Bomba centrífuga de alta eficiência

Bombas centrífugas As bombas centrífugas são amplamente utilizadas na produção industrial e em sistemas de engenharia para o transporte de diversos fluidos. No entanto, durante a operação, um fenômeno que afeta severamente o desempenho e a vida útil das bombas ocorre com frequência: a cavitação. A cavitação não só reduz a eficiência das bombas centrífugas, como também causa sérios danos a componentes essenciais, como os rotores, podendo inclusive levar à inutilização completa do equipamento. Portanto, o estudo e a compreensão das causas da cavitação em bombas centrífugas são de grande importância para o projeto racional, a instalação correta e a operação segura dessas bombas. Abaixo, Anhui Shengshi Datang fornecerá uma introdução detalhada.1. Conceito básico de cavitaçãoA cavitação refere-se ao fenômeno em que, à medida que o líquido flui através do rotor da bomba, a pressão local cai abaixo da pressão de vapor saturado do líquido em sua temperatura de operação, causando a vaporização parcial do líquido e a formação de inúmeras bolhas de vapor minúsculas. Quando essas bolhas são transportadas pelo fluxo de líquido para uma região de pressão mais alta, a pressão circundante aumenta rapidamente, fazendo com que as bolhas colapsem instantaneamente e se condensem novamente em líquido. O colapso dessas bolhas gera ondas de choque intensas e altas temperaturas localizadas, que impactam a superfície do rotor, levando à corrosão por pite ou lascamento do metal. Este é o fenômeno da cavitação em bombas centrífugas.A essência da cavitação resulta da ação combinada da dinâmica dos fluidos e da termodinâmica. A causa fundamental é a distribuição desigual de pressão no interior do líquido. Quando a velocidade do fluxo local é muito alta ou o projeto geométrico é inadequado, a pressão local diminui, desencadeando o processo cíclico de vaporização e colapso das bolhas.2. Causa raiz da cavitaçãoA principal causa da cavitação em bombas centrífugas é a queda da pressão local do líquido dentro da bomba abaixo da pressão de vapor saturado do líquido naquela temperatura. Em uma bomba centrífuga, o líquido flui do tubo de sucção para a entrada do rotor. À medida que a passagem do fluxo se contrai gradualmente, a velocidade do líquido aumenta e, consequentemente, a pressão estática diminui. Quando a pressão local cai para a pressão de vapor saturado do líquido, este começa a vaporizar, gerando bolhas de vapor. Essas bolhas são levadas para a região de alta pressão em direção ao centro e à saída do rotor, onde colapsam rapidamente sob a alta pressão. As ondas de choque de alta energia liberadas durante o colapso das bolhas causam erosão do metal na superfície do rotor, aumento da vibração da bomba, aumento do ruído e problemas como redução da vazão e da altura manométrica.3. Principais fatores que levam à cavitaçãoa. Sucção excessiva: Se a bomba for instalada muito alta ou o nível do líquido na sucção for muito baixo, a pressão no lado da sucção diminui. À medida que o líquido flui em direção à entrada do rotor, a pressão cai ainda mais. Quando cai abaixo da pressão de vapor saturado, ocorre a vaporização. Se a altura de sucção exceder o NPSH (Altura Líquida Positiva de Sucção) permitido, a cavitação é inevitável.b. Resistência excessiva na linha de sucção: Uma tubulação de sucção muito longa, muito estreita, com muitas curvas ou com uma válvula parcialmente fechada causa perdas significativas de pressão localizada e por atrito. A redução da pressão na extremidade de sucção leva a uma queda de pressão ainda maior na entrada do rotor, aumentando a probabilidade de cavitação. Além disso, vazamentos de ar ou vedação inadequada na tubulação de sucção podem introduzir gás no líquido, exacerbando a cavitação.c. Temperatura do líquido excessivamente alta: O aumento da temperatura de um líquido eleva significativamente sua pressão de vapor saturado, tornando-o mais propenso à vaporização. Por exemplo, a pressão de vapor saturado da água é relativamente baixa à temperatura ambiente, mas aumenta substancialmente em altas temperaturas. Mesmo que a pressão de sucção permaneça inalterada, a condição de vaporização pode ser atingida com o aumento da temperatura, desencadeando assim a