A cavitação é um dos principais problemas que podem afetar os equipamentos e, inclusive, causar queda na eficiência. Por isso, a manutenção da planta industrial é essencial para uma boa produtividade. Confira, então, o que é cavitação e também como evitar a cavitação!
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O que é cavitação e qual o seu processo?
Cavitação é um fenômeno físico que indica a formação de bolhas em equipamentos, o mais comum são em bombas centrífugas. Isso acontece durante o escoamento do fluido. Quando ele atinge pressão igual ou inferior à inicial, está sujeito à cavitação. Em geral, esse fenômeno ocorre em ambientes com baixa pressão e alta temperatura..
Nessas circunstâncias, o fluido, que deveria ser bombeado, se transforma em vapor. Pequenas bolhas de ar são originadas e, por sua vez, levadas até à zona de alta pressão, assim como o fluido. Elas acabam colapsando e, consequentemente, implodindo e retornando ao estado líquido. Ao implodir, as bolhas de ar causam a cavitação. Jatos de ar de alta velocidade são disparados em média 25 mil vezes a cada segundo.
O que é cavitação mecânica dos fluidos?
A cavitação mecânica dos fluidos é uma das mais frequentes. Ela acontece quando esse fenômeno de vaporização do líquido se dá no local do fluido e, por isso, provoca as bolhas de vapor.
Quais equipamentos sofrem com o efeito cavitação?
O efeito cavitação acontece, principalmente, em um dos equipamentos mais importantes dos sistemas de controle e prevenção de incêndios. As bombas de incêndio, que servem para fornecer energia ao transporte de água e chegar ao material em combustão a uma certa distância, com vazão e pressão adequadas para apagar o fogo. Por esse motivo, é importante fazer a manutenção preventiva e também saber como evitar a cavitação.
Os equipamentos que mais sofrem com efeito cavitação são:
- Bombas de água e óleo
- Válvulas
- Turbinas hidráulicas
- Propulsores navais
- Pistões de automóveis.
Quando ocorre a cavitação?
Depois de entender o que é cavitação, é importante saber quais podem as causas desse fenômeno. Por conta da evaporação do líquido, as cavidades acabam se formando no interior. A causa não é o aquecimento, mas a baixa pressão atmosférica alcançada por ele. A cavitação ocorre quando:
- O dimensionamento da tubulação de sucção é incorreta
- Há obstrução no filtro ou linha de sucção
- Os reservatórios estão “despressurizados”
- O filtro de ar está obstruído ou dimensionado de forma incorreta
- O óleo hidráulico é de baixa qualidade
- Erros de procedimento na partida do fio
- O óleo tem alta viscosidade
- A rotação da bomba é excessiva
- A conexão de entrada da bomba está muito alta em relação ao nível de óleo no reservatório.
Consequências, efeitos e formas de identificar a cavitação?
No início, esse processo físico pode parecer ser somente ruídos e vibrações incomuns. Entretanto, ao entender o que é cavitação, já dá para perceber que não é apenas um fenômeno inofensivo. Afinal, pequenos contingentes de ar estarão danificando o rotor da bomba.
Após a cavitação, o equipamento pode até ficar inutilizável. Há algumas causas que são sinais do efeito cavitação e, junto com eles, acontece a queda de eficiência. Por isso, é importante estar atento em alguns pontos durante a manutenção preventiva.
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1. Vibrações e ruídos
A bomba com cavitação fará vibrações e ruídos anormais que não são consideradas pelo equipamento usado e pelo líquido sendo bombeado. Os barulhos incomuns são provenientes da implosão das bolhas, que farão sons borbulhantes e rachados, semelhante à lenha seca quando está queimando.
2. Fluxo ou pressão diminuídos
A bomba deve produzir a quantidade de fluxo indicada pelo fabricante, caso contrário ela pode estar em cavitação.
3. Erosão no rotor
Partes erodidas e peças do impulsor dentro do sistema indicam fogo seguro de cavitação. Haverá erosão do material constituinte, em virtude, as bolhas estouram em altas velocidades nas regiões de pressão elevada, como nos rotores das bombas. Este fenômeno não deve ser confundido com a corrosão, já que este é um fenômeno químico.
4. Falha de vedação ou no rolamento
A cavitação, provavelmente, provocará falhas nas vedações ou no rolamento.
5. Consumo anormal de energia
O impulsionar começará a falhar, caso as bolhas se formem ao seu redor. Isso fará com que o consumo de energia varie, uma vez que a sucção durante a cavitação pode diminuir e aumentar o desempenho do impulsor.
