiente na sucção de um impulsor da bomba para diminuir a altura manométrica desenvolvida em 3 por cento.

Quando isso ocorre, as condições de sucção são registradas (fluxo e pressão de sucção) e plotadas na curva de desempenho da bomba. Este processo é repetido para cada fluxo até que o NPSHr em toda a faixa de desempenho da bomba seja registrado.

A curva característica NPSHr que representa uma queda de carga de 3 por cento também é comumente conhecida como NPSH3, mas raramente é declarada na curva.

A curva da bomba emitida pelo fabricante da bomba mostra o NPSHr necessário para fazer a queda de carga desenvolvida cair 3 por cento devido à cavitação.

IMAGEM 2: Bolhas em colapso causam danos à lâmina do impulsor

É importante lembrar que o valor NPSHr representado no desempenho da bomba é o ponto em que a cavitação deteriorou o desempenho em 3%. O início da cavitação ocorreu em uma condição de sucção muito maior do que essa.

Para que uma bomba opere corretamente, sem cavitação, o NPSHa deve ser

consideravelmente maior que o NPSHr. Deve ser fornecida margem suficiente de segurança acima do valor de NPSHr da bomba no ponto de operação nominal.

Cuidado, pois as curvas NPSHr em quase todos os casos representam o desempenho de um impulsor em cavitação.