Cavitação é uma condição prejudicial que frequentemente ocorre em unidades de bombeamento centrífugo. A cavitação pode reduzir a eficiência da bomba, causar vibração e ruído, e levar a sérios danos ao impulsor da bomba, carcaça da bomba, eixo e outras peças internas. A cavitação ocorre quando a pressão do fluido na bomba cai abaixo da pressão de vaporização, causando a formação de bolhas de vapor na área de baixa pressão. Essas bolhas de vapor colapsam ou "implodem" violentamente quando entram na área de alta pressão. Isso pode causar danos mecânicos dentro da bomba, criar pontos fracos que são suscetíveis à erosão e corrosão, e prejudicar o desempenho da bomba.

Compreender e implementar estratégias para mitigar a cavitação é fundamental para manter a integridade operacional e a vida útil do bombas de carcaça dividida .

Tipos de cavitação em bombas

Para reduzir ou prevenir a cavitação em uma bomba, é importante entender os diferentes tipos de cavitação que podem ocorrer. Esses tipos incluem:

1. Cavitação por vaporização. Também conhecida como "cavitação clássica" ou "cavitação de altura de sucção positiva líquida disponível (NPSHa)", este é o tipo mais comum de cavitação. Invólucro rachado bombas aumentam a velocidade do fluido conforme ele passa pelo furo de sucção do impulsor. O aumento na velocidade é equivalente a uma diminuição na pressão do fluido. A redução da pressão pode fazer com que parte do fluido ferva (vaporize) e forme bolhas de vapor, que entrarão em colapso violentamente e produzirão pequenas ondas de choque quando atingirem a área de alta pressão.

2. Cavitação turbulenta. Componentes como cotovelos, válvulas, filtros, etc. no sistema de tubulação podem não ser adequados para a quantidade ou natureza do líquido bombeado, o que pode causar redemoinhos, turbulência e diferenças de pressão em todo o líquido. Quando esses fenômenos ocorrem na entrada da bomba, eles podem corroer diretamente o interior da bomba ou fazer com que o líquido vaporize.

3. Cavitação da síndrome da lâmina. Também conhecida como "síndrome da passagem da lâmina", esse tipo de cavitação ocorre quando o diâmetro do impulsor é muito grande ou o revestimento interno do alojamento da bomba é muito espesso/o diâmetro interno do alojamento da bomba é muito pequeno. Qualquer uma ou ambas as condições reduzirão o espaço (folga) dentro do alojamento da bomba para níveis abaixo do aceitável. A redução da folga dentro do alojamento da bomba faz com que a vazão do fluido aumente, resultando em uma diminuição da pressão. A redução da pressão pode fazer com que o fluido vaporize, criando bolhas de cavitação.

4. Cavitação de recirculação interna. Quando uma bomba de divisão central não consegue descarregar fluido na vazão necessária, ela faz com que parte ou todo o fluido recircule ao redor do impulsor. O fluido de recirculação passa por áreas de baixa e alta pressão, o que gera calor, alta velocidade e forma bolhas de vaporização. Uma causa comum de recirculação interna é operar a bomba com a válvula de saída da bomba fechada (ou em uma vazão baixa).

5. Cavitação por arraste de ar. O ar pode ser puxado para dentro da bomba por meio de uma válvula com defeito ou encaixe solto. Uma vez dentro da bomba, o ar se move com o fluido. O movimento do fluido e do ar pode formar bolhas que "explodem" quando expostas à pressão aumentada do impulsor da bomba.

Fatores que contribuem para a cavitação - NPSH, NPSHa e NPSHr

NPSH é um fator-chave na prevenção de cavitação em bombas de carcaça bipartida. NPSH é a diferença entre a pressão de sucção real e a pressão de vapor do fluido, medida na entrada da bomba. Os valores de NPSH devem ser altos para evitar que o fluido vaporize dentro da bomba.

NPSHa é o NPSH real sob as condições operacionais da bomba. A altura de sucção positiva líquida necessária (NPSHr) é o NPSH mínimo especificado pelo fabricante da bomba para evitar cavitação. NPSHa é uma função da tubulação de sucção, instalação e detalhes operacionais da bomba. NPSHr é uma função do projeto da bomba e seu valor é determinado pelo teste da bomba. NPSHr representa a altura disponível sob condições de teste e é normalmente medida como uma queda de 3% na altura da bomba (ou altura do impulsor do primeiro estágio para bombas multiestágio) para detectar cavitação. NPSHa deve ser sempre maior que NPSHr para evitar cavitação.

