- Exerc. 7) Explique como ocorre o fenômeno de cavitação no interior de uma bomba radial centrífuga de entrada radial (
). Como se dá a erosão ao longo do tempo de utilização?
Passo 1
O enunciado pede para explicar o fenômeno de cavitação dentro de uma bomba centrífuga de entrada radial (
) e descrever como a erosão causada por esse fenômeno evolui ao longo do tempo de uso. O conteúdo envolve mecânica de fluidos, variação de pressão estática no interior do rotor, formação e colapso de bolhas de vapor e seus efeitos erosivos no material do rotor.
Passo 2
Ao girar o rotor, o fluido é acelerado na direção radial. Pela equação de Bernoulli,
onde
é a pressão estática,
a densidade e
a velocidade do fluido. Próximo à borda de sucção interna, a velocidade
aumenta muito, o que faz a pressão
cair. Se essa pressão cair abaixo da pressão de vapor do líquido,
, inicia-se a cavitação.
Passo 3
Nas regiões onde vale
formam-se pequenas bolhas de vapor (cavidades). Essas bolhas são arrastadas junto ao fluxo em direção a zonas de pressão mais elevada, situadas normalmente na saída do rotor ou na voluta.
Passo 4
Quando as bolhas entram em regiões de pressão estática superior a
, elas colapsam de forma violenta. Esse colapso gera microjatos de líquido e ondas de choque que atingem a superfície metálica das pás e do canal da bomba, provocando impactos repetidos.
Passo 5
Cada implosão de bolha produz um pequeno jato de líquido em alta velocidade contra o metal, arrancando minúsculos fragmentos e formando cavidades na superfície (pitting). Com repetição, esses impactos criam fissuras superficiais e aumentam a rugosidade das pás.
Passo 6
Ao longo do tempo de utilização, a erosão progride de micro-pitting para macro-pitting, aprofundando-se e ampliando-se em áreas de maior incidência de colapso. A superfície fica irregular, o que aumenta as perdas hidráulicas, provoca queda de vazão, eleva vibração e ruído e faz crescer o NPSH requerido pela bomba.
Passo 7
Em estágio avançado, a erosão pode comprometer a espessura do material das pás, alterar o perfil hidráulico e reduzir drasticamente a eficiência e vida útil da bomba. Para retardar esse processo, é comum garantir que o NPSH disponível seja sempre maior que o NPSH requerido, controlar temperatura de operação e, se possível, usar ligas ou revestimentos mais resistentes à cavitação.
Resposta
A cavitação na bomba de entrada radial (
) acontece quando a velocidade elevada do fluido no interior do rotor leva a uma queda de pressão estática abaixo da pressão de vapor (
), gerando bolhas de vapor. Essas bolhas colapsam em zonas de pressão mais alta, produzindo microjatos e ondas de choque que atacam a superfície metálica das pás. Ao longo do tempo, esse ataque repetido causa micro-pitting que evolui para erosão mais intensa, aumentando a rugosidade, reduzindo eficiência, elevando vibracão e ruído e, em casos extremos, comprometendo a integridade estrutural da bomba.