Unid 08 - Cavitação e NPSH

27/5/2010

1

Engenharia Mecânica

Máquinasde Fluxo

IXIXD

AD

ED

AD

EIXIX

MÁQUINAS DE FLUXOProf. Francisco Edson Nogueira Fraga 01

UN

IDU

NID CAVITAÇÃO

NPSHCAVITAÇÃONPSH


CONTEÚDO DESTA UNIDADE

O Fenômeno de Cavitação

Máquinasde Fluxo

DefiniçãoComo ocorreSeus efeitosMateriais para resistência à CavitaçãoPrecauções

NPSH - Net Positive Suction HeadDefinição e ConceituaçãoEq. para determinação do NPSHdisponível

MÁQUINAS DE FLUXOProf. Francisco Edson Nogueira Fraga

NPSH e o Fator de CavitaçãoEquacionamentosFator de CavitaçãoExercícios

(Cap. 09 – MANCINTYRE. Bombas e Instalações de Bombeamento)

02

27/5/2010

2



Definição

Máquinasde Fluxo

É um fenômeno físico que consiste na deterioração precoce de rotores e

outros componentes internos de turbinas e bombas, pela ação da remoção de

pequenas partículas das superfícies destes componentes.

Este fenômeno também é observado em hélices de propulsão, em

venturis...


Ou seja, em elementos onde ocorrem rarefações do líquido devido às

pressões reduzidas geradas pelo movimento imposto ao líquido pelas ação

das pás.

02



Máquinasde Fluxo

Modelo de propulsor gerando a cavitação em um túnel de água experimental.


27/5/2010

3



Como ocorre

Máquinasde Fluxo

Durante o processo de sucção, se a pressão absoluta do fluido baixar até

atingir a pressão de vapor (ou tensão de vapor) do líquido na temperatura de

trabalho deste, inicia-se um processo de vaporização do mesmo.

Inicialmente, nas regiões mais rarefeitas, formam-se pequenas bolhas (ou

cavidades) onde o líquido se vaporiza. Essas bolhas são conduzidas com

grandes velocidades pelo fluxo de líquido dentro da bomba e atingem regiões


grandes velocidades pelo fluxo de líquido dentro da bomba e atingem regiões

de elevada pressão dentro da bomba e, ao mesmo tempo, se chocando com

grande velocidade nestas regiões. Dá-se aí o colapso destas bolhas, com a

condensação do vapor contido nelas.

02



Como ocorre

Máquinasde Fluxo

...

Durante o colapso, a pressão externa à bolha é superior à pressão interna

à estas, isso gera um deslocamento do líquido em sua volta para seu interior,

que forma partículas de líquido sob elevadas pressões.

Se a região de colapso das bolhas for próxima a uma superfície sólida, as

ondas de choque geradas pelas implosões sucessivas das bolhas podem


q g p p p

provocar trincas microscópicas no material, que com o tempo irão crescer e

provocar o descolamento de material da superfície, originando uma cavidade

de erosão localizada. Com a remoção dessas partículas, a superfície adquire

um aspecto esponjoso (ou poroso) que se acentua com o tempo.

02

27/5/2010

4



Máquinasde Fluxo




Consequências da Cavitação

Máquinasde Fluxo

Além do aspecto poroso, com a perda crescente de material, as partes

internas podem vir a soltar pedaços de material que vão se chocar com outras

partes da bomba e da tubulação, trazendo outros danos.

A cavitação também pode ser percebida pela audição. A ocorrência do

fenômeno é seguida de um ruído que se assemelha aos estalos de lenha seca

ao fogo


ao fogo.

A cavitação também favorece os processos de corrosão química, que se

acentua com o aumento da temperatura do fluido e com o grau de afinidade

química deste com o material da bomba.

02

27/5/2010

5



Consequências da Cavitação

Máquinasde Fluxo

Outros efeitos gerados pela cavitação são:

- queda de rendimento da bomba;

- Marcha irregular, trepidação e vibração da máquina, causados pelo

desbalanceamento consequência da perda de material de forma irregular.

- ruído, provocado pelo fenômeno de implosão das bolhas de líquido.




Materiais para resistência à CavitaçãoAl t i i ( d t ) i t t à it ã ã

Máquinasde Fluxo

Alguns materiais (em ordem crescente) resistentes à cavitação são:- Ferro fundido- Alumínio- Bronze- Aço fundido- Aço doce laminado- Bronze fosforoso


- Bronze-Manganês- Aço-Níquel- Aço-Cromo- Ligas especiais de aço inoxidável... mas nenhum está imune à cavitação, apenas uns são mais resistentes que

os outros.02

27/5/2010

6



Materiais para resistência à Cavitação

Máquinasde Fluxo

Algumas técnicas de revestimento tem sido adotadas com sucesso.

- Revestimentos poliméricos: Neoprene; Poliuretano, estireno-butadieno...

- Soldas de revestimento: tanto para prolongar a vida dos componentes, como também revestimentos de solda como reparos.




Precauções para se minimizar o fenômeno da Cavitação

Máquinasde Fluxo


27/5/2010

7


NPSH - Net Positive Suction Head

NPSH

Máquinasde Fluxo

É uma grandeza que representa a “disponibilidade de energia com que o

líquido chega na boca de entrada da bomba e que a ele permitirá atingir o

bordo da pá do rotor”.

