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Cavitação de a hélice de um navio é fenômeno que pode reduzir bastante a um navio de propulsão eficiência e, ao mesmo tempo, levar a uma rápida degradação do hélice.

para saber mais sobre a cavitação, precisamos nos familiarizar ou atualizar nosso conhecimento sobre as fases do vapor líquido.

  • Sólido (gelo)
  • Líquido (água)
  • Vapor (steam)

As fases de líquido e vapor são influenciados pela temperatura e pressão. Normalmente, observa-se que a água muda seu estado para a forma de vapor quando sua temperatura é elevada para acima de 100 ° C à pressão atmosférica. A água também pode vaporizar quando a pressão é reduzida em condições normais de temperatura. Em temperaturas físicas do mar, isso requer uma pressão inferior a aproximadamente 1,5 a 2,0 kN/m2.

Causa da Hélice Cavitação

As pás de uma hélice de desenvolver uma força total em uma determinada direção, em virtude de ser definida em um pequeno ângulo de incidência’ para a resultante da direção do fluxo de água que passa através do hélice.

Velocidades Relativas da Água

Velocidades Relativas da Água

O efeito do fluxo após as lâminas é provocar uma pressão positiva no rosto e uma redução na pressão de sucção ou nas costas devido ao aumento da velocidade de fluxo. Este aumento da velocidade é devido à forma da seção da lâmina da hélice. efeito do fluxo após as pás

a soma total dessas distribuições de pressão produz a força total cujo componente axial dá a força de empuxo da hélice. Acontece que, em condições normais de trabalho da hélice de um navio, a força de sucção na parte de trás da lâmina representa cerca de 80% da força total.

Dinâmica de Pressão devido ao fluxo de água

Dinâmica de Pressão devido ao fluxo de água

Na região da hélice, o líquido a pressão em qualquer ponto em que a água é a soma algébrica da pressão atmosférica, pressão para que a cabeça da água e a pressão dinâmica induzida pelo trabalho da hélice.

 pressão líquida

pressão líquida em um determinado ponto

se a pressão líquida reduzir a um valor abaixo da pressão de vapor 9e), a água vaporizará e as cavidades serão formadas. A criação dessas cavidades é conhecida como cavitação.

Assim, a Cavitação ocorre se:

p(a) + p(h) ± ∆ P < e

Isso só pode ocorrer quando Δp é suficientemente negativo.

como a cavitação é afetada pela pressão e temperatura, é mais provável que ocorra em hélices que operam perto da superfície em águas quentes.

assim, se a água do mar que passa pela parte de trás da lâmina, Encontra a região de sucção e a pressão líquida das cachoeiras abaixo da pressão de vapor da água a essa temperatura, bolhas de cavidade são formadas. As cavidades se expandem à medida que a pressão diminui, depois se contraem à medida que a pressão aumenta e o vapor se converte de volta ao líquido.

 formação de bolhas de cavitação

formação de bolhas de cavitação

tipos de cavitação

  1. ‘a cavitação’ ou ‘Laminar’ da folha toma a forma de uma folha estacionária fina que começa geralmente na borda de ataque das lâminas.
    cavitação Laminar ou cavitação Laminar

    cavitação Laminar

  2. em certas condições, a cavitação da folha se decompõe atrás da lâmina em uma forma conhecida como cavitação de ‘névoa’ ou ‘nuvem’.
  3. cavitação de’bolha’ como o nome indica, é a formação de cavidades de bolha distintas.
     cavitação bolha

    cavitação bolha

  4. ‘a cavitação do vórtice tem a aparência de uma corda torcida encalhada e pode estar presente nas pontas da lâmina ou no chefe.
    Cavitação de vórtice

    Cavitação de vórtice

a cavitação aumenta com o maior carregamento das lâminas, ou seja, com ângulos maiores de incidência ou com diferentes formas de seção da lâmina.

efeitos da cavitação

os efeitos da cavitação podem ser listados como :

  1. Redução de Desempenho
  2. Lâmina de Erosão
  3. Vibração
  4. Ruído

Desempenho

Os efeitos da cavitação no desempenho pode ser considerável. A cavitação geralmente começa nas pontas da lâmina e se espalha gradualmente por todas as pás à medida que o carregamento da hélice é aumentado. Quando a cavitação se estende a cerca de 0,75 do raio, verifica-se uma perda considerável no empuxo, seguida de uma redução no torque, o que significa que, na prática, haverá um aumento acentuado nas revoluções para uma determinada potência. Como a quebra de empuxo prossegue mais rapidamente do que a mudança no torque, pode haver uma perda considerável de eficiência.

