Cavitação - Parte III

LIGAS UTILIZADAS PARA PRENCHIMENTO/REVESTIMENTO

Entre os materiais com características de resistência à cavitação, destaca-se o aço inoxidável austenítico que possui boa resistência ao fenômeno e que foi empregado por alguns anos na forma de camadas protetoras, depositadas por soldagem, em turbinas fabricadas em aço carbono.

Um avanço na performance das turbinas impostas a condições de alta intensidade de cavitação deve-se ao desenvolvimento de ligas com alta resistência a cavitação, tais como os aços inoxidáveis austeníticos, de baixo carbono, ligados ao Co. Todavia, em função do preço relacionado a estas ligas, almejou-se o desenvolvimento de ligas com similar resistência à cavitação, porém, com menos elementos de liga de elevado preço como o Co.

 Pelo estudo de várias ligas empregadas na confecção de turbinas hidráulicas, constatou-se que a liga de cobalto com baixo teor de carbono (Stellite 21) apresentava uma resistência à cavitação 50 vezes maior em relação ao aço inoxidável AISI 308. A partir dessas informações, partiu-se para o desenvolvimento de aços inoxidáveis austeníticos ligados ao cobalto com similar desempenho à cavitação das ligas ao cobalto. Isto foi conseguido em função de um balanceamento dos elementos de ligas presentes, isto é, eliminação de níquel e a troca de uma percentagem de Co por Mn, N e C visando uma estrutura austenítica com baixa energia de falha de empilhamento, características de deformação planar, e elevado endurecimento por deformação.

O tamanho dos grãos obtidos durante a operação de soldagem tem fundamental importância nas propriedades mecânicas que a camada de solda depositada irá apresentar. Desta forma, foram desenvolvidas diversas técnicas, de ordem metalúrgica e/ou processual, visando controlar (refinar) o tamanho dos grãos para as dimensões desejadas.

Os trabalhos abordando a relação entre defeitos superficiais e suas influências sobre o processo de erosão por cavitação relatam a forte influência destes, comumente encontrados ao término do processo de recuperação das áreas erodidas que, de uma maneira geral, reduzem ou até eliminam o período de incubação, em alguns materiais, e servem como sítios de nucleação e propagação do processo erosivo 

Fonte: Will, Cristhian Ramos, Ligas inoxidáveis resistentes à cavitação depositadas por Plasma – PTA – arame.UFPR, 2008.

Apostilas

Alguns sites de compartilhamento de arquivos, onde você encontra várias apostilas e artigos técnicos diversos, ótimos para pesquisas de trabalhos...

• http://www.4shared.com/

• http://www.scribd.com/

• http://www.slideshare.net/  

• http://www.ebah.com.br/

Obs: Tenho algumas apostilas e artigos que baixei da net, quem precisar, solicite por e-mail.

Vídeo cavitação

Como foi mostrado nos artigos anteriores, existem duas formas de colapso de bolhas na cavitação, o colapso simétrico e o assimétrico, aqui você pode ver um vídeo muito bom mostrando o colapso simétrico das bolhas em um simulador de cavitação, eu usei parte dele na apresentação do TCC do meu grupo, cujo tema era cavitação...

Cavitação - Parte 2

... (cont. Cavitação - parte 1)

Os modelos propostos para a formação dos microjatos de líquidos são baseados na instabilidade da simetria esférica da bolha quando se aproximam da superfície. Simulações numéricas deste fenômeno estimam jatos de líquidos com velocidades de 130 m/s, resultando em pressões de impacto próximas de 2040 kgf/cm² (Flavio Jose da Silva, 2008)

As ondas de choque (colapso simétrico), são conseqüência do colapso violento de milhares de bolhas de vapor que podem gerar ondas de choque de até 1000 MPa. Este valor excede a tensão limite de escoamento de vários materiais metálicos e quando estas ondas de choque são direcionadas para uma determinada região onde há uma superfície sólida, tem-se a erosão por cavitação. 

A figura 5 representa o colapso simétrico de uma bolha de vapor, pode-se observar que há uma propagação de energia em todas as direções (Charles Zanini Miranda, 2007).

 Figura 5 - Desenvolvimento da onda de choque – Colapso simétrico (Charles Zanini Miranda, 2007).

A figura 6 mostra o processo de formação de ondas de choque com o colapso simétrico da bolha. 

  Figura 6 – Formação de ondas de choque (Flavio Jose da Silva, 2008)

Quando o colapso das bolhas é muito próximo de uma superfície sólida, ocorre uma condição de assimetria no colapso destas bolhas. Esta assimetria é provocada pela diferença na taxa de aceleração para dentro da bolha, ou seja, de um lado da bolha a aceleração é maior para o interior devido à perturbação ocasionada pela superfície sólida, fazendo com que se forme um micro-jato de alta velocidade que incidirá na superfície, como pode ser visto na figura 7. Devido à elevada pressão provocada por estas altas velocidades de impacto podem ocorrer danos microscópicos na superfície sólida, pois estas pressões podem exceder a resistência mecânica do material e provocar os pontos de erosão, também chamados de pits (Charles Zanini Miranda, 2007)

Cavitação - Parte 1

Vou postar aqui alguns tópicos do meu TCC no curso técnico mecânico da ETEC, concluído em Junho/2010, sendo que alguns destes materiais tem origem nas pesquisas para elaboração do trabalho, com as fontes devidamente citadas...

CAVITAÇÃO

A palavra cavitação tem origem do latim “cavus” que significa buraco ou cavidade e é utilizada para descrever o processo de nucleação, crescimento e colapso das bolhas de vapor em um fluido. A cavitação é um fenômeno físico pertinente somente à fase líquida das substâncias, podendo ser observado em diversos sistemas hidrodinâmicos como em hélices de navios, bombas radiais, bombas centrífugas, turbinas e válvulas, sendo na maioria das vezes indesejada a sua presença, pois provoca redução na eficiência do equipamento e desgaste superficial por erosão. A cavitação em máquinas hidráulicas apresenta o surgimento de efeitos indesejados como: instabilidade no escoamento do fluido, vibração, ruído excessivo e desgaste superficial nas paredes das superfícies metálicas.

 EROSÃO POR CAVITAÇÃO

A erosão por cavitação consiste na perda considerável de massa da superfície que afeta o desempenho da máquina, podendo levar o componente à falha. O desgaste por erosão é conseqüência da repetibilidade do colapso das bolhas nas proximidades das superfícies sólidas das máquinas hidráulicas.

Danos causados por cavitação em uma Turbina Francis (Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Cavita%C3%A7%C3%A3o)

  Atualmente, dois mecanismos são aceitos para explicar a perda de material de superfície sujeitas à cavitação. Um deles é a formação de ondas de choque e o outro é a formação de microjatos. O efeito mecânico da ação conjunta destes dois mecanismos pode resultar em modificações nas propriedades, e consequentemente perda de material das superfícies cavitadas. A formação de ondas de choque é provocada pelas perturbações do fluido durante sua movimentação. Pulsos de alta amplitude são gerados com a descontinuidade do escoamento e como conseqüência a superfície é submetida a impactos repetidos.

Fonte: Miranda, Charles Zanini - Projeto, fabricação e operação de uma máquina de ensaio de erosão por cavitação. UDESC, 2007.