Calcule o NPSH disponível (NPSHa) nas condições mais exigentes da sucção, incluindo a partida a frio, quando o óleo está mais viscoso, e compare com o requisito de entrada informado para a bomba, a rotação, o fluido e a viscosidade. Em reservatório aberto com velocidade desprezível na superfície: NPSHa = Patm/γ + Hs − Hf − Pv/γ. A margem é definida para a aplicação; o manual FBE consultado não publica um NPSHr único nem uma margem universal para a série.
Em resumo
- NPSHa descreve a carga absoluta disponível na sucção acima da pressão de vapor do líquido.
- Compare o NPSHa com o requisito de entrada da execução e a margem definida para o processo.
- Calcule perdas com a viscosidade e o regime de escoamento da operação e da partida.
- O exemplo soma entradas hipotéticas e resulta em 9,7 m; não é ensaio de uma FBE.
- Envie nível do tanque, linha de sucção e propriedades do fluido para avaliar a seleção FBE.
1. O que é NPSH e por que importa
NPSH é a sigla de net positive suction head: a carga de sucção absoluta, em metros do próprio líquido, que sobra acima da pressão de vapor no referencial da bomba. O Hydraulic Institute (HI) define cavitação como a formação de cavidades de vapor no líquido em escoamento, onde a pressão cai abaixo da pressão de vapor, seguida do colapso rápido dessas cavidades quando a pressão volta a subir mais adiante.
Na bomba de engrenagem externa, o catálogo FBE 2026 (p.2) descreve o princípio: o engrenamento cria uma depressão na câmara de sucção, e o fluido vem do reservatório para preencher as cavidades entre os dentes e a carcaça. É nessa câmara que a pressão absoluta precisa ficar acima da pressão de vapor do líquido em todas as condições da operação.
Bombas de engrenagem também exigem verificação da sucção. Para líquidos viscosos, o Hydraulic Institute destaca a influência da viscosidade na pressão líquida positiva requerida na entrada (NPIPR). Ruído, vibração e perda de vazão podem ter várias causas; confronte as condições de entrada com os dados da execução, sem atribuir maior tolerância à cavitação a toda bomba volumétrica.
No texto sobre viscosidade (How Viscosity Affects Pumping), o HI mostra o outro lado: em bombas de deslocamento positivo, a viscosidade maior reduz o escorregamento interno e aumenta o rendimento volumétrico, mas também eleva a potência de entrada e a NPIPR. O HI ressalva que essas generalidades não são absolutas, que projetos específicos podem mudar bastante esse comportamento e que o fabricante deve ser consultado para a recomendação específica.
A margem de sucção deve considerar partida a frio, nível mínimo do tanque, temperatura máxima, filtros e variações do processo. Solicite à engenharia o requisito de entrada da execução proposta. As orientações ANSI/HI 9.6.1 para bombas rotodinâmicas não constituem uma tabela de NPSHr para FBE.
2. NPSHa, NPSHr, NPSH3 e NPIPR: o que cada sigla significa
As definições de NPSHa, NPSHr e NPSH3 seguem a tabela de definições do Hydraulic Institute; a NPIPR vem do texto do HI sobre viscosidade. A distinção importa porque o NPSHa pertence à instalação, enquanto o NPSHr pertence à bomba numa condição declarada, como mostra a tabela. Um NPSHr declarado para outra rotação, vazão ou fluido não descreve a nova condição.
Para comparar um requisito dado em pressão com o NPSHa em metros, converta com p = ρ·g·h, usando a densidade do líquido na condição avaliada. Com um óleo de 940 kg/m³, por exemplo, 1 kgf/cm² (98.066,5 Pa) corresponde a 98.066,5 ÷ (940 × 9,80665) ≈ 10,6 m do líquido.
| Sigla | Definição | De onde vem |
|---|---|---|
| NPSHa | Carga total de sucção absoluta no referencial de NPSH, menos a carga de pressão de vapor do líquido; em bomba alternativa, desconta-se também a perda por aceleração. | Da instalação: níveis, pressões, tubulação e fluido. |
| NPSHr | NPSH mínimo informado pelo fabricante para um desempenho especificado, na vazão, na rotação e no líquido especificados. | Do fabricante, para cada condição declarada. |
| NPSH3 | Valor de NPSHr em que a altura do primeiro estágio cai 3% por cavitação. | Do ensaio de bombas centrífugas (rotodinâmicas). |
| NPIPR | Pressão líquida positiva requerida na entrada, termo que o HI usa para bombas de deslocamento positivo; por ser dada em pressão, compara-se ao NPSHa convertendo com p = ρ·g·h. | Do fabricante; o HI mostra que ela sobe com a viscosidade. |
3. NPSH Disponível (NPSHa): a fórmula
O NPSH disponível é uma propriedade da instalação. A expressão abaixo parte de um reservatório aberto à atmosfera, com velocidade desprezível na superfície; Hs é positivo quando a superfície está acima do referencial da bomba e negativo quando está abaixo. Em tanque fechado, substitua Patm pela pressão absoluta sobre o líquido. Use pressões absolutas e o peso específico γ do fluido.