O NPSH é a energia (carga) medida em pressão absoluta disponível na

entrada de sucção de uma bomba hidráulica.

E l ã t l d i it hid á li é i


Em qualquer seção transversal de um circuito hidráulico genérico, o

parâmetro NPSH mostra a diferença entre a pressão atual de um líquido em

uma tubulação e a pressão de vapor do líquido a uma dada temperatura.

02



NPSH

Máquinasde Fluxo

A nomenclatura NPSH também é conhecida como Altura Positiva Líquida

de Sucção ( APLS ) ou Altura Absoluta de Sucção ou ainda Carga Positiva

de Sucção.Em outras palavras, o NPSH caracteriza as condições para que ocorra

uma boa aspiração do líquido. Como esse conceito se refere à disponibilidade de energia do líquido à entrada da bomba, a qual depende da forma como a instalação foi projetada, então o NPSH é chamado de NPSHdisponível.


instalação foi projetada, então o NPSH é chamado de NPSHdisponível.

ou

ou ainda

02

27/5/2010

8



NPSH

Máquinasde Fluxo

Onde

Ha : altura total de aspiração

ha : altura estática de aspiração

Hb : altura de elevação

Ja : perdas de carga


: altura de pressão estática

: energia cinética

: pressão de vapor do líquido

02



Máquinasde Fluxo


27/5/2010

9



NPSH

Máquinasde Fluxo

... e a altura manométrica total de aspiração pode ser expressa em

função do NPSH, da seguinte forma:




NPSH

Máquinasde Fluxo

Na equação

observa-se que o NPSHdisp. depende exclusivamente dos parâmetros de

sucção da linha de sucção e que o termo não aparece.


27/5/2010

10



NPSH

Máquinasde Fluxo

Outro conceito relevante é o NPSHrequerido, que leva em conta a

energia que é pedida inevitavelmente durante o processo de bombeamento e

que deve ser fornecida pela instalação à bomba.

Essa parcela de energia é obtida pela a partir de energia de pressão (∆h)

requerida pela bomba, que é o NPSHrequerido ou NPSH da bomba.

O NPSH i NPSH


O NPSHdisp. tem que ser maior que o NPSHreq.

02

A igualdade destes termos indica uma situação limite para o início de cavitação.



NPSH e o Fator de Cavitação

Máquinasde Fluxo

Para que não ocorra cavitação, devemos ter:


27/5/2010

11




Máquinasde Fluxo




Máquinasde Fluxo

Fator de Cavitação


27/5/2010

12


EXERCÍCIOS

No capítulo 9, estudar:

Máquinasde Fluxo

Exercício 9.1Exercício 9.2

Outros exercícios para o Capítulo 9:1. Definição cavitação?2. Como ocorre a cavitação?3 Q i f it d it ã ?


3. Quais os efeitos da cavitação?4. Que precauções podem ser tomadas para evitar a cavitação.5. O que se entende por NPSH?6. Qual a diferença entre NPSH disponível e NPSH requerido?7. Considerando os conceitos de NPSH, como se evita a cavitação?8. O que é o fator de cavitação?

02


EXERCÍCIOS para os Capítulos Anteriores

No capítulo 6, estudar:E í i 6 1

Máquinasde Fluxo

Exercício 6.1Exercício 6.2Exercício 6.3

Outros exercícios para o Capítulo 6:1. Como se da a variação das grandezas Q, H e N em função do número de

rotações n, para uma bomba de um dado diâmetro?2. Comente sobre como se utiliza gráficos como os mostrados na Figura 6.24 na

seleção/especificação de uma turbobomba.


se eção/espec cação de u a tu bobo ba3. Quando se utiliza o recurso de corte em rotores? Quais as principais grandezas

que estão envolvidas neste procedimento considerando manter constante o número de rotações? Como estas grandezas se comportam em função da realização de cortes no rotor?

4. Como se da a variação das grandezas Q, H e N em função das dimensões da bomba, mantendo-se constante o número de rotações n ?

02

27/5/2010

13



Exercícios para o Capítulo 7:1 C l ã à t í ti t d P t d

Máquinasde Fluxo

1. Com relação às curvas características, o que se entende por Ponto de Operação da Bomba?

2. Como se da a regulagem de uma bomba atuando no registro e como se comportam os parâmetros estão envolvidos?

3. Como se da a regulagem de uma bomba através da variação da velocidade desta e como se comportam os parâmetros estão envolvidos?

4. Quais inconvenientes podem ocorrer quando do funcionamento de uma bomba fora das condições de máximo rendimento?

5 Q d tili i ã d b b t íf d f it


5. Quando se utiliza a associação de bombas centrífugas e como podem ser feitas estas associações? (ilustre as diferentes formas de associação de bombas).

6. O que é um Booster?

02



No capítulo 8, estudar:

Máquinasde Fluxo

Exercício 8.1Exercício 8.2Exemplo da pág. 203.

Outros exercícios para o Capítulo 8:1. O que é Velocidade Específica da Bomba?2 C t it d tili d lh d ti d t b b b ?


2. Como este conceito pode ser utilizado na escolha do tipo de turbobombas?3. Como se da a influência das dimensões do rotor sobre o nS?4. Comente sobre dois dos Coeficientes Indicadores da Forma do Rotor.

02

Unid 08 - Cavitação e NPSH

Documents

Transcript of Unid 08 - Cavitação e NPSH