6. Queda de rendimento e produtividade da bomba
Se as bolhas de vapor existirem em uma quantidade exacerbada, elas irão se agrupar e obstruir de modo parcial o canal do impulsor. A altura manométrica e a eficiência da bomba sofrerão com o efeito cavitação e, desse modo, registrarão quedas de rendimento.
7. Aumento do desgaste
A cavitação influencia na lubrificação e, assim, a superfície dos metais é destruída. No lado de sucção da bomba, as bolhas se formam por todo o líquido, o que irá ocasionar a queda da lubrificação e, consequentemente, maior desgaste.
O que fazer para evitar a cavitação?
Algumas ações preventivas podem ajudar a evitar a cavitação. Veja as dicas, a seguir:
1. Ficar atento aos limites operacionais
Os limites operacionais e de rendimento do equipamento são especificados pelos fabricantes das bombas e outras peças. Por esse motivo, eles devem ser respeitados.
2. Fazer um diagrama de fases
Um diagrama de fases mostrará a curva de pressão do vapor. Por meio dele, é possível estudar e descobrir exatamente qual é a combinação correta de pressão e de temperatura para que o líquido bombeado vire vapor.
3. Checar a posição da bomba
Uma das formas de evitar a cavitação é o posicionamento da bomba na altura certa. Caso seja colocada de forma errada, a altura de sucção pode ser comprometida. Quando começarem a baixar os níveis de líquido no tanque, esse erro irá causar perda de pressão. Por isso, pode ser necessário elevar o nível do líquido no tanque de sucção.
4. Observar aspectos específicos da bomba e sistema
Há outros pontos do equipamento que podem ajudar a impedir o efeito cavitação. Por exemplo: abaixar o ponto de sucção, manter a tubulação sempre cheia, dimensionar o sistema para que a bomba fique afogada, diminuir a temperatura do fluido, diminuir a velocidade de escoamento, selecionar um tipo de válvula que tenha uma queda de pressão menor e usar uma válvula com bitola maior que o DN da tubulação.
5. Verificar o sistema NPSH
Ter o sistema NPSH (Net Positive Suction Head) certo é uma forma de evitar a cavitação. Em tradução, o termo seria algo semelhante a “Valor Positivo da Carga de Sucção”. O sistema consiste em uma diferença entre a pressão da entrada do impulsor e a pressão de vaporização do fluido. O objetivo é manter um espaço seguro entre ambas nesses dois momentos.
Os fabricantes devem saber qual o comportamento dessa margem variável para garantir um bom desempenho da bomba e impedir a cavitação. Principalmente em sistemas nos quais o equipamento opere no início da faixa com baixa pressão e alta vazão e exista altura negativa de sucção. Em função do NPSH, quanto maior for a altura de sucção negativa e a vazão da bomba, maior será a possibilidade da bomba “cavitar”.
6. Alterar configurações da planta
Caso a bomba já esteja instalada, é possível mudar as configurações da planta para que a cavitação seja evitada ou interrompa a ocorrência. Você pode, por exemplo, diminuir a vazão por meio do estrangulamento de válvulas, retirada ou substituição de acessórios, aumento do diâmetro da linha de sucção ou diminuição da temperatura do fluido.
Como resolver o problema da cavitação?
1. Aumente o nível de líquido do tanque de sucção
Essa é a solução mais simples e econômica para a maioria das situações de cavitação. Mas aumentar o nível de líquido do tanque de sucção não é viável se ela for um lago.
2. Ajuste a pressão absoluta exercida na superfície do líquido
Normalmente, a pressão absoluta exercida na superfície do líquido é equivalente à atmosférica. Por esse motivo, está fora do controle da maior parte dos técnicos. Contudo, em alguns casos, é possível pressurizar o tanque de alimentação com nitrogênio ou ar comprimido.
3. Aumente a distância vertical entre a superfície do líquido e a linha da bomba
Se a bomba começa a cavitar no momento em que o tanque esvaziar, o usuário deverá manter um nível mais alto de líquido. Aumentar a altura do tanque ou diminuir a altura da bomba também irá ajudar, mas pode ser impossível economicamente.
4. Diminuia a perda de carga na tubulação de sucção
Por fim, em alguns casos, diminuir a parte de carga na tubulação de sucção pode resolver a cavitação. Para fazer isso, você pode reduzir o número de cotovelos, filtros e viscosidade do líquido com aquecimento. Além disso, é possível substituir a tubulação que está corroída por dentro.
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