Fenômenos de Transporte: Cavitação, Similaridade Hidrodinâmica e Velocidade Específica, Slides de Mecânica dos fluidos

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GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Cavitação, Similaridade Hidrodinâmica e

Velocidade Específica

PROFESSOR: Plínio Ferraz P. Viana

Cavitação A pressão absoluta sobre o líquido não pode cair abaixo da respectiva pressão de vapor, para evitar a vaporização do líquido causando um fenômeno denominado cavitação, o qual leva à deterioração do desempenho e possivelmente à destruição da bomba. Denomina-se NPSH disponível do sistema à diferença entre a altura manométrica de sucção e a altura correspondente à pressão de vapor do líquido. Qualquer tipo de bomba apresenta um requisito mínimo para o NPSH disponível do sistema no qual será feita a respectiva instalação. A esse valor denomina-se NPSH requerido pela bomba, e é função principalmente da vazão de operação.

• NPSH requerido é o valor mínimo aceitável para o NPSH disponível em um sistema. NPSHdisp NPSHreq O fenômeno da cavitação é caracterizado por um ruído peculiar, queda no desempenho da bomba e deterioração progressiva do material em contato com o fluido. A força destrutiva origina-se da pressão localizada exercida pelo retorno do fluido vaporizado à condição de líquido, à medida em que ocorre a pressurização no interior da bomba.

Cavitação NPSH disp NPSHreq^ Não haverá cavitação!

Fatores que modificam as curvas características das bombas

 Efeito da Rotação sobre as Curvas Características

• É comum encontrarmos

curvas denominadas de iso-

rendimento associa-das a

curvas HxQ traçadas para

diversas rotações.

• Esta forma de apresen-

tação é muito útil quando se

utiliza o controle de

capacidade através da

variação de velocidade do

acionador.

Efeito da mudança de rotação do acionador da bomba

Q

H

u

N h

Rotação n 1 Rotação n 2 Legenda:

 Construção das curvas características para a nova rotação n 2 , a partir das

curvas para a rotação n

1

A partir das relações de semelhança obtemos os pontos homólogos correspondentes e traçamos as novas curvas: (Q 1 ,H 1 )  (Q 2 ,H 2 ) (Q 1 ,N 1 )  (Q 2 ,N 2 ) Para a curva de rendimento hidráulico, é importante observar que os pontos homólogos correspondentes apresentam o mesmo rendimento.

Efeito da variação do diâmetro do rotor (impelidor) Consideramos o caso em que a única grandeza alterada da bomba é o diâmetro externo do impelidor, como ocorre na operação de corte do rotor, em que obtemos uma redução no diâmetro externo do impelidor através de uma operação mecânica de usinagem, sem alterar as demais peças da bomba. Não há, portanto, uma semelhança física propriamente dita, uma vez que todas as outras grandezas físicas e geométricas permanecem inalteradas.

• Para fins práticos de correção das curvas características, utilizamos as seguintes correlações experimentais: 3 2 1 2 1          D D Q Q 2 2 1 2 1          D D H H O procedimento para a construção das novas curvas características para outros diâmetros, a partir de um determinado diâmetro original é, então, análogo ao que foi utilizado para a variação da rotação.

Exemplo O ponto de operação de uma bomba centrífuga num dado sistema de bombeamento está identificado no gráfico head útil x vazão x rendimento hidráulico mostrado abaixo. H(m) (^20 40 6080) Q(m^3 /h) 100 90 80 70 100 80% 75% 70% 65%

 h

Estime a vazão que a bomba proporcionaria nesse sistema, se aumentássemos a rotação do acionador em 10 %.

Velocidade Específica - Ns 3 4 H N Q s N  A velocidade específica Ns corresponde a um parâmetro adimensional, utilizado para esse fim, que envolve os três principais fatores característicos de desempenho de uma bomba: rotação (N), vazão (Q) e Head útil (Hu). Torna-se necessário o desenvolvimento de um conceito que forneça uma base para a comparação dos diversos projetos construtivos das bombas centrífugas. A partir das leis de similaridade temos condição de comparar as características de desempenho de bombas semelhantes (similaridade física e geométrica). A velocidade específica pode ser interpretada como uma grandeza numericamente igual a uma rotação em que uma bomba centrífuga teórica ideal deveria operar para desenvolver uma unidade de vazão contra uma unidade de head útil.

Velocidade Específica - Ns

• Influência da Velocidade Específica – N s na forma das Curvas Características

Referências

MACINTYRE, A.J. - Equipamentos Industriais e de Processos. LTC Editora. Rio de Janeiro. 1997 MACINTYRE, A.J. - Máquinas Motrizes Hidráulicas. Guanabara Dois. Rio de Janeiro,

BATHIE, W.H. - Fundamentals of Gas Turbines. 2 nd edition, John Wiley. New York, 1996.