Como e por que prevenir a cavitação em sistemas de tubulação

A cavitação é um assunto importante para engenheiros, profissionais de manutenção e qualquer pessoa que trabalhe com sistemas de bombeamento - e por boas razões. Essa condição tem causas complicadas e difíceis de identificar, e seus efeitos podem ser devastadores para equipamentos, integridade do sistema e operações gerais.

Prevenir a cavitação é um esforço de toda a equipe quando se trata de sistemas operados com bombas centrífugas. Começa com o projeto do sistema e os cálculos em torno da altura de sucção positiva líquida (NPSH) antes mesmo de o sistema ser construído. A seleção da bomba, a temperatura do fluido e a inclusão de componentes de proteção são fatores que podem proteger contra a cavitação em um sistema.

Da perspectiva de um observador externo, a cavitação geralmente pode ser detectada apenas ouvindo um sistema. Pode soar quase como se o líquido em um sistema estivesse fervendo. Os sons rápidos e repetitivos de bolhas estourando é um sinal claro de que algo não está certo com seu sistema de tubulação. Alguns ouvintes descreveram a cavitação como soando como grãos de café ou cascalho no sistema.

Mas o que realmente está acontecendo dentro do sistema para causar esse ruído? A cavitação é a rápida formação e implosão de bolsões de vapor dentro de um fluido bombeado. As implosões criam ondas de choque que percorrem o fluido e danificam equipamentos.

O processo de cavitação pode causar estragos em componentes sensíveis e altamente projetados de sistemas de tubulação. Impulsores, carcaças, tubulações e outros equipamentos da bomba podem sofrer corrosão, corrosão ou outros danos que impedem o funcionamento correto desses componentes. Este dano também pode encurtar a vida útil de componentes individuais do sistema e do sistema como um todo.

A cavitação é muito mais provável em alguns sistemas do que em outros. Os sistemas que bombeiam líquidos, em vez de lamas, correm maior risco de cavitação. Fluidos de sistema mais finos, como a água, também tornam os sistemas mais propensos a enfrentar a cavitação. Aplicações com fluidos que são bombeados em temperaturas mais altas também precisam tomar mais medidas para evitar a cavitação.

Para entender a cavitação, o lugar mais fácil para começar é um dos conceitos básicos de culinária: água fervente. Quando fervemos água na cozinha, trata-se de calor. A água deve ser aquecida a 212 F (100 C) para ferver.

Mas aquecer a essa temperatura precisa não é a única maneira de causar a rápida vaporização que chamamos de ebulição. Embora 212 F seja o ponto de ebulição comumente usado na culinária, cientificamente um ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão ao redor do líquido.

Quer um cozinheiro doméstico ou um chef profissional esteja no fogão, é improvável que a pressão de vapor de um líquido seja manipulada em um ambiente de cozinha. É por isso que a métrica 212 F é usada de forma relativamente universal (embora as cozinhas em elevações muito altas sejam afetadas pela mudança na pressão da água e possam usar diferentes pontos de ebulição).

Em sistemas industriais, a pressão do fluido muda ao longo das etapas do processo de bombeamento. Mais comumente, o fluido sofre grandes mudanças de pressão enquanto está dentro da bomba. Quando o fluido é aspirado, ele é rapidamente pressurizado e, em seguida, sofre uma grande queda de pressão ao sair do impulsor e se deslocar para a saída da bomba. Essa pressão que muda rapidamente pode afetar o ponto de ebulição do fluido e criar um ambiente ideal para a ocorrência de cavitação.

Uma nuance importante da cavitação é o fato de que os bolsões de vapor realmente implodem durante o processo. Essas implosões enviam fortes ondas de choque através do fluido bombeado que podem causar danos aos componentes do sistema. Essas ondas de choque podem corroer ou causar crateras nos impulsores ou carcaças das bombas, mas também na tubulação ou em qualquer outra parte do sistema.

Embora a seção de saída de uma bomba seja o local mais comum para a ocorrência de cavitação, é tecnicamente possível em qualquer parte de um sistema com uma grande queda de pressão. Como os sistemas costumam ter muitas áreas de movimento de fluido muito rápido, a cavitação pode ser uma preocupação em várias partes do sistema.