A Figura A5 apresenta curva característica genérica de uma bomba centrífuga com carcaça espiral do tipo excêntrica, onde pode ser observado as diversas zonas de operação. Recomenda-se não operar nas Zonas A e C, devido aos desequilibro hidráulico que ocorre no interior da bomba, produzindo esforços radiais e consequentemente danos mecânicos, também indicado na figura A.6.
Figura A.5 – Esquema didático mostrando as diversas as Zonas A, B e C de
operação e eficiência de uma bomba centrífuga – Adaptado: Bomba Centrífuga – Passo a Passo - Turbotech
Figura A.6 – Esquema didático sobre ponto de operação x desgaste mecânico
dos elementos de uma bomba – Adaptado: Bomba Centrífuga – Passo a Passo - Turbotech
Quando a pressão e temperatura em um líquido atingem valores críticos, bolhas de vapor (e eventualmente de gás dissolvido anteriormente no líquido) se formarão. Com a mudança rápida das condições de equilíbrio, exemplo em fluxo do líquido em alta velocidade, estas bolhas entram em colapso rapidamente, quando se trata de vapor, mais lentamente tratando-se de gás ou mistura de ambos. A interação desta implosão, chamada cavitação, com uma superfície sólida em sua proximidade foi objeto de intensa pesquisa. Desde a sua primeira observação, por volta de 1894, os danos causados pela cavitação – e frequentemente identificados com ela – exigiam uma explicação. A primeira teoria baseia-se em cálculos de Lord Rayleigh, de 1917, que admite, supondo as cavidades perfeitamente esféricas existindo em um líquido incompressível, que a pressão gerada pelas ondas de choque no colapso de uma bolha era infinitamente grande. Análises posteriores ainda chegam a pressões de onda de choque da ordem de 300 a 2200 atmosferas. Apesar da teoria de Lord
Rayleigh receber algum esforço pela hipótese da translação das cavidades, durante a sua implosão, na direção da superfície sólida e, consequentemente, a aproximação de pressões mais elevadas, pesquisas posteriores evidenciam a formação de um micro jato de líquido através da bolha assimétrica em colapso.
Figura A7 - Implosão de uma bolha - (SANTOS, Sérgio Lopes dos, 2009) Já sugerida, em 1944, por Kornfeld e Suvarov, a formação dos micro jatos foi experimentalmente comprovada por Naudé e Ellis em 1961, na observação de bolhas geradas por faíscas elétricas. Dos danos causados por estas bolhas em uma superfície de alumínio concluiu-se que as pressões correspondentes excederam aquelas provenientes da compressão do conteúdo da bolha. A observação direta, através de cinematografia de alta velocidade, permitiu avaliar a velocidade do micro jato produzido, situando-se esta entre100 e 500 m/s. Mostrou também que após o colapso de uma bolha era formada outra, tendo a primeira como núcleo. Assim uma sucessão de bolhas era gerada numa frequência que dependia basicamente da velocidade do fluxo do líquido e da pressão hidrostática. Nas Figuras A.8 e A.9 pode-se observar que os rotores tiveram as pás totalmente desgastadas pelo processo de erosão devido à
cavitação, tanto na região de baixa pressão (sucção) quanto na região de alta pressão (saída da pá).
Figura A.8 - Erosão-cavitação nas pás do rotor de uma bomba centrífuga É evidente que, com as mudanças cíclicas de pressões, há condições para ocorrência de fratura por fadiga do material o qual é classificado como um dos principais mecanismos de cavitação em materiais metálicos. É importante ressaltar que o mecanismo da erosão sobre cavitação não está completamente elucidado.
Diversas teorias são propostas para explicar esse tipo de erosão, podendo citar, entre elas, a teoria mecânica, a mecânica química, a eletroquímica e a termelétrica. Isoladamente elas falham em explicar todos os fatos, podendo ocorrer coexistência desses fenômenos.
A questão de qual será o mais importante mecanismo, em cada caso, dependerá provavelmente do material considerado, da extensão do crescimento das bolhas antes do colapso, da temperatura local, de impureza e do conteúdo de ar da água.
Do ponto de vista de energia de dissipação, energia de impacto pode ser absorvida pela deformação elástica ou plástica do material ou pela fratura. A capacidade de absorção de energia por deformação sem que ocorra remoção de material está diretamente ligada à resistência à erosão dos materiais.
Microestruturas Versus Resistência à Cavitação
Okada, Iwai, Cavitation Erosion (1990), consideram que o processo de erosão por cavitação é causado por fratura e por fadiga pela repetição de pequenos carregamentos assim como pequeno número de carregamento com grandes cargas. Entretanto, há um valor limite no qual os carregamentos de impacto começam a contribuir para a fratura por fadiga. Este valor depende do tipo do material, estrutura cristalina, etc. Matérias frágeis, como cerâmicas, exibem frequentemente falhas frágeis por causada sua baixa capacidade de absorção de energia durante a deformação devido ao impacto. A remoção de material é causada pela propagação de trincas na superfície ou nos contornos de grão. A energia absorvida para remover um dado volume de material por trinca é muito menor do que o necessário para remover o mesmo volume de material por deformação plástica. Esta é a causa do porque dos materiais frágeis serem geralmente pouco resistentes à cavitação. Eles não apresentam deformação inicial e a perda de massa ocorre nos períodos iniciais do ensaio. (Allenstein Angela Nardelli, 2007).
O tungstênio apresenta características específicas que o credencia como altamente resistente aos efeitos da erosão devido à cavitação, por ser aplicado
com grãos extremamente finos, compacto, com pequena porosidade superficial, homogêneo e baixo índice de trincas superficiais.
O grande desafio para o desenvolvimento deste trabalho está no fato de se considerar como fator impeditivo a utilização do ferro fundido cinzento como matriz para revestimento de metal duro a base de carbeto de tungstênio.