5.10.16

N P S H e CAVITAÇÃO - TABELA 1 - DADOS DE PRESSÃO ATMOSFÉRICA PARA DETERMINADAS ALTITUDES LOCAIS - TABELA 2 - PRESSÃO DE VAPOR DA ÁGUA PARA DETERMINADAS TEMPERATURAS - VERIFICAÇÃO DO NPSHd - CÁLCULO DO NPSHd - GRÁFICO ALTURA X VAZÃO - NPSH (MCA) - MANUAL DE HIDRÁULICA BÁSICA - MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS MECÂNICOS


N P S H e CAVITAÇÃO

1. DEFINIÇÃO: A sigla NPSH, vem da expressão Net Positive Suction Head, a qual sua tradução literal para o Português não expressa clara e tecnicamente o que significa na prática. No entanto, é de vital importância para fabricantes e usuários de bombas o conhecimento do comportamento desta variável, para que a bomba tenha um desempenho satisfatório, principalmente em sistemas onde coexistam as duas situações descritas abaixo:
. Bomba trabalhando no inicio da faixa, com baixa pressão e alta vazão;
. Existência de altura negativa de sucção.
  
Quanto maior for a vazão da bomba e a altura de sucção negativa, maior será a possibilidade da bomba cavitar em função do NPSH.

Em termos técnicos, o NPSH define-se como a altura total de sucção referida a pressão atmosférica local existente no centro da conexão de sucção, menos a pressão de vapor do líquido.

NPSH = (Ho - AS - hfs - R) - Hv

Onde: Ho = Pressão atmosférica local, em mca (Tabela 1);
         AS = Altura de sucção, em metros (dado da instalação);
        hfs = Perdas de carga no escoamento pela tubulação de sucção, em metros;
           R = Perdas de carga no escoamento interno da bomba, em metros (dados do fabricante);
          Hv = Pressão de vapor do fluido escoado, em metros (Tabela 2).


Para que o NPSH proporcione uma sucção satisfatória à bomba, é necessário que a pressão em qualquer ponto da linha nunca venha reduzir-se à pressão de vapor do fluido bombeado. Isto é evitado tomando-se providências na instalação de sucção para que a pressão realmente útil para a movimentação do fluido seja sempre maior que a soma das perdas de carga na tubulação com a altura de sucção, mais as perdas internas na bomba, portanto:
Ho - Hv > hfs + AS + R


2. NPSH DA BOMBA E NPSH DA INSTALAÇÃO: Para que se possa estabelecer, comparar e alterar os dados da instalação, se necessário, é usual desmembrar- se os termos da fórmula anterior, a fim de obter os dois valores característicos (instalação e bomba), sendo:

Ho - Hv - AS - hfs = NPSHd (disponível), que é uma característica da instalação hidráulica. É a energia que o fluido possui, num ponto imediatamente anterior ao flange de sucção da bomba, acima da sua pressão de vapor. Esta variável deve ser calculada por quem dimensionar o sistema, utilizando-se de coeficientes tabelados e dados da instalação;

R = NPSHr (requerido), é uma característica da bomba, determinada em seu projeto de fábrica, através de cálculos e ensaios de laboratório. Tecnicamente, é a energia necessária para vencer as perdas de carga entre a conexão de sucção da bomba e as pás do rotor, bem como criar a velocidade desejada no fluido nestas pás. Este dado deve ser obrigatoriamente fornecido pelo fabricante através das curvas características das bombas (curva de NPSH);

Assim, para uma bom desempenho da bomba, deve-se sempre garantir a seguinte situação:

NPSHd > NPSHr





3. EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipotético seja colocada para operar com 35 mca de AMT, vazão de 32,5 m3/h, altura de sucção de 2,0 metros e perda por atrito na sucção de 1,6 mca. A altura em relação ao nível do mar onde a mesma será instalada é de aproximadamente 150 metros, e a temperatura da água é de 30ºC, verificaremos:

A. VERIFICAÇÃO DO NPSHr:
Conforme curva característica do exemplo citado, para os dados de altura (mca) e vazão (m³/h) indicados, o NPSHr da bomba é 4,95 mca, confira:

B. CÁLCULO DO NPSHd:

Sabendo-se que:

NPSHd = Ho - Hv – AS - hfs

Onde:
Ho = 10,16 (Tabela 1);
Hv = 0,433 (Tabela 2);
AS = 2,0 metros (altura sucção);
hfs = 1,60 metros (perda calculada para o atrito na sucção).

