CAVITACIÓN Definición 1

Si la presión en un punto interior cualquiera de una bomba centrífuga cae por debajo de la presión de vapor correspondiente a la temperatura del líquido, el líquido se vaporizará y se formarán cavidades de vapor justo antes del borde de entrada de los álabes del impulsor.

Las burbujas de vapor son transportadas por la corriente hasta alcanzar una región de mayor presión, donde al destruirse dichas burbujas se produce un choque violentísimo sobre las paredes adyacentes. A este fenómeno se le llama Cavitación.

La súbita irrupción del líquido en la cavidad que se crea con la desaparición de las burbuja de vapor, es causa de una destrucción mecánica, puesta algunas veces de manifiesto como acción perforadora, la cual puede ser denominada erosión.

También tiene lugar una reacción química entre los gases y el metal cuyo resultado es la corrosión y la destrucción complementaria de este último.

Otra característica desagradable propia de la cavitación, es la de ir acompañada de ruidos que varían en las diferentes máquinas, desde un ruido sordo a ruidosos golpes, los cuales dan lugar a una fuerte vibración de la máquina.

La energía necesaria para acelerar el agua hasta alcanzar la gran velocidad requerida para llenar los espacios vacíos constituye una pérdida, y, por lo tanto, la cavitación va acompañada de una disminución del rendimiento

El agua a 21 C aumenta su volumen cerca de 54000 veces cuando se vaporiza. Por consiguiente, no es de extrañar que las bombas que funcionan en cavitación denota también una disminución de su capacidad.

La capacidad se producirá principalmente hacia la salida del rodete, tanto en los álabes como en las paredes laterales.

Para las bombas se define el parámetro de cavitación como

La cavitación de la bomba se nota cuando hay uno o mas de las siguientes señales: ruido, vibración, caída en la curva de capacidad de carga y eficiencia, con el paso del tiempo, por los daños en el impulsor por picaduras y erosión.

PPARA REDUCIR, CONTROLAR O EVITAR LA CAVITACIÓN SE PUEDEN CONSIDERAR LAS SIGUIENTES PROPUESTAS: 

1* Diseñar contra la cavitación: diseñar tanto la máquina como la instalación de la misma para que no se produzca este fenómeno. U *Utilizar materiales resistentes a la cavitación, si se tolera en el diseño que en algún caso se presente este fenómeno. Ejemplo de material resistente, es un acero al cromo-níquel. R* Reducir las pérdidas de carga en la succión. L* La cavitación es más probable con grandes caudales y grandes alturas. 5* Considerar la presión atmosférica local. 6* La temperatura del líquido que sea baja. 7* Evitar codos y accesorios 8* Velocidades bajas en la aspiración.

ALTURA DE ASPIRACIÓN 

La altura de aspiración de una bomba es equivalente a la altura total en el eje de la misma, una vez efectuada la corrección correspondiente a la tensión del vapor. (Hsv). Para determinarla se deben considerar los siguientes factores: 1Altura correspondiente a la presión absoluta del líquido en el cual aspira la bomba. Si es depósito abierto , será la presión atmosférica, si es cerrado, la presión absoluta del depósito. (Hp) 2Altura en metros de la superficie del fluido con respecto a la línea central del eje del rodete. (Hs) 3Altura correspondiente a la tensión de vapor del líquido a la temperatura existente. (Hvp) 4Pérdida de altura a causa del rozamiento y turbulencia entre la superficie del líquido y la platina de aspiración de la bomba. (Hf)

 

Luego la altura de aspiración, Hsv, se puede expresar como:

H - H - H H = H fvpspsv

AAl proyectar la instalación o al comprar una de ellas deben considerarse dos tipos de altura en la aspiración: 1La altura de aspiración con que se cuenta en el sistema. 2La altura requerida en la aspiración por la bomba que debe instalarse. 

La primera es determinada por el proyectista de la instalación y se basa en las condiciones del líquido, situación de la bomba, etc.

La segunda es la especificada por el constructor de la bomba, la cual, generalmente está basada en los resultados del ensayo de la propia bomba. 

Para evitar los inconvenientes de la cavitación es necesario que la altura disponible del sistema sea igual o mayor que la altura requerida en la aspiración.

La altura de aspiración se denomina también NPSH, (Net Positive Suction Head), altura neta de succión positiva. Además se distinguen la (NPSH)disponible y (NPSH)requerido. 

Como ya se mencionó, para evitar la cavitación es necesario que:

NPSH NPSH rd

 1Cálculo de la altura disponible en la aspiración o (NPSH)d. 

El (NPSH)d se puede determinar a partir de la siguiente expresión

H - H - H H = H fvpspsv  1.-

Hp o presión atmosférica es función de la altura de la instalación sobre el nivel del mar en metros, (snmm).

