INTRODUÇÃO. Exemplos de cavitação: 1. Bomba centrífuga. 2. Bomba de lóbulos. 3. Bomba de engrenagem

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1 CÁLCULO DO NPSH INTRODUÇÃO NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH) é o termo geralmente usado para avaliar a pressão absoluta de um fluido na entrada de uma bomba, menos a pressão de vapor do líquido. O NPSH é sempre positivo, uma vez que é expresso em termos de altura absoluta da coluna de fluido na sucção da bomba. O termo "NET refere se a pressão real no flange de sucção da bomba e não na cabeça de sucção estática. O valor do NPSH é fundamental para o correto dimensionamento de uma bomba. Quando a pressão do líquido for inferior à pressão de vapor ocorre a formação de bolhas de vapor que produzem o efeito chamado de cavitação. A condensação violenta dessas bolhas de vapor provoca uma onda de choque de danifica os componentes internos da bomba criando um ruído característico e vibração em todo o conjunto motor/bomba. Exemplos de cavitação: 1. Bomba centrífuga 2. Bomba de lóbulos 3. Bomba de engrenagem 1

2 TEORIA E DEFINIÇÕES NPSH R Chamado de NPSH requerido (Required). É a pressão de sucção necessária para garantir a correta operação da bomba. Este valor é determinado experimentalmente pelo fabricante e faz parte da documentação de cada tipo de bomba. Na curva de desempenho (Vazão x Pressão) está plotada a curva de variação do NPSH R com a vazão O NPSH R varia com o quadrado da vazão, ou seja a cavitação é mais fácil de ocorrer em altas vazões. Bombas com dois ou mais estágios possuem NPSH R menor que as bombas de um estágio. Para as bombas de deslocamento positivo, como bombas de engrenagem por exemplo, o NPSH R pode ser sensivelmente diminuído reduzindo a rotação da bomba o que implica na substituição do equipamento por uma bomba maior para manter a mesma vazão. NPSH A Chamado de NPSH disponível (Available). É o valor calculado a partir das características do fluido e dos acessórios e localização da bomba. Para que a condição de bombeamento seja satisfatória, sem perigo de haver cavitação, a seguinte condição deverá ser seguida: NPSH A > NPSH R Dependendo do líquido a relação NPSH A / NPSH R pode variar de 1,1 a 2,5 EQUAÇÃO GERAL NPSH A = H A ± H Z H F + H V H VP H A Pressão absoluta na superfície do tanque de abastecimento. Para tanques abertos é a própria pressão atmosférica local que varia com a altitude em relação ao nível do mar e também pelas condições atmosféricas como temperatura e umidade do ar. Mesmo tanques sob vácuo tem pressão absoluta positiva. Para tanques pressurizados ou sob vácuo o valor de H A será a pressão atmosférica local mais ou menos a pressão manométrica do tanque 2

3 H Z Distância vertical da superfície do líquido dentro do tanque de abastecimento até a linha de centro da bomba. Unidade metros H F Valor referente à perda de carga na sucção da bomba. É a pressão necessária para superar a resistência ao fluxo no tubo e acessórios a linha de sucção. Depende do diâmetro e do material da tubulação, do tipo e quantidade de válvulas, filtros, curvas, etc. e da distância da bomba até o tanque. Depende das propriedades do fluido como viscosidade e densidade. H V Valor vinculado à velocidade do fluido Como este valor é muito pequeno, normalmente é desprezado. H VP Pressão de vapor absoluta do líquido na temperatura de bombeamento CÁLCULOS Varia de acordo com o tipo de fluido a ser bombeado e a medida que a temperatura aumenta a pressão de vapor também aumenta. Por uma questão de coerência trabalhar com a unidade de metros de coluna de líquido, ou seja metros de coluna de água, metros de coluna de amônia, metros de coluna de óleo, etc. Em primeiro lugar definir as propriedades do líquido que será bombeado: 3

