anÁlisis de la cavitacion y aireacion en bombas hidraulicas

8/16/2019 ANÁLISIS DE LA CAVITACION Y AIREACION EN BOMBAS HIDRAULICAS

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACADEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICADIVISION DE ESTUDIOS SUPERIORES

ASIGNATURA:

TALLER DE INVESTIGACION

TITULO DEL TRABAJO:

“ANÁLISIS DE LA CAVITACION Y AIREACION EN BOMBAS HIDRAULICAS”INTEGRANTES DE EQUIPO DEL ALUMNO:

BLAS FUENTES ERICK ALEXISESTRADA GARZÒN EDUARDO

LÒPEZ TOLEDO JUAN

ASESOR:

RICOY BERNAL ABID

HORA DE CLASE:

6: PM ! ": PM

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ANTECEDENTES“Análisis de la cai!aci"n # ai$eaci"n en %&'%as (id$á)licas*

La forma en que fueron descubriéndose efectos, principios y leyes

en muchos casos slo puede ima!inarse, pues e"iste una la!unaen cuanto a los prota!onistas y sus condiciones sociales,econmicas y culturales# La humanidad ha $i$ido siempre con%uidos# Cmo y cu&ndo aprendi a usarlos slo puede adi$inarse# 'na historia no es slo una secuencia de nombres, fechas, hechosy las anécdotas que los conectan# Es m&s bien una e"plicacin einterpretacin de éstos a partir de hiptesis fundamentadas ybasadas en patrones !lobales del comportamiento# La contribucin de Ne(ton a los %uidos fue m)ltiple y a ni$eles

muy diferentes# Abarc desde sus fundamentos, en formaindirecta, hasta los meticulosos e"perimentos que lle$ a cabosobre $rtices *remolinos+ y $iscosidad *friccin interna+# Desde el punto de $ista !eneral, el marco terico, el aparatomatem&tico y las leyes fsicas que Ne(ton estableci, fueron, ysi!uen siendo, los in!redientes esenciales de la teora de los%uidos# Estos elementos fueron una aporte fundamental, aunqueindirecto, para el establecimiento -nal de la teora que reali. lanotable !eneracin que le si!ui, formada por Euler, dos de los/ernoulli, D0Alambert y La!ran!e#

A la muerte de Ne(ton, en plena ilustracin, tres brillanteshombres empie.an a dominar, e"tender y perfeccionar lasherramientas analticas nue$as y, al mismo tiempo, a e"plotar suutilidad en el campo fértil y abierto de los %uidos# Daniel /ernoulli*1223145+ y Leonhard Euler *123146+, formados enmatem&ticas por 7ohann /ernoulli, padre del primero, elaboran unaserie de traba8os que, 8unto con los desarrollados por 7ean le 9ondd0Alambert *113146+, culminan con la formulacin e"plcita delos principios !enerales y las ecuaciones b&sicas de la mec&nicade los %uidos#

Las contribuciones m&s importantes de /ernoulli aparecieron en ela:o de 164 en su libro ;idrodin&mica, cuando se acu:a eltérmino# Entre ellas destaca el teorema que ahora lle$a su nombrey que fue la primera formulacin del principio de la conser$acinde la ener!a para el caso de los %uidos#

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7'ST


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LANTEA DEL 9>/LEA

La ca$itacin es un fenmeno muy com)n, pero es el menoscomprendido de todos los problemas en bombas centrifu!as# Cuando seproduce ca$itacin, la bomba no solamente no cumple con su ser$iciob&sico de bombear un lquido sino que también e"perimenta da:osinternos, fallas de los sellos, rodamientos, etc#

En una planta deben estar capacitados para detectar r&pidamente lossi!nos de ca$itacin, identi-car correctamente su tipo y la causa que la

produ.ca para as poder eliminarla o atenuar la $ariable que causa estefenmeno# 'na comprensin correcta de los conceptos en$ueltos escla$e para el dia!nstico y correccin de cualquier problema en unabomba hidr&ulica relacionado con ca$itacin#

DEL


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5# Se anali.ara la informacin referente a la pre$encin de laca$itacin#

