Explique o conceito de pressão de vapor e ebulição.
73. Como ocorre a cavitação? Quais são as consequências desse processo?
73. Como ocorre a cavitação? Quais são as consequências desse processo?
Passo 1
O enunciado pede dois conceitos físicos fundamentais em fluidos: (1) pressão de vapor e ebulição, e (2) cavitação e suas consequências. Vamos entender primeiro como se relacionam a pressão interna de um líquido com a formação de vapor e borbulhas, e depois como um fenômeno de queda de pressão pode danificar máquinas.
Passo 2
Pressão de vapor é a pressão exercida pelas moléculas de um líquido que escapam para a fase gasosa quando ele está em equilíbrio dinâmico com seu vapor. Em outras palavras, se você confinar um líquido num recipiente fechado, parte dele evapora até que, num dado instante, o número de moléculas que deixam a superfície seja igual ao número que retorna do vapor para o líquido. A pressão total desse vapor em equilíbrio é a pressão de vapor do líquido àquela temperatura. Geralmente:
Passo 3
Ebulição é o processo de formação de bolhas de vapor no interior do líquido quando a pressão de vapor atinge a pressão externa que age sobre a superfície do líquido (normalmente a pressão atmosférica). Então, ao aquecer um líquido, chega-se a uma temperatura em que
e surgem bolhas que sobem até a superfície — esse é o ponto de ebulição.
Passo 4
Cavitação ocorre quando, em algum ponto de um escoamento, a pressão local do fluido cai abaixo da pressão de vapor do mesmo líquido. Nesses pontos, formam-se pequenas bolhas de vapor. Ao saírem da região de baixa pressão e entrarem em áreas onde a pressão é maior que a pressão de vapor, essas bolhas colapsam (implodem), gerando ondas de choque microscópicas.
Passo 5
As consequências da cavitação são:
- geração de ruído e vibração excessiva em bombas, hélices e turbinas;
- erosão e desgaste localizado de componentes metálicos, pois o colapso das bolhas cria micro-jatos de fluido muito velozes;
- perda de desempenho hidráulico, já que a cavitação reduz a vazão e a eficiência do equipamento;
- em casos extremos, poderá até romper ou trincar peças devido ao estresse repetido.
Resposta
Pressão de vapor é a pressão de equilíbrio entre líquido e vapor a uma dada temperatura; ebulição acontece quando essa pressão de vapor iguala a pressão externa, formando bolhas que sobem. Cavitação se dá quando a pressão local do líquido cai abaixo da pressão de vapor, gerando bolhas que implodem ao entrarem em região de maior pressão, provocando ruído, vibração, erosão e perda de eficiência em máquinas hidráulicas.