Entendendo o processo de cavitacao e NPSH

1. 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

2. 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.

3. 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 c
maioria dos técnicos. Entretanto, é possível em alguns casos pressuriza
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 es
usuário deverá procurar manter um nível mais alto de líquido. Aument
do tanque, ou diminuir a altura da bomba também irá ajudar, mas pode
economicamente inviável.
PF↓
Perda de carga na
tubulação de sucção.
O usuário pode diminuir a perda de carga:
 Aumentando o diâmetro da tubulação;
 Reduzindo o número de cotovelos e filtros;
 Diminuindo a viscosidade do líquido com aquecimento;
 Substituir tubulação corroída por dentro.
PVP↓
Pressão do vapor do
líquido na temperatura
bombeada.
Controle a temperatura do líquido bombeado para que pressão do vapo
eleve demais. Geralmente tanque e tubulações com líquidos altamente
pintados de branco para prevenir que o calor do sol os aqueçam demai
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.