9'E/A DE ;TES


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+(!!,:--s,anis(.(#d$a)lic/,is!&n/,)',.c&'-c(ina/(#d$a)lic0,is!&n0,)',0,a$!s01&'a!s)01&'a!s)0(,230330450+650,c650+750755025502030,c855/43466.(!'lDesc$i,ci"n de!allada del ,$&d)c!&La %&'%a de ,is!"n (id$á)lica ,a$!e a 9OMATSU 9OMATSU; HP


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"#% TIPOS DE BOMBAS

La principal clasi-cacin de las bombas se!)n el funcionamiento en quese base@/ombas de despla.amiento positi$o o $olumétrico, en las que elprincipio de funcionamiento est& basado en la hidrost&tica, de modo queel aumento de presin se reali.a por el empu8e de las paredes de lasc&maras que $aran su $olumen# En este tipo de bombas, en cada cicloel r!ano propulsor !enera de manera positi$a un $olumen dado ocilindrada, por lo que también se denominan bombas $olumétricas# Encaso de poder $ariar el $olumen m&"imo de la cilindrada se habla de

bombas de $olumen $ariable# Si ese $olumen no se puede $ariar,entonces se dice que la bomba es de $olumen -8o# A su $e. este tipo debombas pueden subdi$idirse en@/ombas de émbolo alternati$o, en las que e"iste uno o $arioscompartimentos -8os, pero de $olumen $ariable, por la accin de unémbolo o de una membrana# En estas m&quinas, el mo$imiento del%uido es discontinuo y los procesos de car!a y descar!a se reali.an por$&l$ulas que abren y cierran alternati$amente# Al!unos e8emplos de estetipo de bombas son la bomba alternati$a de pistn, la bomba rotati$a depistones o la bomba pistones de accionamiento a"ial#

/ombas $olumétricas rotati$as o rotoest&ticas, en las que una masa%uida es con-nada en uno o $arios compartimentos que se despla.andesde la .ona de entrada *de ba8a presin+ hasta la .ona de salida *dealta presin+ de la m&quina# Al!unos e8emplos de este tipo de m&quinasson la bomba de paletas, la bomba de lbulos, la bomba de en!rana8es,la bomba de tornillo o la bomba perist&ltica#

/ombas rotodin&micas, en las que el principio de funcionamiento est&

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_alternativa_de_pist%C3%B3n&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_rotativa_de_pistones&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_rotativa_de_pistones&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_de_paletas&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_de_l%C3%B3bulos&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_engranajeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_tornillohttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_perist%C3%A1lticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_alternativa_de_pist%C3%B3n&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_rotativa_de_pistones&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_rotativa_de_pistones&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_de_paletas&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_de_l%C3%B3bulos&action=edit&redlink=1https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_engranajeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_tornillohttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_perist%C3%A1ltica


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basado en el intercambio de cantidad de mo$imiento entre la m&quina yel %uido, aplicando la hidrodin&mica# En este tipo de bombas hay uno o$arios rodetes con &labes que !iran !enerando un campo de presionesen el %uido# En este tipo de m&quinas el %u8o del %uido es continuo#

Estas turbom&quinas hidr&ulicas !eneradoras pueden subdi$idirse en@

K 9adiales o centrfu!as, cuando el mo$imiento del %uido si!ue unatrayectoria perpendicular al e8e del rodete impulsor#

K A"iales, cuando el %uido pasa por los canales de los &labes si!uiendouna trayectoria contenida en un cilindro#

K Dia!onales, cuando la trayectoria del %uido se reali.a en otra direccinentre las anteriores, es decir, en un cono coa"ial con el e8e del rodete#

Se!)n el tipo de accionamiento@

K Electrobombas# enéricamente, son aquellas accionadas por un motoreléctrico, para distin!uirlas de las motobombas, habitualmenteaccionadas por motores de combustin interna#

K /ombas neum&ticas que son bombas de despla.amiento positi$o en lasque la ener!a de entrada es neum&tica, normalmente a partir de airecomprimido#