NPSHa = (Patm / γ) ± Hs − Hf − (Pv / γ)Fórmula canônica do NPSH disponível
4. As variáveis da fórmula, explicadas
Cada termo da equação tem significado físico direto e unidade consistente em metros de coluna do próprio líquido (m.c.l.). Trabalhar em m.c.l. é mais intuitivo que em bar ou kgf/cm² porque permite comparar diretamente diferentes fluidos.
A parcela atmosférica é a pressão absoluta do local dividida pelo peso específico do líquido. Na atmosfera padrão, de 101.325 Pa, um óleo de 940 kg/m³ tem Patm/γ = 101.325 ÷ (940 × 9,80665) ≈ 11,0 m, o valor usado no exemplo da seção 6. Com água a 20 °C (998,16 kg/m³, NIST), a mesma pressão sustenta cerca de 10,35 m.
Duas parcelas mudam com o local e com o processo. A pressão atmosférica cai com a altitude: a U.S. Standard Atmosphere de 1976 dá 89,88 kPa a 1.000 m, cerca de 9,75 m do mesmo óleo, 1,24 m a menos que ao nível do mar. A pressão de vapor sobe com a temperatura: para a água, passa de 2,34 kPa a 20 °C para 47,4 kPa a 80 °C (NIST), de cerca de 0,24 m para 4,98 m de coluna.
| Símbolo | Nome | Descrição |
|---|---|---|
| Patm / γ | Pressão atmosférica local | Use a pressão atmosférica medida ou calculada para o local, dividida pelo peso específico do líquido. Não aplique uma redução linear fixa por altitude. |
| ± Hs | Altura geométrica de sucção | Positiva (+) se a bomba está abaixo do nível do líquido (sucção afogada). Negativa (−) se a bomba está acima (sucção em elevação). |
| Hf | Perda de carga na sucção | Perdas na tubulação, curvas, válvulas, filtros e acessórios da sucção. Dependem da vazão, geometria, rugosidade e regime de escoamento; a dependência não é sempre quadrática. |
| Pv / γ | Pressão de vapor do fluido | Pressão de vapor na temperatura avaliada, dividida pelo peso específico do líquido. Obtenha-a de dados termofísicos confiáveis ou da ficha do fluido, mantendo unidades coerentes. |
5. O impacto oculto da viscosidade no NPSHa
Com fluido viscoso, a atenção vai para a perda de carga por atrito (Hf). O Hydraulic Institute calcula a perda em qualquer tubo, para escoamento incompressível de qualquer fluido, pela equação de Darcy-Weisbach: hf = f·(L/D)·v²/(2g). O fator de atrito f depende do número de Reynolds, Re = v·D/ν, e a viscosidade cinemática ν fica no denominador: quanto mais viscoso o líquido, menor o Reynolds.
O HI separa três faixas. Com Re abaixo de 2.000, o escoamento é laminar e o fator de atrito vale f = 64/Re para qualquer fluido em qualquer tubo, sem a rugosidade. Acima de 4.000, o escoamento costuma ser turbulento, e f sai do diagrama de Moody. Entre 2.000 e 4.000 fica a zona crítica, em que o escoamento pode ser muito instável e o fator de atrito é indeterminado.
Levando f = 64/Re à equação, a perda num trecho reto em regime laminar fica hf = 32·ν·L·v/(g·D²). Duas consequências saem direto da fórmula. A perda é proporcional à viscosidade cinemática: o dobro da viscosidade dá o dobro da perda. E, com a vazão fixa, a velocidade cai com o quadrado do diâmetro, então a perda cai com a quarta potência dele.
Não existe um multiplicador único de perda de carga de óleo em relação à água. Na mesma tubulação, a relação depende da vazão, do diâmetro e do regime de cada líquido. Use a viscosidade informada para o produto na temperatura avaliada e recalcule a sucção, incluindo a condição de partida.
Verifique para qual fluido e temperatura a tabela de perdas foi elaborada. Para outro fluido, recalcule com densidade, viscosidade e regime adequados. A seleção deve contemplar operação nominal e partida, sem transferir diretamente uma curva de água para óleo viscoso.
