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O que é cavitação e quais seus efeitos?

Uma das características mais comuns encontradas entre as empresas químicas, petroquímicas, alimentícias entre outras, é o carregamento de um ou mais tipos de líquidos que fazem parte do processo produtivo.

Sendo assim, para realizar essa movimentação e/ou transformação de líquidos é preciso uma quantidade grande de equipamentos, como: bombas.

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A cavitação é um termo que acaba sendo muito utilizado na manutenção e produção dessas empresas. E muitos profissionais sabem que é prejudicial ao desempenho dos ativos, porém não sabem o que é e porque ela acontece. 

Resumidamente, a cavitação é a formação de bolhas de vapor dentro de um fluido em circulação e acontece em regiões de baixa pressão. Esse fenômeno físico ocorre em locais onde foi acelerado em alta velocidade, em torno de um impulsor. Como na operação de bombas centrífugas, válvulas, propulsores marítimos e turbinas de água. 

No momento em que esse evento acontece tende a se formar em fluidos de qualquer viscosidade, à medida que são transportados por meio e ao redor de um sistema de bombeamento. Quando cada uma dessas minúsculas bolhas entram em colapso, cria-se uma onda de choque de alta energia no fluido.

Exemplo de uma bomba centrífuga

Uma ocorrência indesejável

A cavitação é indesejável porque dá origem a diversos problemas como: erosão das lâminas rotativas, ruídos e vibrações. Como resultado, haverá uma redução significativa da eficiência do sistema, já que todo o padrão de fluxo é alterado. 

As cavidades se formam quando a pressão do líquido é reduzida à pressão de vapor, e se expandem conforme a pressão é reduzida junto ao fluxo e repentinamente colapsam, quando alcançam regiões de pressão mais alta. 

O crescimento repentino e o colapso dessas cavidades de vapor causam pressões extremas que danificam as superfícies metálicas expostas ao fluido em cavitação.

Processo de como a cavitação ocorre

Os principais tipos de cavitação

Já sabemos o que é cavitação, contudo é importante estar ciente que sua origem pode ocorrer de diversas maneiras, como:

Vaporização 

Também conhecida como cavitação NPSH – Net Positive Suction Head, em inglês ou cavitação clássica, em português. Sendo considerada a forma mais comum. 

Turbulência

Acontece quando partes do sistema (tubos, válvulas, filtros, cotovelos, entre outros) são inadequados para a quantidade ou o tipo de fluido que está bombeando. 

Síndrome das palhetas 

Esse tipo de cavitação ocorre quando o impulsor usado tem um diâmetro grande, ou a carcaça possui um revestimento espesso.  

Recirculação interna 

Nesta situação, a bomba não pode descarregar o fluido no volume adequado, dessa forma é recirculado em torno do rotor. 

Cavitação por aspiração de ar 

Acontece quando o ar pode ser sugado para dentro de uma bomba, por meio de válvulas com falha ou outros pontos fracos, como anéis de juntas. 

Sintomas de cavitação

Como em qualquer problema que devemos nos atentar em máquinas e equipamentos, os problemas de cavitação também requerem a necessidade de um processo de manutenção confiável. 

Por isso, verificar os componentes e o desempenho dos sistemas de bombeamento é uma maneira eficiente de identificar sinais de cavitação. Devemos nos atentar a combinação de alguns sintomas que podem revelar problemas de cavitação nos sistemas de bombeamento, por isso destacamos os principais:

Fluxo ou pressão menor: se a bomba não estiver produzindo a quantidade de fluxo, conforme declarado pelo fabricante, pode significar que a cavitação está ocorrendo.

Vibrações inesperadas: a cavitação pode causar vibrações incomuns, não consideradas pelo equipamento usado e pelo líquido sendo bombeado.

Erosão do rotor: peças do impulsor no sistema, ou partes erodidas, são um sinal de fogo seguro de cavitação.

Falha de vedação ou rolamento: a cavitação também pode causar vazamento ou falha dos vedantes.

Consumo anormal de energia: se estiver formando bolhas ao redor do impulsor, ou se o impulsor em si já começou a falhar, você pode perceber que está acontecendo flutuações no uso de energia. 