K /ombas de accionamiento hidr&ulico, como la bomba de ariete o lanoria#

K /ombas manuales# 'n tipo de bomba manual es la bomba de balancn#

8.3 CAVITACION.

La palabra ca$itacin pro$iene del latn *ca$us+, que si!ni-ca ca$idad yse re-ere a la formacin de burbu8as compuestas por !ases yBo $aporesen %uidos# &s estrictamente puede ser de-nida como la ruptura dellquido, la cual da paso a la formacin de burbu8as de !as *ca$idades+que crecen y posteriormente colapsan *implotan+ a una $elocidad mayorque la del sonido, emitiendo ondas de choque *ondas de presinabrupta+#M

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https://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_neum%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_arietehttps://es.wikipedia.org/wiki/Noriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttps://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinahttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_neum%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1ticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_arietehttps://es.wikipedia.org/wiki/Noria


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La ca$itacin es un fenmeno fsico, mediante el cual un lquido, endeterminadas condiciones, pasa a estado !aseoso y unos instantesdespués pasa nue$amente a estado liquidoEste fenmeno tiene dos fases@

=ase 1@ cambio de estado lquido a estado !aseoso

=ase 5@ cambio de estado !aseoso a estado lquido#

De acuerdo a como la ca$itacin es producida e"isten cuatro tipos

1# Ca$itacin hidrodin&mica# roducida por las $ariaciones de $elocidaddel %u8o del lquido debidas a la !eometra del sistema#

5# Ca$itacin ac)stica# Debida a la propa!acin de ondas de presin enun lquido#

6# Ca$itacin ptica# roducida por fotones de lu. de alta intensidad queatra$iesan a un lquido#

# Ca$itacin de partcula# roducida por cualquier tipo de partculaelemental *por e8emplo un protn+ que pro$oca el rompimiento dellquido formando burbu8as#

EA>9ACN DEL A'A

1# La condicin de paso de lquido a $apor depende de dos par&metros@

K Temperatura

K resin

La correlacin es lo que se conoce como cur$a caracterstica de la presin de $apor#

5# A presin atmosférica 1#I26 psi *J2 mm ;!+ el a!ua se e$apora a122C#

Cuando la presin decrece, el proceso de e$aporacin comien.a a unatemperatura menor#

E8emplo@

O


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A una presin de 2#5O22I psi *1I#22156 mm ;!+ el a!ua se e$apora auna temperatura apro"imada de 14C#

8.4 VARIACION D !A "RCION D! A#$A R%"CTO A %$

"R%ION D VA"OREl a!ua que %uye por las tuberas est& !eneralmente a presin,producida por una bomba o debido a una diferencia de alturas*pro$eniente de un depsito+ y es considerablemente mayor que lapresin de $apor#

ara comprender por qué ra.n la presin del a!ua en el punto deestran!ulamiento de una $&l$ula lle!a a ser menor que la presin de$apor, estudiaremos el balance de ener!a del %uido#

8.4.& NR#IA CONTNIDA N $N '!$IDO

La ener!a total de un %uido est& compuesta de los si!uientes tipos de

ener!as@

La suma de todas estas ener!as es constante#

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"#& EVOLUCION DE LOS TIPOS DE ENERGIA

2(!!,:--===.a>$&n&'s.ca!-'edia-),l&ad-edi!&$a078-Cai!aci&n?75es,a?C2?B+&l

?7570edi!&$a078+045.,d@

La ener!a total almacenada en el depsito debido a la car!a est&ticaacumulada en el mismo es la ener!a potencial del sistema#

Cuando circula un caudal por la tubera hori.ontal la ener!a potencialdisponible se con$ierte en@

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http://www.agronoms.cat/media/upload/editora_24/Cavitacion%20espa%C3%B1ol%202_editora_241_90.pdfhttp://www.agronoms.cat/media/upload/editora_24/Cavitacion%20espa%C3%B1ol%202_editora_241_90.pdfhttp://www.agronoms.cat/media/upload/editora_24/Cavitacion%20espa%C3%B1ol%202_editora_241_90.pdfhttp://www.agronoms.cat/media/upload/editora_24/Cavitacion%20espa%C3%B1ol%202_editora_241_90.pdf


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"#6 EVOLUCION DE LOS TIPOS DE ENERGIA EN EL PUNTO DEREGULACION

Debido al estrechamiento de la seccin de paso en punto de re!ulacin,la $elocidad del %uido y por tanto su ener!a cinética aumentanconsiderablemente#

Debido, también, al estrechamiento las pérdidas también aumentan deforma apreciable#

En la F$ena contracta Fla ener!a de presin restante, y por tanto lapresin local, decrece considerablemente ya que la ener!a total debepermanecer constante#

2(!!,:--===.a>$&n&'s.ca!-'edia-),l&ad-edi!&$a078-Cai!aci&n?75es,a?C2?B+&l?7570edi!&$a078+045.,d@

Si en este punto la presin ba8a por deba8o de la presin de $apor, ela!ua puede e$aporarse#

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Entonces se forman burbu8as de $apor, Pue se deforman alincrementarse la presin ? -nalmente implotan y desaparecen.