Estratégias para reduzir a cavitação - Aumente o NPSHa para prevenir a cavitação

Garantir que NPSHa seja maior que NPSHr é crítico para evitar cavitação. Isso pode ser alcançado por:

1. Abaixar a altura da bomba de carcaça bipartida em relação ao reservatório/poço de sucção. O nível de fluido no reservatório/poço de sucção pode ser aumentado ou a bomba pode ser montada mais abaixo. Isso aumentará o NPSHa na entrada da bomba.

2. Aumente o diâmetro da tubulação de sucção. Isso reduzirá a velocidade do fluido a uma vazão constante, reduzindo assim as perdas de carga de sucção na tubulação e nas conexões.

2. Reduza as perdas de carga em conexões. Reduza o número de juntas na linha de sucção da bomba. Use conexões como cotovelos de raio longo, válvulas de passagem total e redutores cônicos para ajudar a reduzir as perdas de carga de sucção devido às conexões.

3. Evite instalar telas e filtros na linha de sucção da bomba sempre que possível, pois eles frequentemente causam cavitação em bombas centrífugas. Se isso não puder ser evitado, garanta que as telas e filtros na linha de sucção da bomba sejam inspecionados e limpos regularmente.

5. Resfrie o fluido bombeado para reduzir sua pressão de vapor.

Entenda a margem NPSH para evitar a cavitação

A margem NPSH é a diferença entre NPSHa e NPSHr. Uma margem NPSH maior reduz o risco de cavitação porque fornece um fator de segurança para evitar que NPSHa caia abaixo dos níveis operacionais normais devido a condições operacionais flutuantes. Os fatores que afetam a margem NPSH incluem características do fluido, velocidade da bomba e condições de sucção.

Mantendo o fluxo mínimo da bomba

Garantir que uma bomba centrífuga esteja operando acima do fluxo mínimo especificado é essencial para reduzir a cavitação. Operar uma bomba de caixa dividida abaixo de sua faixa de fluxo ideal (área operacional permitida) aumenta a probabilidade de criar uma área de baixa pressão que pode induzir cavitação.

Considerações sobre o projeto do impulsor para reduzir a cavitação

O design do impulsor desempenha um papel importante na propensão de uma bomba centrífuga à cavitação. Impulsores maiores com menos lâminas tendem a fornecer menos aceleração de fluido, o que reduz o risco de cavitação. Além disso, impulsores com diâmetros de entrada maiores ou lâminas cônicas ajudam a gerenciar o fluxo de fluido de forma mais suave, minimizando a turbulência e a formação de bolhas. Usar materiais que resistem a danos por cavitação pode estender a vida útil do impulsor e da bomba.

Usando dispositivos anticavitação

Dispositivos anticavitação, como acessórios de condicionamento de fluxo ou revestimentos de supressão de cavitação, são eficazes na mitigação da cavitação. Esses dispositivos funcionam controlando a dinâmica do fluido ao redor do impulsor, fornecendo um fluxo mais estável e reduzindo a turbulência e as áreas de baixa pressão que causam a cavitação.

A importância do dimensionamento adequado da bomba na prevenção da cavitação

Selecionar o tipo certo de bomba e especificar o tamanho correto para uma aplicação específica é essencial para evitar a cavitação. Uma bomba superdimensionada pode não operar tão eficientemente em fluxos mais baixos, resultando em um risco maior de cavitação, enquanto uma bomba subdimensionada pode ter que trabalhar mais para atender aos requisitos de fluxo, o que também aumenta a probabilidade de cavitação. A seleção adequada da bomba envolve uma análise detalhada dos requisitos de fluxo máximo, normal e mínimo, características do fluido e layout do sistema para garantir que a bomba opere dentro da faixa operacional especificada. O dimensionamento preciso evita a cavitação e aumenta a eficiência e a confiabilidade da bomba ao longo de seu ciclo de vida.