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Título: Observação do fenômeno da cavitação e do desgaste de rotores de latão de bombas centrífugas em instalação experimental.
Autor(es): Linhares, Alexandre Dias
Orientador(es): Costa, Adilson Rodrigues da
Palavras-chave: Cavitação
Rotores de latão
Bombas
Emissão acustica
Rotores
Data do documento: 2011
Editora / Evento / Instituição: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Referência: LINHARES, A. D. Observação do fenômeno da cavitação e do desgaste de rotores de latão de bombas centrífugas em instalação experimental. 2011. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2011.
Resumo: Esse trabalho apresenta um estudo experimental acerca do fenômeno da cavitação e do desgaste superficial em rotores de latão de uma bomba centrífuga comercial. Uma bancada de ensaios é utilizada para esse estudo. A vazão, as pressões de sucção e de descarga e os sinais de emissão acústica são monitorados durante os ensaios. A caracterização da ocorrência da cavitação é efetuada utilizando-se o monitoramento dos sinais de emissão acústica na carcaça da bomba em diferentes condições de operação. A perda de massa do rotor ao longo de 1357 horas de ensaios é avaliada utilizando-se uma balança de precisão. Micrografias das amostras do rotor erodido, obtidas por meio de um microscópio eletrônico de varredura, são comparadas com as obtidas de um rotor intacto, fabricado em um mesmo lote. Os resultados experimentais obtidos nesse trabalho mostram que o mecanismo de desgaste do material é oriundo dos choques de ondas de água pressurizadas surgidas durante o colapso das bolhas, a alta frequencia, contra a superfície do rotor. O aspecto da superfície erodida sugere que o arrancamento de material se dá a partir da força resultante dessas ondas de pressão que atuam na superfície, produzindo trincas. Depois, como o efeito de uma alavanca, ocorre a propagação dessas trincas, de dentro para fora, arrancando material na forma de crateras. Essas crateras sujeitam-se às novas ondas de choque, gerando outras trincas que se propagam, arrancando material até atingir um aspecto polido, com menor concentração de tensão. Por apresentar menor quantidade de quinas vivas, as crateras polidas novamente são alvo de ataques em suas cristas, gerando novas crateras. Assim, progressivamente, a erosão atua degradando a superfície do rotor de latão. Além disso, os resultados mostram que o monitoramento dos sinais de emissão acústica pode ser empregado como ferramenta eficiente para a detecção do fenômeno da cavitação em bombas hidráulicas. Um maior número de amostras deve ser submetido aos ensaios de cavitação propostos nesse trabalho para possibilitar a construção de um banco de dados confiável contendo informações técnicas acerca da erosão em rotores de latão e outros materiais associados à cavitação.
Resumo em outra língua: This work deals with an experimental study about the cavitation and its consequent surface wear in brass impellers of a commercial centrifugal pump. A special pump test rig is employed in this study. The flow rate, the sucction pressure, the discharge pressure, and the acoustic emission signal are monitored during the tests performed in the centrifugal pump. The identification of the cavitation phenomenon is performed by using the acoustic emission signals measured on the pump spiral case under different operating conditions. The brass impeller mass loss is periodically evaluated along the 1357 hours of tests by using a precision electronic weighting scale. Micrographs of the eroded impeller, which are obtained by using a scanning electron microscope, are compared with micrographs of a new impeller that has been manufactured in the same lot. The experimental results rendered in this work show that the surface wear mechanism is due to the impact of pressurized water waves that arise during the bubble collapse, at high frequency, onto the impeller surface. The aspect of the eroded surface suggests that the material loss is caused by the resulting force associated with those pressure waves that act on the impeller surface, generating cracks. After the crack formation, a process of crack propagation starts from the inner material layers in direction to the surface, provoking material losses in the form of craters. Those craters are subejcted to shock waves that intensify the crack propagation, causing material losses until the surface reaches a more polished aspect with lower levels of stress concentration. The polished crater borders are frequently subjected to more shock waves, which lead to new craters. Hence, the erosion associated with cavitation progressively deteriorates the brass impeller surface. Furthermore, the results show that the acoustic emission signal monitoring can be efficiently employed to detect the cavitation phenomenon in centrifugal pumps. A large number of brass samples should be tested using the methodology proposed in this work in order to allow the construction of a reliable database containing technical information about the brass impeller erosion rate associated with cavitation.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3018
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