"#6#$ IMPLOSION DE LAS BURBUJAS DE VAPOR:

La implosin de las burbu8as de $apor si!ue ciertas direcciones,dependiendo de las condiciones de presin@

En el centro de la tubera@

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En la pared de la tubería:

+ 7 2 8


+. /urbu8a de $apor totalmente desarrollada

5# La burbu8a se $a deformando

6#


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de hendidura#


Esto ori!ina un FicrochorroF que !olpea las paredes del cuerpo de la$&l$ula o de la tubera a muy alta $elocidad *$Q1222 mBse!+, causandopicos de presin de hasta 1I26#6 psi *12222 bares+, lo que erosionalos materiales a ni$el molecular#

8.(.) RCO*NDACION% "ARA VITAR !A CAVITACION+

La ca$itacin es un efecto fsico cuya aparicin depende de lascondiciones de funcionamiento# or tanto, cuando se proyecta unainstalacin debe intentarse que no apare.ca la ca$itacin o que susefectos sean los menores posibles#

Tener un conocimiento completo de las caractersticas del fenmeno deca$itacin en la bomba#

Conocimientos de las caractersticas de succin e"istente en el sistema#

Las condiciones de succin se pueden me8orar, eli!iendo un tubo de

succin de mayor di&metro, reduciendo su lon!itud y eliminando codos,as como todo aquello que pueda ocasionar pérdidas de car!a#

'na re$isin completa de todas las succiones del cabe.a de succin,impulsor y carca.a por donde $a pasar el lquido, cuidando que no e"istaobstrucciones#

Elementos de !ua que condu.can el lquido con$enientemente#

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'so de materiales adecuados#


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@ resin$@ resin de $aporropiedades fsicas de la aireacin

http@BB(((#$al$ias#comBecuaciones3de3%uidos3numero3de3ca$itacion#php

C$ACION%+

"OTNCIA !7CTRICA+

R >LTA7E < R


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V R Densidad del %uidoW R ener!a potencial1 R $elocidad a!uas arriba5 R $elocidad a!uas aba8o! R aceleracin !ra$itacional

"OTNCIA 5IDR$!ICA

V R Densidad del %uido;/ R Altura total de bombeoP R caudal

RNDI*INTO TOTA! D !A -O*-A

CAR#A NTA D %$CCI/N "O%ITIVA DI%"ONI-!

1 R presin a!uas arribaV R Densidad del %uido1 R $elocidad a!uas arriba! R aceleracin !ra$itacionalNS;D R Car!a Neta ositi$a de Succin Disponible

CO'=CINT D CAVITACI/N

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NS;D R Car!a Neta ositi$a de Succin Disponible

;/

R Altura total de bombeo

VELOCIDAD ESPEC'FICA

3 (!!,:--===.)ne!.ed).e-'a@l)-d&c-LAB/+/5.(!'

N R $elocidad! R aceleracin !ra$itacionalP R caudal

8.8 !A CAVITACI/N N %I%T*A% D T$-R=A%

CA


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J(!!,:--===.a>$&n&'s.ca!-'edia-),l&ad-edi!&$a078-Cai!aci&n?75es,a?C2?B+&l?7570edi!&$a078+045.,d@

"#"#$ CAVITACI(N EN UNA VÁLVULA DE COMPUERTA#

La $&l$ula de compuerta no ha estado completamente cerrada y en laseccin de paso la $elocidad ha sido muy alta# Después de tres mesesde funcionamiento el cuerpo de la $&l$ula muestra los da:os de lafoto!rafa#