erosão

a erosão é um efeito potencialmente grave. As bolhas de cavitação, quando formadas, não podem persistir se forem varridas para uma região onde a pressão líquida retorna a um valor que excede a pressão de vapor da água. Isso pode ocorrer em direção à borda de fuga da lâmina ou à medida que a lâmina se move de cima para baixo do círculo, ganhando pressão hidrostática. A maneira como eles entram em colapso introduz um novo fenômeno, as bolhas se contraem em um tamanho muito pequeno antes de desaparecerem e toda a energia do colapso & mudança de Estado é, portanto, concentrada em uma área muito pequena. Estima-se que a pressão final no ponto de colapso pode exceder 2,3 x 109 N/m2. Isso obviamente tem um efeito sério na superfície do metal das lâminas que podem ser rapidamente Erodidas.

nos estágios iniciais do ataque, o metal parece ter sido atingido rapidamente com um pequeno martelo de ‘peening’ e pequenos recortes circulares são vistos na superfície marcando o ponto de colapso de bolhas sucessivas. Se a cavitação é mais extensa ou persiste por um longo período de tempo, então resulta em corrosão grave do metal causando uma cratera definida ou Série de crateras na superfície das lâminas, deixando a aparência de esponja que é características de erosão avançada de cavitação.

as pontas da lâmina da hélice e das bordas de arrasto são particularmente suscetíveis à erosão e podem ser completamente erodidas e arrancadas pelos efeitos da cavitação. Em alguns casos, a picada contínua faz com que toda a espessura das lâminas seja comida e, finalmente, faça um buraco na lâmina de volta ao rosto.

a erosão devido à cavitação pode ocorrer em qualquer parte de uma lâmina de hélice onde a sucção é alta, mas em comum em três regiões significativas:

  1. na ponta onde a velocidade de rotação é maior,
  2. em 0.7 raio onde a carga é geralmente no máximo,
  3. em direção à raiz da lâmina, onde as seções são necessariamente muito grossas e a distribuição de pressão é afetada negativamente pelo pequeno espaço entre as lâminas.

vibração

a vibração é criada devido à natureza instável da cavitação e é denominada como a deflexão periódica da estrutura de maneira vertical, horizontal ou torcional.

ruído

as cavidades em colapso dão origem a efeitos de ruído que, acompanhados de vibrações de alta frequência, podem ser extremamente desagradáveis para os passageiros e a tripulação se estiverem situados na extremidade traseira da acomodação do navio.

meios de evitar cavitação

  1. aumentar a área total da lâmina e, portanto, o impulso por unidade de área da superfície da lâmina para o mesmo impulso total. Isto pode ser conseguido aumentando a relação da área da lâmina no diâmetro constante ou aumentando o diâmetro da hélice com uma redução resultante nas revoluções.
  2. reduza os ângulos da lâmina e o ângulo de incidência adotando diâmetros ligeiramente maiores.
  3. variar o passo ao longo do comprimento da lâmina, a fim de diminuir o carregamento em regiões críticas.
  4. evite a ocorrência de seções indevidamente altas na parte de trás das lâminas usando formas de seção que fornecem uma distribuição de pressão mais uniforme.
  5. projete a popa para alcançar o mais uniforme possível um campo de vigília.
  6. evite a incidência de picos de sucção locais perto da borda de ataque usando quantidades adequadas de curvatura e uma forma adequada da entrada.
  7. reduza a espessura das lâminas usando materiais mais fortes e resistentes aos efeitos da cavitação.
  8. forneça a imersão máxima possível.
  9. reduza as revoluções por minuto. Como o impulso de uma hélice varia conforme o quadrado das revoluções, a redução das revoluções reduzirá a cavitação, mas também resultará em perda de velocidade.

diz-se que uma hélice está cavitando totalmente quando toda a parte de trás está coberta de cavitação em folha. Esse fenômeno também é chamado de super cavitação. Depois que a parte de trás da seção se tornou completamente desnudada de água, o aumento de revoluções por minuto não pode mais reduzir a pressão e, portanto, nenhum elevador adicional pode ser gerado pela parte de trás. No rosto, no entanto, a pressão continua a aumentar com revoluções mais altas e o mesmo acontece com o impulso total, embora a uma taxa mais lenta do que antes do início da cavitação. – P. v. O. J. D. van Manen

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