Temos que:

NPSHd = 10,16 - 0,433 - 2,0 - 1,60 => NPSHd = 6,127 mca


Analisando-se a curva característica abaixo, temos um NPSHr de aproximadamente 5 mca.

Então NPSHd > NPSHr



 A bomba nestas condições funcionará normalmente, porém, deve-se evitar:

1. Aumento da vazão;
2. Aumento do nível dinâmico da captação;
3. Aumento da temperatura da água.

Havendo alteração destas variáveis, o NPSHd poderá igualar-se ou adquirir valores inferiores ao NPSHr , ocorrendo assim a cavitação.

OBS:
A existência de uma margem entre o NPSHd e o NPSHr visa garantir que não ocorrerá cavitação.
Hoje, após experimentos de vários autores e consultores, verificou-se que na maioria dos casos, uma margem segura para o NPSH é: NPSHd > NPSHr + 1,5 mca


4. CAVITAÇÃO: Quando a condição NPSHd > NPSHr não é garantida pelo sistema, ocorre o fenômeno denominado cavitação. Este fenômeno dá-se quando a pressão do fluido na linha de sucção adquire valores inferiores ao da pressão de vapor do mesmo, formando-se bolhas de ar, isto é, a rarefação do fluido (quebra da coluna de água) causada pelo deslocamento das pás do rotor, natureza do escoamento e/ou pelo próprio movimento de impulsão do fluido.

Estas bolhas de ar são arrastadas pelo fluxo e condensam-se voltando ao estado líquido bruscamente quando passam pelo interior do rotor e alcançam zonas de alta pressão. No momento desta troca de estado, o fluido já está em alta velocidade dentro do rotor, o que provoca ondas de pressão de tal intensidade que superam a resistência à tração do material do rotor, podendo arrancar partículas do corpo, das pás e das paredes da bomba, inutilizando-a com pouco tempo de uso, por consequente queda de rendimento da mesma. O ruído de uma bomba cavitando é diferente do ruído de operação normal da mesma, pois dá a impressão de que ela está bombeando areia, pedregulhos ou outro material que cause impacto. Na verdade, são as bolhas de ar “implodindo” dentro do rotor. Para evitar-se a cavitação de uma bomba, dependendo da situação, deve-se adotar as seguintes providências:

A. Reduzir-se a altura de sucção e o comprimento desta tubulação, aproximando-se ao máximo a bomba da captação;

B. Reduzir-se as perdas de carga na sucção, com o aumento do diâmetro dos tubos e conexões;

C. Refazer todo o cálculo do sistema e a verificação do modelo da bomba;

D. Quando possível, sem prejudicar a vazão e/ou a pressão final requeridas no sistema, pode-se eliminar a cavitação trabalhando-se com registro na saída da bomba ”estrangulado”, ou, alterando-se o(s) diâmetro(s) do(s) rotor(es) da bomba. Estas porém são providências que só devem ser adotadas em último caso, pois podem alterar substancialmente o rendimento hidráulico do conjunto.


5. CONCLUSÃO: A Pressão Atmosférica é a responsável pela entrada do fluido na sucção da bomba. Quando a altura de sucção for superior a 8 metros (ao nível do mar), a Pressão Atmosférica deixa de fazer efeito sobre a lâmina d’água restando tecnicamente, nestes casos, o uso de outro tipo de bomba centrífuga, as Injetoras, como veremos nos exemplos seguintes.




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