A cavitação é a formação de bolhas de vapor no líquido que flui através de qualquer turbina hidráulica. A cavitação ocorre quando a pressão estática do líquido cai abaixo da sua pressão de vapor. É mais provável que ocorra perto das lâminas de movimentação rápida das turbinas e na região de saída das turbinas.
Causas da cavitação
O líquido entra nas turbinas hidráulicas em alta pressão; esta pressão é uma combinação de componentes estáticos e dinâmicos. A pressão dinâmica do líquido é dada pela virtude da velocidade do fluxo e do outro componente, a pressão estática, é a pressão real que o fluido aplica e que é atuada sobre ele. A pressão estática governa o processo de formação de bolhas de vapor ou de ebulição. Assim, a cavitação pode ocorrer perto das lâminas de movimentação rápida da turbina onde a cabeça dinâmica local aumenta devido à ação das lâminas que faz com que a pressão estática caia. A cavitação também ocorre na saída da turbina, pois o líquido perde a maior parte de sua pressão e qualquer aumento na pressão dinâmica levará a queda na pressão estática causando cavitação.
Efeitos prejudiciais da cavitação
A formação de bolhas de vapor na cavitação não é um grande problema em si, mas o colapso dessas bolhas gera ondas de pressão, que podem ser de frequências muito altas, causando danos à maquinaria. As bolhas que entram em colpso perto da superfície da máquina são mais prejudiciais e causam erosão nas superfícies chamadas de erosão de cavitação. Os colapsos de bolhas menores criam ondas de maior frequência do que bolhas maiores. Assim, bolhas menores são mais prejudiciais para as máquinas hidráulicas.
Bolhas menores podem ser mais prejudiciais para o corpo hidráulico da máquina, mas não causam redução significativa na eficiência da máquina. Com uma diminuição adicional da pressão estática, mais um número de bolhas é formado e seu tamanho também aumenta. Essas bolhas coalescem entre si para formar bolhas maiores e, eventualmente, bolsas de vapor. Isso perturba o fluxo de líquido e causa a separação do fluxo, o que reduz o desempenho da máquina nitidamente. A cavitação é um fator importante a ser considerado ao projetar turbinas hidráulicas.
Evitando Cavitação
Para evitar a cavitação durante o funcionamento, os parâmetros das turbinas hidráulicas devem ser configurados de modo que, em qualquer ponto de fluxo, a pressão estática não caia abaixo da pressão de vapor do líquido. Esses parâmetros para controlar a cavitação são a pressão, a vazão e a pressão de saída do líquido. Os parâmetros de controle para operação livre de cavitação de turbinas hidráulicas podem ser obtidos através da realização de testes nos protótipos da turbina a ser usada. Os parâmetros quando a cavitação começa a subir e a eficiência da turbina caem significativamente devem ser evitados durante o funcionamento das turbinas hidráulicas.
A separação do fluxo na saída da turbina no tubo de descarga causa vibrações que podem danificar o tubo de descarga. Para amortecer a vibração e estabilizar, o fluxo de ar é injetado no tubo de descarga. Para evitar totalmente a separação do fluxo e a cavitação no tubo de descarga, ele é submerso abaixo do nível da água na tração de cauda.