Cavitação em Bombas de Sucção

Autora: Maria Isabel Landim Neves

Objetivo:

O objetivo deste exercício é proporcionar aos alunos uma compreensão mais profunda sobre o fenômeno da cavitação em bombas e como ele afeta os processos de bombeamento de líquidos, especialmente em indústrias alimentícias.

Cenário:

Você trabalha como engenheiro de processos em uma fábrica de sucos. Sua equipe é responsável por manter o sistema de bombeamento de suco de frutas, que utiliza uma bomba centrífuga para transportar o suco de grandes reservatórios para os processos de envase. Durante a operação, você nota que o sistema apresenta ruídos anormais, vibrações excessivas e queda na eficiência de bombeamento, além de observar sinais de erosão nas lâminas do impulsor. Você foi designado para investigar se o fenômeno de cavitação está ocorrendo no sistema de bombeamento e propor soluções para resolvê-lo.

Parte 1: Teoria da Cavitação

1. Defina o que é cavitação e explique o processo físico por trás desse fenômeno.
2. Cite e explique pelo menos três fatores que podem favorecer a cavitação em uma bomba centrífuga.
3. Quais são os efeitos negativos da cavitação no desempenho da bomba e no sistema de bombeamento?

Parte 2: Análise de Causas da Cavitação

Com base no cenário apresentado, analise o sistema de bombeamento da fábrica de sucos e explique as possíveis causas da cavitação no sistema, considerando os seguintes pontos:

1. Altura de Sucção:

Explique o impacto da altura geométrica de sucção (distância entre o nível do fluido e o ponto de entrada da bomba) no risco de cavitação. Como a altitude do sistema e a pressão atmosférica podem influenciar esse fenômeno?

2. Pressão de Sucção:

O que acontece com a pressão de sucção dentro da bomba se o fluido estiver muito abaixo da pressão de vapor do líquido? Como a cavitação está relacionada com essa pressão negativa?

3. Temperatura do Fluido:

A temperatura do suco de frutas pode influenciar a cavitação? Justifique sua resposta com base na relação entre temperatura de vaporização e a formação de bolhas de vapor.

Parte 3: Cálculo da Pressão de Vapor e Análise de Condições Críticas

1. Pressão de Vapor do Suco de Frutas:

Considere que o suco de laranja está sendo bombeado a uma temperatura de 25°C. Sabendo que a pressão de vapor da água a 25°C é de 3,17 kPa, estime a pressão mínima de sucção necessária para evitar a cavitação.

2. Cálculo da Pressão de Sucção:

Suponha que a pressão atmosférica seja 101,3 kPa e a bomba esteja a uma altura de sucção de 5 metros (cerca de 50 kPa). Com esses dados, calcule se o sistema corre risco de cavitação com base na pressão de sucção. Compare a pressão de sucção com a pressão de vapor e determine se a cavitação pode ocorrer.

Parte 4: Soluções para Mitigar a Cavitação

1. Proponha ao menos três medidas que podem ser tomadas para prevenir a cavitação no sistema de bombeamento de suco. Explique como cada uma delas ajuda a evitar a cavitação.
2. Explique em que situações a bomba autoescorvante pode ser uma solução eficaz para evitar a cavitação. Quais são as limitações desse tipo de bomba?
3. Se você fosse responsável pela manutenção do sistema, o que faria para verificar se a cavitação já está ocorrendo na bomba? Quais são os sinais de cavitação que você observou e como poderia prevenir mais danos?
4. O que você poderia sugerir em termos de treinamento de operadores para minimizar o risco de cavitação no sistema de bombeamento?

OBS: Para conferir as respostas, entre em contato com a Autora pelo Linkedin: Isabel Landim, PhD | LinkedIn