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"#"#% CAVITACI(N EN EL PIST(N DE UNA VÁLVULA DE PASO ANULAR#

ueden aparecer da:os por ca$itacin debido a un mal dimensionado deuna $&l$ula re!uladora, tal como puede $erse en la foto!rafa ad8unta#

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"#"#) CAVITACI(N EN LAS BOMBAS HIDRÁULICAS

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% *++,:--...#*/0123/4#5-21+/7843-729/+27/3!5!42!;3


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Los moti$os por los que puede darse la ca$itacin pueden ser@

• Cambios bruscos de $elocidad del %uido#

•

elocidades de %uido e"cesi$as#• 9esistencia demasiado ele$ada en la lnea de aspiracin#

• Ni$el de aceite en el tanque demasiado ale8ado de la entrada de labomba#

• iscosidad del aceite demasiado ele$ada#

En la entrada de la mayora de las bombas hidr&ulicas, el $aco m&"imoadmisible es de 16 cm ;!# *2,1 bar+# De forma ideal, no debera haber$aco al!uno a la entrada e, incluso, sera recomendable una presinpositi$a *sin que sea e"cesi$a para no da:ar el retén del e8e de labomba+Z de otra forma, e"iste la posibilidad de que se produ.ca elfenmeno de la ca$itacin#

Da>os provoca2os por la cavitacin

Los da:os que se producen cuando hay ca$itacin son la erosin delmetal dentro de la bomba y la aceleracin del deterioro del %uidohidr&ulico# Cuando una bomba hidr&ulica est& ca$itando, se producen

$ibraciones y un caracterstico ruido similar a la e"plosin de burbu8aspor presin# No obstante, el ruido no se detecta hasta que el $acoalcan.a un $alor de unos 5I cm ;!# *2,66 bar+, pero el da:o ya est&hecho tanto si se oye como si no#

%ignos 2e la e?istencia 2e cavitacin. La ca$itacin se mani-esta dedi$ersas maneras, de las cuales las m&s importantes son@

Ri2o @ vibracin. Se !enera trepidacin o !olpeteo de lquido sobre lapared slida# Seme8ante a un martilleo irre!ular, o al ruido de un chorro

de !ra$a sobre una chapa met&lica# Estos !olpes pueden con$ertirse en$erdaderas detonaciones cuando entra toda la masa lquida enebullicin# En ocasiones pueden producirse $ibraciones peli!rosas en lasm&quinas e incluso en las estructuras# Este ruido se debe al choquebrusco de las burbu8as de $apor cuando éstas lle!an a la .ona de altapresin, y es m&s fuerte en bombas de mayor tama:o# Cabe notar que elfuncionamiento de una bomba suele ser ruidoso, cuando traba8a con unae-ciencia bastante menor que la m&"ima, ya que el a!ua choca contra

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http://www.hidraoil.es/bombas-hidraulicas/http://www.hidraoil.es/bombas-hidraulicas/


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las aspas# Cuando e"iste ca$itacin esta se puede remediarintroduciendo peque:as cantidades de aire en la succin de la bomba deuna manera similar a los tubos de aireamiento usados en las tuberas#

El aire act)a como amorti!uador adem&s que aumenta la presin enel punto donde hay ca$itacin# Sin embar!o, este procedimiento no se

usa re!ularmente en las bombas para e$itar el Fdesce$amientoG

S[NT>AS@

La forma m&s se!ura de comprobar si una bomba est& ca$itando escontrolar la lnea de aspiracin mediante la instalacin de un$acumetro# ara e$itar la ca$itacin se deberan tener en cuenta, en lamedida de lo posible, los si!uientes puntos@

• antener la entrada de la bomba hidr&ulica limpia y libre deobstrucciones#

• 'tili.ar una tubera de aspiracin de di&metro interno losu-cientemente !rande y de lon!itud lo m&s corta posible#

• inimi.ar al m&"imo el n)mero de codos en la lnea de laaspiracin#

• antener las $elocidades de rotacin de la bomba dentro de losm&r!enes nominales#

