O fluido que passa através de uma válvula de controle sofrendo alterações na velocidade, à medida que entra na área de constricção área de estreitamento do Trim da válvula (velocidade aumenta) e depois entra na área de expansão do corpo da válvula a jusante doo Trim (velocidade diminui).

Essas mudanças na velocidade resultam na alteração das energias cinéticas das moléculas de fluido, de acordo com a equação da energia cinética Ek = 1 / 2mv 2 .

Como na lei de conservação e energia, para que a energia seja conservada em uma corrente de um fluido em movimento, qualquer aumento na energia cinética devido ao aumento da velocidade, deve ser acompanhado por uma diminuição complementar na energia potencial, geralmente na forma de pressão do fluido.

Isso significa que a pressão do fluido cairá no ponto de constrição máxima na válvula (a veia contracta, no ponto em que a os internos limitam o fluxo) e aumenta novamente (ou se recupera) a jusante do trim da valvula :

Se o fluido que está sendo estrangulado for um líquido, e a pressão na veia contracta for menor que a pressão de vapor desse líquido na temperatura de fluxo, o líquido ferverá espontaneamente.

Este é o fenômeno de piscar descrito anteriormente. Se, no entanto, a pressão se recuperar para um ponto maior que a pressão de vapor do líquido, o vapor se condensará novamente no líquido novamente. Isso é chamado de cavitação.

Por mais destrutivo que o flashing seja para uma válvula de controle , a cavitação é pior. Quando as bolhas de vapor se condensam novamente em líquido, geralmente o fazem de maneira assimétrica, um lado da bolha desmoronando antes do restante da bolha.

Isso tem o efeito de converter a energia cinética do colapso da bolha em um “jato” de alta velocidade de líquido na direção do colapso assimétrico.

Esses “microjatos” líquidos foram medidos experimentalmente em velocidades de até 100 metros por segundo. Além disso, a pressão aplicada à superfície dos componentes das válvulas de controle no caminho desses microjatos é intensa.

Cada microjato atinge a superfície do componente da válvula em uma área superficial muito pequena, resultando em uma pressão muito alta (P = F / A) aplicada a essa pequena área.

Em testes realizados foram identificas estimativas de pressão de até 220000 PSI. Foram calculadas para aplicações de válvulas de controle de cavitação envolvendo água.

Nenhuma substância conhecida é capaz de suportar continuamente essa condição de abrupta de pressão o que significa que a cavitação destruirá qualquer válvula de controle caso essa venha a sofre esse tipo e efeito ira rapidamente, isto é em um tempo muito abaixo das condições nomais de operação.  O efeito de cada microjato que colide com uma superfície de metal vai continuamente causando deformações pequenas porem continuas nas superficies de metal até que esteja totalmente deformada.

A medida que o metal vai sofrendo as agreções começa naturalmente se decompondo e ficando com a aparência “marcada” na área em que a cavitação ocorre. Constratando fortemente com a parencia normal da dos internos quando em sua condição nomal que são suaveis e polidas.

As fotografias de um obturador de válvula canelado e sua sede correspondente são mostradas aqui como evidência de danos por piscar e cavitação, respectivamente:

O plug desta válvula foi severamente desgastado por flashing e cavitar. O dano intermitente é responsável pelas áreas de desgaste relativamente suaves vistas no plugue.

Os danos por cavitação são mais proeminentes dentro do assento, onde quase todo o dano ocorre na forma de pitting(pequenos pontos como cavidades em forma de furos). O assento (sede) exibe um desgaste suave causado pelo flashing, mas mais fundo, você pode ver a característica da pontos marcados que caracterizam o efeito de cavitação na superfície, da cavidade, onde microjatos líquidos literalmente explodiram pedaços de metal.

Esse conjunto de Trim ( internos da válvula ) pertence a uma válvula micro-flat Fisher que sofreu cavitação, projetada com o fluxo de líquido do processo passando de baixo para cima (ou seja, primeiro após o corpo largo do plug  e depois para baixo através da sede, em vez de primeiro pela sede e depois o corpo largo do plugue).

 
Esse forma de acabamento não evita a cavitação  (como claramente evidenciado pelas fotos), mas “move” a área de danos de cavitação para baixo abaixo da superfície de vedação do assento em um tubo longo que se estende abaixo do assento.

Embora os estragos causados ​​pelo flashing  tenham claramente afetado o Trim (internos da válvula) dessa válvula, a válvula teria se tornado inoperante muito mais cedo se a cavitação estivesse funcionando ao longo do comprimento do plug e na área de vedação em que o plug  entra em contato com a sede.

O som produzido por uma cavitação líquida substancial também difencia fortemente do som emitido pelo flashing. por exemplo o som produzindo pelo flashing assemelha como se  estivesse  fluindo areia através da válvula, a cavitação produz um som de “crepitação” estalos muito mais alto, composto por pulsos de impacto distintos, remanescentes de que cascalho ou rochas poderiam soar se eles fossem forçados a fluir através da válvula.

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O  vídeo acima apresenta ruído característico de Cavitação e Flashing

A cavitação sustentada também tem o efeito prejudicial de acelerar a corrosão em certos serviços de processo. As superfícies de metal nuas são altamente reativas com muitos fluidos químicos, mas tornam-se mais resistentes a ataques adicionais quando uma fina camada de metal reagido na superfície (a chamada camada de passivação) atua como uma espécie de barreira química.

