1. Cavitação:

a) Explique o que é cavitação e descreva suas consequências em sistemas hidráulicos.
b) Quais são as condições que favorecem o aparecimento da cavitação?

Passo 1

Beleza! O enunciado é sobre cavitação em sistemas hidráulicos. É conteúdo de mecânica dos fluidos (parte de hidráulica). A gente vai precisar entender:
  • O que é pressão de vapor de um líquido ( pv)
  • Como bolhas de vapor se formam quando a pressão cai
  • Quais efeitos isso causa em bombas, válvulas e tubulações
  • Quais situações (pressões, velocidades, temperaturas) fazem a pressão local ficar abaixo de pv
A partir do próximo passo, a gente resolve mesmo.

Passo 2

O que é cavitação?
  1. Teoria básica: todo líquido tem uma pressão de vapor pv(T) que depende da temperatura. Se, em algum ponto do sistema, a pressão absoluta p cair abaixo de pv, o líquido começa a ferver “prematuramente” e formam-se bolhas de vapor.
  2. Essas bolhas são levadas pela corrente para regiões de pressão mais alta, onde colapsam (implodem).

Passo 3

Consequências da cavitação (parte a)
  1. Erosão: a implosão de cada bolha gera jatos microscópicos e ondas de choque que desgastam superfícies metálicas (hélices, pás de turbina, carcaças).
  2. Ruído e vibração: o estouro das bolhas causa barulho alto tipo “estalidos” e faz o equipamento vibrar.
  3. Queda de desempenho: o escoamento fica instável, diminui a vazão real e a eficiência hidráulica da bomba ou turbina.
  4. Danos mecânicos: com o tempo, as cavidades corroem o material e podem causar falhas catastróficas.

Passo 4

Condições que favorecem cavitação (parte b)
Para a pressão cair abaixo de pv, geralmente é por causa de:
  1. Velocidade alta: segundo Bernoulli, onde a velocidade v aumenta, a pressão estática p cai. Se p < pv, gera bolhas.
  2. Altas temperaturas: pv sobe com T, então um líquido quente precisa de uma pressão ainda maior para não ferver.
  3. Altura manométrica de sucção pequena: em bombas, se a coluna de líquido antes da sucção é curta (pequeno NPSH disponível), a pressão na entrada da bomba cai demais.
    • NPSH disponível: NPSHdisp = dfracpatmrho g + dfracpsucçãorho g - zsucçã
    • Se NPSHdisp < NPSHreq (requisito do fabricante), ocorre cavitação.
  4. Quedas bruscas de seção ou obstáculos (cotovelos, válvulas meio fechadas): criam regiões de baixa pressão.
  5. Altitude elevada: menor pressão atmosférica patm reduz o NPSH disponível.

Resposta

a) Cavitação é a formação e implosão de bolhas de vapor quando a pressão local cai abaixo da pressão de vapor do líquido. Suas consequências são erosão de superfícies, ruído, vibração, queda de desempenho e danos mecânicos.
b) Ela aparece quando a pressão estática em alguma região do sistema fica menor que pv, o que acontece em fluxos de alta velocidade (Bernoulli), temperaturas elevadas, insuficiência de NPSH em bombas, reduções de seção ou obstáculos, e em altitudes altas (menor patm).

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