'na de las formas m&s sencillas de superalimentar la entrada de unabomba es situarla en el circuito hidr&ulico por deba8o del ni$el de aceiteen el tanque# Cuando esto no es posible o cuando no se pueden crearcondiciones fa$orables de alimentacin, se debera utili.ar un tanquepresuri.ado# >tra posibilidad es utili.ar una bomba au"iliar paramantener un suministro de aceite a ba8a presin para la bombaprincipal# ara este -n, se suele utili.ar una bomba de en!rana8es conuna $&l$ula de se!uridad a8ustada para mantener la presin desuperalimentacin deseada#

8.8.4 CONDICION% -AO !A% C$A!% BI%T "!I#RO DCAVITACI/N.

La presin barométrica sea menor en el lu!ar de la instalacin, si eldepsito de aspiracin est& abierto a la atmsfera#

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La presin en el depsito de aspiracin sea menor# Si éste no est&abierto a la atmsfera#

La temperatura del lquido bombeado sea menor#

El caudal sea mayor# En efecto, al aumentar el caudal aumenta el

peli!ro de la ca$itacin# or esta ra.n, si se inicia la ca$itacin y sereduce el caudal, cerrando parcialmente la $&l$ula de impulsin, laca$itacin cesar

'n lquido se e$apora cuando la ener!a no es su-ciente para mantenerlas moléculas unidas, entonces estas se separan unas de otras yaparecen burbu8as de $apor#

A continuacin se muestra como ocurre esto para el caso m&s com)n, ela!ua#

La ca$itacin es un fenmeno muy frecuente en sistemas hidr&ulicosdonde se dan cambios bruscos de la $elocidad del lquido#

E8emplos@En partes m$iles@

• Alabes de turbinas• 9odetes de bombas• ;élices de barcos

En partes no m$iles@

• Estran!ulamientos bruscos•

9e!ulacin mediante ori-cios• En $&l$ulas re!uladoras

"#"#& CAVITACI(N DE UNA BOMBA CENTR'FUGA

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La mayora de los procesos de la industria qumica incluyen el transportede %uidos a tra$és de un sistema de ca:eras, para lle$ar a cabo esto sedebe ir aumentando la ener!a del lquido, el equipo que cumple deme8or forma esta tarea es la llamada bomba hidr&ulica# De esta forma,la eleccin de una bomba est& ntimamente li!ada con el me8oramientode los procesos, es por esto que se hace necesario tener un me8or

conocimiento sobre las bombas, su funcionamiento y al!unosfenmenos asociados a éste# Actualmente se fabrican muchos tipos debombas, dentro de las cuales se encuentran@ bombas de émboloalternati$o, bombas rotoest&ticas, bombas de diafra!ma, bombasrotodin&micas# En ésta )ltima cate!ora encontramos las denominadasbombas centrfu!as, que traba8an con lquidos y constituyen !ran partede la produccin mundial debido a que este tipo es una de las m&sadecuadas para entre!ar mayor ener!a al %uido que se descar!a#Adem&s, poseen un mayor ran!o de caudales en que pueden operar adiferencia de las bombas de despla.amiento positi$o#

"#> “CAVITACI(N EN BOMBAS CENTR'FUGAS: SU ORIGEN Y SUSEFECTOS#”

La mayora de los procesos de la industria qumica incluyen el transportede %uidos a tra$és de un sistema de ca:eras, para lle$ar a cabo esto sedebe ir aumentando la ener!a del lquido, el equipo que cumple deme8or forma esta tarea es la llamada bomba hidr&ulica# De esta forma,la eleccin de una bomba est& ntimamente li!ada con el me8oramientode los procesos, es por esto que se hace necesario tener un me8orconocimiento sobre las bombas, su funcionamiento y al!unosfenmenos asociados a éste#Actualmente se fabrican muchos tipos de bombas, dentro de las cualesse encuentran@ bombas de émbolo alternati$o, bombas rotoest&ticas,bombas de diafra!ma, bombas rotodin&micas#En ésta )ltima cate!ora encontramos las denominadas bombascentrfu!as, que traba8an con lquidos y constituyen !ran parte de laproduccin mundial debido a que este tipo es una de las m&s adecuadaspara entre!ar mayor ener!a al %uido que se descar!a# Adem&s, poseenun mayor ran!o de caudales en que pueden operar a diferencia de lasbombas de despla.amiento positi$o#