4 Composição água pura ; água + NaCl : Amônia : Soda Cáustica diluída, etc T Temperatura ( C) ρ 1 Densidade (Kg/m³) µ 1 Viscosidade (Cp) Cp (centi Poise) = 0,001 N.s/m² = 0,001 Kg/m.seg H A Tanque aberto Calcular a pressão atmosférica local em função da altitude, ou obtenha este valor no instituto de meteorologia que normalmente é fornecido em kpa (Kilo Pascal). Converter para mca, Ex. Altitude de 1000 metros pressão atmosférica 89,9 kpa 89,9 kpa = 9,17 mca 120,0 Pressão Atmosférica x Altitude Pressão Atmosférica kpa 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0, Altitude em relação ao nível do mar metros H A Tanque pressurizado A pressão do tanque é medida através de manômetros, vacuômetros ou transmissores de pressão que fornecem o valor em [Kgf/cm²] ou [bar], porém estes valores não são absolutos, ou seja chamamos estas pressões de manométricas, relativas ou gage e são designadas como [barg] bar gage ou bar manométrico. Estes instrumentos são calibrados em ZERO para a pressão atmosférica local. P R Pressão relativa informada pelo instrumento de medição [barg] ou [Kgf/cm²g] A pressão relativa será positiva para tanques pressurizados e negativa para tanques sob vácuo. Converter para mca 4

5 10,197 ou / 10 Pab Pressão absoluta [mca] Patm Pressão atmosférica local [mca] (vide cálculo acima) H Z Distância vertical da superfície do líquido dentro do tanque de abastecimento até a linha de centro da bomba. Unidade metros Este valor é positivo quando o nível do líquido está acima da linha de centro da bomba e negativo quando o nível estiver abaixo da linha de centro. Este valor varia em função da variação do nível de líquido dentro do tanque. Considere sempre o menor nível esperado do tanque. H F Este valor é a perda de carga na linha de sucção Na tabela de perda de carga localizada, pode se determinar o comprimento equivalente de tubulação para cada acessório da linha de sucção, como curvas 90 e 45, válvulas, reduções, flanges, filtros, etc. em função do diâmetro da tubulação. A somatória dos valores individuais fornecerá o comprimento equivalente em metros que adicionado ao comprimento real da tubulação permitirá determinar a perda de carga em metros. Este cálculo será objeto de um artigo técnico que emitiremos brevemente. H VP Pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento. Pressão de Vapor da Água x Temperatura Pressão (mcl) Temperatura ( C) Com todos estes valores calculados determina se o NPSH A cujo valor deve ser comparado com o NPSH R obtido na curva da bomba. 5

6 Se a relação : NPSH A > NPSH R x 1,1 for verdadeira não haverá problemas de cavitação no sistema de bombeamento, caso contrário algumas providencias poderão ser tomadas : Aumentar a altura do tanque Abaixar a bomba Aumentar o diâmetro da linha de sucção Eliminar acessórios na linha de sucção Trazer a bomba mais perto do tanque Controlar a temperatura do líquido Para avaliação do NPSHa de uma bomba instalada e em operação recomenda se instalar um manovacuômetro na sucção da bomba o mais próximo possível do flange da bomba. Faça a leitura do valor indicado no instrumento e transforme este valor para metros de coluna de líquido. Agora subtraia o valor da pressão de vapor do líquido nas condições normais de operação transformada também em metros de coluna de liquido. Se o valor obtido for menor que o NPSRr voce tem problemas de cavitação. Transformar mca (metros de coluna de água) em mcl (metros de coluna de líquido) Calcular o peso específico do fluido: ρ 1 = Densidade [Kg/m³] Ƴ 1 = Peso Específico [Kgf/m³] ou [N/m³] g = 9,807 m/s² Peso específico da água Ƴ 2 = 1000 [Kg/m³] x 9,807 [m/s²] = 9807 N/m³ ~ Kgf/m³ h 2 [mca] h 1 [mcl] 6