Cavitação: como lidar com esse fenômeno?

A manutenção é uma parte crucial de qualquer operação que envolva maquinário, seja em uma indústria, em um veículo ou mesmo em uma residência. Ela garante que tudo funcione suavemente e que a vida útil dos equipamentos seja estendida ao máximo. Entre as diversas questões que podem surgir durante a manutenção de sistemas que lidam com fluidos, a cavitação é uma que merece atenção especial.

A cavitação pode parecer um termo técnico intimidante à primeira vista, mas na verdade, é um fenômeno bastante comum que ocorre em muitos sistemas hidráulicos e pode afetar significativamente a eficiência e a longevidade do equipamento. Embora possa parecer algo que só um engenheiro precisaria se preocupar, a verdade é que entender a cavitação e como preveni-la pode ser de grande valor para qualquer pessoa envolvida na manutenção.

Neste artigo, vamos mergulhar no mundo da cavitação, explicando de forma simples e clara o que é, como ela ocorre e quais são os efeitos que pode ter em um sistema. Além disso, vamos discutir como identificar a cavitação e, o mais importante, como preveni-la e lidar com ela caso ocorra.

Portanto, se você está envolvido de alguma forma com a manutenção e quer entender melhor como manter seu sistema funcionando da melhor forma possível, ou se você simplesmente tem curiosidade sobre o assunto, continue lendo. Este artigo é para você!

O que é Cavitação?

A cavitação é um fenômeno físico que ocorre em líquidos quando a pressão do fluido cai abaixo da sua pressão de vapor. Nesse momento, formam-se bolhas ou cavidades de vapor dentro do líquido, que podem colapsar quando a pressão volta a aumentar, provocando danos materiais.

Como a Cavitação ocorre?

Para entender melhor como ocorre a cavitação, é importante lembrar que todo líquido possui uma pressão de vapor, que é a pressão na qual o líquido começa a se vaporizar. Quando a pressão do líquido cai abaixo dessa pressão de vapor, ele começa a vaporizar e forma-se uma bolha de vapor.

Isso geralmente ocorre em situações de alta velocidade ou variações bruscas de pressão, como em bombas hidráulicas, turbinas e hélices. Quando a bolha de vapor chega a uma região de maior pressão, ela colapsa, gerando uma onda de choque que pode danificar a estrutura ao redor.

Quais são os Efeitos da Cavitação?

A cavitação, embora seja um fenômeno físico comum, pode ter impactos significativos e prejudiciais quando ocorre em sistemas hidráulicos. Vamos explorar com mais profundidade os efeitos da cavitação.

1- Danos Físicos

A cavitação pode causar danos físicos consideráveis ao equipamento. Quando as bolhas de vapor colapsam, elas produzem ondas de choque que podem danificar as superfícies internas do equipamento. Este processo pode causar erosão, pitting (criação de pequenos buracos na superfície) e, em casos graves, até mesmo a falha completa do equipamento.

2- Redução da Eficiência

As bolhas de vapor formadas durante a cavitação ocupam espaço que deveria ser preenchido pelo líquido. Isso significa que menos líquido é transportado, resultando em uma redução da eficiência do equipamento. Em bombas, por exemplo, isso pode resultar em uma vazão menor do que a esperada.

3- Aumento de Vibração e Ruído

As ondas de choque produzidas pelo colapso das bolhas de vapor também podem causar vibrações excessivas. Isso não só pode levar a danos físicos adicionais, mas também aumenta o nível de ruído do equipamento. Isso pode ser não apenas perturbador, mas também um sinal de que algo está errado.

4- Problemas Térmicos

A cavitação também pode levar a problemas térmicos. O processo de formação e colapso das bolhas de vapor pode causar um aumento na temperatura do líquido. Isso pode levar a problemas como superaquecimento, o que pode danificar o equipamento e reduzir ainda mais sua eficiência.

5- Deterioração da Qualidade do Líquido

A cavitação pode deteriorar a qualidade do líquido que está sendo bombeado. As bolhas de vapor que se formam e colapsam podem causar a formação de espuma, a oxidação do líquido e até mesmo a mudança na sua composição química. Isso pode afetar negativamente a operação do sistema como um todo.

Maneiras de evitar a Cavitação

A cavitação, embora seja um fenômeno físico comum, pode ter sérios efeitos prejudiciais quando ocorre em sistemas hidráulicos. Assim, é crucial tomar medidas para preveni-la. Aqui estão algumas estratégias detalhadas para evitar a cavitação:

1- Elevar o nível do líquido no tanque de sucção

Manter um nível alto de líquido no tanque de sucção ajuda a garantir que a pressão do fluido permaneça acima da pressão de vapor, reduzindo assim a probabilidade de cavitação.

