Análise do fenômeno de cavitação em bomba centrífuga

Abstract

Cavitação em bombas centrífugas é a formação de bolhas de vapor do fluido bombeado na região de sucção do equipamento. As bolhas de vapor formadas em algum local do escoamento, em geral na região de sucção da bomba, entrarão posteriormente em colapso. Este fenômeno é importante cientificamente, tecnicamente e economicamente. Cientificamente é interessante, pois envolve o escoamento de um fluido em estado líquido, simultaneamente ocorre a formação de bolhas de vapor, que também escoam juntamente ao fluido líquido. O processo de vaporização e condensação de um fluido é complexo, pois envolve mudança de fase, um fenômeno térmico não linear. Tecnicamente, é importante porque quando o escoamento se dá com cavitação os parâmetros hidrodinâmicos do escoamento bem como da bomba, em geral, são fortemente alterados na direção termodinâmica de maior produção de irreversibilidades. Economicamente, é custoso porque a cavitação, em geral, leva a perda de eficiência termodinâmica dos processos e em conseqüência haverá maior custo na produção de um dado bem, diminuindo a eficiência econômica e a competitividade da empresa. O escoamento com cavitação na sucção de bombas apresenta três aspectos danosos principais: cavitação pulsante com baixa vazão; cavitação não pulsante com baixa altura útil; e erosão cavitacional. A cavitação pulsante é caracterizada por grande formação de bolhas de forma transitória com baixa freqüência e grande amplitude, gerando forças vibratórias importantes no sistema de bombeamento. A cavitação pulsante também causa colapso do fluxo de massa do fluido bombeado com valores que vão do fluxo normal da instalação até valores quase nulos, transitoriamente. Na cavitação pulsante a erosão cavitacional e a queda na altura útil são pequenas...

Cavitation in centrifugal pumps is the development of vapor bubbles from the pumped liquid into equipment suction region. Vapor bubbles developed somewhere in the flow, generally in the pump suction, will afterwards along the flow to collapse. This phenomenon is scientifically, technically and economically important. Scientifically, it is interesting because involves the flow of a fluid on liquid state, and simultaneously happens vapor bubbles development that also flow together the liquid fluid. Fluid vaporization and condensation processes are complex because involves phase change, a non-linear thermal phenomenon. Technically, it is important because when the flow happens with cavitation the flow and pump hydrodynamic parameters, generally, are strongly modified toward bigger thermodynamic irreversibility production. Economically, it is expensive because cavitation, generally, leads to thermodynamic process efficiency loss, and consequently it will have bigger costs for production of a given good, then decreasing economic efficiency and company competitiveness. Flow with cavitation in the pump suction presents three main devastating aspects: surging cavitation with low flow rate; steady cavitation with low total head; and cavitational erosion. Surging cavitation is characterized by unsteady, low frequency and high amplitude, intense bubbles development, producing strong vibration forces into the pumping system. Surging cavitation also causes the collapse of pumped fluid mass flow rate with values that goes from the normal flow to values that almost reach the zero flow, unsteadily. In surging cavitation, the cavitational erosion and the breakdown in total head are small. In steady cavitation the mass flow rate, and even the flow rate... (Complete abstract click electronic access below)