(Parte 3 de 9)

  • Drooping

Quando a curva tem um ramo ascendente e outro descendente.

teórica

H

O Q

Fig.23

3.1.3 RECIRCULAÇÃO HIDRÁULICA

As bombas de porte médio e grande que possuam rotores largos e operam com vazões reduzidas, podem ficar sueitas ao problema de recirculação hidráulica.

As conseqüências são: ruído excessivo e vibrações. Desta forma deve-se evitar a operação com limites inferiores ao da vazão mínima indicada pelo fabricante.

A figura a seguir mostra esquematicamente o fenômeno citado.

Vazão “entrando”

Vazão

recirculando

Corte de um rotor indicando esquematicamente a recirculação do líquido na entrada de um rotor, operando com vazões reduzidas.

Fig.24

3.1.4 CAVITAÇÃO EM BOMBAS CENTRÍFUGAS

Toda bomba centrífuga requer em sua entrada (sucção) uma pressão suficiente, para garantir o seu bom funcionamento.

Caso esta pressão seja demasiadamente baixa, atingindo a pressão de vapor àquela temperatura, haverá uma intensa formação de vapor. As bolhas de vapor assim formadas são conduzidas pelo fluxo de líquido até atingir pressões mais elevadas (normalmente na região do rotor), onde então ocorre a implosão (colapso) destas bolhas, com a condensação do vapor e o retorno ao estado líquido. Tal fenômeno é conhecido como cavitação.

O colapso destas bolhas ocorre em regiões de pressão bastante elevada, as quais causam a retirada de material da superfície (pitting) onde ocorrem as implosões. Normalmente este fenômeno é acompanhado de vibrações e de um ruído característico, similar à um misturador de concreto. Deve-se notar que a erosão por cavitação não se verifica no lugar onde as bolhas se formam, mas sim onde estas implodem.

Os efeitos de cavitação dependem do tempo de duração, intensidade de cavitação, propriedade do líquido e resistência do material à erosão por cavitação.

A cavitação poderá ocorrer em maior ou menor intensidade. Quando ocorrer cavitação de pequena intensidade seus efeitos serão muitas vezes imperceptíveis, ou seja, não se notarão alterações nas características de performance da bomba, nem ruído e vibrações. Com o aumento de intensidade desta, estes efeitos passarão a ser perceptíveis através de ruído característico e influência na performance da bomba por meio de redução na altura manométrica total e no rendimento. Com a cavitação de grande intensidade, além dos efeitos terem maior amplitude, poderão ser causadas vibrações as quais irão comprometer o comportamento mecânico da bomba.

Os danos provocados por cavitação em uma bomba centrífuga, normalmente ocorrem no rotor, podendo também ocorrer nos corpos ou difusores. Geralmente os pontos atacados no rotor estão situados na parte frontal da pá.

Várias explicações têm sido apresentadas para esclarecer esta ação destruidora. Admitem alguns que a alteração periódica e rapidíssima das pressões possa concorrer para o enfraquecimento da estrutura dos cristais dos materiais. Outros supõe que, devida à percussão das partículas condensadas, com uma freqüência de vários milhares de ciclos por segundo, possam ocorrer, em pontos pequeníssimos da superfície, temperaturas elevadas que reduziriam a resistência dos cristais, podendo então as pressões de colapso das bolhas serem suficientes para desagregar partículas do material.

As regiões atingidas não são aquelas em que as pressões são menores, isto é, no dorso das pás, e sim aquelas em que se produziram condensação das partículas de vapor.

Quando a condensação se processa a jusante das pás, na própria boca de entrada ou no tubo de aspiração, o fenômeno é chamado de “supercavitação” e, em geral, se origina

de um fluxo em sentido inverso na sucção, devido a deficiência de projeto ou de instalação.

Além de provocar erosão, desgastando, removendo partículas e destruindo pedaços dos rotores e dos tubos de aspiração junto à entrada da bomba, a cavitação se apresenta, produzindo: Queda de rendimento (no início da cavitação o rendimento melhora um pouco; aumentando a cavitação, este cai bruscamente)

3.1.4.1 MATERIAIS RESISTENTES À CAVITAÇÃO

Vimos anteriormente que o colapso das bolhas de vapor ocorre em regiões de pressões bastante elevadas, causando a retirada do material da superfície (pitting) onde ocorrem as implosões.

Os efeitos de cavitação dependem do tempo de duração, intensidade da cavitação, propriedade do líquido e resistência do material à erosão por cavitação.

A escolha do material a ser empregado na fabricação da bomba é da maior importância. Alguns materiais, na ordem crescente de sua capacidade de resistir à erosão por cavitação, são: ferro fundido, alumínio, bronze, aço fundido, bronze fosforoso, bronze-manganês, aço-níquel, aço-cromo e ligas de aço inoxidável. A rigor não há nenhum material conhecido que não seja afetado pela cavitação.

Mais complexos tornam-se os processos de desgaste por cavitação quando o líquido bombeado for agressivo.

