Vendas: (11) 4426-7632 | Entenda o que é NPSH (e como evitar a cavitação)
As bombas de engrenagem trabalham criando zonas de baixa pressão na sua entrada (veja o infográfico) o que permite com que a pressão atmosférica somada à pressão da coluna de líquido (cuja supefície está acima da linha da bomba) force o líquido para dentro da bomba.
Para entender o funcionamento das bombas de engrenagem, o usuário precisa primeiramente entender o que é a pressão atmosférica e o papel que ela exerce no comportamento da bomba. Ao contrário do que muitos pensam, o ar que respiramos possuí um determinado peso. É como se todos nós habitantes do planeta terra vivéssemos submergidos no fundo de um “oceano” de ar. A força exercida pelo peso do ar o qual todos nós estamos sujeitos é conhecida como pressão atmosférica.
Mesmo com perfeitas condições de vácuo na entrada da bomba, a pressão atmosférica limita a altura a qual a bomba pode puxar um líquido. O fato é que existe um limite físico dentro do qual a bomba pode trabalhar puxando uma determinada coluna de líquido, e este limite é baseado na pressão externa à bomba. Este é o fator mais importante para se entender o conceito do NPSH.
HPSH disponível e NPSH requerido
O conceito de NPSH pode ser compreendido em duas partes:
NPSH Disponível (NPSH d): pressão absoluta exercida pelo sistema na entrada da bomba. O NPSH d é influenciado por quatro variáveis resultantes do sistema no qual o bomba irá operar. Estas quatro variáveis estão sob controle dos engenheiros da planta, e portanto devem ser calculadas.
NPSH Requerido (NPSH r): pressão mínima exigida na entrada da bomba para evitar a cavitação. O NPSH r é resultante do projeto da bomba, e é controlado apenas pelo fabricante. O fabricante da bomba deverá saber informar o NPSH requerido por suas bombas operando em determinadas condições.
Todas as bombas que trabalham livre de cavitação respeitam a seguinte regra:
NPSH d > NPSH r
Nenhum engenheiro quer ser responsável pela instalação de uma bomba que opere com ruído, vazão reduzida, e vida útil abaixo do esperado. Para assegurar uma operação silenciosa e livre de cavitação, o técnico de manutenção deve se certificar que o NPSH do seu sistema (NPSH d) é maior que o NPSH requerido pela bomba (NPSH r). Quando o usuário enfrentar problemas de ruído e vibração excessiva, o primeiro passo é verificar o cumprimento da regra acima.
NPSH d = Ps + Pa – Pvp – Pf
Ps = Pressão exercida pela coluna de líquido acima da linha da bomba
Pode ser positiva nos casos em que o tanque se encontra acima da linha da bomba, ou negativa nos casos em que o tanque se encontra abaixo da linha da bomba. Para aumentar a pressão da coluna de líquido basta elevar a altura do tanque de sucção, baixar o nível da bomba, ou aumentar o nível de líquido do tanque. Alterar a altura do tanque ou da bomba podem se tornar economicamente inviáveis, no entanto, aumentar o nível de líquido do tanque não resulta em nenhum custo adicional para a empresa e pode ser suficiente para resolver a maioria dos problemas de baixo NPSH d.
Pa = Pressão absoluta exercida sobre a superfície do líquido no tanque sucção.
Os tanques abertos (grande maioria dos casos) estarão sujeitos a pressão atmosférica do local, mas a pressão poderá ser maior no caso de um tanque pressurizado. A altitude do local também afeta a pressão atmosférica. Por exemplo, uma região litorânea terá uma pressão atmosférica maior do que uma região montanhosa. Como o Brasil não possuí uma geografia com variações de altitudes significativas, este não é um fator levado em consideração.
P vp = Pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento
Pode ser reduzida para assegurar que a pressão na entrada da bomba seja maior que a pressão vapor do líquido. A única maneira de reduzir a pressão de vapor de um líquido é diminuindo a sua temperatura. Na absoluta maioria dos casos isto é inviável e poderá ser ignorado.
