Cavitação: Entenda o Fenômeno e Suas Influências

A cavitação é um fenômeno físico que ocorre em sistemas de bombeamento e turbinas hidráulicas, causando danos significativos e, consequentemente, reduzindo a eficiência operacional. Neste texto, portanto, exploraremos a relação entre a cavitação e a pressão de vapor do fluido, destacando, dessa forma, como esse parâmetro influencia diretamente o surgimento e a intensidade do fenômeno. Além disso, discutiremos os principais fatores que contribuem para a cavitação e, também, as estratégias para mitigar seus efeitos. Assim, ao compreender melhor essa relação, será possível adotar medidas mais eficazes para prevenir os danos causados por esse fenômeno. 

O Que é Cavitação?

A cavitação ocorre, principalmente, quando a pressão local em um fluido cai abaixo de sua pressão de vapor, formando, assim, bolhas ou cavidades cheias de vapor. Em seguida, essas bolhas colapsam rapidamente ao atingirem regiões de alta pressão, liberando, dessa forma, energia que causa erosão, vibrações e ruídos. Além disso, esse fenômeno pode levar a danos significativos em equipamentos e, também, reduzir a eficiência operacional dos sistemas. A condição para a cavitação pode ser expressa como:

Onde Plocal​ é a pressão local no fluido e Pvapor​ é a pressão de vapor do líquido na temperatura operacional.

Pressão de Vapor e Seu Papel na Cavitação

A pressão de vapor é uma propriedade intrínseca do fluido, que depende da temperatura e da natureza química do líquido. Ela representa a pressão na qual o líquido começa a vaporizar. Por exemplo, a pressão de vapor da água a 25°C é aproximadamente 3,17 kPa, enquanto a 100°C é 101,3 kPa (pressão atmosférica).

Quando a pressão local em um sistema de bombeamento cai abaixo de Pvapor​, o líquido vaporiza, formando bolhas. Essas bolhas são transportadas pelo fluido até regiões de maior pressão, onde colapsam violentamente. A energia liberada durante o colapso pode ser descrita pela equação de Rayleigh-Plesset:

ρL é a densidade do líquido circundante, considerada constante

R(t) é o raio da bolha

υL é a viscosidade cinemática do líquido circundante, considerada constante

σ é a tensão superficial da interface bolha-líquido

ΔP(t)=− , em que, é a pressão dentro da bolha, assumida como uniforme e a pressão externa está infinitamente distante da bolha.

Desde que é conhecido e é dado, a equação de Rayleigh-Plesset pode ser usada para resolver o raio da bolha que varia com o tempo .

Fatores que Influenciam a Pressão de Vapor

A pressão de vapor é afetada por:

1. Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a pressão de vapor.
2. Composição do Fluido: Líquidos voláteis, como álcool, têm pressão de vapor mais alta que a água.
3. Impurezas: A presença de sólidos dissolvidos pode alterar a pressão de vapor.

Mitigação da Cavitação

Para evitar a cavitação, é essencial garantir que a pressão local nunca caia abaixo de PvaporPvapor​. Isso pode ser alcançado por meio de:

• Controle de Temperatura: Reduzir a temperatura do fluido diminui PvaporPvapor​.
• Projeto Hidráulico: Evitar restrições abruptas no fluxo e garantir pressão positiva na entrada da bomba.
• Seleção de Fluidos: Utilizar fluidos com baixa pressão de vapor para aplicações críticas.

Conclusão

A cavitação é um fenômeno complexo diretamente relacionado à pressão de vapor do fluido. Compreender essa relação é crucial para projetar sistemas eficientes e duráveis. Ao controlar a temperatura, otimizar o projeto hidráulico e selecionar fluidos adequados, é possível minimizar os efeitos da cavitação e garantir o bom funcionamento de sistemas de bombeamento e turbinas.

Para mais detalhes e ilustração, veja o vídeo abaixo: