O que é cavitação em bomba e como evitá-la

Você já ouviu uma bomba fazendo barulhos estranhos ou notou uma diminuição no seu desempenho? Estes podem ser sinais de cavitação da bomba.

A cavitação da bomba ocorre quando bolhas de vapor se formam e colapsam dentro da bomba, causando danos e redução da eficiência.

O que é pressão de vapor

A pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor em equilíbrio termodinâmico com suas fases condensadas a uma determinada temperatura. Para líquidos, indica a tendência de evaporação. Pressão de vapor mais alta significa que uma substância é mais volátil.

O que é bomba de cavitação

A cavitação da bomba é um fenômeno que ocorre quando a pressão em um fluido cai abaixo de sua pressão de vapor, causando a formação de bolhas de vapor. Isso normalmente acontece em bombas centrífugas e bombas de deslocamento positivo. Conforme essas bolhas se movem para áreas de maior pressão, elas colapsam violentamente, criando ondas de choque.

Tipos de cavitação em bombas

Cavitação por Vaporização

A cavitação de vaporização, também conhecida como cavitação clássica, ocorre quando a pressão na entrada da bomba cai abaixo da pressão de vapor do fluido. Isso faz com que bolhas de vapor se formem perto do olho do impulsor. À medida que estas bolhas se movem para áreas de pressão mais elevada, elas colapsam violentamente, potencialmente danificando o impulsor e reduzindo a eficiência da bomba.

Cavitação por Turbulência

A cavitação por turbulência resulta de distúrbios de fluxo na entrada da bomba. Curvas acentuadas, obstruções ou configurações inadequadas de tubulação podem criar vórtices e áreas de baixa pressão onde se formam bolhas de vapor. Este tipo de cavitação ocorre frequentemente perto da entrada da bomba e pode causar erosão nas bordas dianteiras do impulsor.

Cavitação da Síndrome de Vane

A cavitação da síndrome de Vane ocorre quando a folga entre o diâmetro externo do impulsor e o corte da carcaça da bomba é muito pequena. Essa lacuna apertada acelera o fluxo do fluido, criando zonas de baixa pressão onde se formam bolhas de cavitação. Normalmente afeta as pontas das pás do impulsor e a carcaça da bomba perto da área de descarga.

Cavitação de Recirculação Interna

A cavitação de recirculação interna ocorre quando uma bomba opera com vazões baixas, longe de seu melhor ponto de eficiência. O fluido recircula dentro da bomba, criando áreas de baixa pressão onde se formam bolhas de cavitação. Este tipo pode danificar tanto o impulsor como a carcaça da bomba, particularmente nas regiões entre a cobertura traseira do impulsor e a carcaça.

Cavitação por Aspiração de Ar

A cavitação por aspiração de ar resulta da entrada de ar no sistema de bomba. Isso pode acontecer devido a vazamentos na tubulação de sucção, vedação inadequada ou vórtice no recipiente de sucção. O ar arrastado forma bolhas que colapsam quando submetidas a pressões mais elevadas dentro da bomba, causando danos semelhantes a outros tipos de cavitação.

Causas comuns de cavitação da bomba

Cabeça de sucção líquida positiva insuficiente disponível (NPSHa)

NPSHa insuficiente é a principal causa de cavitação da bomba. Quando a altura de sucção disponível cai abaixo do nível exigido, bolhas de vapor se formam no líquido. Estas bolhas colapsam à medida que entram em zonas de pressão mais elevada, causando danos ao impulsor da bomba e a outros componentes.

Problemas na linha de sucção

Bloqueios, restrições ou perdas excessivas por atrito na linha de sucção podem causar cavitação. Esses problemas reduzem a pressão na entrada da bomba, potencialmente deixando-a abaixo da pressão de vapor do líquido.

Líquidos Voláteis e Pressão de Vapor

Bombear líquidos voláteis perto da sua pressão de vapor aumenta o risco de cavitação. À medida que o líquido se aproxima da sua pressão de vapor, torna-se mais suscetível à formação de bolhas.

Operando fora do melhor ponto de eficiência (BEP)

Operar uma bomba centrífuga muito longe de seu fluxo BEP pode causar cavitação. Isso geralmente ocorre quando a bomba opera com vazões significativamente maiores ou menores do que as projetadas.

Ar ou gás arrastado

A presença de ar ou gás arrastado no líquido bombeado pode levar a efeitos semelhantes aos da cavitação. Estas bolhas de gás podem entrar em colapso e causar danos semelhantes à implosão de bolhas de vapor.

Sinais de cavitação da bomba

Danos físicos aos componentes da bomba

A cavitação causa erosão severa dos componentes da bomba. O impulsor frequentemente apresenta corrosão e perda de material, parecendo desgastado além de sua vida útil real. O alojamento e as vedações da bomba também podem apresentar sinais de danos devido às intensas ondas de choque produzidas pelo colapso das bolhas de vapor.