cavitação.d. Baixa pressão de entrada ou pressão ambiente reduzida: Quando a pressão na fonte de sucção da bomba diminui — por exemplo, devido a uma queda no nível do líquido, vácuo no recipiente de abastecimento ou baixa pressão atmosférica ambiente (por exemplo, em grandes altitudes) — a pressão na porta de sucção torna-se insuficiente, facilitando a vaporização do líquido na entrada do impulsor.e. Projeto ou instalação inadequados da bomba: O projeto estrutural da bomba afeta diretamente seu desempenho em relação à cavitação. Por exemplo, um diâmetro de entrada do rotor muito pequeno, um ângulo de ataque da pá inadequado ou uma superfície rugosa do rotor podem causar fluxo de líquido instável, levando a uma queda de pressão local acentuada. Além disso, o não cumprimento dos requisitos de NPSH (NPSHr) fornecidos pelo fabricante durante a instalação, ou a instalação da bomba em uma altura excessiva, também podem causar cavitação.f. Condições Operacionais Inadequadas: Quando a bomba opera com vazões que se desviam do ponto de projeto, funciona por períodos prolongados com baixa vazão ou durante ajustes repentinos da válvula, a distribuição de pressão do fluido se altera, o que também pode causar vaporização e cavitação localizadas.4. Efeitos e Perigos da CavitaçãoOs perigos da cavitação para bombas centrífugas manifestam-se principalmente nos seguintes aspectos:a. Danos na superfície metálica: Os choques de alta pressão gerados pelo colapso das bolhas causam erosão por pite na superfície do impulsor. O desenvolvimento prolongado desse fenômeno pode levar à fadiga do material, lascamento e até mesmo perfuração do impulsor.b. Degradação do desempenho: A cavitação leva a uma redução significativa na vazão, na altura manométrica e na eficiência, alterando as curvas características da bomba.c. Vibração e ruído: As forças de impacto geradas pela cavitação causam vibração mecânica e ruído de alta frequência, afetando o funcionamento estável do equipamento.d. Vida útil reduzida: A operação prolongada em condições de cavitação acelera o desgaste mecânico, reduzindo a vida útil dos rolamentos, vedações e do impulsor.5. Medidas para Prevenir a CavitaçãoPara prevenir ou mitigar a cavitação, devem ser tomadas medidas nas perspectivas de projeto, instalação e operação:a. Selecione uma altura de instalação adequada. Para garantir pressão suficiente no lado de sucção, o NPSH disponível (NPSHa) deve ser maior que o NPSH necessário da bomba (NPSHr).b. Otimizar a tubulação de sucção encurtando seu comprimento, reduzindo o número de curvas, aumentando o diâmetro do tubo, mantendo as válvulas de sucção totalmente abertas e evitando a entrada de ar.c. Controlar a temperatura do líquido através do resfriamento ou da redução da temperatura do tanque de armazenamento para diminuir a pressão de vapor saturado do líquido.d. Aumentar a pressão de entradaPor exemplo, instalando uma bomba de reforço, pressurizando a superfície do líquido ou colocando o recipiente do líquido em uma elevação mais alta.e. Melhorar a estrutura do impulsor Utilizando materiais e geometrias com boas propriedades anticavitação, como a adição de um indutor ou a otimização do ângulo de entrada da pá.f. Mantenha a bomba operando próxima ao seu ponto de projeto., evitando operação prolongada com baixas taxas de fluxo ou outras condições operacionais anormais.Em resumo, a ocorrência de cavitação em bombas centrífugas é causada principalmente pela pressão do líquido na entrada do rotor ser muito baixa, caindo abaixo da sua pressão de vapor saturado, o que desencadeia a vaporização e o subsequente colapso das bolhas. Os fatores específicos que levam a esse fenômeno incluem altura de sucção excessiva, resistência de sucção excessiva, alta temperatura do líquido, baixa pressão de entrada e projeto ou operação inadequados. A cavitação não só afeta o desempenho da bomba, como também causa danos severos ao equipamento. Portanto, tanto no projeto quanto na operação, deve-se dar ênfase à prevenção e ao controle da cavitação. Ao configurar o sistema racionalmente, otimizar os parâmetros estruturais e melhorar as condições de operação, é possível garantir a operação segura e eficiente da bomba. É possível garantir o funcionamento das bombas centrífugas.