Es por esto, que centraremos nuestra atencin en esta clase de bomba yun problema asociado a su funcionamiento como es la ca$itacin# eroantes de entender de qué se trata este fenmeno debemos comprender,en términos !enerales, cmo funciona una bomba centrfu!a# Lacaracterstica principal de una bomba centrfu!a es que con$ierte laener!a que pro$ee el motor primero en $elocidad y lue!o en ener!a de

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presin *de acuerdo al principio de /ernoulli+# El mecanismo defuncionamiento es usar el efecto centrfu!o para mo$er el lquido ylue!o aumentar su presin# ara esto, dentro de una c&mara hermética*$oluta+ dotada de entrada y salida !ira una rueda con =i!ura 1@Estructuras !enerales de

http@BB(((5#udec#clB\8osefcastilloBca$itacion#pdf

'na bomba centrfu!a paleta llamada rodete, el lquido entra a"ialmentepor el o8o del impulsor, perpendicular al rodete, este )ltimo $acambiando la direccin del %u8o por la accin de los &labes, as el lquido

abandona el impulsor o rodete con una mayor $elocidad debido almo$imiento rotatorio# Cuando el %uido est& en el borde del rodete la$oluta comien.a a actuar como difusor transformando la ener!a cinéticaen ener!a de presin que se incrementa a medida que el espacio entreel rodete y la carcasa aumenta# or )ltimo, la $oluta conduce al %uido alducto de salida# As se obser$a que las dos estructuras fundamentalesde una bomba centrfu!a son la $oluta y el rodete que se aprecian en la-!ura 1# El rodete est& -8ado al e8e bomba, ensamblado directamente ale8e de trasmisin del motor, este es el elemento de la bomba quecon$ierte la ener!a del motor en ener!a cinética, en cambio la $oluta,como di8imos anteriormente, con$ierte la ener!a cinética en ener!a de

presin como consecuencia del principio de /ernoulli debido al cambiode seccin trans$ersal de ésta#La funcin principal de una bomba centrfu!a es !enerar la presinsu-ciente de descar!a para lue!o poder superar la resistencia hidr&ulicaque presenta el sistema# ero antes que todo, el lquido debe ser capa.para lle!ar a la bomba con una cierta ener!a a la .ona de succin, siesta ener!a es demasiado ba8a se produce un fenmeno com)n a labombas centrfu!as llamado ca$itacin, que suele ser el principal

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problema en el bombeo de %uidos# De acuerdo a su de-nicin, laca$itacin es Fla formacin de burbu8as de $apor o de !as en el seno deun lquido, causada por las $ariaciones que este e"perimenta en supresinG# De manera !eneral, podemos decir que la ca$itacin enbombas es el fenmeno que ocurre cuando un lquido que %uye alcan.asu presin de $apor de tal forma que parte de las moléculas que lo

componen cambian inmediatamente a estado de $apor, form&ndoseburbu8as# Las burbu8as formadas $ia8an a .onas de mayor presin eimplosionan produciendo un arranque de metal de la super-cie de labomba# De esta forma este proceso producir& efectos indeseados en lasbombas centrfu!as como da:os en rodetes, $ibraciones en el equipo,pérdidas de rendimiento ya que la bomba no cumplir& con su ser$iciob&sico de bombear un cierto caudal de lquido con cierta ener!a, entreotras#

La ca$itacin se ha identi-cado como una de las principales causas de lareduccin en la con-abilidad de las bombas centrfu!as, pues en muchas

ocasiones se cree que la ca$itacin es un problema de la bomba en s misma# ero m&s bien, es un problema de la instalacin como $eremosm&s adelante, que aparece slo en la bomba porque las condiciones hancambiado o porque en primera instancia la bomba no se instal de formaadecuada# La deteccin de la ca$itacin y su consi!uiente correccine$itar& siempre un coste innecesario sobre el equipo, as como elaumento de su -abilidad y, a la lar!a, el aumento de la e-ciencia delproceso producti$o#

8.:.& 'CTO% D !A CAVITACI/N N !A% -O*-A%CNTR='$#A%.