2- Baixar o ponto de sucção

A redução do ponto de sucção pode ajudar a diminuir a velocidade do fluido, o que, por sua vez, pode reduzir a probabilidade de ocorrência de cavitação.

3- Manter a tubulação sempre cheia

Uma tubulação sempre cheia de fluido contribui para manter a pressão do fluido acima da pressão de vapor, minimizando assim a formação de bolhas de vapor e a subsequente cavitação.

4- Dimensionar o sistema para que a bomba fique afogada

Dimensionar adequadamente o sistema e assegurar que a bomba esteja sempre ‘afogada’ em líquido pode prevenir a cavitação, garantindo que a pressão do fluido permaneça estável e acima da pressão de vapor.

5- Diminuir a temperatura do fluido

A temperatura do fluido afeta diretamente a sua pressão de vapor. Diminuir a temperatura do fluido pode ajudar a manter a pressão do fluido acima da pressão de vapor, evitando a cavitação.

6- Diminuir a velocidade de escoamento

Um fluxo de fluido mais lento pode reduzir a probabilidade de ocorrer cavitação. Isso ocorre porque as mudanças bruscas de pressão, que são mais propensas a ocorrer com velocidades de fluxo mais altas, são uma das principais causas da cavitação.

7- Selecionar um Tipo de Válvula Que Tenha uma Queda de Pressão Menor

A seleção de uma válvula que cause uma queda de pressão menor no sistema pode ajudar a prevenir a cavitação. Isso ocorre porque uma queda de pressão menor significa que a pressão do fluido permanecerá mais alta, reduzindo a probabilidade de ocorrer cavitação.

8- Usar uma válvula com bitola maior que o DN da tubulação

Usar uma válvula com uma bitola (ou diâmetro) maior que o diâmetro nominal (DN) da tubulação pode ajudar a manter a pressão do fluido acima da pressão de vapor, prevenindo a cavitação.

Como resolver o problema da Cavitação?

Se a cavitação já está ocorrendo, aqui estão algumas soluções:

• Elevação do Nível do Líquido no Reservatório de Sucção: Uma das maneiras mais diretas e custo-efetivas de lidar com a cavitação é simplesmente aumentar o nível de líquido no reservatório de sucção. No entanto, essa abordagem pode não ser prática se o reservatório for um grande corpo de água natural, como um lago.
• Modificação da Pressão Absoluta sobre a Superfície do Líquido: Em geral, a pressão absoluta sobre a superfície de um líquido corresponde à pressão atmosférica. No entanto, em algumas circunstâncias, é possível aumentar essa pressão pressurizando o reservatório de alimentação com nitrogênio ou ar comprimido.
• Alteração da Distância Vertical entre a Superfície do Líquido e a Bomba: Se a cavitação começar quando o nível do líquido no reservatório diminuir, a manutenção de um nível de líquido mais alto pode ser benéfica. Além disso, pode-se considerar o aumento da altura do reservatório ou a redução da altura da bomba, embora essas soluções possam não ser economicamente viáveis.
• Redução da Perda de Carga na Tubulação de Sucção: Em determinadas situações, a redução da perda de carga na tubulação de sucção pode ser eficaz para resolver a cavitação. Isso pode ser conseguido diminuindo o número de curvas, filtros e aquecendo o líquido para diminuir a sua viscosidade. Adicionalmente, a substituição de tubulações internamente corroídas pode ser uma solução útil

Considerações finais

Em conclusão, a cavitação é um fenômeno que pode causar danos significativos a sistemas hidráulicos, e por isso, entender o que é, como ocorre e como evitar ou resolver são conhecimentos essenciais para quem lida com esses sistemas.

Compreender a cavitação não é apenas uma questão de evitar danos materiais, mas também de prevenir prejuízos financeiros. O fenômeno pode causar erosão em várias partes de um sistema hidráulico, incluindo rotores, válvulas, tubulações, propulsores e outros componentes. A sua prevenção e solução passam por estratégias como o ajuste do nível de líquido no tanque de sucção, a alteração da pressão absoluta no líquido, a modificação da distância entre a superfície do líquido e a bomba e a redução da perda de carga na tubulação de sucção.

Embora cada um desses métodos tenha as suas particularidades e possíveis limitações, todos eles são valiosos para a manutenção adequada de sistemas hidráulicos e para garantir a sua longevidade. Seja você um profissional da área ou alguém interessado no assunto, o conhecimento sobre a cavitação é, sem dúvida, uma ferramenta poderosa para manter os sistemas hidráulicos funcionando de maneira eficaz e eficiente.

Lembre-se sempre, que a prevenção é a melhor forma de evitar problemas e custos futuros. Conhecer os sinais da cavitação e como evitá-la, é um passo importante nesse sentido. Afinal, um sistema hidráulico bem cuidado é sinônimo de eficiência e economia.