Irrigação

Cavitação

Os efeitos causados pelo fenômeno chamado cavitação nos sistemas de bombeamento podem comprometer tubulações e diversos outros componentes dos equipamentos de irrigação de lavouras

Acavitação é um fenômeno ainda pouco entendido pela ciência e pelos produtores rurais. É um fenômeno físico que ocorre principalmente no interior de sistemas hidráulicos e que consiste na formação de bolhas de vapor no meio fluido transportado. O fenômeno se assemelha à ebulição, e pode ocorrer com água em regiões de baixa pressão do sistema de recalque no decorrer de um processo de bombeamento, ou seja, na canalização de sucção é identificado por ruídos e vibrações.

Este fenômeno ocorre quando a pressão estática absoluta local cai abaixo da pressão de vapor do líquido e, desta forma, causa a formação de bolhas de vapor no corpo do líquido. Quando este líquido escoa por meio de uma bomba centrífuga ou axial, a pressão estática (pressão de sucção) no olho do rotor se reduz e consequentemente a velocidade do fluxo aumenta. Logo, é de grande risco que bolhas de cavitação se formem na entrada do rotor ou na tubulação de aspiração.

Assim, a formação de bolhas de vapor de água geradas por este fenômeno pode entrar em colapso quando altas pressões são atingidas, liberando, consequentemente, energia absorvida pelo rotor ou palhetas da bomba.

Por este processo ser contínuo e ocorrer sempre no mesmo local, pode ocasionar estragos por perda de resistência mecânica. Além de ocorrer no rotor, a cavitação pode se manifestar na entrada bomba, na linha de aspiração, na voluta e nas pás diretrizes do difusor.

Durante a cavitação ocorre também uma diminuição na taxa de fluxo da bomba, porque as câmaras da bomba não ficam completamente cheias de líquido e a pressão do sistema se desequilibra. Ainda assim, o efeito deste fenômeno é desconhecido por diversos produtores. Muitas vezes, mesmo sistemas de bombeamento dimensionados de forma

correta podem ocasionar problemas com a cavitação, como em situações quando ocorre variação no nível de água no reservatório durante o passar do tempo. Desta forma, uma vez estabelecida em uma instalação de recalque, acarreta queda do rendimento da bomba, ruídos, vibrações e erosão, o que pode levar até o colapso do equipamento, provocando desgaste excessivo do rotor da bomba, exigindo manutenção frequente e onerosa.

A melhor indicação de que a cavitação está ocorrendo é através do ruído, onde o colapso simultâneo das cavidades ocasiona vibrações de alta amplitude e são transmitidas para todo o sistema, provocando ruídos estridentes gerados na bomba.

A cavitação é muito prejudicial tanto para a bomba como para o sistema e, por essa razão, os fabricantes especificam as limitações dos seus produtos. Na Figura 1 está ilustrado como ocorre o colapso da bolha, o qual pode causar o efeito da cavitação.

Este processo ocorre com alta fre-

Figura 1 – Colapso da bolha e cavitação

quência e pode atingir uma ordem de 25 mil bolhas por segundo. A duração (surgimento-colapso) das bolhas ocorre em milionésimos de segundos, sendo possível verificar este fenômeno por meio da inspeção visual, em casos em que há a possibilidade de abrir a máquina ou mesmo pelo som característico quando a máquina estiver em funcionamento. Além do mais, este fenômeno não ocorre somente no rotor, mas também nas pás do difusor, na voluta, na boca de entrada de água etc. Um sistema de bombeamento operando por um determinado tempo com a ocorrência do fenômeno de cavitação, futuramente pode apresentar sérios danos em seus componentes. Algumas consequências que podem ocorrer nos sistemas hidráulicos decorrentes deste fenômeno são: vibrações indesejáveis, diminuição do rendimento da bomba, acelerar o processo de corrosão, além de gerar flexões nos dutos. Também pode ocorrer a presença de ruídos e implosão, remoção de pedaços de rotor e tubulação junto à entrada da bomba, além de que baixas pressões podem ocasionar altos danos ao sistema hidráulico. Como opção, a prevenção serve

Principais causas da cavitação

As principais causas que favorecem a formação da cavitação ocorrem pela evaporação do líquido, nesse caso, não é causada por aquecimento, mas ocorre porque o líquido alcançou uma pressão atmosférica absoluta muito baixa. Assim, essas causas são: • Dimensionamento incorreto da tubulação de sucção; • Filtro ou linha de sucção obstruído; • Reservatórios "despressurizados"; • Filtro de ar obstruído ou dimensionamento incorreto; • Óleo hidráulico de baixa qualidade; • Procedimentos incorretos na partida a frio; • Óleo de alta viscosidade; • Excessiva rotação da bomba; • Conexão de entrada da bomba muito alta em relação ao nível de óleo no reservatório.

Fonte: Apostila Parker de Hidráulica.

Cuidados para prevenir a cavitação

Para prevenir o efeito da cavitação em sistemas de bombas, dependendo da situação, as seguintes precauções devem ser adotadas: • Reduzir a altura de sucção e o comprimento desta tubulação, aproximando-se ao máximo a bomba da captação; • Reduzir as perdas de carga na sucção, com o aumento do diâmetro dos tubos e conexões; • Pequeno valor da relação entre diâmetros de entrada e saída das pás; • Pequeno valor da relação entre o quadrado do raio de entrada e o comprimento do filete médio para o caso de pás com dupla curvatura; • Pequeno valor para a velocidade meridiana, mas pequena largura da pá se houver forte curvatura à entrada; • Baixos ângulos de entrada das pás; • Número suficientemente grande de pás; • Nas bombas de múltiplo estágio, baixos valores para a altura de elevação a cargo de cada rotor.

como uma alternativa para evitarmos o fenômeno da cavitação, e é indispensável para toda a gama de vazões pretendidas. Em casos em que o fenômeno é identificado, são necessárias algumas tomadas de decisões, como troca do dispositivo, reparo deste quando possível e análise do sistema de bombeamento, a fim de preservar a integridade física e hidráulica na rede de água e evitar qualquer possível risco, até mesmo aqueles voltados para a saúde humana envolvidos com a intrusão de contaminantes decorrentes de eventos de baixa pressão.

A ocorrência do fenômeno da cavitação em bombas hidráulicas deve ser evitada por causar queda acentuada no rendimento da bomba hidráulica e diminuição da vida útil da máquina. Além disso, a ocorrência de um desgaste ocasionado pela cavitação pode gerar perda da eficiência dos equipamentos, paradas prolongadas da máquina e danos que podem ser irreversíveis e resultar na necessidade de substituição das peças, ocasionando futuramente altos custos de manutenção para o produtor.

É importante, também, que o técnico/produtor busque conhecimento sobre os sistemas nos quais utiliza, sempre tendo em vista o correto dimensionamento dos mesmos, evitando futuras consequências que venham a ser prejudiciais para a eficácia no desempenho dos sistemas de bombeamento. .M

Laura Dias Ferreira, Adroaldo Dias Robaina, Marcia Xavier Peiter, Jhosefe Bruning, Bruna Dalcin Pimenta, Juciano Gabriel da Silva, Anderson Crestani Pereira, Silvana Rodrigues Antunes e Yesica Ramirez Flores, Laboratório de Engenharia de Irrigação - UFSM

Corrosão ocasionada pelo fenômeno da cavitação em diferentes rotores