Como hemos dicho anteriormente, la condicin que establece de maneram&s clara cuando se presenta ca$itacin en una bomba es cuando el ] # Al ocurrir esto la bomba presentar& ca$itacin condiferentes consecuencias, dentro de las cuales se encuentran lassi!uientes@

a1 Ri2os @ vibraciones

Este es uno de los efectos m&s ob$ios de la ca$itacin, el colapsode las burbu8as en la bomba !enerar& ruidos !eneralmenteperceptibles similares a un !olpeteo de un martillo en la bomba y$ibraciones que en al!unos casos puede producir fallas en lossellos, rodamientos y otras .onas de la bomba que se fati!an# Este

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es el modo de falla m&s probable de una bomba que ca$ita#ientras m&s !rande sea la bomba mayor ser& el ruido y sus$ibraciones#

b1 Re2ccin 2e la cabea 2e la boba.

>tro de los mayores efectos de la ca$itacin es la cada en lacabe.a de la bomba, esto se obser$a en la -!ura 15,!eneralmente esto se debe que a como los $apores soncompresibles la ener!a de la bomba se !asta en aumentar la$elocidad del lquido que llen las ca$idades de las burbu8ascolapsadas, por lo tanto, se produce una dr&stica cada deldesempe:o de la bomba#

Dis'in)ci"n de la ca%ea de )na %&'%a )e en!$& en cai!aci"n (!!,:--===7.)dec.cl-&se@cas!ill&-cai!aci&n.,d@

;? F487+827/35 5 42 72,27/020 3 728024 05 42 ;3


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7? E13/= 3 “,/++/@”#

'na de las e$idencias $isuales m&s claras de la e"istencia de

ca$itacin en una bomba es la erosin que se produce en losmateriales, esto debido a que la implosin de las burbu8as y elaumento de la $elocidad en el lquido que rellena esos huecosproduce un choque muy fuerte de éste con el material de labomba creando ori-cios, que dan la impresin de que la super-ciefue !olpeada con un martillo# E8emplos de estas hendiduras opicaduras se obser$an en la -!ura 16# Las .onas donde m&socurre erosin por ca$itacin son las caras posteriores de los&labes del impulsor o rodete debido a que es la .ona donde seforma mayoritariamente las burbu8as como e"plicamosanteriormente# El da:o puede ser tan !rande que puede de8ar los

&labes pr&cticamente in)tiles#

F (!!,:--===7.)dec.cl-&se@cas!ill&-cai!aci&n.,d@

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O (!!,:--===.,$icas!.es-@iles-6784-s!#le-i'>-Cai!aci&n/de/)na/%&'%a/

cen!$i@)>a.,d@

CONC!$%I/N

El fenmeno de ca$itacin representa, hablando en términos !eneralesuna enfermedad letal al cora.n de la bomba *impulsor+, que puededestruirlo lentamente o r&pidamente, en funcin de la !ra$edad de estey del tiempo de operacin del equipo#

ara una bomba, en términos !enerales, el )nico medio de lapre$encin de la ca$itacin, consiste en la correcta seleccin delequipo, para los requerimientos del sistema en que ser& instalado, esdecir, el equipo perfecto para determinadas caractersticas# 'n equipoes seleccionado para cubrir los requerimientos de un sistema de-nido enbase a los datos de caudal, car!a, potencia, e-ciencia , NPSH R , tipo de%uido a bombear, entre otras consideraciones#

Cuando una bomba presenta ca$itacin, solo se puede@ 1+ hacer elreempla.o del equipo que cubra las necesidades del sistema o, 5+se!uir utili.ando dicha bomba, procurando controlar la in%uencia deciertas $ariables que propician dicho fenmeno o proceder a cambiar lametalur!ia del impulsor para prolon!ar un poco m&s el tiempo de uso,permitiéndole tener m&s resistencia a la erosin por ca$itacin#

La ca$itacin es el fenmeno m&s temido en el campo de la hidr&ulica#Las pérdidas que pro$oca en términos econmicos son e"tremadamente!randesZ los costos de mantenimiento y adquisicin de nue$as pie.aspara los equipos son altos, y aun mucho m&s, la adquisicin de un nue$oequipo#

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INDIC -I-!IO#RA'ICO

&. [email protected]@2ralicGpistonGppGpartsGHoatsGHoatsGpv3GG:;G&(;Gpc(;G&);G);;G3;;G3GGpc4;;F::((.tl

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anÁlisis de la cavitacion y aireacion en bombas hidraulicas

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