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Mecanismo de corrosão por cavitação

A cavitação é geralmente encontrada em uma condição hidrodinâmica, caracterizada por uma alteração súbita e grave da pressão hidrostática existente.

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Mecanismo de corrosão por cavitaçãoO mecanismo de corrosão por cavitação pode ser descrito da seguinte forma: qualquer líquido contém bolhas gasosas ou vaporosas, que servem como núcleos de cavitação. Quando a pressão é reduzida a um determinado nível, as bolhas se tornam o repositório de vapor ou de gases dissolvidos. O resultado imediato dessa condição é que as bolhas aumentam rapidamente de tamanho. Posteriormente, quando as bolhas entram em uma zona de pressão reduzida, elas tomam um tamanho reduzido como resultado da condensação de vapores que elas contêm. Este processo de condensação surge de modo rápido, acompanhado por choques hidráulicos, emissão do som, destruição dos laços materiais e outros fenômenos indesejáveis. Acredita-se que a redução na estabilidade volumétrica na maioria dos líquidos é associada ao conteúdo de várias misturas, tais como partículas sólidas e bolhas de vapor de gás, particularmente aquelas com um nível submicroscópico, que servem como núcleos de cavitação.

Um aspecto crítico do processo de desgaste da cavitação é a destruição da superfície e do deslocamento de material causado pelo alto movimento relativo entre uma superfície e o fluido exposto. Como resultado de tais movimentos, a pressão local do líquido é reduzida, o que permite à temperatura do fluido chegar ao ponto de ebulição, formando pequenas cavidades de vapor. Quando a pressão retorna ao normal (sendo maior do que a pressão de vapor do fluido), implosões ocorrem gerando as bolhas de vapor ou cavidades em colapso. Este colapso de bolhas provoca ondas de choque que produzem forças de alto impacto em superfícies metálicas adjacentes. Este encruamento causa fadiga e cavitação.

Assim, a cavitação é o nome dado a um mecanismo em que as bolhas de vapor (ou cavidades) em um fluido crescem e entram em colapso devido às flutuações de pressão local. Estas flutuações podem produzir uma baixa pressão, na forma de pressão de vapor do líquido. Este processo de cavitação vaporosa ocorre em condições de temperatura aproximadamente constantes.

Tipos de cavitação

Existem dois principais tipos de cavitação: a cavitação vaporosa e a cavitação gasosa. A cavitação vaporosa é um processo de ebulição que acontece quando a bolha cresce explosivamente, de forma ilimitada, mudando o líquido rapidamente para vapor. Essa situação ocorre quando o nível de pressão cai abaixo da pressão de vapor do líquido. Já a cavitação gasosa é um processo de difusão que ocorre quando a pressão cai abaixo da pressão de saturação dos gases não condensáveis dissolvidos no líquido. Enquanto a cavitação vaporosa é extremamente rápida, ocorrendo em microssegundos, a cavitação gasosa é muito mais lenta, e o tempo que demora depende do grau de convecção (circulação de fluidos) presentes.

Corrosão por cavitaçãoA corrosão por cavitação incide somente sob condições de cavitação vaporosa – em que as ondas de choque e micro jatos podem corroer as superfícies do metal. Por outro lado, a cavitação gasosa não causa material da superfície de erosão. Ela só cria ruído gera elevados níveis de temperatura - até a quebra das moléculas - e degrada a composição química do fluido através da oxidação. O desgaste por cavitação também é conhecido erosão de cavitação vaporosa, fadiga por cavitação, erosão de impacto líquido e trefilação.

Processo de desgaste por cavitação

O líquido é o meio que provoca o desgaste da cavitação. O desgaste cavitação não requer uma segunda superfície, mas exige apenas que o movimento entre superfície e o fluido seja intenso. Tal movimento reduz a pressão local no fluido. Quando o líquido atinge o seu ponto de ebulição e a ebulição de fato ocorre, formam-se bolhas de vapor, que produzem a cavitação. Cada cavidade de vapor dura pouco tempo, porque quase qualquer aumento da pressão faz com que o vapor dentro da bolha se condensa instantaneamente. Ao colapso da bolha, uma onda de choque é produzida. Esta onda de choque, em seguida, colide com as superfícies metálicas adjacentes e destrói os laços materiais.

A primeira onda de choque produz uma tensão de compressão na superfície sólida, e depois quando ela é refletida, gera uma tensão de tração que é normal para a superfície.  A cavitação é geralmente encontrada em uma condição hidrodinâmica, caracterizada por uma alteração súbita e grave da pressão hidrostática existente.

Algumas partículas de pó levadas pelo ar ao líquido servem como sítios de nucleação para a formação de cavidades de vapor. Esses núcleos podem ser pequenas bolsas cheias de gás nas fendas do recipiente, ou simplesmente bolsas de gás com partículas contaminantes que circulam livremente no fluxo de vazão. Portanto, todos os fluidos confinados podem conter impurezas suficientes para desencadear o processo de cavitação.

Como reduzir o processo de cavitação

Como reduzir o processo de cavitaçãoNo desgaste por cavitação, as trincas se propagam até o ponto em que o material metálico não pode mais suportar a carga de impulso que a implosão das bolhas de vapor impõem. Portanto, as partículas finalmente se rompem e entram no sistema. Como acontece com qualquer falha por fadiga, formam microfissuras de tensão (entalhes, rasgos, rebaixos, defeitos de solda, etc). Portanto, uma superfície rugosa é propensa ao desgaste e à cavitação, considerando que os danos aumentam conforme a superfície se torna mais áspera.

A forma mais básica de combate à corrosão por cavitação é minimizar o esforço de tração sobre o fluido. Em outras palavras, os usuários dos equipamentos devem baixar o nível das condições de refração ou de vácuo nas zonas potenciais de cavitação. Em especial, as seguintes etapas podem ser apropriadas:

• Aumentar o nível de pressão na saída das válvulas de estrangulamento.
• Aumentar a pressão de entrada no porto de sucção da bomba, por sobrecarregar a entrada da bomba.
• Reduzir o teor de água do fluido para eliminar a possibilidade de a água apresentar uma pressão de vapor mais elevada do que a pressão do petróleo, em assentos de válvulas e vedações dinâmicas.
• Usar um fluido com baixa pressão de vapor.
• Escolher de uma bomba com boas características de enchimento.
• Usar um líquido de baixa viscosidade ou aumentar a temperatura do fluido.


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