.

Se presentan algunas tablas para determinar la presión atmosférica dependiendo de la altura.

CATALOGO PLEUGER

Altura

Presión atmosférica

(msmm) (m.c.a.)

0

10.3

170

10.1

350

9.9

700

9.5

1050

9.1

1420

8.7

1820

8.3

 

N A S A Altura

Presión

Densidad (m)

(bar)

(kg/m3)  -1000

1.138

1.345- 800

1.109

1.377- 600

1.080

1.288- 400

1.062

1.272- 200

1.038

1.249

0

1.013

1.225 100

1.001

1.213 200

0.989

1.202 300

0.978

1.190 400

0.966

1.179 500

0.955

1.167 600

0.943

1.156 800

0.921

1.134 1000

0.899

1.112

TR

xgM

nxuePP )(

Altura

Presión

Densidad (m)

(bar)

(kg/m3)

1200

0.877

1.090 1400

0.856

1.069 1600

0.835

1.048 1800

0.815

1.027 2000

0.795

1.007 2200

0.775

0.989 2400

0.756

0.966 2600

0.737

0.947  2800

0.719

0.928 3000

0.701

0.909 3200

0.683

0.891 3400

0.666

0.872 3600

0.649

0.854 3800

0.633

0.837 4000

0.616

0.819 5000

0.540

0.736 6000

0.472

0.660 7000

0.411

0.590 8000

0.356

0.525

2.-

Hvp se obtiene de tablas de presión de vapor a la temperatura del líquido.

ATLAS COPCO - CHURCHTemperatura

Tensión del

Densidad del ( C )

vapor (mbar)

agua relativa  

5

8.719

1 10

12.27

1 15

17.04

0.999 20

23.37

0.998

25

31.67

0.997

30

42.43

0.996

35

56.24

0.994

40

73.78

0.992

45

95.86

0.990

50

125.5

0.988

ATLAS COPCO - CHURCHTemperatura

Tensión del

Densidad del ( C )

vapor (mbar)

agua relativa  

55

160.2

0.986

60

202.8

0.983 65

254.7

0.981 70

317.5

0.978 75

392.9

0.975 80

482.8

0.972 85

589.4

0.969 90

714.9

0.965 95

862.0

0.962100

1033.3

0.958

3.-

Hs se determina midiendo la diferencia de cota entre la superficie del líquido a aspirar y el eje de la bomba. 

 4.-

Hf son las pérdidas de carga existentes en la aspiración, pérdidas primarias y secundarias (accesorios).

1.2 Altura requerida en la aspiración, (NPSH)r 

Es el valor de la presión requerida por una bomba en el cuello de aspiración del impulsor o rodete.

La altura requerida en la aspiración de una bomba comprende la altura de velocidad en la platina de aspiración, más la altura representativa de las pérdidas que tienen lugar entre la platina de aspiración y el rodete, cambios bruscos de velocidad, rozamiento sobre la superficie del rodete. Un rodete con un acabado muy liso contribuirá a la reducción de la caída de presión y por consiguiente a la cavitación.

Otra forma de expresar este (NPSH)r es como sigue: Es la presión por arriba de la del vapor del líquido que se bombea, medida en la brida de succión con un manómetro en la línea de centros de la bomba. Es la presión necesaria para contrarrestar las pérdidas por fricción y turbulencia entre la boquilla de succión y la entrada al impulsor y, por lo general, se expresa como una carga de agua en las curvas de capacidad de carga de la bomba.

El (NPSH)r para una bomba aumentará con el volumen de flujo y mucho más con la velocidad de rotación del impulsor

Donde (NPSHr)2 es la carga neta positiva de succión requerida si se aumenta la velocidad de la bomba a n2 rpm.

)NPSH()n

n( = )NPSH( 1r2

1

22r

La altura de aspiración total queda determinada por:

1.- Las condiciones de la instalación2.- De las características físicas del líquido3.- del punto de funcionamiento 

Depende entonces en particular de :1.- De la altura de aspiración geométrica2.- De la presión sobre la superficie del líquido en aspiración, Presión atmosférica3.- Del caudal y la pérdida de carga. 

En la práctica el NPSH* 0.5 NPSH dr

1.4 Coeficiente de cavitación 

Se define el coeficiente de cavitación σ como la relación entre las pérdidas de la bomba y la altura manométrica,

Hm.

H

h =

m

Este coeficiente es característico de cada tipo de bomba, siendo mayor en las bombas axiales y disminuyendo con el número específico de revoluciones

hasta las bombas radiales. Conocido σ se calcula Δh

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 20 40 60 80 100 120 140

Q (m^3)

NP

SH

r (m

ca

)

2000rpm

1800rpm

2200rpm