Como a planta pode minimizar os efeitos da cavitação?

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• Como evitar a cavitação nas plantas?
• O que fazer para diminuir a cavitação?
• O que é cavitação e como evitar?
• Como as plantas diminuem o efeito da cavitação no xilema?

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O que é cavitação? 
O nome cavitação é dado ao fenômeno físico de vaporização de um líquido e que consiste na formação de bolhas de vapor pela redução da pressão durante seu movimento, ocorre principalmente no interior de sistemas hidráulicos. A este fenômeno costuma-se dar o nome de cavitação pela formação de cavidades dentro da massa líquida.
 Como ela pode ser controlada? 
Algumas medidas podem ser tomadas para controlar ou evitar tal fenômeno, São elas:
· Elevar o nível do líquido no tanque de sucção;
· Baixar o ponto de sucção;
· Manter a tubulação sempre cheia;
· Dimensionar o sistema para que a bomba fique afogada;
· Diminuir a temperatura do fluido;
· Diminuir a velocidade de escoamento;
· Selecionar um tipo de válvula que tenha uma queda de pressão menor;
· Usar uma válvula com bitola maior que o DN da tubulação.
Como esse fenômeno prejudica as instalações de água nas residências e prédios e no sistema de tratamento de água das cidades? 
A cavitação causa graves problemas, pois interfere na lubrificação e destrói a superfície dos metais.
No lado de sucção da bomba, as bolhas se formam por todo o líquido. Isso resulta num grau reduzido de lubrificação e num consequente aumento de desgaste. Caso não seja detectada a tempo, a erosão causada pela explosão das bolhas de ar pode causar danos irreversíveis no rotor da bomba, prejudicando o  impulsionamento do líquido. A gravidade desses danos é tal que, muitas vezes, as peças da bomba sofrem danos irreversíveis e precisam ser substituídas, aumentando os custos da planta. Além disso, as bolhas formadas podem gerar um desgaste mecânico, levando à corrosão do material. Além disso, mesmo que a bomba seja desligada a tempo, isso pode causar outros prejuízos, uma vez que caso não haja bombas reservas, a planta ficará completamente parada. Portanto, a cavitação prejudica a produtividade de distribuição de agua para as residências.
Como a cavitação presente em turbinas prejudica o funcionamento e o aproveitamento, no nível ótimo, da força hidráulica de usinas elétricas? 
Os danos provocados pela cavitação têm sido ao longo dos últimos anos, um dos principais fatores de preocupação aos sistemas de geração de energia hidráulica. Em adição a outros efeitos indesejáveis este fenômeno pode introduzir grave erosão na turbina, em particular nas pás, o que resulta em danos estruturais e perdas de desempenho, que por sua vez introduzem problemas importantes na manutenção e na geração de energia.
Quais os cuidados que se deve tomar com a manutenção destas instalações?
Atualmente o planejamento de manutenção de boa parte das empresas de energia elétrica baseia-se em sistemas de monitoramento dos parâmetros operacionais e diagnóstico de possíveis problemas surgidos ao longo do tempo, com significativa redução de custos, aumento da segurança operacional e confiabilidade do sistema elétrico. No caso específico da erosão causada pela cavitação em turbinas hidráulicas, os sistemas disponíveis encontram-se baseados em inspeções periódicas intrusivas, gerando custos com indisponibilidade das unidades geradoras, mão de obra e eventualmente com consumo desnecessário de material devido à imprevisão do momento adequado para o reparo.
Apesar da cavitação não atingir todas as plantas hidráulicas, os efeitos prejudiciais quando presentes podem ser tão graves que o controle e monitoramento deste fenômeno é uma questão chave para a maioria das autoridades de geração de energia hidráulica. Isto envolve não apenas a detecção de cavitação, mas também a avaliação dos danos de erosão causados pela cavitação, para cada condição operacional.

*Por Micelli Camargo

Uma característica comum entre empresas Químicas, Petroquímicas, Farmacêuticas, Alimentícias, entre outras, é o transporte de um ou mais tipos de líquidos que participam de seus processos produtivos.

Por conta disso, para promover essa movimentação ou transformação de líquidos é necessário uma grande quantidade de equipamentos como bombas, reatores, agitadores, de dezenas a milhares de máquinas, dependendo do porte da empresa.

Cavitação é um termo bastante comum nos departamentos de manutenção ou produção dessas empresas, seja por mecânicos, operadores ou engenheiros, no entanto, muitos sabem que a cavitação é prejudicial, mas não sabem o que ela é, nem porque ela ocorre.

Esse é o objetivo do presente artigo, desmiuçar o conceito de cavitação e seus efeitos.
Não é possível falar em cavitação sem antes falarmos de pressão de vapor.

