Calculadora de risco de cavitação (número de cavitação e razão NPSH)

Compare a razão NPSH e o número de Thoma da bomba, o número σ do escoamento e o índice da válvula com seus limites. Pressão de vapor da água pela temperatura.

É necessário habilitar o JavaScript para usar a calculadora.

Aviso de cálculo preliminar: Esta avaliação é preliminar. Fornece a razão entre o NPSH disponível e o NPSHr do fabricante para uma bomba, o número de cavitação de um escoamento e o índice de cavitação de uma válvula, comparando cada um com o limite informado. Os limites (NPSHr, número de início de cavitação, índice limite da válvula) vêm de dados do fabricante ou de testes. Esta calculadora não os determina. Gases dissolvidos, transientes, operação em carga parcial, vórtices e recirculação na sucção, resistência do material e ruído não são considerados. A seleção de bombas e válvulas deve ser feita por um engenheiro qualificado com os dados do fabricante e a norma aplicável.

Fórmulas

Bomba (NPSH)

Razão NPSH: NPSH_a / NPSH_r
NPSH disponível: NPSH_a = (p_0 − p_b) / (ρ · g) ± z − h_k
Número de Thoma: σ_T = NPSH / H

Escoamento (número σ)

Número de cavitação: σ = (p − p_b) / (ρ · v² / 2)
Velocidade no início: v_{kr} = √(2 · (p − p_b) / (ρ · σ_i))

Válvula (índice)

Índice de cavitação da válvula: σ = (p_1 − p_b) / (p_1 − p_2)
Razão de queda de pressão: x_F = (p_1 − p_2) / (p_1 − p_b) = 1 / σ

Hipóteses

A cavitação começa quando a pressão local do líquido cai até sua pressão de vapor. O número de cavitação σ = (p − p_b) / (ρ·v²/2), com p_b como pressão de vapor, mede quanto a pressão supera a pressão de vapor em unidades da pressão dinâmica do escoamento. Quanto menor o número, maior a probabilidade de cavitação.
O valor de σ no qual a cavitação começa depende da geometria (hidrofólio, estreitamento, hélice, orifício). Esta calculadora não recomenda um valor. Informe o valor conhecido de testes ou do fabricante. A pressão e a velocidade são tomadas no mesmo ponto de referência.
Para uma bomba, o NPSH disponível segue a relação usada na calculadora de NPSH: NPSH_a = (p_0 − p_b) / (ρ·g) ± z − h_k. O NPSHr do fabricante normalmente marca uma queda de 3 % na altura manométrica, ponto em que a cavitação já começou. Por isso, NPSHa deve superar NPSHr por uma razão, e não apenas ser maior. O padrão de 1,2 é apenas um exemplo.
O número de Thoma é o NPSH dividido pela altura manométrica da bomba. O valor disponível deve superar o crítico, condição equivalente a uma razão NPSH acima de 1.
O índice de cavitação da válvula é definido como σ = (p_1 − p_b) / (p_1 − p_2) (ISA RP75.23), com pressões absolutas e pressão de vapor na temperatura de entrada. Algumas fontes usam (p_2 − p_b) / (p_1 − p_2) com o mesmo nome. Confira qual definição corresponde ao valor do fabricante. O limite é fornecido pelo fabricante para o tipo, a abertura e o tamanho da válvula. Seu inverso, a razão de queda de pressão x_F, é usado em algumas normas.
A pressão de vapor da água vem da equação de pressão de saturação IAPWS-IF97 e a massa específica da correlação de Kell (1975), de 0 a 100 °C. Gases dissolvidos podem iniciar a cavitação antes do que este cálculo indica.

O que é cavitação?

Se a pressão de um líquido cair até sua pressão de vapor em algum ponto, o líquido entra em ebulição ali e forma bolhas. Quando as bolhas colapsam onde a pressão se recupera, causam danos nas superfícies metálicas, ruído e vibração e reduzem a altura manométrica de uma bomba. O fenômeno ocorre em entradas de bombas, válvulas estranguladas, orifícios e hélices rápidas.

Quais números são usados?

Para um escoamento, vale o número de cavitação: σ = (p − pv) / (ρ × v² / 2). Ele divide a margem acima da pressão de vapor pela pressão dinâmica do escoamento. Quanto menor σ, maior o risco. Cada geometria tem um valor de σ no qual a cavitação começa.

Para uma bomba, a medida é a razão NPSH: o NPSHa fornecido pela instalação dividido pelo NPSHr exigido pelo fabricante. Abaixo de 1, a bomba cavita. O número de Thoma faz a mesma comparação em relação à altura manométrica da bomba: σT = NPSH / H.

Para válvulas, o índice de cavitação σ = (p1 − pv) / (p1 − p2) é comparado com o limite fornecido pelo fabricante.

Exemplo

Água a 20 °C escoa a 12 m/s sob 2 bar absolutos. A pressão dinâmica é 71,9 kPa, a margem acima da pressão de vapor é 197,7 kPa e o número de cavitação é 2,75. Se o início para a geometria ocorrer em 1,5, não há previsão de cavitação. O limite é atingido quando a velocidade chega a 16,2 m/s.

Limites

Esta calculadora não determina os limites: NPSHr, número de início e índice da válvula vêm do fabricante ou de testes. Gases dissolvidos, carga parcial e transientes podem antecipar a cavitação. Esta avaliação é preliminar.

Perguntas frequentes

Como calcular o número de cavitação?

Com pressão absoluta de exemplo de 2 bar, pressão de vapor de 2 kPa, massa específica de 1000 kg/m³ e velocidade de 10 m/s, o número de cavitação é 3,96. Divida a pressão acima da pressão de vapor pela pressão dinâmica. Este cálculo preliminar não estabelece o limite experimental de início para a geometria nem considera transientes e gases dissolvidos.

Calcular com estes valores

Calculadoras relacionadas

Encontrou um erro ou algo faltando?

Se um valor parecer incorreto, faltar uma medida ou você precisar de uma função, escreva para nós e faremos a correção.

Enviar email

Calculadora de risco de cavitação (número de cavitação e razão NPSH)

O que é cavitação?

Quais números são usados?

Exemplo

Limites

Perguntas frequentes

Como calcular o número de cavitação?

Calculadoras relacionadas

Calculadora de NPSH disponível (verificação da sucção)

Calculadora de ponto de operação e rendimento de bomba

Calculadora de curvas de bombas em série e paralelo

Calculadora de Kv e Cv de válvula

Calculadora da equação de Bernoulli

Calculadora de espessura de parede de tubo (pressão interna)

Encontrou um erro ou algo faltando?