Pf = Perdas de carga na linha de sucção
Tubulações, conexões e válvulas na linha de sucção atuam como barreiras que trabalham contra a passagem do líquido em direção à bomba. A maioria das tubulações que visitamos em instalações pelo Brasil são configuradas em condições não ideais. Portanto, esta é uma área que quase sempre pode ser melhorada nas instalações. Para saber mais sobre como configurar corretamente sua tubulação clique aqui.
A melhor maneira de se reduzir perdas de carga na linha de sucção é aumentando o diâmetro da tubulação. Por exemplo, substituindo-se uma tubulação de 6 polegadas de diâmetro por uma tubulação com 8 polegadas de diâmetro, pode-se reduzir uma perda de carga em até 75%.
O usuário pode diminuir a perda de carga numa linha com mesmo diâmetro através do uso de cotovelos alongados e reduzindo o número de válvulas. O usos de filtros pode aumentar a perda de carga a níveis inaceitáveis. Nestes casos deve-se optar por filtros duplos, que permitem manobra para o filtro limpo quando o filtro em operação atingir saturação máxima.
Como resolver problemas de cavitação
Nos casos de vibração e ruído excessivo o usuário de bomba deve evitar tirar conclusões precipitadas. Primeiramente ele deve verificar se o seu problema é realmente a cavitação.
Se de fato o usuário enfrenta um problema de cavitação, o mais sensato é procurar aumentar as duas primeiras variáveis ou reduzir as duas últimas:
NPSH d = Ps↑ + Pa↑ – Pvp↓ – Pf↓
A solução mais simples e econômica para o problema de cavitação é aumentar o nível de líquido do tanque de sucção. Esta solução se torna inviável se a fonte de sucção for um lago. No entanto, aumentar o nível da fonte de sucção pode ser uma solução prática e econômica na grande maioria dos casos.
NPSH d = Ps ↑ + Pa – Pvp – Pf
Normalmente a cavitação é confundida com a recirculação, e a entrada de ar. Se o problema for de recirculação ou entrada de ar, o aumento de NPSH não resolverá o problema.
O fato é que diagnosticar o problema de NPSH é a parte simples; já resolvê-lo de forma econômica, nem sempre é tão simples assim.
As decisões tomadas na instalação da tubulação periférica à bomba, bem como a escolha do equipamento, terão impacto significativo no custo do processo no longo prazo.
Veja a seguir uma tabela dos fatores que podem ser ajustados para o aumento do NPSH d, e consequentemente a eliminação do problema de cavitação:
| Pa | Pressão absoluta exercida na superfície do líquido. | Normalmente esta é equivalente a pressão atmosférica, e está fora do controle da maioria dos técnicos. Entretanto, é possível em alguns casos pressurizar o tanque de alimentação com nitrogênio ou ar comprimido. |
| Ps↑ | A distância vertical entre a superfície do líquido e a linha da bomba. | Se a bomba começa a cavitar no momento em que o tanque começa esvaziar o usuário deverá procurar manter um nível mais alto de líquido. Aumentar a altura do tanque, ou diminuir a altura da bomba também irá ajudar, mas pode ser economicamente inviável. |
| Pf↓ | Perda de carga na tubulação de sucção. | O usuário pode diminuir a perda de carga:
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| Pvp↓ | Pressão do vapor do líquido na temperatura bombeada. | Controle a temperatura do líquido bombeado para que pressão do vapor não se eleve demais. Geralmente tanque e tubulações com líquidos altamente voláteis são pintados de branco para prevenir que o calor do sol os aqueçam demais. |
No casos em que modificações para aumentar o NPSH disponível do sistema não sejam possíveis, consulte o fabricante para averiguar a possibilidade do uso de um modelo de bomba maior. A utilização de um modelo maior com rotações mais reduzidas pode prevenir a cavitação.
Entender o conceito de NPSH pode ser bastante útil para o usuário evitar ruído excessivo e desgastes prematuros em bombas. Succionar líquidos de tanques subterrâneos, bombear líquidos altamente viscosos por longas distancias, ou líquidos altamente voláteis como gás ou álcool são alguns exemplos de aplicações que podem impor risco máximo para o técnico que não entende o conceito de NPSH.