6. Exemplo didático: balanço de sucção de um óleo
Este exemplo ilustra apenas a soma das parcelas do NPSHa. Não representa uma instalação medida nem especifica uma bomba FBE. Adotam-se, como entradas hipotéticas já expressas em metros do líquido, a parcela de pressão atmosférica de 11,0 m, o nível de 1,5 m acima do referencial da bomba e perdas de sucção de 2,8 m.
Para simplificar a aritmética, a parcela de pressão de vapor é assumida como desprezível neste exemplo. Em um projeto real, pressão, densidade, viscosidade e pressão de vapor devem vir de medições ou dados do fluido; Hf precisa ser calculado com vazão, diâmetro interno, comprimentos e acessórios.
- Patm/γ = 11,0 m do líquido (atmosfera padrão, óleo de 940 kg/m³; ver seção 4)
- + Hs = +1,5 m (sucção afogada)
- − Hf = −2,8 m (perda assumida; não calculada neste exemplo)
- − Pv / γ ≈ 0 m
- NPSHa = 11,0 + 1,5 − 2,8 − 0 = 9,7 m de óleo
7. Hf calculado: a mesma sucção na operação e na partida a frio
Na seção 6, a perda de 2,8 m foi assumida. Aqui calculamos a perda de uma linha também hipotética: 15 m de tubo reto de sucção com diâmetro interno de 80 mm, vazão de 10 m³/h e um óleo com 1.000 SSU na temperatura de operação e 5.000 SSU na partida a frio. Pela conversão aproximada do catálogo FBE 2026 (p.5), válida acima de 300 SSU (cSt = SSU ÷ 4,635), isso dá cerca de 216 e 1.079 cSt.
A tabela de unidades do HI traz valores próximos para as mesmas viscosidades, 220 e 1.100 cSt. Com eles, as perdas sobem até cerca de 0,09 m, e os resultados arredondados de NPSHa ficam iguais.
A velocidade na sucção é v = Q/A ≈ 0,553 m/s. Na operação, Re = v·D/ν ≈ 205; na partida, ≈ 41. Os dois ficam muito abaixo de 2.000, então o escoamento é laminar nos dois casos, com f = 64/Re ≈ 0,312 e ≈ 1,56. A tabela resume o trecho reto, sem curvas, válvulas nem filtro, e acrescenta o mesmo cálculo com tubo de 100 mm e, como referência, com água.
Com água a 20 °C (≈ 1,0 cSt, NIST), a mesma linha fica em regime turbulento, com Re ≈ 44.000. Para aço comercial novo e limpo (rugosidade de 0,0457 mm, tabela do HI) e a equação explícita do HI, f ≈ 0,023 e a perda é de cerca de 0,07 m. O óleo perde cerca de 13 vezes isso na operação e 67 vezes a frio: não existe multiplicador único.
Levando as perdas do óleo ao balanço da seção 6, com as outras parcelas iguais (11,0 m de pressão atmosférica, nível 1,5 m acima do referencial e pressão de vapor desprezível), o NPSHa fica em cerca de 11,6 m na operação e 7,9 m na partida a frio. Com o tanque 3,0 m abaixo do referencial na partida, sobram 11,0 − 3,0 − 4,56 ≈ 3,4 m.
O tubo de 100 mm reduz a perda de partida para cerca de 1,87 m e devolve o NPSHa a aproximadamente 10,6 m com o nível 1,5 m acima. A razão entre as perdas, (80/100)⁴ ≈ 0,41, é a quarta potência que a fórmula laminar antecipa. Curvas, válvulas e o filtro, sobretudo sujo, somam perdas próprias: o trecho reto é o limite inferior da perda, não o total.
| Condição | Viscosidade | Re | f (fator de atrito) | Hf |
|---|---|---|---|---|
| Operação, tubo de 80 mm | 1.000 SSU ≈ 216 cSt | ≈ 205 | ≈ 0,312 | ≈ 0,91 m |
| Partida a frio, tubo de 80 mm | 5.000 SSU ≈ 1.079 cSt | ≈ 41 | ≈ 1,56 | ≈ 4,56 m |
| Operação, tubo de 100 mm | 1.000 SSU ≈ 216 cSt | ≈ 164 | ≈ 0,390 | ≈ 0,37 m |
| Partida a frio, tubo de 100 mm | 5.000 SSU ≈ 1.079 cSt | ≈ 33 | ≈ 1,95 | ≈ 1,87 m |
| Água a 20 °C, tubo de 80 mm (referência) | ≈ 1,0 cSt (NIST) | ≈ 44.000 | ≈ 0,023 | ≈ 0,07 m |
Os números desta seção são didáticos: mostram a ordem de grandeza da partida a frio, não selecionam uma bomba. A densidade também muda com a temperatura e foi mantida constante para isolar o efeito da viscosidade. No projeto, use a viscosidade medida do produto na menor temperatura prevista, o comprimento real e todos os acessórios da linha.
