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Estimador de frequência de cavitação da bomba
Calcule a frequência de passagem das pás (BPF), a frequência do eixo, a faixa de frequência de cavitação esperada e a margem de NPSH com indicador de nível de risco para bombas centrífugas.
Resultados
Harmónicos BPF
| Harmónico | Frequência (Hz) | CPM | Nota |
|---|
Assinatura de cavitação: Ruído de banda larga de alta frequência (tipicamente de 1 a 100 kHz) combinado com harmónicos elevados de BPF. Utilize medições ultrassónicas ou de aceleração de alta frequência para deteção precoce.
Frequência de passagem da palheta (BPF)
A frequência de passagem da pá (também chamada de frequência de passagem da lâmina, BPF) é a taxa a que as pás do impulsor passam por um ponto fixo (como o corte da voluta):
- Z — número de pás (lâminas) do impulsor
- n — velocidade do eixo da bomba (RPM)
Características de frequência da cavitação
A cavitação em bombas centrífugas produz um ruído característico de alta frequência e banda larga devido à implosão de bolhas de vapor:
Além do ruído de banda larga, a cavitação normalmente causa um aumento na amplitude do BPF e dos seus harmónicos (2×BPF, 3×BPF).
Margem NPSH
A margem NPSH (Net Positive Suction Head) indica o fator de segurança contra a cavitação:
| Relação NPSH (NPSHa/NPSHr) | Nível de risco | Recomendação |
|---|---|---|
| > 2,0 | Baixo | Margem adequada — não se prevê cavitação. |
| 1,3 – 2,0 | Moderado | Aceitável para serviço geral, monitor |
| 1,0 – 1,3 | Alto | Margem insuficiente — provável formação de cavitação |
| < 1,0 | Crítico | NPSHa abaixo de NPSHr — cavitação certa |
Dado: Z = 6, n = 2950 rpm, NPSHa = 8 m, NPSHr = 3 m
Frequência do eixo = 2950 / 60 = 49,17 Hz
BPF = 6 × 2950 / 60 = 295,0 Hz
Margem NPSH = 8 − 3 = 5,0 m
Razão NPSH = 8 / 3 = 2.67 — Baixo risco
⚠️ Nota: O ruído de cavitação é de banda larga e ocorre principalmente na faixa ultrassônica (acima de 20 kHz). Sensores de vibração padrão (acelerômetros de até 10–15 kHz) podem não captá-lo. Utilize acelerômetros de alta frequência, sensores ultrassônicos ou transdutores de emissão acústica para uma detecção confiável de cavitação.
A frequência de passagem das pás (VPF), também designada por frequência de passagem das alhetas (BPF), é a taxa à qual as pás do impulsor passam por um ponto fixo, como o bico da voluta ou a alheta do difusor. É igual ao número de pás do impulsor multiplicado pela frequência de rotação do veio:
BPF = Z × RPM / 60
Uma amplitude elevada na BPF indica perturbações no escoamento, recirculação, cavitação ou folga excessiva entre o impulsor e o bico da voluta.
A cavitação produz um ruído de alta frequência e banda larga característico, tipicamente na gama de 1–100 kHz, devido ao colapso de bolhas de vapor. Principais indicadores:
- Aumento do ruído de banda larga na gama ultrassónica
- Amplitude elevada da BPF e respetivas harmónicas
- Ruído aleatório de crepitação (audível em casos graves)
- Aumento dos níveis globais de aceleração (gE ou HFD)
A combinação de ruído de banda larga elevado com o aumento das harmónicas da BPF é um forte indicador de cavitação ativa.
A margem de NPSH é a diferença entre o NPSH disponível (NPSHa) e o NPSH requerido (NPSHr). Uma margem positiva significa pressão de aspiração suficiente para evitar a cavitação.
Diretrizes da indústria:
- NPSHa ≥ 2× NPSHr — recomendado para bombas críticas ou de alta energia
- NPSHa ≥ 1.3× NPSHr — mínimo para serviço geral
- NPSHa < NPSHr — a cavitação é certa
Métodos de deteção de cavitação:
- Aceleração de alta frequência — utilizar acelerómetros com gama >10 kHz, procurar aumento de ruído de banda larga
- Sensores ultrassónicos — gama de 20–100 kHz, mais sensíveis ao início da cavitação
- Análise de envelope/desmodulação — revela impactos de cavitação a modular a BPF
- Emissão acústica — deteta ondas de tensão resultantes do colapso das bolhas
- Ruído audível — a cavitação grave soa a gravilha ou berlindes
As causas comuns incluem:
- Altura de aspiração insuficiente (NPSHa < NPSHr)
- Temperatura elevada do fluido reduzindo a margem face à pressão de vapor
- Caudal excessivo (operação muito à direita do BEP)
- Restrições na conduta de aspiração (filtro obstruído, válvula parcialmente fechada)
- Altura geométrica de aspiração excessiva
- Entrada de ar ou formação de vórtices na aspiração
- Operação longe do ponto de melhor rendimento (BEP)
- Cavitação por recirculação a caudais muito baixos
Os procedimentos descritos nesta página foram desenvolvidos e testados em campo pela equipa da Vibromera com o Balanset-1A, um equilibrador de dois canais e analisador de vibrações portátil para equilibragem de rotores no local.
Instrumentos profissionais de análise de vibração para diagnóstico de bombas. Detectam cavitação, desbalanceamento e defeitos em rolamentos no local. Utilizados em mais de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko é engenheiro de análise de vibrações e fundador e diretor executivo da Vibromera. Há mais de 15 anos que equilibra equipamentos rotativos no terreno e não numa bancada de ensaio: destroçadores, ventiladores industriais, britadeiras, centrifugadoras, veios e fusos. Foi desse trabalho que nasceram os instrumentos Balanset — foram concebidos como uma ferramenta que o técnico pode levar até à máquina e utilizar sozinho, no local, e não como equipamento de laboratório. A Vibromera foi fundada em 2017 e, desde 2023, está sediada no Porto, em Portugal. É aqui que decorrem o desenvolvimento, a montagem e o apoio à linha Balanset. O instrumento de referência é o Balanset-1A, um analisador portátil para equilibragem em um e dois planos e para diagnóstico de vibrações. Nikolai participa pessoalmente no apoio ao cliente, na resolução de casos de equilibragem difíceis e no desenvolvimento do software. Trabalha com clientes em todo o mundo, em qualquer idioma.