A ferrugem no aço ou o óxido de alumínio branco-pulverulento são bons exemplos: as superfícies de metal inicialmente nuas reagem com o ambiente circundante para formar uma camada externa protetora, impedindo maior degradação do metal sob essa camada.

A cavitação trabalha para remover qualquer camada protetora que possa acumular-se, permitindo que a corrosão funcione a toda velocidade até que toda a espessura do metal seja corroída. As ações destrutivas complementares de cavitação e corrosão juntas são algumas vezes chamadas de corrosão por cavitação.

Existem vários métodos para diminuir a cavitação nas válvulas de controle:

    1-Evite flashing  em primeiro lugar

    2-Bolsões com gás introduzido

    3-Sustentar a ação intermitente (ou seja, atrasar a cavitação)

 1 – Método de redução de cavitação 

Isso é bastante simples de entender: se impedirmos que o flashing aconteça em uma válvula de controle, a cavitação não poderá seguir. A chave para fazer isso é garantir que a pressão da veia contracta nunca caia abaixo da pressão de vapor do líquido. Existem várias técnicas para fazer isso:

  • Selecione um tipo de válvula de controle com menor recuperação de pressão (ou seja, maior valor de F L )
  • Aumente as pressões a montante e a jusante realocando a válvula em um local de pressão mais alta no processo.
  • Use várias válvulas de controle em série para reduzir a pressão mais baixa em qualquer uma
  • Diminua a temperatura do líquido (isso diminui a pressão do vapor)
  • Use a Trim/internos  da válvula de controle com caracterítibas anti-cavitação

A última sugestão nesta lista merece uma exploração mais aprofundada. O Trim(intenos Plug/Guernições(gaiola)/assentos) da válvula pode ser especialmente projetada para a redução da cavitação, fornecendo vários estágios de queda de pressão para o fluido que passa pela guarnição.

 Abaixo será apresentado um gráfico de pressão versus posição da localização de uma válvula de controle em  cavitação. A pressão de vapor do líquido é mostrada aqui como uma linha tracejada marcada P vapor :

 

Uma válvula equipada com internos com controle de cavitação terá um perfil de pressão diferente, com vários pontos de veia contracta onde o fluido passa por uma série de constrições dentro da próprio Trim(internos da válvula):

 

Dessa forma, a mesma queda final de pressão permanente permanente (P1-P2) pode ser alcançada sem que a menor pressão caia abaixo do limite de pressão de vapor do líquido.

Um exemplo de projeto de controle de cavitação aplicado ao compensador de válvula globo guiado por gaiola é mostrado na ilustração a seguir:

 

As válvulas de controle tipo esfera, com recuperação de pressão relativamente alta ( valores do fator de recuperação de pressão baixa L ) são mais propensas a cavitação do que as válvulas globo, sendo todos os outros fatores iguais.

Aparamento especial de esferas projetado para ajudar a distribuir quedas de pressão por um caminho de fluxo mais longo está disponível, um exemplo disso mostrado na próxima fotografia:

A parte redonda (em forma de bola) da guarnição fica do lado oposto desta peça, com a estrutura de controle de cavitação visível em primeiro plano.

O fluxo de fluido que passa pelo espaço entre a borda da esfera e a sede da válvula escorre  sobre essa estrutura de várias câmaras, onde a turbulência ajuda a desenvolver quedas de pressão em vários locais.

Em uma válvula de esfera normal, existe apenas um local para que ocorra uma queda de pressão substancial, e isso está no espaço estreito entre a borda da esfera e a sede.

Aqui, existem várias regiões de queda de pressão, com a intenção de evitar o limite de pressão de vapor do líquido em qualquer local, eliminando assim o flashing e consequentemente eliminando a cavitação.

2 – Método de redução de cavitação 

Esse é um método prático que apenas podem ser aplicados em algumas condições de procesosso, onde o gás inerte  ao fluido pode ser injetado na corrente de líguido para fornecer algum “amortecimento” na região da cavitação.

A presença de bolhas de gás não condensáveis ​​no fluxo líquido perturba os caminhos dos microjatos, ajudando a dissipar sua energia antes de atingir as paredes do corpo da válvula.

3 – Método de redução de cavitação 

Isso envolve uma estratégia contrária ao método nº 1. Se, por qualquer motivo, não pudermos evitar cair abaixo da pressão de vapor do líquido à medida que a corrente de fluxo se move através da válvula.

podemos ter a opção de garantir que a pressão do líquido a jusante nunca suba acima da pressão do vapor do líquido, pelo menos até que o líquido passe entre em uma área onde os danos ocorem no sistema causados ​​pela cavitação  desta forma é possível conter o efeito danoso ao internos da válvula, embora esse método venha a gerar um custo adicional a válvula garante um tempo maior de operação da válvula no processo. 

Isso evita a cavitação com o custo de flashing  garantido dentro da válvula de controle, que geralmente não é tão destrutivo quanto a cavitação.

Um diagrama de pressão mostra como esse método funciona:

Obviamente, piscar também não é bom para uma válvula de controle. Não só danifica a válvula ao longo do tempo, mas também causa problemas na capacidade de fluxo, como exploraremos a seguir.

Série de explicações de como mitigar os efeitos de Cavitação  

Parte 01 

Parte 02 

Parte 03