Na termodinâmica se estuda os chamados estados (ou fases) da matéria que são o sólido, o líquido e o gás ou vapor (*), sendo necessárias pelo menos duas propriedades Termodinâmicas para podermos determinar um estado. Dentre as diversas propriedades, a pressão e a temperatura (**) são as escolhidas, numa primeira análise.

Numa dada temperatura a pressão de vapor será a pressão em que ocorre a vaporização do líquido, ou seja, o líquido se transforma em vapor. Por exemplo, na pressão atmosférica (equivalente a 10,3 mca) a água ao nível do mar inicia a sua vaporização a 100 oC (graus celsius), ou seja, na temperatura de 100 oC a pressão de vapor é a pressão de 10,3 mca.
Já, considerando a temperatura de 80 oC, a vaporização da água tem início quando a pressão atingi 4,8 mca, em outras palavras, 4,8 mca é a pressão de vapor da água, na temperatura de 80 oC.

Uma vez entendido o conceito de pressão de vapor, podemos adentrar no conceito de cavitação.

Para que exista um escoamento de um fluido é necessário haver um diferencial de pressão entre o ponto de origem e o ponto de destino deste fluido. Outro fenômeno que acontece num escoamento é a chamada “perda de carga”, cuja principal consequência é a redução de pressão ao longo do escoamento. Pode acontecer, e é relativamente frequente, da pressão do escoamento atingir a pressão de vapor do líquido em escoamento. Quando isso acontece, tem-se início a geração de bolhas de vapor no escoamento.

Na maioria dos caso, temos uma bomba promovendo o escoamento desse líquido, sendo o equipamento mais frequente a bomba centrífuga, mas qualquer equipamento ou dispositivo inserido num escoamento está sujeito ao efeito da cavitação.

Figura: Bomba Centrífuga

Como exposto anteriormente, a medida que o escoamento vai acontecendo, a sua pressão vai diminuindo até chegar a entrada do rotor da bomba. Aqui temos o ponto de menor pressão do sistema (ponto roxo), mas ao adentrar o rotor, o líquido começa a adquirir energia, aumentando assim a sua pressão, chegando no ponto de pressão máxima, na saída do rotor (ponto vermelho). Em outras palavras, o escoamento sai de uma pressão muito baixa para uma pressão muito alta, num trecho muito curto, de tal sorte, que todas as bolhas de vapor contidas no escoamentos implodem, gerando micro vibrações e perturbações capazes de remover materiais dos componentes mecânicos próximos, ocasionando, literalmente, uma deterioração da máquina e dispositivos, reduzindo a eficiência da máquina e também sua resistência mecânica. (Veja imagens ilustrativas abaixo).

Figura: Rotores de Turbinas danificados por cavitação Rotor Hélice (esquerda) | Rotor Francis (direita)

Existem casos, que a cavitação é tão severa, que gera uma vibração mecânica muito excessiva, de tal maneira, capaz de causar danos a elementos de máquinas mais sensíveis, como por exemplo, os selos mecânicos, vindo a falhar muito aquém da vida útil esperada.

Figura: Bancada de Testes do IPT

Embora a explicação tenha sido feita usando o escoamento através de uma bomba, o fenômeno pode ocorrer em qualquer dispositivo ou ponto do escoamento onde a pressão do líquido atingir a pressão de vapor, seja numa válvula, instrumentos, ou até mesmo em propulsores de navios ou submarino, conforme ilustrado na figura ao lado (imagem do IPT).

Existe uma outra situação que se assemelha a cavitação, que é a injeção de gases num escoamento. Esta situação pode acontecer em sistemas hidráulico e provoca os mesmos efeitos da cavitação, devendo portanto, ser evitada.
Finalizando, a cavitação é um fenômeno tão peculiar que gera ruídos muito característicos, muito similar a metal batendo contra metal.
Gravamos um vídeo em que explicamos o fenômeno e mostramos esse som.

Para conferir, acesse o link: https://youtu.be/qy3TlK3qPNw

*Micelli Camargo – Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI desde 2005.
MBA Executivo em Marketing pela Fundação Getúlio Vargas – FGV em 2013
Especialização em Metodologia do Ensino Superior pela Uniderp em 2010.

Engenheiro de vendas e aplicações com 13 anos de experiência em vendas técnicas, sendo os últimos 07 anos na pela John Crane, multinacional do seguimento de Vedações Insdustriais, além e professor e produtor de vídeo-aulas, artigos e cursos pelosCursos Engenharia e Cia.

Como evitar a cavitação nas plantas?

O que fazer para diminuir a cavitação?

O que é cavitação e como evitar?

Como as plantas diminuem o efeito da cavitação no xilema?