O fenômeno da cavitação consiste na interrupção da continuidade no líquido, onde há considerável redução local da pressão. A formação de bolhas nos líquidos (cavitação) começa mesmo na presença de pressões positivas iguais ou próximas à pressão do vapor saturado do fluido na temperatura especificada.
Vários líquidos têm diferentes graus de resistência à cavitação porque dependem, em um grau considerável, da concentração de gás e partículas estranhas no líquido.
Mecanismo de desgaste
O mecanismo de cavitação pode ser descrito da seguinte maneira: qualquer líquido conterá bolhas gasosas ou vapor, que servem como núcleos de cavitação. Quando a pressão é reduzida para 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 são reduzidas em tamanho como resultado da condensação dos vapores que elas contêm.
Esse processo de condensação ocorre rapidamente, acompanhado de choques hidráulicos locais, emissão de som, destruição de ligações materiais e outros fenômenos indesejáveis. Acredita-se que a redução da estabilidade volumétrica na maioria dos líquidos esteja associada ao conteúdo de várias misturas, como partículas sólidas não contaminadas e bolhas de vapor de gás, particularmente aquelas em nível sub microscópico, que servem como núcleos de cavitação.
Um aspecto crítico do processo de desgaste da cavitação é a destruição da superfície e o deslocamento do material causado por altos movimentos relativos entre uma superfície e o fluido exposto. Como resultado de tais movimentos, a pressão local do fluido é reduzida, o que permite que a temperatura do fluido atinja o ponto de ebulição e a formação de pequenas cavidades de vapor.
Quando a pressão retorna ao normal (que é maior que a pressão de vapor do fluido), implosões ocorrem causando o colapso da cavidade ou das bolhas de vapor. Esse colapso das bolhas gera ondas de choque que produzem altas forças de impacto nas superfícies metálicas adjacentes e causam dificuldades no trabalho, fadiga, erosões e cavidades.
Assim, cavitação é o nome dado a um mecanismo no qual bolhas (ou cavidades) de vapor em um fluido crescem e colapsam devido a flutuações de pressão locais. Essas flutuações podem produzir uma pressão baixa, na forma de pressão de vapor do fluido. Esse processo de cavitação vaporosa ocorre em condições de temperatura aproximadamente constante.
Tipos de cavitação
Existem dois tipos principais de cavitação: vaporosa e gasosa.
A cavitação vaporosa é um processo de ebulição que ocorre se a bolha crescer explosivamente de maneira ilimitada, pois o líquido se transforma rapidamente em vapor. Essa situação ocorre quando o nível de pressão fica abaixo da pressão de vapor do líquido.
A cavitação gasosa é um processo de difusão que ocorre sempre que a pressão cai abaixo da pressão de saturação do gás não condensável dissolvido no líquido. Enquanto a cavitação vaporosa é extremamente rápida, ocorrendo em microssegundos, a cavitação gasosa é muito mais lenta; o tempo necessário depende do grau de convecção (circulação de fluido) presente.
O desgaste da cavitação ocorre apenas sob condições de cavitação vaporosa - onde as ondas de choque e os micro jatos podem corroer as superfícies. A cavitação gasosa não causa a erosão do material da superfície.
Ele apenas cria ruído, gera altas temperaturas (até mesmo rachaduras no nível molecular) e degrada a composição química do fluido por oxidação. O desgaste da cavitação também é conhecido como erosão da cavitação, cavitação vaporosa, corrosão por cavitação, fadiga da cavitação, erosão por impacto líquido e trefilação.
O desgaste por cavitação é um tipo de desgaste fluido-para-superfície que ocorre quando uma parte do fluido é exposta primeiro a tensões de tração que fazem com que o fluido ferva e depois exposta a tensões de compressão que causam o colapso (implode) das bolhas de vapor.
Esse colapso produz um choque mecânico e faz com que os micro jatos colidam com as superfícies, unificando o fluido. Qualquer sistema que possa repetir esse padrão de tensão de tração e compressão está sujeito ao desgaste da cavitação e a todos os horrores que acompanham essa atividade destrutiva.
O desgaste da cavitação é semelhante ao desgaste por fadiga da superfície; materiais que resistem à fadiga da superfície (substâncias duras, mas não quebradiças) também resistem a danos por cavitação.
Continua na Parte 02
Fonte: ‘Cavitation Explained and Illustrated’; E. C. Fitch, Tribolics, Inc.