A resistência de materiais à erosão por cavitação é determinada em ensaios de laboratórios, quando os corpos de prova, pesados inicialmente, são colocados num difusor onde se medem a pressão e a velocidade da água. Decorrido certo tempo, mede-se a perda de material por diferença na pesagem do corpo de prova. Esta perda define a resistência ao desgaste por cavitação.

Ensaiando-se diversas ligas e fixando o valor 1,0 como perda de material para o ferro fundido, foram obtidas as graduações abaixo, na ordem crescente de resistência ao desgaste por cavitação:

Ferro fundido

1,0

Bronze

0,5

Aço-Cromo

0,2

Liga de Bronze-Alumínio

0,1

Aço Cromo-Níquel

0,05

3.1.4.2 INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS

Quanto às características mecânicas, aumentam a resistência à cavitação os seguintes fatores:

  • Maior dureza

  • Maior tenacidade

  • Maior dutilidade

  • Existência de tensões residuais de compressão.

Por outro lado, as seguintes características reduzem a resistência:

  • Baixa dureza

  • Fragilidade

  • Baixa ductilidade

  • Existência de tensões residuais de tração.

Apesar de instalarmos corretamente um sistema de bombeamento, é possível o surgimento de cavitação. Quando isto ocorre, estaremos enfrentando a cavitação em condições anormais de operação.

Entre os motivos que merecem apreciação, temos:

  • Distúrbios ou bloqueios parciais na linha de sucção ou entrada da bomba;

  • Vazamento excessivo através dos anéis de desgaste;

  • Cavitação na voluta;

  • Cavitação nas pás difusoras;

  • Fluxo em sentido inverso na tubulação de sucção;

  • Efeito de impureza no líquido bombeado.

3.1.4.3 DISTÚRBIOS OU BLOQUEIOS PARCIAIS NA LINHA DE SUCÇÃO OU ENTRADA DA BOMBA.

Distúrbios ou bloqueios parciais na linha de sucção provocam perda de carga localizada, possibilitando o aparecimento de cavitação. Como exemplo destas condições anormais poderíamos citar o depósito de matérias estranhas na linha de sucção ou no filtro de sucção e o fechamento parcial de válvula na linha de sucção.

3.1.4.4 VAZAMENTO EXCESSIVO ATRAVÉS DOS ANÉIS DE DESGASTE

Com o objetivo de limitar o vazamento entre a descarga do impelidor e a região de baixa pressão na sua entrada, a folga entre o impedidor e a carcaça é mantida sobre controle.

Normalmente, o valor da folga, bem como o trajeto do líquido recirculado da descarga para a sucção, são especificados no projeto de forma a limitar o vazamento e a velocidade de entrada na corrente normal de líquido da sucção.

Anéis de desgaste da carcaça e do impelidor

Fig.25

Em bombas que não possuem anéis de desgaste, a folga é formada pelo adequado ajuste entre o impelidor e a carcaça. Neste caso, seria necessário enchimento por solda e usinagem para recompor a folga original no caso de desgaste proveniente da operação. Em ambas as situações, desde que a folga seja mantida em valores aceitáveis, o efeito da recirculação é desprezível para vazões normais de operação. Entretanto, se por erro de especificação ou manutenção inadequada o valor da folga for inadequado, a recirculação poderá gerar vórtices na entrada da bomba e propiciar o aparecimento de cavitação (ver figura a seguir).

Pressão de descarga

Pressão de sucção

Área de distúrbios localizados (devido à vazamento excessivo)

Efeito do jato proveniente de recirculação na entrada da bomba

Fig.26

3.1.4.5 CAVITAÇÃO NA VOLUTA

É realmente difícil imaginar cavitação originada em qualquer parte da voluta pois esta é uma região de alta pressão. Entretanto, chamamos a atenção para a lingüeta da voluta (figura abaixo) que é uma pá guia localizada numa zona de alta velocidade. Portanto, por razões fora da faixa de operação normal, pode realmente acontecer que a turbulência gerada por um angulo de incidência inadequado, propicie oportunidade ao aparecimento de cavitação.

Lingueta da voluta

Fluxo na voluta

Fig.27

3.1.4.6 CAVITAÇÃO NAS PÁS DIFUSORAS

Pás difusoras (figura a seguir), podem ser consideradas como uma série de pás guias na saída de impelidor. Desta forma, a possibilidade de cavitação em uma dessas pás é ainda maior que no caso anterior de cavitação na voluta. Isto acontece porque, como mencionado, a perfeita adequação entre a orientação do fluxo saindo dos canais de passagem do impelidor se tornara não uniforme devido a variação da distribuição circunferêncial de pressão na descarga do impelidor. Desta forma, fluxos provenientes de diferentes canais de passagem do impelidor podem provocar ângulos de incidência diferentes em uma mesma pá difusora. Ângulos de incidência inadequados podem provocar excessiva turbulência e propiciar oportunidade ao aparecimento da cavitação.

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