Definição: A sigla NPSH, vem da expressão Net Positive Suction Head, a qual sua tradução literal para o Português não expressa clara e tecnicamente o que significa na prática. No entanto, é de vital importância, para fabricantes e usuários de bombas, o conhecimento do comportamento desta variável, para que a bomba tenha um desempenho satisfatório, principalmente em sistemas onde coexistam as duas situações descritas abaixo:
Bomba trabalhando no inicio da faixa, com baixa pressão e alta vazão;
Existência de altura negativa de sucção;
Quanto maior for a vazão da bomba e a altura de sucção negativa, maior será a possibilidade da bomba cavitar em função do NPSH.
Em termos técnicos, o NPSH define-se como a altura total de sucção referida a pressão atmosférica local existente no centro da conexão de sucção, menos a pressão de vapor do líquido.
NPSH = (Ho – h – hs – R) – Hv
Onde:
Ho = Pressão atmosférica local , em mca (tabela 1); h = Altura de sucção, em metros (dado da instalação); hs = Perdas de carga no escoamento pela tubulação de sucção, em metros; R = Perdas de carga no escoamento interno da bomba, em metros (dados do fabricante); Hv = Pressão de vapor do fluído escoado, em metros (tabela 2);
Para que o NPSH proporcione uma sucção satisfatória à bomba, é necessário que a pressão em qualquer ponto da linha nunca venha reduzir-se à pressão de vapor do fluído bombeado. Isto é evitado tomando-se providências na instalação de sucção para que a pressão realmente útil para a movimentação do fluído, seja sempre maior que a soma das perdas de carga na tubulação com a altura de sucção, mais as perdas internas na bomba, portanto:
Ho – Hv > hs + h + R
NPSH DA BOMBA E NPSH DA INSTALAÇÃO: Para que se possa estabelecer, comparar e alterar os dados da instalação, se necessário, é usual desmembrar-se os termos da fórmula anterior, a fim de obter-se os dois valores característicos (instalação e bomba), sendo:
Ho – Hv – h – hs = NPSHd (disponível), que é uma característica da instalação hidráulica. É a energia que o fluído possui, num ponto imediatamente anterior ao flange de sucção da bomba, acima da sua pressão de vapor. Esta variável deve ser calculada por quem dimensionar o sistema, utilizando-se de coeficientes tabelados e dados da instalação;
R = NPSHr (requerido), é uma característica da bomba, determinada em seu projeto de fábrica, através de cálculos e ensaios de laboratório. Tecnicamente, é a energia necessária para vencer as perdas de carga entre a conexão de sucção da bomba e as pás do rotor, bem como criar a velocidade desejada no fluído nestas pás. Este dado deve ser obrigatoriamente fornecido pelo fabricante através das curvas características das bombas (curva de NPSH);
Assim, para uma boa performance da bomba, deve-se sempre garantir a seguinte situação:
NPSHd > NPSHr
EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipotético Ex.1 seja colocada para operar com 35 mca de AMT, vazão de 32,5 m3 /h, altura de sucção de 2,5 metros e perda por atrito na sucção de 1,6 mca. A altura em relação ao nível do mar onde a mesma será instalada é de aproximadamente 600 metros, e a temperatura da água é de 30ºC, verificaremos:
VERIFICAÇÃO DO NPSHr:
Conforme curva característica do exemplo citado, para os dados de altura (mca) e vazão (m³/h) indicados, o NPSHr da bomba é 4,75 mca, confira a seguir.
CÁLCULO DO NPSHd:
Sabendo-se que:
NPSHd = Ho – Hv – h – hs
Onde:
Ho = 9,58 (tabela 1) Hv = 0,433 (tabela 2) h = 2,5 metros (altura sucção) hs = 1,60 metros (perda calculada para o atrito na sucção)
Temos que:
NPSHd = 9,58 – 0,433 – 2,5 – 1,60
NPSHd = 5,04 mca
Analisando-se a curva característica abaixo, temos um NPSHr de 4,95 mca.
Portanto: 5,04 > 4,95
Então NPSHd > NPSHr
A bomba nestas condições funcionará normalmente, porém, deve-se evitar:
Aumento da vazão;Aumento do nível dinâmico da captação;Aumento da temperatura da água.
Havendo alteração destas variáveis, o NPSHd poderá igualar-se ou adquirir valores inferiores ao NPSHr , ocorrendo assim a cavitação.
CAVITAÇÃO: Quando a condição NPSHd > NPSHr não é garantida pelo sistema, ocorre o fenômeno denominado cavitação. Este fenômeno dá-se quando a pressão do fluído na linha de sucção adquire valores inferiores ao da pressão de vapor do mesmo, formando-se bolhas de ar, isto é, a rarefação do fluído (quebra da coluna de água) causada pelo deslocamento das pás do rotor, natureza do escoamento e/ou pelo próprio movimento de impulsão do fluído. Estas bolhas de ar são arrastadas pelo fluxo e condensam-se voltando ao estado líquido bruscamente quando passam pelo interior do rotor e alcançam zonas de alta pressão. No momento desta troca de estado, o fluído já está em alta velocidade dentro do rotor, o que provoca ondas de pressão de tal intensidade que superam a resistência à tração do material do rotor, podendo arrancar partículas do corpo, das pás e das paredes da bomba, inutilizando-a com pouco tempo de uso, por conseqüente queda de rendimento da mesma. O ruído de uma bomba cavitando é diferente do ruído de operação normal da mesma, pois dá a impressão de que ela está bombeando areia, pedregulhos ou outro material que cause impacto. Na verdade, são as bolhas de ar “implodindo” dentro do rotor. Para evitar-se a cavitação de uma bomba, dependendo da situação, deve-se adotar as seguintes providências:
Reduzir-se a altura de sucção e o comprimento desta tubulação, aproximando-se ao máximo a bomba da captação;
Reduzir-se as perdas de carga na sucção, com o aumento do diâmetro dos tubos e conexões;
Refazer todo o cálculo do sistema e a verificação do modelo da bomba;
Quando possível, sem prejudicar a vazão e/ou a pressão final requeridas no sistema, pode-se eliminar a cavitação trabalhando-se com registro na saída da bomba “estrangulado”, ou, alterando-se o(s) diâmetro(s) do(s) rotor(es) da bomba. Estas porém são providências que só devem ser adotadas em último caso, pois podem alterar substancialmente o rendimento hidráulico do conjunto.
CONCLUSÃO: A Pressão Atmosférica é a responsável pela entrada do fluído na sucção da bomba. Quando a altura de sucção for superior a 8 metros (ao nível do mar), a Pressão Atmosférica deixa de fazer efeito sobre a lâmina d’água restando tecnicamente, nestes casos, , o uso de outro tipo de bomba centrífuga, as Injetoras, como veremos nos exemplos seguintes.
Parabéns, excelente material didático de Hidráulica Aplicada!