Ruído: se houver um sinal de cavitação, será evidenciado um nível de ruído anormal no sistema. Quando as bolhas implodem, elas podem fazer uma série de sons borbulhantes e rachados. 

Pontos quentes de cavitação: muitas áreas em sistemas hidráulicos são propensas a desgaste por cavitação e podem gerar pontos quentes, como: a jusante das válvulas de controle com diferenciais de alta pressão, e as câmaras de sucção das bombas, onde existem condições de entrada insuficientes.

Pequenas bolhas, grande estrago

É difícil por vezes entender o porquê essas bolhas aparentemente inofensivas são tão destrutivas quando implodem. A resposta está na liberação da energia do calor latente de condensação quando o vapor retorna à sua fase líquida.

Níveis de cavitação identificados com sistema

O colapso da bolha e a energia liberada criam um pequeno jato de pressão que pode atingir uma superfície sólida próxima, potencialmente danificando. Devido ao grande número de bolhas formadas em um processo de cavitação, quando não identificadas precocemente, podem causar danos extensos aos componentes do sistema ao longo do tempo. 

Como a cavitação atinge um sistema

Portanto, a quantidade de danos que a cavitação causa depende de quanta pressão e velocidade as bolhas colapsadas criam e por quanto tempo isso perdura. Como resultado dessa pressão e velocidade, a superfície exposta sofre uma variedade de intensidades amplamente variáveis. 

Isso porque, quanto maior a tensão de tração no fluido e quanto menor a pressão estática, maiores são as bolhas e mais intensa é a cavitação, consequentemente mais graves são os danos.

Como detectar a cavitação?

Muitas empresas trabalham com algumas estratégias de manutenção para evitar essas falhas inesperadas. E dentre elas, a utilização da manutenção preventiva e também planos de inspeções periódicas ou ocasionais. 

Essas práticas, no entanto, às vezes podem levar à substituição desnecessária de peças, elevando os custos de manutenção e mão de obra. Contudo, com os avanços tecnológicos muitas indústrias já utilizam a manutenção baseada nas horas de uso, preditiva e suas diversas técnicas. 

A melhor maneira para identificar a cavitação, sem dúvidas, é por meio de inspeções periódicas combinadas à manutenção preditiva. Por meio de sensores de análise de vibração e temperatura instalados em pontos estratégicos do ativo, é possível identificar com antecedência possíveis falhas. Essa técnica que se destaca é a manutenção realizada por meio do monitoramento, com dados em tempo real e a detecção de níveis de condições inaceitáveis.

Adotando uma abordagem preditiva com a técnica da análise de vibração, os dados de manutenção anteriores e a coleta das medições atuais do sensor podem ser usados para determinar os primeiros sinais de falha. Com isso permitindo que as empresas realizem a manutenção apenas no momento em que for necessário.

Os sensores Smart Trac somados ao monitoramento online, é possível identificar esse problema em bombas. Como o gráfico abaixo, onde a plataforma TRACTIAN identificou a anomalia e, logo em seguida, avisou os responsáveis para que uma intervenção pudesse ser feita.

Quando a cavitação ocorre, a região de baixa pressão permite a formação de bolhas, que serão pressionadas na região propulsora da bomba, aumentando a vibração em uma região de alta frequência, mas sem uma frequência definida.

Assim, foi possível identificar a falha observando as vibrações randômicas em altras frequências e as suas amplitudes. No gráfico abaixo é demonstrado a soma das amplitudes em alta frequência ao longo do tempo, é possível perceber que as amplitudes ultrapassaram o limite de maneira consistente, gerando o insight e evitando que mais falha ocorra. 

Entre em contato com um dos nossos especialistas e evite que a cavitação faça parte da rotina dos times de manutenção da sua empresa.

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Sobre o autor:

Foto do Autor

Luis Cyrino

Consultor e instrutor de treinamentos industriais no Manutenção em Foco, graduado em Administração de Empresas, pós graduado em Engenharia e Inovação e MBA em Gestão empresarial pela FGV. Especialista em Gestão da Manutenção e produção de conteúdo voltados para os setores industriais e do agronegócio.

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