Em sistemas de bombeamento, a compreensão do Net Positive Suction Head (NPSH) é fundamental para garantir a operação eficiente e a longevidade dos equipamentos.
a) Defina o que é NPSH (Net Positive Suction Head), diferenciando claramente entre o NPSH Disponível (NPSHD) e o NPSH Requerido (NPSHR). Explique qual desses valores é uma característica do sistema de bombeamento e qual é uma característica da bomba, e por que essa distinção é importante.
b) Explique por que é crucial que o NPSH disponivel no sistema seja sempre maior que o NPSH requerido pela bomba para uma operação segura e eficaz.
c) Descreva detalhadamente o fenômeno da cavitação, abordando: * Sua origem: Como a redução da pressão na entrada da bomba contribui para o início do fenômeno. * Seu processo: A sequência de eventos que leva à formação e implosão das bolhas de vapor no fluido. * Suas consequências: Os impactos negativos para o sistema de bombeamento quando a cavitação ocorre, incluindo danos físicos e prejuízos operacionais.
d) Com base nas estratégias apresentadas, discuta pelo menos três medidas práticas que podem ser adotadas para evitar a ocorrência de cavitação em um sistema de bombeamento
a) Defina o que é NPSH (Net Positive Suction Head), diferenciando claramente entre o NPSH Disponível (NPSHD) e o NPSH Requerido (NPSHR). Explique qual desses valores é uma característica do sistema de bombeamento e qual é uma característica da bomba, e por que essa distinção é importante.
b) Explique por que é crucial que o NPSH disponivel no sistema seja sempre maior que o NPSH requerido pela bomba para uma operação segura e eficaz.
c) Descreva detalhadamente o fenômeno da cavitação, abordando: * Sua origem: Como a redução da pressão na entrada da bomba contribui para o início do fenômeno. * Seu processo: A sequência de eventos que leva à formação e implosão das bolhas de vapor no fluido. * Suas consequências: Os impactos negativos para o sistema de bombeamento quando a cavitação ocorre, incluindo danos físicos e prejuízos operacionais.
d) Com base nas estratégias apresentadas, discuta pelo menos três medidas práticas que podem ser adotadas para evitar a ocorrência de cavitação em um sistema de bombeamento
Passo 1
O enunciado pede quatro coisas sobre o Net Positive Suction Head (NPSH) e cavitação em bombas centrífugas:
- (a) Definir NPSH, distinguindo entre NPSH Disponível e NPSH Requerido, e explicar qual é característica do sistema e qual é da bomba.
- (b) Justificar por que é essencial ter NPSH disponível maior que o requerido.
- (c) Descrever o fenômeno da cavitação (origem, processo e consequências).
- (d) Sugerir pelo menos três medidas práticas para evitar cavitação.
Para resolver usaremos princípios de mecânica de fluidos, termodinâmica e projeto de bombas.
Passo 2
Definimos o Net Positive Suction Head como a altura de coluna de fluido, em metros, disponível na entrada da bomba acima da pressão de vapor do líquido. Em termos formais:
Dessas duas grandezas:
- (Disponível) é calculada pelo sistema hidráulico antes da bomba – depende de nível do reservatório, perdas de carga na tubulação de sucção, pressão atmosférica e temperatura.
- (Requerido) é informação do fabricante da bomba – indica a mínima NPSH para evitar cavitação no impelidor.
-
-
A distinção importa porque
podemos controlar alterando o sistema (altura do reservatório, diâmetro de tubulações etc.), enquanto
é um dado inerente ao projeto da bomba.
Passo 3
Se
, a pressão na entrada da bomba cai abaixo da pressão de vapor do líquido, gerando bolhas de vapor (cavitação). Isso causa vibração, ruído, queda de rendimento e danos ao impelidor. Portanto, para operação segura e eficaz, exige-se sempre
Passo 4
Fenômeno da cavitação:
Origem
• Quando, na entrada da bomba, a pressão absoluta do líquido atinge ou fica abaixo da pressão de vapor , parte do fluido vaporiza localmente.
Processo
Origem
• Quando, na entrada da bomba, a pressão absoluta do líquido atinge ou fica abaixo da pressão de vapor
Processo
- Formação de bolhas de vapor nas regiões de baixa pressão junto ao impelidor.
- Essas bolhas são carregadas pelas correntes internas para zonas de pressão mais alta.
- Ao migrarem para pressão superior, as bolhas implodem de forma violenta.
Consequências
• Derramamento de energia em choque, gerando erosão (pitting) nas pás do impelidor.
• Vibração e ruído elevados.
• Queda de rendimento hidráulico e flutuações de vazão e pressão.
• Vida útil reduzida da bomba e aumento de manutenção.
Passo 5
Medidas práticas para evitar cavitação:
- Aumentar
elevando o nível estático do reservatório de sucção ou aplicando pré-pressurização (vácuo ou pressão positiva na tubulação). - Reduzir perdas de carga na linha de sucção: usar tubo de maior diâmetro, reduzir número de curvas e válvulas, e encurtar a tubulação.
- Diminuir a temperatura do fluido (quando possível), pois isso reduz a pressão de vapor e amplia a margem de NPSH.
- (Opcional) Instalar um inducer ou bomba de pré-carga (booster) na sucção para elevar a pressão de entrada na bomba principal.
Resposta
a) NPSH (Net Positive Suction Head) é a “folga” de pressão em altura de coluna de fluido acima da pressão de vapor na sucção da bomba.
-
é característica do sistema hidráulico (nível, perdas de carga, pressão atmosférica, temperatura). -
é característica da bomba, fornecida pelo fabricante.
b) É crucial ter
para que a pressão na sucção nunca caia abaixo da pressão de vapor do líquido, evitando a formação de vapor (cavitação), garantindo desempenho e longevidade da bomba.
c) Cavitação é o processo em que a pressão baixa na entrada faz o fluido vaporizar localmente, formando bolhas de vapor que, ao migrarem para zonas de maior pressão, implodem. Isso causa erosão no impelidor, vibração, ruído, perda de rendimento e danos mecânicos.
d) Três medidas práticas para evitar cavitação:
- Aumentar a pressão de sucção elevando o reservatório de alimentação ou aplicando pressão externa.
- Minimizar perdas de carga na linha de sucção (tubos maiores, menos curvas e conexões, tubulação mais curta).
- Reduzir a temperatura do fluido para baixar sua pressão de vapor e aumentar a margem de NPSH.