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Cálculo do NPSH disponível: por que a bomba cavita
O NPSH disponível é a energia que sobra na entrada da bomba acima da pressão de vapor: NPSHd = p_atm/(rho*g) - p_v/(rho*g) + dz - hf_suc. A bomba só trabalha sem cavitar enquanto o NPSHd fica acima do NPSHr da curva, com margem.
Abaixe o tanque de sucção em relação à bomba. A pressão na entrada cai até a água ferver dentro do rotor.
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1. Instalar a bomba bem acima do nível da sucção…
2. Por que não basta NPSHd ligeiramente maior que o NPSHr?
3. Um sinal típico de cavitação na bomba é…
Por que isso acontece
Setas comparam com o nível da sucção na altura do eixo da bomba (Δz = 0).
NPSH disponível
É a energia que sobra na entrada da bomba acima da pressão de vapor. A atmosfera empurra a água para dentro; o desnível ajuda ou atrapalha; a perda na sucção sempre atrapalha.
Critério de cavitação
O NPSHr de catálogo costuma ser o NPSH3: nele a bomba já perdeu 3 % de altura por cavitação. Por isso não basta razão maior que 1; a calculadora da LOGOS exige razão de pelo menos 1,1 e 0,5 m de margem como piso para serviço geral, na linha da HI 9.6.1.
Pressão na sucção (PIT-02)
Com o tanque abaixo da bomba, a pressão na sucção fica abaixo da atmosférica e o PIT-02 mostra vácuo. Quando ela se aproxima da pressão de vapor, a água ferve na entrada do rotor e as bolhas implodem nas palhetas.
Mais vazão, menos margem
No gráfico, o NPSHd cai com a vazão e o NPSHr sobe. Abaixar o tanque desloca a curva do NPSHd inteira para baixo, até ela cruzar a do NPSHr perto do ponto de operação.
Curva de NPSHr ilustrativa da bomba didática.
Fórmulas em texto
- NPSH disponível
NPSHd = p_atm / (rho * g) - p_v / (rho * g) + dz - hf_suc- NPSHd = NPSH disponível (m) · p_atm = pressão absoluta na superfície do tanque de sucção (Pa) · p_v = pressão de vapor na temperatura de bombeamento (Pa) · rho = massa específica (kg/m3) · g = 9,81 m/s2 · dz = nível da sucção menos a cota do eixo da bomba (m, negativo em sucção negativa) · hf_suc = perda de carga na sucção (m)
- Critério de cavitação
NPSHd >= NPSHr razao = NPSHd / NPSHr- NPSHr = NPSH requerido pela bomba, em geral o NPSH3 (m) · razao = razão de margem de NPSH (-)
- Pressão absoluta na sucção
p_s,abs = p_atm + rho * g * (dz - hf_suc - v^2 / (2 * g))- p_s,abs = pressão absoluta na sucção da bomba (Pa) · v = velocidade na tubulação de sucção (m/s)
- Efeito da vazão
hf_suc ~ Q^2 e NPSHr sobe com Q- Q = vazão da bomba (m3/h)
Perguntas frequentes
Por que o NPSH disponível tem que ser maior que o requerido?
Abaixo do NPSHr a pressão na entrada do rotor chega à pressão de vapor e a água ferve. As bolhas implodem nas palhetas: perda de altura, ruído de cascalho e erosão.
Qual margem de NPSH é suficiente?
O NPSHr de catálogo costuma ser o NPSH3, ponto em que a bomba já perdeu 3 % de altura, então razão igual a 1 não é segura. A ANSI/HI 9.6.1 recomenda razões de cerca de 1,1 até 2,5 conforme o serviço; a calculadora da LOGOS exige no mínimo 1,1 e 0,5 m para serviço geral.
Sucção negativa reduz o NPSH disponível?
Sim. Cada metro em que o nível fica abaixo do eixo da bomba tira um metro do NPSHd, e a perda na sucção tira mais. Na sucção afogada, com o tanque acima da bomba, o desnível soma a favor.
A temperatura da água muda o NPSH disponível?
Muda bastante: a pressão de vapor cresce rápido com a temperatura, o termo p_v/(rho*g) aumenta e o NPSHd cai. A 25 C a pressão de vapor da água é cerca de 3,2 kPa; a 100 C ela iguala a pressão atmosférica ao nível do mar.