Bombas Centrífugas: Conceitos, Cavitação e NPSH

Conceitos Fundamentais em Bombas

• Altura Manométrica (Head): A altura na qual os líquidos podem ser elevados por uma bomba.
• Potência de Bombeamento: A potência necessária para um bombeamento não depende da pressão de vapor.
• Pressão de Descarga (Bomba Alternativa): Em uma bomba alternativa de êmbolo, a pressão de descarga depende apenas da ação do sistema sobre a bomba.
• Função da Carcaça da Bomba Centrífuga: Converter a energia de velocidade fornecida pelo rotor em energia útil de pressão.
• Rendimento da Bomba: A relação entre a energia transferida ao fluido e a energia fornecida à bomba.
• Curvas Características de Bombas Centrífugas: Em bombas centrífugas de uso geral, as curvas características mostram que a Altura Manométrica diminui com o aumento de vazão.
• Válvulas de Sucção e Descarga (Bombas Alternativas): Estão situadas na carcaça ou no pistão, dependendo do fabricante.
• Geração de Escoamento (Bomba Centrífuga): Uma bomba centrífuga combina a força centrífuga com impulso mecânico para gerar escoamento.

Análise de Cavitação em Bombas

Cenário 1: Bomba NB-40-200 a 70 ºC

Enunciado: O sistema apresentado na Figura 1 está equipado com uma bomba NB-40-200, cujas curvas operacionais são apresentadas na Figura 2 (curvas traçadas para água a 30 graus centígrados). Essa bomba está bombeando água a 70 ºC (pressão de vaporização absoluta indicada na Tabela 1). A vazão desejada para esse sistema é de 56 m³/h. Considerando que L1=7 metros (Figura 1); que a pressão atmosférica é de 10 mca e desprezando-se as perdas de cargas do trecho de sucção; identificar se a bomba, nas condições descritas, está ou não cavitando. Por quê?

Resposta: A bomba cavitará porque a pressão absoluta de vapor do fluido bombeado (na temperatura de bombeamento - 70 graus centígrados) é maior que a pressão absoluta (NPSH_d) na sucção da bomba. Isso propiciará a condição necessária e suficiente para a vaporização do fluido.

Cenário 2: Bomba Centrífuga NB-100-250

Enunciado: Considerando-se a bomba centrífuga NB-100-250 trabalhando a uma velocidade angular de 1750 rpm e com um rotor de 211 mm, cuja curva é apresentada na Figura. Ao instalá-la no sistema que tem curva dada pela função H=Q/5, e sabendo que o sistema é projetado para operar com:

• Vazão mínima de 140 m³/h
• Pressão mínima de 16 mca
• NPSH_d de 2 mca

Análise de Cavitação da Bomba NB-100-250

Afirmação: Essa bomba cavitará quando posta para operar nesse sistema.

Resposta: Falso. A bomba não cavitará, pois a curva do sistema cruza a curva da bomba (rotor 211 mm) no ponto em que a vazão Q=100 m³/h. Nesse ponto, o NPSH_r da bomba é inferior a 2 mca (valor do NPSH_d).

Análise de Rendimento da Bomba NB-100-250

Afirmação: A bomba operará nesse sistema com o seu máximo de rendimento.

Resposta: Falso. A curva do sistema cruza a curva da bomba (rotor 211 mm) no ponto em que a vazão Q=100 m³/h. Nesse ponto, o rendimento da bomba é de 69%.

Análise de Potência do Motor para Bomba NB-100-250

Afirmação: Um motor de 10 kW é suficiente (com folga) para acionar essa bomba.

Resposta: Verdadeiro. A curva do sistema cruza a curva da bomba (rotor 211 mm) no ponto em que a vazão Q=100 m³/h. Nesse ponto, a potência necessária para acionamento do motor está em torno de 8 kW.

Análise de Pressão Máxima da Bomba NB-100-250

Afirmação: A maior pressão nessa bomba será quando a válvula de descarga estiver completamente fechada.

Resposta: Falso. A maior pressão na descarga da bomba ocorrerá para uma vazão de 40 m³/h.

Atendimento aos Requisitos do Sistema (NB-100-250)

Afirmação: A bomba atende ao sistema tanto na vazão quanto na pressão.

Resposta: Falso. A bomba atende na pressão, pois ela operará no sistema com uma pressão de 20 mca na descarga (o sistema requer 16 mca). Entretanto, a bomba não atende à demanda de vazão do sistema, pois ela fornece 100 m³/h e o sistema demanda 140 m³/h.

Definição e Processo de Cavitação

Definição: A cavitação é um fenômeno físico que ocorre em bombas centrífugas no momento em que o fluido succionado tem sua pressão reduzida, atingindo valores iguais ou inferiores à sua pressão de vapor (líquido <> vapor).

Processo: Com isso, formam-se bolhas (de vapor) que são conduzidas pelo deslocamento do fluido até o rotor, onde implodem ao atingirem novamente pressões superiores (vapor <> líquido). Este fenômeno ocorre no interior da bomba quando o NPSH_d (do sistema) é menor que o NPSH_r (da bomba). A cavitação causa ruídos, danos e queda no desempenho hidráulico das bombas.

Variáveis que Não Influenciam o NPSH_d

Enunciado: Considerando-se o sistema apresentado na Figura, listar pelo menos duas variáveis que não influenciam no valor do NPSH_d (disponível) desse sistema e dizer a razão (o porquê dessa variável não influenciar no valor NPSH_d).

As variáveis que não influenciam no valor NPSH_d são aquelas que não estão relacionadas ao sistema acoplado na sucção da bomba. Portanto, se alteradas, não alterariam a pressão disponibilizada na sucção da bomba. Essas variáveis são:

• Pressão de Vapor (Pv) do Líquido Bombeado: É uma característica do fluido e não do sistema acoplado na sucção da bomba.
• Pressão de Descarga (Pdescarga): Essa variável vai alterar o ponto de operação da bomba, portanto, ela influencia no NPSH_r, mas não no NPSH_d.
• Rotação (Ex: 1640 rpm): Essa variável também vai alterar o ponto de operação da bomba, portanto, ela influencia no NPSH_r, mas não no NPSH_d.

NPSH_r e NPSH_d: Definição e Relação

NPSH (Net Positive Suction Head): Sigla da expressão inglesa.

• NPSH_d (Disponível): Pressão absoluta existente na sucção da bomba (entrada do rotor). Deve ser superior à pressão de vapor do fluido bombeado, e o seu valor depende das características do sistema e do fluido.
• NPSH_r (Requerido): Pressão absoluta mínima requerida na sucção da bomba (entrada do rotor), que, nas condições de bombeamento, deve ser superior à pressão de vapor do fluido bombeado para que não haja cavitação. Este valor depende das características da bomba e deve ser fornecido pelo fabricante da mesma (junto com a curva da bomba).