8. Verificação final: NPSHa vs NPSHr
O resultado do exemplo da seção 6 é NPSHa = 9,7 m do líquido. Para avaliar uma execução FBE, obtenha o requisito de entrada para a rotação, vazão e viscosidade do serviço e defina a margem aplicável. Solicite essa informação para a configuração selecionada, junto com as condições usadas na avaliação.
Alterando apenas o nível para Hs = −3,0 m, o balanço hipotético passa a 11,0 − 3,0 − 2,8 = 5,2 m. A diferença de 4,5 m mostra a influência do nível do tanque. Nenhum dos resultados, isoladamente, comprova ausência de cavitação ou aprova a instalação.
A pior condição nem sempre é uma só. A partida a frio maximiza a viscosidade e a perda de carga; a temperatura máxima maximiza a pressão de vapor; o nível mínimo do tanque reduz Hs. Verifique cada combinação que o processo permite e compare com o requisito de entrada declarado para aquela condição, em metros ou em pressão, convertendo com a densidade do líquido.
Nas séries da FB, o catálogo FBEI 2026 (p.4) descreve a série padrão com acionamento por redutores e baixas rotações, o que, segundo o catálogo, proporciona baixo NPSH requerido.
Para a FBE, o catálogo 2026 (p.5) recomenda rotações menores à medida que a viscosidade sobe: 1.750 rpm com transmissão direta de 30 a 250 SSU, nos modelos de 1/8″ a 1″D, e 300 a 150 rpm, com polia ou redutor, de 50.000 a 100.000 SSU, nos de 3″ a 6″. Nenhum dos dois catálogos publica um NPSHr em número.
9. Checklist de prevenção de cavitação
Reúna estes dados e verificações de sucção antes de solicitar a seleção da bomba:
- Instale a bomba o mais próximo possível do ponto de sucção, como pede o manual FBEI (MAN001-10), e, quando o arranjo permitir, abaixo do nível do líquido (sucção afogada), o que torna Hs positivo.
- Use tubulação de sucção com diâmetro no mínimo igual ao do bocal de sucção da bomba (MAN001-10); em regime laminar, a perda cai com a quarta potência do diâmetro.
- Projete a sucção com o menor número possível de singularidades (MAN001-10) e avalie as perdas de curvas, reduções, válvulas e filtros, incluindo a condição de filtro sujo prevista no projeto.
- Sempre que possível, instale filtro com a malha indicada para o modelo (o MAN001-10 cita 40 a 80 mesh para a FBEI) e com a maior área de passagem possível, que o manual associa a evitar a cavitação; sem filtro permanente, use um provisório tipo chapéu de bruxa antes de qualquer teste ou partida.
- Calcule a perda de carga com a viscosidade na temperatura mínima de operação (partida a frio), e não só na nominal; no exemplo da seção 7, ela passou de 0,91 m para 4,56 m.
- Em fluidos quentes, verifique a pressão de vapor na temperatura máxima do processo: quanto mais perto da vaporização, maior a parcela Pv/γ e menor o NPSHa.
- Instale manômetro de sucção com escala para baixa pressão, inclusive vácuo. Na operação, o MAN001-10 pede conferir se a pressão de sucção é a prevista no projeto e se a bomba opera livre de vibrações e ruídos anormais.
- Se o NPSHa ficar apertado, aumente o diâmetro, encurte a linha, reduza singularidades, rebaixe a bomba ou aqueça o produto antes da partida quando o processo permitir; a rotação da execução também entra na avaliação com o fabricante.
10. Conclusão prática
Dimensionar o NPSH de uma bomba de engrenagem não exige matemática sofisticada, mas exige a viscosidade real na temperatura real, inclusive na partida. No exemplo deste artigo, a mesma linha perdeu 0,91 m na operação e 4,56 m a frio, e a troca de 80 para 100 mm devolveu cerca de 2,7 m de NPSHa na partida a frio.
Se a aplicação envolve óleo diesel, óleo BPF, asfalto, resinas, tintas, melaços ou glicoses, a engenharia da FB Bombas em Cabreúva-SP revisa o NPSHa com os dados da sua instalação e indica a série e a execução adequadas. Envie o fluido, a viscosidade nas temperaturas mínima e de operação, o nível do tanque e o traçado da sucção com diâmetros, comprimentos e acessórios.