Ruído e vibração anormais

Ruído e vibração excessivos são sinais reveladores de cavitação. O som lembra cascalho ou bolinhas de gude circulando pela bomba. Os níveis de vibração aumentam significativamente, podendo levar ao desalinhamento e a outros problemas mecânicos.

Pressão e fluxo de descarga reduzidos

Uma queda substancial na pressão de descarga e na vazão indica cavitação. A presença de bolhas de vapor no fluido reduz a eficiência da bomba, levando à diminuição do desempenho. Este efeito é particularmente perceptível em bombas centrífugas.

Falhas frequentes em vedações e rolamentos

A cavitação acelera o desgaste das vedações e rolamentos. As intensas ondas de choque e vibração causam falha prematura desses componentes.

Consumo de energia instável

O consumo irregular de energia é outro indicador de cavitação. A corrente do motor e o consumo de energia flutuam à medida que a bomba se esforça para manter o desempenho. Essa instabilidade pode levar ao aumento do uso de energia e possíveis danos ao motor.

Como prevenir a cavitação da bomba

Seleção Adequada de Bomba com Margem NPSHA Suficiente

• Certifique-se de que a bomba tenha margem de altura manométrica líquida positiva disponível (NPSHA) adequada acima do NPSH exigido.
• Consulte as curvas de desempenho e as diretrizes dos fabricantes de bombas para escolher uma bomba que funcione eficientemente dentro da faixa de aplicação pretendida.
• Considere fatores como vazão, pressão de cabeça e propriedades do fluido ao fazer a seleção.

Otimizando o Design do Sistema

• Aumente o diâmetro do tubo de sucção para reduzir a velocidade do fluido e as quedas de pressão.
• Minimize as conexões e válvulas na linha de sucção para diminuir as perdas por atrito.
• Elimine pontos altos na tubulação que possam reter vapor.
• Garanta a submersão adequada da fonte de sucção para evitar vórtices e entrada de ar.
• O projeto adequado da tubulação com transições graduais e caminhos de fluxo suaves ajuda a manter o fluxo laminar e a distribuição uniforme da pressão.

Operando bombas próximas ao seu BEP

• Opere as bombas centrífugas perto do seu ponto de melhor eficiência (BEP) e dentro da faixa operacional permitida especificada pelo fabricante.
• Evite operar muito para a direita na curva da bomba, o que pode aumentar o NPSH necessário.
• Use inversores de velocidade variável quando apropriado para adequar a saída da bomba às demandas do sistema, mantendo a eficiência ideal.

Manter pressão de sucção suficiente e baixa temperatura do líquido

• Mantenha a pressão de sucção acima da pressão de vapor do fluido com margem de segurança adequada.
• Considere usar bombas de reforço ou elevar a fonte de sucção, se necessário.
• Controle a temperatura do líquido, pois temperaturas mais altas aumentam a pressão do vapor e o risco de cavitação.
• Garanta a submersão adequada e mantenha níveis consistentes de líquido nos recipientes de sucção.

Controlando o ar arrastado e a ventilação adequada

• Instale válvulas de liberação de ar em pontos altos do sistema para remover o ar preso.
• Projetar e manter adequadamente os sistemas de ventilação para evitar o acúmulo de ar.
• Use peneiras ou filtros para remover detritos que possam causar quedas de pressão locais.
• Garanta vedações e conexões apertadas para evitar a entrada de ar, especialmente no lado de sucção da bomba.

Monitoramento e manutenção regulares

• Implementar uma inspeção de rotina e programa de manutenção para bombas e componentes do lado de sucção.
• Monitore sinais de cavitação, como ruído, vibração ou consumo irregular de energia.
• Verifique e limpe regularmente filtros, filtros e válvulas.
• Realize testes periódicos de vazão e pressão para verificar o desempenho da bomba.

Perguntas frequentes

Quando uma bomba está cavitando, que som ela faz?

Uma bomba de cavitação produz um ruído alto e distinto. Muitas vezes soa como cascalho ou bolinhas de gude circulando pelo sistema. O ruído é descrito como rosnado, estrondoso ou rouco. Este som é causado pela rápida formação e colapso de bolhas de vapor.

O que é cavitação da bomba devido ao baixo fluxo?

Baixo fluxo cavitação ocorre quando líquido insuficiente entra na bomba. É causada por condições de baixa pressão ou alto vácuo na entrada da bomba. Isso "deixa a bomba sem energia", levando à formação de bolhas perto do olho do impulsor. Essas bolhas implodem, danificando o impulsor ao longo do tempo.

Para concluir

A cavitação da bomba é um problema sério que pode danificar equipamentos e reduzir a eficiência. Compreender as suas causas, reconhecer os sintomas e implementar medidas preventivas são cruciais para manter o desempenho da bomba.

A manutenção regular, a seleção adequada da bomba e a otimização do projeto do sistema são essenciais para evitar a cavitação. Para obter assistência especializada, consulte um especialista em bombas para garantir o desempenho ideal do sistema.